Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, wobei der Druckkopf zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung aufweist, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestoßen werden kann, wobei die Düse ortsfest an einer Seitenwand des Tinten Versorgungskanals angeordnet ist und der zumindest einen Düse ein Stößel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stö- ßelstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, wobei der Druckkopf erste Mittel umfasst zum Bewegen der Stößelstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt und einem von der Ein Strömöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung von Druckprozessen mit fol- genden Schritten:
- Bereitstellen eines Druckkopfes mit Tintenversorgungskanal, Stößel und Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung die die Verbindung des Düsenkanals zum Tintenversorgungskanal bildet,
- Füllen des Tintenversorgungskanals mit Tinte
[0002] Ein Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, wie er Gegenstand der Erfindung ist, umfasst einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse, wobei der Düse ein bewegbarer Stößel zur Bewirkung des Tintenausstoßes aus dem Tinten Versorgungskanal zugeordnet ist.
[0003] An dieser Stelle sollen vorab einige in diesem Dokument verwendeten Begriffe definiert werden: Der Begriff„Ruhestellung" ist im vorliegenden Kontext so zu verstehen, dass ein Verschlusskörper eine vom Druckverfahren abhängige Position im Tintenversorgungskanal eines Druckkopfes einnimmt, die dazu führt, dass keine Tinte aus dem Druckkopf austritt entsprechend das Bedrucken eines Substrats nicht stattfindet.
Der Begriff„Arbeitsstellung" ist im Kontext so zu verstehen, dass ein Verschlusskörper eine vom Druckverfahren abhängige Position im Tintenversorgungskanal einnimmt, die das Bedrucken eines Substrats mit Tinte ermöglicht.
Der Begriff„Mittel" ist im Kontext so zu verstehen, dass kontextbezogen sowohl der Singular als auch der Plural des Begriffs gemeint sein kann.
Der Begriff„Pigmente" ist im Kontext so zu verstehen, dass es sich um Partikel in der Tinte mit Festkörpereigenschaften handelt, die nicht löslich sind.
Der Begriff „Tintenkanal" ist als Synonym für den Begriff „Tintenversorgungskanal" im Kontext zu verstehen.
[0004] Die Tintenstrahldrucktechnik ist eine weit verbreitete Drucktechnik zum Bedrucken von Substraten. Die Druckköpfe von Tintenstrahldruckvorrichtungen umfassen in der Regel zumindest einen Tinten Versorgungskanal und zumindest eine Düse zum Ausstoßen der Tinte aus dem Tintenversorgungskanal.
[0005] Bei Piezo -Tintenstrahldruckern wird zumindest ein Piezo-Element durch Anlegen einer elektrischen Spannung dermaßen verformt, dass durch die Verformung eine Druckwelle in der Tintenkammer bzw. dem Tintenkanal erzeugt wird, die ein Ausstoßen eines Tintentropfens durch die Düse bewirkt.
[0006] Ein Druckkopf der genannten Art ist beispielsweise aus der WO2008/044069 A bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung werden Düsen, welche in Form von schmalen Streifen mit einem Durchtrittloch für Tinte ausgebildet sind, bewegt bzw. in Schwingungen versetzt, um einen Tropfenausstoß aus der Düse zu bewirken.
[0007] Bei anderen bekannten Druckköpfen, die das Verdrucken von Tinte mit einer hohen Viskosität erlauben, wird zum Tropfenausstoß oftmals die Tinte mit Überdruck beaufschlagt und ein Ventil kurzzeitig geöffnet, um einen Tropfen durch zu lassen. Derartige Systeme ha- ben aber den Nachteil, dass sich bei der Verwendung von Tinten mit großen Pigmentgrößen Probleme mit der Dichtheit der Ventile ergeben können und eine Verhinderung von Sedimentationen im Bereich des Ventilsitzes nur sehr schwierig zu realisieren ist.
[0008] Herkömmliche Druckköpfe, die einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse beinhalten, wobei jeder Düse ein Verschlusskörper zugeordnet ist, umfassen Mittel, welche während des Druckvorgangs eine Düse öffnen. In der Ruhestellung wird die Düse vom Verschlusskörper dichtend verschlossen, sodass ein Herausrinnen der mit Überdruck beaufschlagten Tinte aus dem Tintenversorgungskanal verhindert wird. In einer Arbeitsstel-
lung wird der Stößel von der Düse angehoben, sodass Tinte in die Düse fließen kann und aus dem Tintenversorgungskanal ausgestoßen werden kann.
[0009] Ein solcher Druckkopf ist in der Druckschrift EP0445137B1 offengelegt. Die Druck- schrift beschreibt einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker mit einer an eine Tintendruckquelle verbundene Tintenkammer, in der mehrere, jeweils eine Düse verschließende Verschlusskörper angeordnet sind, die jeweils mit einer Zugstange verbunden sind und die Verschlusskörper mit einer Antrieb seinrichtung in der Tintenkammer auf und ab bewegt werden. In der Ruhestellung verschließt der Verschlusskörper die Tintenspritzdüse vollständig. Wird der Verschlusskörper von der Ruhestellung in eine Arbeitsstellung bewegt, wird dieser von der Düse angehoben bzw. zurückgezogen. Die Tinte wird in der Tintenkammer permanent mit Überdruck beaufschlagt, sodass erst beim Zurückziehen des Verschlusskörpers die Tinte aus dem Tintenversorgungskanal durch die Düse ausgestoßen werden kann. Sobald der Verschlusskörper wieder die Ruhestellung eingenommen hat, ist die Tintenspritzdüse ver- schlössen.
[0010] Ein weiterer Druckkopf ist in der Druckschrift EP0787587B1 offengelegt. Die Druckschrift beschreibt einen Verschlusskörper, der aus einem Kolben mit einem axial zugeordneten Verschlussstift T-förmig ausgebildet ist. Der Verschlusskörper befindet sich innerhalb einer zylinderförmigen Kammer, wobei der Außendurchmesser des zylindrischen Kolbens in etwa dem Innendurchmesser der Kammer entspricht, sodass der Kolben dichtend entlang der Kammerwand auf und ab bewegt wird. Der Kolben trennt die Kammer in zwei Bereiche, wobei ein Bereich am Boden eine Frontplatte aufweist, die eine als Bohrloch ausgeführte Düse für das Ausstoßen von Tintentropfen beinhaltet. Dieser Bereich umfasst die Tinte und bildet die Tintenkammer, die mit einer Tintendruckquelle verbunden ist. In der anderen Kammer befindet sich eine Feder, die gegen den Verschlusskörper drückt. Konstruktionsbedingt reicht in der Ruhestellung der Verschlussstift in das Bohrloch der Düse hinein und verschließt dabei diese, wobei zwischen Frontplatte und Kolben ein Tintenfilm vorhanden ist. Wird ein Überdruck in der Tintenkammer aufgebaut, bewirkt der Druck, dass gegen die Rückstellkraft einer Feder der Kolben und somit der Verschlussstift aus dem Bohrloch von der Ruhestellung in eine Arbeitsstellung zurückgezogen wird, woraufhin die mit Überdruck beaufschlagte Tinte in das Bohrloch fließt und aus der Düse ausgestoßen werden kann. Wird der Überdruck abgebaut, wird der Verschlussstift wieder in die Ruhestellung gebracht und verfährt wieder in das
Bohrloch, wobei die in der Düse befindliche Resttinte verdrängt wird und das Bohrloch verschlossen wird.
[0011] Die herkömmlichen Druckköpfe zur Durchführung von Druckprozessen mit einem Verschlusskörper sind durch ihren funktionalen und charakteristischen Aufbau zur Ausführung von Druckprozessen mit relativ niedrigen Druckfrequenzen ausgelegt, was sich in die relativ langsamen Druckprozesse widerspiegelt.
[0012] Bei der Durchführung eines Druckschrittes wird der Verschlusskörper aus der Ruhe- Stellung in eine Arbeits Stellung gebracht, wobei die mit Überdruck beaufschlagte Tinte aus dem Tintenkanal durch die Düse austritt. Der Tintenfluss wird gestoppt indem der Verschlusskörper in die Düse, auf die Düse bzw. auf die Innenwand der Tintenkammer auftrifft und die Einströmöffnung der Düse dichtend verschließt. [0013] Um einen Tintentropfen sauber von der Resttinte abtrennen zu können, muss der Verschlusskörper die Einströmöffnung der Düse vollständig bzw. dichtend verschließen, wobei eine Kollision des Verschlusskörpers mit der Düse und/oder der Innenwand der Tintenkammer unvermeidlich ist. Wird die Einströmöffnung der Düse in einer Ruhestellung nicht vollständig mit dem Verschlusskörper verschlossen, kann Tinte kontinuierlich in Form eines Tin- tenstrahls aus dem Tintenkanal durch die Düse heraustreten.
[0014] Je mehr Tropfen pro Zeiteinheit für die Erzeugung eines gewünschten Motivs bzw. Strukturdruck-Motivs benötigt werden, desto höher ist die entsprechende Druckfrequenz der durchzuführenden Druckschritte.
[0015] Es versteht sich von selbst, dass die Ausführbarkeit von Druckschritten mit einer relativ hohen Druckfrequenz durch periodisch eintretende Kollisionen des Verschlusskörpers mit der Düse und/oder der Innenwand der Tintenkammer beschränkt ist, da die Kollisionen in kürzester Zeit ein Materialversagen des Verschlusskörpers und/oder der Düse verursachen können, was mit einer kurzen Lebensdauer des Druckkopfes einhergeht.
[0016] Die Stabilität des Druckprozesses verringert sich bei herkömmlichen Druckköpfen zunehmend je höher die Druckfrequenz gewählt wird, da die Wahrscheinlichkeit eines Materialversagens beim Verschlusskörper und/oder bei der Düse entsprechend zunimmt. [0017] Bei anderen herkömmlichen Druckköpfen, wie z.B. in der Druckschrift EP0787587B1, kann eine harte Kollision eines T-förmig ausgebildeten Verschlusskörpers mit der Düse und/oder Innenwand der Tintenkammer zumindest teilweise vermieden werden, da ein Tintenfilm zumindest ein Abschnitt bzw. Teil des Verschlusskörpers von der Düse trennt. Wird der Verschlusskörper von einer Arbeitsstellung in die Ruhestellung verfahren, reicht in der Ruhestellung der Verschlussstift des Verschlusskörpers in den Kanal der Düse hinein und verschließt diese, wobei aber konstruktions- und verfahrens-bedingt die in der Tintenkammer nicht mehr verdrängbare\n Tinte bzw. Tintenfilm in einem der Stirnseite des Verschlusskörper-Kolben gegenüberliegenden Abschnitt radial nach Außen über den Verschlusskörper- Kolben-Außenrand hinaus nicht entweichen kann, da der Verschlusskörper-Kolben dichtend an der Kammerwand auf und ab bewegt wird, sodass nach wie vor eine Kollision des Verschlusskörpers mit dem Tintenfilm erfolgt. Eine Kollision mit dem Tintenfilm ist etwas sanfter als die Kollision mit einem Festkörper, da wie bekannt eine Flüssigkeit eine größere Kompressibilität als ein Festkörper aufweist, sodass die Lebensdauer zumindest teilweise erhöht werden kann. Ein Materialversagen kann aber nicht ausgeschlossen sondern zeitlich nur hin- ausgezögert werden. Auch bei der genannten Ausführungsform des Druckkopfes gilt folgendes, und zwar, je höher die Druckfrequenz und somit die Kollisionsfrequenz, desto höher besteht die Wahrscheinlichkeit eines Material versagens. Sind in der Tinte Pigmente enthalten, kann ein Materialversagen noch wahrscheinlicher auftreten. [0018] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckverfahren und eine Druckvorrichtung bereitzustellen, welche die Ausführbarkeit von Druckschritten mit einer höheren Frequenz als bei herkömmlichen Druckverfahren ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einer Druckvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ersten Mittel die Bewegung einer Stößelstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten begrenzen und zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen sind.
Während des Druckverfahrens, d.h. zumindest während den Zeitintervallen in denen nicht gedruckt werden soll bzw. keine Tinte aus dem Tintenkanal ausgestoßen werden soll, wird der Tintenversorgungskanal zumindest im Bereich der Einströmöffnung der Düse mit einem Unterdruck relativ zum Umgebung sdruck beaufschlagt. Durch den Unterdruck wird verhindert, dass Tinte unbeabsichtigt aus dem Tintenkanal leckt. Auf diese Weise kann auf einen Verschlusskörper verzichtet werden. Zum Ausstoßen der Tinte kommt ein im Tintenkanal vorgesehener Stößel zum Einsatz, dessen Stirnseite auf den Düsenkanal zubewegt wird, wodurch Tinte durch den Düsenkanal und aus diesem heraus gepresst wird, wobei vorzugsweise während des gesamten Druckprozesses ein Stößel/Düsen-Abstand eingehalten wird, d.h. eine Stö- ßelstirnfläche an einem Umkehrpunkt einen Abstand von der Einströmöffnung von größer als Null aufweist und die Einströmöffnung der Düse während des gesamten Druckprozesses permanent offen bleibt. Der erfindungsgemäße Stößel übernimmt also gerade nicht die Funktion eines Verschlusskörpers. [0019] Mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf ist es möglich Tinten zu verwenden, die in einem weiten Viskositätsbereich liegen und/oder die Pigmente beinhalten.
[0020] Dies insbesondere, weil der Stößel nicht als Verschlusskörper funktionieren muss und die sich zwischen Stößelstirnseite und Einlassöffnung des Düsenkanals schiebende Tinte und/oder Pigmente nicht stören.
[0021] Die genannten Tinten können mit dem erfinderischen Druckkopf für den Strukturdruck verwendet werden. Unter dem Begriff Strukturdruck wird hierbei das Aufbringen von dreidimensionalen Formen, Linien, Strukturen etc. auf zumindest einer Oberfläche mit glatten und/oder rauen Bereichen verstanden, z.B. eine Holzstruktur auf einer MDF/HDF Platte oder Fließe, Braille Schrift, oder Simulation einer Prägeschrift etc.
[0022] Vorzugsweise wird die Düse ortsfest an einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals angeordnet und es wird ein Stößel, der im Tintenversorgungskanal zwischen zwei der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkten hin und her bewegt wird, vorgesehen.
[0023] Der erfindungsgemäße funktionale und charakteristische Aufbau und Druckverfahren der Druckvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Mittel, vorzugsweise ex-
terne Mittel vorgesehen sind, die einen Unterdrucks im Tintenversorgungskanal erzeugen, sodass eine Düse während des ganzen Druckprozesses offen bleiben kann ohne dass unbeabsichtigtes Auslaufen von Tinte stattfinden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Stößel zwischen zwei der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkten, (Ul) und (U2), hin und her verfahren, wobei der Stößel/Düsen-Abstand größer als Null ist, sodass zu keinem Zeitpunkt während des Druckprozesses, also vor und/oder während und/oder nach dem Ausstoßen von Tinte periodisch eintretende Kollisionen des Stößel mit der Düse erfolgen. Damit wird erreicht, dass man mit dem erfinderischen Druckkopf mit höheren Druckfrequenzen als bei herkömmlichen Druckverfahren drucken kann.
[0024] Der Stößel ist in einer bevorzugten Ausführungsform nicht dichtend im Tintenversorgungskanal an einer Tintenkanalwand angeordnet, d.h. es bildet zu keinem Zeitpunkt einen Verschlusskörper, wobei zum Ausstoßen der Tinte eine Stirnseite des Stößels von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt wird. Eine Stirnseite des Stößels wird le- diglich bis zu einem ersten Umkehrpunkt (Ul) auf die Einströmöffnung zubewegt, wobei dieser erste Umkehrpunkt (Ul) von der Einströmöffnung beabstandet ist, so dass es selbst am ersten Umkehrpunkt (Ul) nicht zu einem Verschluss des Tintenversorgungskanals kommt. Wird die Stößelstirnseite zum Ausstoßen der Tinte von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt, so wird die Tinte ausgehend von einem Stagnationsbereich zwischen der Stirnseite des Stößels und dem der Stößelstirnseite gegenüberliegende Bereich der Seitenwand mit Düse in Richtung der Einströmöffnung der Düse gepresst, wobei gleichzeitig Tinte innerhalb des Tinten Versorgungskanal nach Außen, d.h. über den Stößel-Außen-Rand hinausfließen kann. [0025] Der Begriff„Stößelstirnseite" und„Stirnseite" sind im Kontext gleichbedeutend zu verstehen. Als Stößelstirnseite ist in der Erfindung nicht unbedingt eine zusammenhängende Fläche gemeint, sondern es können auch zwei oder mehrere Flächen gemeint sein.
[0026] Das erfinderische Druckverfahren hat gezeigt, dass die Lebensdauer des Druckkopfes erhöht wird, da der Stößel Kollisionen mit der unter der Stößelstirnseite befindlichen Flüssigkeit bzw. Flüssigkeitsfilm und/oder der Düse und/oder der Innenwand des Tintenversorgungskanals vermieden werden.
[0027] Durch die Erfindung wird gegenüber einem herkömmlichen Druckkopf, der einen Stößel beinhaltet, eine höhere Prozessstabilität erreicht, da konstruktions- und verfahrensbedingt die Wahrscheinlichkeit eines Materialversagens des Stößels und/oder der Düse stark reduziert wird.
[0028] Der erfinderische Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker umfasst zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestoßen werden kann, wobei die Düse ortsfest an einer Seiten- wand des Tintenversorgungskanals angeordnet ist und der zumindest einen Düse ein Stößel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stößelstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, wobei der Druckkopf erste Mittel umfasst zum Bewegen einer Stößelstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (Ul) und einem von der Ein- Strömöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2), wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stößelstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1,U2) begrenzen und zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen sind. Dritte Mittel zum Pumpen der Tinte durch den Tintenversorgungskanal können vorgesehen sein, um Sedi- mentation der Tinte im Tintenversorgungskanal zu verhindern.
[0029] Die Mittel zum Bewegen eines Stößels umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest einen Aktor, wobei der zumindest eine Aktor den Stößel zwischen zwei Umkehrpunkten verfahren kann. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Mittel zum Bewegen eines Stößels zumindest einen Aktor und zumindest eine Feder umfassen. Es können aber auch andere konventionelle Mittel zum Bewegen des Stößels zum Einsatz kommen.
[0030] Die bevorzugt externen Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungska- nal mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck können z.B. konventionelle Vakuumpumpen sein, mit denen es möglich ist einen entsprechenden Gegendruck zum Umgebungsluftdruck und dem geodätischen Druck der Tinte im Düsenkanal zu erzeugen, um ein Auslaufen der Tinte aus dem Tintenversorgungskanal zu unterbinden.
[0031] Der Tintendruck muss in Kombination mit dem Kapillardruck so eingestellt werden, dass keine Luft durch den Düsenkanal in den Tintenversorgungskanal eingesaugt wird und dass keine Tinte aus dem Düsenkanal ungewollt austritt. Der Tintendruck ist definitionsgemäß die Summe des Zirkulationsdrucks und des Meniskusunterdrucks.
[0032] Die externen Mittel können konventionelle Pumpen wie z.B. eine Umwälzpumpe bzw. eine Zirkulationspumpe sein. Mit den Mitteln wird die Tinte durch den Tintenversorgungskanal gepumpt, vorzugsweise permanent. [0033] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (Ul) der Abstand zwischen einer Stößelstirnseite und der Einströmöffnung grösser Null.
[0034] Um eine optimale Produktivität eines erfindungsgemäßen Druckkopfes zu gewährleis- ten können im Tintenversorgungskanal mehrere Düsen vorliegen, wobei jeder Düse ein Stößel zugeordnet ist.
[0035] In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest im Falle der zumindest einen Düse keine Seitenwand zusammen mit der Düse einstückig ausgeführt und eine die Einströmöffnung umgebende Stirnseite der zumindest einen Düse flächenbündig mit einer inneren, mit der Tinte in Berührung stehenden Oberfläche einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals ausgebildet.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass die Tinte zumindest während den Zeitintervallen in de- nen nicht gedruckt werden soll der Tintenversorgungskanal zumindest im Bereich der Einströmöffnung der Düse mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck beaufschlagt wird, wodurch ein Ausströmen der Tinte aus dem Düsenkanal auch ohne Verschlusskörper verhindert wird und dass zum Ausstoßen der Tinte eine Stirnseite des Stößels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt wird.
[0036] Das erfinderische Druckverfahren zur Durchführung von Druckprozessen beinhaltet mehrere Schritte, wobei in einem ersten Schritt ein Druckkopf mit Tintenversorgungskanal, Stößel und Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung, die die Verbindung des Düsenkanals
zum Tinten Versorgungskanal bildet, bereitgestellt wird und in einem zweiten Schritt der Tintenversorgungskanal mit Tinte gefüllt wird, wobei die Tinte zumindest während den Zeitintervallen in denen nicht gedruckt werden soll im Tintenversorgungskanal zumindest im Bereich der Einströmöffnung der Düse mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, wodurch ein Ausströmen der Tinte aus dem Düsenkanal auch ohne Verschlusskörper verhindert wird und wobei zum Ausstoßen der Tinte eine Stirnseite des Stößels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt wird.
[0037] Im Druckverfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Stirnseite des Stößels lediglich bis zu einem ersten Umkehrpunkt (Ul) auf die Einströmöffnung zubewegt, wobei dieser erste Umkehrpunkt (Ul) von der Einströmöffnung beabstandet ist, so dass es selbst am ersten Umkehrpunkt (Ul) nicht zu einem Verschluss des Tinten Versorgungskanals kommt. [0038] Nach Erreichen des Umkehrpunktes (Ul) wird die Stirnseite des Stößels von der Einströmöffnung zu einem zweiten Umkehrpunkt (U2) wegbewegt, welcher den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bildet.
[0039] Die Position des Ausgangspunktes und des darauffolgenden Umkehrpunktes (Ul) wird so gewählt, dass der Stößelhub eine vorbestimmte Tintenmenge und damit Tropfengröße ausstößt.
[0040] In einer bevorzugten Ausgestaltung wird im Druckverfahren im Arbeitsschritt, in dem die Stößelstirnseite zum Ausstoßen der Tinte von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöff- nung zubewegt wird, die Tinte ausgehend von einem Stagnationsbereich zwischen der Stirnseite des Stößels und dem der Stößelstirnseite gegenüberliegende Bereich der Seitenwand mit Düse in Richtung der Einströmöffnung der Düse gepresst, wobei gleichzeitig Tinte innerhalb des Tintenversorgungskanal nach Außen, d.h. über den Stößel-Außen-Rand hinausfließen kann, wobei in diesem bevorzugten Druckverfahren der Abstand vom Stößel-Außen-Rand zu einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals in einer zur Düsenachse vertikalen Richtung grösser Null sein muss. Durch die Bewegung des Stößels herrscht permanent eine relativ starke Strömung der Tinte im Bereich der Einströmöffnung der Düse, sodass sehr effizient in diesem Bereich Sedimentation der Tinte verhindert werden kann.
[0041] Wird die Stirnseite des Stößels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt, erfolgt eine Volumens- und Druckänderung im Düsen nahen Bereich, die einen Ausstoß von Tinte aus Tintenversorgungskanal bewirkt. [0042] Die Tinte wird im erfindungsgemäßen Verfahren durch den Tintenversorgungskanal gepumpt, vorzugsweise permanent.
[0043] Ein Stagnationsbereich ist jener Bereich zwischen der Stößelstirnseite und dem der Stößelstirnseite gegenüberliegende Bereich der Seitenwand mit Düse. In jenem Stagnations- bereich erfährt in Folge der Bewegung des Stößel, der ausgehend von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung der Düse zubewegt wird, die Tinte den höchsten Druck, sodass die Tinte ausgehend von diesem Stagnationsbereich in Richtung der Einströmöffnung der Düse gepresst wird, wobei gleichzeitig Tinte innerhalb des Tintenversorgungskanals nach Außen, d.h. über den Stößel-Außen-Rand hinausfließen kann. Ist gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung der Stößel zylinderförmig ausgebildet und die Düse ebenfalls, wird der Stagnationsbereich in einem Idealfall einfachheitshalber als Stagnationsradius bezeichnet.
[0044] Im erfindungsgemäßen Druckverfahren bleibt die Düse während des gesamten Druckprozesses offen, sodass der Stößel die Einlassöffnung der Düse nicht verschließt und die Düse und/oder die Innenwand des Tinten Versorgungskanals nicht berührt.
[0045] Im Druckverfahren wird in einem Schritt (a) die Stößelstirnseite mit Mittel von einem der Einströmöffnung der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkt (U2) in einer Hub- Bewegung in Richtung der Einströmöffnung der Düse zu einem der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkt (Ul) bewegt, wobei eine Volumens- und Druckänderung im Düsen nahen Bereich auftritt, die einen Ausstoß von Tinte aus der Düse bewirkt. In einem Schritt (b) wird die Stößelstirnseite mit Mittel von einem Umkehrpunkt (Ul) in einer Hub-Bewegung in Gegenrichtung der Einströmöffnung der Düse zu einem Umkehrpunkt (U2) bewegt, wobei die Schritte (a) und (b) nacheinander erfolgen und der Umkehrpunkt (U2) den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bildet, wobei während des gesamten Druckverfahrens der Stößel/Düsen- Abstand grösser Null beträgt. Der Umkehrpunkt (Ul) hat immer einen kleineren Düsen/Stößel Abstand als der Umkehrpunkt (U2).
[0046] Insbesondere ist hervorzuheben, dass es beim Druckverfahren mit der Druckvorrichtung um eine DOD-Drucktechnik („Drop on Demand") handelt, bei der Tintentropfen nur aus einer Düse ausgestoßen werden, wenn diese auch tatsächlich gebraucht werden. [0047] Eine Sedimentation von Tinte im Tintenkanal und an den Düsen wird verhindert, da der erfinderische Druckkopf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform externe Mittel zum Pumpen der Tinte durch den Tintenkanal vorgesehen sind, die die Tinte durch den Tintenversorgungskanal pumpen, vorzugsweise permanent. [0048] Das erfinderische Druckverfahren zur Durchführung von Druckprozessen mit dem Druckkopf zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass der Stößel im Tintenversorgungskanal zwischen zwei der Einströmöffnung der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkten, einem Umkehrpunkt (Ul) und einem Umkehrpunkt (U2), verfahren wird, wobei vorzugsweise zu keinem Zeitpunkt während des Druckens, also vor und/oder während und/oder nach dem Ausstoßen von Tinte, der Stößel die Düse und/oder eine Seitenwand des Tintenversorgungskanals weder berührt noch verschließt.
[0049] Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auf einfache Weise eine mechanisch sehr stabile Anordnung der Düsen und eine sehr effiziente Verhinderung von Sedimentation der Tinte auch bei der Verwendung von Tinten mit großen Pigmenten. An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Begriff ortsfest in dem vorliegenden Zusammenhang so zu verstehen ist, dass sich die Lage der Düse während des Betriebes relativ zum Tintenkanal nicht ändert. Zu Zwecken der Wartung und des Austauschs kann die Düse jedoch aus dem Tintenkanal entfernt werden, so kann die Düse beispielsweise in den Tintenkanal eingeschraubt sein. Darüber hin- aus kann durch die Verwendung eines mit der Düse zusammenwirkenden Stößels auf die Anordnung eines Ventils, welches nach Erzeugung eines Überdrucks in dem Tintenkanal geöffnet wird, verzichtet werden.
[0050] Eine Sedimentation an den Düsen lässt sich sehr gut auch dadurch verhindern, dass eine die Einströmöffnung aufweisende Stirnseite der Düse flächenbündig mit einer inneren, mit der Tinte in Berührung stehenden Oberfläche der Seitenwand des Tintenversorgungskanals ausgebildet ist.
[0051] Der Tintenausstoß sowie eine Selbstreinigung der Düse werden dadurch begünstigt, dass eine Längsmittelachse der zumindest einen Düse normal zu der Oberfläche des Tintenversorgungskanals verläuft. [0052] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Einströmöffnung der Düse in einem dem Stößel gegenüberliegenden Bereich der Seitenwand angeordnet ist, der durch eine sich bei Bewegung des Stößels in der Tinte ausbildende zylindrische Begrenzungsfläche begrenzt ist. Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Pumpkammer, also jener Bereich, in welchem bei einem Ausstoßen oder Ansaugen der Tinte eine Volumenänderung stattfindet, realisiert werden kann, bei der nur die beiden Deckflächen (Stirnfläche des Stößels und die Stirnseite der Düse) als Festkörper ausgebildet sind und die Mantelflächen durch die Tintenflüssigkeit gebildet werden. Dadurch lassen sich die Sedimentation und Agglomeration der Tinte in der Pumpkammer sowie der Wartungsaufwand wesentlich reduzieren.
[0053] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein der Stirnseite gegenüberliegender Abschnitt des Stößels fest mit einer bewegbaren Stößelstange verbunden ist, welche mit einer in Richtung der Düse wirkenden Rückstellkraft beaufschlagt ist. Durch diese Ausbildungsform der Erfindung kann auf einfache Weise zum Aus- stoßen von Tinte eine Bewegung des Stößels in Richtung der Düse ausgelöst werden. Die Rückstellkraft kann beispielsweise durch eine Schraubenfeder hervorgerufen sein, welche bei einem Zurückziehen des Stößels von der Düse komprimiert wird. Die zum Zurückziehen des Stößels erforderliche Kraft kann von Mitteln wie einem Aktor, beispielsweise einem elektro- mechanischen Aktor, insbesondere einem Elektromagneten, einem pneumatischen oder einem anderen geeigneten Aktor erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann die Stößelstange mit dem Aktor verbunden sein, welcher eine gegen die Rückstellkraft wirkende Kraft erzeugt. Bei Verwendung eines elektromechanischen Aktors kann In einem stromlosen Zustand des Aktors der Stößel durch die Feder gegen die Düse bewegt werden. Natürlich ist es auch denkbar, dass Feder und Aktor in der soeben beschriebenen Ausführungsform vertauscht sind. Auch wäre die Verwendung eines zweiten Aktors anstelle der Feder möglich.
[0054] Entsprechend einer Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Stößelstange zumindest abschnittsweise in einem Hohlschaft parallel zu einer Längsmittelgeraden
des Hohlschaftes bewegbar geführt ist, wobei zwischen der Führungsstange und dem Hohlschaft eine radial umlaufende Abdichtung vorgesehen sein kann. Durch diese Ausführungsform der Erfindung lässt sich der Strömungswiderstand im Tintenkanal wesentlich verringern, da der Hohlschaft der im Folgenden auch als Führungsschaft bezeichnet wird sehr schlank ausgeführt werden kann, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Führungsfunktion für die Stößelstange kommt. Durch die Abdichtung zwischen Stößelstange und Führungsschaft kann ein Eindringen von Tinte in den Führungsschaft verhindert werden.
[0055] Um den Strömungswiderstand in der Düse zu verringern und den Wirkungsgrad zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass die Einströmöffnung der Düse konisch, in Form eines sich in Richtung einer Auslassöffnung verjüngenden Trichters ausgebildet ist. Eine besonders günstige Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Auslassöffnung der Düse zylindrisch ausgebildet ist. [0056] Um ein komplettes Entleeren der Düse während eines durch eine Hubbewegung des Stößels verursachten Ansaugens von Tinte ein Eindringen von Luft in die Pumpkammer zu verhindern, kann die Düse eine Länge in Strömungsrichtung aufweisen, die ein Vielfaches, mindestens jedoch das Zweifache, eines maximalen Durchmessers der Düse beträgt. [0057] Die Lebensdauer der Düse und des Stößels lassen sich dadurch erhöhen, dass die Düse aus Keramik, Hartmetall oder oberflächenbehandeltem Stahl hergestellt sind und/oder die Stirnseite des Stößels zumindest abschnittsweise aus Keramik, Hartmetall oder oberflächenbehandeltem Stahl gebildet ist. [0058] Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in den Zeichnungen dargestellt sind.
[0059] In diesen zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch einen Druckkopf;
Fig. 2 einen Teil des Druckkopfs aus Fig. 1 im näheren Detail;
Fig. 3 eine zwischen einer Stirnseite eines Stößels und einer Düse gebildete
Pumpkammer;
Fig. 4 ein Funktionsprinzip einer imaginären Pumpkammer und
Fig. 5 eine theoretisch berechnete Druckverteilung unter der Stirnseite eines Stößels.
[0060] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungs- formen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Die Figuren werden im Folgenden übergreifend beschrieben.
[0061] Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 weist ein erfindungsgemäßer Druckkopf 1 für einen Tinten- Strahldrucker, mindestens einen Tintenversorgungskanal 2 und mindestens eine Düse 3 zum Ausstoßen der Tinte aus dem Tinten Versorgungskanal 2 auf.
[0062] In dem Druckkopf 1 können mehrere, parallel zueinander angeordnete und in der Länge ausgedehnten Tintenkanäle vorgesehen sein, in welchen, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in re- gelmäßigen Abständen Düsen 3 und bewegliche Stößel 6 angeordnet sind. Die Tintenkanäle, Düsen 3 und Stößel 6 sind hierbei wie der im Folgenden beschriebene Tintenkanal 2, Düse 3 und Stößel 6 ausgebildet bzw. angeordnet. Der Tintenkanal 2 dient der Tintenversorgung der Düse 3. [0063] Die Tinte kann kontinuierlich durch den Tintenkanal 2 strömen, um Sedimentationen der Tinte zu vermeiden. Der Druckabfall in dem Tintenkanal 2 ist günstiger Weise sehr gering, was sich durch einen möglichst großen Querschnitt des Tintenkanals erreichen lässt.
[0064] Die Düse 3 ist ortsfest an einer Seitenwand 4 des Tintenversorgungskanals 2 angeord- net und in dem Tintenversorgungskanal 2 ist ein zwischen zwei der Einströmöffnung der Düse gegenüberliegenden Umkehrpunkten, einem Umkehrpunkt (Ul) und einem Umkehrpunkt (U2) hin und her beweglicher Stößel 6 vorgesehen. Die Düse 3 kann austauschbar an der Seitenwand 4 angeordnet sein, beispielsweise kann die Düse 3 in die Seitenwand 4 des Tinten-
versorgungskanals 2 eingeschraubt sein. Um abrasiven Pigmenten der Tinte widerstehen zu können, kann die Düse 3 aus Keramik, Hartmetall, Glas etc. hergestellt sein.
[0065] Eine die Einströmöffnung 5 aufweisende Stirnseite 7 der Düse 3 kann flächenbündig mit einer inneren, mit der Tinte in Berührung stehenden Oberfläche 8 der Seitenwand 4 des Tintenversorgungskanals 2 ausgebildet sein. Durch die bündige Ausführung der Düsen 3 an ihren inneren Stirnseiten 7 mit der Innenwand des Tintenkanals 2 wird die Tintenströmung möglichst wenig gestört und eine Sedimentation vermieden. Eine Längsmittelachse a der Düse 3 kann hierbei normal zu der Oberfläche 8 des Tintenversorgungskanals 2 verlaufen.
[0066] Ein einer Stirnseite 9 des Stößels 6 gegenüberliegender Abschnitt des Stößels 6 kann fest mit einer in Richtung der Düse 3 wirkenden Rückstellkraft beaufschlagten, bewegbaren Stößelstange 10 verbunden sein. Der Stößel 6 kann mittels eines Aktors von der Düse zurückgezogen werden. Als Aktor zur Betätigung des Stößels kann ein elektromechanischer Aktor, beispielsweise in Form eines mit der Stößelstange 10 verbundenen Magnetankers 11, der mit einer Spule 12, die um einen Kern 13 gewickelt sein kann, zusammenwirkt, vorgesehen sein. Der Stößel 6 kann von dem Anker 11 des Zugmagneten nach oben gezogen werden. Dabei wird eine in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 14 versehene Feder gespannt, welche in einem stromlosen Zustand des Aktors den Stößel 6 wieder nach unten drückt. Wenn sich der Stößel 6 der Düse 3 nähert bzw. wenn sich der Magnetanker 11 dem Kern 13 nähert, tritt eine starke Dämpfung, hervorgerufen durch radiale Filmströmung, auf und verhindert das harte Aufschlagen des Stößels 6 bzw. des Magnetankers 11 auf den zwischen dem Stößel und der Düse bzw. der Innenwand des Tintenversorgungskanals vorliegende^ Tinte bzw. Tintenfilm und erhöht damit die Lebensdauer des Stößels 6 und des Aktors. An Stelle des Zugmagneten sind auch andere Antriebsarten für den Stößel vorstellbar, beispielsweise in Form eines Druckluftoder Piezo- Aktors.
[0067] Die Stößelstange 10 kann zumindest abschnittsweise in einem Hohlschaft 15 parallel zu einer Längsmittelgeraden des Führungs-Schaftes bzw. Hohlschaftes 15 bewegbar geführt sein, wobei zwischen der Führungsstange 10 und dem Hohlschaft 15 eine radial umlaufende Abdichtung 16 vorgesehen sein kann.
[0068] Wie aus Fig. 1 und 2 erkennbar ist kann der Führungs-Schaft 15 aus der der Düse 3 gegenüber liegenden Begrenzungswand 17 des Tintenkanals 2 in den Tintenkanal 2 ragen. Durch die Abdichtung des Übergangs zwischen dem Führungs-Schaft 15 und dem Stößel 6 kann verhindert werden, dass die Tinte in den Führungs-Schaft 15 eindringen kann. Der Füh- rungs-Schaft 15 kann schlank gestaltet sein, um möglichst wenig Strömungswiderstand im Tintenkanal zu verursachen. Besonders günstig ist es hierbei, wenn der Führungs-Schaft bzw. Hohlschaft 15 eine glatte und/oder abgerundete Oberfläche aufweist. Der Führungs-Schaft bzw. Hohlschaft 15 kann beispielswiese einen kreisförmigen, elliptischen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen.
[0069] In die Stößelstirnfläche 9 kann ein Keramikteil oder ein Teil aus einem anderen Material als jenen des Stößel Materials eingelegt sein, um bei Vorhandensein abrasiver Pigmente eine längere Lebensdauer der Stirnfläche 9 zu erhalten. [0070] Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann die Einströmöffnung 5 der Düse 3 konisch, in Form eines sich in Richtung einer Auslassöffnung 18 verjüngenden Trichters ausgebildet sein. Die Auslassöffnung 18 der Düse 3 kann hierbei zylindrisch ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Düse 3 eine Länge L aufweisen, die ein Vielfaches, mindestens jedoch das Zweifache, eines maximalen Durchmessers d der Düse 3 beträgt.
[0071] Bevorzugter Weise ist die Einströmöffnung 5 der Düse 3 in einem dem Stößel 6 gegenüberliegenden Bereich der Seitenwand 4 angeordnet, welcher innerhalb einer Pumpkammer 19 liegt und diese in einer Richtung begrenzt. [0072] Die in jedem Tintenstrahl - Druckkopf vorhandene und notwendige Pumpwirkung, welche durch eine imaginäre Pumpkammer 19 veranschaulicht wird und aus einem zylindrischen Raumbereich gebildet werden kann, welcher durch den Durchmesser dl der Stößel- Stirnfläche 9 und dem Abstand al Stößel-Stirnfläche zu innerer Düsen-Stirnfläche bzw. zur Stirnseite der Einströmöffnung 5 begrenzt wird. Dieser Raumbereich muss jedoch nicht zwin- gend zylindrisch sein.
[0073] Die Pumpkammer 19 ist jener Raum in welchem eine Volumenänderung stattfindet. Die Pumpkammer 19 hat, wie in der nur zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips einer
Pumpkammer dienenden Fig. 4 dargestellt, immer zwei Öffnungen 20 und 21, eine für den Zulauf und eine für den Auslauf. Während dem Nachfüll- Zyklus bewegt sich der Stößel 6 nach oben und Tinte strömt durch die Zulauf 20 und Auslauf-Öffnung 21 in den Raum der Pumpkammer 19. Während dem Ausstoß-Zyklus bewegt sich der Stößel 6 nach unten und Tinte strömt durch die Zulauf 21 und Auslauf-Öffnung 20 aus dem Raum der Pumpkammer 19.
[0074] Damit der Druckkopf 1 einen Tropfen ausstoßen kann, muss durch die Auslauföffnung 21 der Pumpkammer mehr Tinte hinaus strömen als durch die Einlassöffnung der Pumpkam- mer 20 in den Tintenkanal 2 zurückströmt. Für das Ansaugen von Tinte in die Pumpkammer 19 gilt die umgekehrte Bedingung. In Fig. 4 ist dies graphisch veranschaulicht, wobei Bewegungsrichtung des Stößels 6 und die Flussrichtungen der Tinte beim Einsaugen in oder Ausstoßen der Tinte aus der Pumpkammer 19 in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet sind. Durch unterschiedlich Dicke Pfeile soll die unterschiedlichen Mengen an ein- bzw. ausströmender Tinte angedeutet werden.
[0075] Wenn sich der Stößel 6 bewegt, wird Tinte aus der Pumpkammer 19 verdrängt oder eingesaugt. Die Stößelbewegung verursacht gleichzeitig eine Volumen- und Druck-Änderung in der Pumpkammer 19. Dabei bildet sich, wie aus Fig. 5 ersichtlich, entlang des Stößelradius r ein Druckverlauf aus.
[0076] Dort wo dieser Druckverlauf sein Maximum oder Minimum hat, entsteht gemäß Fig. 3 eine zylinderförmige Begrenzungs-Fläche 22 mit dem sogenannten Stagnationsradius rs. Außerhalb dieser Begrenzungs-Fläche 22 fließt die Tinte in oder aus dem Tintenkanal, innerhalb dieser Begrenzungs-Fläche 22 fließt die Tinte aus der Düse oder in die Düse, je nach Bewegungsrichtung des Stößels 6. Der Stagnationsradius rs hängt von der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Stößels 6, vom Abstand al des Stößels 6 zur Düse und vom Druck am Radius r und am Radius ri ab. Daraus ergeben sich die in beide Richtungen strömenden Tintenvolumina bei der Auf- und Ab- Bewegung des Stößels 6.
[0077] Die Einströmöffnung 5 der Düse 3 kann direkt an der Auslassöffnung 21 der Pumpkammer 19 angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Einströmöffnung 5 der Düse 3 in einem dem Stößel 6 gegenüberliegenden Bereich der Seitenwand 4 angeordnet ist, der bei
Bewegung des Stößels 6 durch sich den damit verbundenen Druckverlauf in der Tinte innerhalb der Tinte ausbildenden Begrenzungsfläche 22 begrenzt ist.
[0078] Fig. 5 zeigt einen theoretisch berechneten radiusabhängigen Druckverlauf unter dem Stößel 6. Der Stagnationsradius rs befindet sich dort wo der der Druck den Maximalwert hat.
[0079] Bei handelsüblichen Tintenstrahl - Druckköpfen ist die Länge L in Strömungsrichtung üblicherweise so ausgelegt, dass das Tintenvolumen in der Düse in etwa dem Tropfenvolumen entspricht. Da der Düsendurchmesser bei einem Druckkopf für Strukturdrucker größer als bei handelsüblichen Tintenstrahl-Druckköpfen sein muss um das geforderte Tropfenvolumen zu erreichen ist der Kapillardruck wesentlich kleiner und es wird während dem Nachfüll- Zyklus mehr Tinte durch die Düse 3 in die Pumpkammer 19 zurück gesaugt. Aus diesem Grund kann die Länge der Düse L wesentlich vergrößert sein, damit die Düse während des Nachfüll- Zyklus nicht komplett entleert werden kann und Luft in die Pumpkammer 19 ge- langt.
[0080] Die Länge L der Düse besteht aus den Längen für den zylindrischen Teil 11 und für den konischen Teil 12. Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese bzw. deren Be- standteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
[0081] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese bzw. deren Bestandteile teil- weise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
[0082] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Tin- tenversorgungskanale 6 in einem Druckkopf parallel zueinander der Länge nach ausgerichtet, in denen jeweils mehrere Düsen 3 mit Düsenkanal und Einströmöffnung 5 vorzugsweise in gleichen Abständen an der Tintenversorgungskanalwand angeordnet. Erste Mittel 23, wie zumindest ein Aktor oder zumindest ein Aktor und zumindest eine Feder sind für die Bewegung einer Stößelstirnseite 9 bzw. des Stößels 6 vorgesehen, die die Stößelstirnseite 9 auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (Ul, U2) begrenzen. Zweite externe Mittel, wie
eine Vakuumpumpe, die z.B. in einem Tinten-Zwischentank, der über mindestens eine Tin- tenzufuhrleitung mit dem Druckkopf verbunden ist, und welche Pumpe im Luftraum über einen Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist, ist zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal 2 mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen. Dritte ex- terne Mittel, wie eine Umwälzpumpe ist z.B. in einem Tinten-Zwischentank vorgesehen, welche die Tinte vorzugsweise permanent durch die mindestens eine Tintenzufuhrleitung und Tintenversorgungskanäle des Druckkopfes pumpt.
[0083] In einer bevorzugten Ausgestaltung des Druckverfahrens wird die Tinte im Tintenver- sorgungskanal 2 mit einem Unterdruck im Bereich grösser Null bis vorzugsweise 5 mbar relativ zum Umgebung sdruck bei einem Düsen-Innen-Durchmesser an der Auslassöffnung der Düse von 300 μιη beaufschlagt. Es können beispielsweise aber auch andere Unterdrücke zum Einsatz kommen, wobei der Tintendruck betragsmäßig nicht kleiner als der Kapillardruck gewählt werden darf, damit sichergestellt ist, dass keine Luft durch die Düse in den Tinten- Versorgungskanal gesaugt wird. Verständnishalber sei unter„Unterdruck im Bereich grösser Null bis vorzugsweise 5 mbar relativ zum Umgebungsluftdruck" ein Druck gemeint, welcher im Bereich grösser Null bis 5 mbar kleiner ist als der Umgebungsluftdruck.
[0084] Die durch den Tintenversorgungskanal gepumpte Tinten-Fördermenge pro Zeiteinheit „X" ist in einer bevorzugten Ausführungsform um einen an das System angepassten bestimmten Faktor größer als die Summe der Tintenmenge, die während des Druckbetriebs maximal durch alle Düsen ausgestoßen werden kann, wobei immer die Regel gilt, dass der Tintendruck in Kombination mit dem Kapillardruck so eingestellt werden muss, dass keine Luft durch den Düsenkanal in den Tinten Versorgungskanal eingesaugt wird und dass keine Tinte aus dem Düsenkanal ungewollt austritt.
[0085] Der Stößel 6 ist nicht dichtend im Tintenversorgungskanal 2 an einer Tintenkanalwand angeordnet , wobei ein Abstand vom Stößel-Außen-Rand zu einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals in einer zur Düsenachse vertikalen Richtung bevorzugt grösser 1mm und be- vorzugter grösser 3 mm beträgt.
[0086] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Druckkopfvorrichtung weist der Stößel 6 einen Außen-Durchmesser bevorzugt zwischen 3,0 bis 5,0 mm auf. Die Düse 3 weist dabei einen Innen-Durchmesser bevorzugt zwischen 200 bis 350 μιη auf. [0087] In einer bevorzugten Ausführungsform des Druckverfahrens weist der Richtungswechsel am Umkehrpunkt (Ul) eine Frequenz bevorzugt bis 1,1 kHz und bevorzugter bis 1,0 kHz auf. Wird der Stößel Außen-Durchmesser kleiner gewählt, kann man mit weit höheren Frequenzen drucken. [0088] Im Druckverfahren wird der Stößel/Düsen-Abstand am Umkehrpunkt (Ul) größer Null und vorzugsweise bis 100 μιη eingehalten und der Stößel/Düsen-Abstand am Umkehrpunkts (U2) größer 250 μιη und vorzugsweise bis 400 μιη eingehalten.
[0089] Anwendung findet das Verfahren im Drucken von Tinten unterschiedlicher Viskosität, wobei bevorzugt gilt, dass die Tinte eine Viskosität η von η= 50 - 100 mPa- sec aufweist und/oder die Tinte zum Drucken Pigmente mit einer Pigmentgröße von bis zu 10 μιη aufweist, wobei die Tinte eine Pigmentgröße bevorzugt bis zu 5 μιη beinhaltet. Tinten mit einer niedrigen oder höheren Viskosität als die genannte Viskosität η von η = 50 - 100 mPa- sec und/oder mit größeren Pigmentgrößen als 10 μιη können grundsätzlich ebenfalls zum Einsatz kommen, solange eine optimale Druckstabilität gewährleistet werden kann.
[0090] Werden bei einem Druckprozess Tinten mit Pigmenten verwendet, welche eine Partikelgröße„g" aufweisen, versteht es sich von selbst, dass man zumindest einen Stößel/Düsen- Abstand an einem Umkehrpunkt mindestens Größer als die entsprechende Partikelgröße„g" wählen sollte, um Kollisionen des Stößels mit den an der Düsenoberfläche möglicherweise vorliegenden Pigmenten zu vermeiden.
[0091] Wird die Stößelstirnseite 9 ausgehend von einem Ausgangspunkt auf die Einströmöffnung zubewegt, tritt eine Volumens- und Druckänderung in einem Bereich der Einströmöff- nung der Düse auf und eine bestimmte Tintenmenge und damit Tropfengröße wird aus der Düse ausgestoßen. Ein Haupttropfen wird aus der Düse ausgestoßen, aber je nach Druckverfahren werden mit dem Haupttropfen zusätzlich mehr oder weniger unerwünschte kleine Tröpfchen, sogenannte Satelliten, mit dem Haupttropfen ausgestoßen.
[0092] In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mehrere Druckköpfe in einer gestaffelten oder irgendeiner anderen Anordnung montiert und dabei derart angeordnet werden, dass im Druckprozess mindestens eine Düse eines Druckkopfes mit mindestens einer Düse eines anderen Druckkopfes in mindestens einer Richtung überlappen und/oder dass die Düsen einer Düsenreihe eines Druckkopfes gegenüber den Düsen einer Düsenreihe eines anderen Druckkopfes um einen bestimmten Düsenabstand gegeneinander verschoben sind.
[0093] Werden die Düsen gegeneinander verschoben, können höhere Tropfendichten und somit höhere Bildauflösungen erreicht werden.
[0094] In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in denen die Druckköpfe in eine Nebenscannrichtung Y und Hauptdruckrichtung X im Druckprozess bewegt werden, können die Düsenreihen der Druckköpfe parallel zueinander und schräg in einem Winkel bezüglich einer Nebenscannrichtung Y eingestellt werden, damit der Düsenabstand zwischen den einzelnen Düsen eines Druckkopfes in einer Hauptdruckrichtung X einen Düsenabstand Y aufweist, sodass man in der Hauptscannrichtung X mit einer höheren Auflösung als mit der nativen Auflösung eines Druckkopfes drucken kann. [0095] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen der Druckkopfvorrichtung im Beispiel und den Zeichnungen beschränkt zu verstehen.
Bezugszeichenaufstellung
Druckkopf
Tintenversorgungskanal
Düse
Seitenwand
Einströmöffnung
Stößel
Stirnseite der Düse
Oberfläche
Stößelstirnseite bzw. Stirnseite
Stößelstange
1 Magnetanker
Spule
Kern
Feder
5 Hohlschaft
6 Abdichtung
7 Begrenzungswand
8 Auslassöffnung der Düse
9 Pumpkammer
0 Zulauföffnung
1 Auslauföffnung
2 Begrenzungsfläche