DE69732080T2

DE69732080T2 - Gerät zur Erfassung des Flüssigkeitsstandes und Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens in einem Behälter

Info

Publication number: DE69732080T2
Application number: DE69732080T
Authority: DE
Inventors: James P. Axtell; Preston D. Seu
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: EP1359397A3; EP1340619A3; EP0840098A2; EP1340619A2; US6036296A; EP0840098B1; EP0840098A3; EP1359397A2; ES2232853T3; DE69732080D1

Description

Hintergrund und Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidpegelerfassungssystem und ein -verfahren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fluidpegelerfassungssystem und ein -verfahren zur Verwendung in einer Druckvorrichtung, das das Volumen eines Fluids in einem austauschbaren oder nachfüllbaren Druckfluidbehälter, wie z. B. dem, der beim Tintenstrahldrucken verwendet wird, basierend auf dem Volumen von Luft in einer Druckkammer mit einem Volumen, die den Behälter umgibt, bestimmt.
Wie bei vielen Gegenständen, die während des Gebrauchs verbraucht werden, wie z. B. Benzin bei einem Auto, ist es für einen Benutzer einer Druckvorrichtung wünschenswert zu wissen, wie viel Druckfluid oder Druckzusammensetzung (z. B. Tinte oder Toner) in einem austauschbaren oder nachfüllbaren Behälter verbleibt. Druckvorrichtungen, die nur eine Lebensdauer-Ende- oder Druckfluid-Aus-Anzeige liefern, geben dem Benutzer keine ausreichende Warnung, bevor das Drucken stoppt. Außerdem besitzt der Benutzer, wenn eine Druckvorrichtung mit nur einer Druckfluid-Aus-Erfassung zum unbeaufsichtigten Drucken verwendet wird, keine Möglichkeit zur Sicherstellung, dass ausreichend Druckfluid in einem teilweise verbrauchten Behälter vorliegt, um einen Druckauftrag fertigzustellen. Für einen großen unbeaufsichtigten Druckauftrag möchte der Benutzer unter Umständen alle Druckfluidbehälter durch neue austauschen, um sicherzustellen, dass keiner derselben während des Druckens leer wird. Nachdem der Auftrag abgeschlossen ist, könnten die vorherigen Behälter, die noch etwas Druckfluid aufweisen, wieder in die Druckvorrichtung eingesetzt werden. In diesem Fall werden mehrere Behälter mit variierenden Druckfluidmengen verwendet, was es schwierig macht zu wissen, wie viel Druckfluid sich in jedem Behälter befindet. Es ist für den Benutzer der Druckvorrichtung wünschenswert, zu jeder Zeit zu wissen, wie viel Druckfluid sich in jedem Druckbehälter, der in die Druckvorrichtung eingebaut ist, befindet.
Herkömmliche Verfahren zum Messen des Volumens eines Fluids in einem Behälter, wie z. B. Schwimmer oder Messstäbe, sind nicht nützlich, wenn ein Behälter seine Form verändert, wenn das Druckfluid verbraucht wird. Dies ist der Fall beim Drucken mit Fluidbeuteln, die entworfen sind, um zu verhindern, dass Luft direkt das Druckfluid berührt. In diesem Fall lässt der Umgebungsluftdruck, wenn das Druckfluid verbraucht wird, den Beutel um das verbleibende Druckfluid herum zusammenfallen. Dies tritt uneinheitlich auf, derart, dass der Beutel beim Zusammenfallen keine garantierte Form aufweist. Unterschiedliche Verfahren wurden vorgeschlagen, die die Verformung einheitlicher machen würden, was eine Druckfluidpegelmessung durch ein Messen der Veränderung der Beutelgröße erlaubt. Diese Verfahren umfassen ein Platzieren paralleler Platten an den Seiten des Beutels, die sich aufeinander zu bewegen, wenn der Beutel zusammenfällt. Ein mechanischer Sensor oder ein Kapazitivsensor könnte verwendet werden, um den Abstand der Platten zu messen, aus dem das Beutelvolumen berechnet wird. Diese Verfahren ergeben jedoch keine genauen Schätzwerte für das Druckfluidvolumen.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine andere Lösung vor. Die Erfindung misst indirekt die Menge eines Druckfluids in einem Druckfluidbehälter durch ein Messen der Menge an Luft, die in einem festen Volumen platziert werden kann, das das Druckfluid umgibt. Eine Einheitlichkeit des Behälterzusammenfallens für Behälter, wie z. B. Beutel, ist nicht mehr von Belang. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung eine Fluidpegelerfassung für Beutelbehälter, bei denen herkömmliche Fluidpegelerfassungstechniken, wie z. B. Schwimmer oder Messstäbe, schwer zu verwenden sind. Mehrere Möglichkeiten bestehen zum Bestimmen der Menge an Luft und des Volumens, das dieselbe bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck annimmt.
Die DE 39 29 506 A offenbart ein Messen der Menge an Treibstoff in einem Treibstofftank durch ein periodisches Verändern des Luftdrucks in dem Tank, ein Messen der Zeit, die für die Druckveränderung beansprucht wird, und hieraus ein Bestimmen des Luftvolumens und so des Treibstoffvolumens innerhalb des Tanks.
Die US-A-5 526 689 offenbart eine ähnliche Technik, die angewendet wird, um den Inhaltspegel innerhalb eines Silos durch ein Messen der Zerfallsrate eines Luftdrucks zu bestimmen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Fluidpegelerfassungssystem zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in einem Behälter (V_FLUID). Dieses System umfasst einen Fluidbehälter, eine Referenzkammer mit einem Volumen (V_R), eine Druckkammer, in der der Behälter angeordnet ist, wobei die Druckkammer ein Volumen (V_P) aufweist, eine Luftquelle, ein Luftverwaltungssystem, das zumindest eine Öffnung umfasst, einen Drucksensor, der einen Druck erfasst, eine Zeitmessvorrichtung und eine Rechenvorrichtung. Das Luftverwaltungssystem ist entworfen, um selektiv die Luftquelle mit der Referenzkammer zu koppeln, um die Referenzkammer mit zumindest einem ersten Referenzkammerdruck (P_R1) zu beaufschlagen, um selektiv die Luftquelle mit der Druckkammer zu koppeln, um die Druckkammer mit zumindest einem ersten Druckkammerdruck (P_P1) zu beaufschlagen, um selektiv die Referenzkammer mit der Öffnung zu koppeln, um die Referenzkammer zu entladen, und selektiv die Druckkammer mit der Öffnung zu koppeln, um die Druckkammer zu entladen. Die Zeitmessvorrichtung ist entworfen, um eine abgelaufene Zeit (Δt_R) zu bestimmen, in der ein Druck in der Referenzkammer von dem Druck (P_R1) auf einen niedrigeren Druck (P_R2) abfällt, wie durch den Drucksensor erfasst wird, und um eine abgelaufene Zeit (Δt_P) zu bestimmen, in der ein Druck in der Druckkammer von dem Druck (P_P1) auf einen niedrigeren Druck (P_P2) abfällt, wie durch den Drucksensor erfasst wird. Die Rechenvorrichtung ist entworfen, um ein Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR) basierend auf dem Referenzkammervolumen (V_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_P) und den Drücken (P_R1), (P_R2), (P_P1) und (P_P2) zu bestimmen. Basierend auf diesen Informationen ist die Rechenvorrichtung ebenso entworfen, um das Volumen eines Fluids in dem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Druckkammervolumen (V_P) und dem Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR) zu bestimmen.
Die oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung können wie folgt abgeändert werden. Das Luftverwaltungssystem kann eine erste Öffnung, durch die die Referenzkammer entladen wird, und eine zweite Öffnung umfassen, durch die die Druckkammer entladen wird. Die Zeitmessvorrichtung und die Rechenvorrichtung können einen Mikroprozessor oder eine Steuerung umfassen, der/die das Luftverwaltungssystem betätigt, um eine selektive Kopplung der Referenzkammer mit der Luftquelle, der Druckkammer mit der Luftquelle, der Referenzkammer mit der Öffnung und der Druckkammer mit der Öffnung zu steuern. Dieser Mikroprozessor oder diese Steuerung ist mit dem Drucksensor gekoppelt, um Daten, die die erfassten Druckpunkte darstellen, zu empfangen.
Die Luftquelle kann eine Pumpe umfassen und das Luftverwaltungssystem kann eine Leitung zwischen der Pumpe und der Referenzkammer, eine Leitung zwischen der Pumpe und der Druckkammer, zumindest ein Ventil, betätigbar, um eine Druckbeaufschlagung der Referenz- und der Druckkammer zu steuern, eine Leitung zwischen der Öffnung und der Referenz- und der Druckkammer und ein Ventil, betätigbar, um eine Druckminderung in der Referenz- und der Druckkammer über die Öffnung zu steuern, umfassen. Der Behälter kann einen Beutel umfassen und die Druckkammer kann einen zweiten luftdichten Beutel, der den Behälter umgibt, umfassen. Der Drucksensor kann einen ersten Drucksensor, der Drücke P_R1 und P_P1 erfasst, und einen zweiten Drucksensor umfassen, der P_R2 und P_P2 erfasst. Das Fluidpegelerfassungssystem kann außerdem innerhalb einer Druckvorrichtung enthalten sein, die einen Druckmechanismus umfasst, der ein Bild druckt, sowie eine Druckzusammensetzung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in einem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Volumen an Luft in einer Druckkammer (V_AIR) mit einem Volumen (V_P). Das Verfahren umfasst die Schritte eines Beaufschlagens einer Referenzkammer mit einem Volumen (V_R) mit zumindest einem ersten Referenzkammerdruck (P_R1), eines Entladens der Referenzkammer durch eine erste Öffnung, eines Erfassens eines Druckrückgangs in der Referenzkammer von dem ersten Referenzkammerdruck (P_R1) auf einen zweiten (P_R2) , wenn die Referenzkammer entladen wird, und eines Bestimmens einer abgelaufenen Zeit (Δt_R), in der ein Druck in der Referenzkammer von dem Druck (P_R1) auf den Druck (P_R2) abfällt. Das Verfahren umfasst außerdem die Schritte eines Beaufschlagens der Druckkammer mit zumindest einem ersten Druckkammerdruck (P_P1), eines Entladens der Druckkammer durch entweder die erste Öffnung oder eine zweite Öffnung, eines Erfassens eines Druckrückgangs in der Druckkammer von dem ersten Druckkammerdruck (P_P1) auf einen zweiten Druckkammerdruck (P_P2), wenn die Druckkammer entladen wird, eines Bestimmens einer abgelaufenen Zeit (Δt_P), in der ein Druck in der Druckkammer von dem Druck (P_P1) auf den Druck (P_P2) abfällt, eines Bestimmens des Volumens an Luft in der Druckkammer (V_AIR) basierend auf dem Referenzkammervolumen (V_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_P) und den Drücken (P_R1), (P_R2), (P_P1) und (P_P2). Aus diesen Informationen wird das Volumen an Fluid in dem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Druckkammervolumen (V_P) und dem Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR) bestimmt.
Das oben beschriebene Verfahren kann zusätzlich den Schritt eines Nachfüllens des Behälters mit dem Fluid, wenn das Volumen an Fluid in dem Behälter (V_FLUID) entweder auf einem vorbestimmten Pegel oder unterhalb eines vorbestimmten Pe gels ist, umfassen. Das oben beschriebene Verfahren kann ferner den Schritt eines Signalisierens vor einem Nachfüllen, wenn das Volumen des Fluids in dem Behälter (V_FLUID) auf dem vorbestimmten Pegel oder unterhalb des vorbestimmten Pegels ist, umfassen.
Andere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine perspektivische Teilschnittansicht einer Tintenstrahldruckvorrichtung dar, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
2 zeigt ein Diagramm eines Fluidpegelerfassungssystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
3 zeigt Graphen von Druck gegenüber Zeit für das Fluidpegelerfassungssystem aus 2.
4 zeigt ein Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Fluidpegelerfassungssystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
5 zeigt ein Beispiel eines Fluidzwischenverbindungsausrichtungsschemas gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Beispiel einer Fluidzufuhr- und Druckzwischenverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele einer bis 11 Druckkammer und eines Druckzusammensetzungsbehälters, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, dar.
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in einem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Volumen an Luft in einer Druckkammer (V_AIR) mit einem Volumen (V_P) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel einer Druckvorrichtung, hier als ein Tintenstrahldrucker oder eine Druckvorrichtung 20 gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist in 1 gezeigt. Der Tintenstrahldrucker 20 kann zum Drucken von Geschäftsberichten, Korrespondenz, zum Desktop-Publishing und dergleichen in einer industriellen, Büro-, Privat- oder einer anderen Umgebung verwendet werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird darauf verwiesen, dass die vorliegende Erfindung mit einer Vielzahl anderer Druckvorrichtungen, wie z. B. Laserdruckern, Plottern, tragbaren Druckeinheiten, Kopiergeräten, Kameras, Videodruckern und Faxgeräten, verwendet werden kann. Aus Bequemlichkeit sind die Konzepte der vorliegenden Erfindung in der Umgebung eines Tintenstrahldruckers 20 dargestellt.
Während es ersichtlich ist, dass die Druckerkomponenten von Modell zu Modell variieren können, umfasst der typische Tintenstrahldrucker 20 ein Chassis oder eine Basis 22, das/die durch ein Gehäuse, eine Ummantelung oder Umhüllung 24, üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial, umgeben ist. Blätter von Druckmedien werden durch ein Druckmedienhandhabungssystem 26 durch eine Druckzone 25 geführt. Die Druckmedien können jeder Typ geeigneten Blattmaterials, wie z. B. Papier, ein Kartenvorrat, Transparentfolien, Mylar und dergleichen sein, wobei aus Bequemlichkeit das dargestellte Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Papier als dem Druckmedium beschrieben ist. Das Druckmedienhandhabungssystem 26 weist eine Zufuhrablage 28 zum Lagern von Papierblättern vor dem Drucken auf. Eine Serie herkömmlicher Papierantriebsrollen (nicht gezeigt), angetrieben durch einen Schrittgebermotor 30 und eine Antriebszahnradanordnung 32, kann verwendet werden, um die Druckmedien, wie z. B. ein Blatt 35, von der Ablage 28 unter ein Papierführungsbauteil 34 zum Bedrucken in die Druckzone 25 zu bewegen.
Nach dem Drucken treibt der Motor 30 das bedruckte Blatt 35 auf ein Paar zurückziehbarer Ausgangstrockenflügelbauteile 36. Die Flügel 36 halten momentan das neu bedruckte Blatt oberhalb zuvor bedruckter Blätter, die noch in einem Ausgangsablageabschnitt 38 trocknen, bevor dieselben zu den Seiten zurückgezogen werden, um das neu bedruckte Blatt in die Ausgangsablage 38 fallen zu lassen. Das Medienhandhabungssystem 26 kann eine Serie von Einstellungsmechanismen zum Unterbringen unterschiedlicher Größen von Druckmedien, einschließlich Letter, Legal, A4, Umschläge usw., wie z. B. einen Gleitlängeneinstellhebel 40, einen Gleitbreiteneinstellhebel 42 und eine Gleitumschlagszufuhrplatte 44, umfassen.
Der Drucker 20 weist außerdem eine Druckersteuerung oder ein Steuersystem, schematisch als ein Mikroprozessor 45 dargestellt, auf, die/das Instruktionen von einer Hostvorrichtung, üblicherweise einem Computer, wie z. B. einem Personalcomputer (nicht gezeigt), empfängt. Die Druckersteuerung 45 kann auch ansprechend auf Benutzereingaben, die durch ein Tastenfeld 46 bereitgestellt werden, das sich außerhalb des Gehäuses 24 befindet, arbeiten. Ein Monitor (nicht gezeigt), der mit dem Computerhost gekoppelt ist, kann verwendet werden, um einem Bediener visuelle Informationen anzuzeigen, wie z. B. den Druckerstatus oder ein bestimmtes Programm, das gerade auf dem Hostcomputer läuft. Personalcomputer, ihre Eingabevorrichtungen, wie z. B. eine Tastatur und/oder eine Maus-Vorrichtung, und Monitore sind Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt.
Ein Wagenführungsstab 48 wird durch das Chassis 22 getragen, um eine verschiebbare Unterstützung eines Wagensystems 50 zur Hin- und Herbewegung über die Druckzone 25 bereitzustellen. Der Wagen 50 wird ebenso entlang des Führungsstabs 48 in eine Wartungsregion 54 angetrieben, allgemein durch Pfeile 52 angezeigt, die sich im Inneren des Gehäuses 24 befindet. Der Wagen 50 weist ein Paar Lager auf, die den Wagen verschiebbar unterstützen, wenn sich derselbe entlang des Führungsstabs 48 bewegt. Ein Wagen-DC-Motor 56 treibt einen Endlosriemen 58 an. Der Motor 56 arbeitet ansprechend auf Steuersignale, die von der Steuerung 45 empfangen werden. Der Riemen 58 kann auf eine herkömmliche Weise an dem Wagen 50 befestigt sein, um den Wagen entlang des Führungsstabs 48 ansprechend auf eine Betätigung des Motors 56 inkrementmäßig weiterzubewegen.
In der Druckzone 25 empfängt das Medienblatt 35 Tinte von einem oder mehreren Druckfluid- oder Druckzusammensetzungsbehältern, wie z. B. einem Schwarztintenbehälter 60 und/oder einem Farbtintenbehälter 62. Die Behälter 60, 62 weisen Druckmechanismen oder Druckköpfe 64 bzw. 66 auf, die jeweils eine Öffnungsplatte mit einer Mehrzahl von Düsen aufweisen, die auf eine Art und Weise, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, durch dieselbe gebildet sind. Die dargestellten Druckköpfe 64, 66 sind thermische Tintenstrahldruckköpfe, obwohl andere Typen von Druckköpfen, wie z. B. piezoelektrische Druckköpfe, eingesetzt werden können. Die Druckköpfe 64, 66 umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von Widerständen, die den Düsen zugeordnet sind. Nach einer Energieversorgung eines ausgewählten Widerstands wird eine Gasblase gebildet, was ein Tintentröpfchen aus der Düse und auf ein Blatt Papier in der Druckzone 25 unter der Düse ausstößt. Die Druckkopfwiderstände werden selektiv ansprechend auf Abfeuerungsbefehl-Steuersignale, die durch einen Mehrleiterstreifen 68 von der Steuerung 45 an den Druckkopfwagen 50 geliefert werden, mit Energie versorgt.
2 zeig ein Diagramm eines Fluidpegelerfassungssystems 110, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und das in einer Druckvorrichtung, wie z. B. einem Tintenstrahldrucker 20, verwendet werden kann, um das Volumen eines Druckfluids in einem Druckfluidbehälter, wie unten detaillierter erläutert wird, zu bestimmen. Das Fluidpegelerfassungssystem 110 kann auch in anderen Typen von Druckvorrichtungen, wie z. B. Laserdruckern, Plottern, tragbaren Druckeinheiten, Kopiergeräten, Kameras, Videodruckern und Faxgeräten, Anwendung finden. Das Fluidpegelerfassungssystem 110 umfasst einen Behälter 112, der mit einem Druckfluid oder einer Druckzusammensetzung, wie z. B. Tinte oder Toner, gefüllt ist. Der Behälter 112 ist in einer Druckkammer 114 mit einem Volumen V_P angeordnet und durch dieselbe umgeben. Der Behälter 112 kann aus derartigen Gegenständen, wie einem Beutel oder einer Kassette, hergestellt sein. Die Druckkammer 114 kann aus einem oder mehreren Gegenständen, wie z. B. einem Beutel, einer Kassette, einer Schale, einer Flasche, einem Körper oder einem Gehäuse, wie unten detaillierter erläutert wird, hergestellt sein. Eine Druckzusammensetzungszufuhrleitung 116 erstreckt sich durch eine Öffnung 118 in einer Wand 120 der Druckkammer 114 und ist mit einem Druckzusammensetzungstor 122 gekoppelt, um Druckfluid zu der Druckvorrichtung zu liefern. Eine Abdichtung (nicht gezeigt) in der Öffnung 118, durch die sich die Zuführleitung 116 erstreckt, wird verwendet, um die Verhinderung dessen zu unterstützen, dass Luft aus der Druckkammer 114 entweicht.
Das Fluidpegelerfassungssystem 110 umfasst außerdem eine Referenzkammer 124 mit einem Volumen V_R und eine Luftquelle 128, wie z. B. eine Pumpe oder einem Behälter mit Druckluft. Die Referenzkammer 124 kann ebenso aus derartigen Gegenständen, wie z. B. einem Beutel, einer Kassette, einer Schale, einer Flasche, einem Körper oder einem Gehäuse, hergestellt sein. Die Druckkammer 114 und die Referenzkammer 124 sind mit einem Luftverwaltungssystem 126 verbunden.
Das Luftverwaltungssystem 126 umfasst Leitungen 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142 und 144, Ventile 148, 149, 150 und 152 und eine Entladeöffnung 154. Die Leitungen 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142 und 144 können aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Kunststoffschläuchen, hergestellt sein. Die Leitung 138 ist mit einem Lufttor 143 der Druckkammer 114 gekoppelt. Das Lufttor 143 ist konfiguriert, um Luft von der Quelle 128 an die Druckkammer 114 zu liefern, um das feste Volumen der Druckkammer 114 mit einem Druck zu beaufschlagen, wie unten detaillierter erläutert ist. Bei einem oder mehreren Ausführungsbeispielen des Systems 110 kann das Lufttor 143 ein bidirektionales Ventil umfassen, das in einer ersten Richtung betätigbar ist, um die Druckkammer 114 mit einem Druck zu beaufschlagen, und in einer zweiten Richtung betätigbar ist, um den Druck in der Druckkammer 114 abzulassen.
Die Ventile 150 und 152 steuern, welche Kammer zu einer bestimmten Zeit mit einem Druck beaufschlagt wird oder in welcher Kammer der Druck abgelassen wird, während das Ventil 148 verhindert, dass Luft während einer Druckbeaufschlagung durch die Entladeöffnung 154 entweicht. Das Ventil 149 unterstützt eine Verhinderung dessen, dass Luft während der Entladung durch die Luftquelle 128 entweicht. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird darauf verwiesen, dass eines oder mehrere der Ventile 148, 149, 150 und 152 durch Mehrtorventile ausgetauscht werden können. Die Ventile 150 und 152 können z. B. mit einem einzelnen Mehrtorventil kombiniert und durch dasselbe ausgetauscht werden. Als weiteres Beispiel könnten die Ventile 148, 149, 150 und 152 mit einem einzelnen Mehrtorventil kombiniert und durch dasselbe ersetzt werden.
Obwohl nur eine einzelne Entladeöffnung 154 gezeigt ist, wird angemerkt, dass eines oder mehrere alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mehrere Entladeöffnungen verwenden können. Die Druckkammer 114 kann z. B. durch eine erste Entladeöffnung entladen werden und die Referenzkammer 124 durch eine zweite Entladeöffnung. Eine derartige Anordnung erlaubt eine gleichzeitige Entladung der Druckkammer 114 und der Referenzkammer 124.
Das Fluidpegelerfassungssystem 110 umfasst ferner einen Drucksensor 158, der entworfen ist, um Druckpunkte zu erfassen oder einen Druck zu messen, sowie ein Steuersystem 160, das mit dem Luftverwaltungssystem 126, der Luftquelle 128 und dem Drucksensor 158 gekoppelt ist. Das Steuersystem 160 betätigt die Luftquelle 128, wie durch einen Pfeil 129 angezeigt ist, die Ventile 148, 149, 150 und 152 des Luftverwaltungssystems 126, wie durch einen Pfeil 127 angezeigt ist, und empfängt Datensignale von dem Drucksensor 158, die einen Druck darstellen, wie durch einen Pfeil 159 angezeigt ist. Das Steuersystem 160 kann derartige Gegenstände, wie einen Mikroprozessor oder eine Steuerung, umfassen. Obwohl ein einzelner Drucksensor 158 gezeigt ist, wird darauf verwiesen, dass andere Ausführungsbeispiele eines Erfassungssystems 110 mehrere Sensoren umfassen können.
Das Fluidpegelerfassungssystem 110 kann wie folgt betrieben werden, um das Volumen eines Druckfluids in dem Behälter 112 zu bestimmen. Zuerst werden die Ventile 148 und 150 geschlossen, dann werden die Ventile 149 und 152 geöffnet. Als Nächstes wird die Referenzkammer 124 mit dem Volumen V_R unter Verwendung der Luftquelle 128 mit einem Anfangsdruck P_R0 beaufschlagt, der größer oder gleich einem Druck P_R1 ist. Ein Luftfluss von der Luftquelle 128 wird dann z. B. durch ein Schließen des Ventils 149 blockiert. Die Luft in der Referenzkammer 124 wird dann durch die Entladeöffnung 154 durch ein Öffnen des Ventils 148 entladen. Der Druckrückgang in der Referenzkammer 124 wird über den Drucksensor 158 erfasst oder gemessen. Das Steuersystem 160 umfasst eine Zeitmessvorrichtung (nicht gezeigt), die eine abgelaufene Zeit (Δt_R) bestimmt, in der der Druck in der Referenzkammer 124 von einem Druck P_R1 zu einer Zeit t_R1 auf einen niedrigeren Druck P_R2 zu einer Zeit t_R2 abfällt, wenn Luft aus der Referenzkammer 124 über die Entladeöffnung 154 entweicht. Ein Graph 162 des Drucks in der Referenzkammer 124 als Funktion der Zeit ist in 3 gegeben.
Als Nächstes werden die Ventile 148 und 152 geschlossen und dann werden die Ventile 149 und 150 geöffnet. Die Druckkammer 114 mit dem Volumen V_P wird dann unter Verwendung der Luftquelle 128 mit einem Anfangsdruck P_P0 beaufschlagt, der größer oder gleich dem Druck P_P1 ist. Ein Luftfluss von der Luftquelle 128 wird dann z. B. durch ein Schließen des Ventils 149 blockiert. Die Luft in der Druckkammer 114 wird dann durch die Entladeöffnung 154 durch ein Öffnen des Ventils 148 entladen. Der Druckrückgang in der Druckkammer 114 wird über den Drucksensor 158 erfasst oder gemessen. Die Zeitmessvorrichtung (nicht gezeigt) des Steuersystems 160 bestimmt eine abgelaufene Zeit (Δt_P), in der der Druck in der Druckkammer 114 von einem Druck P_P1 zu einer Zeit t_P1 auf einen geringeren Druck P_P2 zu einer Zeit t_P2 abfällt, wenn Luft aus der Druckkammer 114 über die Entladeöffnung 154 entweicht. Ein Graph 164 des Drucks in der Druckkammer 114 als Funktion der Zeit ist in 3 gegeben. Die Öffnung 154 ist eine kleine Öffnung, die die Rate eines Luftflusses während dieser Entladungen einschränkt, um es zu ermöglichen, dass eine ausreichende Zeit für diese Messungen vorliegt.
Unter der Annahme, dass Luft als ein ideales Gas modelliert werden kann, beschreibt das ideale Gasgesetz die Beziehung zwischen Temperatur (T), Druck (P) und Volumen (V) für eine bestimmte Menge an Luft (n) in einer Kammer. pV = nRT, wobei R = molare Gaskonstante (1)
Unter der Annahme von konstantem Volumen und Temperatur gilt.
Die Zeitrate einer Druckveränderung in einer Kammer als Funktion der molaren Flussrate der aus einer Öffnung herausströmenden Luft beträgt:
Unter Annahme eines isothermen Flusses wird die molare Flussrate von Luft aus der Öffnung heraus als eine lineare Funktion des Drucks modelliert:
Ein Kombinieren der Gleichungen 3 und 4 ergibt den Druck als eine Funktion der Zeit:
Ein Auflösen der obigen Differentialgleichung erster Ordnung ergibt:
Unter Anwendung dieses exponentiellen Zerfalls in Bezug auf die Luft, die einen Druckfluidbehälter in einer Druckkammer umgibt, wobei P_P0 der Anfangsdruck in der Druckkammer ist, P_P1 der erste Druckpunkt ist, P_P2 der zweite Druckpunkt ist und V_AIR das Volumen der Luft in der Druckkammer ist, ergibt sich folgendes:
Ein Kombinieren der Gleichungen 7 und 8 ergibt:
Eine ähnliche Gleichung wie Gleichung 11 kann für eine Referenzkammer geschrieben werden, mit der Ausnahme, dass hier das Luftvolumen gleich dem Volumen der Referenzkammer V_R ist:
Ein Kombinieren der Gleichungen 11 und 12 ergibt:
Zur Vereinfachung wird der Zustand angenommen, bei dem gilt: P_R1 = P_P1 und P_R2 = P_P2. Das Volumen an Luft in der Druckkammer V_P kann aus dem bekannten Volumen der Referenzkammer V_R und den beiden Zerfallszeiten Δt_P und Δt_R berechnet werden:
Unter Kenntnis des Volumens in der Druckkammer V_P, das für Luft verfügbar ist, wenn kein Fluid vorliegt, kann das Volumen des Fluids berechnet werden VFLUID = VP – VAIR (16)
Eine verbesserte Genauigkeit der Fluidpegelmessung ist möglich, indem ein mathematisches Modell der molaren Flussrate von Luft aus der Öffnung heraus ausgewählt wird, das keinen isothermen Luftfluss annimmt, wie oben angenommen wurde. Ein derartiges Modell kann derartige Dinge, wie Temperaturvariationen an der Öffnung während der Druckkammer- und der Referenzkammerentladung, berücksichtigen. Eine verbesserte Genauigkeit ist ebenso durch ein Auswählen ähnlicher Volumina für die Referenzkammer und die Druckkammer möglich.
4 zeigt ein Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Fluidpegelerfassungssystems 200, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und das in einer Druckvorrichtung, wie z. B. einem Tintenstrahldrucker 20, verwendet werden kann, um das Volumen eines Druckfluids in einem Druckfluidbehälter 202 zu bestimmen, wie unten de taillierter erläutert wird. Das Fluidpegelerfassungssystem 200 kann auch in anderen Typen von Druckvorrichtungen, wie z. B. Laserdruckern, Plottern, tragbaren Druckeinheiten, Kopiergeräten, Kameras, Videodruckern und Faxgeräten, Anwendung finden. Das Fluidpegelerfassungssystem 200 umfasst einen Behälter 202, der mit einem Druckfluid oder einer Druckzusammensetzung, wie z. B. Tinte oder Toner, gefüllt ist. Der Behälter 202 kann aus derartigen Gegenständen, wie z. B. einem Beutel oder einer Kassette, hergestellt sein. Der Behälter 202 ist durch eine Druckkammer 204 mit einem Volumen V_P umgeben und kann aus einem oder mehreren Gegenständen, wie z. B. einem Beutel, einer Kassette, einer Schale, einer Flasche, einem Körper oder einem Gehäuse, hergestellt sein. Eine Druckzusammensetzungszufuhrleitung 206 erstreckt sich durch eine Öffnung 208 in einer Wand 210 der Druckkammer 204 und ist mit einem Druckzusammensetzungstor 205 gekoppelt, um Druckfluid zu der Druckvorrichtung zu liefern. Eine Abdichtung (nicht gezeigt) in der Öffnung 208, durch die sich die Zuführleitung 206 erstreckt, wird verwendet, um eine Verhinderung dessen zu unterstützen, dass Luft aus der Druckkammer 204 entweicht.
Das Fluidpegelerfassungssystem 200 umfasst außerdem eine Referenzkammer 212 mit einem Volumen V_R, die ebenso aus derartigen Gegenständen, wie z. B, einem Beutel, einer Kassette, einer Schale, einer Flasche, einem Körper oder einem Gehäuse, hergestellt sein kann, sowie eine Luftquelle 216, wie z. B. eine zyklische Pumpe. Die Druckkammer 204 und die Referenzkammer 212 sind mit einem Luftverwaltungssystem 214 verbunden.
Das Luftverwaltungssystem 214 umfasst Leitungen 220, 222, 224, 226 und 228 und Ventile 234 und 236. Die Leitungen 220, 222, 224, 226 und 228 können aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Kunststoffschläuchen, hergestellt sein. Die Leitung 226 ist mit einem Lufttor 243 der Druckkammer 204 gekoppelt. Das Lufttor 243 ist konfiguriert, um Luft von der Quelle 216 an die Druckkammer 204 zu liefern, um das feste Volumen der Druckkammer 204 mit einem Druck zu beaufschlagen, wie unten detaillierter erläutert wird. Bei einem oder mehreren Ausführungsbeispielen des Systems 200 kann das Lufttor 243 ein bidirektionales Ventil umfassen, das in einer ersten Richtung betätigbar ist, um die Druckkammer 204 mit einem Druck zu beaufschlagen, und in einer zweiten Richtung betätigbar ist, um den Druck in der Druckkammer 204 abzulassen.
Die Ventile 234 und 236 steuern, welche Kammer zu einer bestimmten Zeit mit einem Druck beaufschlagt wird oder in welcher Kammer der Druck abgelassen wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird darauf verwiesen, dass die Ventile 234 und 236 durch ein Mehrtorventil ersetzt werden können. Die Ventile 234 und 236 können z. B. mit einem einzelnen Mehrtorventil kombiniert und durch dasselbe ersetzt werden.
Das Fluidpegelerfassungssystem 200 umfasst ferner einen Drucksensor 238, der entworfen ist, um Druckpunkte zu erfassen oder einen Druck zu messen, und ein Steuersystem 240, das mit dem Luftverwaltungssystem 214, der Luftquelle 216 und dem Drucksensor 238 gekoppelt ist. Das Steuersystem 240 betätigt die Luftquelle 216, wie durch einen Pfeil 217 angezeigt ist, die Ventile 234 und 236 des Luftverwaltungssystems 214, wie durch einen Pfeil 215 angezeigt ist, und empfängt Datensignale von dem Drucksensor 238, die einen Druck darstellen, wie durch einen Pfeil 239 angezeigt ist. Das Steuersystem 240 kann derartige Gegenstände, wie z. B. einen Mikroprozessor oder eine Steuerung, umfassen. Obwohl ein einzelner Drucksensor 238 gezeigt ist, wird darauf verwiesen, dass andere Ausführungsbeispiele des Erfassungssystems 200 mehrere Sensoren umfassen können.
Das Fluidpegelerfassungssystem 200 kann wie folgt betrieben werden, um das Volumen eines Druckfluids in dem Behälter 202 zu bestimmen. Als erstes wird das Ventil 234 geschlossen und dann wird das Ventil 236 geöffnet. Als Nächstes wird die Referenzkammer 212 mit dem Volumen V_R unter Ver wendung der Luftquelle 216 mit einem Druck P_R0 beaufschlagt, wie durch den Drucksensor 238 gemessen oder erfasst wird. Die Anzahl von Zyklen der zyklischen Pumpe der Luftquelle 216, die benötigt wird, um den Druck in der Referenzkammer 212 auf P_R0 anzuheben, wird durch einen Zähler (nicht gezeigt) des Steuersystems 240 gezählt. Die Luft in der Referenzkammer 212 wird dann z. B. durch die Luftquelle 216 entladen.
Als Nächstes wird das Ventil 234 geöffnet und das Ventil 236 geschlossen. Die Druckkammer 204 mit dem Volumen V_P wird dann unter Verwendung der Luftquelle 216 mit einem Druck beaufschlagt, der gleich dem Druck P_P0 ist, wie durch den Drucksensor 238 gemessen oder erfasst wird. Die Anzahl von Zyklen der zyklischen Pumpe der Luftquelle 216, die benötigt wird, um den Druck in der Druckkammer 204 auf einen Druck P_P0 anzuheben, wird durch den Zähler des Steuersystems 240 gezählt. Die Luft in der Druckkammer 204 wird dann z. B. durch die Luftquelle 216 entladen.
Basierend auf diesen Informationen kann das Volumen eines Druckfluids in dem Behälter 202 bestimmt werden. Beginnend mit dem idealen Gasgesetz, in Gleichung 1 angegeben, und seinen zugeordneten Annahmen beträgt die Menge an Luft in einer Kammer einer zyklischen Pumpe mit einem Volumen (V_Pumpe) bei Umgebungstemperatur (T_A) und einem Druck (P_A):
Ähnlich sind die Menge an Luft (N_P) in einer Druckkammer bei dem Druck P_P0 bzw. die Menge an Luft (N_R) in einer Referenzkammer bei dem Druck P_R0:
wobei m_P = Anzahl von Zählwerten der zyklischen Pumpe zum Anheben des Drucks in der Druckkammer auf P_P0 und V_AIR = Volumen von Luft in der Druckkammer.
wobei m_R = Anzahl von Zählwerten der zyklischen Pumpe zum Anheben des Drucks in der Referenzkammer auf P_R0 und V_R = Volumen der Referenzkammer.
Ein Kombinieren der Gleichungen 17, 18 und 19 und ein Auflösen nach dem Volumen der Luft (V_AIR) in der Druckkammer ergibt:
Zur Vereinfachung wird der Fall angenommen, dass P_R0 = P_P0 gilt:
Unter Kenntnis des Volumen (V_P) in der Druckkammer, das für Luft verfügbar ist, wenn kein Fluid vorliegt, kann das Volumen des Fluids (V_FLUID) berechnet werden: VFLUID = VP – VAIR (22)
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung erweitert werden kann, um mehr als einen Druckfluidbehälter zu umfassen. Nur eine Luftquelle, Referenzkammer, ein Drucksensor und eine Entladeöffnung müssen verwendet werden. Die einzige zusätzliche Anforderung ist ein zusätzliches Ventil oder eine Öffnung in einem Mehrtorventil für jeden Druckfluidbe hälter zur Verbindung desselben mit der Luftleitung. Es ist ebenso möglich, einen separaten Drucksensor und eine Entladeöffnung für jeden Druckfluidbehälter zu verwenden. Der Nachteil eines derartigen Systems besteht darin, dass jedes dieser Elemente kalibriert werden müsste. Die Vorteile umfassen, dass alle Kammern gleichzeitig entladen werden können.
Der Druckpegelsensor, der in dem Fluidpegelerfassungssystem der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, muss kein kontinuierlicher Druckpegelsensor sein. Diskrete Druckpegeldetektoren können ebenso verwendet werden. Damit diskrete Druckpegeldetektoren für das Fluidpegelerfassungssystem 110 funktionieren, müssen zumindest zwei Druckpegel eingerichtet werden und es muss eine Einrichtung zum Messen der Zeit geben, die verstreicht, bis sich der Luftdruck zwischen den beiden Pegeln verändert. Wenn die Luftquelle eine Druckbeaufschlagung jedes Mal auf dem gleichen Hochdruckpegel stoppen kann, wird nur ein einzelner Drucksensor für den niedrigeren Druckpegel benötigt.
Das Fluidpegelerfassungssystem der vorliegenden Erfindung kann auch während eines Druckens verwendet werden, um Druckfluid aus den Druckfluidbehältern zu Druckeinheiten der Druckvorrichtung, wie z. B. Druckköpfen, fortzubewegen. Die Drucksensoren des Fluidpegelerfassungssystems der vorliegenden Erfindung können auch verwendet werden, um die Integrität der Druckfluidliefersysteme zu verifizieren, indem Druckpegel überwacht werden und nach Lecks gesucht wird, während das System mit einem Druck beaufschlagt ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Luftquelle des Fluidpegelerfassungssystems der vorliegenden Erfindung nicht benachbart zu einem Druckfluidbehälter sein muss. Die Luftquelle kann sich an anderer Stelle innerhalb von oder benachbart zu der Druckvorrichtung befinden, was der Druckfluidbehälteranordnung mehr Flexibilität verleiht. Die Druckfluidbehälter selbst müssen sich ebenfalls in keiner bestimmten Ausrichtung befinden. Das Fluidpegelerfassungssystem der vorliegenden Erfindung funktioniert mit jeder Ausrichtung. Dies verleiht mehr Entwurfsfreiheit beim Lokalisieren der Druckfluidbehälter und beim Lokalisieren der Position der Fluidzwischenverbindungen an den Behältern. Es ist z. B. möglich, dass sich eine Druckfluidzwischenverbindung 336 auf einem Druckfluidbehälter 338 befindet, wie in 5 gezeigt ist. Ebenso gezeigt ist eine Luftzufuhrzwischenverbindung 340, die Luft an den Behälter 338 liefert. Ein Platzieren der Druckfluidzwischenverbindung auf dem Behälter 338 minimiert die Schwere von Druckfluidlecks, sollte dies auftreten, indem verhindert wird, dass der gesamte Inhalt des Tintenbehälters herausläuft.
Die Druckkammer des Fluidpegelerfassungssystems der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise eine Verbindung zu dem Luftverwaltungssystem herstellen, nachdem das Druckfluidsystem eine Verbindung zu der Druckvorrichtung herstellt. Außerdem sollte die Druckkammer vorzugsweise eine Verbindung unterbrechen, bevor das Druckfluidsystem eine Verbindung unterbricht. Dies hilft sicherzustellen, dass während einer Verbindung oder Trennung der Druck in den Druckfluidbehältern immer abgelassen wird. Ein konzentrisches Zwischenverbindungsglied 342, das hierfür entworfen ist, ist in 6 gezeigt. Wie in 6 zu sehen ist, ist eine Druckfluidleitung 344 durch eine konzentrische Luftleitung 346 umgeben. Wie ebenso in 6 zu sehen ist, steht die Fluidleitung 344 über das Ende 348 der Luftleitung 346 vor, was der Bereich einer Verbindung für die Leitungen 344 und 346 ist.
Die Druckkammer, die das Druckfluid umgibt, kann auf eine Anzahl unterschiedlicher Weisen implementiert sein. Die Schlüsselelemente sind, dass ein „bekanntes" Volumen eines „luftdichten" Raums das Druckfluid, das gemessen werden soll, umgeben muss. Dieser Raum kann Teil der Druckvorrichtung, des Druckfluidbehälters oder von beidem sein.
Wie in 7 gezeigt ist, kann die Druckkammer ein hartes Gehäuse 394 sein, das ein festes Volumen definiert, wie z. B. eine Schale oder Flasche, das einen flexiblen Druckzusammensetzungsbeutel 396 umgibt. Das Gehäuse 394 ist durch einen Deckel 398 in 7 abgedichtet, durch den sich eine Luftleitung 400 und eine Leitung 402 des Behälters 396 erstrecken. Die Luftleitung 400 ist mit einem Tor (nicht gezeigt) des Gehäuses 394 gekoppelt und liefert Luft an das feste Volumen des Gehäuses 394. Die Leitung 402 ist mit einem Tor 401 des Beutels 396 gekoppelt und liefert die Druckzusammensetzung an eine Druckvorrichtung.
In der Druckvorrichtung, wie in 8 gezeigt, kann die Druckkammer eine luftdichte Kammer 376 mit einer abdichtbaren Tür oder einem Deckel 378 sein, in der ein Druckzusammensetzungsbehälter 380 angeordnet ist, wie allgemein durch einen Pfeil 382 angezeigt ist. Die Kammer 376 definiert ein festes Volumen, wenn der Deckel 378 geschlossen ist. Die Kammer 376 umfasst eine Luftleitung oder ein Lufttor 384, die/das konfiguriert ist, um Luft zu der Kammer 376 zu liefern, um das feste Volumen der Kammer 376 mit einem Druck zu beaufschlagen. Die Kammer 376 umfasst außerdem eine Öffnung 386, die durch eine Wand 388 definiert ist, durch die sich eine Leitung 390 erstreckt, wenn der Behälter 380 in der Kammer 376 angeordnet ist. Die Leitung 390 ist mit dem Druckzusammensetzungstor 391 des Behälters 380 gekoppelt. Die Öffnung 386 wird durch eine Abdichtung 392 abgedichtet, wie in 8 gezeigt ist.
Die Funktionen eines bekannten oder festen Volumens und einer Luftdichtheit der Druckkammer müssen nicht durch die gleichen Strukturen bereitgestellt werden. Wie z. B. oben angemerkt ist und in 9 gezeigt ist, kann ein flexibler Beutel 404 um den Druckzusammensetzungsbehälter 406 herum platziert sein, ebenso als Beutel gezeigt. Der flexible Beutel 404 liefert die Luftdichtheit, während das Steuern des Volumens Teil der Druckvorrichtung ist, als eine nicht luftdichte Kammer 407 mit festem Volumen gezeigt, in der der Beutel 404 und der Behälter 406 angeordnet sind, wie allgemein durch einen Pfeil 408 angezeigt ist. Der Behälter 407 ist gezeigt, um einen Deckel 409 zu umfassen, und seine Nichtluftdichtheit ist symbolisch durch Löcher 410 dargestellt. Öffnungen 412 und 414 in dem Behälter 407 sind durch eine Wand 416 definiert. Eine Leitung 418 ist mit einem Druckzusammensetzungstor 419 des Druckzusammensetzungsbehälters 406 gekoppelt und erstreckt sich durch die Öffnung 412. Eine Luftleitung 420 ist mit einem Tor 421 des Beutels 404 gekoppelt, liefert Luft an dem Beutel 404 und erstreckt sich durch die Öffnung 414, wie in 9 gezeigt ist. Die Öffnungen 412 und 414 sind durch jeweilige Abdichtungen 422 und 424 abgedichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel muss das bekannte oder feste Raumvolumen nicht luftdicht sein, was es billiger und leichter im Aufbau macht, da die Luftdichtfunktion durch den zweiten flexiblen Beutel erzielt wird.
Als weiteres Beispiel kann, wie in 10 gezeigt ist, ein zweiter flexibler Beutel 426 als eine Druckkammer fungieren, indem derselbe um den Druckzusammensetzungsbehälter 428 herum platziert wird, ebenso als Beutel gezeigt. Der Beutel 426 ist luftdicht und erweitert sich, wenn er durch ein Gas, wie z. B. Luft, mit einem Druck beaufschlagt wird, auf ein bekanntes oder festes Raumvolumen, wie in 11 gezeigt ist. Der zweite flexible Beutel 426 umfasst eine Luftleitung 430, die mit einem Lufttor 431 des Beutels 426 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um Luft zu dem Beutel 426 zu führen, um das feste oder bekannte Volumen des Beutels 426 mit einem Druck zu beaufschlagen. Der Beutel 426 umfasst außerdem eine Öffnung 435, durch die sich eine Leitung 432 des Behälters 428 erstreckt, wenn der Behälter 428 in dem Beutel 426 angeordnet ist, um eine Verbindung zu einem Druckzusammensetzungstor 433 des Behälters 428 herzustellen.
12 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 350 zum Bestimmen des Volumens an Fluid in einem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Volumen von Luft in einer Druckkammer (V_AIR) mit einem Volumen (V_P) gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das Verfahren umfasst die Schritte eines Beaufschlagens 352 einer Referenzkammer mit einem Volumen (V_R) mit zumindest einem ersten Referenzkammerdruck (P_R1), eines Entladens 354 der Referenzkammer durch eine erste Öffnung, eines Erfassens 356 eines Druckrückgangs in der Referenzkammer von dem ersten Referenzkammerdruck (P_R1) auf einen zweiten Referenzkammerdruck (P_R2), wenn die Referenzkammer entladen wird, und eines Bestimmens 358 einer abgelaufenen Zeit (Δt_R), in der ein Druck in der Referenzkammer von dem Druck (P_R1) auf den Druck (P_R2) abfällt. Das Verfahren umfasst die zusätzlichen Schritte eines Beaufschlagens 360 der Druckkammer mit zumindest einem ersten Druckkammerdruck (P_P1), eines Entladens 362 der Druckkammer durch entweder die erste Öffnung oder eine zweite Öffnung, eines Erfassens 364 eines Druckrückgangs in der Druckkammer von dem ersten Druckkammerdruck (P_P1) auf einen zweiten Druckkammerdruck (P_P2), wenn die Druckkammer entladen wird, und eines Bestimmens 366 einer abgelaufenen Zeit (Δt_P), in der ein Druck in der Druckkammer von dem Druck (P_P1) auf den Druck (P_P2) abfällt. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte eines Bestimmens 368 des Volumens an Luft in der Druckkammer (V_AIR) basierend auf dem Referenzkammervolumen (V_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_P) und den Drücken (P_R1) , (P_R2), (P_P1) und (P_P2) und eines Bestimmens 370 des Volumens an Fluid in dem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Druckkammervolumen (V_P) und dem Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR).
Das oben beschriebene Verfahren kann außerdem den Schritt eines Nachfüllens 372 des Behälters mit dem Fluid, wenn das Volumen des Fluids in dem Behälter (V_FLUID) auf einem vorbestimmten Pegel oder unterhalb eines vorbestimmten Pegels ist und z. B. nachgefüllt werden muss, umfassen. Das oben beschriebene Verfahren kann ferner den Schritt eines Signalisierens 374, vor einem Nachfüllen, wenn das Volumen des Fluids in dem Behälter (V_FLUID) auf dem vorbestimmten Pegel oder unterhalb des vorbestimmten Pegels ist, umfassen.
Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, wird klar darauf verwiesen, dass dieselbe lediglich als Darstellung und Beispiel dienen soll und nicht als Einschränkung aufgefasst werden sollte. Die Erfindung soll nur durch die Ausdrucksweise der folgenden Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

Ein Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in einem Behälter (V_FLUID), mit folgenden Merkmalen: einem Behälter (60, 62, 112, 202, 302, 338, 380, 396, 406, 428), in dem sich ein Fluid befindet; einer Referenzkammer (124, 212), wobei die Referenzkammer ein Volumen (V_R) aufweist; einer Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426), in der der Behälter (60, 62, 112, 202, 302, 338, 380, 396, 406, 428) angeordnet ist, wobei die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) ein Volumen (V_P) aufweist; einer Luftquelle (128, 216, 314); einem Luftverwaltungssystem (126, 214, 312), das zumindest eine Öffnung (154) umfasst, wobei das Luftverwaltungssystem (126, 214, 312) konfiguriert ist, um selektiv die Luftquelle (128, 216, 314) mit der Referenzkammer (124, 212) zu koppeln, um die Referenzkammer (124, 212) mit zumindest einem ersten Referenzkammerdruck (P_R1) zu beaufschlagen, um selektiv die Luftquelle (128, 216, 314) mit der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) zu koppeln, um die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) mit zumindest einem ersten Druckkammerdruck (P_P1) zu beaufschlagen, um selektiv die Referenzkammer (124, 212) mit der Öffnung (154) zu koppeln, um die Referenzkammer (124, 212) zu entladen, und um selektiv die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) mit der Öffnung (154) zu koppeln, um die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) zu entladen; einem Drucksensor (158, 238, 326), der zur Erfassung eines Drucks konfiguriert ist; einer Zeitmessvorrichtung (160, 240, 328), die konfiguriert ist, um eine abgelaufene Zeit (Δt_R) zu bestimmen, in der ein Druck in der Referenzkammer (124, 212) von dem Druck (P_R1) auf einen niedrigeren Druck (P_R2) abfällt, wie durch den Drucksensor (158, 238, 326) erfasst wird, und um eine abgelaufene Zeit (Δt_P) zu bestimmen, in der ein Druck in der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) von dem Druck (P_P1) auf einen niedrigeren Druck (P_P2) abfällt, wie durch den Drucksensor (158, 238, 326) erfasst wird; und einer Rechenvorrichtung (160, 240, 328), die konfiguriert ist, um ein Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR) basierend auf dem Referenzkammervolumen (V_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_P) und den Drücken (P_R1), (P_R2), (P_P1) und (P_P2) zu bestimmen, und ferner konfiguriert ist, um das Volumen eines Fluids in dem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Druckkammervolumen (V_P) und dem Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR) zu bestimmen.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 1, bei dem das Luftverwaltungssystem (126, 214, 312) eine erste Öffnung, durch die die Referenzkammer (124, 212) entladen wird, und eine zweite Öffnung umfasst, durch die die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) entladen wird.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 1, bei dem die Zeitmessvorrichtung (160, 240, 328) und die Rechenvorrichtung (160, 240, 328) entweder einen Mikroprozessor oder eine Steuerung umfassen, der/die das Luftverwaltungssystem (126, 214, 312) betätigt, um eine selektive Kopplung der Referenzkammer (124, 212) mit der Luftquelle (128, 216, 314), der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) mit der Luftquelle (128, 216, 314), der Referenzkammer (124, 212) mit der Öffnung (154) und der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) mit der Öffnung (154) zu steuern, und der/die mit dem Drucksensor (158, 238, 326) gekoppelt ist, um Daten, die erfasste Druckpunkte darstellen, zu empfangen.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 1, bei dem die Luftquelle (128, 216, 314) eine Pumpe umfasst und das Luftverwaltungssystem (126, 214, 312) eine Leitung (130, 132, 140, 142, 144, 220, 222, 228) zwischen der Pumpe und der Referenzkammer (124, 212), eine Leitung (130, 132, 136, 138, 140, 220, 222, 224, 226, 318) zwischen der Pumpe und der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426), zumindest ein Ventil (149, 150, 152, 234, 236), das betätigbar ist, um eine Druckbeaufschlagung der Referenzkammer (124, 212) und der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) zu steuern, eine Leitung (134 136, 138, 140, 142, 144) zwischen der Öffnung (154) und der Referenzkammer (124, 212) und der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) und ein Ventil (148), das betätigbar ist, um eine Druckminderung der Referenzkammer (124, 212) und der Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) über die Öffnung (154) zu steuern, umfasst.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 1, bei dem der Behälter (60, 62, 112, 202, 302, 338, 380, 396, 406, 428) einen Beutel (112, 202, 302, 380, 396, 406, 428) umfasst.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 5, bei dem die Druckkammer (114, 204, 304, 376, 394, 404 und 407, 426) einen zweiten luftdichten Beutel (404, 426) umfasst, der den Behälter (60, 62, 112, 202, 302, 338, 380, 396, 406, 428) umgibt.
Das Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) gemäß Anspruch 1, bei dem der Drucksensor (158, 238, 326) einen ersten Drucksensor, der Drücke P_R1 und P_P1 erfasst, und einen zweiten Drucksensor umfasst, der P_R2 und P_P2 erfasst.
Eine Druckvorrichtung (20) mit folgenden Merkmalen: einem Druckmechanismus (64, 66), der ein Bild druckt; einer Druckzusammensetzung; und einem Fluidpegelerfassungssystem (110, 200, 300) zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in dem Behälter (V_FLUID) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Ein Verfahren (350) zum Bestimmen des Volumens eines Fluids in einem Behälter (V_FLUID), der in einer Druckkammer platziert ist, basierend auf dem Volumen an Luft in der Druckkammer (v_AIR), die ein Volumen (V_P) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Beaufschlagen (352) einer Referenzkammer, die ein Volumen (V_R) aufweist, mit zumindest einem ersten Referenzkammerdruck (P_R1); Entladen (354) der Referenzkammer durch eine erste Öffnung; Erfassen (356) eines Druckrückgangs in der Referenzkammer von dem ersten Referenzkammerdruck (P_R1) auf einen zweiten Referenzkammerdruck (P_R2), wenn die Referenzkammer entladen wird; Bestimmen (358) einer abgelaufenen Zeit (Δt_R), in der ein Druck in der Referenzkammer von dem Druck (P_R1) auf den Druck (P_R2) abfällt; Beaufschlagen (360) der Druckkammer mit zumindest einem ersten Druckkammerdruck (P_P1); Entladen (362) der Druckkammer durch die erste Öffnung oder eine zweite Öffnung; Erfassen (364) eines Druckrückgangs in der Druckkammer von dem ersten Druckkammerdruck (P_P1) auf einen zweiten Druckkammerdruck (P_P2) , wenn die Druckkammer entladen wird; Bestimmen (366) einer abgelaufenen Zeit (Δt_P), in der ein Druck in der Druckkammer von dem Druck (P_P1) auf den Druck (P_P2) abfällt; Bestimmen (368) des Volumens an Luft in der Druckkammer (V_AI _R) basierend auf dem Referenzkammervolumen (V_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_R), der abgelaufenen Zeit (Δt_P) und den Drücken (P_R1), (P_R2), (P_P1) und (P_P2); und Bestimmen (370) des Volumens eines Fluids in dem Behälter (V_FLUID) basierend auf dem Druckkammervolumen (V_P) und dem Volumen an Luft in der Druckkammer (V_AIR).
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner den Schritt eines Nachfüllens (372) des Behälters mit dem Fluid, wenn das Volumen des Fluids in dem Behälter (V_FLUID) entweder bei einem vorbestimmten Pegel oder unterhalb eines vorbestimmten Pegels ist, aufweist.