DE2218797A1

DE2218797A1 - Filter fur Punktschreiber

Info

Publication number: DE2218797A1
Application number: DE19722218797
Authority: DE
Inventors: Robert Irving Niles IU. Keur (V.St. A.). P
Original assignee: A.B. Dick Co., Niles, 111. (V.St.A.)
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-18
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2136531A5; GB1388137A; CA951780A; JPS5225212B1; US3708118A; NL7205030A

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Vorrichtungen zum Aufzeichnen von durch elektrische Signale dargestellten Informationen durch tropfenweises Aufbringen einer Schreibflüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmaterial und bezieht sich insbesondere auf ein Filter für den Schreibkopf eines Punktschreibers zur Ausscheidung mikroskopisch kleiner Teilchen, wobei der Schreibkopf einen Düsenkörper mit einem an eine Flüssigkeits-Resonanzfrequenz angepaßten Düsenkanal von vorbestimmtem Durchmesser und vorbestimmter Länge sowie an einem Ende einen Flüssigkeits-Auslaß und am entgegengesetzten Ende einen Flüssigkeits-Einlaß aufweist.

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Es sind Vorrichtungen zum Aufzeichnen von durch Videosignale dargestellten Informationen an einem Aufzeichnungsmaterial "bekannt, "bei denen ein Strom von Schreibflüssigkeitstropfen erzeugt wird, diese Tropfen gegen ein Aufzeichnungsmaterial gerichtet und während dieser Bewegung in Abhängigkeit von Videosignalen so abgelenkt werden, daß die Tropfen beim Auftreffen auf das Aufzeichnungsmaterial ein sichtbares Bild der Videosignale erzeugen. Die hierzu verwendete Vorrichtung weist gewöhnlich einen Schreibflüssigkeits-Behälter auf, aus dem"Schreibflüssigkeit durch eine Pumpe entnommen werden kann. Die von der Pumpe geförderte Schreibflüssigkeitsmenge wird einer Düse zugeführt, die Teil eines Schreibkopfes ist. Der Düsenauslaß ist, wie in der US-Patentschrift 3 346 869 beschrieben,, sehr klein und weist einen Durchmesser im Bereich zwischen etwa 0,025 und 0,064 mm auf. Es besteht somit die Gefahr, daß· die Düse verstopft. Die in der vorerwähnten Patentschrift beschriebene Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verstopfen des Düsenauslasses durch eintrocknende Schreibflussigke.it zu verhindern.

Ein Verstopfen der Düse kann auch durch in der Schreibflüssigkeit befindliche Teilchen verursacht werden. Bei herkömmlichen Punktschreibern ist daher in die Flüssigkeitszuleitung zwischen der Flüssigkeitspumpe und der Düse ein Filter eingebaut. Zwischen dem Filter-und dem Düsenauslaß verbleibt jedoch noch ein Leitungsabschnitt von beträchtlicher Länge sowie Verbindungsteile. Diese Anordnung ist durch die erhebliche Baugröße des Filters bedingt. Würde man daher das Filter an der über das Aufzeichnungsmaterial vor- und zurückbewegten Düse anbringen, so würde die Ansprechgenauigkeit des Schreibkopfes in nachteiliger Weise beeinflußt. Außerdem ging man von der Annahme aus, daß die Düse

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an einem Ende, beispielsweise mit einem flexiblen Schlauch, akustisch weich abgeschlossen sein müßte,, um eine Veränderung der Flüssigkeits-Resonanz-Eigenschaften der Düse zu vermeiden.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß bei Anordnung eines Filters im Abstand von der Düse kleinste Teilchen im Strömungssystem zwischen dem Filter und der Düse eingeschlossen werden. Diese Teilchen können beim Zusammenbau der Teile entstandene Schabsei sein oder in anderer Weise während des Zusammenbaus in das System gelangt sein,, Selbst wenn der Zusammenbau in einem entsprechend geschützten Raum und unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen vorgenommen wird, befinden sich stromab vom Filter kleinste Teilchen, die ein Verstopfen der Düse und damit Störungen im System hervorrufen können.

Außerdem sind zur Erzielung zweckmäßiger Betriebsbedingungen bestimmte physikalische bzw. mechanische Eigenschaften der Düse als kritisch zu betrachten. Da die erfindungsgemäß zu verwendenden Filter Teilchen in der Größenordnung von 40 um ausscheiden sollen, stellt das Filter für Schallwellen im wesentlichen eine massive Wand dar. Aus diesem Grund ist es nicht einfach möglich, ein Filter, wie in der US-Patentschrift 3 362 640 beschrieben, nahe dem Düsenauslaß anzuordnen, da die Düse so ausgebildet sein muß, daß an ihrer Arbeitsstelle mechanische und Flüssigkeits-Resonanssen wirksam sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein wirtschaftlich herstellbares und leicht zu wartendes Filter für die Schreibkopfdüse eines Punktschreibers zu schaffen, das ohne Beeinflussung der Flüssigkeits-Resonanz

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der Düse in der Schreibflüssigkeit enthaltene sehr kleine Teilchen vor dem Eintreten in den Düsenauslaß abfängt.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Filter in einer Flüssigkeits-Einlaßkammer anordnet, deren Durchmesser in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem des Düsen-Strömungskanals steht.

Ein Filter der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine Flüssigkeits-Einlaßkammer mit einer Querschnittsfläche von vorbestimmtem Durchmesser in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaß des Strömungskanals steht, daß sich über die Querschnittsfläche der Flüssigkeits-Einlaßkammer ein Filter erstreckt, und daß das Verhältnis zwischen dem Strömungskanaldurchmesser und dem Durchmesser der Flüssigkeits-Einlaßkammer etwa 0,4-5 oder weniger beträgt.

Die Flüssigkeits-Resonanz des als geschlossenes Rohr wirkenden Düsen-Strömungskanals erfährt im wesentlichen keine Veränderung durch das Filter, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der vom Filter überdeckten Querschnittsfläche einer Einlaßkammer und dem Durchmesser der Querschnittsfläche des Strömungskanals etwa 0,4-5 oder weniger beträgt. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung der Ausdruck "Durchmesser" in seiner allgemeinsten Bedeutung verwendet und nicht auf die Bestimmung eines kreisrunden Querschnitts beschränkt, sondern wird auch zur Bestimmung eines Minimalabstandes längs einer Linie verwendet, die im wesentlichen durch den Mittelpunkt eines beliebigen Querschnitts geht und von dessen Umriß eingeschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer

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Zeichnungen eines Ausfjihrungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

5¹Ig. 1 einen Punktschreiber mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schreibkopf,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Schreibkopf entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1 mit Einzelheiten einer Schreibkopf-Düse und

Fig. 3 ein Schaubild, in welchem die Ordinate das Durchmesserverhältnis zwischen Strömungskanal und Einlaßkammer und die Abszisse die Resonanztfrequenzwerte des Strömungskanals darstellt.

Entsprechend Jj¹Ig. 1 ist einem Tintenströmungssystem 10 eines Punktschreibers ein Tintenvorratsbehälter 11 zugeordnet, aus dessen Tintenvorrat Tinte durch eine Pumpe 12 ausförderbar ist. Nicht verschriebene Tinte ist dem Vorratsbehälter über eine Abflußrinne 14 zuführbar. Die Pumpe 12 führt Tinte unter Druck einem Regler 15 zu, dessen Auslaß mit einem Magnetventil 16 verbunden ist, das Tinte über eine Zuleitung

17 zu einem Schreibkopf 18 oder über eine Umgehungsleitung 19 zum Vorratsbehälter 11 zurücklenkt. Über den Schreibkopf

18 ist ein Strom von Tropfen 20 entweder auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials 21 oder in die Abflußrinne 14 richtbar· Zum Erzeugen der gewünschten Aufzeichnungen ist der Schreibkopf 18 in an sich.bekannter Weise über die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials 21 bewegbar. In der Zuleitung 16 ist zwischen der Pumpe 12 und dem Schreibkopf 18 ein Filter 22 eingesetzt» Die bisherige Beschreibung entspricht dem Stand der Technik. Das Filter 22 besteht aus zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Filterelementen, wobei das erste als Grobfilter, das zweite als

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Peinfilter wirkt. Bei einer Ausfuhrungsform war der Peinheitsgrad des Peinfilterelementes so gewählt, daß Teilchen in ' der Größenordnung von 40 um oder größer aus der durchfließenden Tinte ausgeschieden werden konnten.

Da der Schreibkopf 18 eine Querbewegung ausführt und dabei an unter Druck stehende Tinte angeschlossen bleibt, ist in die Zuleitung 16 zum Ausgleich der Längenunterschiede ein flexibler Schlauch 24 eingesetzt.

Pig. 2 zeigt im Querschnitt des Schreibkopfes 18 Einzelheiten der Düse. In einem Düsenkörper 25 von überwiegender Längsausdehnung ist im wesentlichen mittig.ein Düsen-Strömungskanal 26 angeordnet, der sich über die ganze Länge des Düsenkörpers 25 erstreckt. Am vorderen Ende des Düsen-Strömungskanals ist eine Verengung 27 vorgesehen, die- einen Auslaß bildet, durch den Tinte unter Druck austritt. In der Praxis kann die Verengung 27 eine beliebige polygone, beispielsweise auch dem Umriß eines Edelsteines entsprechende Querschnittsform annehmen und der Auslaß' 28 mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 12 und 75 um ausgebildet sein. In einer praktischen Ausbildungsform besitzt der Düsen-Strömungskanal 26 einen Durchmesser von etwa, 0,94 mm. Am entgegengesetzten Ende des Düsenstromungskanals ist ein Flüssigkeits-Einlaß 28a ausgebildet, \

Am vorderen und hinteren Ende besitzt der Düsenkörper 25 Gewinde 30 bzw. 31· Am Gewinde 30 ist eine Mutter 32 aufgenommen, die gegen eine Gruppe von piezoelektrischen Kristallen 34,35 festklemmbar ist und diese gegen einen mit dem Düsenkörper einstückig ausgebildeten Halter 36 drückt.

Die piezoelektrischen Elemente 34,35 sind in an sich bekannter Weise so polarisiert, daß sie sich bei Anlegen einer

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elektrischen Spannung über Drähte 37a und 37b in axialer Richtung ausdehnen und den Düsenkörper 25 zusammenpressen. Diese Pressungen werden auf die im Strömungskanal 26 befindliche Flüssigkeit übertragen und erzeugen Störungen der Art, daß die am Auslaß 28 unter Druck austretende Flüssigkeit in Form von in vorbestimmtem Abstand gebildeten Tropfen 20 ausfließt (Fig. 1). Der Düsenkörper 25, die Mutter 32 und die piezoelektrischen Elemente 34,35 sind in einem Schreibkopf-«Gehäuse 38 eingeschlossen.

Nahe dem Flüssigkeits-Einlaß 28a des Düsen-Strömungskanals ist erfindungsgemäß ein Filter vorgesehen. Bei der gezeigten Ausbildungsform ist daher ein Filter 39 so angeordnet, daß es die Querschnittsfläche einer Einlaßkammer 40 überdeckt, die in einem Filterträger- und Verbindungsstück 41 ausgebildet ist. Das gezeigte Filter weist eine im wesentlichen kegelförmige Gestalt auf. Jedoch sind erfindungsgemäß beliebige andere jrilter-Formgebungen möglich. Beispielsweise und ohne geglichen einschränkenden Charakter sei auf rechteckige und pyramidenförmige Formen verwiesen« Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das Filter im wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Strömungskanals 26 angeordnet ist. Schräge Anordnungen sind möglich. Wesentlich ist, daß das Filter 39 den Strömungsquerschnitt der Einlaßkammer überdeckt und dabei so gehalten ist, daß es die Resonanz des Düsen-Strömungskanals nicht stört. Das Filterträger- und Verbindungsstück 41 ist mit einem Innengewinde 41a versehen, das am vorderen Ende des Düsenkörpers in das Gewinde 31 eingreift. Am entgegengesetzten, hinteren Ende trägt das Verbindungsstück 41 ein Außengewinde 42, auf das mit einem Gewinde 44 a eine Mutter 44 aufgeschraubt ist, mit der das Ende des flexiblen Schlauches 24 gefaßt ist und die zwischen diesem und dem Verbindungsstück 41 eine fLüssigkeitsdichte

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Verbindung herstellt. Der Düsenkörper 25 und seine ihm zugeordneten Bauteile und der ITiIterträger 41 sind im Schreibkopf-Gehäuse 38 mit einer Halt em utter 4-5 gehalten. Aus der Zeichnung ist erkennbar, daß die Halte mutter 4-5 in form einer Büchse ausgebildet ist, die mit einem Gewinde 46 in ein Gegengewinde des Gehäuses 38 eingreift und mit einer radial nach innen sich erstreckenden Lippe 48 an einer ringförmigen schulter 48a am Verbindungsstück 41 angreift. Bei der gezeigten Ausführungsform ist zwischen die die piezoelektrischen Kristalle haltende Mutter J2 und das Gehäuse 38 ein O-Ring 4-7 eingesetzt, um die sichere Aufnahme der Düse insgesamt im (iehäuse zu erleichtern. Bei einer praktischen Ausführungsform des Filters wurde als Werkstoff für das filter ein Polyamid verwendet und seine Umfangsränder in das Verbindungsstück 4-1 eingepreßt, das selbst aus einem Styrol-modifizierten Polyphenolenoxid geformt war. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, ist es möglich, andere Mittel und Werkstoffe zur Abstützung eines in einer Kammer angeordneten und sich über deren Querschnittsfläche erstreckenden Filters mit der erfindungsgemäß gewählten Feinheit zu verwenden.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß das filter 39, dessen Porosität so gering ist, daß es sich gegenüber Schallwellen im wesentlichen wie ein massiver Werkstoff verhält, im wesentlichen die Resonanz des Düsen-Strömungskanals 26 unverändert läßt. Wie am deutlichsten aus Fig. 3 zu erkennen, bleibt die Flüssigkeits-Resonanzfrequenz einer gegebenen Düse sowohl bei Verwendung eines Filters (Kurve F) als auch ohne Filter (Kurve NF) im wesentlichen unverändert, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D1 der Querschnittsfläche des Düsen-Strömungskanals und dem Durchmesser D2 der Querschnittsfläche der Einlaßkammer etwa 0,45 oder weniger beträgt.

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Bei Werten, die deutliph über 0,45 liegen, sind für Ausbildungsformen mit und ohne Filter bzw. Sieb unterschiedliche Resonanzen für den Düsen-Strömungskanal festzustellen·, .wobei für das Filter eine Anordnung mit Überdeckung der Querschnittsfläche der Einlaßkammer gilt. ·-

Wie bereits erwähnt, ist der Begriff-"Durchmesser" im weiten Sinne zur Messung eines Minimalabstandes durch den Mittelpunkt einer Querschnittsfläche zu verstehen, so daß im Rahmen der Erfindung jede beliebige Querschnittsgestalt erfaßt ist, die für den Strömungskanal 26'und die Einlaßkammer 40· .gewählt sein kann. Es ist zweckmäßig,.den Mittelpunkt der Querschnittsfläche der Einlaßkammer im wesentlichen zusammenfallend mit der Achse des Düsen-Strömungskanals zu wählen. ■

Aus dem Vorstehenden ist deutlich zu erkennen, daß erfindungsgemäß die Anordnung eines Filters mit einer Porosität in der Größenordnung von 40 um in nächster Nähe einer Punktschreiberdüse möglich ist. Da der Düsenauslaß verhältnismäßig klein, in der Größenordnung zwischen 12 und 75 um gewählt ist, können bereits verhältnismäßig kleine Teilchen zu einer Verstopfung führen. Die Porosität des Filters 39 muß so mikroskopisch klein gewählt sein, daß das- Filter Teilchen, die etwa halb so groß wie der Durchmesser des Düsenauslasses sind, auffängt.' Bei gewöhnlichen Strömungssystemen als verhältnismäßig sauber geltende Bedingungen können bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Punktschreiber bereits Schwierigkeiten hervorrufen. Da das Filter sehr kleine Teilchen, die ein Verstopfen des Düsenauslasses verursachen würden, ausscheiden kann und verhältnismäßig nahe dem Auslaß anbringbar ist, können die Teilchen abgefangen werden, bevor sie den Auslaß erreichen und diesen verstopfen. Das Filter ist

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so ausgebildet, daß es leicht von der Düse weggenommen werden kann. Ein verstopftes Filter ist daher bequem ausbaubar und durch ein neues PiIter ersetzbar, so daß das System sofort wieder betriebsbereit ist. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn am Arbeitsort des Punktsehreibers die zur Instandhaltung der Düse erforderliche äußerst saubere Umgebung nicht gewährleistet werden kann. Sind in das System zwischen dem Filter 22 und dem Schreibkopf 18 irgendwelche Teilchen eingedrungen, so ist dies kein Grund zur Beunruhigung, denn sie werden durch das nahe der Düse angeordnete Filter aufgefangen. Es wurde festgestellt, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Punktschreiber eine beträchtlich größere Betriebssicherheit aufweist»

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Claims

ANSPRÜCHE

1 .J Filter für den Schreibkopf eines PunktSchreibers 5ur Ausscheidung mikroskopisch kleiner Teilchen, wobei der Schreibkopf einen Düsenkörper mit einem an eine Flüssigkeits-Resonanzfrequenz angepaßten Strömungskanal von vorbestimmten Durchmesser und vorbestimmter Länge sowie an einem Ende einen Flüssigkeits-Auslaß und am entgegengesetzten Ende einen Flüssigkeits-Einlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeits-Einlaßkanuner (40) mit einer Querschnittsfläche von vorbestimmtem Durchmesser (Dp) in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeits-Einlaß (28a) des Strömungskanals (26) steht, daß sich über die Querschnittsfläche der Flüssigkeits-Einlaßkammer (4-0) ein Filter (39) erstreckt, und daß das Verhältnis zwischen dem Strömungskanaldurchmesser (D,-) und dem Durchmesser (Dp) der Flüssigkeits-Einlaßkammer etwa 0,45 oder weniger beträgt.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Filters (39) zwischen eine Flüssigkeits-Zuleitung (24) und dem Strömungskanal (26) ein hohler Verbinder (41) eingesetzt ist.

3· Filter nach Anspruch 1 oder 2_T dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden und Lösen des das Filter (39)

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aufnehmenden Verbinders (41) mit bzw. von dem Düsenkörper (25) und der Flüssigkeits-Zuleitung (24) von Hand der Düsenkörper (25) und der Verbinder (41) mit zueinander passenden Gewinden (31,41a) ausgestattet sind.

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