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Druckkopf
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf, bei dem mit Hilfe
von benachbart liegenden Elektroden eine Funkenentladung in einem Schreibflüssigkeit
enthaltenden und mit einer öffnung versehenen Hohlraum erzeugt wird und die dabei
erzeugte Druckwelle einen Tropfen durch die öffnung des. Hohlraumes ausstößt.
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Anschlaglosa Auf zeichnungsverfahren sind bekannt. Dazu gehört z.B.
das Tintenstrahlaufzeichnungsverahren, bei dem die Tinte direkt auf den Auf zeichnungsträger
aufgebracht wird. Das Tintenstrahlaufzelchnungsverfahren kann mit kontinuierlichen
Tintenstrahl arbeiten, bei dem der Strahl bzw. Tropfen elektrostatisch aufgeladen
wird und in einer Anordnung von Ablenkelektroden in ihrer Flugbahn zum Aufzeichnangsträger
so abgelenkt werden, daß sie das zu druckende Zeichen abbilden. Es ist aber auch
möglich, Tintentropfen nach Bedarf auszustoßen und mit diesen Tintentropfen das
zu druckende Zeichen in Form einer Matrix zusammenzusetzen; Bei Bedarf wird der
Ausstoß des Tintentropfens über einen elektromechanischen Wandler erzeugt. Schließlich
können vermittels elektrostatischer Zugkräfte Tintentropfen auf das Aufzeichnungsmaterial
übertragen werden.
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Ein Verfahren, nach dem nach Bedarf Tropfen von Schreibflüssigkeit
erzeugt werden, ist aus der US-Patentschrift 2 177 800 und der deutschen Patentschrift
683 985 bekannt.
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Hier wird die Energie für den Ausstoß der Schreibflüssigkeit, z.B.
der Tinte oder Druckfarbe, in Richtung des Aufzeichnungsträgers durch eine Funkenentladung
zwischen einem Elektrodenpaar aufqebracht. Wenn ein Tropfen erzeugt
werden
soll, wird über einen Schalter kurzzeitig Hochspannung an das gewünschte Elektrodenpaar
angelegt. Der von Elektrode zu Elektrode überspringende Funke verdampft einen Teil
der zwischen den Elektroden vorhandenen Schreibflüssigkeit. Die umgebende Schreibflüssigkeit
wirkt wegen ihres Trägheitverhaltens als starre Wand, es baut sich ein hoher Druck
auf, der sich in Form einer Schock-bzw. Stoßwelle allseitig mit sehr hoher Geschwindigkeit
fortpflanzt. Durch die öffnung eines Hohlraumes, in dem die Schreibflüssigkeit angeordnet
ist, tritt dann ein Tropfen der Schreibflüssigkeit in Richtung des Aufzeichnungsträgers,
z.B. einer Papierbahn, aus.
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Durch die gewählte Form der öffnung wird die Bildung von Satellitentropfen
vermieden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,einen Druckkopf
anzugeben, bei dem bedarfsweise Tropfen von Schreibflüssigkeit mit Hilfe der Funkenentladung
zwischen einem Elektrodenpaar erzeugt werden. Diese Aufgabe wird bei einem Schreibkopf
der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß der Hohlraum für die Schreibflüssigkeit
gebildet ist aus einer die öffnung enthaltenden Druckplatte, aus der ersten Elektrode
und aus einem die zweite Elektrode enthaltenden Träger aus isolierenden Material.
Der Vorteil eines derart aufgebauten Druckkopfes liegt darin, daß der Hohlraum für
die Schreibflüssigkeit mit Hilfe von sowieso erforderlichen Einheiten erzeugt wird
und kein zusätzlicher Behälter erforderlich ist.
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In einer zweiten Ausführung wird die Aufgabe bei einem Druckkopf der
eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die erste Elektrode als Hohlkörper
ausgeführt ist, daß in dem Hohlkörper ein Teilstück aus isolierendem Material zur
Aufnahme der zweiten Elektrode eingefügt ist, und daß die zweite Elektrode stiftartlg
ausgeführt ist, deren Spitze
in die im Hohlkörper angeordnete trichterförmig
ausgeführte öffnung hineinragt. Ein derart ausgeführter Druckkopf erfordert ebenfalls
wenig Aufwand und arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad.
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In einer dritten Ausführungsform wird die Aufgabe bei einem Druckkopf
der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Spitzen der beiden Elektroden
benachbart zueinander im Hohlraum angeordnet sind, und daß in der Vorderwand des
Hohlraumes die öffnung zum Ausstoß der Schreibflüssigkeit angeordnet ist und benachbart
zu den Elektroden die Rückwand des Hohlraumes liegt. Bei derartiger. Realisierung
des Druckkopfes dient die Rückwand als Reflektor. Die Druckwelle wird somit mit
Hilfe der Rückwand verstärkt.
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In einer vierten Ausführungsform wird die Aufgabe schließlich bei
einem Druckkopf der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Elektroden
durch zwei sich unter einem Winkel im Hohlraum kreuzenden Drähten bestehen. Der
Vorteil dieses Druckkopfes liegt in dem einfachen Aufbau von Mehrfachdruckköpfen.
Ein weiterer Vorteil ist in der einfachen Herstellung und der leichten Austauschbarkeit
der durch Abbrand verschlissenen Elektroden zu sehen.
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Bei der Realisierung der ersten Ausführungsform ragt die Spitze der
zweiten Elektrode aus dem Träger in den Hohlraum hinein und ist bis nahe an die
erste Elektrode herangeführt. Dann liegt die öffnung in der Druckplatte gegenüber
dem durch die erste Elektrode und der Spitze der zweiten Elektrode gebildeten Spalt.
Die Herstellung eines derart aufgebauten Druckers wird dann besonders günstig, wenn
die erste Elektrode aus einem U-förmigen Teil besteht, dessen Mittelstück einen
Schlitz aufweist, wenn der Träger
einen Vorsprung mit rechteckigem
Querschnitt aufweist, der in den Schlitz der ersten Elektrode einfügbar ist und
wenn die Druckplatte auf der ersten Elektrode befestigt ist.
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Sollen in den Druckkopf mehrere Elektrodenpaare angeordnet werden,
dann ist es zweckmäßig, wenn nur eine einzige erste Elektrode vorgesehen ist, die
mit benachbart zueinander liegenden zweiten Elektroden zusammenwirkt. Dann ist es
vorteilhaft, wenn die erste Elektrode als U-förmige Stange ausgebildet ist, daß
in dem U-förmigen Teil der Stange einen Vielzahl von scheibenförmigen Trägern mit
jeweils einer zweiten Elektrode angeordnet ist und daß auf dem Mittelteil der Stange
die Druckplatte befestigt ist, die einen der Anzahl der zweiten Elektrode entsprechende
Anzahl von öffnungen aufweist.
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Soll ein derartiger Druckkopf in Zeilenrichtung des Aufzeichnungsträgers
hin-und herbewegt werden, dann ist es zweckmäßig, wenn der eine Schenkel der U-förmigen
Stange außen mit einer Nut versehen ist, in die eine Führungsstange einfügbar ist.
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Die Zuführung der Schreibflüssigkeit zu einem derartigen Druckkopf
erfolgt am zweckmäßigsten durch einen ersten Kanal, der zu der einen Seitenwand
des Druckkopfes führt, die Abführung der Schreibflüssigkeit durch einen zweiten
Kanal, der von der anderen Seitenwand des Druckkopfes wegführt.
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Die Mehrzahl der Elektrodenpaare pro Druckkopf können so an geordnet
sein, daß pro Druckstelle auf dem Aufzeichnungsträger in Zeilenrichtung der zu druckenden
Zeichen eine
mit der ersten Elektrode zusammenwirkende zweite Elektrode
vorgesehen ist, und daß der Druckkopf in Zeilenrichtung hin-und herbewegbar ist.
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Eine Druckvorrichtung, die den erfindungsgemäßen Druckkopf verwendet,
ist zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß der erste Kanal über ein Sperrventil mit
einem Vorratsbehälter für die Schreibflüssigkeit verbunden ist, daß der zweite Kanal
mit einer Saugpumpe verbunden ist, und daß zwischen Saugpumpe und Vorratsbehälter
ein Expansionbehälter angeordnet ist. Bei einer derartigen Druckvorrichtung kann
in druckfreien Zeiten die Schreibflüssigkeitszufuhr zu dem Druckkopfdurch das Sperrventil
unterbrochen werden und andererseits die Schreibflüssigkeit aus der Druckkammer
abgesaugt werden. Damit wird ein Austrocknen der Schreibflüssigkeit in den öffnungen
der Druckplatte verhindert.
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Wenn jeweils in erfindungsgemäßer Druckkopf vor und hinter dem Aufzeichnungsträger
angeordnet ist, dann ist das Bedrucken des Aufzeichnungsträgers auf dessen Vorder-und
Rückseite gleichzeitig möglich. In diesem Falle ist es zweckmäßig, daß mindestens
ein Druckkopf schwenkbar gelagert ist Anhand von Ausführungsbeispielen, die in den
Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen: Fig.1
bis 3 verschiedene Ausführungsformen eines Druckkopfes, Fig.4 eine weitere Ausführungsform
des Druckkopfes, Fig.5 die Vorderansicht, Fig.6 die Rückansicht eines Druckkopfes,
bei dem mehrere Elektrodenpaare vorgesehen sind, Fig.7 eine Druckvorrichtung unter
Verwendung eines erfindungsgemäßen Druckkopfes, Fig.8 eine Druckvorrichtung mit
jeweils einem vor und hinter einem Aufzeichnungsträger angeordneten Druckkopf in
Draufsicht,
Fig.9 die Druckvorrichtung der Figur 8 in Vorderansicht
bei abgeschwenktem vorderen Druckkopf.
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Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Druckkopfes.
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Eis ist die erste Elektrode 10 als Hohlkörper mit kreisförmigen Querschnitt
ausgeführt. Die erste Elektrode 10 bildet somit den Hohlraum für die Schreibflüssigkeit
16.
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Die erste Elektrode 10 enthält ein Teilstück aus isolierendem Material
14, in das eine zweite Elektrode 12 eingefügt ist. Die zweite Elektrode 12 ist stiftartig
ausgeführt und kann z.B. mit einer Stütze 20 aus isolierendem Material abgestützt
werden. Die erste Elektrode 10 enthält eine öffnung 18, die sich zum Innenraum trichterförmig
erweitert. In diese trichterförmige Erweiterung ragt die Spitze der zweiten Elektrode
12 hinein. Die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 12 ist über einen Hochstromschalter
22 mit einer Hochspannung verbunden. Immer wenn ein Tropfen von Schreibflüssigkeit
aus der Öffnung 18 ausgestoßen werden soll, wird der Hochstromschalter 22 angesteuert
und Hochspannung an die beiden Elektroden 10 und 12 angelegt. Damit wird eine Funkenentladung
in der trichterförmigen Erweiterung zwischen der Elektrode 10 und der Elektrode
12 erzeugt. Die Folge'ist eine Druckwelle und ein Ausstoßen eines Tropfens von Schreibflüssigkeit
aus der öffnung 18 in Richtung zum Aufzeichnungsträger.
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Eine zweite Ausführungsform des Druckkopfes zeigt Figur 2.
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Hier ist ein Behälter 24 vorgesehen, der die Schreibflüssigkeit 16
enthält. In der Vorderwand 26 des Behälters 2t ist die Öffnung 18 angeordnet. Benachbart
zur Rückwand 28 des Behälters liegt das Elektrodenpaar 10,12. Bei dieser Ausführungsform
wird die Rückwand 28 als Reflektor verwendet und eine durch die Funkenentladung
zwischen den
Elektroden 10 und 12 erzeugte Druckwelle wird an der
Rückwand 28 reflektiert und verstärkt die in Richtung zur öffnung 18 laufende Druckwelle.
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Eine dritte Ausführungsform des Druckkopfes zeigt Figur 3.
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Hier liegt wiederum ein Behälter 24 vor, in dem die Schreibflüssigkeit
16 angeordnet ist. Hier sind aber die Elektroden 10,12 als Drähte ausgeführt, die
durch den Behälter 2g hindurchlaufen und sich im Behälter 24 kreuzen. Bei dieser
Ausführungsform ist es möglich, z.B. die Elektrode 10 bei Abbrand schrittweise durch
den Behälter 24 hindurch zu bewegen.
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Bei den Druckköpfen der Figuren 2 und 3 ist der Anschluß des Hochstromschalters
an die Elektroden 10,12 nicht gezeigt.
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Dieser erfolgt jedoch entsprechend dem Druckkopf der Figur 1.
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Figur 4 zeigt den Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines
Druckkopfes. Hier hat die erste Elektrode 10 einen U-förmigen Querschnitt mit einem
Schlitz 30 im Mittelteil. Die zweite Elektrode 12 ist in einem Träger 32 aus isolierendem
Material angeordnet. Der Träger 32 hat einen Vorsprung 34, der in den Schlitz 30
der ersten Elektrode 10 einfügbar ist und diesen nach innen dicht abschließt, dabei
aber den Schlitz 30 nicht voll ausfüllt. Auf die außen seite des Mittelteils der
ersten Elektrode 10 wird eine Druckplatte 36 befestigt, die den Schlitz 30 nach
außen schließt. Die Druckplatte 36 ist mit einer Öffnung 18 versehen, die so angeordnet
ist, daß sie in Höhe des durch die beiden Elektroden 10 und 12 gebildeten Spaltes
liegt.
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Zweckmäßigerweise ist die Spitze der zweiten Elektrode aus dem Träger
32 herausgeführt und bis benachbart zur ersten Elektrode geführt. Bei diesem Druckkopf
besteht der Hohlraum
für die Schreibflüssigkeit aus dem von dem
Träger 32 und der Druckplatte 36 abgeschlossenen Schlitz 30 der ersten Elektrode
10. Auch beiwdiesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Anschlüsse nicht gezeigt,
sie können jedoch auf bekannte Weise ausgeführt sein.
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Soll der Druckkopf nach Figur 4 eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren
enthalten, dann wird eine entsprechende Anzahl von in Trägern 32 enthaltenen zweiten
Elektroden 12 nebeneinander in einer einzigen ersten Elektrode 10 angeordnet.
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Ein derartiges Ausführungsbeispiel ergibt sich aus den Figuren 5 und
6. Die Figur 6 zeigt dabei eine Rückansicht eines Druckkopfes mit 40 Trägern 32
mit zweiten Elektroden 12, die mit einer einzigen ersten Elektrode 10 zusammenwirken.
Die Träger 32 sindauf zwei Stangen 38,40 gehaltert.
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Figur 5 zeigt die Vorderansicht eines solchen Druckkopfes.
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Hier ist die Druckplatte 36 zu sehen, die auf der ersten Elektrode
10 befestigt ist. Gestrichelt ist in Figur 5 der Hohlraum 30 für die Schreibflüssigkeit
eingezeichnet.
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Die Schreibflüssigkeit wird durch einen ersten Kanal 42 dem Hohlraum
30 zugeführt und über einen zweiten Kanal 44 aus dem Hohlraum 30 wieder abgeführt.
Weiterhin sind in Figur 5 die öffnungen 18 als Punkte gezeigt.
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Die öffnungen 18 eines derartigen Druckkopfes können so angeordnet
werden, daß in Zeilenrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen pro Schreibstelle
eine Öffnung 18 vorgesehen ist. Die öffnung 18 muß dabei die Größe der kleinstmöglichen
Bildeinheit haben, die auf dem Aufzeichnungsträger dargestellt werden kann. Bei
Ansteuerung eines Elektrodenpaares wird die Schreibflüssigkeit in Form eines Tropfens,
in Größe und Form der öffnung 18 entsprechend,
durch die öffnung
18 ausgesto.ßen und auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Die Zusammensetzung
der einzelnen Punkte zu einem Zeichen oder Bild kann in horizontaler Richtung durch
eine oszillierende Bewegung des Druckkopfes gegenüber dem Aufzeichnungsträger oder
umgekehrt erfolgen. In vertikaler Richtung wird die Zusammensetzung der Punkte durch
die Bewegung des Aufzeichnungsträgers bewirkt.
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Die Auflösung, d.h. die Zahl der kleinsten Bildeinheit pro Zeichenrahmen,
ist nahezu beliebig wählbar. Die Teilung, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler
Richtung, kann unter dem Durchmesser der kleinstmöglichen Bildeinheit, des Tropfens,
liegen. Das bedeutet, daß ein geschlossener Schriftzug auf dem Aufzeichnungsträger
abgebildet werden kann.
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Eine Druckvorrichtung, bei der ein Druckkopf nach den vorhergehenden
Figuren verwendet wird, zeigt Figur 7.
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Hier ist ein Druckkopf 70 vorgesehen, der in Pfeilrichtung, in Zeilenrichtung
eines Aufzeichnungsträgers 72e hin und herbewegbar ist. Dazu ist ein Druckkopfantrieb
74 vorgesehen, der z.B. eine Kurvenscheibe enthalten kann, die mit gleichbleibender
Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Wenn z.B. je Schreibstelle eine öffnung 18 vorgesehen wird, muß der
Druckkopf 70 jeweils nur um den Zeichenrahmen hin-und herbewegt werden. Der Transport
des Aufzeichnungsträgers 72 kann mit Hilfe von bekannten Vorschubeinrichtungen erfolgen.
Diese Vorschubeinrichtungen sind in Figur 7 nicht dargestellt.
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Der Kanal 42 für die Zufuhr von Schreibflüssigkeit zum Druckkopf 70
ist mit einem Vorratsbehälter 76 verbunden, in dem Schreibflüssigkeit enthalten
ist. In den Kanal 42 kann ein Sperrventil 78 eingefügt werden, durch das die Zufuhr
von Schreibflüssigkeit zum Schreibkopf 70 unterbrechbar ist. Der Kanal 44, über
den Schreibflüssigkeit
aus dem Druckkopf 70 entnommen werden kann,
führt zu einer Saugpumpe 7 und von dort zu einem Expansionsbehälter 79.
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Der Expansionsbehälter 79 ist dann mit dem Vorratsbehälter 76 verbunden.
Zwischen Druckkopf 70 und Saugpumpe 77 kann ein Filter 75 angeordnet sein.
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Beim Betrieb des Druckkopfes 70 ist das Sperrventil 78 geöffnet und
es kann Schreibflüssigkeit je nach Bedarf von dem Vorratsbehälter 76 über den Kanal
42 in den Druckkopf 70 gelangen. Die Schreibflüssigkeit wird mittels der Saugpumpe
77 aus dem Druckkopf 70 abgesaugt und über den Expansionsbehälter 79 dem Vorratsbehälter
76 wieder zugeführt.
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In druckfreien Zeiten kann die Zufuhr von Schreibflüssigkeit zum Druckkopf
70 dadurch unterbrochen werden, daß das Sperrventil 78 geschlossen wird. Wenn die
Saugpumpe 77 dann weiterarbeitet,wird der Hohlraum im Druckkopf 70 leergepumpt und
dadurch ein Verschmutzen der Öffnungen 18, ein Austrocknen der Schreibflüssigkeit
oder ein ungewollter Austritt von Schreibflüssigkeit verhindert.
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Die Druckvorrichtung kann auch so ausgeführt sein, daß die Vorder-und
Rückseite eines Aufzeichnungsträgers beschrieben werden kann. Dazu kann jeweils
ein Druckkopf für die Vorder-und Rückseite des Aufzeichnungsträgers verwendet werden.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 8 und 9. Der Aufzeichnungsträger
72 wird zwischen einem ersten Druckkopf 80 und einem zweiten Druckkopf 82 hindurchgeführt.
Die Druckköpfe 80,82 können entsprechend den Figuren 4 und 6 aufgebaut sein. Zumindest
der eine der Druckköpfe, z.B. der Druckkopf 80, ist schwenkbar angeordnet, so daß
er von dem Auf zeichnungsträger 72 abgeschwenkt werden kann. Zur Verbindung der
beiden Druckköpfe 80,82 ist jeder Druckkopf mit einem Stift 84 versehen, die miteinander
verspannt werden können.
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Die Hin-und Herbewegung der Druckköpfe 80,82 in Zeigen richtung des
Aufzeichnungsträgers 72 wird durch einen Motor 86 veranlaßt, dessen Achse mit einer
Kurvenscheibe 88 verbunden ist. Die Kurvenscheibe 88 läuft in einer Stange 90, die
an den Druckköpfen 80,82 angreift. Die Drehbewegung des Motores 86 wird durch die
Kurvenscheibe 88 in eine oszillierende Bewegung der Druckköpfe 80,82 umgewandelt.
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Die Führung der Druckköpfe erfolgt mit Hilfe einer Führungsstange
92, die in einer Nut 94 (Fig.4) läuft. Nach oben wird die Führung der Druckköpfe
80,82 mit Hilfe von Rollen 94 erreicht. Sowohl der Motor 86 als auch die Führungsstange
92 sind im Gehäuserahmen 96 befestigt.
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Bei der Druckvorrichtung gemäß Figur 8 und 9 können der Vorratsbehälter
76, die Vakuumpumpe 77, das Sperrventil 78, der Expansionsäler 79, die Stromversorgung
und der Hochalenicht gezeigt) spannungsschalter/nur einmal vorgesehen werden. Es
ist dann lediglich ein Umschalter für die Ansteuerung der Elektrodenpaare auf der
Vorder-und Rückseite zusätzlich erforderlich. Eine Verdoppelung der Ansteuereinheit;
ermöglicht ein gleichzeitiges Beschreiben der Vorder-und Rückseite des Aufzeichnungsträgers
und damit eine Steigerung der Schreibleistung.
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Durch Mehrfachanordnung des oszillierenden Druckkopfes mit getrennten
Tintenzuführungen kann durch mosaikartiges Bedrucken oder Ubereinanderdrucken der
Bildpunkte in den drei Grundfarben ein Farbbild erzeugt werden.
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12 Patentansprüche 9 Figuren