DE2857735C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsverbindung für Tintentröpfchen­ drucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Flüssigkeitsverbindung ist bekannt ("Siemens-Zeitschrift" 51, 1977, S. 219-221). Bei dieser bekannten Flüssigkeitsverbindung war beim Austausch der Vorratspatrone die Spitze der Hohlnadel und damit der Tintenaufnahmeraum des Schreibkopfes der Umgebungsluft ausgesetzt, so daß einerseits Luft in den Schreibkopf eindringen konnte und andererseits Tinte aus dem Schreibkopf austreten konnte.

Das Prinzip einer beim Einsetzen öffnenden Kupplung ist bekannt (DE-AS 24 16 836); die Abdichtung einer Hohlnadel im nicht verbundenen Zustand gehört zwar zum Stand der Technik, ist aber nicht vorveröffent­ licht (DE-AS 27 25 270).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsverbindung der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß während des Patronen­ austausches ein Eindringen von Luft in den Schreibkopf bzw. umgekehrt ein Austreten von Tinte aus dem Schreibkopf vermieden werden, und daß die in der Patrone enthaltene Tinte unter einem konstanten Druck gehalten wird, der über dem atmosphärischen Druck liegt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung ergibt sich auf Anspruch 2.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Tintenpatronenaufnahme mit eingesetzter Vorratspatrone;

Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt vor dem Ein­ setzen der Vorratspatrone;

Fig. 3 und 4 Variationen gewisser Aufnahmen-Bestandteile der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2;

Fig. 5 eine bevorzugte Struktur für einen Bestandteil der Vorratspatrone nach Fig. 1 in Aufsicht;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5; und

Fig. 7 und 8 zwei spezielle alternative Strukturen eines Bestandteils der Aufnahmenausführungsform nach Fig. 1 und 2.

Gemäß Fig. 1 gleitet ein Kolben 10 in einem Patronengehäuse 12 aufwärts, das aus einem Seitenge­ häuse 14 und einem Patronendeckel 13 besteht. Eine flexible, flüssigkeits-undurchlässige Membran 16 dichtet den Kolben 10 gegenüber dem Patronengehäuse 12 ab, erlaubt aber dem Kolben 10, zu gleiten. Die Abdichtung des Kolbens 10 er­ folgt in Form einer rollenden Membran. Die Kanten der Membran 16, die vorzugsweise aus Weichgummi besteht, das gegen die Tinte chemisch widerstandsfähig ist, beispielsweise Butyl, sind verdickt, so daß sie mit ringförmigen Vorsprüngen 21 und 22 an dem Patronendeckel 13 bzw. dem Seitengehäuse 14 so ge­ halten werden, daß sie einen Dichtungsring bilden. Da es vorzuziehen ist, das Seitengehäuse 14 und die Abdeckung 13 aus Polystyrol-Kunststoff zu formen, der sowohl gegen kräf­ tige Stöße als auch gegen eine chemische Reaktion mit der Tinte widerstandsfähig ist, können weiterhin der Deckel und das Seitengehäuse ultraschall-geschweißt werden, um eine weitere Abdichtung gegen Lecken der Tinte zu erhalten. Lappen 18 sind auf den Patronendeckel 13 montiert, um mit Vor­ sprüngen 32 auf einer Aufnahme 30 in Eingriff zu kommen, damit der Tintenvorratsbehälter an Ort und Stelle gehalten wird.

Bevorzugt ist eine Trennwand 17 in einer Öffnung in der Mitte des Kolbens 10 befestigt, wobei auch andere Lagen im Gehäuse möglich sind. Die Trennwand 17 ist vorge­ locht, um eine durchgehende Hohlnadel 39 aufzunehmen. Weiterhin ist die Trennwand 17 als Teil der Membran 16 als einheitliches, flüssigkeitsdichtes Element geformt. Beim Formen der Trennwand 17 ist es am besten, diese etwas größer zu machen als den Kolben 10, so daß die Trennwand 17 sich unter Reibung an die Seiten des kreis­ förmigen Einlasses 11 anlegt. Die Trennwand 17 kann in den Einlaß 11 geschoben werden und bleibt dort ohne die Verwen­ dung von Klebstoff. Eine enge Passung zwischen dem Einlaß 11 und der Trennwand 17 sorgt auch dafür, daß das Gummi zusam­ mengepreßt wird. Die Kompressionskräfte sorgen dafür, daß sich die Trennwand 17 dicht hinter der Hohlnadel 39 schließt, wenn diese aus der Patrone herausgezogen wird, so daß die Patrone wieder dicht verschlossen ist.

Fig. 5 und 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Trennwand 17. Diese Konstruktion erlaubt es der Trennwand, durch Reibkraft an Ort und Stelle gehalten zu sein. Wenn die Hohlnadel eingesetzt wird, weitet sie das Gummi der Trennwand auf, wodurch eine noch größere Kraft gegen die Seitenwand hervorgerufen wird. Die Friktions-Haltekraft wird erhöht. Das hilft, der Axialkraft auf die Trennwand entgegenzuwirken, die durch den Druck der Hohlnadel erzeugt wird, die durch die Trennwand gedrückt wird, die dazu neigt, die Trennwand aus dem Einlaß herauszuzwängen. Ein Merkmal der Konstruktion ist also, daß die Friktionskraft auf die Seitenwand größer gemacht wird als die Nadelkraft, die dazu neigt, die Trennwand aus dem Einlaß herauszuschieben.

Gemäß Fig. 5 und 6 können an der Trennwand 17 drei horizon­ tale Zonen 62, 64, 66 unterschieden werden. Ein vorge­ fertigtes Loch 60 führt durch die Mitte der Trennwand 17 und durch alle drei Zonen. Dieses Loch wird präzise mit einer Nadel geschnitten, die eine scharfe Spitze und eine schlanke Form hat. Die Hohlnadel 39, die eine abgerundete Spitze hat, wird dann dazu verwendet, die Flüssigkeitsverbindung mit dem Inneren der Patrone herzustellen. Solche Nadeln durchschneiden das Gummi nicht, sondern drängen die Wände des vorher im Gummi geöffneten Loches auseinander. Die Hohlnadel 39 verwendet also immer den gleichen Weg und vermeidet weitere Löcher in der Trennwand und erlaubt eine effektivere Abdichtung. Fig. 7 und 8 zeigen zwei Ausführungs­ formen von zwei Hohlnadeln mit abgerundeter Spitze, die als Nadel 39 (Fig. 1 und 2) verwendet werden können.

Um dazu beizutragen, die Hohlnadel in das vorher angefer­ tigte Loch 60 zu lenken, ist auf der Unterseite des Loches 60 ein konischer Einlaß 61, ein Teil der Zone 62, vorgesehen. In der Zone 62 weist das Gummi der Trennwand 17 Kerben 63 auf, die für Raum bei der Gummidehnung sorgen, wenn die Nadel hindurchtritt. Die Kerben reduzieren die Axialkraft, die dazu neigt, die Trennwand aus ihrer Stellung herauszu­ drängen. Zwischen den Kerben übertragen Gummirippen 65 Kompressionskräfte auf die Wände des Kolbeneinlasses 11, die die Reibung erhöhen, so daß eine Neigung besteht, die Trenn­ wand in der Position zu halten. Wenn die Nadel entfernt wird, verbleiben Kompressionskräfte im Gummi wegen der Abstützung durch die Seitenwände, und damit wird das Loch 60 zusammen­ gequetscht.

In der Zone 64 befindet sich massives Gummi, das durch die Abstützung von den Wänden abgestützt wird. Das Gummi ist vor dem Einsatz der Nadel und auch nach ihrer Entfernung komprimiert. Diese Kräfte dichten das vorgefertigte Loch. Die Zone 64 ist dünn im Vergleich zu ihrem Durchmesser und wirkt wie eine Membran. Wenn die Nadel in der Mitte ange­ setzt wird, dehnt sich das Gummi. Die Dehnung setzt das Gummi unter Spannung und reduziert die Kraft, die zur Durch­ bringung der Nadel benötigt wird. An den Wänden in der Zone 64 wird auch die Halte-Friktionskraft reduziert, wobei die Haltekraft in Zone 62 ausreicht, um eine räumliche Verlage­ rung der Trennwand zu verhindern. Wenn das Gummi in Zone 64 nicht nachgeben und sich dehnen würde, würde wahrscheinlich die zum Einsetzen der Nadel erforderliche Kraft unannehm­ bar hoch sein.

In Zone 66 befindet sich keine Seitenwandabstützung und damit anfänglich keine Kompressionskraft im Gummi. Wenn die Nadel die Zone 66 durchdringt, öffnet sich das Gummi und breitet sich in den vorgesehenen offenen Raum aus. Die zum Durch­ dringen erforderliche Kraft ist niedrig, weil es keinen Widerstand gegen die Bewegung des Gummis gibt, abgesehen von den Zugkräften im Gummi selbst. In Zone 66 ist keine Trennwand-Haltekraft vorgesehen. Eine Abdichtkraft ergibt sich, wenn die Nadel aus der Zone 66 entfernt wird, und zwar durch die inneren Zugkräfte in Kombination mit dem Druck der Tinte in der Patrone.

Die Patrone wird zunächst dadurch gefüllt, daß die Trennwand 17 präzise mit einer scharfen, schlanken Nadel durchbohrt wird. Durch dieses vorgeschnittene Loch erlaubt eine Hohlnadel der Tinte, in eine Kammer zu fließen, die durch die Membran 16 und den Patronendeckel 13 gebildet wird. Wenn die Patrone voll wird, erreicht der Kolben 10 seine unterste oder am weitesten ausgedehnte Position. An diesem Punkt hindern Vorsprünge an der Patrone den Kolben 10 daran, sich vom Patronengehäuse zu lösen. Durch die leichte Neigung des Patronendeckels 13 zur Mitte hin neigt Luft dazu, in den konisch ge­ formten Raum 15 in der Mitte des Deckels 13 zu strömen. Während des Füllens der Patrone mit Tinte wird eine Hohlnadel durch die Trennwand eingesetzt. Deren Spitze führt bis zur Spitze des Raumes 15 und zieht irgendwelche Gase oder Luft ab, die sich dort gesammelt haben.

Die Aufnahme 30 weist ein Aufnahmegehäuse 31 (Fig. 1 und 2) auf, auf das Vorsprünge 32 montiert sind, die die Vorrats­ patrone an Ort und Stelle verriegeln. Die Verriegelung wird dadurch erreicht, daß die Patrone um ihre Achse gedreht wird, nachdem sie voll eingesetzt wird, so daß sie mit den Vor­ sprüngen in Eingriff kommt, wie in Fig. 1 dargestellt. Durch ein Verbindungsstück 38 drängt eine erste Feder 33 eine Hülse 34 aufwärts, die die erste Feder 33 enthält und deren Aus­ dehnung begrenzt. Die Hülse 34 weist Schlitze auf, die Lappen am Gehäuse 31 aufnehmen, um eine Vertikalbewegung ohne Drehung zu ermöglichen. Die erste Feder 33 legt eine Kraft gegen den Patronenkolben 10 an, wenn die Patrone in der Aufnahme positioniert wird, so daß die Tinte innerhalb des Behälters unter Druck gesetzt wird. Die erste Feder 33 sorgt auch für eine Kraft gegen das Patronengehäuse 14, die dieses in den Vorsprüngen des Aufnahmegehäuses 14 hält. Eine ver­ schiebbare Kupplung 36, die in die Mitte der Hülse 34 mon­ tiert ist, kommt mit dem Tintenbehälter in Eingriff, und lokalisiert und führt auch die Hohlnadel 39 mit abgerunde­ ter Spitze in der Aufnahme zur Mitte der Trennwand 17, wenn die Patrone in die Aufnahme abgesenkt wird. Weiterhin sorgt die Kupplung 36 für eine Gummikappe 37 über der Nadel, um diese gegen Luft und Verunreinigungen abzudichten, wenn der Behälter abgenommen ist (vergl. Fig. 2). Da ferner der Kol­ beneinlaß 11 der Patrone zur Aufnahme der Trennwand mit der Kupplung 36 in Berührung steht, um die Patrone in die richtige Lage in der Aufnahme zu führen und den Kraftweg zu schaffen, längs dessen die Patrone unter Druck gesetzt wird, ist die Last auf dem Kolben beim Einsetzen der Patrone zum Zentrum hin. Es kann weniger Drehmoment zwischen der Patrone und der Aufnahme übertragen werden, wenn die Patrone gegen Federdruck gedreht wird, um mit den Vorsprüngen zu ver­ riegeln.

Ein Verbindungsstück 38 hält die Hohlnadel 39, die dazu verwen­ det wird, die Trennwand im Behälter zu durchdringen, und ver­ bindet die Hohlnadel 39 mit einem flexiblen Schlauch 40, mit dem die Tinte an einen Tintenstrahldruckkopf geliefert wird. Eine zweite Feder 35 legt eine Kraft zwischen die Kupplung 36 und das Verbindungsstück 38, um eine Gummikappe 37, die Teil der Kupplung 36 ist, über das Ende der Nadel 39 zu ziehen und diese abzudichten, wenn sich keine Patrone in der Aufnahme befindet. Wenn eine Patrone in die Aufnahme eingesetzt wird, wird die zweite Feder 35 zusammengedrückt. Die Kupplung 36 bewegt sich relativ zum Verbindungsstück 38, wodurch dafür gesorgt wird, daß die Hohlnadel 39 aus der Abdicht­ kappe 37 hervorkommt und die Trennwand 17 in der Patrone durchdringt. Die zweite Feder 35 ist so gewählt, daß sie schwächer ist als die erste Feder 33, so daß die Hohlnadel 39 die Trennwand 17 der Patrone durchdringt, ehe die zweite Feder 35 komprimiert wird, um die Tinte in der Patrone voll unter Druck zu setzen. Auf diese Weise wird das Verspritzen von Tinte wesentlich reduziert, da das Eindringen in die Patrone stattfindet, während diese nur leicht durch die zweite Feder 35 unter Druck gesetzt ist. Nachdem die Flüssig­ keitsverbindung hergestellt ist, wird dann die zweite Feder 35 niedergedrückt, wenn die Patrone in ihrem Platz in der Auf­ nahme verriegelt wird, um die Patrone voll unter Druck zu setzen.

Hinsichtlich des Aufbaus werden alle festen Teile der Auf­ nahme, mit Ausnahme der metallenen Federn, aus leicht form­ barem Kunststoff hergestellt. Ein nicht entflammbarer Kunst­ stoff wird für die Hülse 34 und das Aufnahmegehäuse 31 verwendet. Für die Kupplung 36 und das Verbindungsstück 38 wird wegen gerin­ ger Reibung und wegen Festigkeit Acetyl-Kunststoff verwendet. Werkstoffe, die weich und wetterbeständig sind und eine nied­ rige Kompressionshärtung haben, wie Äthylpropylen, sollen für die Gummikappe 37 und ein Kontaktkissen 41 (Fig. 3) verwendet werden.

Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen der Kupplung 36 nach Fig. 1 und 2, die verhindern, daß ein Tintentropfen von der Hohlnadel 39 oder der Trennwand oder der Aufnahme am Punkt des Nadelweges deponiert wird, wenn die Hohlnadel aus dem Tintenbehälter entfernt und in ihre Gummihülle in der Aufnahme zurückgezogen wird. Beide Ausführungsformen bringen einen Gummikontakt in die Aufnahme, der mit der Trennwand in Kontakt kommt und vor, während und nach der Passage der Nadelspitze in Kompression steht. Die Kompres­ sion läßt nicht nach, bis andere Mechanismen in der Aufnahme und der Patrone das Innere des Behälters und der Aufnahme gegen die Grenzfläche abdichten.

Fig. 4 zeigt eine solche Ausführungsform. Die Gummikappe 37 ist mit der Kupplung 36 verbunden. Ihre Länge ist so, daß sie sich über die Fläche erstreckt, gegen die der Kolben sitzt. Dadurch wird dafür gesorgt, daß die Kappe an der Grenz­ fläche unter Kompression steht, wodurch die Dichtung während des Durchtritts der Hohlnadel erreicht wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist ein getrennt vorstehendes Gummi-Kontakt­ kissen 41 und eine Nadelführung 42 auf, die sich unmittelbar darunter befindet, sind an der Kupplung 36 befestigt ist. Bei Betrachtung dieser Ausführungsformen ist zu berücksichtigen, daß die Ausführungsform nach Fig. 4 die Nadelführung 42 weiter von dem Punkt des Nadeleintritts in die Trennwand weg bringt als die Ausführungsform nach Fig. 3. Die durch die Gummi-Nadelhülle hervorgerufene Federkraft neigt jedoch dazu, die Nadel zur Mittellinie zu drängen, so daß sie einwandfrei durch die Trennwand eintreten kann. Darüber hinaus ist die Ausführungsform nach Fig. 4 etwas weniger aufwendig, weil weniger Teile vorhanden sind.

Claims (2)

1. Flüssigkeitsverbindung für Tintentröpfchendrucker mit einer austausch­ baren, in einer Aufnahme des Tintentröpfchendruckers einrastbaren Vor­ ratspatrone, die ein Gehäuse mit einem über einen verschiebbaren, flüssigkeitsdicht ausgebildeten Kolben variierbaren Volumen und eine von einer in der Aufnahme angeordneten Hohlnadel durchdringbare elastische Trennwand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hohlnadel (39) durchdringbare elastische Bereich (17) im Kolben (10) angebracht ist, daß eine erste Feder (33) in der Auf­ nahme (30) des Tintentröpfchendruckers eine ein Kupplungsteil (38) mit der Hohlnadel (39) aufnehmende Hülse (34) in Richtung zum Kolben (10) der Patrone drängt, und daß auf der Hohlnadel (39) eine im Kupplungsteil (38) angeordnete Abdichtkappe (37) verschiebbar ist, die mittels der Patrone gegen die Wirkung einer zweiten, schwächeren Feder (35) so weit auf die Hohlnadel (39) aufschiebbar ist, daß die Spitze der Nadel (39) in die Trennwand (17) der Patrone eindringen kann.

2. Flüssigkeitsversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlnadel (39) eine abgerundete Spitze aufweist (Fig. 8).