DE3638885A1 - Mehrkanalige pumpe, insbesondere fuer eine tintenmosaikschreibeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrkanalige Pumpe, insbesondere für eine Tintenmosaikschreibeinrichtung, mit Pumpenkanälen, aus denen mittels eines Antriebselementes tropfenweise Flüssigkeit ausgestossen werden kann.

Eine derartige Pumpe ist beispielsweise aus der DE 25 43 451 A1 bekannt. Als Pumpenkanäle dienen dabei strahlenförmig in einer Düsenplatte mündende Röhrchen, die von piezoelektrischen Antriebselementen zylinder­ förmig umfasst sind. Wie insbesondere der Fig. 3 dieser Offenlegungsschrift zu entnehmen ist, weist die Düsen­ platte für jedes Röhrchen eine Düse auf, aus der die Flüssigkeitströpfchen senkrecht zur Düsenplatte aus­ treten. Durch die strahlenförmige Anordnung der Röhrchen ist bereits der Versuch unternommen worden, die mögliche Anzahl der Düsen in einer Reihe pro Längeneinheit zu erhöhen.

Aus der DE 33 06 098 A1 ist ein piezoelektrisch betriebener Schreibkopf bekannt, bei dem die Pumpenkanäle durch eine Kanalmatritze aus einer Reihe von piezo­ elektrischen Scheiben gebildet werden, die parallel mit Abstand zueinander angeordnet und beidseitig mit einer Platte abgedeckt sind. Da zur Erzeugung der notwendigen Energie, die auf die zu pumpende Flüssigkeit übertragen werden soll, eine gewisse Menge Piezomaterial notwendig ist, ist auch bei diesem bekannten Schreibkopf die Zahl der möglichen Pumpenkanäle pro mm in einer Reihe begrenzt. Die Grenze liegt bei einer derartigen Anordnung etwa bei 4 Pumpenkanälen pro mm.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer mehrkanaligen Pumpe der eingangs genannten Art konstruktiv einfach die Auflösung, d.h. die Dichte der in einem gewissen Abstand von den Austrittsöffnungen auf­ treffenden Flüssigkeitströpfchen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach münden jeweils zwei Pumpenkanäle unter einem Winkel α<180°, vorzugsweise <90°, in einer gemeinsamen Austrittsöffnung. Hierunter ist zu verstehen, dass entweder die Pumpenkanäle direkt zumindest im Bereich der gemeinsamen Austrittsöffnung diesen Winkel bilden, oder dass die Pumpenkanäle mit anderen Kanälen oder Nuten in Verbindung stehen, die dann unter dem gegebenen Winkel in der Austrittsöffnung münden. Es ist nicht notwendig, dass die Pumpenkanäle über die gesamte Länge den entsprechenden Winkel auf­ weisen. Im zweiten Fall können die Pumpenkanäle über die ganze Länge parallel zueinander liegen.

Je nachdem, welche Energie den beiden Pumpenkanälen, die zu einer Austrittsöffnung gehören, zugeführt wird und zu welchem Zeitpunkt diese Energie zugeführt wird, lässt sich praktisch der gesamte, durch den Winkel zwischen den Pumpenkanälen im Bereich der Austrittsöffnung auf­ gespannte Bereich überdecken. Gemäss der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass die einzelnen Pumpenkanäle derart aktiviert werden, dass die Richtung der die Öffnung verlassenden Flüssigkeitströpfchen variiert werden kann. Wird beispielsweise nur ein Pumpenkanal aktiviert, so verlässt ein Flüssigkeitströpfchen die Öffnung in Richtung dieses Pumpenkanales oder der mit diesem Pumpenkanal in Verbindung stehenden und in der Austritts­ öffnung mündenden Nut. Werden beiden Pumpenkanäle gleich­ zeitig und gleich stark aktiviert, so ergibt sich ein Tröpfchen, das praktisch in der Richtung der Winkel­ halbierenden zwischen den beiden Pumpenkanälen ausge­ stossen wird.

In Weiterbildung der Erfindung sind in bekannter Weise arbeitende piezoelektrische Antriebselemente vorgesehen. Eine konstruktiv einfache und zuverlässige Pumpe ergibt sich dadurch, dass die piezoelektrischen Antriebselemente zumindest teilweise die Pumpenkanäle bilden. Die mit der Erfindung vorgesehenen Massnahmen können bei einer Pumpe mit piezoelektrisch arbeitenden Antriebselementen, die die Pumpenkanäle bilden und bei denen diese mit einem Deckel verschlossen sind, konstruktiv vorteilhaft dadurch verwirklicht werden, dass jeder Pumpenkanal mit einer im spitzen Winkel zu diesem liegenden Nut verbunden ist, dass sich jeweils zwei Nuten in der Austrittsöffnung schneiden und dass die Enden der Pumpenkanäle ver­ schlossen sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand von 7 Figuren sind im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen die

Fig. 1-4 schematisch die möglichen Strahlrichtungen für die ausgestossenen Flüssigkeitströpfchen, die

Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemässen Pumpe,

Fig. 6 eine Vorderansicht der Pumpe gem. Fig. 5 und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemässen Pumpe.

Wie in den Fig. 1 bis 4 schematisch angedeutet, kann mit Hilfe der mehrkanaligen Pumpe die Richtung der ausge­ stossenen Flüssigkeitströpfchen verändert werden. Für diese Darstellung, die lediglich zur Erläuterung des erfindungsgemässen Prinzips dient, sind zwei Pumpenkanäle (1) bzw. (2) angedeutet, die sich unter einem Winkel α im Bereich einer Austrittsöffnung (3) schneiden. In Fig. 1 ist zunächst angenommen, dass lediglich der Pumpenkanal (2) aktiviert wird, wodurch die Flüssigkeits­ tröpfchen (4) in Richtung dieses Pumpenkanales (2) die Austrittsöffnung (3) verlassen, wie durch den Pfeil (5) angedeutet ist. In Fig. 2 wird nur der Pumpenkanal (1) aktiviert, wodurch die Flüssigkeitströpfchen (4) in Richtung dieses Kanales die Austrittsöffnung (3) verlassen, was wiederum durch einen Pfeil (6) angedeutet ist.

In der Fig. 3 ist angenommen, dass beiden Pumpenkanäle (1) und (2) gleichzeitig und gleich stark aktiviert werden. Als überlagerter Effekt ergibt sich, dass die Flüssig­ keitströpfchen (4) die Pumpe in Richtung der Winkel­ halbierenden zwischen den Pumpenkanälen ausgestossen werden, was durch den Pfeil (7) angedeutet ist.

In Fig. 4 sind die Verhältnisse noch einmal dargestellt, wobei beispielsweise in einem Abstand zu der Austritts­ öffnung (3) eine Aufzeichnungsebene (8), z.B. die Ebene eines Aufzeichnungspapieres, angedeutet ist. Der Pfeil (9) deutet den gesamten möglichen Aufzeichnungsbereich an, der allein dadurch überstrichen werden kann, dass die beiden Pumpenkanäle unterschiedlich stark und zu unter­ schiedlichen Zeiten oder mit unterschiedlichen Impuls­ längen aktiviert werden.

Insbesondere für eine Tintenmosaikschreibeinrichtung er­ gibt sich hierdurch wiederum die Möglichkeit, wahlweise mit geringerer Auflösung und höherer Schreibgeschwindig­ keit oder mit sehr hoher Auflösung und etwas herab­ gesetzter Schreibgeschwindigkeit zu arbeiten.

Fig. 5 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer mehrkanaligen piezoelektrischen Pumpe, bei der in einem Quader (10) aus Piezokeramik mehrere Pumpenkanäle (11-16) herausgearbeitet sind. Die vorderseitigen Öffnungen dieser Kanäle sind durch Einsätze (17-22) verschlossen. In diesem Ausführungs­ beispiel ist ein Deckel (25) zum Verschliessen der Pumpenkanäle vorgesehen. Dieser Deckel weist Nuten (31- 36) auf, die in spitzem Winkel zu den Pumpenkanälen verlaufen und wobei jede Nut flüssigkeitsmässig mit einem Pumpenkanal in Verbindung steht. Die Nuten münden im Deckel (25) in Austrittsöffnungen (37-39). Der Deckel (25) kann gleichzeitig als gemeinsame Elektrode für die Pumpenkanäle dienen. Die gegenüberliegenden Anschlüsse sind mit (40-45) bezeichnet.

Entsprechend können gemäss einem nicht dargestellten Aus­ führungsbeispiel jeweils zwei Pumpenkanäle unter spitzem Winkel in dem Quader herausgearbeitet sein. Der Deckel kann in diesem Fall glatt sein.

In Fig. 6 ist diese mehrkanalige Pumpe noch einmal in Vorderansicht, diesmal mit aufgesetztem Deckel (25) dargestellt.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen mehrkanaligen Pumpe schematisch dar­ gestellt, wobei übersichtshalber lediglich vier Pumpen­ kanäle (50-53) angedeutet sind. Die Pumpenkanäle bestehen aus Röhrchen, die gewissermassen Kompressionskammern darstellen. Auf jedem Röhrchen sitzt ein rohrförmiges Piezoelement (55-58), das, wenn es aktiviert wird, in seinem Bereich das Röhrchen komprimiert und damit die Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung (59-60) ausstösst. Auf der Rückseite sind die Pumpenkanäle (50-53) mit einem Flüssigkeitsreservoir (61) verbunden. In Abstand zu den Austrittsöffnungen ist wiederum eine Aufzeichnungsebene (62) angedeutet. Durch die gestrichelten Linien (63-66) ist der Bereich angedeutet, der durch unterschiedliche Aktivierung der Piezoelemente (55-58) überstrichen werden kann. Wie man dieser Fig. 7 entnehmen kann, ist der gesamte Bereich zwischen den Punkten A und B kontinuier­ lich überstreichbar.

• Bezugszeichenliste 1, 2, 11-16, 50-53 Pumpenkanal
  3, 37-39, 59, 60 Austrittsöffnung
  4 Flüssigkeitströpfchen
  5, 6, 7, 9 Pfeil
  8, 62 Aufzeichnungsebene
  10 Quader
  17-22 Einsätze
  25 Deckel
  31-36 Nuten
  40-45 Anschlüsse
  55-58 Piezoelement
  61 Flüssigkeitsreservoir
  63-66 gestrichelte Linie

Claims (6)

1. Mehrkanalige Pumpe, insbesondere für eine Tinten­ mosaikschreibeinrichtung, mit Pumpenkanälen, aus denen mittels eines Antriebselementes tropfenweise Flüssigkeit ausgestossen werden kann, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeweils mindestens zwei Pumpen­ kanäle (1, 2; 11, 12; 50, 51) unter einem Winkel α<180° in einer Austrittsöffnung (3; 37; 59) münden.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Winkel α<90° ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch in bekannter Weise arbeitende piezoelektrisches Antriebselement.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das piezoelektrische Antriebs­ element zumindest teilweise die Pumpenkanäle (11-16) bildet.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei die Pumpenkanäle im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, dass jeder Pumpenkanal (11-16) mit einer in spitzem Winkel zu diesem liegenden Nut (31-36) verbunden ist, dass sich jeweils zwei Nuten (31, 32; 33, 34; 35, 36) in einer Austrittsöffnung (37-39) schneiden und dass die Enden der Pumpenkanäle (11-16) verschlossen sind.

6. Verfahren zum Betreiben einer mehrkanaligen Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Antriebselemente derart akti­ viert werden, dass die Richtung der die Austrittsöffnung verlassenden Flüssigkeitströpfchen variiert werden kann.