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B. e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft eine Farbtemperatur-Steuereinrichtung für einen
Farbstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere
eine Fluidtemperatur-Steuereinrichtung, um die Temperatur einer Farbe, die von einem
Kopf, beispielsweise eines Farbstrahldruckers ausgestoßen worden ist, auf einem
konstanten Pegel zu steuern.
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In einem Farbstrahldrucker wird von einem Farbbehälter oder -spcicher
zugeführte Farbe im allgemeinen mittels eines an einer Farbzuführrohrleitung angebrachten
Heizers erwärmt, wird über die Rohrleitung einem Ausstoßkopf zuaeführt und wird
dann aus einer Düse des Kopfes ausgesto-Ben, um dadurch eine Folge oder fortlaufende
Reihe von Farbtröpfchen zu bilden. Die Größe eines Farbtröpfchens hängt in hohem
Maße von der Farbtemperatur ab und eine Anderung der Tröpfchengröße hat einen kritischen
Einfluß auf die Güte eines auf einem Aufzeichnungsmaterial wiederzugebenden Musters.
Aus diesem Grund wird ein Farbstrahldrukker mit einer Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
versehen, welche die Farbtemperatur steuert, die mit einem vorbestimmten Wert zu
dem Kopf geleitet wird. Eine solche Einrichtung weist im allgemeinen einen Temperaturfühler,
der an dem Kopf in Anlage gehalten ist, um die Farbtemperatur im Inneren des Kopfes
zu fühlen, und eine Steuereinrichtung auf, um den Heizer entsprechend einem Ausgang
des Temperaturfühlers zu erregen.
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Ein Nachteil einer herkömmlichen Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
der beschriebenen Art besteht darin, daß, da der an dem Rohr angebrachte Heizer
in einem beträchtlichen Ab-
stand von dem Kopf angeordnet ist, der
Fühler eine Farbtemperatur nicht ohne eine Verzögerung fühlen kann, welche einer
Zeitdauer entspricht, welche die Farbe benötigt, um über die angeführte Strecke
bis zum Kopf zu strömen. Da die Strömungsgeschwindigkeit der Farbe gering ist, nämlich
bei 1 cm3/min liegt,. sind mehrere zehn Sekunden erforderlich, um den Kopf durch
die heiß ankommende Farbe auf einen vorbestimmten Wert avlfzuheizerl, so daß eine
zuträchtliche Zeitspanne vergeht, bevor der Fühler einen Temperaturanstieg auf einen
vorbestimmten Wert fühlt.
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Wenn folglich eine Steuereinrichtung ein sehr schnelles Ansprechverhalten
hat, neigt die Farbtemperatur in dem Kopf dazu, auf einen ungewöhnlich hohen Wert
oder sogar auf Siedetemperatur anzusteigen. Eine derart hohe Farbtemperatur kann
den Heizer beschädigen oder die Farbeigenschaft beeinträchtigen. Der an dem Kopf
in Anlage gebrachte Fühler kann eine feine Änderung in der Ausrichtung des Kopfes
zur Folge haben, was sich dann in einer Anderung der Farbausstoßrichtung oder in
einer komplizierten Ausführung des Farbstrahldruckers niederschlägt.
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Diese Nachteile können beseitigt werden, indem die Empfindlichkeit
der Steuereinrichtung herabgesetzt oder eine an den Heizer angelegte Spannung entsprechend
reguliert wird, wie es üblicherweise in der Praxis auch durchgeführt wird.
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Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Temperaturaufbau bzw.
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-anstieg der von dem Kopf ausgestoßenen Farbe erheblich verzögert
wird.
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Eine weitere bekannte Form einer Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
weist einen ersten Temperaturfühler, der zwischen dem Farbbehälter und dem Heizer
angeordnet ist, um so eine Farbtemperatur zu fühlen, bevor die Farbe durch den Heizer
erwärmt wird, einen zweiten Temperaturfühler, der an dem Heizer angebracht ist und
an diesem anliegt, und eine Steuereinrichtung auf, welche die Energie steuert, die
dem Wizer entsprechend der Differenz zwischen den Ausgangsspan-
nungen
der beiden Fühler zugeführt wird. Dies ist jedoch wegen des sehr langsamen thermischen
Ansprechverhaltens auch nicht akzeptabel, was auf die Verwendung eines Leistungstransistors
als Heizer und auf die Ausnutzung eines Kollektorverlustes zurückzuführen ist, zu
dem es bei einer Stromzufuhr zu dem Leistungstransistor kommt.
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Ein derart langsamer (Temperatur-)Aufbau des Heizers hat eine unvcriältnismäßig
lange Zeit zur Folge, welche die zu dem Kopf geleitete Farbe benötigt, um auf die
vorbestimmte Temperatur erwärmt zu werden, so daß ein Druckvorgang verhindert ist,
bis die Temperatur beständig ist. üblicherweise wird deswegen ein kleindimensionierter
Heizer verwendet, welcher den (Temperatur-)Aufbau in dem Heizer beschleunigt. Der
Kopf ist aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt, wie einem piezoelektrischen Schwinger,
einem Tragteil und einem Gehäuse. Wenn der Farbstrahldrucker abgeschaltet wird,
benötigt der Kopf etwa 2 bis 10min um auf natürlichem Weg auf die Umgebungstemperatur
abzukühlen, während der Heizer nur etwa 30 bis 60s benötigt, um abgekühlt zu werden.
Wenn der Farbstrahldrucker nach einem kurzen "Ausschalten" wieder angeschaltet wird
und der Heizer wie bei dem anfänglichen Anheizen geheizt wird (wenn der Farbstrahldrucker
das erste Mal angeschaltet wird), wird die Temperatur von in den Kopf strömender
Farbe über einen für einen Druckvorgang zulässigen Temperaturbereich angehoben.
Folglich ist eine viel längere Wartezeit, während welcher die in den Kopf strömende
Farbe auf den bestimmten Bereich abgekühlt ist, als bei dem anfänglichen Betriebszustand
notwendig. Obwohl dies ausgeschlossen werden kann, wenn der Temperaturfühler an
dem Kopf angebracht wird, beeinflußt der Fühler in diesem Fall infolge seiner mechanischen
Verbindung mit dem Kopf mittels eines elektrischen Drahtes fein bzw. geringfügig
die Farbausstoßrichtung.
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Auch ist der 1eistungstransistor groß bemessen, und es dauert folglich
eine verhältnismäßig lange Zeit, bis er aufgeheizt ist. Eine zusätzliche und nicht
unwesentliche
Zeit ist erforderlich, um ein Teil zu erwärmen, das
die Temperatur an die Farbe überträgt.
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Die Erfindung soll daher eine Fluidtemperatur-Steuereinrichtung schaffen,
welche die Temperatur ein'von dem Kopf eines Farbstrahldruckers ausgestoßenen Farbe
unabhängig von der sich ändernden Umgebungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert
steuert und bei welcher ein Heizer eines Farbstrahldruckers eine Farbe wirksam und
schnell aufheizt, wobei der Wärmeverlust und folglich der Energieverlust auf ein
Minimum herabgesetzt ist. Ferner soll gemäß der Erfindung eine Fluidtemperatur-Steuereinr
ichtung geschaffen werden, bei welcher ein"Hinausschießen" bzw. ein "über hitzen"
einer Farbe ausgeschlossen ist, selbst wenn ein Farbstrahldrucker nach einer kurzen
Unterbrechung wieder angeschaltet wird, wodurch ein Bereitschaftsabschnitt des Farbstrahldruckers
verkürzt werden kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Fluid- bzw. Farbtemperatur-Steuereinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs i durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
folgende Einrichtungen auf: einen ersten zwischen dem Farbbehälter und dem Farbausstoßkopf
angeordneten Heizer zum Erwärmen der Farbe; einen ersten Fühler, der bei dem ersten
Heizer zwischen dem Farbbehälter und dem ersten Heizer angeordnet ist, um eine Farbtemperatur
zu fühlen, bevor die Farbe durch den ersten Heizer erwärmt wird, um einen ersten
Ausgang zu erzeugen; einen zweiten Fühler, der bei der ersten Heizeinrichtung zwischen
dem Kopf und dem ersten Heizer angeordnet ist, um eine Farbtemperatur zu fühlen,
nachdem die Farbe durch den ersten Heizer erwärmt ist, um einen zweiten Ausgang
zu erzeugen; einen zweiten Heizer der zwischen dem Farbbehälter und dem ersten Fühler
angeordnet
ist, um die Farbe zu erwärmen, bevor sie durch den ersten
Heizer erwärmt wird und bevor der erste Fühler eine Temperatur fühlt; eine Bezugseinrichtung
zum Erzeugen eines Bezugsausgangs, und eine Recheneinrichtung zum Berechnen des
Unterschieds zwischen dem Bezugsausgang und dem ersten und zweiten Ausgang und um
dem ersten Heizer eine Heizer-Ansteuerenergie zuzuführen, welche in Abhängigkeit
indem berechneten Unterschied geändert wird.
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Gemäß der Erfindung hat die Fluidtemperatur-Steuereinrichtung für
einen Farbstrahldrucker einen ersten Farbtemperaturfühler, der bei1 aber in einem
bestimmten Abstand von einem Farbstrahlkopf angeordnet ist, und einen an einem Heizer
angebrachten zweiten Farbtemperaturfühler. Die beiden Fühler haben den gleichen
Temperaturkoeffizienten. Eine an den Heizer angelegte Spannung wird entsprechend
einem Unterschied zwischen einer Bezugsspannung und einer aus den Ausgängen der
beiden Fühler gebildeten Summenspannung gesteuert. Die an den Heizer angelegte Spannung
wird ferner unter Zugrundelegung einer scheinbaren Bezugsspannung, welche ein Unterschied
zwischen einer Ausgangs spannung des ersten Fühlers und einer Bezugsspannung ist,
welche eine vorbestimmte Temperatur schafft, und einer Ausgangsspannung des zweiten
Fühlers gesteuert.
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Die zwei Fühler sind vor und hinter dem Heizer angeordnet.
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Die Differenzspannung wird an dem Heizer nach einer Leistungsverstärkung
durch ein Leistungselement angekoppelt.
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Das Leistungselement ist an einem Tragteil zum Halten eines Filters
angebracht, welcher unmittelbar vor dem ersten Fühler angeordnet ist.
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Erste und zweite Temperaturfühler sind vor und hinter einem ersten
Heizer angeordnet, um Temperaturen einer Farbe zu fühi cn, bevor bzw. nachdem sie
durch den ersten Heizer aufgeheizt ist. Die Farbtemperatur wird aufgrund des Unterschieds
zwischen einer Summenspannung von Ausgängen der
Fühler und einer
Bezugsspannung gesteuert, welche eine vorbestimmte Temperatur schafft. Ein zweiter
Heizer, dessen thermische Zeitkonstante im wesentlichen gleich der des Kopfes ist,
ist unmittelbar vor dem ersten Fühler angeordnet. Somit ist durch die Erfindung
eine insgesamt verbesserte Fluidtemperatur-Steuereinrichtung für einen Farbstrahldrucker
geschaffen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die an3ic'jend(n Zei<hnungen im einzelnen erläutert. Es
zeigen: Fig.1 eine schematische Teildarstellung eines Farbstrahldruckers, der mit
einer herkömmlichen Fluidtemperatur-Steuereinrichtung versehen ist; Fig.2 eine schematische
Teildarstellung eines Farbstrahldruckers, der mit einer Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
gemäß der Erfindung versehen ist; Fig.3 ein Diagramm, in welchem Ausgangsspannungen
verschiedener Teile der in Fig.2 wiedergegebenen Einrichtung dargestellt sind; Fig.4
eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig.5
ein Diagramm, in welchem Ausgangsspannungen verschiedener Teile der Einrichtung
der Fig.4 dargestellt sind; Fig.6 eine Ansicht einer weiteren herkömmlichen Fluitemperatur-Steuereinrichtung;
Fig.7 ein Diagramm, welches die Arbeitsweise der in Fig.6 dargestellten Einrichtung
wiedergibt;
Fig.8 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung; Fig.9a und 9b Schaltungsbeispiele von ersten und zweiten Temperaturfühlern;
Fig.10 ein Diagramm, in welchem die Arbeitsweise der in Fig.8 dargestellten Einrichtung
wiedergegeben ist; Fig.11 eine Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung; Fig.12 ein Diagramm, in welchem die Arbeitsweise der in Fig.11 dargestellten
Einrichtung wiedergegeben ist, und Fig.13 und 14 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
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In Fig.1 sind ein Farbstrahldrucker und eine herkömmliche, diesem
zugeordnete Fluidtemperatur-Steuereinrichtung dargestellt. Der Farbstrahldrucker
weist einen Farbausstoßkopf 10 mit einer Düse 12 auf. Bekanntlich wird durch einen
in dem Kopf 10 untergebrachten, piezoelektrischen Schwingungserzeuger Farbe fortlaufend
aus der Düse 12 ausgestoßen. Ein Farbstrom oder -strahl von der Düse 12 wird in
eine Reihe oder Folge von Farbtröpfchen 14 aufgeteilt, auf welche dann selektiv
elektrostatische Ladungen aufgebracht werden. Die geladenen oder nicht geladenen
Farbtröpfchen werden axlscwewäh1.t, um gewünschte Muster auf einem Aufzeichnuli(Jsma
Lerial wiederzugeben, während die Farbtröpfchen, welche nicht zu der Wiedergabe
beitragen, für einen erneuten Gebrauch aufgefangen und gesammelt werden.
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Im Hinblick darauf, daß, wie vorstehend ausgeführt, sich die Größe
der Farbtröpfchen 14 mit der Farbtemperatur ändert, ist der Farbstrahldrucker mit
einer Fluidtemperatur
Steuereinrichtung versehen, welche die dem
Kopf 70 zugeführte Farbtempertur auf einem konstanten Wert hält, um dadurch eine
gleichbleibende Güte bei der Datenwiedergabe auf einem Aufzeichnungsmaterial zu
gewährleisten. Die Fluidtemperatur-Steuereinrichtung weist einen Temperaturfühler
16 und eine Steuereinrichtung 18 auf. Der Temperaturfühler 16 ist an dem Kopf 10
angebracht, welcher über ein Farbzuführrohr 22 von einem Heizer 20 aus mit der Farbe
versorgt wird.
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In einer solchen herkömmlichen Einrichtung kann der Fühler 16 eine
Temperatur am Kopf 10 nicht ohne eine Zeitverzögerung fühlen, welche einer Länge
l des Rohrs 22 entspricht, durch das die heiße Farbe von dem Heizer 20 zu dem Kopf
10 fließt. Infolge der Strömungsgeschwindigkeit der Farbe, welche gering ist und
bei 1cnL3/min liegt, sind einige zehn Sekunden erforderlich, bis der Kopf 10 durch
die heiße, von dem Heizer 20 stammende Farbe auf einen vorbestimmten Wert erwärmt
wird, so daß eine verhältnismäßig lange Zeitspanne vergeht, bevor der Fühler 16
einen Temperaturanstieg auf den vorbestimmten Wert fühlt. Wenn folglich die Steuereinrichtung
18 sehr empfindlich ist bzw. sehr schnell anspricht, kann die Farbtemperatur im
Inneren des Kopfs 2() auf einen ungewöhnlich hohen Wert oder sogar auf den Siedepunkt
ansteigen. Durch eine derart hohe Farbtemperatur kann der Heizer 20 beschädigt werden
bzw. verschmoren oder die Eigenschaften der Farbe werden schlechter. Der unmittelbar
an dem Kopf 10 angebrachte und anliegende Fühler kann eine feine Änderung in-der
Ausrichtung des Kopfes 10 zur Folge haben, was sich in einer Änderung der Farbausstoßrichtung
oder in einer komplizierten Ausführung des Farbstrahldruckers widerspiegelt.
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In Fig.2 weist eine Fluidtemperatur-Steuereinrichtung gemäß der Erfindung
einen ersten Temperaturfühler 42 auf, welcher in einem bestimmten Abstand von einem
Farbausstoßkopf 30 angeordnet ist, um einen Einfluß auf die
Farbausstoßrichtung
zu vermeiden. Ein zweiter Temperaturfühler 44 ist an einem Heizer 38 angebracht,
welcher durch ein Farbzuführrohr 40 mit dem Kopf 30 in Verbindung steht.
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Imine Diese 32 ist an dem Kopf 10 angebracht, um, wie üblich, Farbtröpfchen
34 auszustoßen. Die Ausgänge der beiden Temperaturfühler 42 und 44 werden an einen
Addierer 46 angekoppelt, dessen Ausgang wiederum an einen Regler 36 angelegt wird.
Der Regler 36 vergleicht den Ausgang des Addierers 46 mit einer Bezugsspannung Vref,
die von einer Bezugsspannungsquelle 48 aus angelegt wird, und erzeugt ein Steuersignal
zum Steuern des Heizers 38. Die Temperaturfühler haben den gleichen Temperaturkoeffizienten.
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Die Arbeitsweise der in Fig.2 dargestellten Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
wird nunmehr anhand von Fig.3 beschrieben. Hierbei soll die Farbe von einem Kopf
30 mit einer Temperatur A°C kommen, wenn die Um Umgehungstemperatur Ta aOC beträgt.
Der Regler 36 legt dann an den Heizer 38 eine solche Spannung an, daß die folgenden
Gleichungen gelten: VS1 + VS2 = Vref Vref - (VS1 + VS2) = 0 wobei VS1 eine Ausgangs
spannung des ersten Temperaturfühlers 42, VS2 eine Ausgangsspannung des zweiten
Temperaturfühlers 44 und Vref eine Temperatureinstellspannung des Reglers 36 ist.
Bei Ansteigen der Umgebungstemperatur von a°C auf b°C wird die Änderung #Ta der
Umgebungstemperatur Ta, welche sich durch # Ta = (b - a) °C ausdrücken läßt, durch
den ersten Temperaturfühler 42 gefühlt. Folglich steigt dann die Ausgangstemperatur
des Fühlers 42 proportional zu der Temperaturänderung ikTa an. Dann senkt der Regler
36 die an den Heizer 38 angelegte Spannung VH, so daß die Ausgangstemperatur des
zweiten Temperaturfühlers 44 um einen Wert gesenkt wird, welcher der Temperaturän-
derung
A Ta entspricht. Folglich wird die Temperatur Ti der von dem Kopf 30 ausgestoßenen
Farbe auf einem konstanten Wert Tio gehalten. Wenn die Umgebungstemperatur weiter
von bOC bis auf c°C steigt, arbeitet der Regler 36 entsprechend, um die Ausgangstemperatur
des zweiten Temperaturfühlers 44 umgekehrt proportional zu der Temperaturänderung
zu senken. Bei einem Absinken der Umgebungstemperatur wird dagegen die an den Heizer
38 angelegte Spannung VH erhöht, um die Temperatur Ti der von dem Kopf 30 ausgestoßenen
Farbe auf dem konstanten Wert Tio zu halten.
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Wie aus den vorstehenden Ausführungen zu ersehen ist, kann mit dem
ersten Temperaturfühler 42, der in einem bestimmten Abstand von dem Kopf 30 angeordnet
ist, die von dem Kopf 30 ausgestoßene Farbe unabhängig von der Umgebungstemperatur
auf einer konstanten Temperatur gehalten werden.
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Mit dem zweiten Temperaturfühler 44 wird die maximale Farbtemperatur
wirksam unterdrückt, und infolgedessen ist ohne ein Überhitzen der Farbe oder ein
Verschmoren bzw. Verbrennen des Heizers 38 eine sichere Arbeitsweise gewährleistet.
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Jeder der Temperaturfühler 42 und 44 kann einen temperaturempfindlichen
Widerstand aufweisen, durch welchen ein vorgegebener Strom fließt, wodurch sich
an diesem eine entsprechende Spannung ausbildet, oder bei den Temperaturfühlern
42 und 44 wird die Temperaturcharakteristik einer Basis-Emitter-Spannung Vbe eines
Transistors ausgenutzt.
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Vorzugsweise haben die Temperaturfühler 42 und 44 den gleichen Temperaturkoeffizienten,
während der Heizer 38 so schnell wie möglich auf Wärme anspricht. Obwohl der erste
Temperaturfühler 42, wie dargestellt, vorzugsweise in einem bestimmten Abstand von
dem Kopf 30 angeordnet sein sollte, kann er erforderlichenfalls auch an dem Kopf
30 angebracht sein, sofern er nicht die Farbausstoßrichtung beeinflußt oder dadurch
der Aufbau um den Kopf herum kompliziert wird.
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In I'iy.4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
welche dem gleichen Farbstrahldrucker wie in Fig.2 zugeordnet ist. In Fig.4 sind
mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.2 die gleichen oder entsprechende Teile
bezeichnet. Wie dargestellt, erzeugt ein Differenzverstärker 50 eine Ausgangsspannung,
welche den Unterschied zwischen einer Ausgangsspannung des ersten Temperaturfühlers
42 und der Bezugsspannung Vref der Bezugsspannungsquelle 48 darstellt. Ein zweiter
Differenzverstärker 52 ist mit dem ersten Verstärker 50 und dem zweiten Temperaturfühler
44 verbunden, um eine Differenzspannung zwischen den beiden Ausgängen bis auf einen
Wert zu verstärken , der leicht zu behandeln bzw. zu verarbeiten ist. Durch eine
Ausgangsspannung 54 wird eine Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 52 in der
Leistung verstärkt, bevor sie den Heizer 38 erreicht. Die Einrichtung mit dem vorstehend
beschriebenen Aufbau arbeitet folgendermaßen.
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In Fig.5 liegt bei einem "Hochfahren" des Heizers 38 der erste Temperaturfühler
42 im wesentlichen auf der Umgebungstemperatur, so daß sich dessen Ausgangsspannung
VS leicht ändert. In diesem Fall wird der Heizer 38 entsprechend der Ausgangs spannung
des zweiten Temperaturfühlers 44 gesteuert. Wenn der Kopf 30 allmählich erwärmt
wird, so daß dessen Umgebungstemperatur höher wird, steigt die Ausgangsspannung
VS des ersten Temperaturfühlers 42 an, und die Ausgangsspannung (eine scheinbare
Bezugsspannung) welche den Unterschied zwischen der Bezugsspannung Vref und dem
Ausgang des Differenzverstärkers 50 anzeigt, fällt ab. Folglich wird die dem Heizer
38 zugeführte Energie W verringert, um dadurch die Betriebstemperatur des Heizers
38 zu erniedrigen, bis die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 50 und die
des zweiten Temperaturfühlers 44 abgeglichen werden. Die Farbtemperatur Ti wird
somit auf einen konstanten Wert geregelt. Bei einer Anderung der Umgebungstemperatur
wird dies durch den ersten Temperatur-
fühler 42 gefühlt. Wenn
die Umgebungstemperatur beispielsweise ansteigt, wird die scheinbare Bezugsspannung
gesenkt, und die an den Heizer 38 angelegte Spannung wird so gesteuert, daß dessen
Betriebstemperatur abnimmt. Wenn dagegen die Umgebungstemperatur fällt, steigt die
scheiniBlre Bezugsspannung an, wodurch die Betriebstemperatur des Heizers erhöht
wird. Auf jeden Fall wird dem Kopf 30 Farbe mit einer konstanten Temperatur Ti zugeführt.
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Auf diese Weise reguliert der zweite Temperaturfühler 44 die Aufheiztemperatur
des Heizers 38, so daß dadurch verhindert ist, daß dieser überhitzt wird oder durchbrennt.
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Der Kopf 30 ist dadurch, daß der erste Temperaturfühler 42 in einem
bestimmten Abstand von ihm angeordnet ist, frei von mechanischen Beanspruchungen,
so daß die vorbestimmte Farbausstoßrichtung erhalten bleibt. Ferner kann die in
den Kopf 30 strömende Farbe trotz einer Anderung der Umgebungstemperatur auf einer
konstanten Temperatur gehalten werden. Auch hier kann der erste Temperaturfühler
42 an dem Kopf 30 angeordnet werden, solange dadurch nicht die Farbausstoßrichtung
aus der Düse 32 beeinflußt wird.
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In Fig.6 wird eine weitere Ausführungsform einer herkömmlichen Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
für einen Farbstrahldrucker beschrieben. In Fig.6 sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in Fig.1 die gleichen oder entsprechende Teile bezeichnet. In Fig.6 erwärmt
der Heizer 20 eine Farbe und die heiße Farbe wird dann über ein Farbzuführrohr 22'
dem Farbausstoßkopf 10 zugeführt. Ein erster Temperaturfühler 60 ist an dem Rohr
22' angeordnet, um die Farbtemperatur vor dem Heizer 20 zu fühlen. Ein zweiter Temperaturfühler
62 ist an dem Heizer 20 angebracht.
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Während eines Betriebs fühlt der erste Temperaturfühler 60 die Temperatur
der Farbe, bevor diese durch den Heizer 20 erwärmt wird, während der zweite Temperaturfühler
62 die
Temperatur der heißen Farbe fühlt. Die dem Heizer 20 zugeführtc
Energie wird anhand der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Fühler 60
und 62 gesteuert.
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Da jedoch bei der Einrichtung der Fig.6 ein Leistungstransistor als
Heizer verwendet ist und ein Kollektorverlust, der durch einen durch den Transistor
fließenden Strom hervorgerufen worden ist, ausgenutzt wird, ist das Ansprechverhalten
der Einrichtung ziemlich langsam und es ist aufgrund der verhältnismäßig großen
Ausführung des Transistors eine unverhältnismäßig lange Zeit erforderlich, bis der
Transistor erwärmt ist. Eine zusätzliche und nicht unbeträchtliche Zeitspanne ist
erforderlich, um ein Teil zum Ubertragen der Wärme an die Farbe zu erwärmen.
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Ein derart langsames Aufheizen des Heizers 20 hat einen Verbrauch
über eine lange Zeitspanne zur Folge, bevor die zu dem Kopf 10 strömende Farbe aufgeheizt
ist. Aus diesem Grund ist der Heizer 20 gewöhnlich so ausgelegt, daß er ein minimales
Volumen hat, so daß er in kurzer Zeit aufgeheizt werden kann. Dies führt jedoch
zu einer neuen Schwierigkeit.
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Der Kopf 10 ist aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt, wie beispielsweise
einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger, einem Tragteil und einem Gehäuse. Wenn
der Frabstrahldrucker abgeschaltet wird, benötigt derKopf 10 etwa 2 bis 1imin, um
sich auf natürliche Weise auf die Umgebungstemperatur abzukühlen, während das Abkühlen
des Heizers 20 nur 30 bis 60s dauert. Wenn der Farbstrahldrucker nach einer kurzen
"Abschalt"-Periode wieder angeschaltet wird, wie durch eine Wellenform A in Fig.7
dargestellt wird, und der Heizer 20 wie bei dem anfänglichen Anheizen aufgeheizt
wird, wird die Temperatur von zu dem Kopf 10 strömender Farbe, wie durch eine Kurve
C in Fig.7 dargestellt ist, über einen Temperaturbereich hinaus angehoben, der für
einen Druckvorgang zulässig ist, was durch eine
Kurve D in Fig.7
angezeigt ist. Folglich ist dann eine längere Wartezeit als bei dem anfänglichen
Betriebs zustand erforderlich, bis die zu dem Kopf 10 strömende Farbe auf den genau
festgelegten Bereich D abgekühlt ist. Obwohl dies ausgeschaltet werden kann, wenn
ein Temperaturfühler an dem Kopf 10 angebracht ist, beeinflußt der Fühler infolge
seiner mechanischen Verbindung mit dem Kopf 10 über einen elektrischen Draht die
Farbausstoßrichtung von dem Kopf 10 fein.
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In Fig.8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
mit welcher der Nachteil der Ausführungsform der Fig.6 überwunden ist. Wie inFig.8
dargestellt, weist der Farbstrahldrucker einen Kopf 70, eine Düse 72, welche Farbtröpfchen
74 ausstößt, einen Heizer 76 sowie Farbzuführrohre 78 und 78' auf. Die Steuereinrichtung
weist einen ersten Temperaturfühler 80, welcher eine Farbtemperatur an einer Stelle
vor dem Heizer 76 fühlt, eine Konstantstromquelle 82, die dem ersten Temperaturfühler
einen konstanten Strom zuführt, einen zweiten Temperaturfühler 84, welcher eine
Farbtemperatur an einer Stelle hinter dem Heizer 76 fühlt, und eine Konstantstromquelle
86 auf, die einen konstanten Strom an den zweiten Temperaturfühler 84 liefert.
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Die Steuereinrichtung weist auch eine Bezugsspannungsquelle 88, welche
eine Bezugsspannung Vref erzeugt, welche eine vorbestimmte Temperatur bewirkt, und
einen Fehlerverstärker 90 auf. Die Ausgänge der beiden Temperaturfühler80 und 84
werden über Widerstände 92 bzw. 94 an.einen invertierenden Eingang des Verstärkers
90 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 90 wird über einen Widerstand 96 an dessen
invertierenden Eingang rückgekoppelt. Der invertierende Eingang des Verstärkers
90 ist über einen Widerstand 98 geerdet. Die Bezugsspannungsquelle 88 ist über einen
Widerstand 100 mit einem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 90 verbunden.
Ein Filter 102 ist in dem Rohr 78' vorgesehen und wird durch ein Filterhalteteil
102 gehalten. Das Halteteil 102 hält auch ein Leistungselement 106.
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Der Ausgang des Fehlerverstärkers 90 wird an das Leistungselement
106 angelegt, dessen Ausgang wiederum an den Heizer 76 angelegt wird. Durch das
Filter 102 wird verhindert, daß feine Staubpartikel durch die Farbe zu der Düse
72 des Kopfes 70 befördert werden, und es ist aus einem Material, wie SUS hergestellt,
das gute Wärmeübertragungs-und Fluidkontakt-Kennwerte aufweist. Das Leistungselement
106 besteht aus einem Halbleiter, z.B. einem Transistor, welcher Energie an den
Heizer 76 abgibt. Das Filter 102 und das Leistungselement 106 sind entweder thermisch
oder mechanisch mit dem Halteteil 104 verbunden, welches gute Wärmeübertragungskennwerte
hat. Das Filter 102 ist mechanisch an dem Halteteil 104 befestigt. Das Volumen des
Heizers 76 ist sehr klein bemessen, um dessen thermisches Ansprechen zu erhöhen.
Die Temperaturkoeffizienten der Temperaturfühler 80 und 84 sind so gewählt, daß
sie positiv und einander gleich sind. Die Temperaturfühler 80 und 84 können temperaturempfindliche
Widerstände 108, wie in Fig.9a dargestellt ist, oder temperaturfühlende Halbleiterelemente
110 sein, wie in Fig.9b dargestellt ist.
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In Fig.8 und 10 wird in der Anfangsstufe des Aufheizvorgangs an den
Heizer 76 eine Spannung angelegt, welche im wesentlichen gleich der Spannung der
Energiequelle ist.
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Jedoch erreicht der Heizer 76 infolge des sehr schnellen Aufheizens
bald seinen üblichen Betriebszustand. Die Spannung VL und der Strom IL, welcher
an den Heizer 76 unmittelbar nach der Energieversorgung angelegt bzw. diesem zugeführt
wird, lassen sich ausdrücken durch: VL = VC ~ VCE' VCE = 0 folglich gilt: VL = 25V
- 0 = 25V 1L = V /RH = c
wobei mit RH der Heizerwiderstand, welcher
mit 10 zu angenommen ist, Vc die Kollektorspannung des Leistungselements 106, mit
VCE die Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungselements 110 und mit PC der Kollektorverlust
des Leistungselements 106 bezeichnet ist. Der Kollektorverlust des Leistungselements
106 ist gegeben durch: PC = VVE xl folglich gilt: c (Vc - VL) Vc/RH Da Vc - VL =
0 ist, kann der Kollektorverlust PC angenommen werden mit PC O. Folglich wird die
Temperatur des Leistungselements 106 kaum höher.
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Die Spannung VL soll 10V sein, wenn ein erster stabiler Zustand erreicht
ist. Die Kollektor- Emitter-Spannung VcE ist dann 15V und der Strom beträgt 1A,
so daß der Kollektorverlust PC 15W ist, so daß das Leistungselement 106 schnell
Wärme erzeugt. Diese Wärme wird über den Filterträger 104, welcher in diesem Fall
als ein Radiator bzw.
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als ein Heizstrahler dient, an die Farbe abgegeben und wird dann mittels
des ersten Fühlers 80 gefühlt. Die Ausgänge der beiden Temperaturfühler 80 und 84
werden an den Fehlerverstärker 90 angelegt, indem sie addiert werden.
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Wenn folglich die Farbe durch die Wärmeerzeugung des Leistungselements
106 erwärmt wird, kann die Ausgangsspannung des zweiten Temperaturfühlers 84 als
veränderlich betrachtet werden. Während die Ausgangs spannung des Verstärkers 80
niedriger zu werden beginnt, bleibt die Temperatur der von dem Heizer 76 kommenden
Farbe dieselbe. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Summe des Unterschieds zwischen dem
Heizwert, der durch das Leistungselement 106 und den Wärmeübertragungsverlust am
Filter 102 an die Farbe gegeben ist, und dem durch den Heizer 76 geschaffenen Heizwert
den
ersten in Fig.10 dargestellten stabilen Zustand erreicht hat,
wird ein zweiter stabiler Zustand aufgebaut.
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In der herkömmlichen Fluidsteuereinrichtung ist der Wärmeverlust eines
Leistungselements beträchtlich, wenn der übliche Betriebszustand erreicht ist. Um
hiermit fertig zu werden, wird ein großes Leistungselement oder ein ziemlich großer
Radiator für das Leistungselement sowie eine zusätzliche Kühleinrichtung verwendet,
was vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und im Hinblick auf den Raumbedarf
nachteilig ist. Im Unterschied hierzu hat die Einrichtung der Fig.8 einen minimalen
Energieverbrauch, da sie Wärme auffangen bzw. speichern kann, die als unnötige Wärme
verschwenk worden ist. Somit kann infolge der Zwangskühlung das leisLungselement
sehr klein ausgebildet werden; Versuche haben gezeigt, daß ein Halteteil 104 mit
einer Größe von 20 x 20mm in dieser Ausführungsform ausreicht, während im Unterschied
hierzu im Falle einer natürlichen Abkühlung eine etwa 100 x 100mm große Aluminiumplatte
erforderlich ist.
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In Fig.11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei welcher der Nachteil der herkömmlichen in Fig.6 dargestellten Ausführungsform
beseitigt ist. In Fig.11 sind die gleichen Teile wie in Fig.6 mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Ein zweiter Heizer 122 ist aus einer an dem Rohr 78' angebrachten Wärmeübertragungsplatte
124, einer Radiatorplatte 126 und einem Leistung abgebenden Element 106 gebildet.
Die Ausgänge der beiden Fühler 90 und 84 werden durch einen Addierer 120 addiert.
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Der erste Heizer 76 wird anhand eines Unterschieds zwischen einem
Ausgang des Addierers 120 und der durch die Bezugsspannungsquelle 88 erzeugten Bezugsspannung
Vref gesteuert. Das Leistungselement 106, das einen Transistor aufweist, arbeitet
während einer normalen Steuerung als Heizer. Der zweite Heizer 122 ist so ausgeführt,
daß die Farbe über den Radiator 126 und die Wärmeübertragungs-
platte
124 geheizt wird. Die Wärmekapazität des zweiten Heizers 122 ist im wesentlichen
die gleiche wie die des Kopfabschnittes, und die Wärmekapazität des ersten Heizers
76 kann sehr klein gewählt werden.
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Wenn in der in Fig.11 dargestellten Fluidsteuereinrichtung eine Energiequelle
angeschaltet wird, wie durch eine Wellenform A in Fig.12 dargestellt ist, baut der
erste Heizer 76 schnell die Temperatur auf, wie durch eine Kurve B in Fig.12 dargestellt
ist, während gleichzeitig die zu dem Kopf 70 strömende Farbe gleichmäßig bis auf
einen genau festgelegten, für einen Druckvorgang geeigneten Bereich (siehe Bereich
D in Fig.12) erwärmt wird, wie durch zielt Kurve C inFig.12 dargestellt ist. Wenndie
Incrgieyuellc nach einem kurzen "Ausschalten" wieder angeschaltet wird, wie durch
die Wellenform A angezeigt ist, fallen dadurch die Temperatur des Heizers 76 und
die der Farbe während der Ausschaltperiode, wie durch Kurven B' und C' dargestellt
ist, infolge der Wärmespeicherwirkung u.ä. etwa parallel zueinander ab. Unter dieser
Voraussetzung hat dann der zweite Temperaturfühler 28 im wesentlichen die gleiche
Temperatur wie die des Kopfes 70 gefühlt. Folglich ist die Temperatur der zu dem
Kopf 70 geleiteten Farbe ohne ein "überschwingen" auf einem angemessenen Wert stabilisiert,
und der Bereitschaftsabschnitt ist dadurch merklich verkürzt.
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In Fig.13 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
in welcher die gleichen Teile wie in Fig.11 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind.
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Hierbei weist ein zweiter Speicher 122' einen Wärmespeicher 132 mit
einem eingebauten Heizer 130 auf. Das Leistungselement 106 und der Radiator 126,
welche in dem zweiten Heizer 122 vorgesehen worden sind, sind unabhängig von den
Rohren 78 und 78' angeordnet. Die Wirkung, die mit der in Fig.13 dargestellten Ausführung
und Anordnung erreichbar ist, ist mit der der Ausführungsform der Fig.11 ver-
gleichbar.
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Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.14 dargestellt,
In dieser Ausführungsform weist der zweite Heizer einen mit dem Rohr 78' verbundenen
Filter 140 und ein Gehäuse auf, das aus einem Metall oder aus einem guten Wärmeleiter
hergestellt ist. Eine Radiatorplatte 142 ist an dem Gehäuse des Filters 140 angebracht.
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Von dem Leistungselement 106 erzeugte Wärme wird über den Radiator
142 und das Gehäuse des Filters 140 an die Farbe übertragen. Mit dieser Anordnung
wird dieselbe Wirkung wie mit der Anordnung der Fig.11 erhalten. Der Radiator 142
hat als Trag- und Halteteil für den Filter 140 eine doppelte Funktion nämlich die
Anzahl der Bauteile zu verringern und dadurch die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung weist somit eine Fluidtemperatur-Steuereinrichtung
für einen Farbstrahldrucker einen ersten Farbtemperaturfühler, der bei, aber in
einem Abstand von einem Farbausstoßkopf angeordnet ist, und einen zweiten, an einem
Heizer angebrachten Farbtemperaturfühler auf. Die beiden Fühler haben den gleichen
Temperaturkoeffizienten, und eine an den Heizer angelegte Spannung wird entsprecheIld
einem Unterschied zwischen einer Bezugs spannung und einer Summenspannung der Ausgänge
der beiden Fühler gesteuert. Die an den Heizer angelegte Spannung wird ferner anhand
einer scheinbaren Bezugsspannung, welche eine Differenz zwischen einer Ausgangsspannung
des ersten Fühlers und einer Bezugsspannung ist, welche eine vorbestimmte Temperatur
schafft, und anhand einer Ausgangsspannung des zweiten Fühlers gesteuert.
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Die beiden Fühler sind vor bzw. nach dem Heizer angeordnet.
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Die Differenzspannung wird, nachdem sie durch ein am Ausgang vorgesehenes
Leistungselement leistungsverstärkt worcii ist, an den Heizer angekoppelt. Das Leistungselement
ist an einem Halteteil für ein Filter angebracht, welches
unmittelbar
vor dem ersten Fühler angeordnet ist.
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Ein erster und ein zweiter Temperaturfühler sind vor bzw.
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nach einem ersten Heizer angeordnet, um Temperaturen einer Farbe zu
fühlen, bevor bzw. nachdem sie durch den ersten Heizer erwärmt worden ist. Die Farbtemperatur
wird durch eine Differenz zwischen einer Summen spannung von Ausgängen der Fühler
und einer Bezugsspannung gesteuert, welche eine vorbestimmte Temperatur schafft.
Ein zweiter Heizer, der im wesentlichen die gleiche thermische Zeitkonstante wie
der Kopf hat, wird unmittelbar vor dem ersten Fühler angeordnet.
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Ende der Beschreibung