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Die Erfindung betrifft ein Drucksystem mit einem oder mehreren Druckmodulen, die in einer Druckposition oberhalb eines zu bedruckenden Substrates positionierbar sind und die jeweils einen Träger haben, an dem ein oder mehrere Druckköpfe befestigt sind.
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Beim Konstruieren und Nutzen eines solchen Drucksystems insbesondere in industriellen Umgebungen umfassen wesentliche Themen die genaue Ausrichtung der Druckköpfe zu Betriebszwecken und das Erlauben einer leichten Wartung der Druckköpfe einschließlich einem einfachen Austauschen der Druckköpfe.
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Herkömmliche Drucksysteme lassen gewöhnlich einen leichten Zugriff auf die Druckköpfe zu Wartungszwecken vermissen, oder in dem Fall, dass ein einfacher Zugriff möglich ist, ist ein komplexer und langwieriger Ausrichtungsprozess nach der Wartung erforderlich, was zu relativ langen Stillstandzeiten des Drucksystems führt.
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Bekannte Scandrucksysteme umfassen beispielsweise eine Mehrzahl von Druckmodulen und für jedes von diesen einen Satz von Positioniereinheiten, der an einem Rahmen befestigt ist. Jede Positioniereinheit ist ausgebildet, um ein entsprechendes Stützende eines Trägers eines Druckmoduls aufzunehmen, um dieses Druckmodul in einer genau ausgerichteten Druckposition zu positionieren. Positionier/Stell-Mechanismen sind vorgesehen, um einzelne der Druckmodule zu den Positioniereinheiten hin und von diesen weg zwischen einer Wartungsposition und der Druckposition zu bewegen. Diese Positionier/Verstell-Mechanismen besitzen jeweils ihr eigenes Maß an Spiel. Jeder Satz von Positioniereinheiten umfasst fest montierte Referenzseitenanschläge, Referenzbodenanschläge und einen Referenzkopfendeanschlag, gegen welche korrespondierende Referenzseitenflächen, Referenzbodenflächen und eine Kopfendfläche der entsprechenden Stützenden des Trägers mittels federnder Elemente gedrückt werden können, um auf diese Weise ihre akkurat ausgerichtete Druckposition zu erhalten.
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Ein hiermit verbundener Nachteil besteht darin, dass während der Bewegungen der Druckmodule aus ihrer Wartungsposition in ihre Druckposition die Stützenden der Träger versehentlich gegen einen oder mehrere der Referenzanschläge der Positioniereinheiten stoßen können. Auch kann es geschehen, dass während der Bewegungen der Druckmodule zwischen ihrer Wartungsposition und Druckposition die Referenzkopfendflächen und/oder die Referenzseitenflächen der Stützenden des Trägers entlang des Referenzkopfendeanschlages und/oder der Referenzseitenanschläge der Positioniereinheiten reiben. Sowohl das Anstoßen als auch das Reiben können zu einer Beschädigung und/oder Abnutzung der Referenzflächen der Stützenden und/oder der Referenzanschläge der Positioniereinheiten führen, weshalb eine akkurate Positionierung nicht mehr länger möglich sein kann.
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Die
WO 2011/157282 offenbart ein Einzeldurchlaufdrucksystem, in welchem eine Anordnung von Druckmodulen zusammen mittels eines Hebemechanismus nach oben und nach unten bewegt werden kann. Jedes Druckmodul hängt frei schwingbar unterhalb einer Teleskopschiene. In einer angehobenen Position kann jedes einzelne Druckmodul nach vorne gezogen werden, wonach es zu Wartungszwecken abgenommen werden kann. In einer nach innen gedrückten Position kann die Anordnung von Druckmodulen zusammen als eine Anordnung mittels eines gemeinsamen Positionier/VerstellMechanismus abgesenkt werden. Jedes Druckmodul wird dann mittels eines kooperierenden Auffangmechanismus grob positioniert. Anschließend findet eine Feinausrichtung statt, in welcher die Druckmodule automatisch mit nach unten vorstehenden Kugelzapfen in Richtung von nach oben öffnenden Kugelzapfenführungen geführt werden. An einem oberen Ende des Druckmoduls ist ein Seitenanschlag vorgesehen, um weiterhin das Druckmodul in die Druckposition zu beschränken und auszurichten.
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Ein Nachteil bei diesem System besteht darin, dass die Funktionsweise des Positionier/Verstell-Mechanismus verbesserungsfähig ist. Beispielsweise ist er nicht in der Lage, die Druckmodule während der Bewegungen aus ihren Wartungspositionen in Richtung ihrer Druckpositionen und umgekehrt stabil zu halten und zu führen. Ein anderer Nachteil ist, dass der Positionier/Verstell-Mechanismus relativ komplex und teuer herzustellen ist. Weiterhin ist nachteilig, dass sein Positionier/Verstell-Mechanismus Schwerkräfte nicht nur während seiner Grobpositionierung, sondern auch während seiner Feinausrichtungsbewegungen sowie um die Module in ihren Druckpositionen ausgerichtet zu halten nutzen muss. Dies macht das System nur geeignet für im Wesentlichen vertikal orientierte Anhebe- und Absenkrichtungen und ungeeignet für Arten von Drucksystemen wie beispielsweise Scandrucksysteme, bei denen die Druckmodule mit hohen Geschwindigkeiten beim Drucken bewegt wird. Ein anderer Nachteil ist, dass die Schwingverbindung zwischen den Druckmodulen und ihren Teleskopschienen die Druckmodule etwas instabil macht, wenn sie nach außen in ihre Wartungspositionen gezogen werden. Sie können sogar gegeneinander oder gegen andere Gegenstände in ihrer Nachbarschaft stoßen, was zu möglichen Beschädigungen der anfälligen Druckmodule selbst oder der Gegenstände in der Nachbarschaft führen kann. Noch ein weiterer Nachteil ist, dass die Kugelzapfenführungen und der Seitenanschlag in relativ großen Abständen von dem zu bedruckenden Substrat liegen. Dies macht die Ausrichtung anfällig für die Bildung von Toleranzen, Temperaturausweitungen etc.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, jene Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden oder eine nutzbare Alternative zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, ein benutzerfreundliches und verbessertes Drucksystem zu schaffen, das ein leichten Zugriff zu den Druckköpfen für die Wartung erlaubt und das gut in der Lage ist, einen einfachen und effizienten genauen Ausrichtungsprozess nach einer solchen Wartung viele Male zu garantieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Drucksystem nach Anspruch 1 gelöst. Das Drucksystem umfasst einen Nebenrahmen, ein Druckmodul mit einem Träger, an dem ein oder mehrere Druckköpfe befestigt sind, eine erste Stützeinheit, die an dem Nebenrahmen befestigt ist, insbesondere in einer Verstellrichtung relativ zu dem Nebenrahmen bewegbar ist, einen Substrathalter zum Stützen eines durch das Druckmodul zu bedruckenden Substrats und einen Positioniermechanismus, um das Druckmodul relativ zu der ersten Stützeinheit in eine und aus einer Druckposition zu bewegen. Ein Satz von Positionierteilen ist vorgesehen, die einen Teil des Druckmodels bilden oder mit diesem verbunden sind, und ein Satz von Positionierreferenzen ist vorgesehen, die einen Teil des Nebenrahmens bilden oder mit diesem verbunden sind. Die Positionierteile sind mit korrespondieren der Positionierreferenzen in Eingriff bringbar, um das Druckmodul relativ zu dem Nebenrahmen auszurichten, wenn es in seine Druckposition bewegt wird. Gemäß der Erfindung umfasst der Positioniermechanismus einen oder mehrere Vierstab-Verbindungsmechanismen, die zwischen dem Druckmodul und der ersten Stützeinheit wirksam sind.
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Der Vierstab-Verbindungsmechanismus bildet eine stabile und verlässliche Verbindung zwischen der ersten Stützeinheit und dem Druckmodul. Er ist in der Lage, das Druckmodul während der Bewegungen in seine und aus seiner Druckposition schnell zu führen. Dabei kann der Vierstab-Verbindungsmechanismus vorteilhafter Weise ausgebildet sein, um das Druckmodul eine kombinierte Translations-Rotations-Bewegung entlang eines jeweils gewünschten imaginären Weges auszuführen. Dies macht es möglich, dass jede der Positioniereinheiten im Wesentlichen gleichzeitig in vollen Eingriff mit ihrer entsprechenden Positionierreferenz kommt, ohne dass eine der Positioniereinheiten in der Lage ist, verfrüht mit ihrer Positionierreferenz in Kontakt zu kommen, was ansonsten zur Abnutzung oder Beschädigung und somit zu einer Beeinträchtigung der Positioniergenauigkeit führen könnte. Somit bleibt eine genaue Positionierung des Druckmoduls immer und immer wieder möglich.
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Der Vierstab-Verbindungsmechanismus erscheint in der Lage, eine sehr schnelle Positionierbewegung einschließlich einer sehr genauen Selbstausrichtungsbewegung des Druckmoduls mit seinen Positioniereinheiten in vollen Eingriff mit ihren entsprechenden Positionierreferenzen zu schaffen. Ein weiterer wichtiger Vorteil des Vierstab-Verbindungsmechanismus gemäß der Erfindung ist, dass er nicht länger die Schwerkraft nutzen muss. Dies macht das System geeignet für jede Ausrichtung und Verstellrichtungen seiner Druckmodule und auch geeignet für Drucksysteme, in denen ein oder mehrere Druckmodule in einem Schlitten platziert sind, der mit hohen Geschwindigkeiten während des Druckens hin und her bewegt wird, beispielsweise in Scandrucksystemen, wo der Schlitten und die Druckmodule hohen Beschleunigungs- und Bremskräften ausgesetzt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Vierstab-Verbindungsmechanismus ausgebildet sein, um das Druckmodul zu den und weg von den Positionierreferenzen zu bewegen, während es dem Druckmodul erlaubt wird, sich relativ zu der ersten Stützeinheit in sechs Freiheitsgraden zu bewegen, wenn die Positionierteile des Druckmoduls beginnen mit den Positionierreferenzen in Eingriff zu kommen. Diese Nachgiebigkeit des Vierstab-Verbindungsmechanismus gibt dem Druckmodul etwas Spiel, wenn seine Positioniereinheiten versuchen ihren genau ausgerichteten vollen Eingriff mit ihren Positionierreferenzen zu finden. Um diese Nachgiebigkeit zu erhalten, können Arme des Vierstab-Verbindungsmechanismus, die sich zwischen dem Druckmodul und der ersten Positioniereinheit erstrecken und mit diesen verbunden sind, etwas flexibel, beispielsweise als Blattfedern ausgebildet sein oder können mit einem Teil versehen sein, das während der Positionierung federnd kompressibel oder dehnbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich die Arme mit dem Druckmodul und der ersten Stützeinheit durch Scharniergelenke zu verbinden, die etwas flexibel ausgebildet sein können oder mit einem Teil versehen sein können, das während der Positionierung federn kompressibel oder dehnbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann wenigstens einer der Scharniergelenke von jedem Arm des Vierstab-Verbindungsmechanismus eine verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung umfassen. Diese Stift-Schlitz-Verbindung ist in der Lage, den Mechanismus mit einer gewünschten Hauptnachgiebigkeit/Flexibilität in einer besonders gewünschten Richtung zu versehen und hat den Vorteil, dass die Richtung von dieser Nachgiebigkeit/Flexibilität leicht gewählt werden kann, indem eine geeignete Hauptorientierung des Schlitzes gewählt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Stift in Richtung einer Zwischenposition innerhalb des Schlitzes durch eine oder mehrere Federn vorgespannt sein. Die Feder (n) kann dann in vorteilhafter Weise helfen, die Positioniereinheiten des Druckmoduls, die mit einer spezifischen Vorspannkraft gegen ihre Positionierreferenzen in der Druckposition gedrückt werden sollten, vorzuspannen. Die Federn helfen auch zu verhindern, dass eines der äußeren Kopfenden des Schlitzes gegen den Stift des Scharniergelenks während des Betriebs stößt, wo es ansonsten beginnen würde, zu hohe Kräfte über das Druckmodul auf die Positionierreferenzen auszuüben, was zu einer Beschädigung von diesen Positionierreferenzen führt.
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In einer Ausführungsform kann eine zweite Stützeinheit vorgesehen sein, die in einer Verstellrichtung relativ zu dem Nebenrahmen bewegbar ist und an welcher die erste Stützeinheit über eine ersten Führungsmechanismus, vorzugsweise eine Linearführung, befestigt ist, welcher es der ersten Stützeinheit erlaubt, relativ zu der zweiten Stützeinheit in der Verstellrichtung bewegt zu werden. Vorzugsweise kann dann ein Stellorgan zwischen der zweiten Stützeinheit und dem Druckmodul in der Weise vorgesehen sein, dass eine Bewegung der ersten und der zweiten Stützeinheit aufeinander zu und voneinander weg in der Verstellrichtung dazu führt, dass der Vierstab-Verbindungsmechanismus durch das Betätigungsorgan betätigt wird.
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Die zweite Stützeinheit ist beispielsweise mittels einer Zahnstange oder einer Gewindespindel, entlang welcher sie manuell oder automatisiert verstellt werden kann, betätigbar, um in der Verstellrichtung relativ zu dem Nebenrahmen bewegt zu werden. Damit ist die zweite Stützeinheit in der Lage, die erste Stützeinheit mitzunehmen, die an ihr über den ersten Führungsmechanismus befestigt ist, sowie das Druckmodul, welches mit der ersten Stützeinheit über den Vierstab-Verbindungsmechanismus befestigt ist, mitzunehmen. Beispielsweise ausgehend von einer Wartungsposition oder einer Position, die zwischen einer solchen Wartungsposition und der Druckposition liegt, kann die zweite Stützeinheit betätigt werden, um sich in der Verstellrichtung zu bewegen und dabei die erste Stützeinheit und das Druckmodul mitzunehmen, bis die erste Stützeinheit in dieser Verstellrichtung blockiert wird, beispielsweise weil sie gegen einen Anschlag wie ein Bauteil des Nebenrahmens läuft. Eine Fortsetzung der Betätigung, um die zweite Stützeinheit in der Verstellrichtung zu bewegen, wird dann bewirken, dass das Betätigungsorgan eine Druckkraft auf das Druckmodul ausübt und somit beginnt den Vierstab-Verbindungsmechanismus zu betätigen und das Druckmodul relativ zu der blockierten ersten Stützeinheit in Richtung seiner Druckposition zu bewegen. Ausgehend von der Druckposition kann die zweite Stützeinheit betätigt werden, um sich in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen. Solange die erste Stützeinheit blockiert gehalten wird, wird sich die zweite Stützeinheit weg von der ersten Stützeinheit bewegen. Das Betätigungsorgan kann dann beginnen eine Zugkraft auf das Druckmodul auszuüben und damit beginnen, den Vierstab-Verbindungsmechanismus zu betätigen und das Druckmodul relativ zu der blockierten ersten Stützeinheit weg aus seiner Druckposition zu bewegen. Sobald die Blockierung der ersten Stützeinheit aufgehoben wird, beispielsweise indem sie von dem Anschlag wie beispielsweise dem Bauteil des Nebenrahmens angehoben wird, dann wird eine Fortsetzung der Betätigung, um die zweite Stützeinheit in der entgegengesetzten Verstellrichtung zu bewegen, dazu führen, dass die erste Stützeinheit und das Druckmodul mit ihr mitgenommen werden.
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Der erste Führungsmechanismus zwischen der ersten und zweiten Stützeinheit umfasst vorzugsweise eine Feder, um die erste und die zweite Stützeinheit voneinander weg zudrücken. Somit können die erste und die zweite Stützeinheit in jeder Orientierung automatisch voneinander weg in Richtung einer Startposition gedrückt werden, in welcher das Betätigungsorgan nicht betätigt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Betätigungsorgan einen Arm umfassen, der sich zwischen dem Druckmodul und der zweiten Stützeinheit erstreckt, wobei der Arm mit dem Druckmodul und der zweiten Stützeinheit mittels Scharniergelenken verbunden ist, und wobei eines von jenen Scharniergelenken eine verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung aufweist. Die verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung ist in der Lage, den Mechanismus mit einer gewünschten Hauptnachgiebigkeit/Flexibilität in einer bestimmten Zielrichtung auszustatten, und hat den Vorteil, dass die Richtung dieser Hauptnachgiebigkeit/Flexibilität leicht gewählt werden kann, indem eine geeignete Orientierung für den Schlitz gewählt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform betätigt das Betätigungsorgan eine Feder, die zwischen dem Betätigungsorgan und dem Druckmodul platziert ist. Diese Feder kann dann vorteilhafter Weise helfen, die Positioniereinheiten des Druckmoduls vorzuspannen, sodass sie mit einer spezifischen Vorspannkraft gegen die Positionierreferenzen in der Druckposition gedrückt werden. Die Feder hilft auch zu verhindern, dass das Betätigungsorgan während des Betriebs fest gegen das Druckmodul stößt, wo es ansonsten beginnen könnte, zu hohe Kräfte über das Druckmodul auf die Positionierreferenzen auszuüben.
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In einer Variante kann die zweite Stützeinheit über einen zweiten Führungsmechanismus, bevorzugt eine Liniarführung, besonders bevorzugt eine teleskopisch ausfahrbare Schiene an dem Nebenrahmen montiert sein, was es der zweiten Stützeinheit erlaubt, in einer anderen Richtung als der Verstellrichtung, insbesondere senkrecht dazu, in Richtung einer Wartungsposition bewegt zu werden. So kann eine wirklich zugängliche Wartungsposition für das Druckmodul erhalten werden, die sogar außerhalb der Begrenzungswandungen des Nebenrahmens liegen kann.
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Der Vierstab-Verbindungsmechanismus kann alle Arten von dimensionierten und orientierten Armen haben, um bei Betätigung seinen gewünschten Bewegungsweg zu haben. Vorzugsweise ist er jedoch ein Parallelogramm-Vierstab-Verbindungsmechanismus. Der Vorteil hiervon ist, dass eine symmetrische Lastverteilung auf das Druckmodul übertragen wird, die helfen kann, um das System kompakt zu halten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Nebenrahmen eine Basisplatte mit einer oder mehreren Öffnungen umfassen, um dem einen oder den mehreren Druckköpfen des Druckmoduls Zutritt zu dem Substrat in der Druckposition zu verschaffen, wobei sich die Basisplatte in einer ersten und einer zweiten Richtung erstreckt, die senkrecht zueinander und zu der Verstellrichtung stehen. Der Satz von Positionierreferenzen kann dann drei Positionierreferenzen umfassen, von denen eine erste und eine zweite voneinander in der ersten Richtung an einer selben Position in der Verstellrichtung beabstandet sind, und eine dritte an einer anderen Position in der zweiten Richtung als die erste und zweite und in einer anderen Position der Verstellrichtung als die ersten und zweiten platziert ist. Somit kann mit nur drei Positionierreferenzen eine genaue Ausrichtung in sechs Freiheitsgraden erhalten werden.
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Die dritte der Positionierreferenzen kann vorzugsweise an einer Mittelposition in der ersten Richtung zwischen den ersten und zweiten der Positionierreferenzen vorgesehen sein. Dies gibt dem Druckmodul eine Dreipunktabstützung, die optimal über das Modul verteilt ist.
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Ein Einstellmechanismus kann vorgesehen sein, um eine Position der dritten der Positionierreferenzen in der ersten Richtung einzustellen. So können die Druckmodule in der ersten Richtung verstellt werden, was eine Feineinstellung in der Richtung möglich macht. In dem Fall, dass beispielsweise eine Mehrzahl von unterschiedlich farbigen Druckmodulen nebeneinander in der zweiten Richtung positioniert sind, macht der Einstellmechanismus eine Feineinstellung des einen oder der mehreren Druckköpfe von einer spezifischen Farbe relativ zu den anderen in der ersten Richtung möglich.
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Die dritte der Positionierreferenzen kann mittels eines Verbindungsorgans an der Basisplatte befestigt sein, wobei das Verbindungsorgan in der ersten Richtung elastisch verformbar und in der zweiten Richtung und in der Verstellrichtung steif ausgebildet ist.
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Die Positionierreferenzen der Positioniereinheiten können bevorzugt durch Kugeln gebildet sein. Die Kugeln sind in der Lage, gut definierte genaue Ausrichtungspositionen zu bilden und helfen das Druckmodul weich zu führen, sodass es leicht seinen Weg zu seiner genau ausgerichteten Druckposition finden kann.
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Die anderen der Positionierreferenzen und Teile können dann beispielsweise durch V-förmige Nuten gebildet sein, von denen eine erste und eine zweite sich in einer selben Richtung erstrecken, insbesondere der ersten Richtung, und von denen eine dritte sich in einer senkrecht dazu liegenden Richtung, insbesondere der Verstellrichtung, erstrecken kann. In der Alternative können die anderen der Positionierreferenzen und Teile auch durch eine V-förmige Nut, eine tassenförmige Vertiefung und ein flaches Oberflächenteil gebildet sein. So kann für beide Beispiele in der Druckposition der Eingriff zwischen dem Druckmodul und dem Nebenrahmen eine spielfreie sein, bei der sechs Freiheitsgrade eingeschränkt sind: eine Position und ein Rotationswinkel an jeder (x, y oder z) Achse.
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Der Nebenrahmen kann Teil eines Hauptrahmens des Druckmoduls oder mit diesem fest verbunden sein. Vorzugsweise kann der Nebenrahmen jedoch ein Schlitten sein, der in der zweiten Richtung relativ zu dem Substrathalter während des Bedruckens eines Substrats hin und her bewegbar ist. Die Elektronik, der Tintentank und dergleichen zum Steuern und Versorgen der Druckköpfe können außerhalb des Schlittens vorgesehen und beispielsweise an dem Hauptrahmen montiert sein, wobei sie mittels flexibler Kabel und Leitungen mit den Druckköpfen des Druckmoduls verbunden sind. Dieses Aufsplitten von Komponenten macht es leichter, das Druckmodul schnell und genau auszurichten und sie bei hohen Beschleunigungs- und Bremskräften, welche durch die hin und her gerichteten Scanbewegungen des Schlittens über das Substrat während des Druckens verursacht werden, ausgerichtet zu halten.
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Der Schlitten umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von Druckmodulen nebeneinander in der zweiten Richtung, wobei jedes insbesondere dazu bestimmt ist, eine unterschiedliche Farbe zu drucken, wobei für jedes Druckmodul ein individuell betätigbarer Satz von Vierstab-Verbindungsmechanismen vorgesehen ist. Dies macht es leichter die individuellen Druckmodule jeweils schnell und genau auszurichten.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nun im weiteren Detail nachfolgend in einer nichtbeschreibenden Weise unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher:
- - 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Drucksystems der Scanart zeigt;
- - 1a eine vergrößerte Teilansicht der 1 zeigt;
- - 2 einen Bodenteil des Schlittens von 1 von einer Rückseite und einer Vorderseite her betrachtet und eine Basisplatte mit Positionierreferenzen umfassend zeigt;
- - 3 eine weggeschnittene Ansicht des Schlittens von 1 mit Druckmodulen in unterschiedlichen Bewegungsstufen zwischen Wartungs- und Druckpositionen zeigt;
- - 4 eine vergrößerte Teilansicht der 3 zeigt;
- - 4a eine weitere vergrößerte Teilansicht von 4 zeigt;
- - 5a, b perspektivische Ansichten von oben und unten einer Anordnung von einem der Druckmodule, das an einem Satz von ersten Stützeinheiten über einen Satz von Vierstab-Verbindungsmechanismen verbunden ist, zeigt;
- - 6a, b, c Teilseitenansichten der verschiedenen Bewegungsstufen zwischen der Wartungs- und Druckposition von 3 zeigen; und
- - 7a, b, c teilweise weggeschnittene perspektivische Ansichten der 6a, b und c zeigen.
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In der 1 ist ein Scandrucksystem gezeigt, das einen Hauptrahmen 1 hat, der auf dem Boden platziert werden kann. Das System umfasst ein betätigbares Förderband als Substrathalter 2, das ausgebildet ist, ein zu bedruckendes Substrat 3 zu stützen, zu halten und zu transportieren. Das Substrat 3 wird in der horizontalen Ebene durch den Substrathalter 2 abgestützt und kann durch diesen in einer Transportrichtung x (erste Richtung) bewegt werden. Ein Nebenrahmen 5 bildet einen Schlitten 6, der in einer Scanrichtung y (zweite Richtung) relativ zu dem Rahmen 1 und dem Substrat 2 reziprokierend bewegbar ist. Die x- und y-Richtungen stehen senkrecht zueinander. Der Schlitten 6 hält sechs Druckmodule 8, die nebeneinander in der y-Richtung positioniert sind. Jedes Druckmodul 8 ist über eine flexible Leitung mit ihrem eigenen Tintenreservoir verbunden, das mit einer eigenen bestimmten Farbe gefüllt ist und das an dem Hauptrahmen 1 vorgesehen ist. Die Druckmodule 8 sind individuell in einer vertikalen Verstellrichtung z, die senkrecht zu den x- und y-Richtungen steht, nach oben und nach unten bewegbar. Somit können die Druckmodule 8 in Richtung und weg von akkurat ausgebildeten Druckpositionen und Wartungspositionen, wo sie leicht zugänglich sind, sodass eine Wartung an ihnen ausgeführt werden kann, bewegt werden.
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In der 2 ist ein Bodenteil des Schlittens von einer Rückseite im Vergleich zu 1 gezeigt. Er umfasst eine Basisplatte 10 mit im Wesentlichen rechteckigen Öffnungen 11, und zwar jeweils eine für jedes Druckmodul 8. Lange Seiten 11a der Öffnungen 11 erstrecken sich in der x-Richtung, kurze Seiten 11b erstrecken sich in der y-Richtung. Eine erste und zweite Positionierkugeln 14, 15 sind jeweils entlang einer der gegenüberliegenden kurzen Seiten 11b vorgesehen. Eine dritte Positionierkugel 6 ist an einer Mittelposition entlang einer der langen Seiten 11a vorgesehen. Somit liegt die dritte Positionierkugel 6 beabstandet sowohl in der x- als auch in der y-Richtung von den ersten und zweiten Positionierkugeln 14, 15. Die ersten und zweiten Kugeln 14, 15 liegen im Wesentlichen in der Ebene der Basisplatte 10. Die dritte Kugel 16 ist an einem oberen Teil eines Verbindungsorgans 18 vorgesehen, das an der Basisplatte 10 montiert ist, und liegt auf einem höheren Niveau in der z-Richtung relativ zu den ersten und zweiten Kugeln 14, 15. Das Verbindungsorgan 18 umfasst eine Anzahl von elastischen Elementen 19, beispielsweise Blattfedern, die Flexibilität in der x-Richtung und Steifigkeit in den y- und z-Richtungen geben. Das Verbindungsorgan 18 ist mit einem Einstellmechanismus 20 verbunden, der hier durch eine Stange gebildet wird, von der die x-Position mittels eines Knaufes, über welchen die Position der dritten Kugel 16 in der x-Richtung eingestellt werden kann, manuell eingestellt werden kann.
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In den 3 und 4 ist die Basisplatte 10 mit sechs Sätzen von Positionierkugeln 14, 16, und zwar jeweils einem für jede Öffnung 11, zusammen mit den 6 Druckmodulen 8 in verschiedenen Bewegungsstufen zeigt. Gezeigt sind eine nach vorne gezogene Wartungsposition für die ersten und zweiten Druckmodule, eine angehobene Position für das dritte Druckmodul, eine grob abgesenkte Position für das vierte Druckmodul und eine genau ausgerichtete Druckposition für die fünften und sechsten Druckmodule gezeigt.
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Wie am besten in der 5a ersichtlich ist, umfasst das Druckmodul 8 einen plattenförmigen Schlitten 25, der mit einer Anzahl von Haltern 26 versehen ist, an welchen Druckköpfe 27 nebeneinander montiert sind. An ihren äußeren Enden sind die Druckköpfe 27 durch Dummies oder Begrenzer 28 gebunden. Kopfenden der Träger 25 sind fest an Blöcken 29 montiert. Jeder Block 29 ist mit einer ersten Stützeinheit 30 über einen Vierstab-Verbindungsmechanismus 32 verbunden.
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Der Schlitten 25 ist am Besten in der 5b ersichtlich. Er umfasst erste und zweite V-förmige Nuten 34, 35, die sich in der x-Richtung entlang gegenüberliegender Unterkanten-Seitenteile des Träger 25 erstrecken. Eine dritte V-förmige Nut 36, die sich in der z-Richtung erstreckt, ist an eine Mittelposition an einem oberen Teil einer Seitenfläche des Schlittens 25 vorgesehen. Die Kugeln 14 bis 16, die mit der Basisplatte 10 des Schlittens 6 verbunden sind, sind auch in der 5b gezeigt, wie sie in den Nuten 34 bis 36 liegen. Dies zeigt die formschlüssige Verbindung zwischen den Kugeln und den Nuten sowie die Fähigkeit der Kugeln, durch ihre entsprechenden Nuten in Richtung ihrer genau ausgerichteten Druckposition zu gleiten.
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Wie in den 3 bis 7 ersichtlich ist, ist jede erste Positioniereinheit 30 verschiebbar mit einer zweiten Stützeinheit 40 über einen ersten Führungsmechanismus 41 verbunden, der hier durch zwei Stangen gebildet wird, die sich in der z-Richtung erstrecken. Eine Feder 42 ist oberhalb von einer der Stangen (siehe 5) vorgesehen, welche die ersten und zweiten Stützeinheiten 30, 40 in der z-Richtung voneinander weg drückt.
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Die zweite Stützeinheit 40 kann in der z-Richtung nach oben und unten mit einer Zahnstange oder Spindel 44, die sich in der z-Richtung entlang von einem oder mehreren Ritzel oder Zahnrädern erstreckt. Dies Verstellung kann beispielsweise durch eine manuelle Betätigung eines Kurbelgriffes 45, der eines der Ritzel oder Zahnräder dreht, erfolgen.
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Die Ritzel oder Zahnräder sind an einem zweiten Führungsmechanismus 47 montiert, der wiederum an dem Schlitten 6 montiert ist. Der zweite Führungsmechanismus 47 ist hier durch eine Schiene gebildet, die teleskopisch in der x-Richtung ausfahrbar ist. Die zweite Stützeinheit 40 kann somit beispielsweise manuell vorwärts in der x-Richtung in seine Wartungsposition gezogen werden. Jeder Vierstab-Verbindungsmechanismus 32 umfasst zwei steife parallele Führungsarme 50, die sich geneigt nach oben in der y- z-Ebene zwischen dem Block 29 des Druckmoduls 8 und der ersten Stützeinheit 30 erstecken. Jeder Arm 50 ist mit der ersten Stützeinheit 30 über ein Scharniergelenk 41 verbunden, das eine im Wesentlichen spielfreie Stift-Loch-Verbindung besitzt. Weiterhin ist jeder Arm 50 mit dem Block 29 über ein Scharniergelenk 52 verbunden, das eine verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung umfasst. Die verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung hat einen Schlitz, der sich in der Längsrichtung des Arms 50 erstreckt, und hat einen Stift, der mit dem Block 29 des Druckmodules 8 verbunden ist. Der Stift ist in der Lage, sich innerhalb des Schlitzes zu drehen sowie in der Längsrichtung gegen eine Vorspannkraft einer Feder 55 durch den Schlitz zu gleiten. Die Feder 55 ist vorgesehen, um den Stift in Richtung einer Zwischenposition innerhalb des Schlitzes vorzuspannen.
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Ein Betätigungsorgan 60, das einen steifen Betätigungsarm 61 umfasst, ist zwischen der zweiten Stützeinheit 40 und dem Block 29 des Druckmoduls 8 aktiv. Der Arm 61 erstreckt sich geneigt nach unten in der y-z-Ebene zwischen der zweiten Stützeinheit 40 und dem Block 29 des Druckmoduls 8. Dabei erstreckt sich der Betätigungsarm 61 im Wesentlichen senkrecht zu den Führungsarmen 50. Der Arm 61 ist mit der zweiten Stützeinheit 40 über ein Scharniergelenk 62 verbunden, das eine verschiebbare Stift-Schlitz-Verbindung umfasst, die einen Schlitz hat, der sich in einer Längsrichtung des Arms 61 erstreckt, und einen Stift hat, der mit der zweiten Stützeinheit 40 verbunden ist. Der Stift ist in der Lage durch den Schlitz in dessen Längsrichtung zu gleiten.
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Weiterhin ist der Arm 61 über ein Scharniergelenk 63 mit einem Kolben 64 verbunden, der verschiebbar in einer Zylinderöffnung 65 ist, die in dem Block 29 vorgesehen ist. Siehe 7, wo der Block 29 teilweise weggeschnitten ist, um einen guten Blick auf diesen vorgespannten Kolben-Zylinder-Mechanismus des Betätigungsorgans 60 zu geben. Die Zylinderöffnung 65 erstreckt sich hier in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Arme 50 des Vierstab-Verbindungsmechanismus 32 steht. Eine Feder 66 ist zwischen dem Kolben 64 und der Zylinderöffnung 65 vorgesehen, um den Block 29 in einer geneigten Richtung weg von der zweiten Stützeinheit 40 zu drücken und somit den Schlitten 25 mit seinen V-förmigen Nuten 34, 35 in Richtung der ersten und zweiten Positionierkugeln 14, 15 sowie seitwärts mit seiner V-förmigen Nut 36 in Richtung der dritten Positionierkugel 16 zu drücken.
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Der Positioniermechanismus kann nun wie folgt betätigt werden:
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Ausgehend von der Wartungsposition, wie sie für die ersten und zweiten Druckmodule in 3 gezeigt ist, kann das Druckmodul 8 entlang des zweiten Führungsmechanismus 47 nach innen gedrückt werden. Somit wird die Situation erreicht, wie sie für das dritte Druckmodul in 3 gezeigt ist. Anschließend können die zweiten Stützeinheiten 14 durch Betätigung des Kurbelgriffs 45 in der z-Richtung abgesenkt werden, wobei sie die ersten Stützeinheiten 30, die Vierstab-Verbindungsmechanismen 32 und das Druckmodul 8 dazwischen gehalten mitnimmt. Dieses Absenken kann fortgesetzt werden, bis die erste Stützeinheit 30 gegen die Bodenplatte 10 läuft. Somit wird die Situation erhalten, wie sie in der Figur 3 für das vierte Druckmodul gezeigt ist. Eine Fortsetzung der Betätigung des Kurbelgriffs 45, um die zweite Stützeinheit 40 weiter nach unten zu bewegen, wird dann automatisch dazu führen, dass der Betätigungsarm 61 des Betätigungsorgans 60 beginnt, eine nach unten gerichtete Druckkraft auf die Böcke 29 des Druckmoduls 8 auszuüben. Das Druckmodul 8 wird dann beginnen, sich gleichzeitig nach unten und zur Seite in einer solchen Weise translatorisch zu bewegen und zu drehen, dass im Wesentlichen gleichzeitig jede der V-förmigen Nuten 34 bis 36 über und gegen ihre entsprechende Kugel 14 bis 16 platziert wird. Dabei geben die Federn 55 des Vierstab-Verbindungsmechanismus und die Feder 66 des Betätigungsorgans 60 dem Druckmodul 8 Nachgiebigkeit, um frei ihre akkurat ausgerichtete Druckposition zu finden und dann in der Druckposition vorgespannt gehalten zu werden. Somit wird die Situation erhalten, wie sie für das fünfte und sechste Druckmodul in 3 gezeigt ist.
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Um das Druckmodul 8 aus seiner Druckposition in Richtung der Wartungsposition zu bewegen, kann der obige Vorgang in umgekehrter Weise ausgeführt werden. Neben der gezeigten Ausführungsform sind alle Arten von Varianten möglich. Beispielswiese können die Anzahl und die Arten von Druckköpfen variiert werden. Es ist auch möglich den Vierstab-Verbindungsmechanismus als Positioniermechanismus in anderen Arten von Drucksystemen wie beispielsweise einem Einzeldurchlaufsystem einzusetzen. Anstelle der Parallellogrammkonstruktion kann der Vierstab-Verbindungsmechanismus auch mit unterschiedlich dimensionierten und geformten oder orientierten Armen ausgebildet sein, um einen anderen imaginären Pfad zu erhalten, entlang dessen der Vierstab-Verbindungsmechanismus dann in der Lage ist, das Druckmodul in Richtung und weg von seiner Druckposition zu führen. Anstatt die Verstellrichtung in der vertikalen Richtung zu haben, ist es auch möglich, die Erfindung für Verstellungen in anderen Richtungen zu verwenden, beispielsweise geneigten entlang eines gekrümmten Weges eines zu bedruckenden Substrates oder sogar umgedreht, wenn es gewünscht ist.
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Anstatt dass der Vierstab-Verbindungsmechanismus mit der ersten und zweiten Stützeinheit verbunden ist, die relativ zu dem Nebenrahmen in der z-Richtung bewegbar sind, ist zu bemerken, dass der Vierstab-Verbindungsmechanismus vorteilhafterweise auch verwendet werden kann, wenn die erste und/oder zweite Positioniereinheit fest mit dem Nebenrahmen verbunden ist. Das Druckmodul wird dann lediglich relativ zu dem Nebenrahmen durch den Vierstab-Verbindungsmechanismus bewegt. Weiterhin ist zu bemerken, dass anstelle das Betätigungsorgan zwischen der zweiten Stützeinheit und dem Druckmodul zu verwenden, damit das Druckmodul seine Ausrichtungsbewegungen durchführt, es auch möglich ist, das Druckmodul auf andere Weise zur Bewegung zu zwingen. Beispielsweise kann das Betätigungsorgan zwischen dem Nebenrahmen und dem Druckmodul oder zwischen dem Nebenrahmen und dem Vierstab-Verbindungsmechanismus vorgesehen sein und dann beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden, um Zug- oder Druckkräfte auf das Druckmodul oder auf den Vierstab-Verbindungsmechanismus auszuüben. Es ist auch möglich den Vierstab-Verbindungsmechanismus mittels einer steuerbaren Antriebseinheit wie beispielsweise eines elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Motors, der direkt auf den Vierstab-Verbindungsmechanismus wirkt, im Uhrzeigersinn oder im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zu drehen und somit auch das Druckmodul zu zwingen, seine Ausrichtungsbewegungen auszuführen.
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Somit wird gemäß der Erfindung ein Drucksystem mit einer optimierten Kombination aus einer nachgiebigen und vorgespannten translatorischen und rotatorischen Bewegung von Druckmodulen in Richtung von akkurat ausgerichteten Druckpositionen geschaffen, das keinen Gebrauch von Schwerkräften macht und gleichzeitig eine Abnutzung oder Beschädigung der kooperierenden Positionierreferenzen und Positioniereinheiten verhindert, die kritisch für akkurate Ausrichtungen der Druckmodule sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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