-
Die Erfindung betrifft Anordnungen zum Vermeiden des Ansaugens
-
von Luft durch die Düse eines Spritzsystems, insbesondere eines Tintenschreibkopfes
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Das Ergänzen verbrauchter Tinte im Kompressionssystem und im besonderen
in der Düse eines Tintenschreibkopfes ist unter anderem abhängig von dem Querschnitt
der Kanäle und Kammern, der Viskosität der Tinte, dem Tintenvordruck durch den Tintenbehälter,
von der Amplitude und Amplitudendauer des an den Druckerzeuger angelegten Signales
und dem Schwingverhalten des Druckerzeugers und des Tintenmeniskus in der Düse.
Um eine hohe Tropfenausstoßquote zu erreichen ist ein schnelles Nachfüllen erforderlich.
Der Impuls an dem Druckerzeuger und insbesondere dessen Abfallflanke wird kurz gehalten
und es wird durch andere Maßnahmen das Dämpfungsvehältnis des Tintenmeniskus in
der Düse im Hinblick auf eine schnellere Stabilisierung des nach jeder Tropfenabgabe
schwingenden Tintenmeniskus beeinflußt.
-
Diese Maßnahmen erhöhen jedoch die Gefahr des Lufteinschlagens über
die Düse und führen zu einer Beeinträchtigung des nachfolgend aus dieser abgegebenen
Tintentropfens. Oftmals fällt ein solches System aufgrund des Lufteinschlages aus.
-
Aus der DE-AS 22 10 512 sind Maßnahmen zur Richtwirkung des Tintenflusses
auf die Düse zu beschrieben worden. Diese bestehen in der Verwendung von Fluidik-Elementen
mit Richtwirkung und es wird ein Rückströmen der Tintenflüssigkeit bei Volumenverdrängung
in der Kompressionskammer durch einen Druckerzeuger zurück in den Einlaßkanal begrenzt.
-
In der DE-AS 24 48 341 ist eine Anordnung zur Vermeidung des Ansaugens
von Luft durch'die Düsen eines Spritzsystems beschrieben worden. Hierbei wird als
eine von zwei der genannten
Möglichkeiten mit beginnender Saugphase
in dem Kompressionssystem in eine mit der Düse in Fließverbindung stehenden Kammer
aus einer dem Druckerzeuger zugeordneten Druckkammer ergänzt, ohne daß die auf die
Tinte wirkenden Kapillarkräfte in der Düse überwunden werden. Entsprechend der zweiten
hier genannten Möglichkeit wird eine zweite Kammer geschaffen, deren Volumen sich
im Gegensatz zur der Düse zugeordneten Kompressionskammer bei Beaufschlagen des
zur Druckerzeugung in der Kompressionskammer verwendeten Keramikschwingers vergrößtert,
so daß bereits in der Druckphase Tintenflüssigkeit aus dem Tintenbehälter entnommen
wird, die beim Rückführen des Keramikschwingers in seine Ruhelage, also in der Saugphase
in die sich hierbei vergrößernde Kompressionskammer fließt. Der Tintenmeniskus in
der Düse zeigt ein sehr kurzes Ausschwingverhalten und Lufteinschlüsse werden vermieden.
-
Desweiteren ist durch IBM-Technical Disclosure Bulletin, Vol. 14,
Nr. 3, Aug. 1971, S. 914 ein Spritzkopf bekannt, bei dem der Einlaßkanal während
der Druckerzeugung in der Fluidikkammer durch einen bewegbaren Ventilkörper geschlossen
wird.
-
Hierbei muß die Federkraft am Ventilkörper genau abgestimmt sein,
um den Einlaß- und den Auslaßkanal ordnungsgemäß zu schließen. Der Ventilkörper
folgt der Bewegung des Keramikschwingers. Der Auslaßkanal zur Düse muß gegen den
sich auf bauenden Druck geöffnet werden. Gleiches gilt für das Abheben des Ventilkörpers
von dem Zulaufkanal in der Saugphase.
-
In dem IMB-Technical Disclosure Bulletin, Vol. 11, Nr. 4, Sept. 1968,
S. 420 ist eine Flüssigkeitspumpe beschrieben worden mit zwei zueinander beabstandeten
dbielektrischen Platten.
-
In den Randbereichen dieser sind Stützglieder angeordnet, die mit
den Platten einen dazwischenliegenden und allseitig verschlossenen
Pumpenraum
bilden. Beim Anlegen einer Spannung an die metallenen Beschichtungen ist das Volumen
der Kompressionskammer wahlweise vergrößerbar oder verkleinerbar in Abhängigkeit
der Polarität des an die Beschichtungen angelegten Potentials. Durch Ventilkörper
im Zulauf- und im Auslaufkanal wird eine Vorzugsrichtung des eingefüllten und nachlaufenden
Fluides erzeugt. Diese Einrichtung ist in Tintenschreibwerken und insbesondere in
den hier verwendeten Tintenschreibköpfen aufgrund der funktionsbedingten Anordnung
der dielektrischen Platten und der verhältnismäßig hohen Spannung, die an diese
anzulegen ist, nicht verwendbar.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, den Gedanken der Ventilsteuerung auch
für Tintenschreibköpfe mit hoher Tropfenausstoßfrequenz nutzbar zu machen und die
hierzu erforderlichen Ventil-Bauelemente derart in den Tintenschreibkopf zu integrieren,
daß die Art des Energieflusses in seinen Kanälen, der Aufbau des Tintenschreibkopfes
und insbesondere seine Montage keiner Änderung unterworfen wird.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Tintenschreibkopf der im Oberbegriff
des im Anspruch 1 angegebenen Art gelöst nach dessen kennzeichnenden Merkmalen.
Um bei anderen Werkstoffen, Werkstoffen mit geringerem Elastizitätsmodul gleiches
Auslenkvermögen der Membran beizubehalten, wird entsprechend der bevorzugten Ausführung
nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 diese einseitig eingespannt.
In vorteilhafter Weise ist dieses durch einseitiges Auftrennen der Stege möglich.
-
Zur Herabsetzung der Eigenfrequenz und bei Verwendung eines Werkstoffes
mit höherem Elastizitätsmodul wird nach den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch
3 die Membran allseitig eingespannt.
-
Entsprechend den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 4 wird
ein sauberer Verschluß des Ventiles bzw. der Ventile erreicht unter Verwendung ohnehin
vorhandener Aufbauplatten für den Ventilsitz.
-
Die Ansprüche 5 und 6 stellen bevorzugte Ausführungen dar. Mit den
Merkmalen nach deren Kennzeichen wird in vorteilhafter Weise ein Verstopfen der
Ventile durch aus der Tinte ausgeschiedene oder/und mit dieser mitgeführter Partikel
und mitwandernder Fremdstoffe und eine Erhöhung des Elastizitätsverhaltens und eine
gleichmäßige Anlage der Membran erreicht.
-
Innerhalb der gestellten Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen
nach dem Kennzeichen des Anspruchs 7 die Anwendung der Ventilsteuerung für in Platten-
(Sandwich-) Bauweise ermöglicht.
-
Die einzufügende Membranplatte ist mit den Aufbauplatten des Tintenschreibkopfes
in gleichen Arbeitsvorgängen herstellbar und mit diesen verbindbar.
-
Die Merkmale nach dem Kennzeichen von Anspruch 8 führen zu einer Vereinfachung
des in Plattenbauweise gefügten Tintenschreibkopfes.
-
Mit den bevorzugten Merkmalen nach den Kennzeichen der Ansprüche 9
und 10 wird eine Vorabeinstellung der Ventile vorgenommen, da ein genauer Verschluß
dann nicht unbedingt notwendig ist, wenn ein Impuls hoher Geschwindigkeit über eine
Kapillare abgebaut werden kann. Der Impuls in Richtung Düse wird dann nicht voll
von der Membran übertragen, da ein Anteil dieses Impulses über den vorabbestimmbaren
Spalt und die Tintenbrücke in diesen weitergeleitet wird.
-
Die Merkmale nach dem Kennzeichen von Anspruch 11 zeigen eine weitere
bevorzugte Ausführungsform. Die Membranplatte ist in
gleicher Weise,
z. B. ätztechnisch, wie die Aufbauplatten des Tintenschreibkopfes herstellbar und
mit diesen verbindbar.
-
Ein nicht unwesentlicher Vorteil dieser Ausführungsorm ist in der
Gleichmäßigkeit der Fortpflanzung des Impulses durch das Ventil zu sehen.
-
Anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung soll im folgenden
die Erfindung beschrieben werden. Dabei zeigen: Figur 1 einen aufgebrochenen Tintenschreibkopf
in einer perspektivischen Explosionsdarstellung starker Vergrößerung mit Blick auf
ein Kompressionssystem, Figur 2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene II-II
in Figur 1, Figur 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 111-111 in Figur
1, Figur 4 eine Ansicht in Richtung des in Figur 1 gezeigten Pfeiles IV, Figur 5
eine Ansicht in Richtung des in Figur 1 gezeigten Pfeiles V, Figur 6 einen stark
vergrößert dargestellten Aufbau eines Ventiles in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
Figur 7 ein Ventil anderer Ausführungsformen starker Vergrößerung nach der Erfindung,
Figur
8 einen Schnitt durch das Ventil in Figur 7 entlang dem Schnittverlauf VIII-VIII
und Figur 9 einen Schnitt durch eine weitere Ventilausführung mit einer Distanzscheibe.
-
In Figur 1 sind Ausschnitte der Aufbauplatten eines Tintenschreibkopfes
dargestellt worden, die ein Kompressionssystem ausmachen. Die hinter diesem und
diesem Kompressionssystem übergeordneten Kompressionssysteme sind aus Gründen besserer
Übersicht und der einfacheren Darstellungsweise weggelassen.
-
Auch die Darstellungsweise des in Sandwich-Bauweise zusammengefügten
Tintenschreibkopfes schränkt die Erfindung auf dieses System nicht ein, da der Gedanke
nach der Erfindung auch in Tintenschreibköpfen anderen Aufbaus ohne weiteres verwendbar
ist. Das hier gezeigte Kompressionssystem wird aus einer Abschlußplatte 8, einer
Kanalplatte 7, einer ersten Ventil platte 6, einer Membranplatte 5, einer zweiten
Ventilplatte 4 und einer Schwingplatte 2, auf der ein Keramikschwinger 1 durch eine
starre Verbindung aufgebracht ist, gebildet. Zwischen der Schwingplatte 2 und der
zweiten Ventil platte 4 ist eine Kammerplatte 3 zwischengeschoben mit einer Kompressionskammer
9. Die Positionsziffer für die Kompressionskammer 9 ist an einen Wandungsteil gezogen
zur klareren Darstellung. Die zweite Ventilplatte weist in einem Abschnitt eine
Vorkammer 10 auf zum Durchtritt in das Kompressionssystem zufließender Tinte. In
einem weiteren Bereich sind Kanäle 11 eingelassen und durch die zweite Ventilplatte
hindurchgeführt für den Tintenaustritt aus der Kompressionskammer 9.
-
Die Membranplatte 5 weist im Bereich der Vorkammer 10 und der Kanäle
11 Schlitze 12 und 13 auf zum Durchtritt von Tinte. Die Schlitze 13 in der Membranplatte
5 sind in Höhe der zwischen den Kanälen 11 stehengebliebenen Stegen 14 angeordnet
bzw. in Höhe des oberen Randbereiches des oberen Kanales 11 und des unteren
Randbereiches
des unteren Kanales 11. Bei Anlage der Membranplatte und somit der zwischen den
Schlitzen 13 stehengebliebenen Membranzungen 15 sind die Kanäle 11 in der zweiten
Ventilplatte 4 geschlossen gehalten. Die Vorkammer 10 in dieser Ventilplatte ist
um ein geringer Maß größer gearbeitet als die Schlitze 12 mit den zwischen diesen
stehengebliebenen Membranzungen 16. Diese Membranzungen bilden mit den Stegen 17
zwischen den Kanälen 18 in der ersten Ventil platte Ventilsitze. Weiterhin weist
auch diese erste Ventilplatte 6 eine Vorkammer 19 auf.
-
Beide Vorkammern 10 und 19 haben neben der Möglichkeit des Durchflusses
des Schreibmittels die Aufgabe, die sich durchbiegenden Membranzungen 15 und 16
bei geöffneten Ventilen aufzunehmen.
-
In die Kanalplatte 7 sind ein Zulaufkanal 20 eingearbeitet für aus
einem Tintenbehälter zufließende Tinte - dieser ist nicht gezeigt - und ein Auslaufkanal
21, der in einem nicht dargestellten Bereich in eine Düsenöffnung für den Tintenaustritt
übergeht. Es versteht sich, daß die Kanäle und Schlitze sowie Vorkammern und die
Kompressionskammer bei zusammengeführten Aufbauplatten zueinander fluchten. Die
Dicke der Aufbauplatten ist abgestimmt auf ihre Funktion. Ihre Dicke entspricht
in etwa der Breite bzw. den Durchmessern der Kanäle. Es versteht sich weiterhin,
daß die Membranplatte 5 insbesondere in den Bereichen der Membranzungen 15 und 16
derart ausgebildet sein muß, daß die auf einen Impuls, Druckerhöhung in der Kompressionskammer
9 reagiert und daß sie in drucklosen Zeiten mit den Membranzungen schließend an
den Ventilplatten anliegt.
-
Die Wirkungsweise des Kompressionssystems ist nun folgende: Die in
die Kompressionskammer 9 eingefüllte Tinte wird über den Zulaufkanal 20, die Kanäle
18 in der ersten Ventilplatte 6, über das offene Ventil und die Schlitze 12 in der
Membranplatte 5 und die Vorkammer 10 ergänzt. Wird nun an den Keramikschwinger 1
ein Spannungsimpuls angelegt, biegt sich dieser mit der Schwingplatte
2
in die Kompressionskammer 9 durch und erzeugt eine kurzzeitige Druckerhöhung entsprechend
dem Anstieg'der Länge und dem Abfallen des angelegten Impulses. Dieser Druckanstieg
pflanzt sich in der eingefüllten Tinte fort und hält einerseits das durch die Stege
17 und die Membranzungen 16 gebildete Ventil verschlossen, andererseits wird das
geschlossene Ventil aus Stegen 14 in der zweiten Membranplatte 5 und Membranzungen
15 der Membranplatte 5 geöffnet, so daß der Impuls über die Membranzungen 15 und
der Vorkammer 19 sowie den Auslaufkanal 21 der Düse (nicht gezeigt) zugeführt wird
und zu einem Tropfenaustritt aus dieser führt. Beim Druckabbau in der Kompressionskammer
9 als Folge des Zurückschwingens von Keramikschwinger 1 und Schwingplatte 2 verschließt
sich das Ventil im Tintenauslauf, während sich das Ventil im Tintenzulaufbereich
öffnet und verbrauchte Tinte nachlaufen kann. Mit dieser Maßnahme der Ventilsteuerung
wird eine Vorzugsrichtung der Tinte zur Düse bewirkt. Die Nachfüllung der Tinte
erfolgt nicht mehr ausschließlich durch die Kapillarität des Systems die sich aus
der Adhäsion der Tinte zur Düse, der Viskosität der Tinte und den Vordruck ergibt.
-
Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittebene II-II in
Figur 1, wobei der Schnitt durch die erste Ventilplatte 6 die in dieser eingeformten
Kanäle 18 und deren Stege 17, die Membranplatte 5 und hier im Bereich deren Schlitze
12 und Membranzungen 16 und durch die Vorkammer 10 in der zweiten Ventilplatte verläuft.
In gleicher Weise sind die drei Einzelteile und deren Einzelheiten in Figur 2 positioniert.
Die erste Ventilplatte 6 weist die Durchbrüche (Kanäle 18) auf mit den zwischen
diesen stehengebliebenen Stegen 17. Gegen die erste Ventilplatte 6 ist die Membranplatte
5 gelegt mit den in diesem Berich befindlichen Membranzungen 16, die die Kanäle
18 in der ersten
Ventilplatte 6 allseitig überdecken und auf der
ersten Ventilplatte 6 bündig aufgelegt sind. Die Schlitze 12 in der Membranplatte
5 dienen einerseits dem Druchtritt der Tinte beim Abheben der Membranzungen 16 von
der ersten Ventilplatte und es kann Tinte in die Vorkammer 10 der zweiten Ventil
platte 4 eintreten. Die Auslenkungen der Membranzungen 16 ist durch strichpunktierte
Linien 22 angedeutet worden.
-
Figur 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittebene III-III in
Figur 1 mit der ersten Ventil platte 6, der Membranplatte 5 und der zweiten Ventilplatte
4. Die erste Ventilplatte 6 weist in diesen Ventilbereich die Vorkammer 19 auf zum
Durchfluß der Tinte und zur Aufnahme der sich durchbiegenden Membranzungen 15 bei
geöffnetem Ventil. Bei geschlossenem Ventil liegen die Membranzungen 15 gegen die
Stege 14 und sämtliche Randbereiche der Kanäle 11 in der zweiten Ventilplatte an.
Somit bilden die erste Ventil platte 6 aus den Figuren 1 und 2 und die zweite Ventilplatte
4 aus den Figuren 1 und 3 Ventilsitze mit ebenen Dichtflächen durch die Randbereiche
der Kanäle 18 und 11.
-
Figur 4 ist die Darstellung einer Ansicht in Richtung des in Figur
1 gezeigten Pfeiles IV. Hierbei sind wiederum nur die das jeweilige Ventil bildenden
Druckplatten mit deren Einzelheiten dargestellt. Die zeichnerisch oben liegende
zweite Ventil platte 4 weist den Durchbruch der Vorkammer 10 auf, durch den die
Membranplatte 5 mit den Stegen 16 und den Schlitzen 12 erkennbar ist.
-
Die mit 23 pos-itionierten Flächenteile bilden die Randbereiche zur
Anlage der Membranzungen an der zuunterst liegenden ersten Ventil platte 6. Diese
weist die bereits aus den Figuren 1 und 2 bekannten Durchbrüche 18 auf.
-
Figur 5 zeigt eine Ansicht in Richtung des in Figur 1 gezeigten Pfeiles
V mit Blick auf die zuvorderst liegende zweite Ventilplatte
4.
In diese sind die bereits bekannten Kanäle 11 eingearbeitet mit den zwischenliegenden
Stegen 14 zur Bildung der Dichtfläche zwischen der zweiten Ventilplatte 4 und der
dahinterliegenden Membranplatte 5. Die in die Membranplatte 5 eingearbeiteten Schlitze
13 und die zwischen diesen stehengebliebenen Membranzungen 15 sind gestrichelt dargestellt.
In der zuunterst liegenden ersten Ventil platte 6 ist in gestrichelten Linien die
Vorkammer 19 zu erkennen.
-
In Figur 6 ist ein in stark vergrößerter Darstellung gezeigter Aufbau
eines Ventiles in perspektivischer Explosionszeichnung gezeigt mit einer Ventilplatte
24 mit der Vorkammer 25. Hinter dieser befindet sich eine Membranplatte 26 mit einseitig
eingespannten, durch Ausklinken des Freiraumes zwischen diesen und der Membranplatte
26 entstandenen Schlitze 27 stehengebliebenen Membranzungen 28. Hinter diesen beiden
Platten 24 und 26 liegt zum Teil verdeckt eine Ventilplatte 29 zur Bildung des Ventilsitzes
bzw. der Ventilsitze in den Randbereichen der Kanäle 30. In den Figuren 7 und 8
ist ein weiteres Ventil zur Verwendung in Tintenschreibköpfen, insbesonderer solcher
in Sandwich-Bauweise aufgebauter Schreibköpfe dargestellt worden. Die in Figur 7
hintereinanderliegenden Platten Ventil platte 31 und Ventil platte 33 weisen die
hier und insbesondere in Figur 8 erkennbaren Einzelheiten auf. So ist in der Ventilplatte
31 die Vorkammer 34 zum Durchlaß der Tinte und zur Aufnahme der bei Auftreten eines
Druckimpulses sich auslenkenden oder gegen die Ventil platte 33 anlegenden Membranzunge
35 angeordnet. Die Ventilplatte 33 weist ein Durchgangsloch 36 auf und die Membranzunge
35 ist in ihrem Durchmesser größer gehalten als dieses Durchgangsloch 36, so daß
sich die Randbereiche bei 37 überschneiden zur Bildung eines Ventilsitzes. Die Membranzunge
35 ist kreisförmig gehalten und durch Stege 38 geringer Breite,
die
nach Einarbeiten der Schlitze 39 verblieben sind. Der die Membranzunge 35 bildende
Mittelteil bildet ein in sich geschlossene Fläche und dient somit als Ventilkörper,
der über die auslenkbaren Stege 38 mit der zwischen den Ventilplatten ausgespannten
Membranplatte 32 elastisch verbunden ist.
-
Zwischen die aus den Figuren 1 bis 8 bekannten Ventil platten und
der jeweiligen Membranplatte ist in Figur 9 eine Distanzscheibe bzw. Distanzaufbauplatte
40 eingesetzt, so daß sich die Membranplatte 41, die der in den vorherigen Figuren
gezeigten Membranplatten entsprechen kann, nicht gegen die Ventil platte legbar
ist. Durch die auf Abstand zur Ventil platte 42 gehaltene Membranplatte 41 wird
der aus der Kompressionskammer (9 in Figur 1) und die Schlitzöffnung 43 in der Ventilplatte
42 geleitete Impuls nicht nur von der Membranplatte 41 bzw. deren Membranzunge 44
in die Vorkammer 45, sondern auch über die Tintenbrücke in dem vorhandenen Spalt,
Pfeil 46, übertragen.
-
Die Breite des Spaltes 46 ist über die Dicke der Distanzaufbauplatte
40 einstellbar.
-
Leerseite