DE4128590A1 - Multi-nozzle transfer of printing ink using pneumatic jets - electronically controlling timing of valve operations blowing ink out of individual nozzles of linear array - Google Patents
Multi-nozzle transfer of printing ink using pneumatic jets - electronically controlling timing of valve operations blowing ink out of individual nozzles of linear arrayInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Druckfarbe auf einen Gegenstand mittels mehrerer Farb spritzdüsen zum Erzeugen eines Druckbildes sowie einen Druckkopf für Signiergeräte mit mehreren Farbspritzdüsen, die einzel ansteuerbar sind und denen jeweils über eine Leitung Druckfarbe zugeführt wird.The invention relates to a method for applying Print color on an object using multiple colors spray nozzles for generating a print image and one Printhead for marking devices with several paint spray nozzles, which can be individually controlled and which can be controlled via one Line printing ink is supplied.
Nach dem DOD-Verfahren (Drop On Demand) arbeitende Signier geräte werden zum Aufbringen von Schriftzeichen, Symbolen oder Barcodes auf Packstücke und andere Gegenstände benutzt. Üblicherweise bestehen derartige DOD-Signiergeräte aus sie ben oder sechzehn in einer Reihe übereinander angeordneten Farbspritzdüsen, die elektronisch mit kurzen Impulsen so angesteuert werden, daß sie auf vorbeilaufende Gegenstände einzelne Farbtropfen aufspritzen, die dann in ihrer Gesamt heit ein Schriftbild in einer 7×5- oder 16×10-Matrix ergeben, je nach der Anzahl der Farbspritzdüsen.Signers working according to the DOD (Drop On Demand) process devices are used to apply characters, symbols or barcodes on packages and other items. Such DOD marking devices usually consist of them ben or sixteen in a row one above the other Paint spray nozzles that electronically with short pulses like this can be controlled that they on passing objects spray on individual drops of paint, then the total is a typeface in a 7 × 5 or 16 × 10 matrix result depending on the number of paint spray nozzles.
Nach einer allgemein bekannten Bauart werden die Farb spritzdüsen über getrennte Leitungen mit Farbe versorgt, die über Elektromagnetventile geöffnet und geschlossen werden.According to a generally known design, the colors spray nozzles supplied with paint via separate lines, which are opened and closed via solenoid valves will.
Aus der DE-A-33 02 617 ist ein Farbspritzkopf für Signier geräte bekannt, bei dem die Farbspritzdüsen direkt mit einer Farbkammer in Verbindung stehen und durch Verschluß körper verschlossen werden, die in der Farbkammer angeord net sind. Die Steuerung der Verschlußkörper erfolgt durch Federn und flexible Zugnippel, die von starken Elektro magneten zurückgezogen werden.From DE-A-33 02 617 is a paint spray head for signing devices known in which the paint spray nozzles directly with communicating with an ink chamber and by closure body are locked, which are arranged in the color chamber are not. The closure body is controlled by Springs and flexible pull nipples made by strong electro magnets are withdrawn.
Aus der US-A-43 83 264 ist eine Farbspritzdüse bekannt, bei der ein Piezoelement auf die hinter der Düsenöffnung befindliche Kammer einen kurzen Druckimpuls ausübt, so daß von der Farbspritzdüse ein einzelner Tintentropfen abgegeben wird. Neue Tinte wird durch Kapillarwirkung aus einem Vorratsbehälter angesaugt.A paint spray nozzle is known from US-A-43 83 264, with a piezo element on the one behind the nozzle opening located chamber exerts a short pressure pulse, so that a single drop of ink from the paint spray nozzle is delivered. New ink is made by capillary action sucked into a reservoir.
Bei diesen bekannten Verfahren zur Erzeugung von Tinten- oder Druckfarbentropfen ist die Trockenzeit der Schrift oder des sonstigen aufgedruckten Symbols sehr lange und ist die Druck- oder Schreibgeschwindigkeit dadurch be grenzt, daß neben dem beabsichtigten Tropfen noch zusätz lich sogenannte Satelliten entstehen, die insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten die Sauberkeit des Druckes beeinträchtigen.In these known methods for producing ink or ink drop is the drying time of the writing or the other printed symbol for a very long time and the printing or writing speed is thereby limits that in addition to the intended drop So-called satellites emerge, which in particular at higher speeds the cleanliness of the print affect.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 7 angegeben ist, löst das Problem, die Trocknungszeit der Schrift oder des Schriftsymbols zu verkürzen und die Sauberkeit des Druckes zu verbessern.The invention as set out in claims 1 and 7 solves the problem, the drying time of the writing or to shorten the writing symbol and the cleanliness of the To improve pressure.
Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren stattfindende Zerstäubung der Druckfarbe entstehen Tröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 µm. Infolge des ge ringen Durchmessers dieser Tröpfchen entsteht insgesamt eine sehr große Oberfläche und reicht eine sehr geringe Farbmenge aus, um flächendeckende Punkte zu erzeugen. Daraus ergibt sich unmittelbar die wesentlich kürzere Trockenzeit auf dem zu bedruckenden Gegenstand, gegen über den herkömmlichen Verfahren, bei denen mittels einer Düsenöffnung von 100 bis 300 µm ein einzelner Tinten tropfen erzeugt wird.Because of the process taking place in the method according to the invention Atomizing the ink creates droplets with a Diameters in the range from 5 to 30 µm. As a result of the ge ring diameter of these droplets arises as a whole a very large surface area and a very small one Color amount to create full-coverage dots. This results in the much shorter one Drying time on the object to be printed, against over the conventional methods, in which by means of a Nozzle opening from 100 to 300 µm a single inks drop is generated.
Auch bei Anwendungen, bei denen eine schnell trocknende Druckfarbe benötigt wird, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Druckfarben auf Wasserbasis gearbeitet wer den, da durch die feine Zerstäubung auch die Verdunstung um einen Faktor von 100 oder mehr erhöht wird.Even in applications where a quick drying Printing ink is required can be in the inventive Process using water-based inks that, because of the fine atomization also the evaporation is increased by a factor of 100 or more.
Ein Eintrocknen der Farbe ist nicht zu befürchten, da relativ große Düsenöffnungen verwendet werden können und/oder die Zuführung der Druckfarbe durch eine Reini gungsnadel in der Farbspritzdüse freigehalten werden kann. Es können deshalb auch Druckfarben mit einem sehr hohen Klebstoffanteil eingesetzt werden. Es können also sowohl dünnflüssige als auch pastöse Druckfarben und sogar Druck farben von fast pulverförmiger Konsistenz verarbeitet werden.There is no fear that the paint will dry out relatively large nozzle openings can be used and / or the supply of the printing ink by a cleaner supply needle in the paint spray nozzle can be kept clear. It is therefore also possible to use printing inks with a very high Glue content can be used. So it can be both thin and pasty printing inks and even printing colors of almost powdery consistency can be processed.
Die Farbdichte jedes gedruckten Punktes ist von schwach bis fett in sehr feiner Abstufung steuerbar. Die Form jedes Punktes muß nicht kreisförmig sein, sondern kann auch ring artig oder langgestreckt sein, je nach der Geometrie der Farbspritzdüse. Insbesondere Düsengeometrien, die ringförmi ge Punkte erzeugen, sind besonders interessant, da mit sehr wenig Farbstoffauftrag immer noch der Eindruck eines vollen Punktes erzeugt werden kann. Durch kontinuierliches Ansteuern des Druckkopfes können sogar durchgehende Striche erzeugt wer den.The color density of each printed dot is weak controllable to bold in very fine gradation. The shape of each The point does not have to be circular, but can also be ring be like or elongated, depending on the geometry of the Paint spray nozzle. In particular nozzle geometries that are ring-shaped Generating points are particularly interesting because little dye application still gives the impression of a full one Point can be generated. Through continuous control of the printhead can even create continuous lines the.
Wird die Druckfarbe umgewälzt, so können auch pigmentierte Druckfarben oder Mehrkomponentenfarben verwendet werden.If the printing ink is circulated, pigmented ones can also be used Printing inks or multi-component inks are used.
Durch die im Anspruch 4 angegebene Ausgestaltung der Er findung kann mit einem einzigen Druckkopf ein komplettes, auf drei oder mehr Farben basierendes Farbspektrum gedruckt werden.Due to the design of the Er specified in claim 4 with a single printhead, a complete, Color spectrum printed on three or more colors will.
Die Steuerung des Auftrags der Druckfarbe erfolgt dadurch, daß der als Trägermedium dienende Gasstrom und/oder die Zu führung der Druckfarbe gesteuert wird. Bei der Zusammen setzung der Buchstaben aus einzelnen Punkten erfolgt die Steuerung durch kurze Impulse. Durch jeden Impuls wird da bei ein Punkt auf dem vorbeibewegten Gegenstand erzeugt.The control of the application of the printing ink takes place by that the gas stream serving as the carrier medium and / or the Zu management of the printing ink is controlled. When together The letters are set from individual points Control by short impulses. With every impulse there is created at a point on the moving object.
Bei der erwähnten ersten Möglichkeit der Steuerung wird der Gasstrom durch ein schnell schaltendes Magnetventil oder Piezoventil stoßweise durch eine Farbspritzdüse ge leitet. Dort reißt er die Druckfarbe mit und befördert das Gas-Druckfarben-Gemisch auf die Oberfläche des zu be druckenden Gegenstandes. Die Druckfarbe wird aus einer allen Farbspritzdüsen gemeinsamen Farbkammer gezogen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, daß mit relativ unkritischen Steuerelementen für die Ansteuerung des Gasstroms, z. B. des Luftstroms, gearbeitet werden kann und nicht gegenüber Druckfarbe inerte, unempfindliche Ven tile benötigt werden. Nach dem Austritt aus der Farbspritz düse kann zusätzlich noch eine Beruhigungsstrecke eingeführt werden, bevor dann das Luft-Druckfarbengemisch über eine weitere Düse endgültig ausgestoßen wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, z. B. die Höhe der Düsenreihe von relativ großflächigen Düsen-Einrichtungen auf eine kleine Schreib höhe zusammenzuführen.In the first possibility of control mentioned the gas flow through a fast switching solenoid valve or piezo valve intermittently through a paint spray nozzle directs. There he takes the ink with him and transports it the gas-ink mixture on the surface of the be printing object. The printing ink becomes a all paint spray nozzles are drawn together. At this embodiment has the advantage that with relatively uncritical control elements for the control the gas flow, e.g. B. the air flow can be worked and not insensitive Ven to ink tiles are needed. After exiting the paint spray nozzle can also introduce a calming section before then the air-ink mixture over a further nozzle is finally expelled. As a result the possibility, e.g. B. the height of the nozzle row of relative large-area nozzle facilities on a small writing merge height.
Nach der erwähnten zweiten Möglichkeit strömt das Gas kon tinuierlich, d. h. der Gasstrom wird z. B. durch ein weiteres Magnetventil für alle Farbspritzdüsen gemeinsam kurz vor Druckbeginn eingeschaltet und nach Druckende abgeschaltet. Die Steuerung des Druckvorganges erfolgt durch die Abgabe der Druckfarbe über einen im Gasstrom stehenden Injektor, der vorgegebene Mengen der Druckfarbe in den Gasstrom ab gibt. Z. B. kann die Druckfarbe durch eine Pumpe oder sonstige Fördereinrichtung unter Druck gesetzt werden und die Leitung zum Injektor mittels eines Ventils geöffnet und geschlossen werden, so daß vorgegebene Mengen an Druckfarbe in den Luftstrom gelangen. Über die in einer Zeiteinheit abge gebene Farbmenge, die z. B. über den Pumpendruck steuer bar ist, kann die Farbintensität der Druckpunkte gesteuert werden. Über die Öffnungszeit des Zuführventils kann die Punktgröße gesteuert werden, wobei die Punktgröße bis zu einem durchgehenden Strich erweiterbar ist.After the second possibility mentioned, the gas flows con continuous, d. H. the gas flow is e.g. B. by another Solenoid valve for all paint spray nozzles together shortly before Start of printing switched on and switched off after printing. The control of the printing process takes place through the delivery the printing ink via an injector in the gas flow, the specified amounts of the printing ink in the gas stream gives. For example, the ink can be pumped or otherwise Conveyor to be pressurized and the line opened and closed to the injector by means of a valve be so that predetermined amounts of ink in the Airflow. Abge in a time unit given amount of color, the z. B. control over the pump pressure bar, the color intensity of the pressure points can be controlled will. About the opening time of the feed valve can Dot size can be controlled, the dot size up to a solid line is expandable.
Durch zwei oder mehr Injektoren, die jeweils einzeln durch Zuführventile ansteuerbar sind, wird der Einsatz von Zwei- Komponenten-Druckfarben ermöglicht. Dadurch kann ein che misches Aushärten und Trocknen erreicht werden. Auch sind Farbmischungen innerhalb des gesamten Farbspektrums durch einen Injektor für jede der drei Grundfarben (blau, gelb und rot) möglich. Solche Mischungen können als Außen mischungen erzeugt werden, wenn die Injektoren in der Aus trittsdüse sitzen und von dem Gasstrom umströmt werden. Der Mischdüse kann jedoch auch ein Beruhigungsrohr nach geschaltet werden, das dann erst die Austrittsdüse ent hält.By two or more injectors, each one by one Supply valves can be controlled, the use of two Component printing inks enables. This allows a che mixing curing and drying can be achieved. Also are Color mixtures within the entire color spectrum one injector for each of the three primary colors (blue, yellow and red) possible. Such mixtures can be used as outside Mixtures are generated when the injectors are in the off sit step nozzle and are flowed around by the gas stream. However, the mixing nozzle can also be followed by a calming pipe are switched, which then ent only the outlet nozzle holds.
Für die Realisierung und Ansteuerung der Injektoren be stehen verschiedene Möglichkeiten. Über eine Dosierpumpe, die für jeden zu erzeugenden Farbpunkt einen kurzen Pumpen hub ausführt, kann die Druckfarbe über den Injektor in den Gasstrom eingeleitet werden. Dabei wird für jede Farb spritzdüse des Düsenblocks eine eigene Dosierpumpe benö tigt. Es kann auch eine gemeinsame Pumpe für alle Farb spritzdüsen vorgesehen sein, die die Druckfarbe unter Druck setzt und die einzelnen Düsen über schnellschaltende Ven tile mit der Druckfarbe versorgt. Hierbei besteht die zu sätzliche Möglichkeit, mittels einer in einem Bypass an geordneten Pumpe z. B. sich schnell entmischende Pigmente enthaltende Druckfarben laufend umzupumpen und damit eine Absetzung der Pigmente zu verhindern.For the implementation and control of the injectors there are different options. Via a dosing pump a short pump for each color point to be generated hub executes, the ink can be in via the injector the gas flow can be initiated. It is for each color spray nozzle of the nozzle block need its own dosing pump does. It can also be a common pump for all colors spray nozzles are provided, which the printing ink under pressure sets and the individual nozzles via fast-switching Ven tile supplied with the printing ink. Here is the too additional possibility of using a bypass orderly pump z. B. quickly segregating pigments pumping inks containing and thus a To prevent settling of the pigments.
Die Ventile können im Injektor integrierte Nadelventile sein, die über einen außen liegenden Magneten angesteuert werden. Im allgemeinen dürfte es jedoch zweckmäßiger sein, schnelle 2/2-Wege-Magnetventile in der Zufuhrleitung der Druckfarbe anzuordnen, weil aufgrund der größeren Düsen öffnungen die Düsen dann nicht so leicht wie integrierte Nadelventile verstopfen. Diese Gefahr besteht insbesondere bei Pigmenttinten.The valves can have needle valves integrated in the injector be controlled by an external magnet will. In general, however, it may be more convenient fast 2/2-way solenoid valves in the supply line of the Arrange printing ink because of the larger nozzles openings are then not as easy as integrated Block the needle valves. This is a particular risk for pigment inks.
Schließlich kann als Injektor auch ein piezo- oder magneto striktiver Aktuator benutzt werden, der auf eine Farbkammer drückt und dadurch einen Tropfen in den Gasstrom injiziert. Ein solcher Tropfen kann auch elektro-statisch erzeugt werden.Finally, a piezo or magneto can also be used as an injector strict actuator used on a paint chamber presses, thereby injecting a drop into the gas stream. Such a drop can also be generated electrostatically will.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an hand der Zeichnung erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are described below hand of the drawing explained. It shows
Fig. 1 in schematischer Form einen 7düsigen Druckkopf mit gemeinsamer Farbkammer und getrennter Druck luftzuleitung für jede Farbspritzdüse; Figure 1 shows in schematic form a 7-nozzle print head with a common ink chamber and separate pressure air supply line for each paint spray nozzle.
Fig. 2 eine einzelne Farbspritzdüse des Druckkopfes nach Fig. 1; FIG. 2 shows a single color spray nozzle of the print head according to FIG. 1;
Fig. 3 einen 7düsigen Druckkopf mit Injektor und inte griertem Nadelventil für jede Farbspritzdüse zur Steuerung der Zufuhr der Druckfarbe; Fig. 3 shows a 7-nozzle print head with injector and inte grated needle valve for each spray nozzle for controlling the supply of the printing ink;
Fig. 4 eine einzelne Farbspritzdüse des Druckkopfes nach Fig. 3; FIG. 4 shows a single color spray nozzle of the print head according to FIG. 3;
Fig. 5 einen 7düsigen Druckkopf für die drei Grundfarben; Fig. 5 is a 7düsigen print head for the three primary colors;
Fig. 6 eine Farbspritzdüse für den Druckkopf nach Fig. 5; Fig. 6 is a paint spray nozzle for the print head of Fig. 5;
Fig. 7 in Vergrößerung einen Farbspritzkopf mit einer Kappe zur Konzentrierung des Gasstrahls; FIG. 7 shows magnified a spray head with a cap for the concentration of the gas jet;
Fig. 8 in Vergrößerung einen Farbspritzkopf mit einem Drall körper; Fig. 8 in enlargement a paint spray head with a swirl body;
Fig. 9 einen Farbspritzkopf mit elektro-statischer Fokus sierung des Gasstrahls; Fig. 9 shows a spray head with electro-static focus tion of the gas jet;
Fig. 10 einen Druckkopf mit Quadrupolen zur Fokussierung und Fig. 10 shows a print head with quadrupoles for focusing and
Fig. 11 einen Druckkopf nach Fig. 1 mit einem Düsenvorsatz. Fig. 11 shows a print head according to Fig. 1 with a nozzle attachment.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Fig. 1 und 2 weist der Druckkopf 10 sieben Farbspritzdüsen 11 im Abstand von z. B. 10 mm auf. Druckfarbe wird automatisch aus einem Vorratsbehälter 12, der ein schnell auswechselbarer Kunststoffbeutel sein kann, in eine gemeinsame Farbkammer 13 geführt. Die Farbkammer 13 weist für jede Farbspritzdüse 11 einen zylindrischen, sich nach vorne zu einer Düsenöffnung 14 von z. B. 2 mm Durchmesser hin verjüngenden Hohlraum 15 auf. Alle Hohlräume 15 innerhalb eines Druckkopfes 10 sind miteinander verbunden. In jedem Hohlraum 15 ist mittig ein Düsenkörper 16 angeordnet, in dessen vorderem Ende eine feine Düsenbohrung 17 von z. B. 0,6 mm vorgesehen ist. Zwi schen dem vorderen Ende jedes Düsenkörpers 16 und der be treffenden Düsenöffnung 14 besteht ein Ringspalt 18 von z. B. 0,5 mm Breite.In the embodiment of the invention according to FIGS. 1 and 2, the print head 10 has seven ink spray nozzles 11 at a distance of z. B. 10 mm. Printing ink is automatically fed from a storage container 12 , which can be a quickly replaceable plastic bag, into a common ink chamber 13 . The paint chamber 13 has for each paint spray nozzle 11 a cylindrical, forward to a nozzle opening 14 of z. B. 2 mm diameter tapering cavity 15 . All cavities 15 within a print head 10 are connected to one another. In each cavity 15 a nozzle body 16 is arranged centrally, in the front end of a fine nozzle bore 17 of z. B. 0.6 mm is provided. Between the front end of each nozzle body 16 and the nozzle opening 14 be concerned there is an annular gap 18 of z. B. 0.5 mm width.
Jeder Düsenkörper 16 ist über einen Schlauch 19 mit einem elektrisch ansteuerbaren 2/2-Wege-Magnetventil 20 und mit einer Luftdruckquelle von z. B. 1 bis 2 bar verbunden. Durch eine Steuerelektronik wird das Magnetventil 20 impuls artig geöffnet, so daß aus der Düsenbohrung 17 kurzzeitig ein Luftstrahl austritt. Dieser reißt Druckfarbe aus dem den Düsenkörper 16 umgebenden Hohlraum 15 mit, so daß eine kleine Druckfarbenwolke aus der Farbspritzdüse 11 austritt.Each nozzle body 16 is connected via a hose 19 with an electrically controllable 2/2-way solenoid valve 20 and with an air pressure source of e.g. B. 1 to 2 bar connected. By means of control electronics, the solenoid valve 20 is opened in a pulse-like manner so that an air jet emerges briefly from the nozzle bore 17 . This entrains ink from the cavity 15 surrounding the nozzle body 16 , so that a small ink cloud emerges from the ink spray nozzle 11 .
Die Steuerelektronik arbeitet in bekannter Weise derart, daß die sieben übereinanderliegenden Farbspritzdüsen 11 so betätigt werden, daß auf dem zu bedruckenden Gegen stand Schriftzeichen oder Symbole in einer 5×7-Matrix entstehen. Durch längeres Öffnen der Magnetventile 20 können auch volle Striche gezeichnet werden.The control electronics work in a known manner such that the seven superimposed paint spray nozzles 11 are actuated so that characters or symbols were formed in a 5 × 7 matrix on the object to be printed. Full lines can also be drawn by opening the solenoid valves 20 for a longer period.
Über die Höhe des Drucks, mit dem Luft über das Magnet ventil 20 der Farbspritzdüse 11 zugeführt wird, kann die Austrittsgeschwindigkeit der Druckfarbenwolke verändert werden. Auch bei schnell vorbeibewegten Gegenständen kann dadurch noch eine gute Druckqualität erzielt werden.About the amount of pressure with which air is supplied via the solenoid valve 20 of the paint spray nozzle 11 , the exit speed of the ink cloud can be changed. This means that good print quality can still be achieved even with quickly moving objects.
Bei Druckfarben hoher Viskosität, bei denen der Mitreiß effekt der aus der Düsenöffnung 14 austretende Luftstrahl nicht mehr ausreicht, kann zwischen dem Vorratsbehälter 12 und dem Druckkopf 10 zusätzlich eine Dosiereinreichung, z. B. eine Pumpe und ein Magnetventil zwischengeschaltet werden oder kann der Vorratsbehälter als doppelwandiger Kunststoffbeutel ausgebildet werden, bei dem die äußere Hülle durch Preßluft unter Druck gesetzt werden kann und dadurch die Druckfarbe des inneren Beutels unter Druck ausgepreßt wird.In printing inks of high viscosity, in which the entrainment effect of the emerging from the nozzle opening 14 air jet is insufficient more, between the reservoir 12 and the print head 10 additionally Dosiereinreichung, z. B. a pump and a solenoid valve can be interposed or the reservoir can be designed as a double-walled plastic bag, in which the outer envelope can be pressurized by compressed air and thereby the printing ink of the inner bag is squeezed out under pressure.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Druckkopf 10 ähnlich wie bei dem Ausführungsbei spiel der Fig. 1 und 2 aufgebaut. Die Zuführung der Druck luft und der Druckfarbe ist jedoch vertauscht. Druckluft von z. B. 1 bis 2 bar wird über ein Magnetventil 21 in die miteinander verbundenen Hohlräume 15 geleitet und strömt von dort über die Düsenöffnungen 14 aus. Das Magnetventil 21 öffnet kurz vor Schreibbeginn und die Druckluft strömt während des gesamten Schreibvorgangs kontinuierlich aus. Druckfarbe wird aus einem Vorratsbehälter 12 über eine Pum pe 22 mit einem Druck von z. B. 0,3 bis 1 bar in eine Farb kammer 23 gepreßt, die mit allen Düsenkörpern 16 in Ver bindung steht. Die Düsenkörper 16 sind hierbei als Nadel ventile mit Öffnungen von z. B. 1 mm ausgebildet. Die Nadeln 24 der Nadelventile werden elektrisch betätigt, können je doch auch durch kleine Pneumatikzylinder betätigt werden. Wenn die Steuerelektronik die Nadelventile öffnet, werden bestimmte Mengen der Druckfarbe in den aus den Düsenöffnun gen 14 ausströmenden Luftstrom injiziert und in diesem zer stäubt. Genauso wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 wird daher ein Druckfarbenwölkchen erzeugt, das sich auf dem vorbeibewegten Gegenstand als Punkt niederschlägt.In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the print head 10 is constructed similarly to the game in Ausführungsbei of FIGS. 1 and 2. The supply of compressed air and the ink is reversed. Compressed air from z. B. 1 to 2 bar is passed via a solenoid valve 21 into the interconnected cavities 15 and flows from there through the nozzle openings 14 . The solenoid valve 21 opens shortly before the start of writing and the compressed air flows out continuously during the entire writing process. Printing ink is from a reservoir 12 via a Pum pe 22 with a pressure of z. B. 0.3 to 1 bar in a color chamber 23 , which is in connection with all nozzle bodies 16 in United. The nozzle body 16 are here as needle valves with openings of z. B. 1 mm. The needles 24 of the needle valves are actuated electrically, but can also be actuated by small pneumatic cylinders. When the control electronics opens the needle valves, certain amounts of the printing ink are injected into the air stream flowing out of the nozzle openings 14 and atomized therein. Just as in the embodiment of FIGS. 1 and 2, a cloud of printing ink is therefore generated, which is reflected as a dot on the moving object.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem Vollfarben-Druckkopf 10, der mittels Mischung aus den drei Grundfarben Gelb, Blau und Rot das volle Farbspektrum her stellen und somit Schriften mit verschiedensten Farben er zeugen kann. Der Druckkopf 10 besteht wiederum aus sieben gleichen Farbspritzdüsen 11 im Abstand von z. B. 10 mm. Eine Farbspritzdüse 11 ist in Fig. 6 im Schnitt dargestellt. Jede Farbspritzdüse 11 weist einen zentralen Kanal 30 auf. Um diesen herum sind konzentrische Ringkanäle 31, 32 und 33 angeordnet, die zur Düsenöffnung 14 (z. B. 3 mm Durchmesser) hin zusammenlaufen. Dem äußeren Kanal 33 wird über ein Magnetventil 20 Druckluft von z. B. 1 bis 2 bar zugeführt. Der zentrale Kanal 30 und die beiden inneren Ringkanäle 31 und 32 werden über Magnetventile 21a, 21b und 21c mit unterschiedlichen Druckfarben beaufschlagt. Der Druck (z. B. 0 bis 1 bar) wird hierbei durch elektrisch steuerbare Pumpen 22a, 22b und 22c erzeugt, wobei die abzugebende Menge der Druckfarben durch den Pumpendruck gesteuert wird. Die Öff nungszeit der Magnetventile 21a, 21b und 21c bestimmt wie derum die Längsabmessung des erzeugten Punktes bzw. die Strichlänge. Für einen Punkt beträgt die Öffnungszeit z. B. 0,3 bis 1 ms. Die Leitung für die gelbe Druckfarbe beinhal tet zusätzlich eine Rückführleitung 34 mit einer Drossel 35, so daß die Pumpe 22c zugleich den gelben Farbstoff umwälzt und somit für die gelbe Druckfarbe ein pigmentierter Farb stoff verwendet werden kann. Durch das Umwälzen wird ein Ab setzen der Pigmente verhindert. Anstelle von verschiedenfar bigen Druckfarben können mit dem in Fig. 6 gezeigten Druck kopf 10 auch Mehrkomponenten-Druckfarben verarbeitet werden. Die einzelnen Komponenten werden getrennt in den Luftstrom injiziert und mischen sich und reagieren miteinander außer halb der Farbspritzdüse. Dadurch wird eine sehr kurze Trock nungszeit erreicht. FIGS. 5 and 6 show an embodiment with a full-color print head 10 which by means of mixture of the three primary colors yellow, blue and red filters the full color spectrum ago and he can thus attest fonts with different colors. The print head 10 in turn consists of seven identical paint spray nozzles 11 at a distance of z. B. 10 mm. A paint spray nozzle 11 is shown in section in FIG. 6. Each paint spray nozzle 11 has a central channel 30 . Around this concentric ring channels 31 , 32 and 33 are arranged, which converge towards the nozzle opening 14 (z. B. 3 mm diameter). The outer channel 33 is for a solenoid valve 20 of the compressed air. B. 1 to 2 bar supplied. The central channel 30 and the two inner ring channels 31 and 32 are supplied with different printing inks via solenoid valves 21 a, 21 b and 21 c. The pressure (for example 0 to 1 bar) is generated here by electrically controllable pumps 22 a, 22 b and 22 c, the amount of printing inks to be dispensed being controlled by the pump pressure. The opening time of the solenoid valves 21 a, 21 b and 21 c again determines the longitudinal dimension of the point generated or the line length. For one point the opening time is z. B. 0.3 to 1 ms. The line for the yellow ink also includes a return line 34 with a throttle 35 , so that the pump 22 c at the same time circulates the yellow dye and thus a pigmented dye can be used for the yellow ink. The circulation prevents the pigments from settling. Instead of different color printing inks, multi-component printing inks can also be processed with the printing head 10 shown in FIG. 6. The individual components are separately injected into the air flow and mix and react with one another outside of the paint spray nozzle. This ensures a very short drying time.
Alle Druckköpfe der vorausgehenden Ausführungsbeispiele können zur Erzeugung kleinerer Punktgrößen mit Zusatzein richtungen versehen werden, die den Luftstrahl formen oder fokussieren.All printheads of the previous embodiments can be used to generate smaller point sizes directions are provided that shape the air jet or focus.
In Fig. 7 ist auf die Düsenöffnung 14 eine sich nach vorne konisch verjüngende Kappe 36 aufgesetzt, bei der durch seitliche Lufteintrittslöcher 37 Fremdluft angesaugt wird, die den austretenden Luftstrahl mit der darin zerstäubten Druckfarbe weiter bündelt.In Fig. 7, a conically tapering cap 36 is placed on the nozzle opening 14 , in which external air is sucked in through lateral air inlet holes 37 , which further bundles the emerging air jet with the ink atomized therein.
In Fig. 8 ist eine Düsenöffnung gezeigt, bei der der Gas strahl durch innerhalb der Farbspritzdüse angeordnete Drall körper 38 zunächst in Drehung versetzt wird, um eine bessere Zerstäubung der Druckfarbe zu erreichen. Die dabei wirksam werdende Zentrifugalkraft bedeutet jedoch ein schnelleres Auseinanderstreben des Gasstrahls und dadurch einen größeren Streuwinkel für das Druckfarbenwölkchen. Dies ist im allge meinen nicht erwünscht, da sich dann selbst bei kleinen Abstandsänderungen zwischen Druckkopf und zu bedruckendem Gegenstand große Unterschiede im Durchmesser der Druckpunkte ergeben. Dies wird bei dem Farbspritzkopf von Fig. 8 durch eine zusätzliche Steuerluft-Düse 39 verhindert, die ring förmig um die Düsenöffnung 14 angeordnet ist. Die Austritts öffnung der Steuerluft-Düse 39 verjüngt sich dabei, so daß die Steuerluft eine fokussierende Wirkung hat.In Fig. 8, a nozzle opening is shown, in which the gas jet is initially rotated by swirl body 38 arranged within the paint spray nozzle in order to achieve better atomization of the printing ink. However, the centrifugal force that becomes effective means that the gas jet strives apart faster and thus a larger scattering angle for the ink cloud. This is generally not desirable, since then there are large differences in the diameter of the printing dots even with small changes in the distance between the print head and the object to be printed. This is prevented in the paint spray head of FIG. 8 by an additional control air nozzle 39 , which is arranged in a ring around the nozzle opening 14 . The outlet opening of the control air nozzle 39 tapers, so that the control air has a focusing effect.
Eine fokussierende Wirkung wird bei der in Fig. 9 gezeig ten Farbspritzdüse dadurch erreicht, daß die Druckfarbe auf ein positives Potential gelegt wird und damit bei der Zerstäubung positiv geladene Tröpfchen gebildet werden. Diese Tröpfchen lassen sich dann im freien Flug durch einen vor der Farbspritzdüse angeordneten, auf hohem positiven Potential liegenden Ring 40 fokussieren, der wie eine Feld linse für die Farbtröpfchen wirkt. Eine solche Feldlinse läßt sich in besonders vorteilhafter Weise durch sogenannte Quadrupole realisieren, die als Zylinderlinsen wirken. Es werden mindestens zwei Quadrupole hintereinandergeschaltet, um die Tröpfchen zunächst durch den ersten Quadrupol in der Y-Richtung und dann durch den zweiten Quadrupol in der Z-Richtung zu fokussieren.A focusing effect is achieved in the ink spray nozzle shown in FIG. 9 in that the printing ink is set to a positive potential and thus positively charged droplets are formed during atomization. These droplets can then be focused in free flight by means of a ring 40 which is arranged in front of the paint spray nozzle and is at a high positive potential and acts like a field lens for the paint droplets. Such a field lens can be realized in a particularly advantageous manner by so-called quadrupoles, which act as cylindrical lenses. At least two quadrupoles are connected in series in order to focus the droplets first through the first quadrupole in the Y direction and then through the second quadrupole in the Z direction.
Durch eine solche elektrostatische Fokussierung wird der Aufbau des Druckkopfes vereinfacht, wie in Fig. 10 gezeigt. Es besteht dabei der zusätzliche Vorteil, daß sowohl der Lufteintritt als auch die Druckfarbenzuführung und die Düse selbst relativ großen Querschnitt haben können, so daß keine Verstopfungsgefahr besteht.Such an electrostatic focusing simplifies the construction of the printhead, as shown in FIG. 10. There is the additional advantage that both the air inlet and the ink supply and the nozzle itself can have a relatively large cross section, so that there is no risk of clogging.
Der in Fig. 10 gezeigte Druckkopf 10 weist sieben im Abstand von ca. 2 mm übereinander angeordnete Farbspritzdüsen 11 auf. Der Durchmesser der Düsenöffnungen 14 liegt in der Größen ordnung von 1 mm und mündet in einen elektrostatischen Kollimierungskanal 41 von 10 bis 20 mm Länge und etwa 1,5 mm Durchmesser (die Abbildung von Fig. 10 ist nicht maß stabsgetreu). Die Innenflächen der Kollimierungskanäle 41 sind durch einen Teflon®-Überzug gegen elektrischen Über schlag geschützt. Die Zerstäubung findet als Innenmischung in einem Düsenrohr 42 statt, in das tangential der Gasstrahl in die axial zugeführte Druckfarbe einschießt. Umgekehrt be steht auch die Möglichkeit, die Druckfarbe tangential in den axialen Gasstrom einzuleiten. Die Gas- oder Luftzuführung wird wiederum gemeinsam für alle Farbspritzdüsen 11 über ein Magnetventil gesteuert, während die Druckfarbenzuführung über schnelle Magnetventile für jede Farbspritzdüse 11 ein zeln ansteuerbar ist. Der Luftdruck liegt im Bereich von 1 bis 2 bar und die Druckfarbe wird mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1 bar zugeführt. Mit einem Druckkopf nach Fig. 10 lassen sich sehr kleine Schriften mit gut kollimierten Punkten herstellen. Durch Schrägstellung des Druckkopfes und zeitverzögerte Ansteuerung der Farbspritzdüsen kann die Schriftgröße nochmals entsprechend dem Kosinus des Winkels der Schrägstellung zur Bewegungsrichtung des zu bedrucken den Gegenstandes verkleinert werden.The print head 10 shown in Fig. 10 has seven to a distance of about 2 mm superimposed paint spray nozzles 11. The diameter of the nozzle openings 14 is in the order of 1 mm and opens into an electrostatic collimation channel 41 of 10 to 20 mm in length and about 1.5 mm in diameter (the illustration of FIG. 10 is not to scale). The inner surfaces of the collimation channels 41 are protected against electrical flashover by a Teflon® coating. The atomization takes place as an internal mixture in a nozzle tube 42 , into which the gas jet tangentially shoots into the axially supplied printing ink. Conversely, there is also the possibility of introducing the printing ink tangentially into the axial gas flow. The gas or air supply is in turn controlled jointly for all paint spray nozzles 11 via a solenoid valve, while the ink supply can be controlled individually for each paint spray nozzle 11 via fast solenoid valves. The air pressure is in the range of 1 to 2 bar and the printing ink is supplied at a pressure in the range of 0.5 to 1 bar. With a print head of FIG. 10 is very small fonts with well-collimated points can be produced. By tilting the print head and delaying the activation of the paint spray nozzles, the font size can be reduced again in accordance with the cosine of the angle of the tilt to the direction of movement of the object to be printed.
Fig. 11 zeigt einen Druckkopf 10 ähnlich dem von Fig. 1. Zur Verkleinerung des Schriftbildes ist vor dem Druckkopf 10 ein Düsenvorsatz 43 angeordnet, in dem die Düsenöffnungen 14 in Kanälen 44 weitergeführt sind. Die Kanäle der einzelnen Farbspritzdüsen 11 laufen dabei aufeinander zu, so daß an der Vorderseite des Düsenvorsatzes 43 der Abstand der einzel nen Kanäle 44 nur noch etwa die Hälfte des Abstandes der Dü senöffnungen 14 in dem Druckkopf 10 ist. FIG. 11 shows a print head 10 similar to that of FIG. 1. In order to reduce the typeface, a nozzle attachment 43 is arranged in front of the print head 10 , in which the nozzle openings 14 are continued in channels 44 . The channels of the individual spray nozzles 11 run towards each other so that at the front of the nozzle attachment 43 the distance between the individual channels 44 is only about half the distance between the nozzle openings 14 in the print head 10 .
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