DE2831999B1

DE2831999B1 - Behaelter mit veraenderbarem Volumen

Info

Publication number: DE2831999B1
Application number: DE2831999A
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof Dr-Ing Heinzl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-07-20
Filing date: 1978-07-20
Publication date: 1980-02-07
Also published as: US4270589A; SE7906161L; NL7905623A; JPS5522993A; IT7924410A0; DE2831999C2; FR2431434A1; IT1122594B; GB2027415A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter mit veränderbarem Volumen und mit zumindest einer im wesentlichen starren Begrenzungsfläche, insbesondere für die Aufnahme von Tintenflüssigkeit zur Versorgung von Tintenschreibwerken, z.B. Tintenmosaikschreibwerken für Büro-, Daten- oder Fernschreibmaschinen.

Zur Versorgung von Tintenschreibwerken werden sowohl offene als auch geschlossene Tintenvorratsbehälter angewendet. Sogenannte offene Tintenvorratsbehälter haben zumeist im wesentlichen starre Wandungen, da in diesen Fällen das Volumen der verbrauchten Tinte in diesen Behältern durch nachströmende Luft ersetzt wird. Gegenüber diesen offenen Tintenvorratsbehältern bieten die sogenannten geschlossenen Tintenvorratsbehälter verschiedene Vorteile. So ist beispielsweise eine Verunreinigung der Tinte durch Vermengung mit festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, sowie eine Verdunstung der Tintenflüssigkeit ausgeschlossen. Um den Volumenverlust von verbrauchter Tinte auszugleichen, ist es aber bei diesen geschlossenen Systemen erforderlich, zumindest einen Teil der Wandungen beweglich auszugestalten. Das bedeutet in der Praxis, daß als bewegliche Wandungsteile Folien Verwendung finden, welche der entweichenden Tintenflüssigkeit folgen.

So ist es beispielsweise bekannt (DE-OS 23 23 762), den Tintenvorrat in einem aus'flexibler Folie bestehenden Tintensack unterzubringen, welcher zwischen zwei formstabilen Platten eingeklemmt ist. Andererseits ist es auch bekannt (DE-OS 26 10 518), den Tintenvorratsbehälter aus einer formstabilen Halbschale und einer daran anschließenden Wandung aus ähnlich der formstabilen Halbschale gebildeten flexiblen Folie aufzubauen.

Die flexiblen Folien müssen dünn sein, um nachgiebig genug zu sein, und sind entsprechend verletzungsanfällig, so daß zu ihrem Schütze Vorkehrungen getroffen werden müssen. Sind die flexiblen Folien elastisch verformbar, so üben sie je nach Dehnungsgrad unterschiedliche Kräfte auf die umschlossene Tintenflüssigkeit aus. Für einen sauberen Schreibbetrieb ist dies aber ungünstig. Flexibles Folienmaterial, welches nicht oder kaum elastisch verformbar ist, bildet bei Lageveränderung unterschiedlich viele und unterschiedlich ausgeprägte Falten. Bei der Faltenbildung und bei der Faltenauflösung treten ebenfalls sich auf die umschlossene Tintenflüssigkeit auswirkende unterschiedliche Kräfte auf, die auch das Schreibsystem ungünstig beeinflussen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, einen Tintenvorratsbehälter zu schaffen, dessen Wandungsteile im wesentlichen formstabil sind und dessen Volumenveränderung durch Zusammenfaltung von Wandungsteilen unter über den ganzen Veränderungsbereich im wesentlichen gleichen Bedingungen erfolgt.

Ein Behälter mit einem veränderbaren Volumen, welcher dieser gestellten Aufgabe gerecht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dieser Behälter gebildet ist aus zwei gleichen in parallelen Ebenen verlaufenden, im wesentlichen formstabilen regelmäßigen Vielecken und mit einer der Seitenanzahl der Vielecke entsprechenden Anzahl von kongruenten Dreiecksflächen, von denen jede Dreiecksfläche an einer Seite der Vielecke mit einer gleichlangen Basisseite und mit den beiden anderen Seiten mit Seiten jeweils nebeneinander an dem gegenüberliegenden Vieleck angelenkter Dreiecksflächen gelenkig verbunden und derart dimensioniert ist, daß der über der Basisseite der Dreiecksfläche seitlich in Verlängerung dieser Basisseite verschobene Eckpunkt auf einer zu der Verlängerung senkrechten, um einen durch Verformbarkeit des Materials und der Gelenkverbindung zugelassenen Betrag parallel zur Tangente des Vieleckumkreises in den Kreis rückverschöbenen Geraden und in einer Höhe über der Verlängerung der Basisseite liegt, deren Projektionslänge in der Vieleckebene sich maximal ergibt aus dem senkrechten Abstand zwischen der Verlängerung der Basisseite und dem entfernten Schnittpunkt des Vieleckumkreises mit einer zur besagten Kreistangente in Richtung in den Kreis hinein um den doppelten durch die Verformbarkeit des Materials und der Gelenkverbindungen zugelassenen Betrag parallel verschobenen Geraden.

Der erfindungsgemäße Behälter mit dem veränderba-

INSPECTS)

ren Volumen zeichnet sich einerseits durch relativ hohe Stabilität und andererseits insbesondere durch ein gleichförmiges Verhalten gegenüber der eingeschlossenen Tintenflüssigkeit bei Volumensänderungen über den gesamten Veränderungsbereich aus. Diese Eigenschäften werden erreicht durch Berücksichtigung geometrischer Zusammenhänge für die Gestaltung der Einzelflächen und einer gegebenen Verformbarkeit des Materials und/oder der Gelenkverbindungen. Da die den mit den Seiten der Vielecke gelenkig verbundenen Basisseiten der Dreiecksflächen gegenüberliegenden, an die Ecken des gegenüberliegenden Vielecks anstoßenden Eckpunkte jeder der Dreiecksflächen sich bei der Zusammenfaltung auf einer angenäherten Tangentenebene des Vieleckumkreises bewegen, erfahren die beiden Vieleckflächen gegeneinander dabei eine Verdrehung. Der jeweilige Verdrehwinkel ist ausnutzbar, um den Volumeninhalt des Behälters anzuzeigen. Die beiden Vielecke lassen sich bis auf die Stärke der zwischengefalteten Dreiecksflächen einander annähern, so daß kaum ein umschlossenes Volumen im zusammengefalteten Behälter verbleibt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der im Volumen veränderbare Behälter dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Behälter zusammengefügt und die an der Verbindungsstelle aneinanderliegenden Vielecke der Behälter als geöffnete Vielecke ausgestaltet sind. Damit kann die Hubhöhe des Behältersystems bei gleichbleibenden Grundflächen entsprechend vervielfacht werden. JO

Bei einer Ausführungsform gemäß der Weiterbildung der Erfindung ist der Behälter dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Verschiebung der Ecken über den Basisseiten der Dreiecke bei benachbarten Behältern gegensinnig verläuft. Dadurch wird erreicht, daß sich die j5 bei Volumenveränderung auftretende Drehung der Vielecke gegeneinander jeweils innerhalb von zwei Behälterteilen kompensiert.

Die geometrischen Gesetzmäßigkeiten sowie ein Ausführungsbeispiel sind anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

F i g. 1 einen Tintenvorratsbehälter in einer Seitenansicht,

F i g. 2 eine Abwicklung des faltbaren Behälters und

F i g. 3 die geometrischen Zusammenhänge für die Dimensionierung der Behälterelemente.

Bei der Ausführungsform und dem Berechnungsbeispiel wird von einer Behältergrundfläche ausgegangen, welche die Form eines regelmäßigen Sechseckes aufweist. Ähnliche Formen und gleiche Überlegungen gelten aber auch bei Behältern mit Grundflächen in der Form regelmäßiger Vielecke, welche eine andere beliebige Eckenzahl aufweisen: Steigende Eckenzahl der Grundflächen führen zu einem größeren erreichbaren Hubbetrag bei gleicher Grundfläche, erhöhen aber auch die Anzahl der Gelenkverbindungen zwischen den einzelnen Flächenelementen und damit unter anderem den Herstellungsaufwand.

Innerhalb eines geschnitten dargestellten Gehäuses 1 ist ein Behältersystem zur Aufnahme von Tintenflüssigkeit im aufgefalteten Zustand dargestellt. Die Grundfläche 2 des Behältersystems wird durch ein eingesetztes Gehäuseteil gebildet und weist zentrisch einen Gummipfropfen 3 auf, welcher zur Entnahme der Tintenflüssigkeit mittels einer Hohlnadel durchstochen werden kann. Das Behältersystem ist aufgebaut aus zwei spiegelbildlich gestalteten, miteinander verbundenen Behälterteilen 4.

Aus der in F i g. 2 dargestellten Abwicklung des Behältersystems ist entnehmbar, daß die obere Deckfläche 5 des oberen Behälterteils ein regelmäßiges Sechseck darstellt. Zwischen den beiden Behälterteilen 4 befindet sich keine Zwischenbegrenzung, dennoch bilden die Begrenzungskanten ein mit der Deckfläche 5 deckungsgleiches regelmäßiges Sechseck. Wie bereits anhand der F i g. 1 erwähnt wurde, wird die Grundfläche des unteren Behälterteils 4 durch einen Wandungsteil 2 des Gehäuses 1 gebildet und zwar ebenfalls in der Form eines regelmäßigen Sechseckes.

Die Seitenelemente der Behälterteile 4 werden gebildet aus miteinander und mit der Deckfläche 5 bzw. der Grundfläche 2 verbundenen Dreiecksflächen 6. Die Dreiecksflächen des gegenüberliegenden Behälterteils sind gleichartig aber spiegelbildlich gestaltet. Die Wandungsteile der miteinander verbundenen Behälterteile 4 sind aus einem folienartigen Werkstoff erstellt und an den dargestellten Konturen mit Faltkanten 7 versehen. Diese Faltkanten 7 bilden die Gelenke zwischen den Dreiecksflächen 6 untereinander und zu der Grundfläche 2 bzw. der Deckfläche 5.

Die für die Gestaltung der Wandungsteile der Behälter zu berücksichtigenden Gesichtspunkte sind anhand der Fig.3 erläutert. Strichpunktiert ist eine Grundfläche des Behälters, z. B. die Deckfläche 5, als regelmäßiges Sechseck dargestellt Dieses Sechseck ist von einem Umkreis U mit dem Radius R umschrieben. Die Gestaltung einer Dreiecksfläche 6 ergibt sich aus der Überlegung, daß sich die Dreiecksfläche 6 mit den Eckpunkten A, B, C nur dann um die Faltkante c schwenken läßt, wenn der Eckpunkt C des Dreiecks 6 einerseits in einer zur Geraden csenkrechten Ebene und gleichzeitig in einer Tangentialebene des Umkreises U seine Bewegungsbahn beschreiben kann. Rein geometrisch ist diese Bedingung lediglich in einer einzigen Position eines entsprechend gestalteten Dreiecks erfüllt, so daß nach diesen Gesichtspunkten ein Lösungsweg als nicht gegeben erscheint.

Zieht man aber in diese Betrachtungsweise einen in der Praxis gegebenen Umstand mit ein, so bestätigt sich in der Theorie auch das praktische Ergebnis, daß es in Anlehnung an die ursprünglich dargelegten geometrischen Bedingungen möglich ist, eine Faltung eines entsprechend ausgestalteten Behälters nach festen Regeln durchzuführen. Der in Betracht zu ziehende praktische Umstand ergibt sich aus geringer Verformbarkeit des Materials, insbesondere aber aus der Verformbarkeit innerhalb der Gelenkverbindungen. Aus dieser Erkenntnis heraus führen die anhand der F i g. 3 gemachten Überlegungen zu einem brauchbaren praktischen Ergebnis.

Wird die angestrebte Schwenkebene für den Eckpunkt C der Dreiecksfläche 6 um den Betrag d der Verformbarkeit von der Tangentialebene des Umkreises in den Umkreis [/hinein verschoben, so wird unter nochmaliger Ausnutzung der Verformbarkeit ein Schwenkweg für den Eckpunkt C der Dreiecksfläche 6 erzielt, welcher in einer durch die Schnittpunkte D und E des Umkreises U gehenden, mit einer zur Tangentenebene des Umkreises i/um den doppelten Verformbarkeitsbetrag d in den Umkreis {/parallel verschobenen Ebene liegt. Die Dreiecksfläche 6 mit den Eckpunkten A, B, C und den Seiten a, b, c wird dieser Bestimmung gerecht. Es gelten folgende geometrische Gesetzmäßigkeiten:

die Seite c der Dreiecksfläche 6 entspricht der Länge einer Seite des Vielecks,

die Länge der Seite b ergibt sich aus

1 / / ~ c Y² V \ ~2J ⁺

die Länge der Seite α ergibt sich aus

a	*-1/(R-.**	>$ + ■*
die seitliche Seite c ergibt	Verschiebung e sich aus	des Eckpunktes C
	e = R- d	C

ίο

zur

¹⁵ Dreiecksfläche über der Seite c unter der vorliegend gegebenen Voraussetzung, daß eine annähernd vollständige Annäherung der beiden Vieleckseiten gegeneinander erreichbar sein soll. Soll ein Restabstand, d. h. ein Restvolumen übrig bleiben, so bestimmt sich die Höhe der Dreiecksfläche 6 über ihrer Seite c aus der _{Wurzel der Summe von} _h2 _{und dem quadriert}en Betrag der Resthöhe. Der Wert h stellt denn lediglich die Projektion der tatsächlichen Höhe der Dreiecksfläche 6 auf die Vielecksebene dar.

Bei einer regelmäßigen Sechseckgrundfläche einer angenommenen Verformbarkeit d des Materials und insbesondere in den Gelenkverbindungen und einer Einheitsseitenlänge von C= 1 ergibt sich folgende Wertetabelle:

Der Mittelpunkt des Umkreises liegt um den Betrag r und der Eckpunkt C liegt um den Betrag h über der durch die Seite c bestimmten Geraden. Daraus ergibt sich weiter

sich weiter _{π π}

a = 2R sin — = 2r tan —, η η

Der erreichbare Hub /f eines einfachen Behälters ergibt sich aus

ff— 9 Π7Ε—I

beim Ausführungsbeispiel verdoppelt sich dieser Betrag. Der Wert h entspricht unmittelbar der Höhe der

²⁵

₃₀

°'⁴⁹⁰
0,499

0,929

Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 zeigt zwei Einzelbehälter zu einem Behältersystem zusammengefügt, wobei die gemeinsame Vielecksgrundfläche offen ist. Durch weiteres Anfügen zusätzlicher gleichgestalteter Einzelbehälter ohne Wandungsteile an den jeweils gemeinsamen Vielecksgrundflächen läßt sich ein längenveränderbares schlauchförmiges Gebilde herstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Behälter mit veränderbarem Volumen und zumindest einer im wesentlichen starren Begrenzungsfläche, insbesondere für die Aufnahme von Tintenflüssigkeit zur Versorgung von Tintenschreibwerken, z. B. Tintenmosaikschreibwerken für Büro-, Daten- oder Fernschreibmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Behälter gebildet ist aus zwei gleichen in parallelen Ebenen verlaufenden, im wesentlichen formstabilen regelmäßigen Vielecken (5) und mit einer der Seitenanzahl der Vielecke (5) entsprechenden Anzahl von kongruenten Dreiecksflächen (6), von denen jede Dreiecksfläehe (6) an einer Seite der Vielecke (5) mit einer gleichlangen Basisseite (c) und mit den beiden anderen Seiten (a, b) mit Seiten (a, b) jeweils nebeneinander an dem gegenüberliegenden Vieleck angelenkter Dreiecksflächen gelenkig verbunden und derart dimensioniert ist, daß der über der Basisseite (c) der Dreiecksfläche (6) seitlich in Verlängerung dieser Basisseite verschobene Eckpunkt (C) auf einer zu der Verlängerung senkrechten, um einen durch Verformbarkeit des Materials und der Gelenkverbindung zugelassenen Betrag (d) parallel zur Tangente des Vieleckumkreises (U) in den Kreis rückverschobenen Geraden und in einer Höhe (h) über der Verlängerung der Basisseite (c) liegt, deren Projektionslänge in der Vieleckebene sich maximal ergibt aus dem senkrechten Abstand zwischen der Verlängerung der Basisseite (c) und dem entfernten Schnittpunkt (D) des Vieleckumkreises (U) mit einer zur besagten Kreistangente in Richtung in den Kreis hinein um den doppelten durch die Verformbarkeit des Materials und der Gelenkverbindungen zugelassenen Betrag (2d) parallel verschobenen Geraden.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Behälter zusammengefügt und die an der Verbindungsstelle aneinanderliegenden Vielecke der Behälter als geöffnete Vielecke ausgestaltet sind.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Verschiebung der Ecken (C) über den Basisseiten (c) der Dreiecke (6) bei benachbarten Behältern (4) gegensinnig verläuft.