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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Fluiden, insbesondere Tinte,
aus den in einem Düsenbereich
angeordneten Düsen
eines Tintenstrahldruckkopfs, mit einer Absaugkappe und einer damit
verbundenen Unterdruckeinrichtung, wobei die Absaugkappe bei Kontakt
mit dem Düsenbereich
zusammen mit dem Düsenbereich
einen gegenüber
der Außenatmosphäre zumindest
zeitweise abgedichteten, zum Absaugen mit der Unterdruckeinrichtung
verbindbaren Absaugraum ausbildet.
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Bei Tintenstrahldruckköpfen besteht
in der Regel der Bedarf, deren Düsen
von Zeit zu Zeit von sich dort ansammelnder Luft oder eventuellen Fremdkörpern zu
befreien. Insbesondere kann dieses so genannte "Primen" beispielsweise nach längerem Nichtgebrauch
des Druckkopfes erforderlich sein. Es kann aber auch in regelmäßigen Abständen standardmäßig vorgesehen
sein. Um dieses Absaugen zu ermöglichen,
wurden die eingangs erwähnten Absaugeinrichtungen
entwickelt. So weist beispielsweise die Frankiermaschine "Jetmail" der Anmelderin eine
derartige gattungsgemäße Absaugeinrichtung
auf.
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Bei den bekannten Absaugeinrichtungen
besteht jedoch das Problem, dass insbesondere für eine zuverlässige Absaugung
von Luftbläschen
eine vergleichsweise große
Menge an Tinte abgesaugt werden muss. Die abzusaugende Tintenmenge
ist dabei umso größer, je
kleiner die im Bereich der Düsen
vorhandenen Luftbläschen
sind. Dies liegt daran, dass die üblicherweise zur Absaugung
verwendeten Pumpeinrichtungen in Form von peristaltischen Pumpen
nur vergleichsweise geringe Volumenströme fördern und damit nur geringe
Strömungsgeschwindigkeiten
aufbauen können.
Eine weitere Ursache ist in der parallelen Absaugung mehrerer Düsen zu sehen, welche
einen langsamen Aufbau des Unterdrucks und insgesamt nur einen vergleichsweise
geringen Unterdruck ermöglicht.
Es dauert demgemäß entsprechend
lange, bis kleine Luftbläschen
mit einem vergleichsweise geringen Störungswiderstand aus den Düsen herausbefördert werden.
Zudem wirkt bei der häufig
anzutreffenden Anordnung mit nach unten weisenden Düsen der
auf die Luftbläschen
wirkende Auftrieb der Absaugung entgegen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zu Grunde, eine Absaugeinrichtung der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest
in geringerem Maße
aufweist und insbesondere einen geringen Tin tenverbrauch beim Absaugen
von Luft oder anderen Fremdkörpern
aus den Düsen
ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung löst diese
Aufgabe ausgehend von einer Absaugeinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die technische Lehre zu Grunde, dass man einen geringen Tintenverbrauch
beim Absaugen von Luft oder anderen Fremdkörpern aus den Düsen erhält, wenn
die Unterdruckeinrichtung zum schlagartigen Beaufschlagen des Absaugraums
mit Unterdruck in Form eines Unterdruckstoßes ausgebildet ist. Durch
das schlagartige Beaufschlagen des Absaugraums mit einem Unterdruckstoß können in
vorteilhafter Weise in allen parallel abgesaugten Düsen in kurzer
Zeit vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeiten
erzielt werden. Diese bringen wiederum eine schnelle Abfuhr auch
kleinerer Luftbläschen
und eventueller Fremdkörper
mit sich, sodass insgesamt eine geringere Tintenmenge abgesaugt
werden muss, und diese Luft bzw. Fremdkörper zu entfernen.
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Das schlagartige Beaufschlagen des
Absaugraums mit Unterdruck, d. h. die Erzeugung des Unterdruckstoßes kann
grundsätzlich
in beliebiger Weise erfolgen. So kann die Unterdruckeinrichtung
beispielsweise eine geeignete Pumpe umfassen, welche einen entsprechend
schnellen Aufbau eines Unterdrucks ermöglicht. Dies kann beispielsweise
mittels eines entsprechend schnell verschieblichen Kolbens mit entsprechendem
Kolbenhub erzielt werden.
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Vorzugsweise weist die Unterdruckeinrichtung
einen Unterdruckbehälter
und eine erste Ventileinheit auf, über die der Unterdruckbehälter mit
dem Absaugraum verbindbar ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass
durch eine vergleichsweise geringe Stellbewegung der Ventileinheit
schlagartig in kürzester
Zeit ein beliebig starker Unterdruck zur Absaugung aufgebaut werden
kann. Der im Unterdruckbehälter
herrschende Unterdruck kann dann zudem beliebig stark gewählt und
an den jeweiligen Druckkopf optimal angepasst sein. Je nach Druckkopf
liegt der Unterdruck bevorzugt bei etwa 100 mbar bis 900 mbar. Vorzugsweise
liegt er bei etwa 300 mbar bis 500 mbar. Zudem kann der Unterdruck
ohne weiteres durch einfaches Einstellen des Unterdrucks im Unterdruckbehälter variiert
werden. So kann beispielsweise zu unterschiedlichen Gelegenheiten
bzw. Zeitpunkten mit unterschiedlichen Unterdrücken gearbeitet werden.
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Es ist hierbei zu beachten, dass
der Unterdruck umso schneller aufgebaut werden kann, je geringer
der Strömungswiderstand
der Verbindung zwischen der Unterdruckeinrichtung, insbesondere
dem Unterdruckbehälter,
und dem Absaugraum ist daher ein möglichst großer Strömungsquerschnitt für diese Verbindung
vorgesehen.
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Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
umfasst die Unterdruckeinrichtung eine Unterdruckstoßbegrenzungseinrichtung
zur Begrenzung des Druckniveaus und zusätzlich oder alternativ der
Dauer des Unterdruckstoßes. Hierdurch
kann eine optimale Einstellung des erzielbaren Unterdrucks sowie
des Druckverlaufs und damit auch der abgesaugten Fluidmenge erzielt
werden. Insbesondere kann auf diese Weise auch mit dem einfachen
Druckbehälter
ein Unterdruckstoß mit einem
zeitlichen Druckverlauf mit steilen Flanken erzielt werden.
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Die Unterdruckstoßbegrenzungseinrichtung kann
beispielsweise von einer einfachen Drossel gebildet sein, die den
Absaugraum mit der Außenatmosphäre verbindet.
Diese Drossel stellt sicher, dass mit einer gewissen Verzögerung der
Unterdruck im Absaugraum durch Luftzufuhr aus der Umgebung wieder
abgebaut wird. Sie verhindert somit, dass durch einen zu lang bestehenden
starken Unterdruck zu viel Tinte aus den Düsen abgesaugt wird.
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Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
umfasst die Unterdruckstoßbegrenzungseinrichtung
eine zweite Ventileinheit, über
die der Absaugraum mit der Außenatmosphäre verbindbar
ist. Durch gezielte Ansteuerung der zweiten Ventileinheit, kann
eine exakte Regelung des zeitlichen Druckverlaufs im Absaugraum
erzielt werden. Insbesondere kann die Dauer des Unterdruckstoßes beliebig
gemäß den jeweiligen
Anforderungen variiert werden. Hierbei kann die zweite Ventileinheit
durch eine gesonderte Steuereinrichtung angesteuert sein, sie kann
aber auch direkt durch den Druck im Absaugraum angesteuert sein.
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Bei vorteilhaften Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
mit besonders geringem Tintenverbrauch ist vorgesehen, dass die Unterdruckeinrichtung
zum Erzeugen eines Unterdruckstoßes mit einer Dauer von weniger
als 1 s ausgebildet ist. Vorzugsweise liegt die Dauer des Unterdruckstoßes bei
weniger als 0,5 s. Weiter vorzugsweise liegt die Dauer des Unterdruckstoßes zwischen
0,1 s und 0,3 s. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Unterdruckstoß im Sinne
der vorliegenden Erfindung dann als beendet angesehen werden soll, wenn
der Druck im Absaugraum im Wesentlichen das Niveau erreicht hat,
welches in ihm beim Absaugbetrieb mit einer herkömmlichen Pumpeinrichtung herrscht.
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Die Ansteuerung der Komponenten der
Unterdruckeinrichtung kann als einfache zeitliche Ansteuerung der
einzelnen Komponenten realisiert sein. Bei bevorzugten Varianten
der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
, welche eine Regelung des Druckverlaufs und damit eine Feinabstimmung
auf den jeweiligen Anwendungsfall ermöglichen, ist vorgesehen, dass
die Unterdruckeinrichtung einen Drucksensor umfasst, der mit einer
Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Unterdruckeinrichtung
verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung
dabei zur Begrenzung des Druckniveaus der Unterdruckeinrichtung
ausgebildet. Mit anderen Worten kann über diese Steuereinrichtung
das Druckniveau eingestellt werden. So kann beispielsweise der Unterdruck,
der im Unterdruckbehälter
vor dem Auslösen des
Unterdruckstoßes
herrscht, variiert und damit an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst
werden.
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Der Unterdruck der Unterdruckeinrichtung, insbesondere
der für
den Unterdruckstoß erforderliche
Unterdruck, kann in beliebiger Weise erzeugt werden. Besonders einfach
und kostengünstig
zu realisierende Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
ergeben sich, wenn die Unterdruckeinrichtung zum Erzeugen des Unterdrucks eine
Pumpeinrichtung umfasst. Diese Pumpeinrichtung ist beispielsweise
bevorzugt zumindest zeitweise mit dem Unterdruckbehälter verbindbar.
Hierbei kann es sich um eine geeignete, herkömmliche Pumpe handeln, wie
sie auch bisher schon für
derartige Absaugeinrichtungen eingesetzt wird.
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Die Absaugung des Fluids aus den
Düsen kann
ausschließlich
durch den Unterdruckstoß erfolgen.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung ist jedoch
vorgesehen, dass die Pumpeinrichtung nach dem Ende des Unterdruckstoßes noch
für eine
gewisse Zeit läuft,
um das durch den Unterdruckstoß aus
den Düsen
gesaugte Fluid, also die gegebenenfalls mit Luft und Partikeln versetzte
Tinte, aus dem Absaugraum zu entfernen. Je nach Druckkopf und Anwendung
kann die Gesamtdauer der Absaugung etwa 500 ms bis 3 s betragen.
Die Pumpeinrichtung ist daher vorzugsweise zum Absaugen des durch
den Unterdruckstoß aus den
Düsen beförderten
Fluids aus dem Absaugraum ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
weiterhin eine Tintenstrahldruckeinrichtung, insbesondere eine Frankiermaschine,
mit einem Tintenstrahldruckkopf, der in einem Düsenbereich angeordnete Düsen für den Tintenausstoß umfasst,
und einer vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung zum Absaugen
von Tinte. Mit dieser Tintenstrahldruckeinrichtung lassen sich die
oben beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen in demselben Maße realisieren,
sodass diesbezüglich
auf die obigen Ausführungen
verwiesen werden soll.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf
die beigefügten Zeichnungen
Bezug nimmt. Es zeigen
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1A eine
schematische Teildarstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckeinrichtung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung
in einem ersten Zustand;
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1B eine
schematische Teildarstellung der Ausführung aus Figur 1 in einem
zweiten Zustand;
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1C eine
schematische Teildarstellung der Ausführung aus Figur 1 in einem
dritten Zustand.
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1A zeigt
eine schematische Teildarstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckeinrichtung
in Form einer Frankiermaschine mit einem Tintenstrahldruckkopf 1 und
einer erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung 2 zum
Absaugen von Tinte aus den Düsen 1.1 des
Tintenstrahldruckkopfs 1. Die Düsen 1.1 münden dabei
an der Düsenplatte 1.2 des
Tintenstrahldruckkopfs 1, die somit den Düsenbereich
des Tintenstrahldruckkopfs 1 bildet. Die Absaugeinrichtung 2 umfasst
dabei eine Absaugkappe 3 und eine damit verbundene Unterdruckeinrichtung 4,
die zum Absaugen von Tinte aus den Düsen 1.1 mit der Absaugkappe 3 verbunden
werden kann.
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Der Tintenstrahldruckkopf 1 und
die Absaugkappe 3 können
in Richtung des Doppelpfeils 6 relativ zueinander bewegt
werden. Im gezeigten Beispiel wird die Absaugkappe 3 auf
den Tintenstrahldruckkopf 1 aufgesetzt bzw. von diesem
wieder abgehoben. In dem in 1A dargestellten
ersten Zustand sitzt die Absaugkappe 3 dichtend auf der
Düsenplatte 1.2,
an der die Düsen 1.1 münden. Die
Düsenplatte 1.2 und
die Absaugkappe 3 bilden dabei einen gegenüber der
Außenatmosphäre abgedichteten
Absaugraum 3.1 aus.
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Die Unterdruckeinrichtung 4 umfasst
einen Unterdruckbehälter 4.1,
der über
eine erste Ventileinheit in Form eines Absaugventils 4.2 mit
dem Absaugraum 3.1 verbunden werden kann. Der Unterdruckbehälter 4.1 ist
weiterhin mit einer Pumpeinrichtung in Form einer peristaltischen
Pumpe 4.3 verbunden, über
die im Unterdruckbehälter 4.1 ein
vorgebbarer Unterdruck erzeugt werden kann. Der Unterdruck im Unterdruckbehälter 4.1 wird
dabei über
eine mit der Pumpe 4.3 verbundene Steuereinrichtung 4.4 geregelt.
Dabei erhält
die Steuereinrichtung 4.4 ein dem aktuellen Druck im Unterdruckbehälter 4.1 entsprechendes Drucksignal,
welches von einem mit dem Unterdruckbehälter 4.1 verbundenen
Drucksensor 4.5 geliefert wird.
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Die Unterdruckeinrichtung 4 umfasst
weiterhin eine zweite Ventileinheit in Form eines Belüftungsventils 4.6, über welches
der Absaugraum 3.1 mit der Außenatmosphäre verbunden werden kann. Dieses
Belüftungsventil 4.6 dient,
wie im folgenden noch detailliert beschrieben wird, zur Steuerung
des Druckverlaufs im Absaugraum 3.1 während des Absaugvorgangs.
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Sowohl das Absaugventil 4.2 als
auch das Belüftungsventil 4.6 ist
mit der Steuereinrichtung 4.4 verbunden. Beide Ventile
sind als elektromagnetische Ventile ausgebildet, die angesteuert
durch die damit verbundene Steuereinrichtung 4.4 jeweils
zwischen einer ersten Ventilstellung und einer zweiten Ventilstellung
verstellt werden können.
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In dem in 1A dargestellten ersten Zustand befindet
sich das Absaugventil 4.2 in seiner ersten Ventilstellung,
in welcher der Unterdruckbehälter 4.1 von
dem Absaugraum 3.1 getrennt ist. Das Belüftungsventil 4.6 befindet
sich ebenfalls in seiner ersten Ventilstellung, in welcher der Absaugraum 3.1 von
der Außenatmosphäre getrennt
ist.
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Zu einem bestimmten vorgegebenen
ersten Zeitpunkt steuert die Steuereinrichtung 4.4 das
Absaugventil 4.2 an, sodass dieses in seine in 1B dargestellte zweite Ventilstellung überführt wird.
Hierbei wird der Absaugraum 3.1 in Form eines Unterdruckstoßes schlagartig
mit Unterdruck beaufschlagt. Die Stärke des Unterdruckstoßes richtet
sich dabei hauptsächlich
nach dem zuvor im Unterdruckbehälter 4.1 eingestellten
Unterdruck.
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Durch die Beaufschlagung mit Unterdruck wird
in den Düsen 1.1 befindliche
Tinte zusammen mit eventuell dort vorhandenen Luftbläschen und Feststoffpartikeln
etc. aus den Düsen 1.1 abgesaugt. Durch
die schlagartige Beaufschlagung mit erheblichem Unterdruck wird
dabei in allen Düsen 1.1 in
kürzester
Zeit eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit aufgebaut,
welche eine zuverlässige Absaugung
auch kleinerer Luftbläschen
oder Partikel mit geringem Strömungswiderstand
sicherstellt. Dabei wirkt sich die erhebliche Druckabsenkung noch insofern
positiv aus, als das Volumen von in den Düsen 1.1 befindlichen
Luftbläschen
hierdurch anwächst.
Diese Volumenerhöhung
führt wiederum
zu einer Erhöhung
des Strömungswiderstandes
dieser Luftbläschen
und damit zu einer schnelleren Abfuhr dieser Luftbläschen.
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Der erste Zeitpunkt der Ansteuerung
des Absaugventils 4.2 kann in Abhängigkeit von bestimmten externen
Signalen vorgegeben sein. So kann er beispielsweise von einem Signal
eines externen Sensors abhängen,
der das Anliegen der Absaugkappe 3 an der Düsenplatte 1.2 erfasst.
Ebenso kann er von beliebigen anderen Kriterien abhängen.
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Der vor dem Unterdruckstoß im Unterdruckbehälter 4.1 eingestellte
Unterdruck richtet sich nach der jeweiligen Anwendung, d. h. dem
jeweiligen Druckkopf und der jeweiligen durchzuführenden Absaugung. So können beispielsweise
von Zeit zu Zeit Absaugvorgänge
mit stärkerer
Absaugung vorgesehen sein. In jedem Fall ist der Unterdruck deutlich stärker als
der bei der herkömmlichen
Absaugung mit herkömmlichen
Pumpen erzielte Absaugdruck. In der Regel beträgt der Druck im Unterdruckbehälter lediglich
einen Bruchteil des bei der herkömmlichen
Absaugung mit herkömmlichen
Pumpen erzielten Absaugdrucks.
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Um einen möglichst schnellen Druckabfall
im Absaugraum 3.1, also eine möglichst steile Druckflanke
zu erzielen, weisen das Absaugventil 4.2 und die Verbindungsleitung
zwischen dem Unterdruckbehälter 4.1 und
dem Absaugraum 3.1 einen möglichst großen Strömungsquerschnitt auf.
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Zu einem bestimmten vorgegebenen
zweiten Zeitpunkt steuert die Steuereinrichtung 4.4 das Belüftungsventil 4.6 an,
sodass dieses in seine in 1C dargestellte
zweite Ventilstellung überführt wird.
Hierbei wird der Absaugraum 3.1 mit der Außenatmosphäre verbunden,
wodurch sich der durch den Unterdruckstoß verursachte Unterdruck im
Absaugraum 3.1 schlagartig wieder abbaut. Die Steuereinrichtung 4.4 bildet
zusammen mit dem Belüftungsventil 4.6 mit
anderen Worten eine Unterdruckstoßbegrenzungseinrichtung, mit
der unter anderem die Dauer des Unterdruckstoßes begrenzt wird.
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Durch das Zeitintervall zwischen
dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt wird eine Begrenzung
der Dauer des Unterdruckstoßes
erzielt. Das Zeitintervall ist dabei unter anderem in Abhängigkeit
von der zu erwartenden oder durch geeignete Mittel erfassten Konsistenz
der Tinte so gewählt, dass
eine zuverlässige
Abfuhr von unerwünschten Luftbläschen oder
Feststoffpartikeln aus den Düsen 1.1 bei
minimalem Tintenverbrauch gewährleistet
ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt das Zeitintervall etwa 0,3
s. Es versteht sich jedoch, dass beispielsweise bei besonders zähflüssiger Tinte
gegebenenfalls auch längere
Zeitintervalle vorgesehen sein können.
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Es versteht sich weiterhin, dass
bei bestimmten Ausführungen
der Erfindung vorgesehen sein kann, dass der Grad der Öffnung des
Belüftungsventils 4.6 durch
die Steuereinrichtung
4.4 in Abhängigkeit von dem über den
Drucksensor 4.5 erfassten Druck im Unterdruckbehälter 4.1 gesteuert
werden kann, um so einen bestimmten gewünschten Druckverlauf bei der
Absaugung zu erzielen. So kann bei bestimmten Anwendungen beispielsweise
ein langsamer Abbau des Unterdrucks oder auch ein stufenweiser Abbau
des Unterdrucks vorgesehen sein.
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Nachdem der starke Unterdruck des
Unterdruckstoßes
abgebaut ist, fördert
die Pumpe 4.3 die abgesaugte Tinte und gegebenenfalls mitgeführte Luftbläschen und
Partikel aus dem Absaugraum 3.1 durch den Unterdruckbehälter 4.1 hindurch
in einen Auffangbehälter
fünf hinein,
der von Zeit zu Zeit geleert oder ausgetauscht wird. Ist dies geschehen, kann
die Absaugkappe 3 in Richtung des Doppelpfeils 6 von
der Düsenplatte 1.2 abgehoben
werden. Die Düsenplatte 1.2 kann
dann in bekannter Weise mit einem Wischer abgewischt werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand
eines Beispiels mit elektromagnetisch betätigten Ventilen beschrieben.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung
die Ventile auch druckbetätigte
ausgebildet sein können.
Dabei kann insbesondere das Belüftungsventil
durch den im Absaugraum vorherrschenden Druck angesteuert sein und
beispielsweise mit bestimmter auf die gewünschte Dauer des Unterdruckstoßes abgestimmter
Verzögerung öffnen.