DE2827792C3 - Fluidik-Element aus im Diffusionsschweißen untereinander verbundenen Aufbauplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein FIuidik-Element der im Oberbegriff 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 Aufbauplatten nicht an. Es kommt hierbei zu unerwünschten Hohlräumen, die die Strömungsverhältnisse in dem Element beeinträchtigen. 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 Aufbau* platten werden die Strömungskanäle, Zuflußkanäle und Austrittskanäle verschlossen gehalten. Ein solcher Tintenschreibkopf ist in unserer Patentanmeldung P 28 25 763.8-27 beschrieben worden.

Das Verbinden der Aufbauplatten erfolge 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 Hohraum 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 Aufbau-ί platten 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.
in Nach der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise die Wärmedehnung ausgenutzt zum Erzeugen einer die Membranzungen 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. Ii. 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 zeigt

F i g. 1 ein Kompressionssystem eines Tintenschreibkopfes in stark vergrößerter Darstellung,

Fig.2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II aus F i g. I durch eine Vorkammer gegen die Membranzungen und

Fig.3 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie IH-IlI inF ig. 2.

Der in F i g. 1 gezeigie Tintenschreibkopf besteht aus dünnen Aufbauplatten, die in einem Diffusionsschweißjo Vorgang 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 durek 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 entsprecher 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 stehenge· bliebenen Stegen 20 und der Vorkammer 12 zur Aufnahme ausgelenkter Membranzungen 10. Die Stege

μ 20 bilden bei Anlage der Membranzungen 10 Ventilkör· persitze- Die Membranzungen sind breiter gestaltet als die Durchbrüche 11 beider Ventilplatten 4 und 6, so daß diese durch die plane Anlage der Membran 3 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 Rege! mehrere solcher Kompressionssysteme, z. B. 7,9 oder 12 auf für einen Rasterdruck von 5 χ 7,7 χ 9 oder 9 χ 12.

Die Wirkungsweise eines solchen Kompressionssystemes ist folgende:

Die in die Kompressionskammer 19 eingefüllte Tinte wird über einen Kanal 14, die Durchbrüche 11 in der zweiten Ventilplatte 6, die Durchbrüche 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 und des Keramikschwingers 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, indem 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 F i g. 3 beschrieben worden wird.

F i g. 2 stellt eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles II aus F i g. 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.

Fig.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 Erwärmvorganges 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 Fig.3 dargestellte obere Hohlraum 22 beispielsweise kleiner sein kann als der untere Hohlraum. In die Membran 5 sind Nuten 13 eingearbeitet, beispielsweise auf ätztechnischem 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 Anlagefläf-he 16 an der Ventilplatte 6. Es versteht sich weiterhin, daß die Hohlräume 22 durch die Hohlräume 11 und 12 der F i g. 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 mit ihren Oberflächen (Pfeile 9 und 23) aus den F i g. 1 und 2 gegen die Ventilplatten 4 und 6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. FIuidik-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 Oberdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberflächen (9, 16, 17, 23) der Platinen (Folie, Membran, Membranzungen oder dergleichen 5, 10) im Bereich von Hohlräumen (11, 12, 22) Nuten (13) eingearbeitet sind in einer Anordnung und Anzahl, daß die Platine (5, 10) bei Erwärmung des Fluidik-Elementes infolge Wärmedehnung eine Auslenkung in eine Vorzugsrichtung (IS) erhält, die quer zu ihrer Hauptausdehnung liegt und die Platine bleibend auf Anlage an der durch die Vorzugsrichtung (15) vorbestimmten benachbarten Aufbauplatte (4,6) hält

2. Fluidik-Etement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (13) in der der Anlagefläche (16) abgewandten Fläche (17) zum Zentrum des jeden Hohlraum (11, 12, 22) überdekkenden Flächenteiles näher angeordnet sind als die Nuten (13) in der gegen die durch eine Aufbauplatte (Ventilplatten 4,6) gebildeten At.fegefläche (16).

3. FIuidik-Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die der Anlagefläche (16) abgewandten Fläche (17) der Membranzunge (10) und im wesentlichen mittig zu den nicht eingespannten Flächenberexhen eine, gegebenenfalls mehrere Nuten (13) und in die der Aufbaup'-ute (Ventilplatten 6) zugewandten Anlagefläche (16), und im wesentli chen in deren Rand-(Einspann-)Be^r«fichen (18) eine, gegebenenfalls mehrere Nuten (13) eingeformt sind.