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Die
Erfindung betrifft kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker
und insbesondere das Installieren und Halten des Druckkopfs in solchen
Druckern.
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Beim
kontinuierlichen Tintenstrahldruck wird unter Druck stehende Tinte
einem Verteiler zugeführt,
der die Tinte auf eine Vielzahl von Öffnungen verteilt, die in der
Regel linear angeordnet sind. Die Tinte wird aus den Öffnungen
in Strahlen ausgestoßen,
die sich aufgrund der Oberflächenspannung
in der Tinte in Tintentröpfchenströme auflösen. Für den Tintenstrahldruck
mit diesen Tröpfchenströmen werden
wahlweise einige Tröpfchen
elektrisch geladen und aus ihren normalen Flugbahnen umgelenkt.
Die umgelenkten oder nicht umgelenkten Tröpfchen werden aufgefangen und
in den Kreislauf zurückgeführt, während die übrigen Tröpfchen auf
eine Druckfläche auftreffen
können.
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Der
Druckkopf für
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker muss gewöhnlich nach einer
bestimmten Anzahl von Betriebsstunden ausgetauscht werden, meistens
wegen Ausfall, und wird dann zur Erneuerung an den Hersteller zurückgegeben.
Unglücklicherweise
ist der Ausbau der Druckköpfe
und der anschließende
Wiedereinbau zeitaufwändig
und fehleranfällig.
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Beim
Ausbau des Druckkopfs eines Ein-Zoll-Druckers ist es zum Beispiel
notwendig, zuerst die Abdeckungen des Drucksystems zu entfernen,
um alle Bauteile der Ankoppelstation und des Druckkopfs freizulegen,
dann eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen und flüssigen Verbindungen zu
trennen und die den Druckkopf haltenden Befestigungselemente zu
lösen.
Bei einem Vier-Zoll-Drucker sind Druckkopf und Ankoppelstation in
einem Stück
ausgebildet und müssen
als komplette Einheit ausgebaut werden. Auch in diesem Fall müssen alle elektri schen
Leitungen und Flüssigkeitsleitungen
an der Einheit getrennt und anschließend zwei Schnapper gelöst werden.
Die Einheit wird dann aus ihrer Halterung gehoben.
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US-A-4 809 015 offenbart
ein Verfahren zum Installieren und Halten eines Druckkopfs. Hier
befanden sich die Mittel zum Stützen
des Druckkopfs unter dem Druckkopf. Dies war zwar für einen
Trommeldrucker akzeptabel, eignet sich jedoch nicht für einen Drucker,
der auf einer flachen Unterlage druckt, weil die Abstützung dort
eine große
Druckdistanz erfordern würde.
In
US-A-4 809 015 wird
der Druckkopf mit einer Übertotpunkt-Nockenverriegelung
gesichert. Diese Übertotpunkt-Nockenverriegelung
ist für kleine
Druckköpfe
durchaus brauchbar. Für
einen wesentlich größeren und
schwereren Druckkopf mit einer langen Öffnungsanordnung erfordern
solche Übertotpunkt-Nockenverriegelungen
jedoch wesentlich stärkere
Vorspannfedern. Wenn der Druckkopf mit einem solchen Mechanismus
gesichert wird, neigen die erforderlichen starken Federn dazu, den Druckkopf
zu abrupt in der Aufnahme anzukoppeln, wenn die Verriegelung den Übertotpunkt
passiert. Dies kann eine Beschädigung
der hergestellten flüssigen
und elektrischen Verbindungen zur Folge haben. Es besteht zudem
die Gefahr, dass die Finger des Bedieners gequetscht oder zertrümmert werden. Aus
diesen Gründen
ist das in
US-A-4 809
015 offenbarte Verfahren für Tintendrucksysteme mit langer Öffnungsanordnung
nicht ohne weiteres adaptierbar.
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Das
Europäische
Patent
EP 0872355 B1 offenbart
einen Tintenpatronen-Lademechanismus für einen Drucker. Eine Tintenpatrone
wird wie nachstehend beschrieben in den Tintenpatronen-Lademechanismus
des Druckers eingelegt. Zuerst wird die Tintenpatrone senkrecht
von oben in eine Aufnahme geschoben. Dann wird ein Betätigungshebel
eines Schiebemechanismus gedreht, um die Aufnahme waagerecht mit
einer Tintenzuführungsnadel
in Berührung
zu bringen. Dadurch entsteht ein Beladungszustand, in dem die Tintenzuführungsnadel
vollständig
in eine Tintenzuführungsöffnung der
Tintenpatrone eingesetzt wird.
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Somit
besteht ein Bedarf für
einen problemlos austauschbaren Druckkopf, der für Drucker unterschiedlicher
Größe verwendbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zum Installieren
und Halten des Druckkopfs an der Druckkopf-Ankoppelstation zu schaffen.
Diese Aufgabe wird von der in den folgenden Ansprüchen abgegrenzten
Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung offenbart u. a. das Trennen des Druckkopfs, der notwendigerweise
gelegentlich erneuert werden muss, und der Betätigungselemente des Druckkopfs,
die in der Regel weniger Reparaturen erfordern und ohne Ausbau aus
dem Drucksystem gewartet werden können. Die Erfindung ermöglicht eine
einwandfreie Positionierung des Druckkopfs an der Ankoppelstation
und stellt beim Installieren des Druckkopfs die elektrischen, flüssigen und mechanischen
Verbindungen her. Die zur Realisierung des Konzepts der Erfindung
erforderlichen Schritte umfassen das Einschieben des Druckkopfs in
die annähernd
richtige Position, das Einsetzen eines Schraubenschlüssels in
einen Steckschlüsseleinsatz
und das Drehen des Schlüssels,
bis sich der Druckkopf in der richtigen Position befindet. Dazu sind
etwa sieben Umdrehungen erforderlich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
isometrische Ansicht, die den Druckkopf nach Ankoppelung an die
Druckkopf-Ankoppelstation in seiner betriebsbereiten Stellung zeigt;
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2 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Druckkopf-Hubmechanismus;
und
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3 eine
isometrische Ansicht, die den Druckkopf nach Trennung vom Drucker
in seiner installationsbereiten Stellung zeigt.
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1 zeigt
zwei Hauptbaugruppen, nämlich einen
Druckkopf 1 und eine Druckkopf-Ankoppelstation 2.
Ein Druckkopf-Hubmechanismus 3 stellt eine Unterbaugruppe
der Druckkopf-Ankoppelstation 2 dar. 1 zeigt
den Druckkopf 1 in einer angekoppelten Stellung.
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Wie
aus 1 und auch aus 2 ersichtlich,
muss sich der Hubmechanismus 3 in der unteren Stellung
befinden, um den Druckkopf anzukoppeln bzw. durch Heben in Stellung
zu bringen. Der Hubmechanismus 3 der Druckkopf-Ankoppelstation 2 weist
an beiden Enden des Mechanismus 3 parallele Schwalbenschwänze 5 auf.
Der Druckkopf 1 kann auf die Schwalbenschwänze geschoben
werden und berührt
dann einen Anschlag 22, der den Druckkopf waagerecht annähernd in
die richtige Stellung bringt. Der Hubmechanismus wird von einem
später
noch ausführlicher
beschriebenen Antriebsschraubenmechanismus gehoben und gesenkt.
Wenn der Hubmechanismus gehoben wird, hebt er den Druckkopf in einer
ruckfreien und geradlinigen Bewegung und bringt ihn mit zwei Führungsstiften 15 in
Eingriff. Der von den Schwalbenschwänzen des Hubmechanismus gehaltene
Druckkopf kann sich ungehindert verschieben und daher von den Führungsstiften
genauer ausgerichtet werden. Der Eingriff mit den Führungsstiften
gewährleistet
daher die zum gleichzeitigen Ankoppeln von fünf Flüssigkeitsarmaturen 16 und
einem 352-poligen elektrischen Stecker 17A, 17B erforderliche
Ausrichtung.
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Umgekehrt
wird der Hubmechanismus mittels des Antriebsschraubenmechanismus 8 gesenkt, um
den Druckkopf zum Ausbau abzukoppeln. Die rockfreie geradlinige
Bewegung durch den Hubmechanismus bewirkt, dass die Flüssigkeitsarmaturen und
die elektrischen Verbindungen ohne Gefahr für die Verbindungen gleichzeitig
abgekoppelt werden. Nach Senken des Druckkopfs kann dieser problemlos
von den Schwalbenschwänzen
geschoben werden.
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3 zeigt
den Druckkopf-Hubmechanismus 3 im Detail. Er umfasst eine
Hubplatte 4 mit einer waagerechten Verlängerung an jeder Seite zum
Aufnehmen der beiden Schwalbenschwänze 5. Die Schwalbenschwänze 5 stützen den
Druckkopf 1 in der senkrechten Stellung am Hubmechanismus 3 und
bringen ihn annähernd
in die waagerechte Endstellung. Durch Öffnungen in der Abdeckung können die
Schwalbenschwänze
mit Elementen am Innenrahmen des Druckkopfs in Eingriff gelangen.
Die Hubplatte 4 wird während
ihrer Aufwärts-
oder Abwärtsbewegung über die
Führungsstangen 7 an
vier Lager 6 positioniert und geführt. Diese Führungsstangen
gewährleisten
die zum gleichzeitigen Ankoppeln einer großen Anzahl von flüssigen und
elektrischen Verbindungen erforderliche gewünschte geradlinige Bewegung.
Zum Heben oder Senken der Hubplatte 4 wird die zweigängige Acmetrapezgewinde-Antriebsschraube 8 gedreht,
welche die Mutter 9 waagerecht entlang der Schraube bewegt.
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Stifte 10 verstiften
die Mutter 9 mit einem federbelasteten Gestänge 11,
während
der Stift 12 ein entgegengesetztes Ende mit der Hubplatte 4 verstiftet.
Durch die Bewegung der Mutter wird auf die Feder 11A des
Gestänges
Druck ausgeübt
und dadurch wiederum die Hubplatte 4 nach oben oder unten
bewegt. Die Feder 11A wird mit einer Schraube 11B zwischen
den Verbindungsstücken
vorgespannt. Die Antriebsschraube 8 wird mit zwei Konsolen 13 und 14 unter
Verwendung von sechs Befestigungsschrauben an der Druckkopf-Ankoppelstation 2 positioniert und
befestigt. Die Antriebsschraube 8 ragt durch eine Seite
der Druckkopf-Ankoppelstation 2 und
weist zum Drehen einen normalen 3/16-Zoll-Innensechskant auf. Wenn
der Druckkopf 1 gehoben wird, gelangt er zu einem festen
Anschlag und der Rahmen des Druckkopfs ruht dann an drei Punkten
auf der Druckkopf-Ankoppelstation. In dieser Stellung wird auf das
federbelastete Verbindungsstück 11 Druck ausgeübt. Dadurch
wird die vorgespannte Schraube 11B entlastet. Diese Pressung
beginnt etwa 0,1 cm (0.04 Zoll), bevor der Druckkopf die Ruhestellung
erreicht. Dieser federbelastete Mechanismus gewährleistet, dass von dem Gestänge unabhängig von
Teiletoleranzen eine konstante Installationskraft ausgeübt wird.
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Dieser
Schraubendreher in Form einer Verstellspindel bietet zahlreiche
bemerkenswerte Vorteile. Die Verstellspindel dient zunächst als
nicht abrupt arbeitendes Betätigungsmittel
zum Ankoppeln der flüssigen
und elektrischen Verbindungen. Durch Ausrichten der Verstellspindel
rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Hubmechanismus und Verwendung
des in der Zeichnung dargestellten Gestänges ändert sich die mechanische
Kraftverstärkung
(das Last-Kraft-Verhältnis) mit
der Position der Hubplatte. Die mechanische Kraftverstärkung erreicht
ihren höchsten
Wert, wenn sich die Hubplatte in der Nähe des oberen Endes ihres Weges
befindet und das Gestänge
annähernd
einen rechten Winkel mit der Antriebsschraube bildet. Infolgedessen
ist die Hubkraft am Druckkopf dann am größten, wenn sie zum Ankoppeln
der elektrischen Verbindungen benötigt wird. Umgekehrt nimmt
die Bewegungsgeschwindigkeit ab, sodass zum Ausrichten der Kontakte
genügend Zeit
bleibt. Die hohe mechanische Kraftverstärkung eliminiert auch die Gefahr,
dass das Gewicht des Druckkopfs den Hubmechanismus nach unten treibt und
die flüssigen
und elektrischen Verbindungen öffnet.
Die Feder im Gestängearm
ist elastisch genug, um sicherzustellen, dass der Druckkopf gegen
die senkrechten Anschläge
gefahren werden kann, ohne den Druckkopf, die Druckkopf-Ankoppelstation
oder den Hubmechanismus zu beschädigen.
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Die
Erfindung ist für
den Tintendruck nützlich und
hat den Vorteil, dass sie den Druckkopf und die zugehörigen elektrischen
Betätigungselemente
so ausrichtet, dass ein Druckkopf in einem Tintenstrahl-Drucksystem
problemlos aus- und eingebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, dass der Mechanismus in jeder beliebigen
Richtung ausgerichtet werden kann.
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Die
Erfindung wird hier anhand einer zweigängigen Acmetrapezgewindespindel
beschrieben, die ein federbelastetes Gestänge bewegt, um den Druckkopf
in Stellung zu bringen. Der Fachmann wird jedoch unschwer erkennen,
dass das Konzept der Erfindung auf die verschiedenste Weise realisiert werden
kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So kann
zum Beispiel ein handbetätigter
Nocken oder eine andere Hebelbetätigung
verwendet werden; oder eine Spindel oder ein Nocken mit Motorantrieb;
oder eine Spindel oder ein Nocken mit Elektromagnetantrieb. Es ist
jedoch festzuhalten, dass die langsame Bewegung der handbetätigten Spindel
eine hohe Einsetzkraft erzeugt und dennoch keine Sicherheitsprobleme
schafft, wie zum Beispiel Quetschen zwischen der Ankoppelstation
und dem Druckkopf.
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Die
Erfindung wurde hier ausführlich
anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, lässt jedoch
Modifikationen und Variationen zu, ohne den in den folgenden Ansprüchen abgegrenzten
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.