[0001] Die Erfindung betrifft eine Thermodruckvorrichtung mit einem mehrere einzeln ansteuerbare
Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf und mit einer Vorheizeinrichtung in der
Nähe der Heizelemente.
[0002] Bei einer derartigen, aus der DE-PS 23 65 504 bekannten Thermodruckvorrichtung erfolgt
eine Bildaufzeichnung auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger durch selektive
Erwärmung einzeln ansteuerbarer Heizelemente eines Thermodruckkopfes. In der Nähe
der Heizelemente ist eine Vorheizeinrichtung angeordnet, mit Hilfe derer die Druckzone
auf eine unterhalb der zum Drucken erforderlichen Mindesttemperatur erwärmt wird,
so daß die zum Drucken erforderliche Ansteuerleistung für die Heizelemente auf ein
Mindestmaß herabgesetzt werden kann und zusätzlich aufgrund der kürzeren Aufheizzeiten
für die einzelnen Heizelemente die Druckgeschwindigkeit erhöht wird. Bei der bekannten
Thermodruckvorrichtung kann der Thermodruckkopf selbst als Vorheizeinrichtung vorgesehen
sein, wobei der Thermodruckkopf wahlweise einen in der Nähe seiner Heizelemente integrierten
Heizdraht enthalten kann oder die Heizelemente selbst mit einem Vorheizstrom beaufschlagt
werden. Alternativ hierzu ist bei der bekannten Thermodruckvorrichtung die Vorheizeinrichtung
im Bereich der dem Thermodruckkopf abgewandten Seite des zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers
angeordnet.
[0003] Während bei dem bekannten Thermodruckkopf die Möglichkeit der Beaufschlagung der
Heizelemente mit einem Vorheizstrom eine zusätzliche Belastung der Heizelemente bedeutet
und einen steuerungstechnischen Aufwand zur Trennung des Vorheizstromes von den Ansteuerströmen
für die Heizelemente erfordert, ist für die alternativ hierzu vorgesehene Integration
der Vorheizung in dem Thermodruckkopf ein spezieller Aufbau des Thermodruckkopfes
erforderlich. Bei der in der DE-PS 23 65 504 ferner angegebenen Möglichkeit, den zu
bedruckenden Aufzeichnungsträger von seiner dem Thermodruckkopf abgewandten Seite
her vorzuwärmen, ist eine Regelung der Ansteuerleistung für die Heizelemente nur schwierig
zu realisieren, weil die Temperatur des Aufzeichnungsträgers als Bezugsgröße für die
Regelung nur schwer erfaßbar ist. Schließlich wäre es möglich, den gesamten Thermodruckkopf
von außen vorzuheizen, was jedoch bei dem in der DE-PS 23 65 504 figürlich gezeigten
Thermodruckkopf zu einem Temperaturstau führen könnte.
[0004] Ausgehend von einer Thermodruckvorrichtung der eingangs angegebenen Art ist gemäß
der Erfindung bei einem Thermodruckkopf, der aus einer dünnen Trägerplatte mit auf
deren Plattenoberseite angeordneten Heizelementen besteht, die Vorheizeinrichtung
an der Plattenunterseite anliegend innerhalb einer Ausnehmung eines Kühlkörpers angeordnet,
der außerhalb der Vorheizeinrichtung an der Plattenunterseite anliegt.
[0005] Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung ist darin zu
sehen, daß die Vorheizeinrichtung ohne das Erfordernis einer baulichen Veränderung
des Thermodruckkopfes an diesem in der Weise angeordnet ist, daß einerseits die Heizelemente
durch die dünne Trägerplatte hindurch vorgeheizt werden und andererseits die in den
Heizelementen beim Drucken erzeugte überschüssige Wärme über den Kühlkörper (Wärmesinke)
abgeleitet wird. Dadurch, daß die Vorheizeinrichtung ohne direkten Kontakt mit dem
Kühlkörper innerhalb dessen Ausnehmung an der Trägerplatte anliegend angeordnet ist,
wird die Vorheizwärme direkt in die Trägerplatte in der Nähe der Heizelemente eingeleitet
und erst von dort aus über den Kühlkörper wieder abgeleitet; der Kühlkörper ist daher
von der Vorerwärmung nicht betroffen, so daß er eine ausreichend niedrige Temperatur
beibehält, um die überschüssige Wärme aus dem Bereich der Heizelemente abzuleiten.
Dies ist erforderlich, um entlang der Anordnung der Heizelemente eine gleichmäßige
Verteilung und Ableitung der überschüssigen Wärme zu erreichen, so daß verhindert
wird, daß sich die Druckqualität aufgrund örtlicher Wärmeakkumulation vermindert.
Außerdem ist die zum Vorheizen der Druckzone erforderliche Heizenergie relativ gering,
weil die erzeugte Vorheizwärme lokal in den Bereich der Druckzone eingeleitet wird,
ohne zuvor in den Kühlkörper abzufließen.
[0006] Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung
besteht die Vorheizeinrichtung aus einer Folie mit folienintegrierten Heizleiterbahnen.
Bei der Herstellung einer derartigen Folie kann der Verlauf der Heizleiterbahnen
auf besonders einfache Weise an die Anordnung der Heizelemente des Thermodruckkopfes
angepaßt werden, so daß durch die an dem Thermodruckkopf anliegende Folie mit den
Heizleiterbahnen eine Konzentrierung der Vorheizung auf den Bereich der Heizelemente
ermöglicht ist. Außerdem weist die Folie aufgrund ihrer geringen Dicke eine nur sehr
geringe Wärmekapazität auf, wodurch ein besonders kompakter Aufbau der gesamten Thermodruckvorrichtung
ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der Folie mit den folienintegrierten Heizleiterbahnen
ist darin zu sehen, daß die Folie entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung an der Plattenunterseite angeklebt werden
kann.
[0007] Alternativ zu der vorstehend angegebenen Ausbildung der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung
wird eine weitere besonders vorteilhafte Ausführung darin gesehen, daß die Vorheizeinrichtung
aus mindestens einem Kaltleiterelement besteht. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, daß auf eine spezielle Steuereinrichtung zur Steuerung des Vorheizstromes
verzichtet werden kann, weil die Vorheiztemperatur durch das mindestens eine Kaltleiterelement
selbstregelnd auf dem Wert der Bezugstemperatur des betreffenden Kaltleiterelements
gehalten wird.
[0008] Da Kaltleiterelemente in der Regel standardisierte Bauformen und Baugrößen aufweisen,
ist es insbesondere bei sich über die gesamte Breite einer Druckzeile erstreckenden
Thermodruckköpfen erforderlich, mehrere Kaltleiterelemente im Bereich der vorzuwärmenden
Zeile von Heizelementen anzuordnen. Dabei wird in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige
Wärmeverteilung dadurch ermöglicht, daß bei mehreren Kaltleiterelementen diese an
einem gemeinsamen Metallkörper angeordnet sind, der an der Plattenunterseite der
Trägerplatte anliegt. Der Metallkörper, der bei einem zeilenförmigen Thermodruckkopf
vorzugsweise als Metallleiste ausgebildet ist, kann dabei zugleich als Stromleitungsbahn
für die an ihm in Kontakt anliegenden oder angelöteten Kaltleiterelemente dienen.
[0009] Im Hinblick auf die Anordnung der Vorheizeinrichtung innerhalb der Ausnehmung des
Kühlkörpers ist es als ausreichend anzusehen, wenn die Vorheizeinrichtung an der Trägerplatte
des Thermodruckkopfes im Abstand zu den Wandungen der Ausnehmung gehalten ist, so
daß kein unmittelbarer Wärmeübergang von der Vorheizeinrichtung auf den Kühlkörper
erfolgt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung
ist innerhalb der Ausnehmung des Kühlkörpers zwischen dem Boden der Ausnehmung und
der Vorheizeinrichtung ein Silikonstreifen angeordnet. Der Silikonstreifen kann dabei
einen U-förmigen Querschnitt aufweisen und die Vorheizeinrichtung dreiseitig gegenüber
dem Kühlkörper isolieren. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Silikonstreifen
zum einen eine zusätzliche Wärmeisolation zwischen der Vorheizeinrichtung und dem
Kühlkörper bildet und zum anderen die Vorheizeinrichtung unter Ausgleich von Oberflächenunebenheiten
elastisch gegen die Plattenunterseite der Trägerplatte drückt. Im Zusammenhang mit
der Verwendung von Kaltleiter-elementen als Vorheizeinrichtung ist der Silikonstreifen
vorzugsweise elektrisch leitend und bildet eine gemeinsame Stromzuführungsbahn für
die Kaltleiterelemente.
[0010] Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren Bezug genommen. Im
einzelnen zeigen
Figur 1 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Thermodruckvorrichtung,
bestehend aus einem Thermodruckkopf, einem Kühlkörper und einer Vorheizeinrichtung
zusammen mit einem an dem Thermodruckkopf vorbeigeführten Farbband und einem Aufzeichnungsblatt,
Figur 2 einen Schnitt durch die in Figur 1 gezeigte Thermodruckvorrichtung entlang
einer die Vorheizeinrichtung aufnehmenden Ausnehmung in dem Kühlkörper und
Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie AA′ durch das Ausführungsbeispiel nach Figur
2.
[0011] Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht die prinzipielle Anordnung
eines sich über die Breite einer Druckzeile erstreckenden Thermodruckkopfes 1. Der
Thermodruckkopf 1 besteht aus einer Trägerplatte 2, auf deren Plattenoberseite 3 eine
Vielzahl einzeln ansteuerbarer Heizelemente nebeneinander in einer hier lediglich
als strichpunktierte Heizlinie dargestellten Reihe 4 angeordnet sind. Im Bereich
der Reihe 4 der Heizelemente liegt dem Thermodruckkopf 1 eine parallel zur Heizlinie
ausgerichtete Druckwalze 5 gegenüber, die ein aus normalem Papier bestehendes Aufzeichnungsblatt
6 unter Zwischenlage eines tuchförmigen Farbbandes 7 gegen die Reihe 4 mit den Heizelementen
drückt.
[0012] In unmittelbarer Nähe zu der Reihe 4 von Heizelementen liegt an der Plattenunterseite
8 der Trägerplatte 2 eine Vorheizeinrichtung 9 an, die sich entlang der Reihe 4 der
Heizelemente erstreckt. Die Vorheizeinrichtung 9 kann wahlweise aus einer Folie mit
folienintegrierten Heizleiterbahnen bestehen, die an der Plattenunterseite 8 angeklebt
ist oder einzelne Kaltleiterelemente enthalten, die entlang der Reihe 4 der Heizelemente
angeordnet sind. An der Plattenunterseite 8 der Trägerplatte 2 liegt ferner ein Kühlkörper
10 flächig an, der im Bereich der Vorheizeinrichtung 9 eine Ausnehmung 11 aufweist,
innerhalb derer die Vorheizeinrichtung 9 ohne mechanischen Kontakt zu dem Kühlkörper
10 angeordnet ist.
[0013] Durch selektive Ansteuerung der einzelnen Heizelemente der Reihe 4 erfolgt ein lokaler
Farbübertrag von dem Farbband 7 auf das Aufzeichnungsblatt 6, wobei eine von dem Farbband
7 getragene Farbschicht wärmeabhängig von dem Farbband 7 abgelöst wird und die sich
lösende Farbe auf das Aufzeichnungsblatt 6 gedrückt wird; unmittelbar nach diesem
Farbübertrag wird das Farbband 7 von dem Aufzeichnungsblatt 6 getrennt, um die aufgetragene
Farbe vor ihrer Verfestigung von dem Farbband 7 zu trennen. Um überhaupt einen lokalen
Farbübertrag von dem Farbband 7 auf den Aufzeichnungsträger 6 zu ermöglichen, wird
das Farbband 7 im Bereich des betreffenden Heizelementes auf eine zum Drucken erforderliche
Mindesttemperatur erwärmt. Die hierfür erforderliche Ansteuerleistung für das betreffende
Heizelement wird dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, daß mittels der Vorheizeinrichtung
9 die Druckzone auf eine unterhalb der der zum Drucken erforderliche Mindesttemperatur
liegende Temperatur vorerwärmt wird; ausgehend von dieser Vorerwärmungstemperatur
kann die Ansteuerleistung für das betreffende Heizelement reduziert werden, weil lediglich
eine Temperaturerhöhung um den Differenzbetrag zwischen der zum Drucken erforderlichen
Mindesttemperatur und der Vorheiztemperatur erzeugt werden muß. Um eine hohe Druckgeschwindigkeit
zu erreichen, ist es erforderlich, unmittelbar nach dem Drucken durch ein Heizelement
die dort erzeugte Wärme möglichst schnell abzuleiten. Diese Wärmeableitung erfolgt
durch den großflächig an der Plattenunterseite 8 der Trägerplatte 2 anliegenden Kühlkörper
10. Dadurch, daß die Vorheizeinrichtung 9 innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers
10 jedoch von diesem getrennt angeordnet ist, wird erreicht, daß zum einen der Kühlkörper
10 mit einer möglichst großen Fläche an der Trägerplatte 2 anliegt und zum anderen
der Kühlkörper 10 nicht direkt durch die Vorheizeinrichtung 9 aufgeheizt wird. Die
von der Vorheizeinrichtung 9 ausgehende Wärme wird nämlich zunächst in die Trägerplatte
2, und zwar in den unmittelbaren Bereich der Reihe 4 der Heizelemente, eingeleitet
und von dort erst über den Kühlkörper 10 abgeführt. Der Kühlkörper 10 wird daher
durch die Vorheizeinrichung 9 nicht unmittelbar erwärmt, so daß das Temperaturgefälle
zwischen dem Kühlkörper 10 und der Trägerplatte 2 für eine wirksame Ableitung der
überschüssigen Wärme aus der Druckzone durch die Vorheizeinrichtung 9 nicht verringert
wird.
[0014] Figur 2 zeigt in einem entlang der Ausnehmung 11 durch die Trägerplatte 2 und den
Kühlkörper 10 verlaufenden Schnitt eine bevorzugte Ausbildung und Anordnung der Vorheizeinrichtung
9; in Figur 3 ist ein Schnitt entlang der in Figur 2 bezeichneten Linie AA′ dargestellt.
Die innerhalb der Ausnehmung 11 in den Kühlkörper 10 angeordnete Vorheizeinrichtung
9 besteht aus einzelnen entlang der Reihe 4 (Figur 1) der Heizelemente äquidistant
angeordneten tablettenförmigen Kaltleiterelementen 12, die an einem gemeinsamen Metallkörper
13 gehalten sind. Der Metallkörper 13 ist als Metalleiste vorzugsweise aus Kupfer
ausgebildet, die sich entlang der Reihe 4 (Figur 1) der Heizelemente an der Plattenunterseite
8 der Trägerplatte 2 anliegend erstreckt; die einzelnen Kaltleiterelemente 12 sind
unterhalb des Metallkörpers 13 an diesem angelötet, wobei der Metallkörper 13 sowohl
eine gleichmäßige Wärmeverteilung der von den Kaltleiterelementen 12 ausgehenden Wärme
ermöglicht, als auch als Stromleitungsbahn für die Kaltleiterelemente dient. Zwischen
den Kaltleiterelementen 12 und der Bodenfläche 14 der Ausnehmung 11 in dem Kühlkörper
10 ist ein Streifen aus elektrisch leitfähigem Silikonmaterial angeordnet. Der Silikonstreifen
15 bildet eine Wärmeisolierung zwischen den Kaltleiterelementen 12 und dem Kühlkörper
10 und drückt zugleich infolge seiner Elastizität die Kaltleiterelemente 12 mit dem
sie tragenden Metallkörper 13 gegen die Trägerplatte 2; außerdem dient der leitfähige
Silikonstreifen 15 als weitere Stromleitungsbahn für die Kaltleiterelemente 12.
1. Thermodruckvorrichtung mit einem mehrere einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden
Thermodruckkopf (1) und mit einer Vorheizeinrichtung (9) in der Nähe der Heizelemente,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Thermodruckkopf (1) der aus einer dünnen Trägerplatte (2) mit auf deren
Plattenoberseite (3) angeordneten Heizelementen besteht, die Vorheizeinrichtung (9)
an der Plattenunterseite (8) anliegend innerhalb einer Ausnehmung (11) eines Kühlkörpers
(10) angeordnet ist, der außerhalb der Vorheizeinrichtung (9) an der Plattenunterseite
(8) anliegt.
2. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorheizeinrichtung (9) aus einer Folie mit folienintegrierten Heizleiterbahnen
besteht.
3. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Folie an der Plattenunterseite (8) angeklebt ist.
4. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorheizeinrichtung (9) mindestens ein Kaltleiterelement (12) aufweist.
5. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei mehreren Kaltleiterelementen (12) diese an einem gemeinsamen Metallkörper
(13) angeordnet sind, der an der Plattenunterseite (8) der Trägerplatte (2) anliegt.
6. Thermodruckvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb der Ausnehmung (11) des Kühlkörpers (10) zwischen dem Boden (14) der
Ausnehmung (11) und der Vorheizeinrichtung (9) ein Silikonstreifen (15) angeordnet
ist.
7. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 4 und 6 oder Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Silikonstreifen (15) elektrisch leitend ist und eine gemeinsame Stromzuführungsbahn
für die Kaltleiterelemente (12) bildet.