DE2725270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbinden eines Tintenschreib­ kopfes mit einer Tintenversorgung.

Es ist bekannt, Tintenschreibköpfe auswechselbar auszubilden und am Einsatz­ ort auszutauschen (DE-AS 23 17 911). Bei der bekannten Technik ist vor dem Anschluß an die Tintenversorgung der Tintenschreibkopf mit einer neutralen Flüssigkeit gefüllt und in einem mit der gleichen Flüssigkeit gefüllten Trans­ portbehälter untergebracht. Am Verwendungsort wird zum Zwecke des Anschlusses des Tintenschreibkopfes an die Tintenversorgung die betreffende Rohrleitung in die Flüssigkeit im Transportbehälter geführt und mit dem Anschlußstutzen des Tintenschreibkopfes verbunden.

Abgesehen davon, daß diese Verbindungstechnik sehr umständlich ist und im Grunde nur von Fachkräften mit entsprechender Einrichtung durchgeführt werden kann, steht auf jeden Fall die Rohrleitung der Tintenversorgung während einer gewissen Zeit mit der Luft in Verbindung, so daß Luft in die Tintenversorgung eindringen, insbesondere sich in der Tinte lösen kann, was unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zum Verbinden eines Tintenschreibkopfes mit einer Tintenversorgung für austauschbare Tinten­ schreibköpfe zu schaffen, bei der zuverlässig gewährleistet ist, daß auch beim Auswechseln des Tintenschreibkopfes keine Luft in das Tintenversorgungs­ system eindringen kann.

Im Zusammenhang mit dem Anschluß einer auswechselbaren Tintenpatrone an einen Tintenschreibkopf ist eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden (OE-AS 24 16 836). Bei dieser bekannten Einrichtung weist die Scheidewand eine hohlkegelstumpfförmige Öffnung auf, gegen die ein kegel­ stumpfförmiger Verschluß unter der Wirkung einer Federung gedrängt wird.

Da sowohl Scheidewand als auch Verschluß aus unnachgiebigem Werkstoff herge­ stellt sein müssen, müssen beide Teile hochpräzise gefertigt sein, außerdem ist diese Scheidewand verhältnismäßig störempfindlich, weil bei versehentlichem Druck auf den Verschluß die Scheidewand wenigstens kurzzeitig geöffnet wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch Anwendung einer derartigen Einrichtung auch bei der Verbindung eines auswechselbaren Tintenschreibkopfes mit der Tintenversorgung gelöst, sofern diese Ein­ richtung gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs ausgebildet wird.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt einer Tintenversorgung;

Fig. 2 einen Schnitt eines Tintenschreibkopfes, und

Fig. 3 in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung den Tinten­ schreibkopf.

Fig. 1 zeigt die Tintenversorgung für einen Tintenschreibkopf. Die Tinten­ versorgung weist einen Aufnahmebehälter 10 und eine wegzuwerfende, einen Tintenvorrat enthaltende Patrone 12 auf. Zum Grundaufbau des Aufnahmebe­ hälters 10 gehört ein Sockel 14 mit einem Hals 15, in dessen geschlossenem Ende ein zylindrischer Stopfen 16 sitzt, in dessen Mitte das stumpfe Ende einer Kanüle 18 in Form eimer Injektionsnadel angebracht ist, die parallel zur Längsachse des Aufnahmebehälters 10 angeordnet ist und sich in dem Sockel 14 erstreckt. Die hohle Kanüle 18 mündet am stumpfen Ende in einen Hohlraum 20 unterhalb des Stopfens 16, der durch einen Filter 22 in zwei Hälften unterteilt ist. Ein Teil des Hohlraumes 20 jenseits des Filters 22 gegenüber der Kanüle 18 steht in Fluidverbindung mit einem Auslaßrohr 24.

Der den Stopfen 16 umgebende Hals des Sockels 14 ist hohl, und in diesen ist oberhalb des Stopfens 16 ein zylindrischer Stopfen 26 gleitend einge­ paßt. Durch den Raum zwischen dem festen Stopfen 16 und dem verschiebbaren Stopfen 26 erstreckt sich eine Druckfeder 28, die den Stopfen 26 in Fig. 1 gesehen nach oben drückt. Die Kanüle 18 ist in einem Vorsprung 32, der vom Stopfen 16 nach oben ragt, fest angebracht. Innerhalb des beweglichen Stopfens 26 ist eine Dichtung 34 koaxial angebracht, und die Kanüle 18 ist so ausgerichtet, daß sie in die Dichtung hineinsteht.

Der Stopfen 26 hat eine obere, ringförmige Vertiefung, die mit einer entsprechenden vorspringenden Schulter 38 im Innern des Sockels 14 an der­ jenigen Stelle zusammenwirkt, an der der Sockel 14 nach außen erweitert ist, um den Außendurchmesser der Patrone aufzunehmen. Die ringförmige Vertiefung und die Schulter 38 wirken als Anschlag, der verhindert, daß die Druckfeder 28 den beweglichen Stopfen 26 oben aus dem Hals 15 des Sockels herausdrückt.

Wenn die Patrone abgenommen ist, wie Fig. 1 zeigt, wird der Stopfen 26 von der Druckfeder 28 nach oben gedrängt, so daß die Dichtung 34 das Ende der Kanüle 18 überdeckt und es dadurch abschließt und den Austritt von Tinte aus dem an die Auslaßleitung 24 angeschlossenen Schreibkopf sowie das Eindringen von Luft in den Schreibkopf verhindert.

Die Patrone 12 hat einen unteren Halsbereich 40 mit einer vorspringenden ringförmigen, unterbrochenen Schulter 42. Die vorspringende Schulter 38 am Sockel 14 ist gleichfalls in ihrem Umfang unterbrochen, so daß die Patrone 12 in den Aufnahmebehälter mit dem Halsabschnitt 40 zuerst einge­ setzt und dann gedreht wird, bis die Schulter 42 der Patrone mit der Schulter 38 des Sockels in Eingriff tritt, wodurch die Patrone im Sockel verriegelt ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat der in Eingriff tretende Halsabschnitt 40 der Patrone auch eine Scheidewand 44, die im Durchlaß eines Kanals 46 an­ gebracht ist, welcher ins Innere einer Blase 48 aus elastomerem Werk­ stoff führt. Wenn die Patrone 12 eingesetzt und im Sockel 14 verriegelt ist, drückt die Unterseite des Halsabschnitts 40 den Stopfen 26 entgegen der Kraft der Druckfeder 28 nach unten, wodurch die Dichtung 34 auf der Kanüle 18 nach unten gleitet. Gleichzeitig durchstößt das zugespitzte Ende der Kanüle 18 die Scheidewand 44 und stellt eine Fließverbindung zwischen dem Hohlraum 20 und dem Inneren der Blase 48 her.

Wegen der beweglichen Dichtung 34 und der Scheidewand 44 kann bei Abnahme der Patrone 12 vom Aufnahmebehälter 10 keine Tinte aus der Blase 48 heraus­ lecken, während das gleichzeitige Abdecken der Kanüle 18 durch die Dich­ tung 34 verhindert, daß Luft über die Kanüle hinaus in die Anlage gelangt und Tinte aus der Kanüle herausleckt. Der Filter 22 trägt auch dazu bei, daß Luftblasen ebensowenig wie andere Schmutzteilchen in die Anordnung gelangen. Der Filter kann z. B. einen Durchmesser von 2 cm und eine Poren­ größe von 5µm haben.

Wenn die Blase 48 leer ist, wird sie von einem im Innern der Blase 48 ange­ ordneten vom unten befindlichen Halsabschnitt 40 nach oben ragenden Spann­ stab 50 unter Spannung gehalten. Zur leichteren Handhabung ist die Blase 48 in einer hohlen Schale 52 aufgenommen. Typischerweise besteht die Blase 48 aus Butylkautschuk, z. B. wegen der geringen Gas- und Dampfdurch­ lässigkeit dieses Werkstoffs. Die Scheidewand 44 kann z. B. aus Silikon­ kautschuk hergestellt sein, weil dieser Werkstoff ausgezeichnete Dichtungs­ eigenschaften hat.

Zum Füllen der Patrone 12 mit Tinte wird zunächst eine hohle Kanüle durch die Scheidewand eingesetzt und die gesamte restliche Luft aus dem Innern der Blase entfernt. Die anschließend in die Blase einzufüllende Tinte wird zunächst durch Vakuum- und Wärmeprozesse von Luft befreit und dann unter Druck in die zusammengefallene Blase eingepreßt. Wenn die Blase mit von Luft und Gas befreiter Tinte voll angefüllt ist, wird noch verbliebene Restluft durch die hohle Einfüllkanüle abgezogen, die dann entfernt wird. Dann kann die Patrone 12 als unter Eigendruck stehende, luftfreie, weg­ werfbare Tintenquelle für die Tintenversorgung verwendet werden.

Der in Fig. 2 und 3 gezeigte Tintenschreibkopf hat eine Grundplatte 58 aus Keramik und darüber eine Deckplatte 60 aus Keramik. An der Unterseite der Grundplatte 58 ist als Paßstück ein Anschlußbehälter 78 für die Tintenzufuhr angebracht, der in eine Ventilöffnung 70 paßt (Fig. 2). Eine in Fig. 3 gezeigte Leitung 80 verbindet die Patrone 12 mit dem Anschlußbehälter 78. Das an den Anschluß­ behälter 78 angeschlossene Ende der Leitung 80 ist von einer Konstruktion, die im wesentlichen den Bauelementen 15, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 32 und 34 gemäß Fig. 1 für die Tintenzufuhr entspricht. Das bedeutet, daß eine Kanüle 18′ eine im Anschlußbehälter 78 enthaltene Scheidewand 44′ beim An­ schluß der Leitung 80 durchdringt. Bei Abnahme der Leitung 80 wird die Kanüle durch die Scheidewand 44′ abgezogen, welche die Öffnung erneut ver­ schließt. Das offene Ende der Kanüle 18′ wird gleichzeitig durch eine verschiebbare Dichtung ähnlich der Dichtung 34 abgedeckt, um das Heraus­ lecken von Tinte aus der Kanüle oder das Eindringen von Luft in die Kanüle beim Abtrennen zu verhindern. Über der Deckplatte 60 und der Ventilöffnung 70 ist eine Membran 84 angeordnet. Die Membran 84 ist vor­ zugsweise aus einem flexiblen Werkstoff. Über der Membran 84 ist ein vorzugsweise aus Stahl hergestellter Rahmen für die Druckregulierung angeordnet.

Ein Durchgangsventil reguliert die Tintenströmung durch die Ventilöff­ nung 70. Es weist als Stopfen eine Halbkugel 94 aus Glas auf, die an einem Träger 96 befestigt ist, sowie die Membran 84 und eine Dichtung 82. Unterhalb der Dichtung 82 ist ein Ventilsitz 98 angeordnet, durch den sich eine Ventilöffnung 100 erstreckt. Der Ventilsitz 98 ist im Anschluß­ behälter 78 für den Tinteneinlaß enthalten. Dieser Ventilsitz ist vorzugs­ weise aus einem außerordentlich harten und korrosionsbeständigen Werk­ stoff, wie Rubin hergestellt. Die Dichtung 82 besteht vorzugsweise aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff, wie Silikonkautschuk und ist an der flexiblen Membran 84 befestigt, die die Bewegung des Ventils auf­ nimmt. Die weiche Dichtung ermöglicht die benötigte absolute Dichtung gegen Leckverlust bei sehr geringem Kraftaufwand. Der Ventilsitz ist vorzugsweise mit kleiner Kontaktfläche und ohne scharfe Kanten ausge­ bildet, die möglicherweise in die Dichtung einschneiden könnten.

Die Halbkugel 94 sitzt oben auf der flexiblen Membran 84. Die Halbkugel ermöglicht geringfügige Fluchtungsabweichungen in der Drehstellung zwi­ schen dem Träger 96 und dem Ventilsitz 98. Eine kleine, nach oben ge­ richtete, auf die Halbkugel ausgeübte Kraft öffnet das Ventil, und eine kleine nach unten gerichtete Kraft schließt es. Wenn die Oberflächen des Ventilsitzes und der Dichtung keinerlei Fehler aufweisen und ordnungs­ gemäß ausgerichtet sind, braucht die Schließ- und Öffnungskraft nicht mehr als 1 g zu betragen. Da die Ventilöffnung klein ist (ca. 0,02 cm), sind alle Ventilbauelemente klein und von geringer Masse und ermöglichen ohne weiteres eine rasche Betätigung.

Die Kraft zum Öffnen und Schließen geht von dem als Ausleger ausge­ bildeten Träger 96 aus, der aus einem piezoelektrischen Kristall 104 besteht, welcher mit einer vorspringenden Zunge 102 des Rahmens aus Metall verbunden ist. Die Zunge 102 hat ein Loch von kleinem Durch­ messer, welches für die Halbkugel Platz bietet. Wenn das Ventil zu­ sammengesetzt ist, wird die Halbkugel mittels eines Epoxyharzes mit dem Träger verbunden. Der Ventilsitz kann visuell geprüft werden, in­ dem man durch das Loch im Rahmen guckt, da Dichtung und Menbran durch­ sichtig sind.

Wenn an dem Kristall 104 eine Spannung angelegt wird, verändert sich die Krümmung des Trägers 96, und das Ende des Trägers, an dem die Halbkugel angebracht ist, hebt sich, wodurch das Ventil geöffnet wird. Wird die Spannung aufgehoben, so kehrt das Ventil in seine normalerweise ge­ schlossene Stellung zurück. Wenn die Halbkugel 94 von der Dichtung 82 abgehoben wird, kann Tinte aus der Öffnung 100 in die Durchschleuskammer 68 unter der Membran 84 fließen.

Der Träger 96 ist vorzugsweise eine Reaktionsplatte aus rostfreiem Stahl, die an beiden Enden unmittelbar an der Grundplatte 58 angebracht ist. Der Träger 96 hat an dem vom Ventil am weitesten entfernten Ende einen gekrümmten, federnd nachgiebigen Bereich 97, der als Federscharnier gegenüber der Grundplatte 58 wirkt. Durch den Träger 96 ist eine Stell­ schraube 101 für das Ventil geschraubt, die gegen die Deckplatte 60 wirkt, damit die senkrechte Stellung des entgegengesetzten Endes des Trägers 96 gegenüber der Dichtung 82 des Ventils eingestellt werden kann. Das ermög­ licht es, die Dichtungskraft des Ventils bei der normalerweise geschlosse­ nen Stellung einzustellen.

Der Anschlußbehälter 78 enthält einen Feinfilter 99 und die elastomere Scheidewand 44′. Wenn der Tintenschreibkopf eingebaut wird, durchstößt die für die Tintenzufuhr bestimmte Kanüle 18′ die Scheidewand 44′ und fördert Tinte in den Anschlußbehälter 78. Sollten unbeabsichtigterweise kleine Gasbläschen beim Einbau eindringen, so verhindert der Feinfilter 99, daß sie in den Tintenschreibkopf gelangen. Eine für den Filter ge­ eignete zweckmäßige Porengröße beträgt 5µm (5×10^-6 m). Um ferner sicher­ zustellen, daß keine Luftbläschen in die Tintenzufuhranordnung gelangen, wird diese zunächst zum Entfernen von Luft mit CO₂ gespült. Anschließend wird sie mit Natriumhydroxid gespült, um das CO₂ zu absorbieren. Danach wird die Anordnung mit Tinte (ohne den Farbstoff) gespült, was das Natriumhydroxid entfernt.

Der Tintenschreibkopf ist wie Fig. 3 zeigt, abnehmbar an einem bewegbaren Wagen 140 an­ gebracht. Am Wagen ist ein Aufnahmebehälter 146 für den Anschlußbehälter 78 in Form eines Paßstücks am Tintenschreibkopf 56 angebracht. Der Aufnahme­ behälter 146 enthält die Kanüle 18′. Eine Kanüle mit einem Innendurchmesser von 1 mm hat sich als sehr zufriedenstellend erwiesen. Wenn der Tinten­ schreibkopf am Wagen 140 angebracht ist und die Kanüle 18′ die Scheide­ wand 44′ durchstoßen hat, wie oben beschrieben, wird der Schreibkopf 56 gegenüber dem Wagen 140 durch mechanische Be­ festigungsmittel, beispielsweise eine Schraube 148 festgelegt, die durch ein erweitertes Loch 150 im Wagen 140 eingesteckt und in ein Loch 152 im Schreibkopf 56 eingeschraubt ist. Auf diese Weise wird weder die Kanüle noch die Scheidewand beansprucht.

Wie oben schon erwähnt, enthält der Aufnahmebehälter 146 eine nicht ge­ zeigte bewegliche Dichtung und eine Feder, die eine Stellung über der Kanüle einnehmen, wenn der Tintenschreibkopf abgenommen ist. Das schützt die Kanüle vor Verschmutzung und verhindert, daß Tinte austropft und Luft in die Anlage eindringt. Die Dichtung kann aus verschiedenen elastomeren Werkstoffen bestehen, wobei die Anforderungen ähnlich sind wie bei der Scheidewand. Als besonders geeignet haben sich Urethan und Butylkautschuk erwiesen.

Die Kanüle 18′ ist mit der flexiblen Tintenzufuhrleitung 80 verbunden, die Tinte aus der Patrone 12 zum Tintenschreibkopf 56 leitet. Die Leitung muß während der ganzen Lebensdauer des Druckers den vollen Tintenzufuhr­ druck aushalten (ca. 0,5 Atmosphären Überdruck). Die Leitung muß außerdem von niedriger Dampfdurchlässigkeit sein, um das Verdunsten, und eine mög­ liche Bildung von Luftbläschen auf ein Minimum einzuschränken. Außer­ dem muß die Leitung flexibel bleiben, da sie das Bindeglied zwischen der ortsfesten Patrone 12 und dem sich bewegenden Wagen 140 für den Schreibkopf darstellt. Als besonders zufriedenstellend hat sich eine Leitung aus einem extrudierten, weichgemachten Polyvinylchlorid­ schlauch mit einem Innendurchmesser von ca. 1 mm erwiesen.

Claims (1)

1. Einrichtung zum Verbinden eines Tintenschreibkopfes mit einer Tintenver­ sorgung, bei der im getrennten Zustand beide Teile vollständig luftdicht verschlossen sind, indem ein in einer Hohlnadel des einen Teils ausge­ bildeter Tintenkanal durch einen Block aus Dichtungsmaterial und der andere Teil durch eine Scheidewand verschlossen sind, und bei der im verbun­ denen Zustand die beiden Teile über eine lösbare Verriegelung zusamnenge­ halten sind, wobei der die Hohlnadel verschließende Block durch einen die Scheidewand tragenden Anschlag derart verdrängt ist, daß die Öffnung der Hohlnadel freigegeben ist, und wobei die Scheidewand einen Fließkanal frei­ gibt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Scheidewand (44′) tragende An­ schlag ein Teil des auch mechanisch vom Schreibwagen lösbaren Tintenschreib­ kopfes (56) und der die Hohlnadel (18) tragende Teil ein Teil der Tinten­ versorgungsleitung (80) ist, daß der Block aus Dichtungsmaterial in einem gegen eine Federkraft gegenüber der Hohlnadel verschiebaren Stopfen gelagert ist, und daß im verbundenen Zustand die Hohlnadel (18′) die Scheidewand (44) durch­ dringt.