EP3147124A1 - Verfahren zum dämpfen von druckspitzen in einer leitung für tinte eines tintenstrahldruckers - Google Patents

Verfahren zum dämpfen von druckspitzen in einer leitung für tinte eines tintenstrahldruckers Download PDF

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EP3147124A1
EP3147124A1 EP16179165.2A EP16179165A EP3147124A1 EP 3147124 A1 EP3147124 A1 EP 3147124A1 EP 16179165 A EP16179165 A EP 16179165A EP 3147124 A1 EP3147124 A1 EP 3147124A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ink
chamber
membrane
air
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16179165.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Ratjen
Jörg-Achim FISCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberger Druckmaschinen AG filed Critical Heidelberger Druckmaschinen AG
Publication of EP3147124A1 publication Critical patent/EP3147124A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17596—Ink pumps, ink valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J29/00—Details of, or accessories for, typewriters or selective printing mechanisms not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/18—Ink recirculation systems

Definitions

  • the invention relates to a method for damping pressure peaks in a line for ink of an ink jet printer with the features of claim 1.
  • meniscus pressure This is the pressure of the ink at the orifices of the nozzles of the printhead. This pressure is nominally generally slightly negative to the environment (e.g., between about -5 and about -10 mbar). To ensure this pressure, regulated pumps are often used for certain desired pressures.
  • the printheads for the different colors are usually connected to a manifold and are parallel to each other.
  • This is usually a manifold for the called supply side and a manifold for the so-called return page provided (ink supply and ink removal).
  • the respective pressure in a manifold is a controlled variable for a pump associated with the manifold.
  • the target pressure in the return or supply manifolds is determined from the desired meniscus pressure, the breakdown of the print head internal resistances (the channels for the ink) and the hydrostatic height of the manifold above the meniscus level. For the calculation of the meniscus pressure, the pressure on the two manifolds can each be regarded as a potential that is divided by the head-internal resistances.
  • the US 8,042,902 B2 describes the determination of a liquid volume in a liquid chamber of a damper divided by a membrane into two parts. Preferably, this is half of the total volume of the damper, so that the membrane can oscillate within the damper, without applying to a wall of the damper housing.
  • the determination of the volume is made by comparing pressure pulsations, which arise at the damper by the pulsation of liquid pumps. The determination takes place, wherein once the volume of a smaller air chamber behind the membrane is decoupled from a larger buffer volume and at another time the two volumes are coupled.
  • the two measured Pulsation amplitudes can be converted in knowledge of the large volume of air in an air and thus also in a liquid volume in the damper.
  • the described determination can be repeated in printing pauses in order to check the operating point of the membrane.
  • the method according to the invention makes it possible to reliably damp pressure spikes in a line for ink of an inkjet printer.
  • the method according to the invention can comprise the further step: g) damping of pressure peaks with the membrane guided to its rest position after steps a to c or d to f.
  • a preferred embodiment of the invention can be characterized in that the air pressure - in the air pump, in the buffer, in the first room or in a three connecting line - is measured, preferably by means of a pressure sensor.
  • a preferred embodiment of the invention can be characterized in that step a) or step e) is terminated as soon as the measured air pressure begins to rise significantly, preferably substantially linearly.
  • a preferred embodiment of the invention may be characterized in that step b) or step d) is terminated as soon as the measured air pressure begins to fall significantly, preferably substantially linearly.
  • a preferred embodiment of the invention may be characterized in that a peristaltic pump is present as a pump and that the pump cycles are determined by counting the steps of the motor of the pump.
  • the motor of the pump is preferably a stepper motor, wherein the individual steps may be shares of engine revolutions.
  • the counted pump cycles may not be integer, eg rational. Alternatively, you can Also, a motor with timing disc or a motor with gear are used and a count of engine revolutions are performed.
  • a preferred embodiment of the invention can be characterized in that the pressure of the ink is kept constant.
  • FIG. 1 shown ink supply system or the ink supply device 1 supplies a print head 2 with ink.
  • Conventional printheads have in their interior a variety of smallest channels for the ink. These channels can be understood in a simplified way as flow resistors 2a and 2b.
  • the ink for the print head is initially stored in an ink reservoir 3 and is conveyed from there via an ink line 4, in which a pump 5 is arranged, to the input side of the print head.
  • a valve 6 is also provided, which can be opened and closed.
  • the print head is connected to the ink reservoir 3 via an ink line 7, in which a pump 8 is provided.
  • a valve 9 is provided, which can be opened and closed.
  • the described constellation allows ink to circulate through the printhead allow unused ink to be pumped back into the ink reservoir.
  • a line system 27 (a so-called manifold), which can form a complex line system and, for the sake of simplicity, is shown only schematically in the figure.
  • a line system or so-called manifold 28 may also be located. This too is simplified in the FIG. 1 shown.
  • pressure peaks may occur, which are damped by the measures described below.
  • the pressure spikes may be undesirable fluctuations or modulations of the pressure of the ink liquid, for example pressure pulses originating from the pumps or pressure pulses resulting from the start or end of the printing process and the concomitant increased or decreased ink consumption.
  • the supply side (ink line 4 or Manifold 27) is connected via an ink line 15 with a chamber 10.
  • the chamber 10 has a diaphragm 11 in its interior which divides the chamber into a first space 10a and a second space 10b.
  • the chamber is constructed symmetrically and arranged the membrane centrally.
  • the return side (ink line 7 or manifold 28) is connected to a chamber 16 via an ink line 20.
  • a diaphragm 17 is provided which divides the interior of the chamber into a first space 16a and a second space 16b.
  • the two opposite first spaces 10a and 16a are filled with air, provided that the respective membrane is in its rest position.
  • the supply of the first spaces 10a and 16a with air via an air pump 13. From this leads an air line 14 to a buffer 12 and from there to the first room 10a. Between the air pump 13 and the buffer 12, a valve 21 is provided, which is open and can be closed. Between the buffer 12 and the first space 10a, a pressure sensor 25 is provided. Accordingly, an air duct 19 leads via a buffer 18 to the first space 16a. Also in the air line 19, a valve 22, which can be opened and closed, and a pressure sensor 26 are provided.
  • the illustration in the middle shows by way of example the chamber 10 with the two spaces 10a and 10b and the membrane 11 in its rest position.
  • the membrane 11 is in the rest position when the same volume of air or ink is present on both sides of the membrane, that is to say in the first or second space 10a or 10b (if the chamber is symmetrical with respect to the two volumes constructed and the membrane is centrally mounted).
  • the membrane 11 is deflected from its rest position and is within the chamber 10 at the wall 23 at. At this time, the volume of the second space 10b substantially completely disappears. Accordingly, on the right side of the FIG. 2 illustrated the opposite situation in which the membrane is so deflected from its rest position that the volume of the first chamber 10a substantially completely disappears. In this case, the membrane 11 applies to another wall 24 of the chamber 10. Instead of the walls 23 and 24, it would also be possible to provide stops within the chamber 10, against which the membrane 11 rests in its respective deflected position. The same applies to the chamber 16.
  • the wall 23 or a corresponding stop are preferably constructed so that the ink is not shut off in the operating case by the membrane, ie continue to flow.
  • the wall may preferably be a grid, wherein the membrane rests against the grid and the ink flows behind the grid. It can also be provided not to move the membrane to the respective wall, but only so far until the tension of the membrane begins to increase substantially linearly, for example because the membrane begins to stretch.
  • the slope can be positive or negative. The moment of the transition from essentially constant tension to substantially linearly increasing tension of the diaphragm can be measured via a corresponding change in air pressure with the pressure sensors 25 or 26.
  • the respective damping on the supply or return side is achieved by the two chambers 10 and 16 or their use.
  • the pressure of the ink in the respective second space 10b or 16b is substantially equal to the pressure of the ink in the associated manifold 27 and 28, respectively.
  • a slight deviation of the pressure may result from the fact that the respective chamber 10 or 16 on a other height than the respective manifold 27 and 28 is arranged.
  • the first two spaces 10a and 16a are, as described above, filled with air and connected to a respective buffer 12 and 18, wherein the respective buffer determines the spring rate of acting as a damper chamber 10 and 16 respectively.
  • the respective membrane 11 or 17 is designed and arranged so that it builds around its rest position around no or only a very small residual stress, so that in the rest position only the air volume of the respective first space 10a and 16a together with the air volume the respectively associated buffer 12 or 18 is responsible for the respective spring rate of the damper on the supply or return side.
  • the air volume in the respective associated air ducts is so small that this can be neglected.
  • the extreme case of ink flow modulation is the transition from unprinted area to full area at full print speed. In such a transition, the ink consumption increases abruptly by the ejection of ink drops. The required volumetric flow jumps to a maximum value within 10 to 20 milliseconds, which results in a sudden pressure drop in the ink liquid in the supply lines.
  • the damper according to the invention is therefore designed so that the quantity of ink liquid consumed during the reaction time of a control circuit for the ink supply via the pump 5 (about 0.5 second) can be supplied from the second space 10b and / or 16b. By removing ink from the chamber 10 or 16 of the respective damper is to be achieved that the pressure of the ink liquid does not change substantially.
  • the membrane must be placed in its central position or rest position and held as possible there, so they can swing freely on both sides.
  • the position of the membrane is generally indeterminate and in its rest position, there is only a balanced pressure balance on both sides of the membrane, that is the air pressure on one side of the membrane is equal to the operating pressure of the ink liquid on the other side of the membrane.
  • air is pumped into the first space 10a or 16a until the chamber 10 or 16 or its second space 10b or 16b is freed of ink and the membrane 11 or 17 abuts against the wall 23 of the chamber. The moment the membrane abuts the wall 23, the air pressure begins to increase linearly. This increase takes place according to a characteristic given by the volume of the buffer 12 or 18 and the volume of the first space 10a or 16a. Upon reaching an air pressure that can be measured with commercially available pressure sensors 25 and 26 sufficiently accurate and marks the increase, the pumping of air is terminated in the respective first room.
  • air is pumped out of the respective first chamber 10a or 16a of the chamber until the chamber or the respective second chamber 10b or 16b of the chamber is filled with ink and the membrane contacts a wall 24 of the chamber invests.
  • the air pressure begins to sink in the direction of vacuum.
  • the time of application of the membrane to the wall in turn can be easily determined by means of a pressure sensor 25 or 26, since the pressure then begins to decrease substantially linearly or first linearly.
  • the number of pump cycles that occurs between the application of the membrane to the wall 23 and to the wall 24 is determined. For this purpose, for example, the steps or revolutions of a motor of the pump can be counted.
  • the membrane can be easily brought into its rest position using existing pumps and using pressure sensors.
  • the positioning of the diaphragm in its rest position is, as already described above, essential for a faultless operation of the damper in order to be able to reliably dampen pressure spikes in the ink conduit.
  • the operating pressure of the ink preferably remains during the process described above.
  • the described method may also be performed in a different order, first pumping air from the first space 10a or 16a and then pumping air back into the first space, with the membrane first against the wall 24 and then against the wall 23 applies.
  • air is eventually pumped out of the first space, with substantially half of the determined number of pump cycles being traversed.
  • An alternative method can be carried out as follows: The pump 5 is controlled so that the membrane 11 is guided to the wall 24. At this time, the volume V1 of the first space 10a disappears.
  • the buffer 12 (or its volume VP) is in the meantime connected to the atmosphere. Thereafter, the buffer is subjected to an air pressure pLuft, which is dimensioned so that the membrane 11 in its rest position is performed (for a given operating pressure p operation of the ink).

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dämpfen von Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers, wobei die Leitung mit einer Kammer (16, 16) verbunden ist, in welcher eine Membran (11, 17) angeordnet ist und welche von der Membran in einen luftgefüllten ersten Raum und einen tintengefüllten zweiten Raum getrennt ist, und wobei der erste Raum mit einem luftgefüllten Puffer (12, 18) und der Puffer mit einer LuftPumpe (13) verbunden ist, umfasst die Schritte a bis c: a) Pumpen von Luft in den ersten Raum bis die Kammer von Tinte befreit ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, danach b) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum bis die Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, wobei die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt wird, danach c) Pumpen von Luft in den ersten Raum, wobei im Westlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird. Es ist auch möglich, die Reihenfolge der Schritte a und b entsprechend zu vertauschen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers mit den Merkmalen von Anspruch 1.
    • Stand der Technik und Aufgabe
  • Beim Verdrucken von Inkjet-Tinten mit einem oder mehreren Druckköpfen ist es erforderlich, die Druckköpfe mit der zu verdruckenden Tinte zu versorgen. Hierzu sind üblicherweise Vorratsbehälter, Pumpen und Versorgungsleitungen (bzw. komplexe Leitungssysteme, sogenannte Manifolds) vorgesehen, wobei bei sogenannten zirkulierenden Systemen die Tinte vom Vorratsbehälter zu dem Druckkopf und nicht verdruckte Tinte von dem Druckkopf wieder zurück in den Vorratsbehälter gepumpt wird. Dabei kann auch ein sogenannter Bypass in der Tintenversorgungsleitung parallel zum Druckkopf vorgesehen sein. Zirkulierende Tintenversorgungen kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Ansprüche an die Druckqualität und Zuverlässigkeit hoch sind. Die Vorteile einer zirkulierenden Versorgung sind zum einen die Möglichkeit, eingeschlossene Luft aus dem Bereich der Düsen des Druckkopfes heraus zu transportieren und andererseits, die gewünschte Temperatur der Tinte bereitzustellen und aufrecht zu erhalten.
  • Eine der Hauptanforderungen an eine Tintenversorgung ist die nach der Konstanz des sogenannten Meniskus-Drucks. Dies ist der Druck der Tinte an den Öffnungen der Düsen des Druckkopfes. Dieser Druck ist nominell im Allgemeinen leicht negativ gegenüber der Umgebung (z. B. zwischen etwa -5 und etwa -10 mbar). Zur Sicherstellung dieses Drucks werden häufig auf bestimmte Solldrücke geregelte Pumpen eingesetzt.
  • Die Druckköpfe für die verschiedenen Farben werden in der Regel an ein Manifold angeschlossen und liegen zueinander parallel. Dabei ist in der Regel ein Manifold für die sogenannte Supply-Seite und ein Manifold für die sogenannte Return-Seite vorgesehen (Tintenzufuhr und Tintenabfuhr). Der jeweilige Druck in einem Manifold ist dabei eine Regelgröße für eine dem Manifold zugeordnete Pumpe. Der Solldruck in den Return- bzw. Supply-Manifolds ermittelt sich aus dem gewünschten Meniskus-Druck, der Aufteilung der druckkopfinternen Widerstände (der Kanäle für die Tinte) und der hydrostatischen Höhe des Manifolds über der Meniskus-Ebene. Für die Berechnung des Meniskus-Drucks kann der Druck an den beiden Manifolds jeweils als ein Potenzial betrachtet werden, das sich über die druckkopfinternen Widerstände aufteilt.
  • Während des Druckens wird je nach zu druckendem Bildinhalt und dem daraus folgenden Tintenverbrauch über die Modulation des Volumenstroms der Tinte in den jeweiligen Leitungen und den kopfinternen Tintenkanälen eine Druckmodulation entstehen. Da die oben genannten Regelgrößen (die beiden Drücke) an den jeweiligen Manifolds gemessen werden, können diese die Druckabfälle in den Zuleitungen zu den Druckköpfen und insbesondere innerhalb der Köpfe nicht erfassen.
  • Über diese erwähnten Druckabfälle hinaus entsteht jedoch auch ein Druckabfall an den Zuleitungen von den Pumpen zu den Manifolds, der dann zwar von den Drucksensoren erfasst wird, jedoch in aller Regel nicht mit der nötigen Bandbreite ausgeregelt werden kann. Die Bandbreite ergibt sich dabei aus der Bildinformation und der Druckgeschwindigkeit (d.h. letztlich aus dem Tintenverbrauch). Aus diesem Grund ist eine Dämpfung der Druckmodulationen am Manifold nötig.
  • Die US 8,042,902 B2 beschreibt das Ermitteln eines Flüssigkeitsvolumens in einer Flüssigkeitskammer eines durch eine Membran in zwei Teile geteilten Dämpfers. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die Hälfte des Gesamtvolumens des Dämpfers, so dass die Membran innerhalb des Dämpfers schwingen kann, ohne sich an eine Wand des Dämpfergehäuses anzulegen. Das Ermitteln des Volumens erfolgt durch ein Vergleichen von Druckpulsationen, die am Dämpfer durch die Pulsation von Flüssigkeitspumpen entstehen. Die Ermittlung erfolgt, wobei einmal das Volumen einer kleineren Luftkammer hinter der Membran von einem größeren Puffervolumen abgekoppelt ist und wobei ein anderes Mal die beiden Volumen gekoppelt sind. Die beiden gemessenen Pulsationsamplituden lassen sich in Kenntnis des großen Luftvolumens in ein Luft- und damit auch in ein Flüssigkeitsvolumen in dem Dämpfer umrechnen. Das beschriebene Ermitteln kann in Druckpausen wiederholt werden, um den Arbeitspunkt der Membran zu überprüfen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers zuverlässig zu dämpfen.
    • Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dämpfen von Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers, wobei die Leitung mit einer Kammer verbunden ist, in welcher eine Membran angeordnet ist und welche von der Membran in einen luftgefüllten ersten Raum und einen tintengefüllten zweiten Raum getrennt ist, und wobei der erste Raum mit einem luftgefüllten Puffer und der Puffer mit einer Luft-Pumpe verbunden ist, umfasst die Schritte a bis c:
    1. a) Pumpen von Luft in den ersten Raum bis die Kammer von Tinte befreit ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, danach
    2. b) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum bis die Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, wobei die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt wird, danach
    3. c) Pumpen von Luft in den ersten Raum, wobei im Westlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird,
      oder die Schritte d bis f:
    4. d) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum bis die Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, danach
    5. e) Pumpen von Luft in den ersten Raum bis die Kammer von Tinte befreit ist und sich die Membran an eine Wand der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, wobei die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt wird, danach
    6. f) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum, wobei im Westlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers zuverlässig zu dämpfen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann den weiteren Schritt aufweisen: g) Dämpfen von Druckspitzen mit der nach den Schritten a bis c oder d bis f in ihre Ruhelage geführten Membran.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Luftdruck - in der Luft-Pumpe, in dem Puffer, in dem ersten Raum oder in einer diese drei verbindenden Leitung - gemessen wird, bevorzugt mittels eines Drucksensors.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass Schritt a) oder Schritt e) beendet wird, sobald der gemessene Luftdruck signifikant, bevorzugt im Wesentlichen linear zu steigen beginnt.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass Schritt b) oder Schritt d) beendet wird, sobald der gemessene Luftdruck signifikant, bevorzugt im Wesentlichen linear zu fallen beginnt.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass eine Schlauchpumpe als Pumpe vorhanden ist und dass die Pumpenzyklen durch Zählen der Schritte des Motors der Pumpe ermittelt werden. Der Motor der Pumpe ist bevorzugt ein Schrittmotor, wobei die einzelnen Schritte Anteile von Motorumdrehungen sein können. Die gezählten Pumpenzyklen können nichtganzzahlig, z.B. rational sein. Alternativ kann auch ein Motor mit Taktscheibe oder ein Motor mit Getriebe eingesetzt werden und eine Zählung der Motorumdrehungen durchgeführt werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Druck der Tinte konstant gehalten wird.
  • Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Darstellung eines Tintenversorgungssystems eines Tintenstrahldruckers bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    Figur 2:
    schematisch jeweils einen Ausschnitt aus Figur 1 in drei verschiedenen Zuständen während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das in Figur 1 gezeigte Tintenversorgungssystem bzw. die Tintenversorgungseinrichtung 1 versorgt einen Druckkopf 2 mit Tinte. Übliche Druckköpfe weisen in ihrem Inneren eine Vielzahl kleinster Kanäle für die Tinte auf. Diese Kanäle können vereinfacht als Fließ-Widerstände 2a und 2b aufgefasst werden. Die Tinte für den Druckkopf ist zunächst in einem Tintenvorratsbehälter 3 bevorratet und wird von dort über eine Tintenleitung 4, in welcher eine Pumpe 5 angeordnet ist, zur Eingangsseite des Druckkopfes gefördert. In der Tintenleitung 4 ist zudem ein Ventil 6 vorgesehen, welches geöffnet und geschlossen werden kann. Ausgangsseitig ist der Druckkopf über eine Tintenleitung 7, in welcher eine Pumpe 8 vorgesehen ist, mit dem Tintenvorratsbehälter 3 verbunden. Auch in dieser Rückleitung ist ein Ventil 9 vorgesehen, welches geöffnet und geschlossen werden kann. Die beschriebene Konstellation erlaubt es, Tinte durch den Druckkopf zirkulieren zu lassen, d.h. nicht verbrauchte Tinte zurück in den Tintenvorratsbehälter zu pumpen. Auf der sogenannten Supply-Seite der Tintenversorgungseinrichtung befindet sich zudem ein Leitungssystem 27 (ein sogenanntes Manifold), welches ein komplexes Leitungssystem bilden kann und der Einfachheit halber in der Figur lediglich schematisch dargestellt ist. Auf der sogenannten Return-Seite des Tintenversorgungssystems kann sich ebenfalls ein Leitungssystem bzw. sogenanntes Manifold 28 befinden. Auch dieses ist vereinfacht in der Figur 1 dargestellt.
  • In den beiden Tintenleitungen 4 und 7 bzw. in den beiden Manifolds 27 und 28 können Druckspitzen entstehen, welche durch die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen gedämpft werden. Die Druckspitzen können dabei unerwünschte Schwankungen bzw. Modulationen des Drucks der Tinten-Flüssigkeit sein, zum Beispiel Druckimpulse, die von den Pumpen stammen oder Druckimpulse, die durch das Starten oder Enden des Druckvorgangs und dem damit einhergehenden erhöhten oder erniedrigten Tintenverbrauch herrühren.
  • Die Supply-Seite (Tintenleitung 4 bzw. Manifold 27) ist über eine Tintenleitung 15 mit einer Kammer 10 verbunden. Die Kammer 10 weist eine Membran 11 in ihrem Inneren auf, welche die Kammer in einen ersten Raum 10a und einen zweiten Raum 10b teilt. Bevorzugt ist die Kammer symmetrisch aufgebaut und die Membran zentral angeordnet. Entsprechend ist die Return-Seite (Tintenleitung 7 bzw. Manifold 28) über eine Tintenleitung 20 mit einer Kammer 16 verbunden. Auch in der Kammer 16 ist eine Membran 17 vorgesehen, welche den Innenraum der Kammer in einen ersten Raum 16a und einen zweiten Raum 16b teilt.
  • Der jeweilige zweite Raum 10b bzw. 16b der Kammer 10 bzw. 16 ist, sofern sich die jeweilige Membran 11 bzw. 17 in ihrer Ruheposition befindet, mit Tinte gefüllt. Die beiden gegenüberliegenden ersten Räume 10a bzw. 16a sind dagegen mit Luft gefüllt, sofern die jeweilige Membran sich in ihrer Ruheposition befindet. Die Versorgung der ersten Räume 10a bzw. 16a mit Luft erfolgt über eine Luftpumpe 13. Von dieser führt eine Luftleitung 14 zu einem Puffer 12 und von dort weiter zum ersten Raum 10a. Zwischen der Luftpumpe 13 und dem Puffer 12 ist ein Ventil 21 vorgesehen, welches geöffnet und geschlossen werden kann. Zwischen dem Puffer 12 und dem ersten Raum 10a ist ein Drucksensor 25 vorgesehen. Entsprechend führt eine Luftleitung 19 über einen Puffer 18 zum ersten Raum 16a. Auch in der Luftleitung 19 sind ein Ventil 22, welches geöffnet und geschlossen werden kann, und ein Drucksensor 26 vorgesehen.
  • Mit Blick auf Figur 2 ist Folgendes erkennbar: Die Darstellung in der Mitte zeigt beispielhaft die Kammer 10 mit den beiden Räumen 10a und 10b und der Membran 11 in ihrer Ruhestellung. Die Membran 11 befindet sich dabei in der Ruhestellung, wenn sich auf beiden Seiten der Membran, das heißt, in dem ersten bzw. zweiten Raum 10a bzw. 10b das gleiche Volumen an Luft bzw. Tinte befindet (sofern die Kammer bezüglich der beiden Volumina symmetrisch aufgebaut und die Membran zentral angebracht ist). Entsprechendes gilt für die Kammer 16.
  • Auf der linken Seite der Figur 2 ist dagegen folgende Situation dargestellt. Die Membran 11 ist aus ihrer Ruheposition ausgelenkt und liegt innerhalb der Kammer 10 an deren Wand 23 an. Dabei verschwindet das Volumen des zweiten Raums 10b im Wesentlichen vollständig. Entsprechend ist auf der rechten Seite der Figur 2 die entgegengesetzte Situation dargestellt, in welcher die Membran derart aus ihrer Ruheposition ausgelenkt ist, dass das Volumen der ersten Kammer 10a im Wesentlichen vollständig verschwindet. Dabei legt sich die Membran 11 an eine andere Wand 24 der Kammer 10 an. Anstelle der Wände 23 bzw. 24 könnten innerhalb der Kammer 10 auch Anschläge vorgesehen sein, an welche sich die Membran 11 in ihrer jeweiligen ausgelenkten Position anlegt. Entsprechendes gilt für die Kammer 16. Die Wand 23 oder ein entsprechender Anschlag sind dabei bevorzugt so konstruiert, dass die Tinte im Betriebsfall nicht durch die Membran abgesperrt wird, d.h. weiterhin fließen kann. Hierzu kann die Wand bevorzugt ein Gitter sein, wobei sich die Membran an das Gitter anlegt und die Tinte hinter dem Gitter fließt. Es kann ferner vorgesehen sein, die Membran nicht bis zur jeweiligen Wand, sondern nur soweit zu bewegen, bis die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, z.B. weil sich die Membran zu dehnen beginnt. Die Steigung kann dabei positiv oder negativ sein. Der Moment des Übergangs von im Wesentlichen konstanter Spannung zu im Wesentlichen linear steigender Spannung der Membran ist über eine entsprechende Luftdruck-Änderung mit den Drucksensoren 25 oder 26 messbar.
  • Im Folgenden wird nun der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welches mit der zuvor beschriebenen Tintenversorgungseinrichtung durchgeführt werden kann.
  • Die durch die Modulation des Tintenstroms entstehenden Druckschwankungen betreffen sowohl die Supply- als auch die Return-Seite, d.h., sowohl Tintenleitung 4 bzw. Manifold 27 als auch Tintenleitung 7 bzw. Manifold 28. Je nach Größe der beiden Fließ-Widerstände 2a und 2b des Druckkopfs 2 setzt sich der Verbrauchsstrom der Tinte aus einer Erhöhung des Supply-Stromes und einer Senkung des Return-Stromes zusammen. Es ist aus diesem Grunde von Vorteil, an beiden Manifolds 27, 28 eine Dämpfung von möglichen Druckspitzen vorzusehen bzw. vorzunehmen (bzw. Dämpfungsmittel 10 und 16).
  • Die jeweilige Dämpfung auf der Supply- bzw. Return-Seite wird durch die beiden Kammern 10 und 16 bzw. deren Verwendung erreicht. Der Druck der Tinte im jeweiligen zweiten Raum 10b bzw. 16b ist im Wesentlichen gleich dem Druck der Tinte in dem zugehörigen Manifold 27 bzw. 28. Eine geringfügige Abweichung des Drucks kann sich jedoch dadurch ergeben, dass die jeweilige Kammer 10 bzw. 16 auf einer anderen Höhe als der jeweilige Manifold 27 bzw. 28 angeordnet ist.
  • Die beiden ersten Räume 10a und 16a sind, wie oben bereits beschrieben, luftgefüllt und mit einem jeweiligen Puffer 12 bzw. 18 verbunden, wobei der jeweilige Puffer die Federhärte der als Dämpfer wirkenden Kammer 10 bzw. 16 festlegt.
  • Die jeweilige Membran 11 bzw. 17 ist dabei so ausgeführt und so angeordnet, dass sie um ihre Ruhelage herum keine oder eine nur sehr geringe Eigenspannung aufbaut, so dass in der Ruhelage einzig das Luftvolumen des jeweiligen ersten Raums 10a bzw. 16a zusammen mit dem Luftvolumen des jeweils zugeordneten Puffers 12 bzw. 18 für die jeweilige Federhärte des Dämpfers auf der Supply- bzw. Return-Seite verantwortlich ist. Das Luftvolumen in den jeweils zugeordneten Luftleitungen sei dabei derart gering, dass dieses vernachlässigt werden kann.
  • Der Extremfall für eine Tintenstrom-Modulation ist der Übergang von nicht bedruckter Fläche zu Vollfläche bei voller Druckgeschwindigkeit. Bei einem solchen Übergang steigt der Tintenverbrauch durch den Ausstoß von Tintentropfen schlagartig stark an. Der benötigte Volumenstrom springt dabei innerhalb von 10 bis 20 Millisekunden auf einen Maximalwert, wodurch in den Zuleitungen ein schlagartiger Druckabfall in der Tintenflüssigkeit entsteht. Der erfindungsgemäße Dämpfer ist daher so ausgelegt, dass die Tintenflüssigkeitsmenge, die während der Reaktionszeit eines Regelkreises für die Tintenzufuhr über die Pumpe 5 (ca. 0,5 Sekunden) verbraucht wird, aus dem zweiten Raum 10b und/oder 16b geliefert werden kann. Durch die Entnahme von Tinte aus der Kammer 10 bzw. 16 des jeweiligen Dämpfers soll erreicht werden, dass der Druck der Tintenflüssigkeit sich im Wesentlichen nicht ändert.
  • Im Folgenden ein Beispiel für die Dimensionierung: Bei einer angenommenen Druckgeschwindigkeit v von 1 m/s, einer Druckbreite b von 1m, einer Auflösung r von 20 µm und einer Masse eines Drucktropfens V von 4 pL, ergibt sich ein maximaler Volumenstrom beim Drucken von 540 mL/min (v * b * V / r2). Bei einer Reaktionszeit des Regelkreises von ca. 0,5 s ergibt sich daraus ein Volumen von 4,5 mL, die der Dämpfer liefern können muss, ohne dass dessen Membran soweit ausgelenkt wird, dass sie sich zu dehnen beginnt und die Federhärte des Dämpfers dadurch schlagartig zunehmen würde. Bei weiterer Annahme, dass die erlaubte Druckveränderung durch den Verbrauch von Tinte aus dem Tintenvolumen des Dämpfers ca. 5 mbar sein darf, ergibt sich ein Tintenvolumen des Dämpfers von etwa 1 L (aus dem Zusammenhang p * V = konstant).
  • Damit nun die Membran des Dämpfers einen ausreichend großen Hub ausführen kann, ohne dass deren Eigenspannung wesentlich zunimmt, muss die Membran in ihre Mittellage bzw. Ruhelage gestellt und möglichst dort gehalten werden, damit sie nach beiden Seiten frei schwingen kann.
  • Die Position der Membran ist jedoch im Allgemeinen unbestimmt und es herrscht in ihrer Ruhelage nur eine ausgeglichene Druckbilanz auf beiden Seiten der Membran, das heißt der Luftdruck auf der einen Seite der Membran ist gleich dem Betriebsdruck der Tintenflüssigkeit auf der anderen Seite der Membran.
  • Da das direkte Messen der Lage der Membran, zum Beispiel durch einen die Position der Membran direkt abtastenden Sensor, nicht ohne weiteres möglich ist, wird erfindungsgemäß vorgesehen, die Ruhelage der Membran wie folgt beschrieben zu ermitteln und die Membran auf diese Weise in ihre Ruhelage führen zu können:
  • Zunächst wird Luft in den ersten Raum 10a bzw. 16a gepumpt, bis die Kammer 10 bzw. 16 bzw. deren zweiter Raum 10b bzw. 16b von Tinte befreit ist und sich die Membran 11 bzw. 17 an die Wand 23 der Kammer anlegt. In dem Moment, in dem sich die Membran an die Wand 23 anlegt, beginnt der Luftdruck linear zu steigen. Dieser Anstieg erfolgt gemäß einer Kennlinie, die durch das Volumen des Puffers 12 bzw. 18 und das Volumen des ersten Raums 10a bzw. 16a gegeben ist. Beim Erreichen eines Luftdrucks, der sich mit handelsüblichen Drucksensoren 25 bzw. 26 ausreichend genau messen lässt und der den Anstieg markiert, wird das Pumpen von Luft in den jeweiligen ersten Raum beendet. Nun wird durch Umschalten der Luftpumpe 13 Luft aus dem jeweiligen ersten Raum 10a bzw. 16a der Kammer herausgepumpt, bis die Kammer bzw. der jeweilige zweite Raum 10b bzw. 16b der Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an einer Wand 24 der Kammer anlegt. Nun beginnt der Luftdruck in Richtung Vakuum abzusinken. Der Zeitpunkt des Anlegens der Membran an die Wand ist wiederum mittels eines Drucksensors 25 bzw. 26 leicht zu ermitteln, da der Druck dann im Wesentlichen linear oder in ersten Näherung linear abzufallen beginnt. Beim Pumpen von Luft aus dem ersten Raum wird die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt, die zwischen dem Anlegen der Membran an die Wand 23 und an die Wand 24 erfolgt. Hierzu können zum Beispiel die Schritte oder Umdrehungen eines Motors der Pumpe gezählt werden. Schließlich wird wieder Luft in den ersten Raum 10a bzw. 16a der Kammer 10 bzw. 16 gepumpt, wobei im Wesentlichen die Hälfte der zuvor ermittelten Anzahl von Pumpenzyklen durchlaufen wird. Dies gilt bei symmetrischem Aufbau der Kammer. Sollten die Volumina V1 und V2 der beiden Räume der Kammer in einem Verhältnis V1/V2 < >1 zu einander stehen, so wird die Anzahl der Pumpenzyklen beim Wiederbefüllen entsprechend angepasst.
  • Auf diese Weise kann die Membran unter Nutzung der vorhandenen Pumpen und unter Einsatz von Drucksensoren auf einfache Weise in ihre Ruhelage gebracht werden. Die Positionierung der Membran in ihrer Ruhelage ist, wie oben bereits beschrieben, wesentlich für ein fehlerfreies Arbeiten des Dämpfers, um Druckspitzen in der Tintenleitung zuverlässig dämpfen zu können.
  • Der Betriebsdruck der Tinte bleibt während des zuvor beschriebenen Prozesses bevorzugt bestehen.
  • Das beschriebene Verfahren kann auch in anderer Reihenfolge durchgeführt werden, wobei zuerst Luft aus dem ersten Raum 10a bzw. 16a gepumpt wird und dann wieder Luft in den ersten Raum hinein gepumpt wird, wobei sich die Membran zunächst an die Wand 24 und dann an die Wand 23 anlegt. Bei dem umgekehrten Verfahren wird schließlich Luft aus dem ersten Raum herausgepumpt, wobei im Wesentlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird.
  • Auch nachdem die Membran einmal eingestellt bzw. zentriert ist, d.h. sich in ihrer Ruheposition befindet, kann es erforderlich sein, eine Nachjustage/Neuzentrierung durchzuführen: z.B. a) weil sich die Temperaturen geändert haben oder b) weil sich der Umgebungs-Luftdruck (Wetter) geändert hat. Fall a ist von untergeordneter Bedeutung, weil sich die Einrichtung 1 bevorzugt in einem temperierten Umfeld befindet. Im Fall b kann eine permanente Luftdruckmessung vorgesehen sein. Bei Änderung des Umgebungs-Luftdrucks um einen bestimmten, vorgegebenen Wert ist eine Neuzentrierung erforderlich. Zur Neuzentrierung gibt es 2 Möglichkeiten: entweder während einer Druckpause oder im Druckbetrieb.
  • Ein alternatives Verfahren kann wie folgt durchgeführt werden: Die Pumpe 5 wird so gesteuert, dass die Membran 11 an die Wand 24 geführt wird. Dabei verschwindet das Volumen V1 des ersten Raums 10a. Der Puffer 12 (bzw. dessen Volumen VP) ist währenddessen mit der Atmosphäre verbunden. Danach wird der Puffer mit einem Luftdruck pLuft beaufschlagt, der so bemessen ist, dass die Membran 11 in ihre Ruhelage geführt wird (bei gegebenem Betriebsdruck pBetrieb der Tinte). Der Luftdruck berechnet sich dabei nach der Formel pLuft = ((VP+V1) / VP) * pBetrieb.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tintenversorgungseinrichtung
    2
    Druckkopf
    2a
    Widerstand
    2b
    Widerstand
    3
    Tintenvorratsbehälter
    4
    Tintenleitung (Supply-Seite)
    5
    Pumpe
    6
    Ventil
    7
    Tintenleitung (Return-Seite)
    8
    Pumpe
    9
    Ventil
    10
    Kammer
    10a
    Erster Raum
    10b
    Zweiter Raum
    11
    Membran
    12
    Puffer
    13
    Luftpumpe
    14
    Luftleitung
    15
    Tintenleitung
    16
    Kammer
    16a
    erster Raum
    16b
    zweiter Raum
    17
    Membran
    18
    Puffer
    19
    Luftleitung
    20
    Tintenleitung
    21
    Ventil
    22
    Ventil
    23
    Wand
    24
    Wand
    25
    Drucksensor
    26
    Drucksensor
    27
    Leitungssystem (Manifold)
    28
    Leitungssystem (Manifold)

Claims (6)

  1. Verfahren zum Dämpfen von Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers, wobei die Leitung (4, 7, 27, 28) mit einer Kammer (10, 16) verbunden ist, in welcher eine Membran (11, 17) angeordnet ist und welche von der Membran in einen luftgefüllten ersten Raum (10a, 16a) und einen tintengefüllten zweiten Raum (10b, 16b) getrennt ist, und wobei der erste Raum mit einem luftgefüllten Puffer (12, 18) und der Puffer mit einer Luft-Pumpe (13) verbunden ist, mit den Schritten a bis c:
    a) Pumpen von Luft in den ersten Raum bis die Kammer von Tinte befreit ist und sich die Membran an eine Wand (23) der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, danach
    b) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum bis die Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an eine Wand (24) der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, wobei die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt wird, danach
    c) Pumpen von Luft in den ersten Raum, wobei im Westlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird,
    oder mit den Schritten d bis f:
    d) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum bis die Kammer mit Tinte gefüllt ist und sich die Membran an eine Wand (24) der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, danach
    e) Pumpen von Luft in den ersten Raum bis die Kammer von Tinte befreit ist und sich die Membran an eine Wand (23) der Kammer anlegt oder die Spannung der Membran im Wesentlichen linear zu steigen beginnt, wobei die Anzahl der Pumpenzyklen ermittelt wird, danach
    f) Pumpen von Luft aus dem ersten Raum, wobei im Westlichen die Hälfte der ermittelten Anzahl der Pumpenzyklen durchlaufen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Luftdruck - in der Luft-Pumpe, in dem Puffer, in dem ersten Raum oder in einer diese drei verbindenden Leitung (14, 19) - gemessen wird, bevorzugt mittels eines Drucksensors (25, 26).
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Schritt a) oder Schritt e) beendet wird, sobald der gemessene Luftdruck signifikant, bevorzugt im Wesentlichen linear zu steigen beginnt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Schritt b) oder Schritt d) beendet wird, sobald der gemessene Luftdruck signifikant, bevorzugt im Wesentlichen linear zu fallen beginnt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Schlauchpumpe (13) als Pumpe vorhanden ist und dass die Pumpenzyklen durch Zählen der Schritte des Motors der Schlauchpumpe ermittelt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druck der Tinte konstant gehalten wird.
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