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Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeitstropfen auf eine Oberfläche
Derartige Vorrichtungen sind 5. B. als Ausgabeiruckwerke für datenverarbeitende
Maschinen schon mehrfach bekannt, bei denon es insbesondere darauf ankommt, möglichst
hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, um die meist höher liqende Verarbeitungsgeschwindigkeit
der angeschlossenen Anlage auch ausnutzen zu können und im Idealfall zu erreichen.
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So ist durch die DT-OS 2 164 614 bereits ein Drucker bekannt, bei
dem das Volumen einer mit Tinte goffillten Kairner kurzzeitig durch eine elektromechanische
Wandlereinrichtung veränderbar ist. Hierbei werden durch den kurzzeitigen Druckanstieg
einzelne Tintentröpfchen aus einer Auslaßdüse gestoßen und auf den Aufzeichnungsträger
gespritzt. Diese bekannte Anordnung hat war einen niedrigen Leistungsverbrauch,
aber es sind bei einem Schreibkopf mit mehreren Scheibeinheiten auch mehrere Kammern
und elektromechanische Wandlereinrichtungen erforderlich. Hierdurch bekommt man
einen zylindrischen ßchreibkopf mit groß Durchmesser, durch den die Schreibstelle
unmittelbar nach dem Abdruck nicht eingesehen werden kann.
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Andererseits verteuern die viden elektromechanischen Wandlereinrichtungen
den Sohreibkopf erheblich. Auch weist ein derartiger Schreibkopf mit z. B. sieben
Schreibeinheiten viele Einzelteile auf, die in mehreren Arbeitsgängen montiert werden
müssen. Hierbei ist auch eine gewisse Geschicklichkeit von der die Montage ausführenden
Person erforderlich, zumal die Abmessungen der aus piezoelektrischem Material bestehenden
Plättchen sehr klein sind. Außerdem müssen die leicht zerbrechlichen Plättchen genau
montiert und fixiert werden.
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Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen zu schaffen, die einfach und billig
herzustellen und zu montieren ist. Hierbei soll ein hoher Integrationsgrad bei geringem
Fertigungsaufwand erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung
gelöst.
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Damit ergeben sich als Vorteile, daß die Vorrichtung zum Aufbringen
von Flüssigkeitstropfen auf eine Oberfläche nur aus wenigen und leicht su fertigenden
Einzelteilen besteht und eine leichte und billige Montage ermöglicht. Durch die
vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist es möglich, auch eine
schneller trocknende Flüssigkeit - z. B.
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Tinte - als bei den bekannten Vorrichtungen zu verwenden.
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Durch die während der eingeschalteten Maschine ständig schwingende
Flüssigkeit wird eine Ablagerung mikroskopisch kleinster Teilchen in den Auslaßdüsen
und damit ein Verstopfen dieser Auslaßdüsen verhindert. Bei abgeschalteter Maschine
werden die Auslaßdüsen durch eine Abdeckplatte abgedichtet, um ein Austrocknen der
Flüssigkeit in den Auslaßdüsen zu verhindern. Außerdem ermöglicht die vorteilhafte
Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 nur einen verhältnismäßig geringen Energieaufwand
für den Spritzvorgang.
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Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4
ist es möglich, die Elektroden an den Auslaßdüsen der piesoelektrischen Abdeckplatte
mit einem größeren wirkungsvollen
Durohmesser zu versehen. Außerdem
ist es hierdurch möglich. das Punktraster der Schriftzeichen noch weiter zu verfeinern.
Hierdurch ist auch eine Erzeugung von Schriftzeichen mit zusammenhängenden Punkten
möglich. Ein derartiges feines Pun@traster läßt sich auch vorteilhaft mit dem Gegenstand
des Anspruchs 5 erstellen, der sich besondere für eine kontinuierliche Relativbewegung
zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger eignet.
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Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Tintenspritzkopf mit in
einer Reihe angeordneten Auslaßdüsen, Fig. 2 einen Schnitt 1-1 gemäß Fig. 1, Fig.
3 eins Ansicht auf die Abdeckplatte mit den Auslaßdüsen, Fig. 4 e eine Draufsicht
auf einen Tintenspritzkopf mit zwei Reihen Auslaßdüsen, die versetzt zueinander
angeordnet sind und Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Tintenspritzkopf mit einer
Reihe Auslaßdüsen, die auf einer zur Diagonalen des Schriftzeichenfeldes parallelen
@inie angeordnet sind.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Spritzkopf 1 für ein Tintenspritz-Schreibwerk
dargestellt, der einen Rotationskörper
3 mit einer durchgehenden
Flüssigkeitskammer 5 aufweist. Diese Flüssigkeitskammer 5 weist an der Oberfläche,
welche hier das bedruckende Papier 7 darstellt, eine stetige Verjüngung 9 auf, die
in einen Kapillarspalt 11 mündet. Dieser Kapillarspalt 11 steht mit mehreren Auslaßdüsen
13 einer aus piezoelektrischem Material bestehenden Abdeckplatte 15 in Wirkverbindung,
welche mit dem Rotationskörper 3 fest verbunden ist. Die Abdeckplatte 15 weist beidseitig
konzeisch zu den Auslaßdüsen 13 angeordnete, kreisringförmige Qnerschnittsminderungen
17, 19 auf, wobei die ebenfalls kreisringförmigen Oberflächen der Abdeckplatte 15
zwischen den Auslaßdüsen 13 und den Querschnittsminderungen 17, 19 mit Elektroden
21, 23 versehen sind Die Elektroden 21, 23 erhalten über Leitungsdrähte 25. 27 Spannungsimpulse
von einer Signalquelle 29, durch die die piezoelektrischen Wandler der ausgewählten
Auslaßdüsen 13 aktiviert werden. Der Längsschnitt der Aus.
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laßdüsen 13 kann z. B. die Form gemäß Fig. 2 haben, wobei die zylindrische
Öffnung 31 jeder Auslaßdüse 13 zu dem Kapillarspalt 11 hin entsprechend eines Diffusors
erweiter ist.
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Hierdurch werden bei Erregung der piezoelektrischen Wandler Druckstöße
nach innen auf die Flüssigkeit ausgeübt. Selbstverständlich ist es auch möglich,
die Auslaßdüsen 13 in den piezoelektrischen Wendlern so auszubilden, daß Druckstöße
nach außen auf die Flüssigkeit ausgeübt werden können.
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Die Flüssigkeitskammer 5 weist an ihrem den Auslaßdüsen 13 gegenüberliegendem
Ende einen kreisförmigen Kapillarraum 35 auf, der durch eine Abdeckplatte 37 mit
einer elastischen Membrane 39 abgedeckt ist und der über einen umlaufenden Zulauf
41 mit einem nicht dargestellten Flüssigkeitsvorratatehälter in Verbindung steht.
Die @embrane 39 ist durch ein Erregersystem beaufschlagbar, das z. B. aus einem
piezoelektrischen
Kristall 45 besteht. Der piezoelektrische Kristall
45 ist iiber Zuleitungen 47, 49 entsprechend Fig. 2 von einer nicht dargestellten
Signalquelle orregbar. An der Einmündung des Zulaufs 41 in den Kapillarraum 35 ist
eine als Düse-Prallplatte-System ausgebildete Diode 43 eingebaut, durch der Strömungswiderstand
bei der Volumenänderung der Plüssigkeitskammer 5 5 durch den piezoelektrischen Kristall
45 zum Zulauf hin sehr groß und in der umgekehrten Richtung sehr klein ist.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Verteilung der Auslaßdüsen. In
Fig. 4 sind zwei senkrecht zur Richtung der Relatisbewegung zwischen Spritzkopf
und Aufzeichnungsträger angeordnete Reihen Ayslaßdüsen 51, 53 gegeneinander versetzt
angeordnet. Hierbei läßt sich eine feinere Schriftrasterung erzielen, wobei allerdings
eine schrittweise Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger zweckmäßig
bzw. erforderlich ist.
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Ordnet man den Kapillarspalt 47 und eine Reihe Auslaßdüsen 49 auf
einer zur Diagonalen des Schriftzeichenfeldes paral-Selen Linie entsprechend Fig0
5 an, so ist eine Erzeugung von Schriftzeichen mit zusammenhängenden Punkten möglich.
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Hierbei ist eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Spritzkopf
und Aufzeichnungsträger zweckmäßig. Hierdurch läßt sich mit einfachen Mitteln ein
brauchbares Schriftbild erzeugen.
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Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist folgende: Wird von
einer Spannungsquelle ein Spannungsimpuls über die Leitngsdrähte 47, 49 auf den
Piezokristall 45 gegeben, so
zieht sich dieser infolge seiner Polarisation
radial aus men und biegt sich nach innen durch. Ilierdurch wird ein Druckimpuls
auf die Flüssigkeit in dem Kapillarraum 35 und in der Kammer 5 gegeben. Synchron
mit dem Anlegen einer Spannung an dem Piezokristall 45 werden auch Spannungen an
die Elektroden 21, 23 derjenigen Auslaßdüsen 13 gelegt, aus denen keine Tintentröpfchen
gespritzt werden sollen. Hierbei üben die beaufschlagten Auslaßdüsen 13 nach innen
gerichtete Druckimpulse auf die Flüssigkeit aus, die den Druckimpulsen, welche durch
den Piezokristall 45 erzeugt werden, entgegenwirken und ein Ablösen der über die
Öffnung der Auslaßdüsen 13 hinauswölbende Flüssigkeit verhindern. Der von dem Piezokristall
45 erzeugte Druck ist so ausgelegt, daß aus allen Auslaßdüsen 13 Tröpfchen gestoßen
werden können, wenn an keiner der Elektroden 21, 23 eine Spannung angelegt worden
ist. Um dieses zu ermöglichen, muß der Piezokristall 45 entsprechend dimensioniert
sein.
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Der Piezokristall 45 kann schwächer dimensioniert sein, wenn die Flüssigkeit
in der Flüssigkeitskammer 5 durch den Piezokristall 45 in dauernde Schwingungen
entsprechend seiner Eigenfrequenz versetzt wird, ohne daß sich Flüssigkeitströpfchen
von der über die Öffnungen der Auslaßdüsen 13 hinauswölbende Flüssigkeit beim Vorschwingen
ablösen. Zum Zweck des Ablösens von Flüssigkeitstropfen von den Auslaßdüsen 13 werden
Spannungen an die Elektroden 21, 23 der ausgewählten Auslaßdüsen 13 in der Abdeckplatte
gelegt, wodurch z. 3. ein zusätzlicher Druckimpuls auf die Flüssigkeit in Richtung
auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 7 gegeben wird.
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Selbstverstand"lich ist es auch möglich, daß der schwingenden Flüssigkeitssäule
Druckimpulse wie oben beschrieben entgegengerichtet werden und so ein Ablösen von
Flüssigkeitströpfchen verhindern. Die Flüssigkeit kann z. B. mit dem Einschalten
der
Maschine bereits in ständige Schwingngen versetzt werden, wodurch ein Ablagern mikroskopisch
kleiner Teilchen und damit auch ein Verstopfen der Auslaßdüsen 13 während der Betriebsbereitschaft
der Maschine vermieden werden. Beim abschalten der Maschine werden di. Auslandüsen
13 automatisch durch eine Vorrichtung verschlossen, so daß ein Austrocknen der Tinte
in den Auslaßdüsen vermieden wird.
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Sind Tropfen aus den Auslaßdüsen 13 gestoßen worden, dann wird während
der Rückschwingung des Piezokristalls 45 die der aus der Flüssigkeitskammer 5 ausgestoßenen
Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssigkeitsmenge über die Flüssigkeitsdiode 43
aus dem Vorratsbebälter wieder nachgesogen.
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Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr sind Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen
ohne Änderung des Erfindungsgedankens möglich, die an Anpassung an die jeweiligen
Gegebenheiten und Abmessungen in Form von konstruktiven Änderungen vorgenommen werden
können