[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Tintenviskosität
in einem Tintenstrahldrucker, mit mindestens einem zum Aufladen und Ablenken von
Tintentropfen ausgebildeten Schreib- oder Spritzkopf, welchem über ein mit entsprechend
zugeordneten Medium-Reservoirbehältern wirkverbundenen Leitungssystem Tintenflüssigkeit
zugeführt wird.
[0002] Bei den bekannten Tintenstrahldruckern ist die dynamische Viskosität (innere Reibung)
der Tinte ein wesentlicher, die Betriebssicherheit des Tintenstrahldruckers beeinflussender
Faktor. Durch die erforderliche, kontineuierliche Absaugung am Fängerrohr (Tropfenfänger)
mittels einer Saugpumpe, wird auch ein erheblicher Anteil an Luft aus der Umgebung
angesaugt, und zudem entsteht im Tintenhaupttank ein Ueberdruck, welcher eine die
Tintenviskosität beeinflussende Entlüftung erfordert. Bei der Entlüftung des Tintenhaupttanks
gelangen gleichzeitig Lösungsmittel-Dämpfe in die Umgebung, was wiederum eine Aenderung
der Tintenviskosität zur Folge hat. Sobald der zulässige Viskositätsbereich der Tinte
überschritten wird, d.h., dass die Tinte zähflüssiger wird, ist eine einwandfreie
Tropfenbildung sowie ein Aufladen und Ablenken der Tropfen und somit eine einwandfreie
Schreibfunktion nicht mehr gewährleistet.
[0003] Das der Erfindung zugrundeliegende Problem, nämlich eine, insbesondere während des
Schreibbetriebs entste hende Aenderung der Tintenviskosität zu verhindern wird gemäss
dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass
- in der Tinten-Zuführungsphase gleichzeitig ein Tintenteilstrom über eine viskositätsabhängig
wirkende Regelvorrichtung geführt und beim Ueberschreiten der Tintenviskosität ein
Schalter betätigt wird, und
- von dem Schalter ein entsprechendes Signal an ein die Zufuhr von die Tintenviskosität
änderndem Lösungsmittel zum Tintenhaupttank steuerndes Ventil abgegeben wird.
[0004] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Regelung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem am Tintenzuführsystem angeschlossenen Behälter der Regelvorrichtung ein
als Schwimmer ausgebildeter Spindelkörper angeordnet ist, welcher abhängig von der
Tintenviskosität (Tintendichte) mit dem zugeordneten Schalter durch eine Auf- und
Abwärtsbewegung in oder ausser Eingriff bringbar ist.
[0005] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben. Die Einzelheiten der Figuren geben wesentliche Merkmale
der Erfindung wieder. Es zeigt:
Fig.1 ein als Blockschaltbild dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems
für einen Tintenschrahldrucker.
Fig.2 eine schematisch und in Schnittansicht dargestellte Regelungsvorrichtung für
das Tintenzuführsystem gemäss Fig.1,
Fig.3 ein als Blockschaltbild dargestelltes, zweites Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems,
und
Fig.4 eine schematisch, in Schnittansicht dargestellte und im Tintenhaupttank integrierte
Regelungsvorrichtung für das Tintenzuführsystem nach Fig.2.
[0006] Fig.1 zeigt ein als Blockschaltbild dargestelltes und in seiner Gesamtheit mit 75
bezeichnetes erstes Ausführungsbeispiel des Tintenzuführsystems für einen Tintenstrahldrucker,
welcher im wesentlichen einen mit 15 bezeichneten Spritzkopf sowie einen mit entsprechenden
Mitteln für den Druckaufbau ausgerüsteten Steuerschrank 70 umfasst.
[0007] Der in Fig.1 schematisch als Block dargestellte Schreiboder Spritzkopf 15 umfasst
im wesentlichen einen Düsenkörper 1 mit Düsenöffnung 2 und nicht näher dargestellten
Mitteln zum Aufladen und Ablenken nicht dargestellter Tintentropfen, einen Tropfenfänger
3, ein Tintenvorlauf-Ventil 12, Rückschlag-Ventile 5,6 und 8 sowie eine Drossel 9.
Die einzelnen, vorstehend aufgeführten Elemente des Schreib- oder Spritzkopfes 15
sind über Tintenflüssigkeit führende Leitungen 11,10,7 und 4 mit den einzelnen, im
Steuerschrank 70 angeordneten Elementen wirkverbunden.
[0008] In dem ebenfalls schematisch als Blockschaltbild dargestellten Steuerschrank 70
ist mit 40 ein Tintenhaupttank, mit 41 ein Wasserbehälter und mit 50 eine als selbstständige
Baueinheit im wesentlichen dem Tintenhaupttank 40 zugeordnete Regelungsvorrichtung
bezeichnet. Weiterhin erkennt man im Steuerschrank 70 ein mit einem Manometer 21
wirkverbundenen, den Betriebsdruck gemäss Pfeilrichtung X regelnder Druckminderer
20, einen ersten Filter 22, ein Druckpumpe 23, einen zweiten Filter 25, zwei Drosseln
17,18, eine Saugpumpe 29, ein erstes Ventil 30 sowie ein zweites, dem Lösungsmittelbehälter
42 zugeordnetes Ventil 31.
[0009] Der auf der einen Seite über die Leitung 11 mit dem Schreib- oder Spritzkopf 15 verbundene
Druckminderer 20 ist auf der anderen Seite unter Zwischenschaltung des ersten Filters
22 und der Druckpumpe 23 über eine Leitung 24 mit dem Tintenhaupttank 40 wirkverbunden.
Der Tintenhaupttank 40 ist ferner über eine Leitung 35 mit der Regelungsvorrichtung
50 sowie über eine Leitung 27 unter Zwischenschaltung der Drossel 17 mit dem am Druckminderer
20 vorgesehenen Manometer 21 verbunden. Die unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils
8 und der Drossel 9 mit dem Düsenkörper 1 verbundene Leitung 10 mündet in die Leitung
27. Die vor dem Rückschlagventil 8 an die Leitung 10 angeschlossene Leitung 7 und
die am Tropfenfänger 3 angeschlossene Leitung 4 stehen mit dem Ventil 30 in Verbindung.
[0010] An das Ventil 30, beziehungsweise an die Leitung 4 ist eine mit dem Lösungsmittelbehälter
42 in Verbindung stehende Leitung 34 und an die Leitung 34 unter Zwischenschaltung
der Saugpumpe 29 eine mit dem Tintenhaupttank 40 verbundene Leitung 28 angeschlossen.
Der Tintenhaupttank 40 ist ferner über eine Leitung 32 für die Lösungsmittel-Abscheidung
mit dem Wasserbehälter 41 verbunden und an dem Wasserbehälter 41 ist eine Entlüftungsleitung
33 angeschlossen. Von dem an die Leitung 24 angeschlossenen Filter 22 führt unter
Zwischenschaltung des Leitungsfilters 25 sowie der Drossel 18 eine Leitung 26 zu der
Regelungsvorrichtung 50.
[0011] In Fig.2 ist in grösserem Massstab und in Schnittansicht die als selbständige Baueinheit
ausgebildete Regelungsvorrichtung 50 dargestellt, welche nachstehend beschrieben
wird: Die Regelungsvorrichtung 50 umfasst einen als Gehäuse ausgebildeten Behälter
51 mit abgesetzt aufgebildeter Ausnehmung 52,52ʹ, in welcher ein duch einen Ring 55
zentrisch geführter, als Schwimmer ausgebildeter und mit einem Stössel 58ʹ versehener
Spindelkörper 58 angeordnet ist. Im oberen Bereich hat der Behälter 51 einen Ringkanal
54 und ist durch einen Deckel 59 verschlossen. Der Ringkanal 54 steht über eine Bohrung
56 mit einer Ausgangsöffnung 57 in Verbindung. Die Ausgangsöffnung 57 ist zur Aufnahme
und Befestigung der Leitung 35 ausgebildet, wobei die Leitung 35 die Regelungsvorrichtung
50 mit dem Tintenhaupttank 40 (Fig.1) verbindet. Im unteren Bereich ist in dem Behälter
51 eine zur Aufnahme und Befestigung der Leitung 26 vorgesehene Oeffnung 53 angeordnet.
Im oberen Bereich des Behälters 51 ist mit nicht dargestellten Mitteln ein höhenverstellbarer
Haltebügel 61 für einen Schalter 60 angeordnet und befestigt.
[0012] Die Wirkungsweise eines derartigen Tintenstrahldruckers ist an sich bekannt, sodass
an dieser Stelle nur noch die wesentlichen Abläufe beschrieben werden: Mittels der
Pumpe 23 wird die Tinte T aus dem Tintenhaupttank 40 über die Leitung 24, dem Filter
22, dem Druckminderer 20 und über die Tintenvorlaufleitung 11 dem Schreib- oder Spritzkopf
15 zugeführt. Bei Erreichung des erforderlichen Betriebsdrucks wird das Ventil 12
geöffnet, wodurch sich der Druck im Düsenkörper 1 aufbaut, von einem nicht dargestellten
Schwingstössel ein Tintenstrahl S und von nicht dargestellten Mitteln eine Vielzahl
Tintentropfen erzeugt (nicht dargestellt) wird, welche in vorgegebener Richtung abgelenkt
werden. Die nicht benötigten und nicht abgelenkten Tintentropfen werden von dem Tropfenfänger
3 erfasst und im wesentlichen durch die Wirkung der Absaugpumpe 29 in den Tintenhaupttank
40 zurückgeführt.
[0013] Die beim Abschaltvorgang zwischen dem Rückschlagventil 6 und dem Entlüftungsventil
30 in der Leitung 7 vorhandene Tintensäule wird über die Leitung 7, der Absaugpumpe
29 und der Leitung 28 in den Tintenhaupttank 4 geführt. Das Rückschlagventil 6 dient
dazu, dass bei geodätischem Gefälle zwischen dem Entlüftungsventil 30 und dem Düsenkörper
1 keine Tinte in Richtung des Düsenkörpers 1 gedrückt wird.
[0014] Für eine tintenviskositätsabhängige (Tintendichte) Regelung wird von dem Filter
22 ein Teil des Tintenstroms über die Leitung 26 in den Behälter 51 der Regelungsvorrichtung
50 eingeleitet. Die Einleitung erfolgt aus strömungs- und auftriebsgründen waagrecht
durch die Oeffnung 53 in die untere, als Strömungskanal ausgebildete Ausnehmung 52.
Die Tinte T steigt hierbei, wie in Fig.2 dargestellt, bis an den oberen Rand 54ʹ des
Ringkanals 54. Der Rand 54ʹ bildet hierbei einen auf konstanter Höhe liegenden Tintenspiegel.
Die mit Pfeilen dargestellte und über den Rand 54ʹ in den Ringkanal 54 strömende Tinte
T wird durch die Bohrung 56 und Ausgangsöffnung 57 über die Leitung 35 in den Tintenhaupttank
40 zurückgeführt.
[0015] Der in der als Strömungskanal ausgebildeten Ausnehmung 52 angeordnete und durch den
Ring 55 zentrierte Spindelkörper 58 ist strömungstechnisch so ausgebildet, dass dieser
bei gleichbleibender Tintenviskosität (Tintendichte) und bei aufsteigender Tinte
T eine bestimmte Stellung einnimmt. Der Abstand des Näherungsschalters 60 zum dem
Stössel 58ʹ ist durch den verstell- und feststellbar am Behälter 51 angeordneten
Haltebügel 61 variabel und wird vor dem Anfahren des Tintenstrahldruckers eingestellt.
Sofern sich die Dichte der Tinte ändert, d.h., dass sich die Tintenviskosität erhöht,
dann erfährt der Spindelkörper 58 einen Auftrieb in Pfeilrichtung Y. Beim Kontaktieren
des Stössels 58ʹ mit dem Näherungsschalter 60 löst dieser ein entsprechendes Signal
aus.
[0016] Das über eine elektrische Leitung 65 (gestrichelte Linie in Fig.1) vom Schalter 60
dem am Lösungsmittelbehälter 42 angeordneten Ventil 31 zugeführte Signal bewirkt eine
Oeffnung des Ventils 31, so dass von der Saugpumpe 29 über die Leitung 34 Lösungsmittel
LM in den Tintenhaupttank 40 gefördert und dadurch die Tintenviskosität geändert
wird. Das Lösungsmittel LM bewirkt eine Verdünnung der Tinte im Leitungssystem, wodurch
sich der Spindelkörper 58 wieder in Pfeilrichtung Yʹ senkt (Fig.2). Sobald der Stösel
58ʹ ausser Eingriff des Schalters 60 ist wird von einem entsprechenden Signal das
Ventil 31 wieder geschlossen und die Lösungsmittelzufuhr zum Tintenhaupttank 40 unterbrochen.
Dieser die Tintenviskosität regelnde Vorgang kann sich beliebig wiederholen.
[0017] In Fig.3 ist als zweites Ausführungsbeispiel das mit 75ʹ bezeichnete Tintenzuführsystem
dargestellt, welches im wesentlichen den mit 15 bezeichneten Spritzkopf sowie in Abweichung
von Fig.1 einen mit 70ʹ bezeichneten Steuerschrank aufweist. Der die Teile 1 bis
12 umfassende Spritzkopf 15 ist mit dem in Fig.1 dargestellten Spritzkopf identisch.
Die Teile 20 bis 34 sowie 41,42 im Steuerschrank 70ʹ sind mit den im Steuerschrank
70 gemäss Fig.1 angeordneten und mit gleicher Positionsnummer bezeichneten Teilen
im wesentlichen identisch. Abweichend von dem in Fig.1 dargestellten Steuerschrank
70 ist im Steuerschrank 70ʹ gemäss Fig.3 die Regelungsvorrichtung 50ʹ im Tintenhaupttank
40ʹ integriert. Weiterhin ist zusätzlich eine Abfrageeinrichtung 45 sowie ein Tintenvorratsbehälter
43 mit zugeordnetem Ventil 31ʹ vorgesehen.
[0018] In Fig.4 ist schematisch in grösserem Massstab und in Schnittansicht die im Tintenhaupttank
40ʹ integrierte Regelungsvorrichtung 50ʹ dargestellt, welche nachstehend beschrieben
wird:
Die Regelungsvorrichtung 50ʹ hat einen als Gehäuse ausgebildeten Behälter 51ʹ, welcher
an der innenwand 44 des Tintenhaupttanks 40ʹ anliegt und im oberen Bereich mittels
Schrauben 62 befestigt ist. Der Behälter 51ʹ ist mit abgesetzt ausgebildeten Ausnehmungen
46,46ʹ,46ʺ versehen. In der Ausnehmung 46ʹ ist ein erster Zentrierring 55ʹ und in
der Ausnehmung 46ʺ ein zweiter Zentrierring 55ʺ angeordnet, durch welche Zentrierringe
55ʹ,55ʺ ein Spindelkörper 48 zentrisch in den Ausnehmungen 46, 46ʹ,46ʺ in Pfeilrichtung
Z,Zʹ geführt ist. Im unteren Bereich des Behälters 51ʹ ist eine Oeffnung 53ʹ für den
Anschluss der Leitung 27 (Fig.3) vorgesehen. Ferner ist im unteren Bereich des Tintenhaupttanks
40ʹ eine Oeffnung 24ʹ für den Anschluss der Leitung 24 (Fig.3) vorgesehen.
[0019] Im oberen Bereich des Tintenhaupttanks 40ʹ ist ein Einsatzelement 47 angeordnet,
welches zur Aufnahme eines in nicht näher dargestellter Weise höhenverstellbaren Näherungsschalters
60ʹ ausgebildet ist und gleichzeitig als Verschluss für den Tintenhaupttank 40ʹ dient.
[0020] Die wirkungsweise des Tintenstrahldruckers in Verbindung mit der Regelungsvorrichtung
50ʹ ist im wesentlichen mit der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise der Regelungsvorrichtung
50 identisch. Abweichend von dem Steuerschrank 70 gemäss Fig.1 ist in dem Steuerschrank
70ʹ nach Fig.3 zusätzlich die Abfrageeinheit 45 und der Tintenvorratsbehälter 43 angeordnet.
Die Abfrageeinheit 45 steht über eine elektrische Leitung 69 und einem nicht näher
dargestellten Wächtereglement mit dem Tintenhaupttank 40ʹ in Wirkverbindung.
Mit dem Wächtereglement wird das Tintenflüssigkeits-Ni-veau N im Tintenhaupttank
40ʹ überprüft, das Nachfüllen reguliert und ein Ueberfüllen verhindert. Sobald das
Niveau N im Tintenhaupttank 40ʹ absinkt und der Schalter 60ʹ nicht kontaktiert ist,
wird von der Abfrageeinheit 45 über eine elektrische Leitung 67 dem am Tintenvorratsbehälter
43 angeordneten Ventil 31ʹ ein entsprechendes Signal zugeführt und von der Saugpumpe
29 über die Leitung 34 bis zum Erreichen des erforderlichen Niveaus N Tinte in den
Tintenhaupttank 40ʹ gefördert. Bei einer Viskositätsänderung der Tinte T, zum Beispiel
durch Verdunsten des Lösungsmittels, wird der Spindelkörper 48 in Pfeilrichtung Z
aufwärts bewegt. Beim Kontaktieren des Stössels 48ʹ mit dem Schalter 60ʹ löst dieser
ein Signal aus, welches über eine elektrische Leitung 68 der Abfrageeinheit 45 zugeführt
wird. Von der Abfrageeinheit 45 wird über eine weitere elektrische Leitung 66 dem
am Lösungsmittelbehälter 42 vorgesehenen Ventil 31 ein das Ventil 31 öffnendes Signal
zugeführt. Von der Saugpumpe 29 wird dann über die Leitungen 34 und 28 Lösungsmittel
in den Tintenhaupttank 40ʹ gefördert und dadurch die Tintenviskosität geändert. Das
Lösungsmittel bewirkt eine Aenderung der Tintenviskosität, so dass der Spindelkörper
48 sich in Pfeilrichtung Zʹ bewegt und der Stössel 48ʹ ausser Eingriff des Schalters
60ʹ gelangt. Durch ein ensprechendes Signal wird das Ventil 31 wieder geschlossen
und die Lösungsmittelzufuhr zum Tintenhaupttank 40ʹ wieder unterbrochen.
[0021] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass mit den an den einzelnen, mediumführenden
Leitungen (Fig.1 und Fig.3) angedeuteten und nicht näher bezeichneten Pfeilen, im
wesentlichen die Fliessrichtung des jeweils in der Leitung geführten Mediums dargestellt
ist.
[0022] Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung sowie mit dem Verfahren ist eine einen
einwandfreien Schreibbetrieb des Tintenstrahldruckers gewährleistende Regelung der
Tintenviskosität unter Zuhilfenahme der Tintendichte als Regelgrösse gewährleistet.
1. Verfahren zur Regelung der Tintenviskosität in einem Tintenstrahldrucker, mit mindestens
einem zum Aufladen und Ablenken von Tintentropfen aufgebildeten Schreib-oder Spritzkopf
(15), welchem über ein mit entsprechend zugeordneten Medium-Reservoirbehältern (40,40ʹ;42,43)
wirkverbundenen Leitungssystem Tintenflüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass
- in der Tinten-Zuführungsphase gleichzeitig ein Tintenteilstrom über eine viskositätsabhängig
wirkende Regelvorrichtung (50,50ʹ) geführt und beim Ueberschreiten der Tintenviskosität
ein Schalter (60,60ʹ) betätigt wird, und
- von dem Schalter (60,60ʹ) ein entsprechendes Signal an ein die Zufuhr von die Tintenviskosität
änderndem Lösungsmittel (LM) zum Tintenhaupttank (40,40ʹ) steuerndes Ventil (31)
abgegeben wird.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einer dem Tintenhaupttank
(40ʹ) zugeordneten und damit wirkverbundenen Abfrageeinheit (45) einerseits
- das Tintenflüssigkeits-Niveau (N) im Tintenhaupttank (40ʹ) ständig überprüft, von
einem Ventil (31ʹ) das Nachfüllen von Tinte (T) aus einem Tintenvorratsbehälter (43)
eingeleitet und von der Abfrageeinheit (45) niveauabhängig überwacht und begrenzt
wird, und andererseits
- die Tintenviskosität (Tintendichte) im Tintenhaupttank (40ʹ) überprüft, von dem
angesteuerten Ventil (31) die Zuführ von Lösungsmittel (LM) aus dem Behälter (42)
viskositätsabhängig eingeleitet, überwacht sowie begrenzt wird.
3. Vorrichtung zur Regelung der Tintenviskosität nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem am Tintenzuführsystem angeschlossenen Behälter (51,51ʹ) der Regelvorrichtung
(50,50ʹ) ein als Schwimmer ausgebildeter und wirkender Spindelkörper (48,58) angeordnet
ist, welcher abhängig von der Tintenviskosität (Tintendichte) mit dem zugeordneten
Schalter (60,60ʹ) durch eine Auf- oder Abwärtsbewegung in oder ausser Eingriff bringbar
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung
(50) als selbständige Baueinheit dem Tintenhaupttank (40) zugeordnet und an dem Behälter
(51) eine Leitung (26) für die Tintenzuführung sowie an eine Leitung (35) für die
Tintenrückführung in den Tintenhaupttank (40) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (51) im
oberen Bereich einen Ringkanal (54) aufweist, welcher mit seinem oberen, als Ueberlauf
ausgebildeten Rand (54ʹ) im wesentlichen den Tintenspiegel bildet und über eine Bohrung
(56) und Oeffnung (57) für die Leitung (35) mit dem Tintenhaupttank (40) in Verbindung
steht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung
(50ʹ) mit dem Behälter (51ʹ) und Schalter (60ʹ) eine Baueinheit bildend im Tintenhaupttank
(40ʹ) integriert ist und der obere Rand des Behälters (51ʹ) als Ueberlauf ausgebildet
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelkörper (48,58)
zentrisch im Behälter (51,51ʹ) auf- und abwärtsbewegbar geführt ist und im oberen
Bereich einen mit dem Schalter (60,60ʹ) in Eingriff bringbaren Kontaktstössel (48ʹ,58ʹ)
aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelkörper
(48,58) strömungstechnisch so ausgebildet ist, dass dieser bei gleichbleibender
Tintenviskosität (Tintendichte) und gleichzeitig aufsteigender Tinte (T) auf eine
bestimmte Stellung mit dem im Abstand dem Schalter (60,60ʹ) zugeordneten Kontaktstössel
(48ʹ,58ʹ) einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter
(60,60ʹ) als Näherungsschalter ausgebildet und relativ zu dem Kontaktstössel (48ʹ,58ʹ)
des Spindelkörpers (48,58) einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Tintenhaupttank
(40ʹ) ein Niveau-Wächterelement angeordnet ist, welches über eine elektrische Leitung
(69) an die Abfrageeinheit (45) angeschlossen ist.