DE3410394C2 - Sicherheitsvorrichtung für ein Umlaufsystem und Tintentrahldrucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Umlaufsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Sicherheitsvorrichtung dieser Gattung ist aus der DE 31 25 194 A1 bekannt, wo sie im Tintenstrahl-Rückgewin­ nungskreislauf eines Tintenstrahldruckers eingebaut ist.

Die Erfindung betrifft weiter einen Tintenstrahldrucker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3. Ein solcher Tinten­ strahldrucker ist auch aus der DE 31 25 194 A1 bekannt.

Es stellt sich oft das Problem der Überwachung, ob eine Strö­ mung einer leitfähigen Flüssigkeit, die im Inneren einer Rohrleitung geringen Durchmessers unterbrochen ist, unter Bedingungen stattfindet, die für die einwandfreie Funktion der Anlage vorauszusetzen sind, oder ob Störungen auftreten, die ein Eingreifen erfordern.

Dieses Problem tritt insbesondere bei Tintenstrahldruckern auf. Unter den verschiedenen, bei Tintenstrahldruckern ange­ wendeten Techniken beruhen einige auf der Anwendung eines kontinuierlichen Tintentröpfchenstrahls, dem zur Durchführung des Druckes ein Teil entzogen wird. Die anderen Tröpfchen werden in einem besonderen Umlaufkreis wieder in Umlauf ge­ bracht. Ein kritischer Punkt einer solchen Vorrichtung ist die Auffangzone, in der der nicht verwendete Tintenstrahl aufgefangen wird, der erneut in Umlauf gebracht werden muß. Aufgrund der Art der verwendeten Tinten, die bestimmungsgemäß sehr schnell trocknen können, und aufgrund des kleinen Quer­ schnitts des Fangorgans kann ein Verschluß auftreten. Auch kann die Pumpeinrichtung versagen. In allen Fällen kann Tinte austreten, wodurch die Anlage beschädigt werden kann. Um die Folgen einer solchen Fehlfunktion zu vermeiden, ist es er­ wünscht, diese unmittelbar nach ihrem Auftreten feststellen zu können, damit sofort die erforderlichen Maßnahmen getrof­ fen werden können.

Aus der GB 1 485 750 ist bekannt, eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch einen Rohrabschnitt aus Isoliermaterial strömen zu lassen und ein elektrisches Signal durch Messung der Spannung vor und hinter dem Rohrleitungsabschnitt abzu­ leiten. Das so gewonnene elektrische Signal ist repräsenta­ tiv für die Größe von in dem Flüssigkeitsstrom mitbeförder­ ten Teilchen. Bei turbulenter Strömung besteht nämlich eine Beziehung zwischen der Größe der Teilchen und der Frequenz des elektrischen Signals, da die Bewegung der Teilchen in der turbulenten Strömung um so schneller erfolgt, je kleiner sie sind.

Aus der US 4 183 029 ist bekannt, bei einem Tintenstrahl­ drucker den Zustand eines in eine Rohrleitung eingefügten Filters anhand der beiderseits des Filters gemessenen elek­ trischen Spannung zu bestimmen. Durch die im Filter abge­ setzten, elektrisch nichtleitenden Teilchen wird die Poten­ tialdifferenz beiderseits des Filters erhöht, da der Strö­ mungsquerschnitt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit entsprechend geringer wird.

Aus der US 4 364 061 ist bekannt, bei einem Tintenstrahl­ drucker eine Auffangrinne für Tintentröpfchen, die nicht auf den Papierbogen gelangen, unmittelbar als Elektrode an eine elektronische Detektorschaltung anzuschließen.

In der aus der DE 31 25 194 A1 bekannten Sicherheitsvorrich­ tung strömt in der Rohrleitung, in der der Meßfühler angeord­ net ist, abwechselnd Tinte und Luft, da zwischen jeweils zwei elektrostatisch aufgeladenen Tröpfchen, die abgelenkt werden, ein Tintentröpfchen ohne Ladung ausgestoßen wird, welches in eine Auffangrinne gelangt. Mittels des in der Rohrleitung angeordneten Meßfühlers wird optisch ermittelt, ob die Auf­ einanderfolge von Tinte und Luft dem Takt der geladenen und nicht aufgeladenen Tintentröpfchen entspricht. Bei fehlender Übereinstimmung kann eine Abschaltung des Tintenstrahl­ druckers erfolgen.

Diese bekannte Sicherheitsvorrichtung ist aber bei einem weit­ gehend kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom in der Rohrleitung nicht einsetzbar.

Ausgehend von der Sicherheitsvorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, diese Sicherheitsvorrichtung derart weiterzubilden, daß sie im Zusammenwirken mit einer Elektronikschaltung das Auftreten einer fehlerhaften Umlaufströmung einer konti­ nuierlich strömenden leitfähigen Flüssigkeit in einer Rohr­ leitung geringen Durchmessers zu erfassen ermöglicht, um bei Bedarf eine Folge von Funktionen steuern zu können, die für die Bewahrung der Betriebsfähigkeit des mit der Sicherheitsvorrichtung ausgestatteten Geräts erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Sicherheitsvorrichtung der ein­ gangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Mittels der Sicherheitsvorrichtung wird durch Messung von Schwankungen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, die auf Querschnittsveränderungen dieser Flüssigkeit in dem Lei­ tungsabschnitt beruhen, ein Signal erzeugt, das repräsenta­ tiv für die Stärke der Turbulenz im Inneren der Rohrleitung ist, um hieraus eine Aussage über die Qualität der Umlauf­ strömung abzuleiten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Sicherheitsvorrichtung sind im Anspruch 2 angegeben.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung eignet sich be­ sonders zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Eine Ausführungsform der Erfindung und ihre bevorzugte An­ wendung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Meßfühlers, der gemeinsam mit einer Elektronikschaltung eine Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung bildet;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Elektronikschaltung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Tintenstrahl- Umlaufanordnung in einem mit kontinuierlichem Tintenstrahl arbeitenden Tintenstrahldrucker, in dem die Sicherheitsvorrichtung eingesetzt wird.

Wie bereits oben erwähnt wurde, wird als besonders vor­ teilhaftes Anwendungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung ein Tinten­ strahl-Kreislauf beschrieben, in dem die zum Drucken nicht benötigte Tinte bei einem Tintenstrahldrucker wie­ der in Umlauf gebracht wird. Der aufgefangene Strahl wird durch eine Rohrleitung abgeführt, die gemeinsam mit einer Pumpeinrichtung die Tinte in einen Versorgungsbehälter befördert, damit sie weiterverwendet werden kann, wie weiter unten noch erläutert wird. Es handelt sich um eine Rohrleitung mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 1 mm, zur Aufnahme eines Stromes von beabstandeten Tröpfchen, deren Durchmesser fünf bis zehnmal geringer ist.

Wenn die Strömung vollkommen, d. h. nicht turbulent wäre, würde in der Mitte der Rohrleitung Luft strömen, und die durch Reibung mitbeförderte Tinte würde am Umfang strö­ men. Aufgrund der Schwerkraft, der Reibung, dem großen Viskositätsunterschied zwischen Luft und Tinte und auf­ grund anderer Parameter ist aber die Strömung in Wirk­ lichkeit turbulent.

Durch Untersuchungen wurde gefunden, daß einer normalen Umlaufströmung ein charakteristischer Strömungszustand entspricht. Der Querschnitt der im Inneren der Rohrleitung strömenden Tinte ist nämlich sehr unregelmäßig. Für einen gegebenen Abschnitt der Rohrleitung tritt somit eine Leit­ fähigkeitsänderung auf, deren Frequenz für die Qualität der Flüssigkeitsströmung in diesem Bereich bedeutsam ist. Für ein Rohr von 2 mm Durchmesser und einen Unterdruck von etwa 200 Millibar wurde z. B. gefunden, daß die Leitfähig­ keitsänderung mit einem Frequenzspektrum erfolgt, das zahlreiche Komponenten enthält, die zwischen 40 und 100 Hz variieren.

In die Kreislaufleitung wird ein Meß­ fühler 100 eingefügt, wie er schematisch in Fig. 1 darge­ stellt ist. Es handelt sich um einen Leitungsabschnitt mit zwei leitfähigen Elementen 20 und 21, die ein isolie­ rendes Element 22 gegebener Länge (1) begrenzen, das in der folgenden Beschreibung als "Isolierabschnitt" bezeich­ net wird. Die leitfähigen Elemente sind in herkömmlicher Weise mit dem übrigen Teil der isolierenden Leitung 23 und 24 verbunden. Die Kombination aus den beiden leitfähi­ gen Elementen 20 und 21 sowie aus dem Isolierabschnitt 22 bildet einen Meßfühler 100, der im Zusammenwirken mit einer Elektronikschaltung 101, die in Fig. 2 gezeigt ist, die Messung der Leitfähigkeitsänderungen der Flüssigkeit und ihre Änderungsfrequenz im Bereich des Iso­ lierabschnitts 22 ermöglicht. Nachdem diese Messung er­ folgt ist, ermöglicht ein Vergleich mit einem Referenz­ signal die Gewinnung eines logischen Ausgangssignals mit dem Pegel 0 oder 1, das als Steuersignal für eine Sicher­ heitsvorrichtung verwendet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Elektronikschaltung 101 ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Es besteht im we­ sentlichen aus vier Baugruppen A, B, C und D, deren Funk­ tionen wie folgt beschrieben werden:

Die Baugruppe A ist ein Spannungsgenerator, der eine Spannung abgibt, die von den Leitfähigkeitsänderungen des Flüssigkeitsabschnittes abhängt, der in dem Isolier­ abschnitt 22 des Meßfühlers 100 enthalten ist.

Die Baugruppe B ist ein Bandpaßfilter, das ein gefilter­ tes Signal abgibt.

Die Baugruppe C ist ein Spitzenwertdetektor und Spannungs­ verstärker.

Die Baugruppe D ist ein Komparator.

Die erste Baugruppe A enthält den oben beschriebenen Meß­ fühler, und die im Bereich des Isolierabschnitts 22 auf­ tretende Leitfähigkeitsänderung ist symbolisch durch die übliche Darstellung eines variablen Widerstandes (a) ver­ deutlicht. Das leitfähige Element 20 ist mit Masse M ver­ bunden. Die durch den veränderlichen Widerstand (a) ver­ deutlichte Leitfähigkeitsänderung wird durch den Last­ widerstand 32 in eine Spannungsänderung umgesetzt. Ein Verstärker 33 bewirkt gegenüber der an seinem Eingang 31 anliegenden Impedanz eine starke Impedanzreduzierung. Das Signal am Ausgang 34 des Verstärkers 33 hat dieselbe Span­ nung wie das Signal am Eingang 31. Dieses Ausgangssignal wird in der Baugruppe B der Schaltung 101 durch eine Band­ paßfilter gefiltert, das durch Widerstände R1 und R2 so­ wie Kondensatoren C1 und C2 gebildet ist, gefolgt von einem Verstärker 35. Es entsteht ein gefiltertes Signal am Ausgang 36, welches an den Eingang der Baugruppe C der Schaltung 101 angelegt ist. Diese Baugruppe C hat die Funk­ tion eines Spitzenwertdetektors und Spannungsverstärkers. Sie enthält drei Widerstände R4, R5, R6, einen Kondensa­ tor C3, eine Diode D1 und einen Verstärker 37. Sie erzeugt eine Gleichspannung 38, die von den Scheitelwerten des Signals 36 abhängt, also von den schnellen Leitfähigkeits­ änderungen der in dem Isolierabschnitt 22 strömenden Flüssigkeit. Die Baugruppe D ist ein Komparator, der aus einem Operationsverstärker 40 aufgebaut ist, dessen Funk­ tion darin besteht, das Signal an seinem Eingang 38 mit einem einstellbaren Referenzsignal zu vergleichen, das an seinen Eingang 39 angelegt wird, um ein Ausgangssignal S zu erzeugen.

Wenn die Flüssigkeitsströmung im Inneren des Isolierabschnitts 22 einwandfrei ist, erzeugt die Sicherheitsvorrichtung, welche durch die Kombination des Meßfühlers 100 mit der Schaltung 101 gebildet ist, ein Signal mit dem Logikpegel "1" an ihrem Ausgang S. Wenn keine Strömung vorhanden ist oder die Strömung nicht turbulent ist, weil in der Rohrleitung kein Unterdruck herrscht, so gibt der Ausgang S der Vorrichtung ein Signal mit dem Logikpegel "0" ab. Dieses Signal am Ausgang S, welches den Turbulenz­ zustand der Flüssigkeit repräsentiert, kann als Steuer­ signal für eine Notbetriebsvorrichtung dienen.

Eine auf einen Tintenstrahldrucker angewendete Sicherheitsvorrichtung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Ein solcher Tintenstrahldrucker umfaßt im wesentlichen einen Tintenbehälter 11 und eine erste Pumpe 12, welche die Tinte unter Druck setzt. Die Tinte wird anschließend über eine Versorgungsleitung Fe zu einer Vor­ richtung 13 befördert, in der ein Tintenstrahl 14 erzeugt wird, der die Form eines Stromes von aufeinanderfolgenden Tintentröpfchen kalibrierter Größe aufweist. Die Tinten­ tröpfchen werden durch Ladeelektroden 15 elektrostatisch aufgeladen, bevor sie zwischen zwei Ablenkplatten 16 durchtreten, um abgelenkt und auf einen nicht dargestell­ ten Druckträger geführt zu werden. Die nicht verwendeten Tröpfchen werden ihrerseits von einer Rinne 17 aufgenom­ men, die als Umlaufrinne bezeichnet wird und die Tröpfchen auffängt, um sie über eine Rückführleitung F₂ zu dem Tin­ tenbehälter 11 zurückzuführen, und zwar mittels einer zweiten Pumpeinrichtung 19, die als Umlaufpumpe bezeich­ net wird.

Eine Sicherheitsvorrichtung 1, die aus der Kombination eines Meßfühlers 100 mit der zugeord­ neten Elektronikschaltung 101 besteht, ist in die Rückführlei­ tung F₂ zwischen der Rinne 17 und der Umlaufpumpe 19 ein­ gefügt. Schematisch sind der Isolierabschnitt 22 der Län­ ge l und die damit fest verbundenen leitenden Elemente 21 und 20 auf seinen beiden Seiten dargestellt. Das Element 20 ist mit Masse M verbunden, während das Element 21 mit dem Eingang der Elektronikschaltung 101 verbunden ist, welche die vier Baugruppen A, B, C und D enthält, deren Aufbau und Funktion oben beschrieben sind. Die in elektrisch auf­ zuladende Tröpfchen zerlegte Tinte ist notwendigerweise elektrisch leitfähig. Bei einwandfreier Funktion muß im Bereich der die Rinne 17 mit der Umlaufpumpe 19 verbinden­ den Rückführleitung F₂ eine turbulente Strömung auftreten. Die optimale Stärke der Turbulenz ist für jede besondere Anwendung bekannt und hängt von verschiedenen Parametern ab, durch die der Drucker gekennzeichnet ist: Art der Tinte, Größe der Tröpfchen, Abmessung der Rohrleitungen usw. Beispielsweise erfolgt für eine Rohrleitung von 2 mm Durchmesser und einem Unterdruck von etwa 200 Millibar die Leitfähigkeitsänderung in einem Frequenzspektrum, das zahlreiche Komponenten von 40 bis 100 Hz enthält. Wie be­ reits oben erwähnt wurde, hat die Sicherheitsvorrichtung 1 die Aufgabe, durch Messung zu überprüfen, ob die Stärke der Turbulenz innerhalb der Rückführleitung F₂ diesen Kriterien entspricht. Wenn dies zutrifft, hat das Ausgangs­ signal am Ausgang S den Pegel 1, andernfalls den Pegel 0. Es können dann die geeigneten Maßnahmen getroffen werden, um die Fehlfunktion zu beheben und das Auslaufen von Tinte zu verhindern.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der leitfähige Teil des Meßfühlers 100 durch die Auffangrinne 17 selbst gebildet, wodurch die Ansprechzeit zwischen dem Auftreten einer Fehlfunktion und der Auslösung von Sicher­ heitsmaßnahmen auf das kürzestmögliche Maß reduziert wird.

Eine solche Sicherheitsvorrichtung ermöglicht den Schutz der Geräte und ihrer Umgebung, denn ein Auslaufen von Tinte, die nicht aufgefangen und wieder in Umlauf gebracht wird, kann Schäden verursachen und muß daher mit größtmög­ licher Sicherheit vermieden werden.

Claims (5)

1. Sicherheitsvorrichtung (1) für ein Umlaufsystem, in dem eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch eine Rohrlei­ tung (F₂) fließt, über die sie einer Umlaufpumpe (19) zuge­ führt wird, mit einem Meßfühler (100), der einen Leitungs­ abschnitt (22) gegebener Länge aus Isoliermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (100) beiderseits des Leitungsabschnitts (22) gegebener Länge aus Isoliermate­ rial jeweils ein an ihn angrenzendes Leitungselement (20, 21) aus elektrisch leitfähigem Material aufweist und daß dieser Meßfühler (100) an eine zugeordnete Elektronikschaltung (101) angeschlossen ist, um die Schwankungen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit infolge von Querschnittsschwankungen der in dem Leitungsabschnitt (22) strömenden Flüssigkeit zu messen und ein elektrisches Signal zu liefern, das repräsentativ für die Stärke der Turbulenz im Inneren der Rohrleitung (F₂) ist.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektronikschaltung (101) vier Baugruppen (A, B, C, D) umfaßt, von denen

• - die erste Baugruppe (A) das elektrische Signal als Spannung erzeugt und die an ihrem Eingang (31) vorhandene Impedanz mittels eines Verstärkers (33) herabsetzt;
• - die zweite Baugruppe (B) das von dem Verstärker (33) gelie­ ferte Signal mittels eines Bandpaßfilters filtert;
• - die dritte Baugruppe (C) ein Signal mit einer Gleichkompo­ nente aus dem vom Ausgang (36) des Bandpaßfilters geliefer­ ten Signal erzeugt;
• - die vierte Baugruppe (D) das von der dritten Baugruppe (C) gelieferte Signal mit einem variablen Referenzsignal ver­ gleicht und an ihrem Ausgang (S) ein logisches Signal mit dem Pegel 0 oder 1 abgibt, welches für die Stärke der Tur­ bulenz der Flüssigkeit im Inneren des isolierenden Leitungs­ abschnitts (22) bedeutsam ist und seinerseits von der Fre­ quenz der Leitfähigkeitsänderungen der Flüssigkeit im Inne­ ren dieses Leitungsabschnitts (22) abhängt.

3. Tintenstrahldrucker mit einem Tintenbehälter (11), einer ersten Pumpe (12), die eine Druckbeaufschlagung bewirkt, einer Vorrichtung (13) zur Erzeugung eines Strahls in Form eines Stroms kalibrierter Tröpfchen (14), einer Ladeelektro­ dengruppe (15), Ablenkplatten (16) zur Ablenkung der elek­ trisch geladenen Tröpfchen, einer Auffangrinne (17) für nicht abgelenkte Tröpfchen, einer Umlaufpumpe (19) zur Rückbeförde­ rung der Tinte aus der Auffangrinne (17) in den Tintenbehäl­ ter (11) und einer Sicherheitsvorrichtung mit einem zwischen der Auffangrinne (17) und der Umlaufpumpe (19) angeordneten Meßfühler (100), der einen Leitungsabschnitt (22) gegebener Länge aus Isoliermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsvorrichtung (1) nach einem der vorste­ henden Patentansprüche ausgebildet ist und ein Signal an ihrem Ausgang (S) abgibt, welches als Steuersignal für eine Schutzvorrichtung verwendbar ist.

4. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leitungsabschnitt (22) gegebener Länge aus Isoliermaterial des Meßfühlers (100) auf seiner einen Seite durch die Auffangrinne (17) selbst, welche aus einem leitfä­ higen Material gebildet ist, und auf seiner Abströmseite durch einen leitfähigen Rohrabschnitt (21) begrenzt ist.

5. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rohrleitung (F₂) einen Durchmesser von 2 mm aufweist, daß die Umlaufpumpe (19) einen Unterdruck er­ zeugt und daß die Sicherheitsvorrichtung (1) für eine Leitfä­ higkeitsänderung ausgelegt ist, die ein Frequenzspektrum auf­ weist, dessen Komponenten zwischen 40 Hz und 100 Hz variieren.