[0001] Die Erfindung betrifft ein mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur
punktweisen Aufzeichnung analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von
Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise in einem gemeinsamen
Träger angeordnete Düsen mit grossflächiger Eintrittsöffnung und relativ dazu kleiner,
im wesentlichen punktförmiger Austrittsöffnung vorhanden sind, wobei vor den Eintrittsöffnungen
eine gleiche Anzahl parallel zueinander liegende piezoelektrische Wandler angeordnet
und die Kontaktierung der Wandler so vorgenommen ist, dass bei elektrischen Spannungsänderungen
durch die erzeugten piezoelektrischen Bewegungen Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestossen
und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger
aufgebracht wird.
[0002] Ein solches Schreibgerät ist durch die DE-OS 25 27 647 bekannt. Bei einem derartigen
Schreibgerät erzeugen die piezoelektrischen Wandler eine Flussgeschwindigkeit der
Tinte im Bereich unmittelbar vor jedem Wand-
'ler. Diese Geschwindigkeit wäre aber nicht ausreichend, damit ein Tintentröpfchen
sich von der Oberfläche einer öffnung im Träger freimacht und diese verlässt. Erst
durch Verwendung von Düsen als geschwindigkeitstransformierende Elemente ergibt sich
eine ausreichende Geschwindigkeit.
[0003] Entscheidend für die Geschwindigkeitstransformation ist das Flächenverhältnis zwischen
Eintritts- und Austrittsöffnung der Düsen. Der Transformationsfaktor wird maximal
gleich diesem Verhältnis. Der Transformationsfaktor wird jedoch in der Praxis aufgrund
von Energieverlusten, z. B. durch Turbulenz des Tintenflusses, reduziert. Die Energieverluste
werden von der Form der Düsen beeinflusst.
[0004] Die Düsen sind beim Gegenstand der DE-OS 25 27 647 konisch ausgebildet und weisen
einen kreisrunden Querschnitt auf. Die kleinere Austrittsöffnung hat einen Durchmesser
von ca. 50 pm, damit ein geeignetes Tröpfchenvolumen erhalten wird. Die grössere Eintrittsöffnung
weist einen Durchmesser von mindestens 150 um auf, wenn eine Geschwindigkeitserhöhung
des Tintenflusses um einen Faktor 9 gefordert wird. Um einen deutlichen Ausschrieb
zu erhalten, müssen die Düsen eng nebeneinander angebracht sein. Wenn der Abstand
zwischen jeder Düse z. B. 250 µm betragen soll, ist es sehr kompliziert und daher
auch teuer, den geeigneten Durchmesser der Eintrittsöffnung der Düsen einzuhalten.
Ausserdem müssen die piezoelektrischen Wandler sehr eng aneinanderliegen, da sie die
Eintrittsöffnung der Düsen abdecken sollen. Auch das ist praktisch schwer durchzuführen.
Ferner ergibt das enge Nebeneinanderliegen der Düseneintrittsöffnungen eine störende
hydraulische Kopplung zwischen den Düsen, weswegen die Schreibgeschwindigkeit für
ein deutliches Schriftbild stark vermindert werden muss, d. h. der zeitliche Abstand
zwischen dem Aktivieren zweier benachbarter Wandler muss verlängert werden.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schreibgerät der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem die Eintrittsöffnungen der Düsen in eine konstruktiv einfache
Art gross gehalten werden können, ohne auf den engen gegenseitigen Abstand der Düsen
zu verzichten. Ferner soll eine gute hydraulische Trennung der Düsen gegeben sein.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Eintrittsöffnung eine
von der Kreisform abweichende, vorzugsweise langgestreckte Querschnittsform aufweist
und mit ihrer'Längsausdehnung im wesentlichen quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft.
Wegen der langgestreckten Form der Eintrittsöffnung kann die Eintrittsfläche auch
bei gegenseitig engem Abstand der Düsen gross gehalten werden. Ferner ist der Abstand
von der einen Kante einer Düse zur gegenüberliegenden Kante der benachbarten Düse
verhältnismässig gross. Damit ist die Herstellung des Trägers mit den Düsen einfacher
und billiger. Ferner ist dadurch eine gute hydraulische Trennung der Düsen erzielt
worden, was eine hohe Schreibgeschwindigkeit zulässt.
[0007] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0008] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf Eintrittsöffnungen erfindungsgemässer Düsen,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Düse gemäss Schnittlinie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Schreibgerätes,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines als Biegeschwinger arbeitenden piezoelektrischen Wandlers,
und
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine kammartig ausgebildete piezoelektrische Wandleranordnung
mit zugeordneten Düsen der bekannten Art nach Fig. 4.
[0009] Aus Fig. 3 ist der äussere Prinzipaufbau eines bekannten Schreibgerätes ersichtlich.
über die Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3, z. B. normales Registrierpapier,
in Richtung des Pfeiles 4 über einen Abstandhalter 5 an der Seite 6 des Gehäuses 7
vorbeigezogen. In das Gehäuse 7 ist die Anschlussleitung 8 geführt, die an ihrem freien
Ende mit einem Stecker 9 zum Anschluss an ein nicht dargestelltes Steuergerät versehen
ist, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünschten Verläufe, Zeichen
oder Bilder liefert.
[0010] In Fig. 4 ist dargestellt, wie die Seite 6 parallel zum Aufzeichnungsträger 3 angebracht
ist. Die Seite 6 ist die Seite eines Trägers 10, der eine Anzahl in einer Reihe nebeneinander
angeordnete konusförmige Düsen 11 aufweist derart, dass die Düseneintrittsöffnung
12 für die im Gehäuse 7 vorhandene Tinte grösser ist als die Düsenaustrittsöffnung
13. Ausser der Schreibflüssigkeit sind im Gehäuse 7 Stäbe oder Wandler 14 aus piezoelektrischem
Material vorhanden, die derart kontaktiert und angeordnet sind, dass sie bei entsprechender
elektrischer Ansteuerung Schreibflüssigkeit in Form eines Tröpfchens aus der Düse
11 spritzen.
[0011] Die Wandler 14, die als Zähne eines Kammes.ausgebildet sind (Fig. 5), arbeiten als
Biegeschwinger. Dabei ist der aus dem Wandler 14 und dem Kammrücken 15 bestehende
Piezokamm parallel zur Ebene des Trägers 10 angeordnet. Der freie Endbereich der einzelnen
Wandler 14 befindet sich vor den einzelnen Düsen 11 der Düsenreihe. Der Kammrücken
15 ist mit einem Befestigungsschraubsatz 16 auf dem die Düsenreihe aufnehmenden Träger
10 angeschraubt. Bei.Anlegen von elektrischer Spannung an die Kontaktierungen eines
Wandlers 14 bewegt sich dieser in die in Fig. 4 gestrichelt dargestellte Position.
Bei einer Unterbrechung der angelegten Spannung schnellt er zurück in die nicht gebogene,
mit durchgezogenen Linien gezeichnete Stellung und drückt dabei ein Tröpfchen Schreibflüssigkeit
durch die Düse 11.
[0012] Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die in Reihe angebrachten Eintrittsöffnungen 12
der Düsen 11 sehr eng nebeneinander angebracht, was die Herstellung erheblich erschwert.
Dadurch ist nur eine schlechte hydraulische Trennung der Düsen 11 vorhanden. Ferner
ist dargestellt, dass die Wandler sehr eng aneinander angebracht werden müssen, um
die Düseneintrittsöffnungen 12 zu decken.
[0013] In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Eintrittsöffnung 17 einer erfindungsgemässen
Düse 18 eine von der Kreisform abweichende, langgestreckte Querschnittsform aufweist
und mit ihrer Längsausdehnung quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft. Aus der Figur
ist ersichtlich, dass die Querausdehnung der Eintrittsöffnung 17 derjenigen der Austrittsöffnung
19 entspricht. Das Verhältnis der Flächen von Eintrittsöffnung 17 aus Aus- . trittsöffnung
19 beträgt vorzugsweise 10:1. Die Eintrittsöffnung ist im wesentlichen rechteckförmig,
wobei die Ecken abgerundet sind. Die Querausdehnung der Eintrittsöffnung 17 ist um
mindestens einen Faktor 1,5 kleiner als der Düsenabstand in einer Reihe. Wegen der
erfindungsgemässen Ausbildung der Eintrittsöffnungen 17 der Düsen ist der Abstand
von einer Kante zur gegenüberliegenden Kante einer benachbarten Düse verhältnismässig
gross. Die Eintrittsfläche der Düsen kann aber- trotz beibehaltenem Düsenabstand gross
gehalten werden. Wegen der Form der Eintrittsöffnung vergrössert sich der Abstand
zwischen benachbarten Wandlern 14 bei gleichbleibendem Düsenabstand, wodurch die Herstellung
vereinfacht und die mechanische Kopplung verringert wird.
[0014] In Fig. 2-ist näher dargestellt, dass die Verbindungsrandfläche 20 zwischen Eintrittsöffnung
17 und Austrittsöffnung 19 trichterförmig, z. B. exponentiell ist. Wegen dieser Form
werden die Energieverluste, die z. B. aufgrund von Turbulenz im Tintenfluss erzeugt
werden, weitgehend vermieden. Der Winkel der Trichterfläche ist ausserdem derart gewählt,
dass im Betrieb Totalreflexion einer an der Eintrittsöffnung 17 applizierten Druckwelle
vermieden wird.
[0015] Weiter kann bei den erfindungsgemässen, langgestreckten Düsen-Eintrittsöffnungen
die Form der Wandler diesen Flächen angepasst sein. Dadurch vergrössert sich der Abstand
zwischen benachbarten Wandlern, wodurch sich die Fertigung wesentlich vereinfacht.
1. Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung
analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben
der einzelnen Punkte reihenweise in einem gemeinsamen Träger angeordnete Düsen mit
grossflächiger Eintrittsöffnung und relativ dazu kleiner, im wesentlichen punktförmiger
Austrittsöffnung vorhanden sind, wobei vor den Eintrittsöffnungen eine gleiche Anzahl
parallel zueinander liegende piezoelektrische Wandler angeordnet und die Kontaktierung
der Wandler so vorgenommen ist, dass bei elektrischen Spannungsänderungen durch die
erzeugten piezoelektrischen Bewegungen Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestossen
und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger
aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Eintrittsöffnung (17) eine von
der Kreisform abweichende, vorzugsweise langgestreckte Querschnittsform aufweist und
mit ihrer Längsausdehnung im wesentlichen quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft.
2. Schreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Querausdehnung
der Eintrittsöffnung (17) derjenigen der Austrittsöffnung (19) entspricht.
3. Schreibgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Verhältnis
der Flächen von Eintrittsöffnung (17) zu Austrittsöffnung (19) zwischen 5:1 und 25:1,
vorzugsweise etwa 10:1, beträgt.
4. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die
Eintrittsöffnung (17) im wesentlichen rechteckförmig ist, wobei die Ecken vorzugsweise
abgerundet sind.
5. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die
Querausdehnung der Eintrittsöffnung (17) um mindestens einen Faktor 1,5 kleiner ist
als der Düsenabstand in einer Reihe.
6. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die
Verbindungsrandfläche (20) zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung (17, 19) trichterförmig,
vorzugsweise exponentiell ist.
7. Schreibgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Winkel der Trichterfläche
derart gewählt ist, dass im Betrieb Totalreflexion einer an der Eintrittsöffnung applizierten
Druckwelle vermieden wird.
8. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die
einzelnen Wandler (14) der Form der Eintrittsfläche (17) angepasst sind.