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Vorrichtung zum Erzeugen von Druckimpulsen in einer Flüssigkeitskammer,
insbesondere für ein Tintenspritz-Schreibwerk Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erzeugen von Druckimpulsen in einer Kammer mit einer flüssigen Materie, insbesondere
für ein Tintenspritz-Schreibwerk, die mit einem Ende über eine Rohrleitung mit einer
Auslaßdüse verbunden ist, nit einem Zulaufksnal Pür dio aus einem Behälter kommende
flüssige materie in Verbindung steht und deren Volumen durch eine elektromechanische
Wandlereinrichtung veränderbar ist.
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Es ist bereits ein Tintenstrahlschreiber bekanntgeworden, bei den
durch einen speziellen Schreibkopf'ein feiner, aus geladenen Tintentröpfchen bestehender
und gegen das Schreibpapier gerichteter Strahl erzeugt wird, der in ähnlicher Weise
wie ein Elektronenstrahl abgelenkt werden kann. Im Schreibkopf wird hierbei Tinte
unter leichtem, von einer kleinen Pumpe erzeugten Druck einer Düse so zugeführt,
daß am Düsenausgang ein konvexer Meniskus entsteht. Durch ein Hochspannungsfeld
zwischen Düse und eine davor befindlichen Ringelektrode wird die Tinte zu einer
fe@en Spitze ausgezogen und zur Tröpfchenbildung angeregt. Der Aufbau dieser bekannten
Einrichtung ist sehr aufwendig und erfordert unter anderem eine Anordnung zum Erzeugen
eines Überdruckes. Außerdem muß der aus Tropfen bestehende Strahl elektrisch aufgeladen
sein, da dieser nicht abgeschaltet werden kann und daher abgelenkt werden muß, wenn
nicht geschrieben werden soll.
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Ferner sind die Strahldüse, die Ablenkplatten und der Zeichengeber
besonders empfindlich gegenüber Luftverunreinigungen.
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Außerdem ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Druckimpulsen in einer
Kammer mit einer flüssigen Materie vorgeschlagen worden, be der die Kammer durch
eine Msmbrane abgeschlossen ist und mit einem Auslauf- und einem Zulaufkanal jir
die aus einem Behälter kommende flüssige Materis in Verbindung steht.
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Das Volumen in dieser Kammer ist durch Beaufachlagung der bewglichen
Membrane durch eine elektromechanische Wandlereinrichtung veränderbar. Die Mombrane
ist hierbei mit einem piezoelektrischen Kristall durch eine Klebeverbindung verbunden.
Wird ein Spannungsimpuls an dem Kristall angelegt, so wird der Druck in der Kammer
derart arhöht, daß einzelne Tröpfchen aus der Düse heraus und auf das Schreibpapier
geschossen werden. Bei dieer vorgeschlagenen Anordnung müssen die Klebeverbindungen
sehr sorgfältig ausgeführt werden.
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Die Klebeflächen müssen sorgfältig mit einem geeigneten Lösungsmittel
gereinigt werden. Der aus einem leitenden Werkstoff bestehende Kleber hat außerdem
nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit und eine beträchtliche Aushärtungszeit.
Die Klebeverbindung wird also schr touer. Auch muß die Membranstärke entsprechend
optimiert werden.
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Die Aufgabe uns@@r Erfindung besteht darin, einen kleinen kompakton
Spritzkopf, insbesondere Schreibkopf, zu achaffen, und die bekannten Anordnungen
zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Volum@n
der Kammer durch zwei elektromechanische Wandlereinrichtungen getrennt veränderbar
ist, die im Bereich der Enden dieser Kammer angeordnet sind und zwischen donen der
Zulauf@anal in die Kammer mündet. Dio Vorteile dienar Erfindung liagen in dem elnfachen
und kompakten Aufbau das Spritzkopfes, der auch gegenüber Luftverunreinigungen unempfindlich
ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung besteht
darin, daß eine Signalquelle Spannungsimpulse zeitlich kurz nacheinander auf die
elektromechanischen Wandlereinrichtung@@ abgibt, welche entsprechend zeitlich differenzierte
Druckimpulse auf die Flüssigkeit der Kammer ausüben.
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Hierdurch werden sehr gleichmäßige Tintentröpfehen erzeugt, d die
bereits durch die erste elektromechanische Wandler einrichtung gerichtete Strömung
der Flüssigkeit beim Druckimpuls der zweiten elektromechanischen Wandlereinrichtung
nur in Richtung der Duse fließen kanne Die Erfindung wird nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen und von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit dem Erfindungsgegenstand
im Querschnitt, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit dem Erfindungsgegenstand
im Querschnitt und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel.
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In einem rotationssymmetrischen Gehäuse 1 mit einem Boden 3 gemäß
Fig. 1 sind zwei Hohlzylinder 5, 7 aus piezoelektrischem Material angeordnet, die
durch eine ringförmige Scheibe 9 voneinander getrennt sind. Diese Rohlzylinder 5,
7 sind mittels einer Abschußschraube 8 in dem Gehäuse 1 einstellbar angeordnet,
wobei zwischen diesen Hohlzylindern 5, 7 und Scheibe 9 Dichtungsringe 11, 13 angeordnet
sind. Die elastisch ausgebildeten Dichtungsringe 11, 13 ermöglichen eine axiale
Ausdehnung der Hohlzylinder 5, 7, wenn diese über Zuleitungen 15 durch Spannungsimpulse
von
einer Signalquelle 16 beaufschlagt werden. Die Hohlzylinder
5, 7 weisen außerdem durchgehende Bohrungen 17, 19 auf, die über einen Kapillarraum
21 miteinander in Verbindung stehen. Dieser Kapillarraum 21 wird durch ein Loch
23 in der Scheibe 9 und durch die Dichtungsringe 11, 13 gebildet. An die Bohrung
17 im Hohlzylinder 5 schließt sich ein Rohr 25 mit einer Auslaßdüse 27 an, das in
der Abschlußschraube 8 gelagert ist. Der Kapillarraum 21 steht außerdem über eine
als Zulaufkanal ausgebildete Bohrung 29 in der Scheibe 9 und ein Rohr 31 mit einem
Vorratsbehälter 33 für die flüssige Materie in Verbindung. Das PIUS.len der aus
den Bohrungen 17, 19. der Hohlzylinder 5, 7 und aus dem Kapillarmum 21 gebildeten
Kammor erfolgt über eine Bohrung 37 in Boden 3 des Gehäuses 1, die über einen Stopfen
35 verschließbar ist.
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Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist folgende: Wird der
piezoelektrische Hohizylinder 7 über Zuleitungen 15 durch einen Impuls von einer
Signalquelle 16 beaufschlagt, so
zicht sich der Hohlzylinder 7 entsprechend seiner Polarisation in radialer
axialer Richtung aus, siehe die gestrichelte Darstellung in der Fig. 1. Durch das
Verengen der Bohrung 19 im Hohlzylinder 7 wird ein Druckimpuls auf die Flüssigkeit
(Tinte) gegeben, die daraufhin in Richtung der Bohrung 17 im Hohlzylinder 5 strömt.
Da die Signaiquelle 16 Spannungsimpulse zetlich kurz nacheinander auf die piezoelektrischen
Hohlsylinder 7 und 5 abgibt, ist bereits eine gerichtete Strömung und ein entsprechender
Druck im Bereich des Ubergangs des Kapillarraumes 21 zur Bohrung 17 bei dessen (v)
Verengung vorhanden. Hierdurch wird die Flüssigkeit gezwungen, in Richtung der Düse
27 zu fließen. Beim Zurückschwingen der piezoelektrinchen Hohlzylinder 5, 7 in ihre
Ausgangslage entsteht ein Unterdruck in den Bohrungen 17, 19, der dafür sorgt, daß
über
die als Zulaufkanal ausgebildete Bohrung 29 und das Rohr 31
Flüssigkeit aus dem Vorratabehälter 33 nachgesaugt wird.
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Hierbei sind die Oberflächenspannung und die Kapillarkräfte der flüssigen
Materie in der Düse 27 eo groß, daß keine Luft in das System eindringen kann und
daß nur ein Nachsaugen aus dem Vorratsbehälter erfolgt.
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Der Erfindungsgogenstand zeichnet sich besonders durch seine Unempfindlichkeit
gegenüber einer verunreinigten Luft aus.
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Das Nachfüllen kann daher auch ohne eine Vakuumanlage z. B.
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mit einer Injektionsspritze gefüllt werden.
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Die Erfindung ist keineswegs auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Vielmehr sind Abweichungen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
möglich, die in Anpassung an die Jeweiligen Gegebenheiten und Abmessungen in Form
von konstruktiven Änderungen vorgenommen werden können, So kann s.
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B. gemäß F4g. 2 die zuerst beaufschlagte elektromechanische Wendlereinrichtung
aus einem scheibenförmigen Piezokristall 41 bestehen, der mit einer elastisch ausgebildeten
Membrane 43 fest verbunden ist. Diese Membrane 43 wirkt auf eine Kammer ein, die
durch eine Bohrung 42 in einem Gehäuse 45 und einer Bohrung 47 eines in diesem angeordneten
piezoelektrischen Hohl zylinder 49 gebildet wird. Dieser piezoelektrische Hohlzylinder
49 ist mittels einer Abschlußschraube 51 in dem Gehäuse 45 einstellbar angeordnet.
Um eine axiale Ausdehnung des pezoelektrischen Hohlzylinders zu gewährleisten, ist
ein Dichtungsring 53 zwischen diesem Hohl zylinder 49 und dem Boden 55 des Gehäuses
45 angeordnet. Auch hierbei ist der Zulaufkanal 57 von dem Vorratsbehälter 59 mit
einer Bohrung 61 Im Gehäuse 45 verbunden, die in die Bohrung 42 zwischen den beiden
elektromechanischen Wandlereinrichtungen milndet. An die Bohrung 47 im Hohlzylinder
49 schließt sich ein Rohr 50
mit einer Auslaßdüse 52 an. Die Wirkungsweise
des Gegenstandes dieses Ausführungsbeispieles ist dieselbe wie bei Fig. 1.
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Entscheidend ist, daß die erste elektromechanische Wandlereinrichtung
derart wirksam wird, daß die Flüssigkeit einer Kammer bei Beaufschlagung durch die
zweite elektromechanische Wandlereinrichtung nur noch in Richtung der Auslaßdüse
52 strömen und keinen Rückimpuls auf den Zulaufkanal 57 zum orratsbehälter 59 ausüben
kann. Hierbei kann ein Teil der bereits durch die erste elektromechanische Wandlereinrichtung
gerichteten und in die Bohrung 47 der zweiten elektromechanischen Wandlereinrichtung
fließenden Strömung bei Beaufschlagung durch die zweite elektromechanische Wandlereinrichtung
eiterbeschleunigt werden.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform zu Fig. 1 dargestellt. Hierbei
ist zwischen den beiden piezoelektrischen lohlz=ylindem 65 und 67 ein elastischer
Ring 69 angeordnet, der mit diesen Hohlzylindern 65, 67 verbunden sein kann. Die
durch die Bohrungen 71, 73 der Hohlzylinder 65, 67 und das Loch 75 in dem Ring 69
gebildete Kammer steht über einen Schlitz 81 in dem Ring 69, eine Bohrung 77 im
Gehäuse 83 und ein Rohr 79 mit einem Vorratsbehälter 85 in Verbindung.