EP4497605A1 - Vorrichtung zur steuerung einer drucktemperatur einer tinte in einem druckkopf - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung einer drucktemperatur einer tinte in einem druckkopf Download PDF

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EP4497605A1
EP4497605A1 EP24188610.0A EP24188610A EP4497605A1 EP 4497605 A1 EP4497605 A1 EP 4497605A1 EP 24188610 A EP24188610 A EP 24188610A EP 4497605 A1 EP4497605 A1 EP 4497605A1
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EP
European Patent Office
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ink
heat exchanger
temperature control
control fluid
designed
Prior art date
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Pending
Application number
EP24188610.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ender Olgac
Matthias Kage
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Canon Production Printing Holding BV
Original Assignee
Canon Production Printing Holding BV
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H05B3/36—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heating conductor embedded in insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a printing temperature of an ink in a print head of an inkjet printing system.
  • US 2010/0066785A1 discloses an inkjet printer that has a heat exchanger for heating and cooling the ink.
  • This has channels for the different ink colors.
  • the ink in the channels can be heated by means of a heater, which is shown as a plate in the figures and can be switched on and off.
  • the heat exchanger also has a radiation section that can be pivoted to exchange heat with the channels.
  • the radiation section is provided with a large surface in order to cool the ink by radiating heat to the environment.
  • the cooling is enhanced by an air flow that is designed to transport the heat away from the surface of the radiation section.
  • the disadvantage here is that cooling is no longer possible when the outside or room temperature is above 34 degrees Celsius.
  • the heater is not adjustable. Therefore, the heater's on and off times must be very precisely measured in order to really keep the ink within the narrow specified temperature range.
  • US 2019/0092017 A1 discloses an inkjet printer that has a heat exchanger for cooling and heating the ink. This has one or more ink channels and a temperature control channel. A temperature control fluid flows through the temperature control channel. This can be cooled in a chiller. Furthermore, this can be warmed up by the residual heat from integrated circuits that are used to control the pumps, although this requires the flow direction of the temperature control fluid to be reversed.
  • US 2021/0023838 A1 discloses an inkjet printer which has a heat exchanger for cooling and heating the ink. This has an unspecified heater and a cooler, which can be a radiation cooler as in the US 2010/0066785A1 .
  • the invention is based on the object of maintaining the temperature of the ink more efficiently and precisely within the predetermined temperature range and of reducing a preheating time for bringing the ink into the predetermined temperature range when the temperature is significantly below the predetermined temperature range. This can be the case in particular after longer periods of downtime.
  • the device according to the invention has a heat exchanger.
  • This heat exchanger has a first channel for ink and a second channel for a temperature control fluid, in particular water.
  • a chiller is provided for heating and/or cooling the temperature control fluid.
  • the device has an ink circuit which is designed to pump ink through the heat exchanger and the print head.
  • it has a temperature control fluid circuit which is designed to pump the temperature control fluid through the chiller and the heat exchanger.
  • the device is designed to use the chiller to heat the temperature control fluid to heat and/or cool in such a way that a temperature of the ink is placed in a predetermined temperature range and maintained therein.
  • At least one heating element is provided on the heat exchanger, which is designed to additionally heat the temperature control fluid and the ink by means of an electric current in order to place the ink more quickly into the predetermined temperature range.
  • the at least one heating element is located directly on the heat exchanger, the heating by the at least one heating element and the heating of the ink by the temperature control fluid take place at the same place. This allows faster heating of the ink and good temperature control to be combined. It is also a cost-effective solution, since both heating elements, in particular heating foils or heating mats, and heat exchangers are commercially available at low cost and can be easily installed together.
  • At least two heating elements are provided. In this way, additional heating can advantageously take place on different surface sections of the heat exchanger.
  • the at least one heating element is designed in particular as an electrically conductive coating on a carrier, which is welded into polyester film or silicone. This is a particularly cost-effective and commercially available variant of a heating element.
  • the heat exchanger is preferably designed as a plate heat exchanger.
  • Such heat exchangers are commercially available at low cost, are easy to manufacture and a heating element can be easily attached to them, especially if it is designed as a heating foil or heating mat.
  • Plate heat exchangers usually have metal plates that are formed in layers. These metal plates can be soldered or screwed together, for example. They are usually made of particularly heat-conductive, robust and corrosion-resistant stainless steel. For example, a wave-shaped pattern of the metal plates can create gaps in which heat exchange then takes place.
  • a flow direction of the temperature control fluid and a flow direction of the ink are crosswise orthogonal to each other.
  • Cross flow is particularly preferred if a fixed temperature is to be achieved, which corresponds particularly to the aim of the invention for temperature control of the ink.
  • the heat exchanger is insulated from the outside. This is advantageous because this effectively limits heat conduction to the outside. This makes it easier to reach and maintain the specified temperature range of the ink.
  • the insulation is preferably designed to be openable. In this way, the at least one heating element can advantageously be installed within the insulation.
  • a first heating element is mounted on an outermost metal plate of the plate heat exchanger in a first direction.
  • a second heating element is mounted on an outermost metal plate of the plate heat exchanger in a second direction.
  • the first and/or second heating element spans at least 80 percent of the surface of the outermost metal plate. In this way, the heat transfer can be further improved.
  • At least one heating element is glued and/or clamped and/or screwed to the heat exchanger. This is not to be understood as limiting.
  • the insulation of the heat exchanger preferably has a hole for supplying power to the at least one heating element. This is advantageous for controlling the at least one heating element.
  • the chiller can preferably be operated in a cooling mode as well as also in a heating mode. In this way, a temperature of the temperature control fluid can be controlled and/or regulated very precisely.
  • the temperature control fluid circuit is designed to continue pumping the temperature control fluid through the print head. In this way, the temperature of the ink on the print head can be controlled even more precisely. This is particularly necessary because heat is released at the print head during the printing process. If the temperature of the ink is within the specified range after passing through the heat exchanger, it can be heated to above the specified range when passing through the print head. The temperature control fluid can therefore provide further cooling here.
  • the device preferably has a valve which is designed to guide the temperature control fluid through the heat exchanger in a first position and to guide the temperature control fluid past the heat exchanger in a second position.
  • a valve which is designed to guide the temperature control fluid through the heat exchanger in a first position and to guide the temperature control fluid past the heat exchanger in a second position.
  • the ink circuit preferably has a buffer tank that is partially filled with air or another gas and partially filled with ink. This allows good control of the pressure and temperature of the ink.
  • a branch line of the ink circuit leads in particular from the buffer tank to the print head.
  • the pressure in the buffer tank advantageously guides the ink to the print head.
  • a partial ink circuit preferably leads from the buffer tank through a pump, through the heat exchanger and back to the buffer tank. This partial circuit advantageously serves to heat and/or cool the ink in the buffer tank through the heat exchanger.
  • a valve is provided in the partial ink circuit that is designed to either guide the ink through the heat exchanger or to bypass the heat exchanger. In this way, when the ink is bypassed past the heat exchanger, a heat exchange effect at the print head can be increased, which is particularly advantageous in cooling mode.
  • FIG. 1 A temperature control fluid circuit of a preferred embodiment of a device according to the invention is shown schematically in a flow diagram and designated 100.
  • This temperature control fluid circuit 100 is designed to pump a temperature control fluid 4 through a chiller 1, through a plate heat exchanger 2 and through a pressure head 3.
  • the chiller 1 is designed to heat and/or cool the temperature control fluid 4. It can be designed, for example, as a refrigeration machine or heat pump or compression refrigeration or heating system, to supply heat to or remove heat from the temperature control fluid through a thermodynamic cycle. A design with Peltier element(s) or other known systems for heating and/or cooling fluids is also conceivable.
  • the chiller 1 has a supply 11 for the temperature control fluid 4 and a discharge 12 for the temperature control fluid 4.
  • the temperature control fluid circuit 100 is designed to supply the temperature control fluid 4 to the chiller 1 through the supply 11 and to discharge the heated or cooled temperature control fluid 4 through the discharge 12.
  • a first Roman valve 101 is provided downstream of the outlet 12 of the chiller 1.
  • the first Roman valve 101 is designed to either supply the temperature control fluid 4 from the chiller 1 to the plate heat exchanger 2 or to guide it past the plate heat exchanger 2 in a first bypass 102.
  • the plate heat exchanger 2 is intended to heat or cool ink in an ink circuit using the temperature control fluid 4. However, this only happens if the first Roman valve 101 is set so that the discharged temperature control fluid 4 from the chiller 4 is fed to the plate heat exchanger 2.
  • the plate heat exchanger 2 has an inlet 21 and an outlet 22. In this embodiment, these are arranged on a common surface without restricting generality.
  • the plate heat exchanger has a first heating element 23 and a second heating element 24.
  • the first heating element 23 is arranged on a surface of the plate heat exchanger 2 facing the inlet 21 and the outlet 22.
  • the second heating element 24 is arranged on a surface of the plate heat exchanger facing away from the inlet 21 and the outlet 22. Further preferred features of the plate heat exchanger 2 are described with reference to Figure 3-5 described below.
  • a T-connector 103 is arranged downstream of the plate heat exchanger.
  • the T-connector 103 is designed to transfer temperature control fluid 4, which comes from the outlet 22 of the plate heat exchanger 2, and temperature control fluid 4, which comes from the first bypass 102, into a common temperature control fluid flow 104. In this way, it is achieved that, depending on the position of the first Roman valve 101, the T-connector 103 either carries temperature control fluid from the plate heat exchanger 2 or carries temperature control fluid 4 from the first bypass 102.
  • the temperature control fluid flow 104 from the T-connector 103 is designed to be directed into the print head 3.
  • the ink is additionally heated and/or cooled here. This is particularly advantageous when the temperature of the ink in the print head rises due to a printing process.
  • the chiller can be switched to cooling mode.
  • the first Roman valve 101 can be set so that the temperature control fluid 4 flows from the outlet 12 of the chiller into the first bypass 102, so that no heating takes place in the plate heat exchanger 4 and the full cooling effect of the temperature control fluid 4 takes place directly on the print head 3. This makes it possible to react very quickly to heating of the print head. Downstream of the print head, the temperature control fluid 4 flows directly back into the inlet 11 of the chiller 1 in this embodiment.
  • FIG. 2 In a flow diagram, an ink circuit of a preferred embodiment of a device according to the invention is shown schematically and designated 200.
  • This ink circuit 100 has a buffer tank 201.
  • This buffer tank 201 is partially filled with ink 5 and partially filled with air 6. In this way, an overpressure in the buffer tank 201 can be set very well.
  • a branch line 206 leads from the buffer tank 201 to the print head 3.
  • a sub-circuit 202 of the ink circuit 200 is designed to pump ink 5 through a plate heat exchanger 2 by means of a pump 2021 and to feed it back into the buffer tank 201.
  • the plate heat exchanger 2 is designed to cool or heat the ink 5 passed through by means of a temperature control fluid 4. In this way, the temperature of the ink 5 in the buffer tank can be controlled.
  • An exemplary temperature control fluid circuit 100 is described above with reference to Fig. 1 described.
  • the pump is arranged downstream of the buffer tank 201.
  • a second Roman valve 2022 is arranged downstream of the pump.
  • the second Roman valve is designed to direct the ink 5 to the plate heat exchanger 2 in a first position and to direct the ink 5 back to the buffer tank 201 in a second bypass 2025 in a second position.
  • a 5 ⁇ m filter is arranged downstream of the second Roman valve 2022.
  • a degasser 2024 is arranged downstream of the 5 ⁇ m filter 2024. In this way, it can be ensured that no clumps or gas bubbles get into the plate heat exchanger 2. Gas bubbles could reduce the heat conduction and clumps could clog the plate heat exchanger 2.
  • the plate heat exchanger 2 is arranged downstream of the 5 ⁇ m filter 2024. The ink is guided back to the buffer tank 201 from an ink outlet of the plate heat exchanger 2.
  • a plate heat exchanger from a preferred embodiment of a device according to the invention is shown in two sectional views and a perspective view and designated by 2.
  • the plate heat exchanger 2 has an ink supply 25 and a temperature control fluid supply 21. Furthermore, the plate heat exchanger 2 has an ink discharge 26 and a temperature control fluid discharge 22.
  • An exemplary temperature control fluid circuit 100 is described with reference to Fig. 1 described above.
  • An exemplary ink circuit 200 is described with reference to Fig. 2 described above.
  • the plate heat exchanger 2 has metal plates 27 which are formed in layers and form intermediate spaces or chambers. In this case, an ink control fluid chamber 28 and an ink chamber 29 are arranged alternately one after the other. In Fig. 3 In this way, six ink control fluid chambers 28 and five ink chambers 29 are shown. Particularly advantageously, the plate heat exchanger is designed to vary the volume by adding further metal plates 27 and chambers.
  • a first heating element 23 is arranged at a first end of the plate heat exchanger 2.
  • a second heating element 24 is arranged at a second end of the plate heat exchanger 2.
  • the plate heat exchanger 2 is terminated at both ends by a mounting plate 29b.
  • the outer mounting plates 29b are connected by means of screw connections 29a. In this way, the chambers of the plate heat exchanger 2 can be advantageously kept tight, and a variation of the volume of the plate heat exchanger is easily possible by pushing additional metal plates 27 between them and sealing them by means of the screw connections 29a and mounting plates 29b.
  • the first heating element 23 and the second heating element 24 are designed as heating foils and each cover more than 80% of the surface of the outer metal plates of the heat exchanger. In this way, particularly good additional heat dissipation can be achieved. By varying the voltage, the heat output of the heating foils can be modified.
  • the arrangement of the first Roman valve 101, the bypass 102 and the T-connector 103 are made of Fig. 1
  • the first Roman valve 101 it is advantageously possible to set whether the temperature control fluid 4 from the chiller 1 (see Fig. 1 ) through the plate heat exchanger 2 or through the bypass 102.
  • a device according to the invention is provided for each ink color.
  • the measures described in this document make it possible to quickly and inexpensively place ink 5 in a predetermined printing temperature range. Furthermore, the printing temperature of ink 5 can be maintained very precisely and inexpensively in this predetermined range. In addition, good adaptability and variability to different ink volumes can be achieved.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drucktemperatur einer Tinte (5) in einem Druckkopf (3) eines Systems zum Tintenstrahldruck beschrieben. Sie weist einen Wärmetauscher (2) mit einem ersten Kanal für Tinte (5) und einem zweiten Kanal für ein Temperatursteuerungsfluid (4), einen Chiller (1) zur Erwärmung und/oder Abkühlung des Temperatursteuerungsfluids (4), einen Tintenkreislauf (100), der dazu eingerichtet ist, Tinte (5) durch den Wärmetauscher (2) und in den Druckkopf (3) zu pumpen sowie einen Temperatursteuerungsfluidkreislauf (100), der dazu eingerichtet ist, das Temperatursteuerungsfluid (4) durch den Chiller (1) und den Wärmetauscher (2) zu pumpen, auf. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, mittels des Chillers (1) das Temperatursteuerungsfluid (4) derart zu erwärmen und/oder abzukühlen, dass eine Temperatur der Tinte (5) in einen vorgegebenen Temperaturbereich versetzt und darin gehalten wird, wobei am Wärmetauscher (2) wenigstens ein Heizelement (23, 24) vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, mittels eines elektrischen Stromes das Temperatursteuerungsfluid (4) und die Tinte (5) zusätzlich zu erwärmen, um die Tinte (5) schneller in den vorgegebenen Temperaturbereich zu versetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drucktemperatur.einer Tinte in einem Druckkopf eines Systems zum Tintenstrahldruck.
  • Im Hochleistungsdruckbereich, insbesondere bei hohen Auflösungen über 600 dpi sowie Geschwindigkeiten im Cutting-Edge-Bereich müssen hochqualitative Ausdrucke bei kleinem Tintenverbrauch erzeugt werden. Dabei können die hohen Anforderungen an das Verhalten der Tinte nur erreicht werden, wenn die Tinte während des Druckvorgangs in einem engen vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird. Erfahrungsgemäß lassen sich die vorteilhaftesten Tinteneigenschaften in einem Temperaturbereich zwischen 25 Grad Celsius und 38 Grad Celsius, insbesondere zwischen 30 Grad Celsius und 34 Grad Celsius, erzielen. Schon kleine Abweichungen von 1 Grad Celsius von der Idealtemperatur können zu Performance-Einbußen führen. Abhängig von der Außentemperatur, der Raumtemperatur und Erwärmungseffekten durch Pumpenaktivität und elektrischem Strom ist es somit erforderlich, die Tinte zu erwärmen oder auch abzukühlen. Da die Raumtemperatur eines Raumes, in dem sich ein System zum Tintenstrahldruck befindet, in der Regel meistens kleiner ist als 30 Grad Celsius ist, ist es in solchen Fällen erforderlich, Tinte, die sich in einem Tintenkreislauf befindet, vorzuerwärmen.
  • US 2010/0066785A1 offenbart einen Tintenstrahldrucker, der zur Erwärmung und Abkühlung der Tinte einen Wärmetauscher aufweist. Dieser weist Kanäle für die verschiedenen Tintenfarben auf. Mittels eines Heizers, der in den Abbildungen als Platte dargestellt ist sowie einschaltbar und ausschaltbar ist, kann die Tinte in den Kanälen erwärmt werden. Der Wärmetauscher weist weiterhin einen Abstrahlabschnitt auf, der schwenkbar in Wärmeaustausch mit den Kanälen gebracht werden kann. Der Abstrahlabschnitt ist mit einer großen Oberfläche versehen, um durch Wärmeabstrahlung an die Umgebung die Tinte abzukühlen. Die Abkühlung wird durch einen Luftstrom verstärkt, der dazu eingerichtet ist, die Wärme von der Oberfläche des Abstrahlabschnittes abzutransportieren. Nachteilig dabei ist, dass bei einer Außen- oder Raumtemperatur von über 34 Grad Celsius eine Abkühlung nicht mehr möglich ist. Weiterhin ist der Heizer nicht justierbar. Deswegen muss eine Einschaltdauer und eine Ausschaltdauer des Heizers sehr genau bemessen sein, um wirklich ein Halten der Tinte in dem engen vorgegebenen Temperaturbereich zu erzielen.
  • US 2019/0092017 A1 offenbart einen Tintenstrahldrucker, der zur Abkühlung und Aufwärmung der Tinte einen Wärmetauscher aufweist. Dieser weist einen oder mehrere Tintenkanäle und einen Temperatursteuerungskanal auf. Durch den Temperatursteuerungskanal fließt ein Temperatursteuerungsfluid. Dieses kann in einem Chiller abgekühlt werden. Weiterhin kann dieses durch die Restwärme von Integrated Circuits, die zur Ansteuerung der Pumpen verwendet werden, aufgewärmt werden, wozu allerdings eine Fließrichtung des Temperatursteuerungsfluids umgekehrt werden muss.
  • US 2021/0023838 A1 offenbart einen Tintenstrahldrucker, der zur Abkühlung und Aufwärmung der Tinte einen Wärmetauscher aufweist. Dieser weist einen nicht näher spezifizierten Heizer und einen Kühler auf, der beispielsweise ein Abstrahlkühler sein kann wie in der US 2010/0066785A1 .
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur der Tinte effizienter und genauer innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereiches zu halten und eine Vorwärmzeit zum Versetzen der Tinte in den vorgegebenen Temperaturbereich zu senken, wenn die Temperatur deutlich unterhalb des vorgegebenen Temperaturbereiches ist. Dies kann insbesondere nach längeren Stillstandszeiten der Fall sein.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drucktemperatur einer Tinte in einem Druckkopf eines Systems zum Tintenstrahldruck gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Wärmetauscher auf. Dieser Wärmetauscher weist einen ersten Kanal für Tinte und einen zweiten Kanal für ein Temperatursteuerungsfluid, insbesondere Wasser, auf. Ein Chiller ist zur Erwärmung und/oder Abkühlung des Temperatursteuerungsfluids vorgesehen. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Tintenkreislauf auf, der dazu eingerichtet ist, Tinte durch den Wärmetauscher und den Druckkopf zu pumpen. Außerdem weist sie einen Temperatursteuerungsfluidkreislauf auf, der dazu eingerichtet ist, das Temperatursteuerungsfluid durch den Chiller und den Wärmtauscher zu pumpen. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, mittels des Chillers das Temperatursteuerungsfluid derart zu erwärmen und/oder abzukühlen, dass eine Temperatur der Tinte in einen vorgegebenen Temperaturbereich versetzt und darin gehalten wird. Am Wärmetauscher ist wenigstens ein Heizelement vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, mittels eines elektrischen Stromes das Temperatursteuerungsfluid und die Tinte zusätzlich zu erwärmen, um die Tinte schneller in den vorgegebenen Temperaturbereich zu versetzen.
  • Dadurch, dass das wenigstens eine Heizelement sich unmittelbar am Wärmetauscher befindet, findet die Erwärmung durch das wenigstens eine Heizelement und die Erwärmung der Tinte durch das Temperatursteuerungsfluid an derselben Stelle statt. Dadurch lassen sich eine schnellere Erwärmung der Tinte und eine gute Temperaturkontrolle miteinander verbinden. Weiterhin handelt es sich um eine kostengünstige Lösung, da sowohl Heizelemente, insbesondere Heizfolien oder Heizmatten, als auch Wärmetauscher kommerziell kostengünstig erhältlich sind und einfach miteinander verbaut werden können.
  • Bevorzugt sind wenigstens zwei Heizelemente vorgesehen. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine zusätzliche Erwärmung an verschiedenen Oberflächenabschnitten des Wärmetauschers stattfinden.
  • Das wenigstens eine Heizelement ist insbesondere als elektrisch leitende Beschichtung auf einem Träger ausgebildet, die in Polyesterfolie oder Silikon eingeschweißt ist. Dies ist eine besonders kostengünstige und kommerziell erhältliche Variante eines Heizelements.
  • Vorzugsweise ist der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Solche Wärmetauscher sind günstig kommerziell erhältlich, einfach zu fertigen und an ihnen lässt sich einfach ein Heizelement befestigen, insbesondere wenn es als Heizfolie oder Heizmatte ausgebildet ist. Plattenwärmetauscher weisen in der Regel Metallplatten auf, die in Schichten ausgebildet sind. Diese Metallplatten können beispielsweise miteinander verlötet oder verschraubt sein. Sie bestehen meistens aus besonders wärmeleitfähigem, robustem und korrosionsbeständigem Edelstahl. Beispielsweise können durch ein wellenförmiges Muster der Metallplatten Zwischenräume geschaffen werden, in denen dann ein Wärmeaustausch stattfindet.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Fließrichtung des Temperatursteuerungsfluids und eine Fließrichtung der Tinte kreuzweise orthogonal zueinander sind. Kreuzstrom ist besonders bevorzugt, wenn man eine festgelegte Temperatur erreichen möchte, was zur Temperatursteuerung der Tinte ganz besonders der Zielrichtung der Erfindung entspricht.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass die Fließrichtung des Temperatursteuerungsfluids und die Fließrichtung der Tinte zueinander gleichstromförmig oder gegenstromförmig sind. Bei einer gegenstromförmigen Fließrichtung findet der größte denkbare Wärmeaustausch statt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Wärmetauscher nach außen isoliert. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine Wärmeleitung nach außen effektiv begrenzt wird. So kann der vorgegebene Temperaturbereich der Tinte besser erreicht und gehalten werden. Die Isolierung ist dabei bevorzugt öffenbar ausgebildet. Auf diese Weise kann das wenigstens eine Heizelement vorteilhaft innerhalb der Isolierung verbaut werden.
  • Vorzugsweise ist ein erstes Heizelement an einer äußersten Metallplatte des Plattenwärmetauschers in einer ersten Richtung montiert. Besonders bevorzugt ist ein zweites Heizelement an einer äußersten Metallplatte des Plattenwärmetauschers in einer zweiten Richtung montiert. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine besonders gute Wärmeübertragung erreicht werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform überspannt das erste und/oder zweite Heizelement mindestens 80 Prozent der Oberfläche der äußersten Metallplatte. Auf diese Weise kann die Wärmeübertragung noch verbessert werden.
  • Denkbar ist, dass das wenigstens eine Heizelement mit dem Wärmetauscher verklebt und/oder geklemmt und/oder verschraubt ist. Dies ist nicht beschränkend zu verstehen.
  • Die Isolierung des Wärmetauschers weist bevorzugt eine Bohrung für eine Stromzufuhr des wenigsten einen Heizelementes auf. Dies ist vorteilhaft zur Ansteuerung des wenigstens einen Heizelementes.
  • Der Chiller kann vorzugsweise sowohl in einem Abkühlmodus betrieben werden als auch in einem Erwärmungsmodus. Auf diese Weise kann eine Temperatur des Temperatursteuerungsfluids sehr genau gesteuert und/oder geregelt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Temperatursteuerungsfluidkreislauf dazu eingerichtet, das Temperatursteuerungsfluid weiterhin durch den Druckkopf zu pumpen. Auf diese Weise kann eine Steuerung der Temperatur der Tinte am Druckkopf noch genauer erfolgen. Dies ist vor allem erforderlich, da während des Druckprozesses Wärme am Druckkopf freigesetzt wird. Ist die Temperatur der Tinte nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers innerhalb des vorgegebenen Bereiches, kann sie beim Durchlaufen des Druckkopfes auf oberhalb des vorgegebenen Bereiches erwärmt werden. Das Temperatursteuerungsfluid kann hier also noch weiter für Kühlung sorgen.
  • Um noch besser auf eine Erwärmung des Druckkopfes reagieren zu können, weist die Vorrichtung bevorzugt ein Ventil auf, das dazu eingerichtet ist, in einer ersten Stellung das Temperatursteuerungsfluid durch den Wärmetauscher zu leiten und in einer zweiten Stellung das Temperatursteuerungsfluid an dem Wärmetauscher vorbei zu leiten. Dies ist insbesondere im Abkühlmodus von Vorteil, um einer Erwärmung des Druckkopfes während eines Druckvorganges schneller entgegenzuwirken, indem das Temperatursteuerungsfluid nicht noch durch den Wärmetauscher geleitet wird, sondern an ihm vorbei und auf diese Weise eine stärkere Abkühlwirkung im Druckkopf bewirken kann.
  • Der Tintenkreislauf weist bevorzugt einen Puffertank auf, der zum Teil mit Luft oder einem anderen Gas und zum Teil mit Tinte gefüllt ist. Dies erlaubt eine gute Kontrolle von Druck und Temperatur der Tinte. Eine Zweigleitung des Tintenkreislaufs führt insbesondere von dem Puffertank zum Druckkopf. Durch den Druck im Puffertank wird die Tinte so vorteilhaft zum Druckkopf geführt. Ein Teiltintenkreislauf führt bevorzugt von dem Puffertank durch eine Pumpe, durch den Wärmetauscher und wieder zurück zum Puffertank. Dieser Teilkreislauf dient vorteilhaft dazu, die Tinte im Puffertank durch den Wärmetauscher zu erwärmen und/oder abzukühlen. Insbesondere ist in dem Teiltintenkreislauf ein Ventil vorgesehen, dass dazu eingerichtet ist, die Tinte entweder durch den Wärmetauscher zu leiten oder an dem Wärmetauscher vorbeizuleiten. Auf diese Weise kann, wenn die Tinte an dem Wärmetauscher vorbeigeleitet wird, ein Wärmeaustauscheffekt am Druckkopf verstärkt werden, was insbesondere im Abkühlungsmodus von Vorteil ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen und aus der detaillierten Figurenbeschreibung.
  • Kurzzusammenfassung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Temperatursteuerfluidkreislaufes einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 2
    zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Tintenkreislaufes einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 3
    zeigt eine schematische vertikal-horizontale Schnittansicht eines Plattenwärmetauschers mit zwei Heizelementen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 4
    zeigt eine weitere schematische vertikal-horizontale Schnittansicht des Plattenwärmetauschers aus Fig. 3;
    Fig 5
    zeigt eine perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers aus den Fig. 3 und 4.
    Detaillierte Figurenbeschreibung
  • In Fig. 1 ist in einem Flussdiagramm schematisch ein Temperatursteuerungsfluidkreislauf einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Dieser Temperatursteuerungsfluidkreislauf 100 ist dazu eingerichtet, ein Temperatursteuerungsfluid 4 durch einen Chiller 1, durch einen Platenwärmetauscher 2 und durch einen Druckkopf 3 zu pumpen.
  • Der Chiller 1 ist dazu eingerichtet, das Temperatursteuerungsfluid 4 zu erwärmen und/oder abzukühlen. Dieser kann beispielsweise als Kältemaschine oder Wärmepumpe oder Kompressionskälte- oder -wärmeanlage dazu eingerichtet sein, durch einen thermodynamischen Kreisprozess dem Temperatursteuerungsfluid Wärme zuzuführen oder auch zu entziehen. Auch eine Ausbildung mit Peltier-Element(en) oder andere bekannte Anlagen zum Erwärmen und/oder Abkühlen von Fluiden sind denkbar. Der Chiller 1 weist eine Zuführung 11 vom Temperatursteuerungsfluid 4 und eine Abführung 12 vom Temperatursteuerungsfluid 4 auf. Der Temperatursteuerungsfluidkreislauf 100 ist dazu eingerichtet, dem Chiller 1 das Temperatursteuerungsfluid 4 durch die Zuführung 11 zuzuführen und durch die Abführung 12 das erwärmte oder abgekühlte Temperatursteuerungsfluid 4 abzuführen.
  • Der Abführung 12 des Chillers 1 nachgeordnet ist in dieser Ausführungsform ein erstes Römer-Ventil 101 vorgesehen. Das erste Römer-Ventil 101 ist dafür eingerichtet, das Temperatursteuerungsfluid 4 aus dem Chiller 1 entweder dem Plattenwärmetauscher 2 zuzuführen oder in einem ersten Bypass 102 an dem Plattenwärmetauscher 2 vorbeizuführen.
  • Der Plattenwärmetauscher 2 ist dafür vorgesehen, mittels des Temperatursteuerungsfluids 4 Tinte in einem Tintenkreislauf zu erwärmen oder abzukühlen. Dies geschieht jedoch nur, wenn das erste Römer-Ventil 101 so eingestellt ist, dass das abgeführte Temperatursteuerungsfluid 4 aus dem Chiller 4 dem Plattenwärmetauscher 2 zugeführt wird. Dafür weist der Plattenwärmetauscher 2 eine Zuführung 21 und eine Abführung 22 auf. Diese sind in dieser Ausführungsform ohne Beschränkung der Allgemeinheit an einer gemeinsamen Oberfläche angeordnet. Der Plattenwärmetauscher weist ein erstes Heizelement 23 und ein zweites Heizelement 24 auf. Das erste Heizelement 23 ist an einer der Zuführung 21 und der Abführung 22 zugewandten Oberfläche des Plattenwärmetauschers 2 angeordnet. Das zweite Heizelement 24 ist an einer der Zuführung 21 und der Abführung 22 abgewandten Oberfläche des Plattenwärmetauschers angeordnet. Weitere bevorzugte Merkmale des Plattenwärmetauschers 2 werden mit Bezug zu Figur 3-5 weiter unten beschrieben.
  • Dem Plattenwärmetauscher nachgeordnet ist in dieser Ausführungsform ein T-Verbinder 103 angeordnet. Der T-Verbinder 103 ist dazu eingerichtet, Temperatursteuerungsfluid 4, das aus der Abfuhr 22 des Plattenwärmetauschers 2 kommt und Temperatursteuerungsfluid 4, das aus dem ersten Bypass 102 kommt, in einen gemeinsamen Temperatursteuerungsfluidstrom 104 zu überführen. Auf diese Weise wird erreicht, dass je nach Stellung des ersten Römer-Ventils 101 der T-Verbinder 103 entweder Temperatursteuerungsfluid aus dem Plattenwärmetauscher 2 weiterführt oder Temperatursteuerungsfluid 4 aus dem ersten Bypass 102 weiterführt.
  • Der Temperatursteuerungsfluidstrom 104 aus dem T-Verbinder 103 ist dazu eingerichtet, in den Druckkopf 3 geleitet zu werden. Hier findet in dieser Ausführungsform zusätzlich eine Erwärmung und/oder Abkühlung der Tinte statt. Dies hat insbesondere Vorteile, wenn die Temperatur der Tinte im Druckkopf aufgrund eines Druckvorgangs ansteigt. In diesem Fall kann der Chiller in den Abkühlmodus geschaltet werden. Weiterhin kann das erste Römer-Ventil 101 so eingestellt werden, dass das Temperatursteuerungsfluid 4 aus dem Abfluss 12 des Chillers in den ersten Bypass 102 fließt, somit keine Erwärmung im Plattenwärmetauscher 4 stattfindet und die volle Kühlwirkung des Temperatursteuerungsfluids 4 direkt am Druckkopf 3 stattfindet. So kann sehr schnell auf eine Erwärmung des Druckkopfes reagiert werden. Dem Druckkopf nachgeordnet fließt das Temperatursteuerungsfluid 4 in dieser Ausführungsform direkt wieder in den Zulauf 11 des Chillers 1.
  • In Fig. 2 ist in einem Flussdiagramm schematisch ein Tintenkreislauf einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet. Dieser Tintenkreislauf 100 weist einen Puffertank 201 auf. Dieser Puffertank 201 ist teilweise mit Tinte 5 und teilweise mit Luft 6 gefüllt. Auf diese Weise kann ein Überdruck im Puffertank 201 sehr gut eingestellt werden. Eine Zweigleitung 206 führt von dem Puffertank 201 zum Druckkopf 3.
  • Ein Teilkreislauf 202 des Tintenkreislaufs 200 ist in dieser Ausführungsform dafür eingerichtet, Tinte 5 mittels einer Pumpe 2021 durch einen Plattenwärmetauscher 2 zu pumpen und wieder zurück in den Puffertank 201 zu leiten. Dabei ist der Plattenwärmetauscher 2 dazu ausgebildet, die durchgeführte Tinte 5 mittels eines Temperatursteuerungsfluids 4 abzukühlen oder zu erwärmen. Auf diese Weise kann die Temperatur der Tinte 5 im Puffertank gesteuert werden. Ein beispielhafter Temperatursteuerungsfluidkreislauf 100 ist oben mit Bezug zu Fig. 1 beschrieben. Dem Puffertank 201 nachgeordnet ist hierbei die Pumpe angeordnet. Der Pumpe nachgeordnet ist hierbei ein zweites Römer-Ventil 2022 angeordnet. Das zweite Römer-Ventil ist hierbei dazu ausgebildet, in einer ersten Stellung die Tinte 5 weiter zum Plattenwärmetauscher 2 zu leiten und in einer zweiten Stellung die Tinte 5 in einem zweiten Bypass 2025 zurück zum Puffertank 201 zu leiten. Für den Fall, dass das zweite Römer-Ventil 2022 in der ersten Stellung ist, ist dem zweiten Römer-Ventil 2022 ein 5µm-Filter nachgeordnet. Dem 5µm-Filter 2024 ist ein Entgaser 2024 nachgeordnet. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass keine Verklumpungen oder Gasbläschen in den Plattenwärmetauscher 2 gelangen Gasbläschen könnten die Wärmeleitung reduzieren und Verklumpungen könnten den Plattenwärmetauscher 2 verstopfen. Dem 5µm-Filter 2024 ist der Plattenwärmetauscher 2 nachgeordnet. Von einem Tintenabfluss des Plattenwärmetauschers 2 wird die Tinte zurück zum Puffertank 201 geleitet.
  • In den Fig. 3 bis 5 ist ein Plattenwärmetauscher aus einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei Schnittansichten und einer perspektivischen Ansicht dargestellt und mit 2 bezeichnet.
  • Der Plattenwärmetauscher 2 weist eine Tintenzuführung 25 und eine Temperatursteuerungsfluidzuführung 21 auf. Weiterhin weist der Plattenwärmetauscher 2 einen Tintenabführung 26 und eine Temperatursteuerungsfluidabführung 22 auf. Ein beispielhafter Temperatursteuerungsfluidkreislauf 100 ist mit Bezug zu Fig. 1 oben beschrieben. Ein beispielhafter Tintenkreislauf 200 ist mit Bezug zu Fig. 2 oben beschrieben. Der Plattenwärmetauscher 2 weist Metallplatten 27 auf, die in Schichten ausgebildet sind und Zwischenräume oder Kammern bilden. Hierbei sind nacheinander alternierend jeweils eine Tintensteuerungsfluidkammer 28 und jeweils eine Tintenkammer 29 angeordnet. In Fig. 3 sind auf diese Weise sechs Tintensteuerungsfluidkammern 28 und fünf Tintenkammern 29 dargestellt. Besonders vorteilhaft ist der Plattenwärmetauscher dazu ausgebildet, das Volumen durch Hinzufügung weiterer Metallplatten 27 und Kammern zu variieren.
  • An einem ersten Ende des Plattenwärmetauschers 2 ist ein erstes Heizelement 23 angeordnet. An einem zweiten Ende des Plattenwärmetauschers 2 ist ein zweites Heizelement 24 angeordnet. Der Plattenwärmetauscher 2 schließt an beiden Enden jeweils mit einer Montageplatte 29b ab. Die äußeren Montageplatten 29b sind in dieser Ausführungsform mittels Schraubverbindungen 29a verknüpft. Auf diese Weise können die Kammern des Plattenwärmetauschers 2 vorteilhaft dicht gehalten werden, wobei eine Variation eines Volumens des Plattenwärmetauschers leicht möglich ist, indem weitere Metallplatten 27 mittels der Schraubverbindungen 29a und Montageplatten 29b dazwischen geschoben und abgedichtet werden können.
  • Das erste Heizelement 23 und das zweite Heizelement 24 sind hier als Heizfolien ausgebildet und überspannen jeweils mehr als 80% einer Oberfläche der äußeren Metallplatten des Wärmetauschers. Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute zusätzliche Wärmeabgabe erzielen. Durch eine Variation der Spannung kann insbesondere eine Wärmeleistung der Heizfolien modifiziert werden.
  • In der Schnittansicht von Fig. 4 sind oberhalb des Plattenwärmetauschers 2 die Anordnung des ersten Römer-Ventils 101, des Bypasses 102 und des T-Verbinders 103 aus Fig. 1 dargestellt. Mittels des ersten Römer-Ventils 101 lässt sich vorteilhaft einstellen, ob das Temperatursteuerungsfluid 4 aus dem Chiller 1 (siehe Fig. 1) durch den Plattenwärmetauscher 2 oder durch den Bypass 102 geleitet wird.
  • Insbesondere ist für jede Tintenfarbe eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen. Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann ein schnelles und kostengünstiges Versetzen von Tinte 5 in einen vorgegebenen Drucktemperaturbereich erzielt werden. Weiterhin kann ein sehr genaues und kostengünstiges Halten der Drucktemperatur der Tinte 5 in diesem vorgegebenen Bereich erzielt werden. Außerdem lässt sich eine gute Anpassbarkeit und Variabilität an verschiedene Tintenvolumina erreichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Chiller
    2
    Plattenwärmetauscher
    3
    Druckkopf
    4
    Temperatursteuerungsfluid
    5
    Tinte
    6
    Luft
    11
    Zuführung von dem Temperatursteuerungsfluid zum Chiller
    12
    Abführung von dem Temperatursteuerungsfluid vom Chiller
    21
    Temperatursteuerungsfluidzuführung für den Plattenwärmetauscher
    22
    Temperatursteuerungsfluidabführung für den Plattenwärmetauscher
    23
    erstes Heizelement
    24
    zweites Heizelement
    25
    Tintenzuführung für den Plattenwärmetauscher
    26
    Tintenabführung für den Plattenwärmetauscher
    27
    Metallplatte
    28
    Temperatursteuerungsfluidkammer
    29
    Tintenkammer
    29a
    Montageplatte
    29b
    Verschraubung für Montageplatte
    100
    Temperatursteuerungsfluidkreislauf
    101
    erstes Römerventil
    102
    erster Bypass
    103
    T-Verbinder
    104
    Temperatursteuerungsfluidstrom
    200
    Tintenkreislauf
    201
    Puffertank
    202
    Teiltintenkreislauf
    206
    Zweigleitung
    2021
    Pumpe
    2022
    zweites Römer-Ventil
    2023
    5 µm-Filter
    2024
    Entgaser
    2025
    zweiter Bypass

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Steuerung einer Drucktemperatur einer Tinte (4) in einem Druckkopf (3) eines Systems zum Tintenstrahldruck, das folgendes aufweist:
    - einen Wärmetauscher (2) mit:
    - einem ersten Kanal für Tinte (5);
    - einem zweiten Kanal für ein Temperatursteuerungsfluid (4);
    - einen Chiller (1) zur Erwärmung und/oder Abkühlung des Temperatursteuerungsfluids (4);
    - einen Tintenkreislauf (100), der dazu eingerichtet ist, Tinte (5) durch den Wärmetauscher (2) und in den Druckkopf (3) zu pumpen;
    - einen Temperatursteuerungsfluidkreislauf (100), der dazu eingerichtet ist, das Temperatursteuerungsfluid (4) durch den Chiller (1) und den Wärmetauscher (2) zu pumpen;
    wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mittels des Chillers (1) das Temperatursteuerungsfluid (4) derart zu erwärmen und/oder abzukühlen, dass eine Temperatur der Tinte (5) in einen vorgegebenen Temperaturbereich versetzt und darin gehalten wird, wobei am Wärmetauscher (2) wenigstens ein Heizelement (23, 24) vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, mittels eines elektrischen Stromes das Temperatursteuerungsfluid (4) und die Tinte (5) zusätzlich zu erwärmen, um die Tinte (5) schneller in den vorgegebenen Temperaturbereich zu versetzen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei Heizelemente (23, 24) vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Heizelement (23, 24) als Heizfolie ausgebildet ist, insbesondere als elektrisch leitendende Beschichtung auf einem Träger, die in Polyesterfolie oder Silikon eingeschweißt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (2) als Plattenwärmetauscher (2) ausgebildet ist, insbesondere mit Metallplatten aus Edelstahl.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (2) nach außen isoliert ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Heizelement (23) an einer äußersten Metallplatte (27) des Plattenwärmetauschers (2) in einer ersten Richtung montiert ist, wobei noch bevorzugter ein zweites Heizelement (24) an einer äußersten Metallplatte (27) des Plattenwärmetauschers (2) in einer zweiten Richtung montiert ist, wobei noch bevorzugter das erste Heizelement (23) und/oder das zweite Heizelement (24) mindestens 80 Prozent einer Oberfläche der äußersten Metallplatte überspannt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Chiller (2) sowohl in einem Abkühlmodus als auch in einem Erwärmungsmodus betrieben werden kann.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Temperatursteuerungsfluidkreislauf (100) weiterhin dazu eingerichtet ist, das Temperatursteuerungsfluid (5) zusätzlich durch den Druckkopf (3) zu pumpen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Temperatursteuerungsfluidkreislauf (100) ein Ventil aufweist, das dazu eingerichtet ist, in einer ersten Stellung das Temperatursteuerungsfluid (4) durch den Wärmetauscher (2) zu leiten und in einer zweiten Stellung das Temperatursteuerungsfluid (4) an dem Wärmetauscher (2) vorbeizuleiten, wobei das Ventil vorzugsweise als erstes Römer-Ventil (101) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Tintenkreislauf (200) einen Puffertank (201) aufweist, der zum Teil mit Luft (6) oder einem anderen Gas und zum Teil mit Tinte (5) gefüllt ist, wobei bevorzugt eine Zweigleitung (206) des Tintenkreislaufs (200) vom Puffertank (201) zum Druckkopf (3) führt.
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