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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelrückschlagventil-Vorrichtung,
der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art.
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Eine
Kugelrückschlagventil-Vorrichtung
dieser Art ist in der EP-A-412 643 beschrieben. Die Ventilvorrichtung
oder die Steuereinheit enthält
eine erste Leitung, die an einem Tintenreservoir angeordnet ist,
das unter einem negativen Druck über
eine Einlassöffnung
gehalten wird. Die Steuereinheit enthält weiterhin eine zweite Leitung
oder einen Primärtintenkanal,
der mit einem Sekundärtintenkanal
in Verbindung steht. Der Primärtintenkanal
ist unter einem Winkel von etwa 90° relativ zum Sekundärtintenkanal angeordnet.
Der Sekundärtintenkanal
ist mit einer Auslassöffnung
versehen, die mit einem Tintendruck-/Versorgungssystem in Verbindung
steht. Deren Form ist nicht offenbart. Beim Primärtintenkanal ist eine Kugel
angeordnet, die mit der Einlassöffnung zusammenwirkt,
um diese zu schließen
und zu öffnen.
Die Kugel ist frei schwimmend, unbelastet und im Primärtintenkanal
aufgenommen, um auf minimale Richtungsänderungen im Tintenstrom zu
reagieren; die Ventileinrichtung zu schließen, sobald die Tinte und die
Luft anfangen, sich in Rückwärtsrichtung
in Richtung auf das Reservoir zu bewegen.
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Die
JP-A-05254138 beschreibt ein Ventil für eine Tintenstrahlpatrone.
Das Ventil enthält
einen Ventilkörper,
der eine Kugel sein kann, die durch eine Feder in die geschlossene
Position belastet ist.
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Bisherige
Ventileinrichtungen, einschließlich Rückschlagventileinrichtungen
vom Kugeltyp, die die rückwärtsgerichtete
Strömung
eines Strömungsmittels
durch eine Strömungsleitung "feststellen", sind gut bekannt.
Ein typisches Problem bei diesen vorbekannten Ventileinrichtungen
liegt darin, dass sie gewöhnlich
für Hochdruckanwendungen
unter Schwerkrafteinwirkung oder einer Federrückkehreinrichtung auf der Klappe
oder einem Kugeldichtelement ausgelegt sind. Dadurch sind sie nicht
sehr funktional für Anwendungszwecke,
wo eine Betätigung
bei ultrakleinem Druck erforderlich ist, da sie nicht schnell und präzise genug
auf Änderungen
in einem Niedrigdruck-Strömungszustand
antworten, und auch für keine
gute Abdichtung unter diesen Bedingungen sorgen. Die Unfähigkeit
bekannter Ventileinrichtungen, schnell und präzise auf eine Strömungssteuerung
oder auf Änderung
in Strömungsbedingungen zu
antworten, macht ihre Verwen dung unakzeptabel zum Steuern einer
Tintenflüssigkeitsströmung einer mit
Flüssigtinte
arbeitenden bildgebenden Maschine, beispielsweise einer mit Phasenwechseltinte
arbeitenden bildgebenden Maschine.
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Im
Allgemeinen verwenden mit Phasenwechseltinte arbeitende bildgebende
Maschinen oder Drucker Phasenwechseltinten, die sich in der festen
Phase unter Umgebungstemperatur befinden, sich jedoch in flüssigen oder
aufgeschmolzenen Flüssigphase
befinden (und als Tropfen oder Strahlen ausgestoßen werden können) bei
der erhöhten Arbeitstemperatur
der Maschine oder des Druckers. Bei einer derartigen erhöhten Arbeitstemperatur
werden Tröpfchen
oder Strahlen der aufgeschmolzenen oder flüssigen Phasenwechseltinte aus
einer Druckkopfeinrichtung des Druckers auf ein Druckmedium ausgestoßen. Ein
solcher Ausstoß kann
erfolgen direkt auf ein endgültiges
bildaufnehmendes Substrat oder indirekt auf ein bildgebendes Element
vor einem Transfer von diesem Element auf das endgültige bildaufnehmende
Medium. In jedem Falle, verfestigen die Tintentropfen sehr schnell,
wenn sie Oberfläche des
Druckmediums kontaktieren, um ein Bild in Form eines vorbestimmten
Musters verfestigter Tintentropfen zu erzeugen. Eine derartige flüssige Tinte
muss gewöhnlich
präzise
transportiert und gesteuert werden, durch Einrichtungen, die ein
Rückschlagventil beispielsweise
zwischen einer Schmelzstation und einer derartigen Druckkopfeinrichtung
umfassen.
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Ein
Beispiel einer solchen bildgebenden Maschine oder eines Druckers
unter Verwendung einer Phasenwechseltinte und das Verfahren zum
Erzeugen von Bildern damit auf bildaufnehmenden Blättern, ist
im US-Patent 5,372,852, ausgegebenen am 13. Dezember 1992 für Titterington
u. a., offenbart. Wie dort offenbart, enthält der Phasenwechsel-Tintendruckprozess
das Anheben der Temperatur einer festen Form der Phasenwechseltinte,
um diese zu schmelzen, und eine aufgeschmolzene Flüssigphasenwechseltinte
zu bilden. Das Verfahren enthält weiterhin
das Aufbringen von Tröpfchen
der Phasenwechseltinte in Flüssigform
auf einer bildgebenden Oberfläche
in einem Muster unter Verwendung von beispielsweise einem Tintenstrahldruckkopf.
Das Verfahren enthält
weiterhin das Verfestigen der Phasenwechseltinte-Tröpfchen auf
der bildgebenden Oberfäche,
das Übertragen
dieser auf das bildaufnehmende Substrat und das Fixieren der Phasenwechseltinte
auf dem Substrat.
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Gewöhnlich ist
die feste Form der Phasenwechseltinte ein "Stock", ein "Block", eine "Stange" oder ein "Pellet", wie beispielsweise in der
US 4,636,803 (reckeckiger
Block, zylindrischer Block), der
US
4,739,339 (zylindrischer Block),
US 5,038,157 (hexagonale Stange),
der
US 6,053,608 (abgeschrägter Block
mit einer Stufenausbildung) offenbart ist. Weitere Beispiele solcher
festen Formen sind ebenfalls in Designpatenten offenbart, wie beispielsweise
US-D 453,787, ausgegeben am 19. Februar 2002. Bei der Verwendung
wird jede solche Blockform, ein "Stock", ein "Block", eine "Stange" oder ein "Pellet", in eine aufgeheizte
Schmelzeinrichtung gefördert,
die den "Stock", den "Block", die "Stange" oder das "Pellet" direkt in ein Druckdruckreservoir
aufschmilzt oder einem Phasenwechsel unterzieht für ein Drucken
wie oben beschrieben.
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Gewöhnlich werden
mit Phasenwechseltinte arbeitende bildgebende Maschinen oder Drucker, insbesondere
solche ein Farbbild erzeugende Maschinen oder Drucker, als für einen
niedrigen Durchsatz ausgelegt angesehen, wobei sie gewöhnlich mit einem
Durchsatz von weniger als 30 Drucken pro Minute (PPM) arbeiten.
Die Durchsatzrate (PPM) jeder mit Phasenwechseltinte arbeitenden
bildgebenden Maschine oder jedes Druckers, die feste Phasenwechseltinten
in solchen "Stock-", "Block-", "Stange-" oder "Pellet-"Formen verwenden,
ist direkt abhängig davon,
wie schnell solch eine "Stock-", "Block-", "Stange-" oder "Pellet-"Form zu einer Flüssigkeit
aufgeschmolzen werden kann. Die Qualität der erzeugten Bilder hängt von
solch einer Schmelzrate und von den Untersystemen und Einrichtungen
ab, wie beispielsweise Strömungssteuer-Rückschlagventile,
die verwendet werden, um die flüssige
Phasenwechseltinte zu steuern.
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Es
besteht deshalb eine Notwendigkeit für ein effektives und schnell
antwortendes Rückschlagventilgerät und für eines,
das geeignet ist für
die Verwendung beim Steuern einer Flüssigtintenströmung in
mit Flüssigtinte
arbeitenden bildgebenden Maschinen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß Anspruch
1 der vorliegenden Erfindung wird eine Kugelrückschlagventileinrichtung mit hohem
Schub geschaffen, die geeignet ist zur Verwendung mit einer mit
Flüssigtinte
arbeitenden bildgebenden Maschine, um die Strömung von Flüssigtinte schnell und präzise zu
steuern. Die Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub enthält
ein Ventilgehäuse,
das eine Ventilkammer definiert. Die Ventilkammer hat eine gewünschte Querschnittsabmessung,
ein Einlassende und ein Auslassende. Die Kugelrückschlagventileinrichtung mit
hohem Schub enthält
weiterhin ein Einlasselement, das mit dem Ventilgehäuse verbunden
ist und eine Einlassöffnung und
einen Kugelsitz und einen Dichtbereich aufweist, der die Einlassöffnung umgibt.
Der Kugelsitz und der Dichtbereich hat einen ersten gewünschten
Durometerhärtewert.
Weiterhin enthält
die Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub eine Ventilkugel mit einem gewünschten Durchmesser, die beweglich innerhalb
der Ventilkammer angeordnet ist, und eine Auslassöffnung,
die am Auslassende der Ventilkammer angeordnet ist. Die Auslassöffnung hat
eine rechtwinklige Form und eine Größe, die geringfügig größer als
der Durchmesser der Ventilkugel ist, um ein rückwärtsgerichtetes Strömungsmuster
des Strömungsmittels
zu erzeugen, was zu einer relativ hohen Schubspannung an der Ventilkugel
führt.
Die relativ hohe Schubspannung bewegt demzufolge die Ventilkugel
schnell von der Auslassöffnung
weg und zurück
gegen den Kugelsitz und den Dichtbereich, um die Einlassöffnung zu
verschließen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Steuereinrichtung für
die aufgeschmolzene Flüssigtintenströmung, wie
in Anspruch 8 definiert, ist eine Anschlagkappe stromabwärts der
Ventilkugel relativ zur Strömungsmittelströmung vom
Einlassende vorgesehen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Ventilkugel aus einem Fluorkarbonmaterial mit einem gewünschten
zweiten Durometerhärtewert
gefertigt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst das Einlasselement eine weiche Silikongummiröhre.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der rechtwinklige Querschnitt der Ventilkammer ein quadratischer
Querschnitt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der gewünschte
zweite Durometerhärtewert
größer als
der gewünschte
erste Durometerhärtewert
des Kugelsitzes und des Dichtbereichs.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der mit Phasenwechseltinte arbeitenden bildgebenden Maschine, wie
in Anspruch 10 definiert, hat die Ventilkammer einen rechtwinkligen
Querschnitt zum Erzeugen einer Eckenströmung mit hohem Schub eines
Strömungsmittels
vom Einlassende, um die Ventilkugel und durch das Auslassende.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
enthält
die mit Phasenwechseltinte arbeitende bildgebende Maschine eine
Anschlagskappe stromabwärts der
Ventilkugel relativ zu einer Strömungsmittelströmung vom
Einlassende.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Ventilkugel aus einem Fluorkarbonmaterial mit einem gewünschten
zweiten Durometerhärtewert
gefertigt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst das Einlasselement eine weiche Silikongummiröhre.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der rechtwinklige Querschnitt der Ventilkammer ein quadratischer
Querschnitt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
der detaillierten Beschreibung der Erfindung, die nachfolgend angegeben
wird, wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, wobei:
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1 eine
perspektivische, schematische Darstellung der Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub der Strömungssteuereinrichtung
der vorliegenden Erfindung ist, die ihre quadratische Ausgangsöffnung zeigt;
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2 und 3 Darstellungen
der offenen und geschlossenen Positionen der Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub gemäß der vorliegenden
Erfindung sind;
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4 eine
vertikale schematische Darstellung der hochgeschwindigkeitsbildgebenden
Maschine oder des Druckers unter Verwendung von Phasenwechseltinte
ist, die die Strömungssteuereinrichtung
der vorliegenden Erfindung enthält;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Schmelz- und Zufuhrsystems für eine feste
Phasenwechseltinte ist, das eine Vorrats- und Zufuhreinrichtung
für aufgeschmolzene
Flüssigtinte
und das Kugelrückschlagventil
mit hohem Schub der Strömungssteuereinrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
auseinandergezogene Darstellung des unteren Bereichs der Vorrats-
und Zufuhreinrichtung für
die geschmolzene Flüssigtinte
ist, die das Kugelrückschlagventil
mit hohem Schub der Strömungssteuereinrichtung
der vorliegenden Erfindung enthält;
und
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7 eine
schematische Darstellung der Innenseite des Hochdruckreservoirs
der vorliegenden Erfindung ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem ihrer bevorzugten
Ausführungsbeispiele
beschrieben wird, ist es klar, dass nicht geplant ist, die Erfindung
auf dieses Ausführungsbeispiel
zu beschränken.
Im Gegenteil, es ist geplant, alle Alternativen, Modifikationen
und Äquivalente
abzudecken, die in den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch
die beiliegenden Ansprüche
definiert wird, fallen.
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In
den 1-4 und 6-7 sind die
Kugelrückschlagventileinrichtung 500 mit
hohem Schub und die Strömungssteuereinrichtung 400 der vorliegenden
Erfindung in größeren Einzelheiten
dargestellt. Wie dargestellt, enthält die Strömungssteuereinrichtung 400 die
Rückschlagventileinrichtung 500 mit
hohem Schub, die zwischen dem Niedrigdruckreservoir 404 und
dem Hochdruckreservoir 414 angeordnet ist, und eine Gegendruckeinrichtung 460 zum
Erzeugen eines Rückflussdruckes
im Hochdruckreservoir 414. Die Kugelrückschlagventileinrichtung 500 mit
hohem Schub bewirkt, dass einer aufgeschmolzenen Flüssigphasenwechslertinte
(geschmolzene Flüssigtinte),
gestattet wird, sich nur in einer Richtung vom Niedrigdruckreservoir 404 zum Hochdruckreservoir 414 und
darüber
hinaus zu strömen,
während
eine rückwärts gerichtete
Strömung
in das Niedrigdruckreservoir verhindert wird.
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Zusammenfassend
ist zu sagen, dass die Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub ein Ventilgehäuse 510 aufweist,
das eine Ventilkammer 512 definiert. Die Ventilkammer hat
eine gewünschte
Querschnittsabmessung 512A, ein Einlassende mit einer Einlassöffnung 532 und
ein Auslassende mit einer Auslassöffnung 540. Die Kugelrückschlagventileinrichtung 500 mit
hohem Schub enthält weiterhin
ein Einlasselement 530, das mit dem Ventilgehäuse 510 verbunden
ist und die Einlassöffnung 532,
einen Kugelsitz- und Abdichtbereich 534 und einen Kugelsitz
und -abdichtung 536 aufweist, die die Einlassöffnung 532 umgeben.
Der Kugelsitz-und-Abdichtbereich 534 weist einen gewünschten,
ersten, niedrigen Durometerhärtewert
auf. Die Kugelrückschlagventileinrichtung 500 mit
hohem Schub enthält weiterhin
eine Ventilkugel 520, die beweglich innerhalb der Ventilkammer 512 angeordnet
ist. Die Auslassöffnung 540 hat
eine rechtwinklige Form, beispielsweise eine quadratische Form,
damit das Strömungsmittel über und
durch die Ecken der Öffnung um
die Ventilkugel hindurchtreten kann, was eine relativ hohe Schubspannung
an der Ventilkugel 520 erzeugt. Wenn die Hochdruckseite
oder -quelle zum Schließen
des Rückschlagventils
betätigt
wird, führt ein ähnliches,
rückwärtsgerichtetes
Strömungsmuster
des Strömungsmittels
zu einer relativ hohen Schubspannung an der Ventilkugel 520,
wodurch die Ventilkugel 520 schnell von der Auslassöffnung 540 weg
und zurück
gegen den Kugelsitz-und-Abdichtung 536 betätigt wird,
um die Einlassöffnung 532 zu verschließen.
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Im
Einzelnen enthält
die Kugelrückschlagventileinrichtung 500 ein
Ventilgehäuse 510,
eine Fluorkarbonkugel 520 hoher Durometerhärte und eine
Einlassöffnung 532 eines
Einlasselements 530 einer Silikonförderröhre mit niedriger Durometerhärte, durch
die aufgeschmolzene, flüssige
Tinte (von der LPR 404) in das Ventilgehäuse 510 fließt. Die Ventilkugel 520 ist
relativ leichtgewichtig, um eine Druckbetätigung zu gestatten, und weist
eine relativ niedrige Dichte auf, die geringer ist als die der aufgeschmolzenen
Flüssigtinte,
was ihr gestattet, frei innerhalb der geschmolzenen Flüssigtinte
im Ventilgehäuse 510 und
stromabwärts
des Ventilsitzes und der -abdeckung 536 zu schwimmen. Die
Ventilkugel 520 ist beispielsweise hergestellt aus einem
Fluorelastomer mit einem zweiten, relativ höheren Durometerhärtewert.
Sie hat weiterhin einen geringfügig
größeren Durchmesser
als die Einlassöffnung 532.
Die Einlassöffnung 532 der
Förderröhre 530 wirkt
als Ventilsitz- und Abdichtung 536 für die geschliffene Fluorkarbonkugel 520 hoher
Durometerhärte.
Der Ventilkörper
oder das Gehäuse 510 weist
einen rechtwinkligen Querschnitt 512A und einen quadratischen Strömungsmittelauslass 540 auf,
der die Strömung der
aufgeschmolzenen Flüssigtinte
beeinflusst, um einen hohen Druckgradienten an der Kugel 520 wegen
des Eckströmungsmusters 518 zu
bewirken. Der hohe Druckgradient an der Kugel eliminiert die Notwendigkeit
einer Rückkehrfeder
zum Zurückbringen der
Kugel auf ihren Sitz und ihre Abdeckung 536 innerhalb des
Ventilgehäuses.
Der Ventilsitz- und Abdeckung 536 enthält eine scharfe, sauber geschnittene
Kante an der inneren Durchmesserseite der Öffnung 532, um ein
Durchsickern zu verhindern und Dichtbedingungen unter niedrigem
Druck sicherzustellen. Das Einlasselement 530 ist aus einem
Material hergestellt, das bei einer Befeuchtung mit Flüssigkeit
oder hohen Betriebstemperaturen nicht schwillt. Der Sitz und die
Abdichtung 536 sind so gestaltet, dass sie innerhalb eines
Niedrigdruckbereiches zwischen etwa 2,76 × 104 Pa
(4 PSI) (Gegendruck durch die Gegendruckeinrichtung 460)
bis etwa 0 Pa (PSI) abfallenden Druck arbeitet. Dies gestattet es,
dass der Betrieb in Vorwärtsfließrichtung weitergeht,
wenn sich die Flüssigkeitshöhen in einem Behälter stromabwärts und
einem Behälter
stromaufwärts
nivellieren oder vergleichmäßigen.
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Wenn
in der Maschine 10 ein Tintennachfüllen durch eine Druckkopfeinheit 32, 34 (4)
für eine
bestimmte Farbtinte angefordert wird, werden ein Solenoidventil 462 (7)
und eine Luftpumpe 464 der Gegendruckeinrichtung 460 über Leitungen 466 betätigt, um
einen Luftdruck von etwa 2,76 × 104 bis 3,4 × 104 Pa
(4-5 PSI) zu liefern. Dieser Druck wird durch einen isolierten Abschnitt 414A, 414B, 414C oder 414D des
Hochdruckreservoirs 414 geliefert, der diese spezielle
Farbtinte enthält.
Der Luftdruck von 2,76 × 104 bis 3,4 × 104 Pa
(4-5 PSI) drückt die
aufgeschmolzene Flüssigtinte
innerhalb des Abschnittes nach unten für eine anfängliche rückwärtsgerichtete Strömung in
die rechtwinklige (quadratische) Auslassöffnung 540 der Kugelrückschlagventileinrichtung 500.
Er drückt
gleichzeitig diese Tinte auch in und durch die jeweils bestimmte
Auslassöffnung 419A, 419B, 419C, 419D (eine
für jede
Farbtinte CYMK) (6) in einen bestimmten Filterabschnitt (nicht
gezeigt) der Filtereinrichtung 420.
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Während dieser
anfänglichen
rückwärtsgerichteten
Strömung
erzeugt die normale rechtwinklige Auslassöffnung 540 der Kugelrückschlagventileinrichtung 500 ein
rechtwinkliges Strömungsmuster 518,
das die Kugel 520 unmittelbar einhüllt, symmetrisch an allen vier
Ecken, was ihr eine rückwärtsgerichtete
Geschwindigkeit von der Anschlagkappe 524 verleiht. Durch
die Konstruktion wird der Abstand "x" der
Kugelbewegung von der Anschlagkappe 524 oder in deren Nähe bis zum
Kugelsitz- und Abdichtung 536 relativ kurz gehalten, bei
2 mm oder weniger. Dadurch wird in der Kugel 520 eine relativ
und merklich höhere
Schubrate (Geschwindigkeit/Abstand) erzeugt, die sie schnell zurück in die
Schließposition
P2 gegen ihren Silikongummisitz und -abdichtung 536 drückt, was
in einer Kugelabdichtung endet. Der Druckgradient über die
Kugel war ausreichend, um die Kugelmasse zu überwinden, und die Schließ- oder
Dichtkraft gegen den Sitz und die Abdichtung war 112 gm.
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Das
Auf-den-Sitz-Bringen und das Abdichten durch die Kugel als solches
unterbricht somit schnell und sofort sowohl die Vorwärtsströmung vom
Niedrigdruckreservoir als auch die Rückwärtsströmung in das Ventilgehäuse vom
Hochdruckreservoir 414. Gleichzeitig lenkt die "Kugeldichtung" den gesamten hohen
Druck jedoch in Vorwärtsrichtung
ab und präzisiert
die Strömung
der aufgeschmolzenen Flüssigtinte
vom Hochdruckreservoir 414 in die Filtereinheit, wobei
dadurch die Tinte durch die Filtereinheit 420 und in Richtung
auf das Druckkopfsystem 30 gedrückt wird. Durch die relativ
hohe Schubrate bewirkt der Zufuhrdruck von 2,76 × 104 bis
3,4 × 104 Pa (4-5 PSI), dass die Kugel 520 schließt oder
die Kugeldichtung erzeugt wird in weniger als etwa 10 Mikrosekunden,
mit weniger als 10 mg Tintenrückspülung.
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In
der Offenposition P1 des Ventils beträgt die minimale Tintenströmungsrate
vom Niedrigdruckreservoir durch das Ventilgehäuse etwa 80 ml/min, was äquivalent
zu einer 200 Lohms-Öffnungsbeschränkung bei
einem Druck von 2,54 × 102 Pa (1 Zoll Wassersäule) ist. Die Strömungsrate
als solche ist geeignet, eine Erholungszeit von 5 Sekunden zu gestatten,
um die Höhe
der Flüssigtinte
zwischen dem Niedrigdruck- und dem Hochdruckreservoir auszugleichen.
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Das
Eingangselement 530 kann beispielsweise eine weiche Silikongummiröhre 530 sein,
die einen relativ weichen Durometerhärtewert von etwa 40 Shore A
aufweist. Das Ausgangsende 531 der Silikongummiröhre 530,
das innerhalb der Ventilkammer 512 angeordnet ist, und
das die Einlassöffnung 532 enthält, bildet
den Sitz und die Abdichtung 536 für die Ventilkugel 520.
Als solche muss der Endbereich 534 einen sauberen Schnitt
aufweisen, um eine gute Niedrigdruckabdichtung gegen die Kugel 520 in der
geschlossenen Position P2 des Ventils zu erzeugen.
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Die
Ventilkugel 520 ist aus einem Fluorkohlenstoffmaterial,
wie beispielsweise einem Fluorelastomer (VITON, Marke von DuPont)
hergestellt, das einen gewünschten
zweiten Durometerhärtewert
von 85 Shore A hat, der größer ist
als der der weichen Silikongummiröhre 530. Der rechtwinklige,
d. h. quadratische, Querschnitt 512A der Ventilkammer 512 ist
geeignet, Eckströmungsmuster
zu erzeugen, die die aufgeschmolzene Flüssigtinte um die Kugel und durch
die Ecken eines quadratischen Loches oder der Kammer 512 drücken.
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Der
Durchmesser 522 (beispielsweise 5,54 mm oder 0,218 Zoll)
der Ventilkugel 520 wird geringfügig kleiner als die Querschnittsabmessung 512a (beispielsweise
5,8 mm oder 0,230 Zoll) der quadratischen Ventilkammer 512 gemacht.
Dies erlaubt deshalb nur ei nen sehr engen Strömungsweg von etwa 0,15 mm (0,006
Zoll) an gegenüberliegenden Seiten
(d. h. Oberseite und Boden) der Kugel. Dadurch erzeugen während einer
anfänglichen
Rückwärtsströmung die
engen Strömungswege
(beispielsweise an der Oberseite der Kugel) jeweils einen hohen
Druckgradienten und große
Schubspannungen an der Kugel. Dies drückt die Kugel 520 von
der Anschlagskappe 524 (die an einer rückwärtigen Platte des Hochdruckreservoirs
montiert ist) schnell zurück
in die geschlossene Ventilposition gegen ihren Sitz und ihre Abdichtung 536.
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An
der Einlassseite vom Niedrigdruckreservoir 404 ist die
Einlassöffnung 532 an
der Niedrigdruckseite des Ventilgehäuses etwa 3 mm im Durchmesser.
Die Höhe
der Flüssigtinte
im Niedrigdruckreservoir ist ausreichend, um einen Wasserdruck von 3,8 × 102 Pa (1,5 Zoll) zum Bewegen der Ventilkugel 520 von
der geschlossenen Ventilposition P2 weg (gegen ihren Sitz und Abdichtung 536)
zu erzeugen. Dies gestattet es, dass die Tinte um die Ecken des quadratischen
Querschnitts 512A des Ventilgehäuses 510 fließt. Die
Ventilkugel 520 hat einen Durchmesser von etwa 5,5 mm,
innerhalb einer Ventilkammer 512, die eine Höhe Dc und
eine Breite Dc aufweist, die jeweils geringfügig größer als der Durchmesser 522 der
Kugel 520 sind, was zu einer ausreichend großen Eckgeometrie
für einen
Lohms-Strömungswiderstand
von unter 200 Lohms führt.
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Auf
der Auslassseite des hohen Drucks ist die Betätigung der Gegendruckeinrichtung 420 notwendig,
wie oben beschrieben. Wenn diese betätigt werden und beispielsweise
2,76 × 104 Pa (4 PSI) erzeugen, wird eine hohe Schubströmung um
die Kugel in den Ecken des rechtwinkligen Gehäuses 510 erzeugt.
Der Druckgradient (von dem quadratischen Auslass 540 und
innerhalb eines solchen rechtwinkligen Gehäuses 510) ist derart,
dass etwa 90 % des aufgebrachten Drucks (2,76 × 104 Pa
oder 4 PSI) sich an der Kugel 520 befindet. Dies erzeugt
eine relativ hohe Schubrate und drückt die Kugel 520 schnell
von der offenen Ventilposition P1 (gegen die Anschlagskappe 524)
zurück
in die geschlossene Ventilposition P2 gegen ihren weichen Silikongummisitz
und ihre Abdichtung 536.
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In 4 ist
eine bilderzeugende Maschine, wie beispielsweise eine Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsmaschine
mit Phasenwechseltinte oder ein Drucker 10 der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Wie dargestellt, enthält die Maschine 10 einen Rahmen 11,
an dem direkt oder indirekt all ihre Betriebs-Subsysteme und Komponenten
montiert sind, wie unten beschrieben. Zunächst enthält die Hochgeschwindigkeits-Bilderzeu gungsmaschine
mit Phasenwechseltinte oder der Drucker 10 ein bildgebendes
Element 12, das in Form einer Trommel gezeigt ist, jedoch
gleichermaßen
in Form eines unterstützten
endlosen Bandes vorgesehen sein kann. Das Bildgebungselement 12 hat
eine Bildgebungsoberfläche 14,
die in Richtung 16 bewegbar ist, und auf der Bilder aus
Phasenwechseltinte ausgebildet werden.
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Die
Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsmaschine mit Phasenwechseltinte
oder der Drucker 10 enthält weiterhin ein Zufuhr-Subsystem 20 für die Phasenwechseltinte,
die mindestens eine Quelle 22 einer Phasenwechsel-Farbtinte
in fester Form enthält.
Da die mit Phasenwechseltinte arbeitende bildgebende Maschine oder
der Drucker 10 eine Mehrfarben-Bildgebungsmaschine ist,
enthält
das Tintenzufuhrsystem 20 vier (4) Quellen 22, 24, 26, 28,
die vier (4) unterschiedliche Farben CYMK (Cyan, Gelb, Magenta,
Schwarz) von Phasenwechseltinten repräsentieren. Das Zufuhrsystem
für die
Phasenwechseltinte enthält
weiterhin die Schmelz- und Steuereinrichtung zum Schmelzen oder
zum Wechseln der Phasen der festen Form der Phasenwechseltinte in eine
flüssige
Form, und zum Zuführen
der flüssigen Form
dann zu einem Druckkopfsystem 30, das mindestens eine Druckkopfeinheit 32 enthält. Da die
mit Phasenwechseltinte arbeitende Bildgebungsmaschine oder Drucker 10 eine
Mehrfarben-bilderzeugende Maschine mit hoher Geschwindigkeit oder
hohem Durchsatz ist, enthält
das Druckkopfsystem vier (4) separate Druckkopfeinheiten 32, 34, 36 und 38,
wie dargestellt.
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Wie
ferner dargestellt ist, enthält
die Phasenwechseltinte arbeitende Bilderzeugungsmaschine oder Drucker 10 ein
System 40 zum Zuführen
und Handhaben eines Substrats. Das System 40 zum Zuführen und
Handhaben eines Substrats kann beispielsweise Substratzufuhrquellen 42, 44, 46, 48 enthalten,
von denen beispielsweise die Zufuhrquelle 48 eine Papierzufuhr
oder eine Papierförderer
hoher Kapazität
ist, um bildaufnehmende Substrate beispielsweise in Form von geschnittenen
Blättern
aufzubewahren und zuzuführen.
Das System 40 für
das Zuführen
und Handhaben des Substrats enthält
in jedem Falle ein Handhabungs- und Behandlungssystem 50 für das Substrat,
das einen Vorheizer 52 für das Substrat, einen Substrat-
und Bildheizer 54 und eine Schmelzeinrichtung 60 aufweist.
Die mit Phasenwechseltinte arbeitende bildgebende Maschine oder
Drucker 10, wie dargestellt, kann ebenfalls eine Zufuhreinrichtung 70 für Originaldokumente
aufweisen, die ein Dokumentenhaltetablett 72, Dokumentförder-und-Bereitstellungseinrichtungen 74 und
ein Dokumentvorlege-und-Scan-System 76 aufweist.
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Der
Betrieb und die Steuerung der verschiedenen Subsysteme, Komponenten
und Funktionen der Maschine oder des Druckers 10 werden
mit Hilfe einer Steuereinrichtung oder eines elektronischen Subsystems
(ESS) 80 durchgeführt.
Das ESS oder die Steuereinrichtung 80 ist beispielsweise
ein abgeschlossener, zweckbestimmter Minicomputer mit einer zentralen
Prozessoreinheit (CPU) 82, einem elektronischen Speicher 84 und
einer Anzeige oder einer Benutzerschnittstelle (UI) 86.
Das ESS oder die Steuereinrichtung 80 enthält beispielsweise
Sensoreingangs- und Steuereinrichtungen 88 und darüber hinaus
Bildpunkteinstellungs- und Steuereinrichtungen 89. Zusätzlich liest,
hält fest,
bereitet auf und managt die CPU 82 den Bilddatenstrom zwischen
den Bildeingangsquellen, wie beispielsweise dem Scannersystem 76,
oder einer Online- oder einer Arbeitsstationsverbindung 90,
und den Druckkopfeinheiten 32, 34, 36, 38.
Dadurch ist das ESS oder die Kontrolleinrichtung 80 der
Haupt-Multitasking-Prozessor für den
Betrieb und die Steuerung der anderen Maschinen-Subsysteme und -funktionen,
einschließlich
der Druckbetätigungen
der Maschine.
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Im
Betrieb werden Bilddaten für
ein zu erzeugendes Bild der Steuereinrichtung 80 entweder
vom Scannersystem 86 oder über die Online- oder Arbeitsstationsverbindung 90 zum
Bearbeiten und zur Ausgabe an die Druckkopfeinheiten 32, 34, 36, 38 zugesandt.
Zusätzlich
bestimmt und/oder akzeptiert die Steuereinrichtung die Steuerungen
zugeordneter Subsysteme und Komponenten, beispielsweise über Benutzereingaben über die
Benutzerschnittstelle 86, und führt demzufolge diese Kontrollen
aus. Im Ergebnis werden feste Formen der Phasenwechseltinte mit geeigneter
Farbe aufgeschmolzen und den Druckkopfeinheiten zugeführt. Zusätzlich wird
eine Pixeleinstellungssteuerung durchgeführt relativ zur bildgebenden
Oberfläche 14,
um dadurch die gewünschten Bilder über diese
Bilddaten zu erzeugen, und Aufnahmesubstrate werden durch irgendeine
der Quellen 42, 44, 46, 48 zugeführt und
durch die Einrichtungen 50 gehandhabt in zeitgenauer Abstimmung
mit der Bildausbildung auf der Oberfläche 14. Schließlich wird
das Bild innerhalb des Übertragungsspaltes 92 von
der Oberfläche 14 auf
das Aufnahmesubstrat für eine
nachfolgende Aufschmelzung an der Schmelzeinrichtung 60 übertragen.
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Wie
zu sehen ist, wird eine Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub vorgesehen, die geeignet ist zur Verwendung in einer
mit Flüssigtinte arbeitenden
bildgebenden Maschine, um schnell und präzise die Strömung der
Flüssigtinte
zu steuern. Die Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub enthält
ein Ventilgehäuse,
das eine Ventil kammer definiert. Die Ventilkammer hat eine gewünschte Querschnittsabmessung,
ein Einlassende und ein Auslassende. Die Kugelrückschlagventileinrichtung mit
hohem Schub enthält
weiterhin ein Einlasselement, das mit dem Ventilgehäuse verbunden
ist und eine Einlassöffnung
sowie einen Kugelsitz-und-Abdichtungsbereich aufweist, der die Einlassöffnung umgibt.
Der Kugelsitz-und-Abdichtbereich weist einen gewünschten ersten Durometerhärtewert
auf. Die Kugelrückschlagventileinrichtung
mit hohem Schub enthält
weiterhin eine Ventilkugel mit einem gewünschten Durchmesser, die beweglich
innerhalb der Ventilkammer angeordnet ist, und eine Auslassöffnung,
die am Auslassende der Ventilkammer angeordnet ist. Die Auslassöffnung hat
eine rechtwinklige Gestalt und eine Größe, die geringfügig größer ist
als der Durchmesser der Ventilkugel, um ein rückwärtsgerichtetes Strömungsmuster
des Strömungsmittels
zu erzeugen, das zu einer relativ hohen Schubspannung an der Ventilkugel
führt.
Die relativ hohe Schubspannung bewegt dadurch die Ventilkugel schnell
von der Auslassöffnung
weg und zurück
auf den Kugelsitz-und-Abdichtbereich, um die Einlassöffnung zu schließen.
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Während das
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das hier offenbart ist, bevorzugt ist,
ergibt sich klar aus dieser Lehre, dass verschiedene Alternativen,
Modifikationen, Veränderungen oder
Verbesserungen durch den Fachmann vorgenommen werden können, die
durch die nachfolgenden Ansprüche
umfasst werden sollen.