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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Druckvorrichtung, die
durch Sprühen
von Tinte auf einen Träger
entweder mit „offener", d. h. saugfähiger Oberfläche, wie
beispielsweise Papier oder Karton, oder mit „geschlossener", d. h. nicht saugfähiger Oberfläche, wie
beispielsweise bestimmte Kunststoffe oder Glas, arbeitet. Das Prinzip
dieser sogenannten Tintenstrahl-Technologie
besteht darin, kleine Tintentröpfchen
in einem Motiv auf Matrixgrundlage auf den Träger zu sprühen, um Zeichen oder Graphiken
aufgrund von digitalen Daten zu drucken.
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Dieses
Druckprinzip wird seit ungefähr
den siebziger Jahren in schwarz-weiß angewandt und seit den achtziger
Jahren für
den Farbdruck. Anwendungen bestehen insbesondere im Bereich des
Druckens mit sehr hoher Geschwindigkeit, der preisgünstigen
Farbdrucker für
Personalcomputer oder dem industriellen Drucken auf verschiedene
Druckträger.
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Drucken auf beliebige
Träger, „offene" oder „geschlossene", beispielsweise
durch eine Maschine zur Personalisierung von Kunststoffkarten oder
anderer tragbarer Gegenstände,
es versteht sich aber von selbst, dass eine derartige Erfindung
auch in zahlreichen anderen Fällen
angewandt werden kann.
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Im
Fall des Druckens durch Industrie-Maschinen erfolgt der Druck durch
einen Druckkopf, der eine oder mehrere Druckdüsen aufweist, die elektronisch
gesteuert werden und aus einem Behälter mit Tinte in flüssiger Form
versorgt werden. Diese Düsen können nach
einem Prinzip von „Tropfen
(oder Punkt) auf Anforderung" – englisch „Drop or
Dot On Demand" – arbeiten,
wobei diese Tropfen beispielsweise durch den piezoelektrischen Effekt
ausgelöst werden.
Andere Systeme arbeiten nach dem Prinzip des „abgelenkten Strahls", nach dem ein Tintenstrahl laufend
in Richtung des Trägers
gespritzt wird und elektrisch geladene Elektroden diesen Strahl
außerhalb
der Zeitpunkte, in denen der Druck eines Tropfens angefordert wird,
in einen Tropfenfänger
ablenken. Die nicht verwendete Tinte wird gesammelt und in den Tintenbehälter zurückgeleitet.
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Diese
Teile sind in einem Druckmodul vereinigt, das sich oberhalb des
Druckträgers
derart bewegt, dass die gesamte gewünschte Druckoberfläche abgedeckt
wird, während
es mit einem feststehenden Steuerrahmen verbunden ist. Diese Einheit kann
eine der Stationen einer Maschine oder einer Reihe von Maschinen
zur Herstellung oder Personalisierung von Kunststoffkarten oder
anderen tragbaren Gegenständen
darstellen.
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Bei
Maschinen, die dafür
vorgesehen sind, mit großer
Geschwindigkeit zu arbeiten, beispielsweise über 2000 Karten pro Stunde,
erfolgen die Verschiebungen des Druckmoduls mit ausreichend großer Geschwindigkeit,
dass die flüssige
Tinte, die sich im Behälter
befindet, erhebliche Wellen oder Bewegungen aufweist. Derartige
Bewegungen können
die Ursache zahlreicher Nachteile sein: Schwankungen des Tintenstandes,
also des Druckes und also der Größe der Tintentropfen,
die auf den Träger
gesetzt werden, Blasenbildung im Reservoir, Fehlen von Tinte am
Anfang der Austrittsleitung, auch wenn der Behälter nicht leer ist, Schwierigkeiten,
eine verlässliche Messung
des Tintenniveaus im Behälter
auszuführen.
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US 5 489 925 A zeigt
eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung, die einen Hauptbehälter umfasst
und ein Druckmodul, das einen mitgeführten Behälter enthält.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einem oder mehreren Nachteilen
der bekannten Technik Abhilfe zu schaffen.
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So
schlägt
die Erfindung eine digitale Druckvorrichtung für Druckträger mit offener oder geschlossener
Oberfläche
nach dem Drop-on-Demand-Tintenstrahlverfahren vor, wie sie im Patentanspruch
1 beschrieben wird.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zur Erzeugung eines Luftüberdruckes im mitgeführten Tintenbehälter zur
Reinigung der Düsen)
des Druckkopfes aufweist.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist der von den Regulierungsmitteln verwendete
Sensor ein berührungsfreier
Sensor, der das Niveau ohne Berührung
mit der Tinte durch die Wände
des mitgeführten Behälters misst,
wobei der genannte Sensor mit Mitteln zur Unterbrechung des Tintenstromes
verbunden ist, die das Eintreten von Tinte in den mitgeführten Behälter unterbrechen,
wobei diese Unterbrechungsmittel durch eine Schaltung gesteuert
werden, die vom berührungsfreien
Sensor die Informationen über
das Niveau empfängt,
um das Tintenniveau im mitgeführten
Behälter
zu regulieren.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die aktiven Regulierungsmittel des Luftunterdruckes aus einem Pneumatikkreis
bestehen, der Mittel zur Messung der Stärke des Unterdruckes aufweist
und Mittel zur Unterdruckerzeugung, und dessen Unterdruck durch eine
elektronische Schaltung in Abhängigkeit
von den Informationen geregelt wird, die vom Niveausensor stammen,
den Steuerinformationen eines Speisemagnetventils des Tintenkreislaufes
und den Steuerinformationen eines Magnetventils des Luftkreislaufes.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Unterdruckerzeugung mit dem Venturieffekt arbeiten.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Unterdruckerzeugung eine regulierte Vakuumpumpe umfassen.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckmodul einen sogenannten Pufferbehälter aufweist, der eine gewisse
Luftmenge unter Überdruck
oder Unterdruck bereithalten kann, wobei dieser Pufferbehälter die
Druckschwankungen abschwächt,
die im Pneumatikkreis auftreten.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass der mitgeführte
Behälter
einen Vorratsraum bildet, der mehrere Trennelemente aufweist, die
diesen Vorratsraum in mehrere Bereiche über die ganze oder einen Teil der
Höhe des
Behälters
teilen, wobei diese Bereiche einen horizontalen Querschnitt in der
Größenordnung
eines cm2 aufweisen, um die Bewegung der Tinte
zu begrenzen.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennelemente mehrere einander kreuzende, vertikale Wände umfassen.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass in der Reinigungsphase der Düsen eine weiche Klinge in Berührung mit
der Seite des Kopfes gebracht wird, die mit den Düsen versehen
ist, und Verschiebungsmittel die relative Verschiebung des Kopfes
gegenüber
der weichen Klinge sicherstellen, um die Düsenplatte abzuwischen.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass ein Druckmodul relativ zu einem feststehenden Steuerrahmen beweglich
ist und mindestens ein großer
Teil der Druckluft, die im Druckmodul verwendet wird, durch mindestens
eine flexible Leitung, die ausreichend lang ist, um die Verschiebungen
des Druckmoduls zuzulassen, aus dem Steuerrahmen stammt.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Wand des Tintenbehälters
eine Verdünnung
in Höhe
des Sensors aufweist, die eine bessere Funktionsfähigkeit
des Sensors des Tintenniveaus durch diese Verdünnung hindurch ermöglicht,
wobei die Verdünnung derart
ist, dass die Dicke der Wand in dieser Höhe geringer ist, als 1 mm.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Druckkopf mehrere Druckdüsen trägt, die in einer Reihe angeordnet
sind, die einen Neigungswinkel mit einer zur Verschiebungsrichtung
dieses Kopfes relativ zum Druckträger senkrechten Ebene einschließt, und
dadurch, dass er Mittel zur Einstellung dieses Neigungswinkels umfasst,
wobei diese Einstellmittel mehrere voreingestellte Stellungen bestimmen,
die einen Übergang
von einer zur anderen erlauben, ohne Notwendigkeit einer zusätzlichen
Einstellung des Neigungswinkels und ohne Änderung der Einstellung dieser
voreingestellten Stellungen.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die verschiedenen voreingestellten Stellungen Winkelstellungen entsprechen,
die bei einer gegebenen Beabstandung der Druckdüsen auf dem Druckkopf ein Drucken
mit vorher durch die Änderung
der Beabstandung der auf den Druckträger gedruckten Punkte festgelegten Auflösungen erlau ben,
wobei diese Beabstandung sich mit der Vergrößerung des Neigungswinkels
verringert.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschiebungsmittel mindestens eine sogenannte Reinigungsklinge
verschieben, die in ein Lösungsmittel getaucht
worden oder über
einen absorbierenden Filz gewischt worden sein kann, bevor sie über den Druckkopf
streicht, und die Verschiebungsmittel verschieben mindestens eine
andere, sogenannte Trocknungsklinge, die die Außenfläche des Druckkopfes nach dem
Durchgang der Reinigungsklinge überstreicht.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass sie ein sogenanntes Steuerungs-Datenverarbeitungssystem umfasst,
das Informationen von mindestens einem Tintenniveausensor oder einem
Drucksensor oder beiden empfängt
und die Mittel zur Regulierung des Druckes der Druckluftversorgung
oder die Unterbrechungsmittel oder die Verteilungsmittel oder die
Antirückflussmittel
oder eine Kombination dieser Teile über mindestens eine elektronische
Schnittstelle steuert.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckmodul eine elektronische Schnittstelle umfasst, die über eine
serielle Verbindung mit dem Steuerungssystem kommuniziert.
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Nach
einem besonderen Merkmal ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen Ausblastrog umfasst, der dem Kopf gegenüber angeordnet
wird, um die Tinte aufzunehmen, die bei den Ausblasvorgängen aus
dem Kopf abgegeben wird.
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Die
Erfindung mit ihren Merkmalen und Vorteilen wird deutlicher aus
der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervorgehen.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ausführungsform;
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2 eine
Seitenansicht in Vertikalschnitt eines mitgeführten Tintenbehälters der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Ausführungsform;
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3a und 3b eine
Draufsicht im Horizontalschnitt eines mitgeführten Tintenbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Ausführungsform,
die eine Einrichtung gegen Wellenbildung in Form gekreuzter bzw.
wabenförmiger
Trennwände umfasst;
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4 eine
seitliche Schnittansicht einer Reinigungsstation der erfindungsgemäßen Vorrichtung in
einer Ausführungsform;
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5 eine
Draufsicht der Stellungen der Druckdüsen relativ zum Druckträger bei
einem Durchgang eines Druckkopfes bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Ausführungsform;
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6 und 7 eine
Teilansicht in seitlichem Schnitt und im Schnitt von unten des Teils
des Druckmoduls, das den Druckkopf trägt.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf eine Druckvorrichtung für Chipkarten
durch ein Verfahren, das in einer Drop-on-Demand-Weise arbeitet, kann aber auch
ganz oder teilweise in einer Vorrichtung angewandt werden, die mit
einem „abgelenkten Strahl" arbeitet oder nach
anderen Arbeitsweisen, sowie auf einem beliebigen anderen Druckträger, entweder
mit „offener" oder „geschlossener" Oberfläche.
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In
einer Ausführungsform
besteht die erfindungsgemäße Druckvorrichtung
aus einem feststehenden Teil, der Steuerrahmen (2) genannt
wird, und einem beweglichen Teil, der Druckmodul (1) vom Drop-on-Demand-Tintenstrahl-Typ
genannt wird, das in be kannter Weise gesteuert wird und einen oder mehrere
Druckköpfe
(14) trägt.
Jeder Druckkopf trägt eine
oder mehrere Druckdüsen
(141) bekannter Art, die entsprechend einer Matrixfigur
verteilt sind, die beispielsweise 128 oder 500 Düsen auf einer Breite von einigen
Zentimetern umfassen kann.
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In
einer anderen Ausführungsform
(nicht dargestellt) bewegt sich der Druckträger während des Druckens, während das
Druckmodul unbeweglich ist.
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Die
Anordnung kann in eine Produktions- oder Personalisationskette integriert
sein und dafür programmiert
sein, Texte oder Bilder auf einen Druckträger (5) mit „offener" oder „geschlossener" Oberfläche zu drucken,
der beispielsweise aus einer Kunststoffkarte besteht oder einem
beliebigen anderen tragbaren Gegenstand, der durch einen Förderer vor den
Steuerrahmen (2) oder unter das Druckmodul (1) transportiert
wird. Jedesmal, wenn sich ein neuer Träger an der Stelle befindet,
führt das
Druckmodul einen oder mehrere Durchgänge aus, je nach der zu bedruckenden
Fläche
und der Breite des Druckkopfes. Die Düsen werden elektronisch und
einzeln gesteuert, um Tintentropfen auf den Träger zu sprühen und also Marken beispielsweise
in Form von Punkten zu drucken, in dem Maße, wie sich das Modul oberhalb
des Trägers
verschiebt oder der Träger
unter dem Modul und in Abhängigkeit
von dieser Verschiebung.
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Je
nach den Anwendungen ist es möglich, die
Vorrichtung mit einer oder mehreren Druckmodulen auszustatten, die
aneinander anschließend
oder überlappend
in einer oder mehreren Farben drucken können.
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Je
nach den Anwendungen ist ebenfalls möglich, ein Druckmodul mit einem
oder mehreren Köpfen
auszustatten, die derart relativ zueinander angeordnet sind, dass
sie aneinander anschließend oder überlappend
in einer oder mehreren Farben drucken können.
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Je
nach den Anwendungen ist ebenfalls möglich, jeden Druckkopf mit
einem oder mehreren mitgeführten
Behältern
zu verbinden, beispielsweise um einen Behälter ohne lange Unterbrechung
des Druckens ersetzen oder reinigen zu können.
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Je
nach den Anwendungen ist ebenfalls möglich, jeden Behälter mit
einem oder mehreren Druckköpfen
zu verbinden, beispielsweise um die mit jeder Farbe ausführbare Druckbreite
zu erhöhen.
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Die
vorliegende Beschreibung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die
ein einziges Druckmodul (1) aufweist, das einen einzigen
mitgeführten
Tintenbehälter
(13) und einen einzigen Druckkopf trägt, ihre Merkmale sind jedoch
auf andere Kombinationen dieser Elemente anwendbar, ohne sich vom
Geist der Erfindung zu entfernen. Ebenso sind die verschiedenen
Funktionen der Vorrichtung als von ein und demselben Steuerungs-Datenverarbeitungssystem
(3) gesteuert beschrieben, das eine elektronische Schnittstelle
(31) verwendet, die sich im Druckmodul (1) befindet,
sie können
aber ebensogut durch mehrere verschiedene Systeme oder Schnittstellen
verwaltet werden oder eine Kombination dieser Teile, ohne sich vom
Geist der Erfindung zu entfernen.
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Der
Druckkopf (14) verwendet Druckdüsen (141), die dank
eines piezoelektrischen Betätigungsmittel
einen Tintentropfen auf Anforderung sprühen. Bei einer derartigen Arbeitsweise
wird der Behälter flüssiger Tinte,
der den Druckkopf versorgt, gegenüber dem Umgebungsdruck unter
leichtem Unterdruck gehalten, so dass die Düsen keine Tinte ohne Anweisung
des Betätigungsmittels
austreten lassen. Zur Reinigung der Düsen vor einer längeren Betriebsunterbrechung
jedoch oder um sie im Fall einer Störung zu befreien, kann der
Behälter
einem Überdruck
ausgesetzt werden, beispielsweise in der Größenordnung von 0,5 Bar.
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In
einer in 1 dargestellten Ausführungsform
wird der Druckkopf (14) von einem mitgeführten Behälter (13)
mit Tinte versorgt. Dieser mitgeführte Behälter wird über eine flexible Leitung (c20)
aus einem Hauptbehälter
(23) versorgt, der durch eine Druckluftquelle (A) bekannter
Art über
einen Druckregler (21c) unter Druck gesetzt wird, wobei
sich dieser Hauptbehälter
(23) im Steuerrahmen (2) befindet und mit einem
Niveausensor (28) ausgestattet ist, der mit dem Steuerungssystem
(3) verbunden ist, um eine Niveauinformation abzugeben.
Das Tintenniveau im mitgeführten
Behälter
(13) wird über
die elektronische Schnittstelle (31) durch das Steuerungssystem
(3) reguliert, indem es auf Unterbrechungsmittel (17)
einwirkt, die ein Magnetventil umfassen, das den Tintendurchlauf
vor dem genannten mitgeführten
Behälter
(13) schließt.
Diese Regulierung erfolgt aufgrund der Informationen, die von mindestens
einem berührungsfreien
kapazitiven Sensor des Tintenniveaus (18) geliefert werden,
der sich auf dem mitgeführten
Behälter
(13) befindet.
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In
einer Ausführungsform
versorgt eine Druckluftquelle (A) einen Teil des Pneumatikkreises, der
sich im Steuerrahmen (2) befindet, über Regelmittel (21a, 21b),
beispielsweise Druckregler, die in Verbindung mit Mitteln zur Druckmessung
(22a, 22b) durch das Steuerungssystem (3)
gesteuert werden.
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Diese
Mittel zur Druckmessung (22a, 22b) können Druckhalter
enthalten, die direkt oder indirekt die Druckregelmittel (21a, 21b) betätigen, die
aus Druckreglern bestehen können.
Diese Mittel zur Druckmessung können
auch einfache Sensoren sein, die dem Steuerungssystem (3)
einen Wert übermitteln,
das die Regelmittel (21a, 21b) betätigt.
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Diese
Mittel werden derart gesteuert, dass sie eine Menge Druckluft mit
einem bestimmten Druck über
eine erste Leitung (c10a) und eine zweite Leitung (c10b) an das
Druckmodul (1) abzugeben, wobei die Drücke und Durchflussmengen in
diesen beiden Leitungen unterschiedlich sein können.
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Die
erste Leitung (c10b), die aus dem Steuerrahmen (2) kommt,
versorgt einen Venturi-Effekt-Unterdruckerzeuger (12) bekannter
Art, der sich im Druckmodul (1) befindet, mit regulierter
Druckluft und dieser Unterdruckerzeuger (12) setzt einen
Teil (c12) des Pneumatikkreises (c1) in diesem Druckmodul unter
leichten Unterdruck.
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Das
Druckmodul (1) umfasst Verteilungsmittel (15),
wie ein Magnetventil, die vom Steuerungssystem (3) mit
Hilfe der elektronischen Schnittstelle (31) gesteuert werden.
Je nach Bedarf verbinden diese Verteilungsmittel den mitgeführten Behälter (13) mit
entweder dem Teil (c12) des Pneumatikkreises, der sich unter Unterdruck
befindet, oder dem Teil unter Überdruck
(c13), der sich im Druckmodul befindet und der durch die zweite
flexible Leitung (c10b), die aus dem Steuerrahmen (2) kommt,
mit regulierter Druckluft versorgt wird.
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Ein
Datenverarbeitungssystem (3) verwendet die Informationen,
die von den verschiedenen Drucksensoren oder Druckhaltern stammen
und steuert die Druckregler derart, dass im mitgeführten Behälter (13)
außerhalb
der Reinigungsphasen der Köpfe
ein Unterdruck besteht, dessen Wert derart berechnet worden ist, dass
er ausreicht, um die Tinte in den Düsen zu normalen Zeiten zurückhalten,
ohne ihre Abgabe durch das piezoelektrische Betätigungsmittel zu verhindern.
Um sich von den Luftdruckschwankungen der Atmosphäre zu befreien
und die Regulierungen zu vermeiden, die sich daraus ergeben könnten, kann
das Steuerungssystem (3) derart programmiert werden, dass
es einen Unterdruck im mitgeführten
Behälter
(13) aufrechterhält,
so dass der Druckunterschied zwischen Innerem und Äußerem des
genannten Behälters
auf einen bekannten und unabhängigen
Wert des Tintenniveaus stabilisiert wird.
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Die
Stabilisierung dieses Druckunterschiedes erlaubt es zu erreichen,
dass die Größe der Tropfen
und also der gedruckten Punkte regelmäßig und voraussagbar ist, was
wichtig ist, um Qualität
und Regelmäßigkeit
im Druck zu erlangen, sowohl über
längere
Zeit, als auch bei Wechseln des Trägers oder der Art des Trägers, beispielsweise
zwischen „offen" und „geschlossen".
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Der
Pneumatikkreis im Druckmodul (1) umfasst Antirückflussmittel
(16), wie ein oder mehrere gesteuerte Ventile oder ein
oder mehrere Klappenventile oder eine Kombination dieser Teile.
Diese Teile bekannter Art sind derart eingerichtet oder gesteuert,
dass sie den Luftzutritt des mitgeführten Tintenbehälters (13)
im Fall eines Druckverlustes aufgrund einer Störung hermetisch sperren.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Pneumatikkreis im Druckmodul (1) einen Pufferbehälter (11),
der sich zwischen den Verteilungsmitteln (15) und dem mitgeführten Behälter (13)
befindet. Dieser Behälter
kann eine gewisse Luftmenge unter Überdruck oder unter Unterdruck
enthalten und erlaubt so die Regularisierung der Druckbeträge im mitgeführten Tintenbehälter (13)
beispielsweise bei der Ankunft von Tinte oder im Fall von Unregelmäßigkeiten bei
der Versorgung des Druckmoduls (1) mit Druckluft oder bei
Druckschwankungen, die entweder durch den Abfall des Tintenniveaus
aufgrund des Verbrauchs auftreten oder durch das Ansteigen des Tintenniveaus
beim Füllen.
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Beispielsweise
und in einer Ausführungsform
liegt der Volumeninhalt des Pufferspeichers (11) in der
Größenordnung
von 25% des Innenvolumens des mitgeführten Tintenbehälters (13).
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In
der in 2 dargestellten Ausführungsform weist eine vertikale
Trennwand des mitgeführten
Behälters
(13) des Druckmoduls (1) in ihrem unteren Teil
eine Verdünnung
(131) aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff auf.
In dieser Verdünnung
und außerhalb
des Behälters
ist ein berührungsfreier,
beispielsweise kapazitiver elektronischer Sensor (18) bekannter
Art angeordnet, der elektronisch mit dem Steuerungssystem (3)
oder der elektronischen Schnittstelle (31) oder einer Kombination der
beiden verbunden ist. Durch eine Schwankung des Signals, das die
elektrische Kapazität
des Sensors darstellt, aufgrund von Anwesenheit oder Fehlen von
Flüssigkeit
auf der anderen Seite der Wand stellt das Steuerungssystem die Tatsache
fest, dass sich das Tintenniveau im mitgeführten Behälter (13) unterhalb
einer bestimmten Höhe
befindet, die der Stelle dieses Tintenniveausensors (18)
entspricht.
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Die
Verdünnung
(131) ist derart, dass die Wand des Behälters im Fall einer Wand aus
Nylon® oder
aus Delrin® eine
Dicke von ungefähr
1 mm aufweist.
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Diese
Information über
das Tintenniveau wird vom Steuerungssystem (3) verwendet,
beispielsweise zum Betätigen
der Öffnung
der Unterbrechungsmittel (17) und Zulassen des Tintenzuflusses in
den mitgeführten
Behälter
(13) aus dem Hauptbehälter
(23), sobald der Sensor nicht mehr ausreichend Tinte feststellt.
Beim Zufluss von Tinte in den Behälter kann so das Steuerungssystem
diesen Tintenzufluss unterbrechen, sobald der Sensor wieder das
Vorhandensein eines gewünschten
Tintenniveaus feststellt.
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Die
Häufigkeit
der Versorgungszyklen des mitgeführten
Tintenbehälters
(13) mit Tinte wird durch die Tatsache verringert, dass
es eine Hystereseschleife des Niveausensors (18) gibt,
und durch die Verwendung einer Zeitverzögerung bei der Berücksichtigung
der Informationen des Sensors, beispielsweise von 0,5 s, um zu vermeiden,
Niveauschwankungen aufgrund von Wellen im Behälter zu berücksichtigen.
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Aufgrund
seiner Anordnung außerhalb
des Behälters
führt das
Vorhandensein dieses Tintenniveausensors (18) zu keinerlei
Problem von Undichtheit oder Tintenverschmutzung und ist er leicht
zu reinigen; und aufgrund seiner erwärmungsfreien Arbeit verursacht
er keinerlei Beeinträchtigung
der Qualität der
in diesem Behälter
enthaltenen Tinte, insbesondere wenn die verwendete Tinte in bestimmten
Anwendungsfällen
gerade wegen ihrer Wärmeempfindlichkeit
ausgewählt
wurde.
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In
einer Ausführungsform
trägt der
Haupttintenbehälter
(23) des Steuerrahmens (2) einen Tintenniveausensor
(28) derselben Art. Dieser Sensor (28) ist elektronisch
mit dem Steuerungssystem (3) verbunden. Durch diesen Tintenniveausensor
(28) stellt das Steuerungssystem (3) die Tatsache
fest, dass sich das Tintenniveau im Hauptbehälter (23) unterhalb
einer bestimmten Höhe
befindet, die der Stelle dieses Tintenniveausensors (28)
entspricht. Diese Information wird vom Steuerungssystem (3)
verwendet, beispielsweise um einen menschlichen Bediener von der
Notwendigkeit eines baldigen Nachfüllens der Tinte in Kenntnis
zu setzen.
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Der
in den 2 und 3a dargestellte mitgeführte Tintenbehälter (13)
hat die Form eines quaderförmigen
Behälters,
dessen obere Öffnung durch
einen Deckel verschlossen ist, der mit Dichtungsmitteln, wie etwa
einer Gummidichtung (137) versehen ist.
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In
seinem unteren Teil weist der mitgeführte Tintenbehälter (13)
eine Tintenauslassöffnung
(139) auf, die mit dem Druckkopf (14) verbunden
ist und diesen mit Tinte versorgt.
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Der
obere Deckel weist eine Lufteintrittsöffnung (138) auf,
die mit dem Pneumatikkreis im Druckmodul (1) verbunden
ist. Diese Verbindung erlaubt es, den Innenraum des Behälters unter
Unterdruck bzw. unter Überdruck
zu setzen, je nach der Einstellung der Verteilungsmittel (15),
um einerseits den Druck der Tinte aufgrund der Schwerkraft zu kompensieren
und die Tinte in jeder Druckdüse
(141) des Druckkopfes (14) zwischen zwei Betätigungen der
Betätigungsmittel
der genannten Druckdüsen
zurückzuhalten
bzw. andererseits diesen Behälter
(13) oder die genannten Druckdüsen (141) oder die
Leitungen, die den Behälter
(13) in den Reinigungsphasen mit den Düsen verbinden, zu reinigen
oder freizumachen.
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Um
die Bewegung der Tinte im Inneren des mitgeführten Behälters (13) zu verringern,
ist der Innenraum des genannten Behälters durch Trennelemente (132)
in mehrere Bereiche (130) unterteilt, die aus gekreuzten
vertikalen Trennwänden
bestehen, wobei diese Trennwände
beispielsweise mit dem Behälter
geformt oder nachher eingefügtwerden.
Diese Trennwände
füllen
den Innenraum des Behälters über einen
großen
Teil seiner Höhe
aus, wobei sie einen Raum (133a) freilassen, der sich am
Boden dieses Behälters
befindet, und einen Raum (133b), der sich oben im Behälter befindet.
Auf diese Weise verhindern oder begrenzen diese Trennwände jegliche horizontale
Strömung
im Inneren des Behälters
während
dessen Bewegungen, außer
in seinem unteren Teil (133a), wo die Tinte zirkulieren
kann, um sich in der Gesamtheit der Bereiche (130) des
Innenraumes dieses mitgeführten
Behälters
(13) zu verteilen. Im oberen Teil des Behälters erlaubt
der Freiraum (133b) oberhalb der Trennelemente (132)
der Luft zu zirkulieren, um sich in der Gesamtheit der Bereiche (130)
des Innenraumes dieses mitgeführten
Behälters
(13) zu verteilen.
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Der
Anteil der Höhe
des Innenraumes des mitgeführten
Tintenbehälters
(13), der von den Trennelementen (132) belegt
wird, kann je nach den Anwendungen variieren. Beispielsweise und
in einer Ausführungsform
belegen die Trennelemente (132) mehr als 75% dieser Höhe. Je nach
den Anwendungen können
die Trennelemente (132) in verschiedenen Höhen Querbohrungen
aufweisen, die die Möglichkeiten
der Tintenzirkulation erhöhen.
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Die
von diesen Trennelementen (132) begrenzten Bereiche (130)
weisen in ihrem Querschnitt ausreichend geringe Abmessungen auf,
damit die Unterschiede des Tintenniveaus aufgrund der von den Bewegungen
des Behälters
verursachten Wellen unter einem gegebenen Wert liegen, beispielsweise 10
mm. In einer Ausführungsform
weisen die Trennwände,
die diese Trennelemente (132) bilden, untereinander einen
Abstand von ungefäfhr
6 mm auf.
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Der
obere Deckel weist ebenfalls eine Tinteneintrittsöffnung (135)
auf, die die Tinte unter Überdruck
durch eine flexible Leitung (c20) und die Mittel zur Unterbrechung
(17) des Tintenzuflusses aus dem Hauptbehälter (23)
des Steuerrahmens (2) erhält.
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Eine
derartige Wellenverhinderungsvorrichtung erlaubt die Anwendung hoher
Geschwindigkeiten der Bewegung des Kopfes (14) und damit
des Druckes, ohne dass es zu erheblichen Bewegungen oder Niveauschwankungen
im Behälter
kommt, was zu Abweichungen des statischen und dynamischen Druckes
zwischen den verschiedenen Düsen
(141) des Kopfes oder im Laufe der Zeit führen könnte und also
zu unregelmäßigen Größen der
Tropfen und der auf den Träger
gedruckten Punkte.
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In
der in 2 dargestellten Ausführungsform mündet die
Tinteneintrittsöffnung
(135) oberhalb einer geneigten Ebene, die in der inneren
Wand des mitgeführten
Tintenbehälters
(13) ausgebildet ist. Die Oberseite dieser geneigten Ebene
bildet eine Blasenauflösungsfläche (136),
auf der der Tintenstrom langsam fließt, bevor er den Vorratsraum
der Tinte (E) erreicht, die sich bereits im selben mitgeführten Behälter befindet.
Die Form, Neigung und Abmessungen dieser Blasenauflösungsfläche (136)
können je
nach den Anwendungen variieren und werden derart festgelegt, dass
eventuell in der Tinte bei ihrer Ankunft vorhandene Blasen sich
während
des Fließens des
Tintenstromes über
diese Blasenauflösungsfläche oder
bei ihrem Abfließen
von dieser Oberfläche in
den Vorratsraum des Behälters
auflösen
können. In
einer anderen Ausführungsform
(nicht dargestellt) kann sich die Tinteneintrittsöffnung (135)
im mitgeführten
Tintenbehälter
(13) in einer vertikalen Wand befinden und der Tintenstrom
kommt mit einer Blasenauflösungsfläche in Berührung, die
sich in derselben Wand oder diesem Tinteneinlass gegenüber befindet.
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In
einer anderen Ausführungsform
(nicht dargestellt) wird die Blasenauflösungsfläche (136) durch die
Peripheriefläche
eines im Wesentlichen zylindrischen Drahtes gebildet, der den Tinteneinlass
(135) mit einer Innenwand des mitgeführten Behälters (13) verbindet
oder mit einem Trennelement (132). Der Tinten strom trifft
auf den Draht, wenn er im Behälter ankommt,
und fließt
an dessen Oberfläche
entlang, bis er auf die Tinte (E) trifft, die sich bereits in diesem mitgeführten Behälter befindet.
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Der
mitgeführte
Tintenbehälter
(3) der 2 weist auf einer seiner Außenflächen eine
Ausnehmung auf, die durch einen Deckel (111) verschlossen ist,
der mit Dichtungsmitteln (112) versehen ist. Der Innenraum
dieser Ausnehmung ist über
eine Luftdurchlassöffnung
(113) an den Luftkreislauf des Druckmoduls (1)
angeschlossen und stellt einen Pufferbehälter (11) dar, der
es erlaubt, den Druck im Inneren mindestens eines Teils des genannten
Luftkreislaufs zu regularisieren.
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In
einer in 3b dargestellten Ausführungsform
bestehen die Trennelemente (132), die den Innenraum des
mitgeführten
Tintenbehälters (13)
unterteilen, im Wesentlichen aus einer wabenförmigen Struktur, deren Röhren vertikal
orientiert sind und einen Freiraum am Boden des Behälters ausbilden,
der eine Verteilung der Tinte zwischen den verschiedenen Röhren dieser
Struktur erlaubt. Je nach den Anwendungen kann die wabenförmige Struktur
in verschiedenen Höhen
Querbohrungen aufweisen, die die Möglichkeiten zur horizontalen
Zirkulation der Tinte erhöhen.
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In
einer in 4 dargestellten Ausführungsform
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Reinigungsstation (24) umfassen, in die der Druckkopf
auf Anweisung durch das Steuerungssystem (3) gebracht werden
kann, entweder durch Verschiebung des Druckmoduls (1),
oder durch Verschiebung der genannten Reinigungsstation (24),
oder durch eine Kombination der beiden.
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Die
Reinigungsstation (24) umfasst einen Ausblastrog (240),
der mit einem Auslass versehen ist, der die von den Druckdüsen (141)
bei der Anweisung zu einer Reinigung, beispielsweise zum Reinigen
oder Freimachen der genannten Druckdüsen, ausgestoßene Tinte
aufnimmt.
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Die
Reinigungsstation (24) umfasst einen ein Lösungsmittel
(S) enthaltenden Trog und ist mit einer ersten elastischen, drehbaren
sogenannten Reinigungsklinge (241) versehen. Auf Anweisung
vom Steuerungssystem (3) taucht diese Reinigungsklinge ins
Lösungsmittel
(S) und führt
dann eine Drehung aus, um die Außenfläche des Druckkopfes (14)
zu überstreichen,
beispielsweise um die Druckdüsen (141)
nach längerer
Nichtbenutzung freizumachen oder diese Düsen nach einem Ausblasen zu
reinigen.
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Die
Reinigungsstation (24) ist mit einer zweiten elastischen
sogenannten Trocknungsklinge (242) versehen. Auf Anweisung
vom Steuerungssystem (3) wischt diese Trocknungsklinge über die
Außenfläche des
Druckkopfes (14), beispielsweise um die Druckdüsen (141)
nach einem Durchgang der Reinigungsklinge (241) abzuwischen
oder zu trocknen. Diese Vorrichtung entfernt auch die Reste von
Verschmutzung, die vom vorangehenden Abstreifen stammen könnten.
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In
einer Ausführungsform
ist die Reinigungsstation (24) mit Hebemitteln (nicht dargestellt)
ausgestattet, beispielsweise in Form eines Mechanismus aus Zahnrad
und Zahnstange, die diese Reinigungsstation auf die Höhe der Verschiebungslinie
der Druckträger
bringt und eine Reinigung des Druckkopfes (14) ohne dessen
Demontage erlaubt.
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In
der in den 5, 6 und 7 dargestellten
Ausführungsform
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Druckkopf (14), dessen Druckdüsen (141) in einer
oder mehreren untereinander parallelen Reihen angeordnet sind, und
die Düsen
ein und derselben Reihe weisen einen entsprechend ihrer Anordnung
in der Reihe bestimmten Abstand (e1) voneinander auf.
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Um
die Druckauflösung ändern zu
können, ist
der Druckkopf (14) mit einem beweglichen Teil (192)
fest verbunden, das sich relativ zu einem feststehenden Teil (191)
dreht, das mit dem Druckmodul (1) fest verbunden ist, wobei
diese Drehung um eine Neigungsachse (d19) erfolgt, die auf der Ebene
des Druckträgers
(5) senkrecht steht.
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Der
Druckkopf (14) kann dann derart angeordnet sein, dass die
Reihen von Druckdüsen
(141) einen bestimmten Neigungswinkel (as), den sogenannten „slantage"-Winkel, mit einer
Ebene einschließen,
die in einer Druckphase auf der Richtung (d14) der relativen Verschiebung
dieses Druckkopfes (141) über dem Träger (5) senkrecht
steht. Auf diese Weise weisen die auf den Druckträger (5)
gedruckten Punkte (541) einen Abstand (e5) voneinander
auf, der kleiner ist, als der Abstand (e1), der zwischen den Druckdüsen (141)
besteht. Eine derartige Anordnung erlaubt so, die mit einem gegebenen
Druckkopf erreichbare Druckauflösung
zu erhöhen,
d. h. die Anzahl an auf einer gegebenen Länge oder Fläche gedruckten Punkten.
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Der
bewegliche Teil (192) des Kopfes weist eine konvexe, konische
Oberfläche
(196) auf, die mit einer komplementären konkaven Oberfläche (197) zusammenarbeitet,
die vom feststehenden Teil (191) getragen wird, um diesen
beweglichen, sich um die Neigungsachse (d19) drehenden Teil (192)
zu führen.
Der bewegliche Teil (192) weist ebenfalls einen Teil auf,
der eine Schulter (198) bildet, die dem Druckträger (5)
zugewandt ist. Auf dieser Schulter stützt sich eine innere Schulter
eines Ringes (193) ab, der den beweglichen Teil (192)
umgibt. Eine Drehung dieses Ringes (193) blockiert dann
den beweglichen Teil (192) durch Klemmen seiner konischen Oberfläche (196)
gegen die konische Oberfläche (197)
des feststehenden Teils (191) durch ein Gewinde, das dieser
Ring (193) trägt
und das mit einem Gewinde zusammenarbeitet, das vom selben feststehenden
Teil (191) getragen wird.
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Um
leicht in einer oder mehreren voreingestellten Winkelstellungen
eingestellt zu werden, weist der bewegliche Teil (192)
einen Nocken (194) auf, der eine oder mehrere Flanken (194a, 194c)
mit radial verlaufenden Oberflächen
aufweist, die mit einem oder mehreren Anschlagteilen (194b, 194d)
zusammenarbeiten, die mit dem feststehenden Teil (191) zusammenarbeiten,
um einen oder mehrere Anschläge
zu bilden. In Abhängigkeit
von der relativen Stellung der Flanken (194a, 194c)
zu den Anschlagsteilen (194b, 194d) sind so eine
oder mehrere voreingestellte Winkelstellungen auswählbar, indem
einfach der Ring (193) gelöst wird, bevor der bewegliche Teil
(192) bis zu einem der Anschläge gekippt wird, und dann der
Ring wieder angezogen wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist der bewegliche Teil (192) eine ringförmige Oberfläche (195)
auf, die im Wesentlichen die Form eines Scheibenteils senkrecht
zur Neigungsachse (d19) hat und auf seiner dem feststehenden Teil
(191) zugewandten Oberfläche eine oder mehrere Vertiefungen (195c)
aufweist. Auf diese ringförmige
Fläche
(195) wird eine Kugel (195a), die in einer mit
dem feststehenden Teil (191) verbundenen Blindbohrung gehalten
wird, unter der Einwirkung einer Feder (195b) gedrückt, die
in dieser Bohrung zusammengedrückt wird.
Bei einer Drehung des beweglichen Teils (192) relativ zum
feststehenden Teil (191) zentriert sich eine Kugel (195a)
einer Vertiefung (195c) gegenüber unter der Einwirkung der
Feder (195b) und bestimmt so eine präzise Winkelstellung. Die Anwesenheit einer
oder mehrerer Kugeln und einer oder mehrerer Vertiefungen erlaubt
es so, eine festgelegte Anzahl an voreingestellten Winkelstellungen
des beweglichen Teils (192) relativ zum feststehenden Teil
(191) zu definieren.
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Eine
derartige Vorrichtung erlaubt so, schnell den Neigungswinkel des
Druckkopfes (14) zu ändern,
ohne bei diesen Änderungen
eine neue Einstellung zu erfordern, und so die Druckauflösung an
die Erfordernisse der laufenden Herstellung in flexibler, schneller
und präziser
Weise anzupassen, insbesondere wenn der Wechsel des Trägers, beispielsweise zwischen „offen" und „geschlossen
erfordert, die Auflösung
zu ändern,
um die bestmögliche
Druckqualität aufrechtzuerhalten
und dabei bestimmte der Probleme aufgrund des Zusammenwachsens oder
der Größe der Tropfen
vor dem Trocknen zu vermeiden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird durch ein Steuerungssystem (3) gesteuert, das einen Computer
aufweist, beispielsweise vom Typ PC-kompatibler Personalcomputer.
Dieses System empfängt
Informationen von den Tintenniveausensoren (18, 28)
oder den Drucksensoren (22a, 22b) oder beiden
und steuert die Mittel (21a, 21b, 21c)
zur Druckregelung der Druckluftversorgung oder die Unterbrechungsmittel
(17) oder die Verteilungsmittel (15) oder die
Antirückflussmittel
(16) oder eine Kombination dieser Teile mit Hilfe mindestens
einer elektronischen Schnittstelle. In einer Ausführungsform wird
die Gesamtheit der Funktionen und Informationen des Druckmoduls
(1) von einer elektronischen Schnittstelle (31)
bekannter Art verwaltet, wobei diese elektronische Schnittstelle
mit dem Steuerungssystem (3) über eine serielle Verbindung
(c30) kommuniziert, die beispielsweise nach der Datenverarbeitungsnorm
USB (Universal Serial Bus) arbeitet. Die Verwendung einer derartigen
Verbindung erlaubt dann einen einfachen Austausch des Steuerungssystems
(3) oder des Druckmoduls (1) beispielsweise aus
Gründen
wie Wartung, Aktualisierung eines Systems oder zum Ersetzen eines
Druckmoduls durch ein anderes, das andere Einstellungen aufweist
oder andere Leistungen bietet.
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Fachleuten
muss offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung Ausführungsformen
in zahlreichen anderen besonderen Formen erlaubt, ohne den Anwendungsbereich
der Erfindung, wie sie beansprucht wird, zu verlassen. Dementsprechend müssen die
vorliegenden Ausführungsformen
als Beispiele betrachtet werden, können jedoch in dem Bereich
modifiziert werden, der durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche definiert
wird, und die Erfindung darf nicht auf die hierüber angegebenen Einzelheiten
eingeschränkt
werden.