WO2019042585A1 - Aktuatorvorrichtung für einen druckkopf - Google Patents

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WO2019042585A1
WO2019042585A1 PCT/EP2018/025223 EP2018025223W WO2019042585A1 WO 2019042585 A1 WO2019042585 A1 WO 2019042585A1 EP 2018025223 W EP2018025223 W EP 2018025223W WO 2019042585 A1 WO2019042585 A1 WO 2019042585A1
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WO
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plunger
actuator device
bending transducer
base body
printhead
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PCT/EP2018/025223
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English (en)
French (fr)
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Herbert Gasser
Franz Obertegger
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Durst Phototechnik Ag
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
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    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/886—Additional mechanical prestressing means, e.g. springs

Definitions

  • the present invention relates to an actuator device for a printhead according to the preamble of claim 1 and further to a printhead having the actuator device according to the preamble of claim 16.
  • an actuator device for a print head is known.
  • This actuator device is shown in the subject application in Figure 4 and identified by the reference numeral 400. It comprises a main body and means for moving a plunger front side of a plunger.
  • the base body comprises a base body which encloses a bottom wall with a passage opening, from which bottom wall a circumferential wall enclosing a space for receiving a tension magnet extends.
  • the actuator device comprises a cover element for closing the base body.
  • the first means for moving the plunger front side comprise a pull magnet, which is designed as an electromagnet with armature, a baffle plate with the plunger front side and a push rod.
  • the push rod is mounted on the baffle plate and the armature and the armature is supported in the base body so that the push rod protrudes from the base body through the Duchgangsö réelle a hollow shaft and the plunger front side is outside the base body.
  • the pull magnet is designed such that when the armature changes directionally, which is typically about 1 kHz, periodic collisions occur with at least the underlying wall of the main body resulting in material fatigue and resultant material failure. Typically, such a pull magnet survives only a few billion direction changes in the single-digit range.
  • Another disadvantage of such an actuator device is that the periodic collisions cause a considerable noise level at such a high frequency.
  • the object of the present invention is therefore to provide an actuator device that is not only less expensive, but also designed to operate quieter and less prone to material failure than conventional actuator devices.
  • the object is achieved with an actuator device comprising the features of claim 1.
  • the dependent claims relate to further advantageous additional inventive embodiments of the actuator.
  • an actuator device with plunger comprising a base body and a plunger
  • the base body comprises a base body and a cover element
  • the base body comprises a bottom wall and a peripheral wall, which together form a vessel enclosing a space, which can be closed by means of the lid member and wherein in the bottom wall a passage opening for the plunger is provided through which the plunger protrudes and in the base body, an adjusting element is provided which is operatively connected to the plunger.
  • the adjusting element is designed as a bending transducer, which is subdivided into a middle and edge region and the bending transducer is arranged with at least a portion of its edge region on the base body, and the plunger is operatively connected in the central region of the bending transducer with this.
  • the object is also achieved with a print head comprising the features of claim 16.
  • the dependent claim relates to a further advantageous additional inventive embodiment of the Aktuatorvo rrichtu ng.
  • Fig. 1 shows a section through the center of a particularly preferred embodiment of the main body of the inventive actuator device of Figure 3 in exploded view.
  • FIG. 2 shows a section through the middle of a particularly preferred embodiment of the first means for moving a plunger of the actuator device according to the invention from FIG. 3.
  • FIG 3 shows a section through the middle of a particularly preferred embodiment of the actuator device according to the invention.
  • Fig. 4 shows a section through the center of an actuator device of the prior art.
  • FIG. 1 shows a particularly preferred embodiment of a main body 111 of the actuator device 111a of FIG. 3 comprising a base body 112 which encloses a bottom wall 113 with passage opening 114, from which bottom wall 113 a peripheral wall 116 enclosing a space 115 for receiving an actuating element (not shown) extends, and a lid member 121 for closing the base body 112th
  • the lid member 121 and the base body 112 may be connected to each other via a screw connection as connecting means 118 when the lid member 121 is in a closed position (not shown).
  • the lid member 121 includes a closure and a support pin extending coaxially away from the closure, the support pin having a first shank 122 that is smaller in diameter than the closure and that may be provided with a threaded portion 123.
  • the cover element 121 comprises at least one electrode pin 125 projecting into a through-bore of the cover element 121 for electrical connection to an actuating element (not shown), which has an insulating element 124 inserted into the through-hole for electrical insulation of the actuator at least one electrode pin 125 relative to the lid member 121 is connected to the lid member 121.
  • a hollow shaft 114a extends away for guiding a connecting element (not shown), which hollow shaft 114a comprises the passage opening 114.
  • the bottom wall 113 of the base body 112 is circular in Figure 1 and the peripheral wall 116 is cylindrical, both of which are arranged about a common axis of rotation R.
  • the inside of the peripheral wall 116 of the base body 112 also has a circumferential flange which forms a support 117 for supporting the actuator (not shown).
  • Figure 2 shows a particularly preferred embodiment of the first means 201 for moving a plunger front side 207 with an actuating element 203 and a plunger, wherein the adjusting element 203 is designed as a bending transducer.
  • the plunger comprises a connecting element 209, a baffle plate 205 with the plunger front side 207 and a plunger plate 211.
  • the baffle plate 205 may be bonded to the connecting element 209 via the plunger plate 2011.
  • the actuator device 111a shown in FIG. 3 comprises the base body 112 from FIG. 1 and the first means for moving the plunger front side 207 from FIG. 2.
  • the inside of the peripheral wall 116 has a circumferential flange which forms a support 117 for supporting the adjusting element 203, wherein the actuator device 111a comprises a cap-shaped attachment element 132, which cooperates with a spring 133, which is arranged supporting the cover element 121 and the attachment element 132 such that the spring 133 and the attachment member 132 together apply a predetermined force against the bending transducer when the lid member 121 is in the closed position.
  • the cap-shaped attachment member 132 together with the spring 133 with which it cooperates, forms a second means 131 for biasing the adjustment member 203 against the support 117 with a predetermined force when the cover member 121 is closed.
  • the base body 112 of the actuator device 111a in Figure 3 also comprises on its peripheral wall 116, a radially encircling first seal 401, which preferably consists of rubber-like material.
  • a hollow shaft 114a away from the guide of the connecting element 209, which comprises the passage opening 114, wherein the connecting element 209 is guided at least partially movable in the hollow shaft 114a parallel to a longitudinal center line of the hollow shaft 114a.
  • a radially encircling second seal 403, preferably a sealing bellows, is provided between the plunger plate 211 and the hollow shaft 114a.
  • An actuator device 111a with a plunger comprising a main body 111 and a plunger was specified,
  • the base body 111 comprises a base body 112 and a cover element 121
  • the base body 112 comprises a bottom wall 113 and a peripheral wall 116 which together form a vessel enclosing a space, which can be closed by means of the lid member 121 and wherein in the bottom wall 113, a through hole 114 is provided for the plunger through which the plunger protrudes and an actuator 203 is provided in the base body 112, which is operatively connected to the plunger.
  • the adjusting element 203 is designed as a bending transducer, which is subdivided into a middle and edge region and the bending transducer is arranged with at least a part of its edge region on the base body 113, and the plunger in the central region of the bending transducer with this operatively connected.
  • the bending transducer is designed as a plate-shaped bending transducer.
  • the bending transducer comprises a support plate, which is covered at least on one side with a piezoelectric body. In a further preferred embodiment, the bending transducer is circular.
  • the base body 112 may include a support 117 for supporting the bending transducer.
  • the inside of the peripheral wall 116 may have a peripheral flange which forms a support 117 for the adjusting element 230, in particular for the bending transducer.
  • the actuator device 111a comprises a second means for biasing the bending transducer against the support 117, which presses the bending transducer against the support 117 with a predetermined force when the cover element 121 is in the closed position.
  • the bending transducer is not firmly clamped, whereby it is movable relative to both the second means for biasing as well as against the support 171 can be arranged.
  • This feature has a technical effect that the bending transducer when driven not only has a greater deflection, but also that it is less prone to material failure than in the case that he would be clamped firmly.
  • the second biasing means may be configured to apply a predetermined force to the flexure transducer along at least a portion of its periphery, preferably along its entire periphery when the closure member 121 is in the closed position.
  • the second biasing means comprises a cap-shaped attachment member 132 which cooperates with a resilient member 133 which is supported on the cover member 121 and attachment member 132 such that the resilient member 133 and attachment member 132 provide a predetermined force against each other exercise the bending transducer when the lid member 121 is closed.
  • the elastic element 133 may in a preferred embodiment be a spring, which is preferably made of rubber or metal.
  • the cap-shaped element 132 can in a preferred embodiment consist of polymer or rubber.
  • the plunger comprises a connecting element 209 and a baffle plate 205 with a plunger front side 207.
  • the plunger may comprise a plunger plate 211, on which the flapper plate 205 is attached.
  • the baffle plate 205 may be attached to the plunger plate 211 by means of an adhesive.
  • a hollow shaft 114a which comprises the passage opening 114, wherein the plunger is guided at least partially movable in the hollow shaft 1 14a parallel to a longitudinal center line of the hollow shaft 114, wherein between the plunger or the plunger plate 211st and the hollow shaft 114a, a radially encircling seal 403, preferably a sealing bellows is provided.
  • the plunger and / or the connecting element 209 and / or the baffle plate 205 may each be at least partially formed of ceramic, hard metal or surface-treated steel.
  • the actuator device 111a comprises:
  • main body 111 comprises:
  • a base body 112 which includes a bottom wall 113 with passage opening 114, from which bottom wall 13 is a a space 115 for Receiving an adjusting element 203 enclosing peripheral wall 116 extends,
  • cover element 121 for closing the base body 12, cover element 121 and base body 112 being connected to one another via connecting means 118 when the cover element 121 is in a closed position,
  • first means 201, the actuating element 203 and a plunger comprise, comprising an elongate connecting element 209 and a baffle plate 205 with plunger front side 207, wherein the plunger is operatively connected to the actuating element 203, and
  • the adjusting element 203 is designed as a bending transducer which can be subdivided into a middle and edge region and the bending transducer is arranged with at least part of its edge region on the base body 1 13, and the plunger in the middle region of the bending transducer is operatively connected thereto ,
  • a part of the middle region of the bending transducer is movable between a reversal point A1 minimally spaced from the bottom wall 113 and a reversal point A2 maximally spaced from the bottom wall 113, the direction of the deflection movement of the part of the middle region being different from the support plane and preferably perpendicular thereto, wherein preferably at both reversal points A1, A2, the distance between each part of the central region and the bottom wall 113 and the lid member is greater than zero.
  • the object is also achieved by a print head which comprises at least one actuator device 111a according to the invention according to at least one of claims 1 to 15.
  • the printhead has at least one ink supply channel and at least one nozzle with a nozzle channel and inflow opening, whereby ink can be forced out of the ink supply channel into the nozzle channel and expelled therefrom through the inflow opening, the nozzle being stationary on a side wall the at least one nozzle is associated with a ram having a ram face disposed in the ink supply channel opposite the inflow opening, the printhead comprising first means for moving the ram face in the ink supply channel between a reversal point minimally spaced from the nozzle inlet (U1) and a maximally spaced from the inlet opening of the nozzle reversal point (U2) wherein the first means the movement of a plunger front side to a movement between the reversal limit points (U1.U2).
  • the print head comprises an actuator device 111a according to the invention, wherein the first means for moving the plunger end face are part of the actuator device according to the invention.
  • the printhead comprises third means for charging the ink in the ink supply channel with a negative pressure relative to the ambient air pressure.

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Abstract

Aktuatorvorrichtung mit Stössel umfassend einen Grundkörper und einen Stössel, wobei der Grundkörper einen Basiskörper und ein Deckelelement umfasst, wobei der Basiskörper eine Bodenwand und eine Umfangswand umfasst die zusammen ein einen Raum umschliessendes Gefäss bilden, das mittels des Deckelelementes geschlossen werden kann und wobei in der Bodenwand eine Durchgangsöffnung für den Stössel vorgesehen ist, durch die der Stössel ragt und im Basiskörper ein Stellelement vorgesehen ist, das mit dem Stössel wirkverbunden ist, wobei das Stellelement als Biegewandler ausgebildet ist, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper angeordnet ist, und der Stössel im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.

Description

Aktuatorvorrichtung für einen Druckkopf
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung für einen Druckkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ferner einen Druckkopf mit der Aktuatorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.
Aus dem als nächstliegenden Stand der Technik angesehenen Dokument WO 2013/013983 A1 der gleichnamigen Anmelderin ist eine Aktuatorvorrichtung für einen Druckkopf bekannt. Diese Aktuatorvorrichtung ist in der gegenständlichen Anmeldung in Figur 4 abgebildet und mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet. Sie umfasst einen Grundkörper und Mittel zur Bewegung einer Stösselstirnseite eines Stössels. Dabei umfasst der Grundkörper einen Basiskörper, der eine Bodenwand mit Durchgangsöffnung einschließt, aus welcher Bodenwand sich eine einen Raum zur Aufnahme eines Zugmagneten umschließende Umfangswand erstreckt. Weiter umfasst die Aktuatorvorrichtung ein Deckelelement zum Schließen des Basiskörpers.
In Figur 4 umfassen die ersten Mittel zum Bewegen der Stösselstirnseite einen Zugmagneten, der als Elektromagnet mit Anker ausgebildet ist, eine Prallplatte mit der Stösselstirnseite und eine Stösselstange. Dabei ist die Stösselstange an der Prallplatte und am Anker angebracht und der Anker im Basiskörper so gehaltert, dass die Stösselstange aus dem Basiskörper durch die Duchgangsöffnung über einen Hohlschaft hinausragt und sich die Stösselstirnseite außerhalb des Basiskörpers befindet.
Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht das Problemj dass der Zugmagnet so ausgebildet ist, dass beim Richtungswechsel des Ankers, der typischerweise bei ungefähr 1 kHz erfolgt, periodische Kollisionen mit zumindest der darunterliegenden Wand des Grundkörpers eintreten, die zu Materialermüdung und resultierendem Materialversagen führen. Typischerweise überlebt ein solcher Zugmagnet nur wenige Milliarden Richtungswechsel im einstelligen Bereich. Nachteilig bei einer derartigen Aktuatorvorrichtung ist weiter, dass die periodischen Kollisionen bei einer solch hohen Frequenz einen erheblichen Lärmpegel verursachen.
Diese bekannte Aktuatorvorrichtung ist zwar kompakt, sie ist allerdings auch sehr teuer aufgrund der Vielzahl an Einzelkomponenten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung einer Aktuatorvorrichtung, die nicht nur preisgünstiger ist, sondern auch ausgelegt ist geräuschärmer zu arbeiten und gegenüber Materialversagen weniger anfällig zu sein als herkömmliche Aktuatorvorrichtungen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit einer Aktuatorvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte zusätzlich erfinderische Ausführungsformen der Aktuatorvorrichtung.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Aktuatorvorrichtung mit Stössel umfassend einen Grundkörper und einen Stössel angegeben,
wobei der Grundkörper einen Basiskörper und ein Deckelelement umfasst,
wobei der Basiskörper eine Bodenwand und eine Umfangswand umfasst, die zusammen ein einen Raum umschliessendes Gefäss bilden, das mittels des Deckelelementes geschlossen werden kann und wobei in der Bodenwand eine Durchgangsöffnung für den Stössel vorgesehen ist durch die der Stössel ragt und im Basiskörper ein Stellelement vorgesehen ist, das mit dem Stössel wirkverbunden ist.
Erfindungsgemäss ist das Stellelement als Biegewandler ausgebildet, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper angeordnet ist, und der Stössel im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe auch mit einem Druckkopf gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 16 umfasst. Der Unteranspruch bezieht sich auf eine weitere vorteilhafte zusätzlich erfinderische Ausführungsform der Aktuatorvo rrichtu ng . Die Erfindung wird nun anhand der Figuren im Detail und beispielhaft beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Mitte einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung aus Figur 3 in Explosionsansicht.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Mitte einer besonders bevorzugten Ausführungsform der ersten Mittel zur Bewegung eines Stössels der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung aus Figur 3.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Mitte einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Mitte einer Aktuatorvorrichtung aus dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Grundkörpers 111 der Aktuatorvorrichtung 111a aus Figur 3 umfassend einen Basiskörper 112, der eine Bodenwand 113 mit Durchgangsöffnung 114 einschließt, aus welcher Bodenwand 113 sich eine einen Raum 115 zur Aufnahme eines Stellelements (nicht gezeigt) umschließende Umfangswand 116 erstreckt, und ein Deckelelement 121 zum Schließen des Basiskörpers 112.
Das Deckelelement 121 und der Basiskörper 112 können über eine Schraubverbindung als Verbindungsmittel 118 miteinander verbunden werden, wenn das Deckelelement 121 in einer geschlossenen Position ist (nicht gezeigt).
Das Deckelelement 121 umfasst einen Verschluss und einen Tragzapfen, der sich vom Verschluss koaxial weg erstreckt, wobei der Tragzapfen einen gegenüber dem Verschluss durchmesserkleineren ersten Schaft 122 aufweist, der mit einem Gewindeabschnitt 123 versehen sein kann.
Weiter umfasst das Deckelelement 121 zumindest einen in eine Durchgangsbohrung des Deckelelementes 121 hineinragenden Elektrodenstift 125 zur elektrischen Verbindung mit einem Stellelement (nicht gezeigt), der über ein in die Durchgangsbohrung eingesetztes Isolierelement 124 zur e|ektrischen Isolation des zumindest eines Elektrodenstifts 125 gegenüber dem Deckelelement 121 mit dem Deckelelement 121 verbunden ist.
Aus der Bodenwand 113 erstreckt sich ein Hohlschaft 114a weg zur Führung eines Verbindungselements (nicht gezeigt), welcher Hohlschaft 114a die Durchgangsöffnung 114 umfasst. Die Bodenwand 113 des Basiskörpers 112 ist in Figur 1 kreisförmig und die Umfangswand 116 zylinderförmig ausgebildet, die beide um eine gemeinsame Rotationsache R angeordnet sind.
Die Innenseite der Umfangswand 116 des Basiskörpers 112 weist außerdem einen umlaufenden Flansch auf, der eine Auflage 117 zum Tragen des Stellelements (nicht gezeigt) bildet.
Figur 2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der ersten Mittel 201 zur Bewegung einer Stösselstirnseite 207 mit einem Stellelement 203 und einem Stössel, wobei das Stellelement 203 als Biegewandler ausgebildet ist. Der Stössel umfasst ein Verbindungselement 209, eine Prallplatte 205 mit der Stösselstirnseite 207 und einen Stösselteller 211. Die Prallplatte 205 kann über den Stösselteller 2011 mit dem Verbindungselement 209 verklebt sein.
Die in Figur 3 abgebildete Aktuatorvorrichtung 111a umfasst den Grundkörper 112 aus Figur 1 und die ersten Mittel zum Bewegen der Stösselstirnseite 207 aus Figur 2.
Die Innenseite der Umfangswand 116 weist einen umlaufenden Flansch auf, der eine Auflage 117 zum Tragen des Stellelements 203 bildet, wobei die Aktuatorvorrichtung 111a ein kappenförmiges Aufsatzelement 132 umfasst, das mit einer Feder 133 zusammenwirkt, die am Deckelelement 121 und am Aufsatzelement 132 abstützend angeordnet ist, sodass die Feder 133 und das Aufsatzelement 132 miteinander eine vorbestimmte Kraft gegen den Biegewandler ausüben, wenn das Deckelelement 121 in der geschlossen Position ist.
Das kappenförmige Aufsatzelement 132 bildet gemeinsam mit der Feder 133, mit der es zusammenwirkt, ein zweites Mittel 131 zur Vorspannung des Stellelements 203 gegen die Auflage 117 mit einer vorbestimmten Kraft, wenn das Deckelelement 121 geschlossen ist. Der Basiskörper 112 der Aktuatorvorrichtung 111a in Figur 3 umfasst ausserdem an seiner Umfangswand 116 eine radial umlaufende erste Abdichtung 401 , die vorzugsweise aus gummiartigen Material besteht.
Aus der Bodenwand 113 erstreckt sich ein Hohlschaft 114a weg zur Führung des Verbindungselements 209, der die Durchgangsöffnung 114 umfasst, wobei das Verbindungselement 209 zumindest abschnittsweise in dem Hohlschaft 114a parallel zu einer Längsmittelgeraden des Hohlschafts 114a bewegbar geführt ist.
Zwischen dem Stösselteller 211 und dem Hohlschaft 114a ist eine radial umlaufende zweite Abdichtung 403, vorzugsweise ein Dichtbalg vorgesehen.
Es wurde eine Aktuatorvorrichtung 111a mit Stössel umfassend einen Grundkörper 111 und einen Stössel angegeben,
wobei der Grundkörper 111 einen Basiskörper 112 und ein Deckelelement 121 umfasst,
wobei der Basiskörper 112 eine Bodenwand 113 und eine Umfangswand 116 umfasst die zusammen ein einen Raum umschliessendes Gefäss bilden, das mittels des Deckelelementes 121 geschlossen werden kann und wobei in der Bodenwand 113 eine Durchgangsöffnung 114 für den Stössel vorgesehen ist, durch die der Stössel ragt und im Basiskörper 112 ein Stellelement 203 vorgesehen ist, das mit dem Stössel wirkverbunden ist.
Erfind ungsgemäss ist das Stellelement 203 als Biegewandler ausgebildet, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper 113 angeordnet ist, und der Stössel im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung ist der Biegewandler als plattenförmiger Biegewandler ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassfj der Biegewandler eine zumindest einseitig mit einem piezoelektrischem Körper belegte Tragplatte. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Biegewandler kreisförmig ausgebildet.
Der Basiskörper 112 kann eine Auflage 117 zum Tragen des Biegewandlers umfassen.
Die Innenseite der Umfangswand 116 kann einen umlaufenden Flansch aufweisen, der eine Auflage 117 für das Stellelement 230, insbesondere für den Biegewandler, bildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Aktuatorvorrichtung 111a ein zweites Mittel zur Vorspannung des Biegewandlers gegen die Auflage 117, das den Biegewandler mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Auflage 117 drückt, wenn das Deckelelement 121 in der geschlossenen Position ist. Damit ist der Biegewandler nicht fest eingespannt, wodurch er sowohl gegenüber dem zweiten Mittel zur Vorspannung als auch gegenüber der Auflage 171 beweglich anordenbar ist.
Dieses Merkmal hat technischen Effekt, dass der Biegewandler bei Ansteuerung nicht nur eine größere Auslenkung aufweist, sondern auch, dass er gegenüber Materialversagen weniger anfällig ist als im Falle, dass er fest eingespannt wäre.
Das zweite Mittel zur Vorspannung kann so ausgebildet sein, dass die eine vorbestimmte Kraft auf den Biegewandler entlang zumindest eines Teils seines Randbereichs, vorzugsweise entlang seines gesamten Randbereichs ausgeübt wird, wenn das Deckelelement 121 in der geschlossenen Position ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Mittel zur Vorspannung ein kappenförmiges Aufsatzelement 132, das mit einem elastischen Element 133 zusammenwirkt, das sich am Deckelelement 121 und am Aufsatzelement 132 abstützend angeordnet ist, sodass das elastische Element 133 und das Aufsatzelement 132 miteinander eine vorbestimmte Kraft gegen den Biegewandler ausüben, wenn das Deckelelement 121 geschlossen ist. Das elastische Element 133 kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Feder sein, die vorzugsweise aus Gummi oder Metall besteht.
Das kappenförmige Element 132 kann in einer bevorzugten Ausführungsform aus Polymer oder Gummi bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung 111a umfasst der Stössel ein Verbindungselement 209 und eine Prallplatte 205 mit einer Stösselstirnseite 207.
In einer besonders bevorzugten erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung 11 1a kann der Stössel einen Stösselteller 211 umfassen, an dem die Prallplatte 205 angebracht ist.
Die Prallplatte 205 kann am Stösselteller 211 mittels eines Klebers angebracht sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich aus der Bodenwand 1 13 ein Hohlschaft 114a, der die Durchgangsöffnung 114 umfasst, wobei der Stössel zumindest abschnittsweise in dem Hohlschaft 1 14a parallel zu einer Längsmittelgeraden des Hohlschafts 114 bewegbar geführt ist, wobei zwischen dem Stössel oder dem Stösselteller 211 und dem Hohlschaft 114a eine radial umlaufende Abdichtung 403, vorzugsweise ein Dichtbalg vorgesehen ist.
Der Stössel und/oder das Verbindungselement 209 und/oder die Prallplatte 205 können jeweils zumindest abschnittsweise aus Keramik, Hartmetall oder oberflächenbehandeltem Stahl gebildet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aktuatorvorrichtung 111a :
- einen Grundkörper 111 , und
- erste Mittel 201 zur Bewegung einer Stösselstirnseite 207,
- wobei der Grundkörper 111 umfasst:
- einen Basiskörper 112, der eine Bodenwand 113 mit Durchgangsöffnung 114 einschließt, aus welcher Bodenwand 13 sich eine einen Raum 115 zur Aufnahme eines Stellelements 203 umschließende Umfangswand 116 erstreckt,
- ein Deckelelement 121 zum Schließen des Basiskörpers 1 12, wobei Deckelelement 121 und Basiskörper 112 über Verbindungsmittel 118 miteinander verbunden sind, wenn das Deckelelement 121 in einer geschlossenen Position ist,
- wobei die ersten Mittel 201 das Stellelement 203 und einen Stössel umfassen, der ein längliches Verbindungselement 209 und eine Prallplatte 205 mit Stösselstirnseite 207 umfasst, wobei der Stössel mit dem Stellelement 203 wirkverbunden ist, und
- wobei das Stellelement 203 im Basiskörper 113 so gehaltert ist, dass das längliche Verbindungselement 209 des Stössels aus dem Basiskörper 112 durch die Durchgangsöffnung 114 hinausragt und sich die Stösselstirnseite 207 außerhalb des Basiskörpers 112 befindet
- Erfindungsgemäss ist bevorzugt, dass das Stellelement 203 als Biegewandler ausgebildet ist, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper 1 13 angeordnet ist, und der Stössel im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil des Mittelbereichs des Biegewandlers zwischen einem von der Bodenwand 113 minimal beabstandeten Umkehrpunkt A1 und einem von der Bodenwand 113 maximal beabstandeten Umkehrpunkt A2 bewegbar, wobei die Richtung der Auslenkbewegung des Teils des Mittelbereichs von der Auflageebene verschieden ist und vorzugsweise senkrecht hierzu ist, wobei vorzugsweise an beiden Umkehrpunkten A1 , A2 der Abstand zwischen jedem Teil des Mittelbereichs und der Bodenwand 113 und des Deckelelement grösser Null ist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe auch durch einen] Druckkopf gelöst, der zumindest eine erfindungsgemässe Aktuatorvorrichtung 111a nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckkopfes weist der Druckkopf zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung auf, 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 Tintenversorgungskanals angeordnet ist μnd 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 der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2) wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1.U2) begrenzen.
Erfindungsgemäss umfasst der Druckkopf eine erfindungsgemässe Aktuatorvorrichtung 111a, wobei die ersten Mittel zur Bewegung der Stösselstirnseite Teil der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckkopfes umfasst der Druckkopf dritte Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck.

Claims

Ansprüche:
1. Aktuatorvorrichtung (111a) mit Stössel umfassend einen Grundkörper (111) und einen Stössel,
wobei der Grundkörper (111) einen Basiskörper (112) und ein Deckelelement (121) umfasst,
wobei der Basiskörper (112) eine Bodenwand (113) und eine Umfangswand (1 16) umfasst die zusammen ein einen Raum umschliessendes Gefäss bilden, das mittels des Deckelelementes (121) geschlossen werden kann und wobei in der Bodenwand (113) eine Durchgangsöffnung (114) für den Stössel vorgesehen ist, durch die der Stössel ragt und im Basiskörper (112) ein Stellelement (203) vorgesehen ist, das mit dem Stössel wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (203) als Biegewandler ausgebildet ist, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper (113) angeordnet ist, und der Stössel im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.
2. Aktuatorvorrichtung (11 1a) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewandler als plattenförmiger Biegewandler ausgebildet ist.
3. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewandler eine zumindest einseitig mit einem piezoelektrischen Körper belegte Tragplatte umfasst.
4. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewandler kreisförmig ausgebildet ist.
5. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper eine Auflage (117) zum Tragen des Biegewandlers umfasst.
6. Aktuatorvorrichtung (1 11a) nach zumindest einem' der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite: der Umfangswand (116) einen umlaufenden Flansch aufweist, der eine Auflage (1 )17) bildet.
7. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung (111a) ein zweites Mittel ( 31) zur Vorspannung des Biegewandlers gegen die Auflage (117) umfasst, das den Biegewandler mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Auflage (117) drückt, wenn das Deckelelement (121) in der geschlossenen Position ist.
8. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel (131) zur Vorspannung so ausgebildet ist, dass die vorbestimmte Kraft auf den Biegewandler entlang zumindest eines Teils seines Randbereichs, vorzugsweise entlang seines gesamten Randbereichs ausgeübt wird, wenn das Deckelelement (121) in der geschlossenen Position ist.
9. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel (131) zur Vorspannung ein kappenförmiges Aufsatzelement (132) umfasst, und mit einem elastischen Element (133) zusammenwirkt, das sich am Deckelelement (121) und am Aufsatzelement (132) abstützend angeordnet ist, sodass das elastische Element (133) und das Aufsatzelement (132) miteinander eine vorbestimmte Kraft gegen den Biegewandler ausüben, wenn das Deckelelement (121) geschlossen ist.
10. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (133) eine Feder ist.
11. Aktuatorvorrichtung (111a) nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass das kappenförmige Element aus Polymer oder Gummi besteht.
12. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel ein Verbindungselement (209) und eine Prallplatte (205) mit einer Stirnseite (208) umfasst.
13. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel einen Stösselteller (211) umfasst, an der die Prallplatte (205) angebracht ist, vorzugsweise klebend angebracht ist.
14. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich aus der Bodenwand (113) ein Hohlschaft (114a) erstreckt, der die Durchgangsöffnung (114) umfasst, wobei der Stössel zumindest abschnittsweise in dem Hohlschaft (114a) parallel zu einer Längsmittelgeraden des Hohlschafts (114) bewegbar geführt ist, wobei zwischen dem Stössel oder dem Stösselteller (211) und dem Hohlschaft (114a) eine radial umlaufende Abdichtung (403), vorzugsweise ein Dichtbalg vorgesehen ist.
15. Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel und/oder das Verbindungselement (209) und/oder die Prallplatte (205) zumindest abschnittsweise aus Keramik, Hartmetall oder oberflächenbehandeltem Stahl gebildet ist oder sind.
16. Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf zumindest eine Aktuatorvorrichtung (111a) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.
17. Druckkopfes nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass 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 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 der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2) wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1.U2) begrenzen, wobei die ersten Mittel zur Bewegung der Stösselstirnseite (207) Teil der erfindungsgemässen Aktuatorvorrichtung (111a) sind.
8. Druckkopf nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf dritte Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdruck relativ zum Umgebungsluftdruck umfasst.
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