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Strömungsmittel betriebenes Schaltelement in einem Tintenspritzkopf
Die Erfindung betrifft ein Strömungsmittel betriebenes Schaltelement in einem Tintenspritzkopf
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Stand der Technik Durch die deutschen Offenlegungsschriften 2 132
082 und 2 164 614 sind Vorrichtungen zum Spritzen von Flüssigkeitstropfen bekannt,
bei denen einzelne Tropfen durch eine schlagartige Volumenveranderung einer Flüssigkeitskammer
aus einer Auslaßdüse gespritzt werden. Ein Spritzen von Tintentropfen ist bei diesen
bekannten Anordnungen nicht mehr möglich, so bald Luft durch die Auslaßdüse in die
Kammer eingesaugt wird. Aus diesem Grunde sind die Abmessungen der Kanäle und damit
die Oberflächenspannung und die Kapillarkräfte der Flüssigkeit in der Auslaßdüse
so zu wählen, daß keine Luft in das System eindringen kann und daß nur ein Nachsaugen
aus dem Vorratsbehälter erfolgt. Durch diese Maßnahme wird ein Lufteinsaugen der
Spritzvorrichtung an einem bestimmten Arbeitsplatz der Maschine vermieden.
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Wird nun die Maschine aber zu einem anderen Arbeitsplatz oder vom
Hersteller zum Kunden transportiert, so ist ein Strömen der Flüssigkeit zwischen
dem Spritzkopf und dem Vorratsbehälter nicht zu vermeiden. Durch dieses Strömen
der Flüssigkeit kann es daher vorkommen, daß Luft in die Kammer der als ventillose
Pumpe arbeitenden Spritzvorrichtung eingesaugt wird. Dieses führt dazu, daß eine
Benutzung der Maschine an einem anderen Arbeitsplatz oder beim Kunden nicht immer
möglich ist. Aus diesem Grunde muß dann der Spritzkopf ausgetauscht oder zum Hersteller
zum Nachfüllen geschickt werden.
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Dieses Lufteinsaugen in die Flüssigkeitskammer wird durch den Gegenstand
der deutschen Auslegeschrift 22 62 327 dadurch vermieden, daß ein Ventilraum mit
einem Ventil in dem Zulaufkanal von einem Vorratsbehälter zum Spritzkopf angeordnet
ist. Dieses Ventil ist über den Betriebsein- und -ausschalter betätigbar und sperrt
den Zulaufkanal während des Transports. Bei Serial-Schreibwerken, bei denen die
Spritzköpfe nicht bewegt werden, wird durch diese MaRnahme ein Lufteintritt in das
System vermieden. In Schreibwerken mit einem in Zeilenrichtung bewegten Tintenspritzkopf
kommt es zu Beschleunigungsstößen in der im Spritzkopf und in der Rohrleitung befindlichen
Schreibflüssigkeit, die die Druck- und Kräfteverhältnisse in den Hohlräumen verändern,
so daß der Schreibvorgang durch Lufteintritt unterbrochen wird. Die eingedrungene
Luft muß durch Evakuieren in einer Vakuumanlage entzogen und der Tintenspritzkopf
erneut mit Schreibflüssigkeit gefüllt werden. Beim Auswechseln des Tintenbehälters
wie auch beim Abziehen der Rohrleitung von Anschlußstutzen am Tintenspritzkopf wird
in den tintegefüllten Hohlräumen Unterdruck erzeugt, die ein Zurückfließen der Tinte
aus den Spritzkopf bewirken und den Luftzutritt fördern. Dieses Lufteinsaugen wahrend
der Bewegung des Spritzkopfes wird durch den Gegenstand des deutschen Patentes 2
311 383 vermieden. Bei dieser bekannten Anordnung können sich die beim Beschleunigen
und Verzögern des Tintenspritzkopfes auftretenden Beschleunigungsstöße nicht mehr
so nachteilig auf die Tinte tropfenbildung auswirken. Die in dem Spritzkopf angeordnete
und als Schaltelement ausgebildete Membrane ist aber in der Ruhestellung der Maschine
nicht strömungsmitteldicht. Außerdem erfordern die Prallflächen noch einen recht
komplizierten Aufbau, was wiederum mit hohen Herstellungskosten verbunden ist. Auch
erfordert dieses bekannte Schaltelement einen recht großen Raum.
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Aufgabe Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Strömungsmittel
betriebenes Schaltelement in einem Tintenspritzkopf zu schaffen,
welches
bei kleinen Abmessungen und einfacher Konstruktion billig herzustellen ist und ein
Lufteinsaugen in die Flüssigkeitskammern verhindert. Diese Aufgabe wird mit der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.
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Vorteile Die Betriebssicherheit von Tintenspritzköpfen wird durch
die erfindungsgemäßen einfachen und billigen Konstruktionsmittel beträchtlich erhöht.
Der Einsatz von Schraubenfedern als Schaltelemente ist im anderen technischen Zusammenhang
bereits bekannt, siehe Multrus 1?Pneumatische Logikelemente und Steuerungssysteme",
Krauskopfverlag, Seiten 119 bis 121. Bei Tintenspritzschreibwerken sind derartige
Schraubenfedern bislang nicht eingesetzt worden.
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Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes nach
den Ansprüchen 3 und 4 wird der Vorteil erzielt, daß die Strömungssperre zwischen
Tintenspritzkopf und Vorratsbehälter durch einfache Mittel steuerbar ist. Das erfindungsgemäße
Schaltelement ist massearm und für hohe Schaltfrequenzen geeignet. Die vorteilhafte
Ausbildung des Erfindungsgegenstandes nach Anspruch 6 erhöht die Betriebssicherheit
des Tintenspritzkopfes ebenfalls, da die Schraubenfeder bei zu starken Druckanstiegen
in der Schaltkammer strömungsdicht zusammengedrückt wird.
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Erläuterung der Erfindung Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines längs der
Druckzeile bewegbaren Wagens mit einem Tintenspritzkopf,
Fig. 2
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schaltelementes für den Tintenspritzkopf, Fig.
3 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Schaltelement und Fig. 4 eine Einzelheit
aus Figur 1.
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In Figur 1 ist ein Spritzkopf 1 zum Erzeugen von Schriftzeichen aus
Tintentröpfchen auf einem Aufzeichnungsträger 7 mit mehreren Schreibeinheiten dargestellt.
Dieser Spritzkopf 1 ist auf einem Schlitten 2 fest angeordnet, welcher auf einer
Achse 3 verschiebbar gelagert und mittels einer Gewindespindel 5 längs des Aufzeichnungsträgers
7 transportierbar ist. Die Gewindespindel 9 ist z. B. mittels eines Schrittmotors
9 antreibbar.
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Der Spritzkopf 1 ist über einen Verteiler 14 mit zwei flexiblen Schläuchen
11, 12 verbunden, welche über einen Verteiler 10 mit einem Vorratsbehälter 13 fließverbunden
sind.
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In der Figur 4 ist ein Teilausschnitt des Spritzkopfes 1 aus der Figur
1 dargestellt. Die in dem Spritzkopf angeordneten Tintenkammern 16 weisen einerseits
Auslaßdüsen 18 auf und sind andererseits in bekannter Weise durch äe eine elastisch
ausgebildete Membran 19 abgedeckt. An diese Membran 19 ist ein als elektromechanische
Wandlereinrichtung ausgebildeter piezoelektrischer Kristall 21 angeschlossen, der
zur Erzeugung von kurzzeitigen Impulsen dient. Die Kristalle 21 erhalten die Steuerimpulse
über teitungsdrähte 17 von einer Steuereinrichtung 25.
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In der Figur 2 ist ein Strömungsmittel betriebenes Schaltelement für
den Tintenspritzkopf 1 mit einer Schaltkammer 27 dargestellt, welche mit den Zuflußleitungen
11, 12 und mit der Abflußleitung 23 in Fließverbindung steht. Die Abflußleitung
23 ist mit den Tintenkammern 16 fließverbunden. In der Schaltkammer 27 ist eine
in ihrer Ruhelage strömungsmitteldichte Schraubenfeder angeordnet, welche mit ihrem
einen Ende über die Abflußleitung 23
gestülpt und mit ihrem anderen
frei schwingenden Ende durch einen als Schwingmasse ausgebildeten Stopfen 31 abgeschlossen
ist. In der Ruhelage des Spritzkopfes liegen die Windungen der Schraubenfeder 29
so dicht zusammen, daß keine Tinte von dem Vorratsbehälter 3 über die Zuflußleitungen
11, 12 und über die Schaltkammer 27 zum Tintenspritzkopf 1 strömen kann. Eine sichere
Dichtung der Schraubenfeder 29 wird vorteilhaft dadurch erzielt, daß diese (29)
eine Ummantelung aus einem elastischen Kunststoff aufweist. Wird nun aber der Spritzkopf
1 längs des Aufzeichnungsträgers 7 bewegt, dann schwingt die Schraubenfeder 29 durch
die an dem Spritzkopf 1 wirkenden Beschleunigungskräfte ständig.
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Hierbei werden die Federwindungen voneinander abgehoben, so daß Tinte
von der Schaltkammer 27 aus in die Abflußleitung 23 zu den Tintenkammern 16 strömen
kann. Die Schraubenfeder 29, der als Schwingmasse ausgebildete Stopfen 31 und die
Schaltkammer 27 sind so zu dimensionieren, daß die Schwingungen der Schraubenfeder
29 keine Störungen bei der Tropfenbildung hervorrufen und ein Nachströmen von Tinte
beim Saugvorgang der zurückschwingenden Kristalle 21 immer gewahrleistet ist. Hierdurch
wird ein Lufteinsaugen in die Austrittsdüsen 18 vermieden und die Betriebssicherheit
des Tintenspritz-Schreibwerkes beträchtlich erhöht. Um den Tintenspritzkopf 1 mit
dem erfindungsgemäßen Schalt element auch sicher transportieren zu können, weist
die Schaltkammer 27 an ihrer dem freien Ende der Schraubenfeder 29 zugewandten Wand
eine Plattenmembran 33 auf, welche durch einen steuerbaren Andruckhebel 35 gegen
die untere Windung der Schraubenfeder drückbar ist. Der Andruckhebel 35 ist über
eine Zugstange 37 mit einem Betriebsein- und -ausschalter 39 verbunden. In der Wirkstellung
des Andruckhebels 35 ist eine Schwingbewegung des freien Endes der Schraubenfeder
29 nicht mehr möglich, wodurch auch jegliches Fließen von Tinte von der Schaltkammer
27 zu der Abflußleitung 23 unterbunden wird. Durch die arretierte strömungsmitteldichte
Schraubenfeder 29 wird ein Lufteinsaugen während des Transportes des Spritz-Schreibwerkes
vermieden, da die beim Transport in den Zuflußleitungen auftretenden Schwingungen
nicht
auf die Flüssigkeit in den Kammern des Spritzkopfes 1 übertragen
werden können. Die Betriebssicherheit des Tintenspritz-Schreibwerkes wird also beträchtlich
erhöht.
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In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsb ei spiel einer als Strömungsmittel
betriebenes Schaltelement ausgebildeten Schraubenfeder 41 dargestellt. Hierbei ist
die Schraubenfeder 41 in einer Schaltkammer 43 angeordnet, an welche eine Zuflußleitung
11, 12 und eine Ausflußleitung 23 zu den Tintenkammern 16 gemäß Figur 4 angeschlossen
sind. Die Schraubenfeder 41 ist mit ihrem offenen Ende wieder über die Abflußleitung
23 gestülpt und an ihrem freien Ende durch einen Stopfen 45 abgeschlossen.
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In der Ruhestellung werden die Windungen der Schraubenfeder durch
eine Steuervorrichtung derart zusammengedrückt, daß keine Tinte von der Zuflußleitung
11, 12 zur Ausflußleitung 23 strömen kann. Die Steuervorrichtung besteht z. B. aus
einem Elektromagneten 47. Sie kann allerdings auch rein mechanisch ausgebildet und
von dem Betriebsein- und -ausschalter bedienbar sein.
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Wenn die Maschine nun eingeschaltet wird, entregt sich der Magnet
47, wodurch die Schraubenfeder 41 entarretiert wird. Hierbei heben sich die Windungen
der Schraubenfeder 41 gemäß Figur 3 voneinander ab. Hierdurch wird die Fließverbindung
zwischen der Zuflußleitung 11, 12 und der Abflußleitung 23 freigegeben. Die bei
jedem Druckvorgang ausgestoßene Flüssigkeitsmenge kann sofort ohne Störungen nachgesaugt
werden. Die Schraubenfeder 41 in der Schaltkammer 43 ist allerdings derart ausgebildet,
daß sie durch plötzliche Druckanstiege in der Zuflußleitung 11, 12 und in der Schaltkammer
43 zusammendrückbar und dadurch kurzzeitig strömungsmitteldicht wird. Hierdurch
können sich die Druckerhöhungen nicht störend auf die Tintentropfenbildung auswirken.
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Durch die erfindungsgemäßen Schaltelemente wird die Betriebssicherheit
der Tintenspritz-Schreibwerke sowohl beim Transport als auch im Betriebszustand
beträchtlich erhöht. Außerdem zeichnen sie sich durch ihre kleinen Abmessungen und
durch ihren einfachen und billigen Aufbau aus.