Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1.
Technisches Gebiet der Erfindung
[0002] Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der grafischen Industrie und dort
insbesondere im Bereich des industriellen Tintendrucks (Inkjet) auf flache Substrate,
d.h. des Auftragens von flüssiger Tinte auf bogen- oder bahnförmige Bedruckstoffe,
bevorzugt aus Papier, Pappe, Karton oder Kunststoff.
[0003] Das Auftragen flüssiger Tinte erfolgt bei dem bekannten DOD-Tintendruckverfahren
(drop-on-demand), indem ein Druckbild auf einem flachen Bedruckstoff erzeugt wird,
wobei ein Tintendruckkopf (kurz: Kopf) mit einzeln ansteuerbaren Düsen dem zu druckenden
Bild entsprechend feinste Tintentropfen, bevorzugt im Pikoliter-Bereich, erzeugt und
diese berührungslos als Druckpunkte auf den Bedruckstoff überträgt. Das Ansteuern
der Düsen kann mittels Piezoaktoren erfolgen.
[0004] Die Druckköpfe von industriellen Tintendruckmaschinen sind mit einer Einrichtung
der Maschine zur Tintenversorgung verbunden. Solch eine Einrichtung weist für jede
zu druckende Farbe einen Vorratsbehälter auf. Üblicherweise wird die Tinte vom Vorratsbehälter
mittels einer Pumpe und durch eine Leitung zum Druckkopf oder zu einer Reihe von Druckköpfen
gefördert (Vorlauf bzw. Zulauf). Industrielle Tintendruckmaschinen weisen meist eine
zirkulierende Tintenversorgung auf, d.h. nicht verdruckte Tinte wird zum Vorratsbehälter
zurückgefördert (Rücklauf), ggf. mit einer weiteren Pumpe. Die Tintenversorgung kann
zudem einen Filter, einen Entgaser und einen Temperierer aufweisen, ebenso einen Sensor
zum Messen des Drucks der Tintenflüssigkeit.
[0005] Bedruckstoff und Tintendruckkopf dürfen sich beim Bedrucken, d.h. während ihrer Relativbewegung
zueinander, nicht berühren, da sonst die hochempfindliche Düsenfläche des Kopfes,
welche üblicherweise aus Silizium hergestellt und ähnlich filigran wie ein Computerchip
beschaffen ist, beschädigt wird. Daher ist unbedingt ein Mindestabstand zwischen der
Düsenfläche und des Bedruckstoffs bzw. dessen dem Kopf zugewandter Oberfläche einzuhalten.
Eine Störung dieses Abstands kann z.B. eine umgeknickte Ecke des Bedruckstoffs (so
genanntes "Eselsohr") oder eine Welle im Bedruckstoff sein. Es kann daher eine Überwachungseinrichtung,
z.B. mit einem optischen Sensor, vorgesehen sein, um solche potentiellen Störungen
rechtzeitig zu erkennen und zu beseitigen, z.B. durch Anhalten des Druckvorgangs,
durch Ausschleusen des Bedruckstoffs oder durch dynamisches Heben des Kopfes in eine
Sicherheits-Position. Dieses Heben und wieder Senken des Kopfes kann zu einem unerwünschten
Bewegen der Tinte im Kopf oder der Tintenleitung und/oder zu unerwünschten Druckschwankungen
in der Tintenflüssigkeit führen und infolge kann unkontrolliert Tinte aus dem Kopf
austreten oder Luft in den Kopf eingesaugt werden.
Stand der Technik
[0006] Die
JP 2015-178212 A offenbart eine Vorrichtung zum Bedrucken von Bedruckstoff mit Tinte. Die Vorrichtung
umfasst einen Tintendruckkopf und einen mit diesem über eine flexible Tintenleitung
verbundenen Vorratsbehälter, welche alle zusammen auf einem hin- und herbewegbaren
("scannenden") Wagen angeordnet sind. Der Vorratsbehälter ist auf dem Wagen in der
Scan-Richtung bewegbar angeordnet und dazu ausgelegt, Druckschwankungen in der Tintenflüssigkeit
zu reduzieren. Scannende Tintendruckverfahren werden im industriellen Umfeld, d.h.
bei der Herstellung von Massendruckprodukten, wegen der geringen Produktivität nicht
eingesetzt. Scannende Tintendruckverfahren werden üblicherweise auch nicht im Zusammenwirken
mit zirkulierenden Tintenversorgungen eingesetzt.
Aufgabe
[0007] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche es insbesondere
ermöglicht, Störungen der Versorgung eines Tintendruckkopfs mit Tinte im industriellen,
d.h. hochproduktiven Tintendruck und im Zusammenwirken mit zirkulierenden, d.h. hohe
Tintenvolumen fördernden Tintenversorgungen zu vermeiden.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
[0009] Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
Erfindung
[0010] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedrucken von Bedruckstoff mit Tinte, umfassend:
einen Tintendruckkopf mit einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Tintendüsen zum
Ausstoßen von Tintentropfen; eine mit Tinte gefüllte Tintenleitung, welche einen Zulauf
und/oder einen Rücklauf für den Tintendruckkopf bildet; und eine Kammer, welche mit
der Tintenleitung verbunden ist; wobei der Tintendruckkopf, die Tintenleitung und
die Kammer ausgelegt sind, eine gemeinsame Bewegung relativ zum Bedruckstoff auszuführen;
zeichnet sich dadurch aus, dass die Tintenleitung Teil einer zirkulierenden Tintenversorgung
für den Tintendruckkopf ist; dass der Kammer ein Masse-Element zugeordnet ist; und
dass die Position und/oder die Form des Masse-Elements - bedingt durch die gemeinsame
Bewegung - relativ zur Kammer veränderlich ist, derart, dass das Volumen der Kammer
- zur Kompensation von Druckschwankungen in der Tinte und/oder zur Kompensation von
Bewegungen der Tinte - von der Position und/oder der Form des Masseelementes anhängt.
[0011] Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise, Störungen der Versorgung eines Tintendruckkopfs
mit Tinte im industriellen, d.h. hochproduktiven, Tintendruck und im Zusammenwirken
mit zirkulierenden, d.h. hohe Tintenvolumen fördernden, Tintenversorgungen zu vermeiden.
[0012] Aufgrund seiner Masseträgheit führt das Masse-Element eine Ausgleichsbewegung zur
gemeinsamen Bewegung von Tintendruckkopf, Tintenleitung und Kammer aus. Es erfolgt
hierdurch in vorteilhafter Weise eine Kompensation von unerwünschten Druckschwankungen
in der Tinte und/oder eine Kompensation von unerwünschten Bewegungen der Tinte. Das
Volumen der Kammer kann durch diese Ausgleichsbewegung vergrößert oder verringert
werden, je nach Bewegungsrichtung. Potentielle Druckschwankungen in der Tinte und/oder
potentielle Bewegungen der Tinte können durch das variable Kammervolumen ausgeglichen
werden. Störungen der Versorgung mit Tinte können auf diese Weise vermieden werden.
Auch Erschütterungen des Kopfes führen bei Vorsehen der Erfindung nicht zu den erwähnten
Problemen.
[0013] Die Masse des Masse-Elements liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 200 Gramm oder
geringer.
Weiterbildungen der Erfindung
[0014] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das
Masse-Element eine bewegbare Wand der Kammer oder einen bewegbaren Kolben in der Kammer
bildet.
[0015] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das
Masse-Element über einen Hebel mit einer bewegbaren Wand der Kammer oder einem bewegbaren
Kolben in der Kammer verbunden ist. Durch die Wahl der Hebelübersetzung kann das maximale
Volumen der Kammer gewählt werden.
[0016] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass dem
Kolben oder dem Hebel eine Feder und ein Dämpfer zugeordnet sind.
[0017] Die bewegbare Wand, der bewegbare Kolben, der Hebel, die Feder und/oder der Dämpfer
können miniaturisiert ausgebildet sein, also z.B. in Form einer Mikromechanik. Insbesondere
kann die Mechanik in einen Druckkopf integriert sein und/oder im Zuge der Herstellung
des Druckkopfs erfolgen.
[0018] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das
Masse-Element eine verformbare Membran bildet oder an einer verformbaren Membran angeordnet
ist, wobei die Membran eine Wand der Kammer bildet.
[0019] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die
Tintenleitung zwei Drosseln, d.h. eine Zulaufdrossel und eine Rücklaufdrossel, aufweist,
welche einen Bereich der Tintenleitung vor und nach dem Tintendruckkopf vom Rest der
zirkulierenden Tintenversorgung entkoppeln. Durch die Entkopplung verringert sich
das Tintenvolumen, in welchem Druckschwankungen und/oder Tintenbewegungen durch eine
Bewegung des Masse-Elements ausgeglichen werden. Das Masse-Element kann somit geringer
dimensioniert werden und dynamischer reagieren.
[0020] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die
beiden Drosseln einstellbar sind. Hierdurch wird auch das entkoppelte Tintenvolumen
einstellbar. Die Einstellung kann in Abhängigkeit der erwarteten gemeinsamen Bewegung
bzw. deren Strecke und/oder Dynamik erfolgen.
[0021] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die
Tintenleitung ein Zulauf für einen ersten und wenigstens einen weiteren Tintendruckkopf
bildet und dass die Kammer mit der Tintenleitung vor dem ersten Tintendruckkopf verbunden
ist.
[0022] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die
Tintenleitung ein Rücklauf für einen letzten und wenigstens einen weiteren Tintendruckkopf
bildet und dass die Kammer mit der Tintenleitung nach dem letzten Tintendruckkopf
verbunden ist.
[0023] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der
Tintendruckkopf während des störungsfreien Bedruckens unbewegt ist und nur im Falle
einer Störung die gemeinsame Bewegung mit der Tintenleitung und der Kammer - im Wesentlichen
vertikal zur Oberfläche des Bedruckstoffs - ausführt. Vorzugsweise ruht der Kopf (bzw.
die Köpfe) während des Druckens und nur der Bedruckstoff wird bewegt.
[0024] Die Merkmale der Erfindung, der Weiterbildungen der Erfindung und der Ausführungsbeispiele
zur Erfindung stellen auch in beliebiger Kombination miteinander vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung dar. Weiterbildungen der Erfindung können zudem die - im obigen Abschnitt
"Technisches Gebiet der Erfindung" offenbarten - Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen
aufweisen.
Ausführungsbeispiele zur Erfindung
[0025] Die Erfindung und deren bevorzugte Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezug
auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Einander entsprechende Merkmale sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0026] Die Zeichnungen zeigen:
- Figur 1
- Eine Maschine mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- Figur 2
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem
Kolben; und
- Figur 3
- Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einer Membran.
[0027] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einer Maschine 2, z.B. einer industriellen
Tinten-Druckmaschine 2, beim Bedrucken der Oberfläche 3a eines Bedruckstoffs 3, z.B.
Papier. Der Bedruckstoff kann eine Störung 3b, z.B. einen Knick oder eine Welle, aufweisen.
Um eine Kollision dieser Störung mit einem Tintendruckkopf 4 zu verhindern, kann der
Tintendruckkopf eine gesteuerte Bewegung 35, z.B. eine Auf- und Abbewegung, ausführen.
[0028] Die Tinten-Druckmaschine 2 kann mehrere Druckköpfe 4a bis 4c in Reihe oder auch einen
Druckbalken mit einer Mehrzahl von Druckköpfen aufweisen. Beispielhaft wird die Erfindung
im Folgenden an Kopf 4a erklärt.
[0029] Kopf 4a umfasst eine Düsenfläche 5 mit wenigstens einer Tintendüse 6, bevorzugt einer
Vielzahl an von separat ansteuerbaren Düsen, zum Ausstoßen von Tinte 7 an einem Tinten-Meniskus
8 und Erzeugen eines Tintentropfens 9, welcher beim Auftreffen einen Druckpunkt auf
dem Papier bildet. Der Meniskus wird bevorzugt immer in der dargestellten Form und
Position gehalten, da sonst Tinte unkontrolliert aus dem Kopf tropfen könnte oder
Luft eingesaugt werden könnte. Der dafür erforderliche Tintendruck liegt bei etwa
-10 mbar und wird durch die Erfindung bevorzugt im Wesentlichen konstant gehalten.
[0030] Die Vorrichtung 1 umfasst eine zirkulierende Tintenversorgung (Tintenkreislauf) mit
einer Tintenleitung 11, einem Zulauf 11a und einem Rücklauf 11b für die Tinte 12 und
mit einem Zulaufverteiler 13, einem Rücklaufverteiler 14, einer Zulaufpumpe 15 und
einer Rücklaufpumpe 16. Die Pumpen sind bevorzugt regelbare Pumpen, um den Druck in
der Tintenflüssig im Wesentlichen konstant zu halten. Nicht dargestellt ist ein Tinten-Vorratsbehälter
im Tintenkreislauf. Das Tintenvolumen in jedem Verteiler liegt bei etwa 100 bis 200
ml, d.h. dessen Gewicht bei etwa 100 bis 200 g.
[0031] Der Kopf 4 (oder die Köpfe 4a bis 4c bzw. 4d), die Tintenleitung 11 (bzw. 11a und
11b) und eine Kammer 17 bilden eine integrierte Einheit 36, bevorzugt mit einem gemeinsamen
Gehäuse oder einem gemeinsamen Träger. Diese Einheit kann, z.B. um der Störung 3b
auszuweichen, eine gesteuerte, gemeinsame Bewegung 35 ausführen.
[0032] In Figur 2 ist unter anderem die Kammer 17 dargestellt. Diese besitzt eine Öffnung
18, mit welcher die Kammer mit der Tintenleitung 11 verbunden ist, d.h. Tinte 7 kann
durch die Öffnung in die Kammer hinein- und herausfließen. Außerdem besitzt die Kammer
Seitenwände 19a und 19b, zwischen denen eine bewegliche Wand 23 bzw. ein Kolben 23
angeordnet ist. Der Kolben ist auch in einer alternativen Position 21 dargestellt.
In diese Position 21 wird der Kolben aufgrund seiner Massenträgheit bei erfolgender
gemeinsamer Bewegung 35 bewegt. Hierzu ist der Kolben über einen Hebel 24 (drehbar
befestigt an einer Achse 25) und eine Stange 25 mit dem beweglichen Masse-Element
20 verbunden. Zusätzlich sind eine Feder 27 und ein Dämpfer 28 vorgesehen, um eine
unkontrolliertes Schwingen des Masse-Elements zu verhindern. Die Masse des Masse-Elements
liegt entsprechend der Masse der zu bewegenden Tinte bei etwa 100 bis 200 g. Durch
eine Reduzierung/Drosselung des Tintenvolumens kann auch die Masse des Masse-Elements
verringert werden und dieses infolge kleiner dimensioniert werden.
[0033] In der Tintenleitung 11 bzw. 11a sind eine Zulaufdrossel 31 und in der Tintenleitung
11 bzw. 11b eine Rücklaufdrossel 32 vorgesehen. Beide Drosseln sind bevorzugt einstellbar,
z.B. durch ein Verschieben innerhalb der Tintenleitung. Hierdurch kann der vom Rest
der zirkulierenden Tintenversorgung entkoppelte Bereich 33 bzw. dessen Volumen V eingestellt
werden. Auch im Bereich der Öffnung 18 kann eine, bevorzugt einstellbare Drossel 34
vorgesehen sein. Diese wirkt auch als Dämpfer (entsprechend Dämpfer 28).
[0034] Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einer Membran 29 anstelle des
Kolbens. Die Kammer 17 ist durch die Membran zur Tintenleitung 11 hin begrenzt. Die
Membran ist verformbar und in der Figur auch in einer zweiten Form 22 dargestellt.
Die Kammer ist auch mit einer Entlüftungsöffnung 30 versehen. Wiederum führt das Masse-element
20 trägheitsbedingt eine Ausgleichsbewegung zur gemeinsamen Bewegung 35 aus. Die Membran
wird durch die Ausgleichsbewegung verformt und das Volumen V der Kammer verändert.
Bezugszeichenliste
[0035]
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Maschine
- 3
- Bedruckstoff
- 3a
- Oberfläche
- 3b
- Störung/Knick/Welle
- 4
- Tintendruckkopf
- 4a
- erster Druckkopf
- 4b
- weiterer Druckkopf
- 4c
- letzter Druckkopf
- 4d
- Druckbalken
- 5
- Düsenfläche
- 6
- Tintendüsen
- 7
- Tinte
- 8
- Meniskus
- 9
- Tintentropfen
- 10
- zirkulierende Tintenversorgung
- 11
- Tintenleitung
- 11a
- Zulauf
- 11b
- Rücklauf
- 12
- Tinte
- 13
- Zulaufverteiler
- 14
- Rücklaufverteiler
- 15
- Zulaufpumpe
- 16
- Rücklaufpumpe
- 17
- Kammer
- 18
- Öffnung
- 19a, b
- Seitenwände
- 20
- Masse-Element
- 21
- Position
- 22
- Form
- 23
- bewegbare Wand/Kolben
- 24
- Hebel
- 25
- Achse
- 26
- Stange
- 27
- Feder
- 28
- Dämpfer
- 29
- Wand/Membran
- 30
- Entlüftungsöffnung
- 31
- Zulaufdrossel
- 32
- Rücklaufdrossel
- 33
- Bereich
- 34
- weitere Drossel
- 35
- Bewegung bzw. deren Richtung
- 36
- integrierte Einheit
- V
- Volumen der Kammer
1. Vorrichtung zum Bedrucken von Bedruckstoff mit Tinte, umfassend:
- einen Tintendruckkopf (4, 4a, 4b, 4c) mit einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren
Tintendüsen (6) zum Ausstoßen von Tintentropfen (9);
- eine mit Tinte (12) gefüllte Tintenleitung (11, 11a, 11b), welche einen Zulauf (11a)
und/oder einen Rücklauf (11b) für Tinte (7) eines Tintendruckkopfs bildet; und
- eine Kammer (17), welche mit der Tintenleitung verbunden ist;
- wobei der Tintendruckkopf, die Tintenleitung und die Kammer ausgelegt sind, eine
gemeinsame Bewegung (35) relativ zum Bedruckstoff (3) auszuführen;
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Tintenleitung (11, 11a, 11b) Teil einer zirkulierenden Tintenversorgung (10)
für den Tintendruckkopf (4, 4a, 4b, 4c) ist;
- dass der Kammer (17) ein Masse-Element (20) zugeordnet ist; und
- dass die Position (21) und/oder die Form (22) des Masse-Elements - bedingt durch die gemeinsame
Bewegung (35) - relativ zur Kammer veränderlich ist, derart, dass das Volumen (V)
der Kammer - zur Kompensation von Druckschwankungen in der Tinte (7, 12) und/oder
zur Kompensation von Bewegungen der Tinte (7,12) - von der Position und/oder der Form
des Masseelementes abhängt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Masse-Element (20) eine bewegbare Wand (23) der Kammer (17) oder einen bewegbaren
Kolben (23) in der Kammer bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Masse-Element (20) über einen Hebel (24) mit einer bewegbaren Wand (23) der Kammer
(17) oder einem bewegbaren Kolben (23) in der Kammer verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Kolben (23) oder dem Hebel (24) eine Feder (27) und ein Dämpfer (28) zugeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Masse-Element (20) eine verformbare Membran (29) bildet oder an einer verformbaren
Membran angeordnet ist, wobei die Membran eine Wand (29) der Kammer (17) bildet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tintenleitung (11, 11a, 11b) zwei Drosseln (31, 32), d.h. eine Zulaufdrossel
(31) und eine Rücklaufdrossel (31), aufweist, welche einen Bereich (33) der Tintenleitung
vor und nach dem Tintendruckkopf (4, 4a, 4b, 4c) vom Rest der zirkulierenden Tintenversorgung
(10) entkoppeln.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Drosseln (31, 32) einstellbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tintenleitung (11, 11a, 11b) einen Zulauf (11a, 13) für einen ersten (4a) und
wenigstens einen weiteren Tintendruckkopf (4b, 4c) bildet und dass die Kammer (17)
mit der Tintenleitung vor dem ersten Tintendruckkopf verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tintenleitung (11, 11a, 11b) einen Rücklauf (11b, 14) für einen letzten (4c)
und wenigstens einen weiteren Tintendruckkopf (4a, 4b) bildet und dass die Kammer
(17) mit der Tintenleitung nach dem letzten Tintendruckkopf verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Tintendruckkopf (4, 4a, 4b, 4c) während des störungsfreien Bedruckens unbewegt
ist und nur im Falle einer Störung (3b) die gemeinsame Bewegung (35) mit der Tintenleitung
(11, 11a, 11b) und der Kammer (17) - im Wesentlichen vertikal zur Oberfläche (3a)
des Bedruckstoffs (3) - ausführt.