DE2827792A1 - Fluidik-element aus im diffusionsschweissen untereinander verbundenen aufbauplatten - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Fluidik-Element der im Ober-
• begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
• Fluidik-Elemente dienen der Steuerung eines strömenden Fluides. Bestehen diese Elemente aus einzelnen, zu einer Baueinheit zusammengesetzten Platinen, liegen die die Hohlräume und Kanäle überdeckenden oder diese verschließenden Platinen an den benachbarten Aufbauplatte nicht an. Es kommt hierbei zu unerwünschten Hohlräumen, die die Strömungsverhältnisse in dem Element beinträchtigen. In Sandwich-Bauweise erstellte Tintenschreibköpfen beispielsweise weisen u. a. auch Membranplatten auf mit Durchbrüchen zur Bildung von membranen Ventilkörpern. Durch Anlage dieser an der Membran benachbart liegenden Aufbauplatten werden die Strömungskanäle, Zuflußkanäle und Austrittskanäle verschlossen gehalten. Ein solcher Tintenschreibkopf ist in unserer Patentanmeldung P ....O (unsere Akte PS 1682) beschrieben worden.
• Das Verbinden der Aufbauplatten erfolgt durch einen Diffusionsschweißvorgang, wonach der benötigte Druck auf die Platten und zur Beschleunigung der Diffusion Wärme aufgebracht wird.
• Die sich hierbei einstellende Wärmeausdehnung wirkt sich bei der Membranplatte wie auch bei solchen Aufbauplatten, die einen Hohlraum überdecken derart aus, daß sich in der Zeit der Wärmeeinwirkung eine labile, in den Hohlraum ausgelenkte Lage des freien Teiles ergibt, die sich nicht mehr zurückstellt.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wärmeausdehnung der Aufbauplatten und der Membranen zum Aufbringen eines Momentes bzw. einer Kraft zu nutzen, um die Bereiche der einen Hohlraum überdeckenden Aufbauplatten auf Anlage an den stützenden Aufbauplatten zu halten. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 und 3 stellen bevorzugte Ausführungsformen dar.
• Nach der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise die Wärmedehnung ausgenutzt zum Erzeugen einer die Membran zungen richtenden Kraft. Diese bleiben an den Aufbauplatten liegen, mit denen sie im Betrieb zur Durchflußregelung Ventile bilden. Die Nuten in den Membranzungen sind in gleichen Herstellungsverfahren z. B. ätztechnisch, wie die Hohlräume in den Aufbauplatten einformbar.
• Anhand der Beschreibung zu den Ausführungsbeispielen in der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung beschrieben werden.
• Dabei zeigen: Figur 1 ein Kompressionssystem eines Tinter.schreibkopfes in stark vergrößerter Darstellung, Figur 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II aus Figur 1 durch eine Vorkammer gegen die Membranzungen und Figur 3 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie 111-111 in Figur 2.
• Der in Figur 1 gezeigte Tintenschreibkopf besteht aus dünnen Aufbauplatten, die in einem Diffusionsschweißvorgang untereinander verbunden werden. Erst danach kann der gezeigte Keramikschwinger 2 durch beispielsweise Kleben oder Zementieren auf der als Schwingplatte 1 ausgebildeten Aufbauplatte befestigt werden. In dieser Reihenfolge weiter fortführend folgt auf die Schwingplatte eine Kammerplatte 3, in die eine Kompressionskammer 19 eingearbeitet worden ist. Die Positionszahl 19 ist zum besseren Erkennen der Kammer an einen diese begrenzenden Wandungsteil angezogen worden. Gegen die Kammerplatte 3 ist eine erste Ventilplatte 4 gelegt, die durch zwei Bereiche unterschiedlicher Art gekennzeichnet ist. In einem ersten Bereich zeigt sie schmale längliche Durchbrüche 11 und zwischen diesen stehengebliebene Stege 20, die mit den noch zu beschreibenden Membranzungen 10 der Membranplatte 5 Ventilkörper bilden. Im vorderen Bereich der Ventilplatte 4 ist eine Vorkammer 12 eingearbeitet, in die die bereits erwähnten Membranzungen 10 ausgelenkt werden können. Die Membranplatte 5 zeigt in den Bereichen der Durchbrüche 11 und der Vorkammer 12 die Membranzungen 10 auf. Diese sind im wesentlichen durch Herausarbeiten der Durchbrüche 21 entstanden. Durchbrüche 21 entsprechen in ihrer Länge in etwa der Breite der Vorkammer 12 bzw. den Durchbrüchen 11 in der Ventilplatte 4. Es ist eine zweite Ventilplatte 6 vorgesehen mit den gleichen Durchbrüchen wie in der ersten Ventilplatte 4, mit Durchbrüchen 11 und den zwischen diesen stehengebliebenen Stegen 20 und der Vorkammer 12 zur Aufnahme ausgelenkter Membranzungen 10. Die Stege 20 bilden bei Anlage der Membranzungen 10 Ventilkörpersitze. Die Membranzungen sind breiter gestaltet als die Durchbrüche 11 beider Ventilplatten 4 und 6, so daß diese durch die plane Anlage der Membran 5 an der ersten -und der zweiten Ventilplatte 4, 6 verschlossen gehalten sind.
• Gegen die zweite Ventilplatte 6 ist desweiteren eine Kanalplatte 7 gegengelegt mit eingearbeiteten Zufluß- und Auslaufkanälen 14.
• Das System wird verschlossen durch eine Abschlußplatte 8. Ein Tintenschreibkopf weist in der Regel mehrere solcher Kompressionssysteme, z. B. 7, 9 oder 12 auf für einen Rasterdruck von 5 x 7, 7 x 9 oder 9 x 12.
• Die Wirkungsweise eines solchen Kompressionssystemes ist folgende: Die in die Kompressionskammer 19 eingefüllte Tinte wird über einen Kanal 14,den Durchbrüchen 11 in der zweiten Ventilplatte 6, den Durchbrüchen 21 in der Membran 5 und der Vorkammer 12 bei offenem Ventil ergänzt. Sämtliche Hohlräume sind mit der Tinte gefüllt. Wird an den Keramikschwinger 2 ein Spannungsimpuls gelegt, biegt sich dieser mit der Schwingplatte 1 in die Kompressionskammer 19 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.
• Während einerseits das Ventil zum Zulaufkanal 14 verschlossen gehalten wird, öffnet das andere Ventil zu dem Auslaufkanal 14, der mit der Düse (diese ist nicht gezeigt) in Verbindung steht und es wird ein Tropfen aus dieser abgegeben. Mit entstehender Saugphase, also mit dem Zurückschwingen der Schwingplatte 1 Ulld des K-ratl schwingers 2, öffnet das Ventil zu dem Vorratsbehälter, während das Ventil zur Düse verschlossen wird.
• Liegen nun die durch die Membranzungen 10 gebildeten Ventilkörper nicht einwandfrei an den durch die Stege 20 gebildeten Ventilsitzen an, kommt es zu Unregelmäßigkeiten im Tintenfluß im Zulauf wie auch im Tintenauslauf. Beim Erwärmen eines derartigen Fluidik-Elementes bzw. Tintenschreibkopfes, wie es beispielsweise beim Diffusionsschweißen erforderlich ist, kommt es zu einem Abheben der Membranzungen 10 von den Stegen 20 und somit zu Hohlräumen zwischen diesen, die nach dem Abkühlen und erfolgten Diffusionsschweißvorgang nicht mehr beseitigt werden; die Membranzungen 10 kehren nicht mehr vollständig in ihre ursprüngliche Form zurück. Hier nun will die Erfindung Abhilfe schaffen, in dem sie gezielt Nuten 13 in die Membranen bzw. Membranzungen einarbeitet.
• Diese Nuten können einseitig wie auch beidseitig in diese eingeformt werden, sowie es in dieser Figur erkennbar ist und im besonderen zu Figur 3 beschrieben worden wird.
• Figur 2 stellt eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles II aus Figur 1 dar, wobei die aus dieser Figur bekannten Kammerplatte 3, die Schwingplatte 1 und der Keramikschwinger 2 abgenommen worden sind. In der Ventilplatte 4 als oberste Platte ist die Vorkammer 12 eingearbeitet zum Durchtritt der Tinte. Hinter dieser liegt die Membran 5 mit den durch Einbringen der Schlitzöffnungen 21 entstandenen Membranzungen 10. Hinter der Membran 5 befindet sich die zweite Ventilplatte 6 mit den in gestrichelten Linien dargestellten Durchbrüchen 11. Nach der Erfindung sollen sich die Membranzungen 10 an der zweiten Ventilplatte 6 abstützen und sind deshalb mit den Nuten 13 versehen worden von denen zwei im Bereich der auslaufenden Schlitze in gestrichelten Linien dargestellt worden sind, da sie sich auf der Oberfläche der Membranzungen befinden, die gegen die zweite Ventilplatte liegen.
• Figur 3 zeigt den Erfindungsgedanken in einer allgemeinen Ausführungsform, da die Durchbrüche für einen Fluß eines Fluides fortgelassen worden sind und ein derartiges Beispiel auch anderweitig angewendet werden kann. Zwischen den Aufbauplatten, beispielsweise Ventilplatten 4 und 6, ist die Membran 5 angeordnet.
• Hierbei soll gewährleistet sein, daß diese in den Bereichen der Hohlräume 22 während des Erwärmyorganges und nach dem Abkühlen gegen die Aufbauplatte, Ventilplatte 6 anliegt bzw.
• ihre plane, ebene Gestalt behält. Es versteht sich, daß die Hohlräume 22 unterschiedliche Querschnitte aufweisen können, so daß der in der Figur 3 dargestellte obere Hohlraum 22 beispielsweise kleiner sein kann als der untere Hohlraum. In die Membran 5 sind Nuten 13 eingearbeitet, beispielsweise auf tztechnischem Wege. Ausgehend davon, daß die Membran 5 an der zweiten Ventilplatte 6 anliegen soll, weist die der Anlagefläche 16 abgewandete Fläche 17 eine oder mehrere Nuten 13 auf, die im wesentlichen im Zentrum des bzw. der Hohlräume 22 liegen.
• Die in die Anlagefläche 16 eingearbeiteten Nuten 13 liegen in den äußeren Randbereichen der freischwingenden Membranzungen bzw.
• der Membran 5 und es entsteht dadurch beim Erwärmen entsprechend der angedeuteten Pfeile 24 eine Wirkkomponente-15 in Richtung der Anlagefläche 16 an der Ventilplatte 6. Es versteht sich weiterhin, daß die Hohlräume 22'durch die Hohlräume 11 und 12 der Figur 1 gebildet werden können und daß es sich hierbei um ein Ventil handeln kann. Die entstehende Kraft in Richtung der Komponenten 15 bewirkt ein Anlegen der Membran ebenso wie ein Anlegen der Membranzungen 10 aus den Figuren 1 und 2 gegen die Ventilplatten 4 und 6.

Claims (3)

1. Fluidik-Element aus im Diffusionsschweißen untereinander ververbundenen Aufbauplatten Patentansprüche: 1. Fluidik-Element aus im Diffusionsschweißen untereinander verbundenen Aufbauplatten, mit zumindest einer Platine, Folie, Membran oder dergleichen, die einseitig oder beidseitig zu ihr liegende Hohlräume, Kammern oder Kanäle der Durchflußregelung in den an sie angrenzenden Aufbauplatten überdeckt, insbesondere Tintenschreibkopf mit aus Membranzungen gebildeten Ventilkörpern, die in einen Hohlraum beweglich und gegen einen Ventilsitz bringbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Oberfläche (9, 17, 23) der Membranzungen (5, 10) im Bereich jedes Hohlraumes (11, 12, 22) Nuten (13) eingearbeitet sind in einer Anordnung und Anzahl, daß die Membran (5) bzw. die Membranzungen (10) bei Erwärmung des Fluidik-Elementes infolge Wärmedehnung eine Auslenkung in eine Vorzugsrichtung (15) erhält, die quer zu ihrer Hauptausdehnung liegt und auf Anlage an der vorbestimmten und benachbarten Aufbauplatte (4, 6) gehalten wird.
2. 2, Fluidik-Element nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Nuten (13) in der der Anlagefläche (16) abgewandten Fläche (17) dem Zentrum des jeden Hohlraum (11, 12, 22) überdeckenden Flächenteiles näher angeordnet sind als die Nuten (13) in der gegen die durch eine Aufbauplatte (Ventilplatten 4, 6) gebildeten Anlagefläche (16).
3. 3. Fluidik-Element nach Anspruch 2, d a d u r c h ge -k e n n z e i c h n e t , daß in die der Anlagefläche (16) abgewandten Fläche (17) der Membranzunge (10) und im wesentlichen mittig zu den nicht eingespannten Flächenbereichen eine, gegebenenfalls mehrere Nuten (13) und in die der Aufbauplatte (Ventilplatten 6) zugewandten Anlagefläche (16), und im wesentlichen in deren Rand-(Einspann=)Bereichen (18) eine, gegebenenfalls mehrere Nuten (13) eingeformt sind.