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Düsendruckkopf
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Die Erfindung betrifft einen Düsendruckkopf der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Art.
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In den Druckschriften DT-OS 21 32 082 und DT-AS 21 64 614 sind Druckköpfe
beschrieben worden, bei denen der Tintenaustritt aus Düsen erfolgt aufgrund von
Flüssigkeitsverdrängung in der At ventilloser Pumpen. Bei diesen Systemen besteht
während ner Saugphase die Möglichkeit des Lufteinsaugens in das Pumpensystem durch
die Düsen. Die in der Saugphase eingedrungene Luftsäule darf in ihrem Volumen nicht
größer sein als das volumen der Düse, da weiter bis in den Energieflußkanal eingedrungene
Luftblassen nicht mehr aus der Düse ausgedrückt werden können. Hierdurch setzt der
Druckkopf aus und muß im Vakuumverfahren neu mit Tinte gefüllt werden. Wird das
Zurückweichen des in der sZse sich bildenden Tintenmeniskus gestört, z. B. durch
einen vor de Düse gelegten oder bereits in diese eingedrungenen Staubflusen, verringert
sich die Oberflächenspannung des Meniskus und es kommt zu einem verstärkten Eindringen
von Luft, da neben der Kapillarwirkung der Tinte in der Düse auch die Oberflächenspannung
mitbestimmend ist für das einwandfreie Funktionieren dieses Pumpensystems. Die Länge
der Düse ist von verschiedenen Fakten abhängig.
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Diese mißt bei einem Druckkopf nach der DT-AS 21 64 o14 zwischen 0,05
und 0,1 mm und entspricht somit der Breite des Fließspaltes hinter der Düse. Bei
einer längeren Düse kann es bei diesem System dazu kommen, daß der Tropfen nicht
mehr von dieser gelöst wird. In dem Fließspalt weist diese Einrichtung eine allen
Düsen gemeinsame Tintenversorgung auf und es werden die dem angesteuerten Pu=sensystem
benachbarten Systeme miterregt.
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In der DT-OS 21 32 082 ist der Tintenzulauf im Rückraum der Pumpenkammer
vorgesehen. Der Austritt zur Düse befindet sich an der gegenüberliegenden Wandung.
Um nun hierbei zu verhindern, daß Tinte unter dem erzeugten Druckimpuls in den Zulauf
gegen die vom Tintenvorratsbehälter gebildete Drucksäule zurückgedrängt wird, sich
aber für das Strömen der Tinte eine Vorzugsrichtung ergibt, wird das Rückströmen
durch einen Flüssigkeitswiderstand begrenzt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
das Nachfließen von Tinte aus den Vorratsbehälter über den Tintenzulauf bereits
in der Druckphase solcher Drucksysteme einzuleiten.
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Diese Aufgabe wird bei einem Düsendruckkopf der im Oberbegriff des
Anspruches 1 angegebenen Art gelöst durch die Merkmale nach dessen Kennzeichen.
Durch die Geschwindigkeitserhöhung der tinte in dem eingeschnürrten Bereich kommt
es bereits in der Phase der Tropfenbildung zu einem Ansaugen von Tinte aus dem Zulauf.
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Die in den Energieflußkanal und die Düse bewegte Tintenmenge bewegt
sich nicht mehr in Richtung Pumpenraum zurück; sie bleibt hier bis zum nächsten
Druckimpuls steher, so daß auch einge -drungene Luftblasen nicht tiefer eindringen
können und während der nächsten oder übernächsten Druckphase aus der Düse herausgeführt
werden. Die aus dem Pumpenraum abgegebende Tintenmenge füllt sich in der Saugphase
aus dem Tintenzulauf auf.
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Durch die Aufteilung des Energieflußbereiches in zwei gleiche Kanäle
nach dem Anspruch 2 kommt es zu einer weiteren Verbesserung des Strömungsverhaltens
und zur besseren Ausnutzung der von dem Druckerzeuger ausgehenden Energie.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daf das Spritzsystem gegen
Beeinflussung von außen an der Düse sowohl auch durch die Pendelbewegung des Schlauches
und die demzufolge in dem Drucksystem bedingten Druckschwankungen unanfällig ist.
Die Düsenlänge kann auf die Viskosität der Tinte eingestellt werden.
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Die Tintenversorgung erfolgt im Bereich größter Geschwindigkeit.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele in
der Zeichnung unter Rückbeziehung auf die Positionen beschrieben werden. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Lrfindung in starker Vergrößerung,
Figur 2 einen Düsendruckkopf im Querschnitt nach der Schnittlinie II-II in Figur
61 und Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in starker Vergrößerung.
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Mit den Figuren 1 und 3 sind Düsendrucker in einer solchen Weise dargestellt,
daß sie einen Blick auf jeweils ein Kompressionssystem gestatten. Der Düsendrucker
in der Figur 61 weist einen kreisrunden Pumpenraum 2 auf, der nach außen durch eine
Membranplatte, wie sie in der Figur 2 mit 9 positioniert wurde, verschlossen ist.
Dieser Pumpenraum 2 ist nur zum Teil und zwar durch einen Energieflußkanal 3 sichtbar.
Der Energieflußkanal 3 liegt über dem Pumpenraum 2 in der Düsenplatte (12) und mündet
hierbei in dessen Peripherie. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Energieflußkanal
3 im Zentrum das Pumpenraumes oder in einem anderen Bereich in diesen übergeht.
Der Energieflußkanal stellt
die Verbindung von Pumpenraum zu einer
Düse 4 dar nd teil sich im wesentlichen in zwei Bereich auf. Der der umpenraum 2
zugeordnete Bereich verjüngt sich in Richtung auf die Düse 4 bis etwa einen kapillaren
Durchlaß (bei 5), um dann in einen verbreiterten Teil überzugehen. In diese Engstelle
aes Energieflußkanales 3 mündet ein Tintenzulauf 6. Hier besteht die Möglichkeit,
daß Kompressionssystem aus Pumpenraum 2 und Energieflußkanal 3 über weitere Tintenzuläufe
6 zu versorgen.
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Diese Tintenzuläufe münden im wesentlichen senkrecht zur Durchflußrichtung
des Tintenstromes, der sich während aer Druckphase in den Energieflußkanal aufbaut
Die Tintenversorgung aus einem nicht dargestellten Tintenvorratsbehälter erfolgt
über den Tintenkanal 7, der in zwei Ebenen, oberhalb und unterhalb der Düsenplatte
12 in den Xanal- oder Diodenplatten (10, 11 in Figur 2) angeordnet sein kann. Eine
Membranplatte 9 (Figur 2o trägt einen Keramikschwinger 8.
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Wird der Keramikschwinger 8 durch einen Spannungsimpuls beaufschlagt,
kommt es zu einer Verformung der Membranplatte 9 in der Weise, daß sich der Pumpenraum
2 verkleinert. Der in den Energieflußkanal 3 geleitete Druckimpuls bewegt die Tinte
in Richtung Düse 4 und fphrt hier zum Austritt von Tintentropfen.
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Die Verjüngung des Energieflußkanales 3 bewirkt hierbei eine wesentliche
Beschleunigung des Tintenstromes, so daß Tinte aus dem Tintenzulauf 6 mitgerissen
wird. Beim Abschalten des an den Keramikschwinger gelegten Impulses kommt es zu
einem Stillstand der Flüssigkeitssäule in der Düse 4 d dem breiteren der Düse 4
zugeordneten Teil des Energieflußkanales 3. Das sich vergrößernde Volumen des Pumpenraumes
2 wird aufgefüllt durch weiterhin in das Kompressionssystem einströmende Tinte aus
dem Tintenzulauf 6.
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Der in Sandwich-Bauweise aufgebaute Düsendrucker 1 in Figur 2
weist
zwei Membranplatten 9 auf, die das 1 Figur \ dargestellte Kompressionssystem wie
auch eine Mehrzahl solcher bei einem Düsendrucker mit mehreren Düsen gegen Umluft
verschließen.
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Desweiteren sind zwei Diodenplatten 10 angeordnet, die Tintenzulaufkanäle
7 und ein Teil-Volumen des Energieflußkanals 3 aufnehmen. In die untere Diodenplatte
10 wie auch in die darüberliegende Kanalplatte 11 sind zusätzlich der Pumpenraum
2 für das in Figur 1 gezeigte Kompressionssystem eingelassen. Im Mittelabschnitt
der Kanalplatten 11 sind eine oder mehrere Tintenzuläufe 6 eingearbeitet, die in
en Energieflußkanal 3 in der Düsenplatte 12 münden. Der Zulauf 6 bildet mit der
Membranplatte 9 im Bereich des Tintenkanales 7 jeweils eine Fluidik-Diode, die wesentlich
ist für die Richtwirkung des Tintenstromes auf die Düse 4 zu. Zu dem Kompressionssystem
gehört der Keramikschwinger 8 an der unteren Membranplatte 9. Es versteht sich,
daß für einen Düsendruckkopf nit mehreren Düsen gleich viele Kompressionssysteme
vorhanden sein müssen. Diese Mittel sind aus Gründen der besseren Erkennbarkeit
des gezeigten Systems weggelassen worden.
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In Figur 3 ist ein weiteres Kompressionssystem nach dem Erfindungsgedanken
dargestellt mit dem Pupenraum 2, dessen Volumen durch den Keramikschwinger 8 verkleinerbar
ist, der Düse 4 und dem Energieflußkanal 3. Der Energieflußkanal ist in seinem dem
Pumpenraum 2 zugeordneten Teil aufgeteilt in zwei Einzelkanäle. Diese münden getrennt
voneinander in den Pumpenraum 2 und zwar an dessen Umfang Auch diese Kanäle 3 verjüngen
sich in Richtung Düse 4 und bilden in Bereich 5 jeweils einen etwa kapillarwirksamen
Durchla3, in den der Tintenzulaufkanal 7 über je einen Tintenzulauf 6 mündet. Auch
anhand dieser Anordnung konnte beobachtet werden, daß Tinte aus dem Tintenkanal
7 über die Tintenzuläufe 6 in die Energieflußkanäle 3 bereits in der Druckphase,
also während sich der Pumpenraum 2 verkleinert, fließt