DE102006013920A1

DE102006013920A1 - Ink pen and method for controlling ink flow at the nib tip

Info

Publication number: DE102006013920A1
Application number: DE200610013920
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr.-Ing. Roscher
Original assignee: DIPLOMAT CUNEWALDE GmbH
Current assignee: DIPLOMAT CUNEWALDE GmbH
Priority date: 2006-03-25
Filing date: 2006-03-25
Publication date: 2007-09-27
Also published as: EP1837200A3; EP1837200A2; WO2007110042A2; WO2007110042A3

Abstract

Ein Tintenschreibgerät mit einem hülsenförmigen Stiftschaft, einem zur Aufnahme der Tinte dienenden Vorratsbehälter mit Belüftungsöffnung, einem Schreibeinsatz mit Schreibfeder, einem die Tinte zur Schreibfederspitze führenden Tintenleitsystem mit einem Zwischenspeicher, einer Mikropumpe, einem Ventil und einer Batterie oder Akku und einer elektronischen Regelung des Tintenflusses ist gekennzeichnet durch mindestens zwei wirksame Regelkreise zur Regulierung des Tintenflusses aus dem Vorratsbehälter (1) und aus dem Zwischenspeicher (6) bis an die Schreibfederspitze (10), wobei ein erster Regelkreis zum Nachfüllen des Zwischenspeichers (6) mit einem elektronisch steuerbaren Mikroventil (32) zwischen dem Vorratsbehälter (1) und dem Zwischenspeicher (6) und ein zweiter Regelkreis zur Einstellung des Betriebsdruckes am Schreibeinsatz (60) mittels Drucksensor (31) und mit mindestens einer Mikropumpe (34) im Hauptkanal (8) wirksam ist und dass der Zwischenspeicher (6) als Steuerkapillare für den zweiten Regelkreis ausgeführt ist und jeweils zwischen der Steuerkapillare (17) und Hauptkanal (8) Kapillarfallen (16) angeordnet sind. Das Verfahren beschreibt die Steuerung des Tintenflusses an der Schreibfederspitze.An ink writing device with a sleeve-shaped pen shaft, a storage container with a ventilation opening for holding the ink, a writing insert with a nib, an ink guide system leading the ink to the nib with an intermediate store, a micropump, a valve and a battery or rechargeable battery and an electronic control of the ink flow characterized by at least two effective control loops for regulating the ink flow from the storage container (1) and from the buffer store (6) to the nib (10), a first control loop for refilling the buffer store (6) with an electronically controllable microvalve (32) between the storage container (1) and the intermediate store (6) and a second control circuit for setting the operating pressure at the writing insert (60) by means of a pressure sensor (31) and with at least one micropump (34) in the main channel (8) and that the intermediate store ( 6) as a tax captain llare is designed for the second control loop and capillary traps (16) are arranged in each case between the control capillary (17) and main channel (8). The procedure describes the control of the ink flow at the nib.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tintenschreibgerät, insbesondere einen Füllfederhalter und ein Verfahren zur Steuerung des Tintenflusses an der Schreibfederspitze.The The invention relates to an ink writing device, in particular a fountain pen and a method of controlling ink flow at the nib tip.

Bekannt sind unterschiedlichste Bauarten von Füllfederhaltern, Tuscheschreibgeräten, Faserstiften zur bedarfsabhängigen Abgabe von Schreibflüssigkeiten. Ein gemeinsames Merkmal dieser Bauarten ist, dass die Schreibflüssigkeit beim eigentlichen Schreibvorgang aus einem kapillaren Sekundär – Flüssigkeitsbehälter entnommen wird, dessen Kapillarität einen definierten Unterdruck erzeugt, der das Saugverhalten des Papiers, Temperatur- und Luftdruckschwankungen sowie den hydrostatischen Druck kompensiert. Dieser Sekundärflüssigkeitsbehälter muss von Zeit zu Zeit nachgefüllt werden, was durch Öffnen eines Belüftungsventils am Vorratsbehälter geschieht. Schreibspitze und Vorratsbehälter sind durch einen Hauptkanal verbunden, wobei der Hauptkanal einen Abzweig besitzt, der mit dem Sekundärflüssigkeitsbehälter verbunden ist.Known are different types of fountain pens, ink writing instruments, fiber pens to the demand-dependent Dispensing of writing fluids. A common feature of these designs is that the writing fluid taken during the actual writing process from a capillary secondary liquid container will, whose capillarity generates a defined negative pressure, the suction behavior of the Paper, temperature and air pressure fluctuations and the hydrostatic pressure compensated. This secondary fluid tank must refilled from time to time be what by opening a ventilation valve at the reservoir happens. Writing tip and reservoir are through a main channel connected, wherein the main channel has a branch, with the Secondary fluid reservoir connected is.

Diese Art der Kompensation des hydrostatischen Druckes sowie der Temperatur- und Luftdruckschwankungen hat seine Grenzen. Insbesondere bei plötzlicher Reduzierung des Luftdruckes bzw. bei plötzlicher Temperaturerhöhung besteht die Notwendigkeit, ein Austreiben der Schreibflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter wegen der Expansion der eingeschlossenen Luft zu verhindern. Aber auch das Belüftungsventil, dass bei konventionellen Schreibgeräten bei einem bestimmten Unterdruck öffnet oder in Abhängigkeit vom Füllstand im Sekundärflüssigkeitsbehälter öffnet oder schließt, arbeitet durch die Abhängigkeit von verschiedenen schwer zu kontrollierenden Parameter nicht präzise. Die Wirkung von verschiedenen konstruktiven Kompensationsmaßnahmen kann nur teilweise den unterschiedlichen Füllstand der Flüssigkeitsbehälter berücksichtigen.These Type of compensation of the hydrostatic pressure and the temperature and air pressure fluctuations has its limits. Especially with sudden reduction of air pressure or in case of sudden temperature increase there is a need to expel the writing fluid from the reservoir because of the expansion of trapped air. But also the ventilation valve, that opens at conventional writing instruments at a certain negative pressure or in dependence from the level in the secondary fluid tank opens or closes works through dependence of various difficult-to-control parameters not precise. The Effect of various constructive compensation measures can only partially take into account the different level of the liquid container.

Auch die eigentliche Abgabe der Schreibflüssigkeit an das Papier hängt von nicht beeinflussbaren Parametern ab wie z.B. die Saugfähigkeit unterschiedlicher Papiersorten.Also the actual delivery of the writing fluid to the paper depends on not influenceable parameters such. the absorbency different paper types.

Es ist sind deshalb viele Versuche bekannt, durch den Einsatz elektronisch gesteuerter Funktionselemente die Arbeitsweise der Kompensation zu verbessern.It Therefore, many attempts are known by the use of electronic controlled functional elements the operation of the compensation to improve.

In der DE 32 20 750 wird eine Anordnung beschrieben, bei der zwischen dem Vorratsbehälter und dem kapillaren Sekundär-Flüssigkeitsbehälter ein elektronisch steuerbares Ventil angeordnet ist, das in Abhängigkeit vom Füllstand im Sekundärbehälter geöffnet oder geschlossen wird.In the DE 32 20 750 an arrangement is described in which an electronically controllable valve is arranged between the reservoir and the capillary secondary fluid container, which is opened or closed depending on the level in the secondary container.

Bei einem Füllfederhalter gemäß der DE 44 19 735 A1 wird die austretende Schreibflüssigkeit durch ein Pumpelement dosiert, welches die Schreibflüssigkeit zur Düse der Schreibspitze drückt. Das Pumpelement wird über einen Druckaufnehmer und eine Mikroschaltung aktiviert, indem bei Aufsetzen der Schreibspitze auf das Papier ein Piezoquarzröhrchen das Start- und Stopp-Signal für die Mikroschaltung gibt, sowie die ermittelte Aufsetzkraft die Pumpfrequenz des Pumpelements bestimmt. Als Flüssigkeitsvorratsbehälter dient eine wechselbare Patrone, die beim Einsetzen beiderseits mit Kanülen durchstoßen wird, wobei im Boden der Patrone eine Trennwand aus semipermeablen Material eingelassen ist, die für Luft durchlässig und für die Tinte undurchlässig ist. Durch die direkte Belüftung der Patrone befindet sich das gesamte System in einem ständigen Druckausgleich mit der Außenluft, so dass gesonderte Kompensationsmaßnahmen für Temperatur- und Luftdruckänderungen entfallen können. Das Pumpelement und die Mikroschaltung werden von einer Batterie mit Strom versorgt. Auf die Aufteilung des Vorratsbehälters in einen Primär- und Sekundärvorratsbehälter wurde verzichtet, da die Mikropumpe die Fördermenge bestimmt. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die Mikropumpe ständig pumpen und damit Energie verbrauchen müsste. Ferner werden der momentane Füllstand der Patrone und die Kompensation des hydrostatischen Druckes durch die Regelung nicht erfasst. Eine Kompensation des unterschiedlichen Saugverhaltes des Papiers ist nicht möglich.In a fountain pen according to the DE 44 19 735 A1 the exiting writing fluid is metered by a pumping element which pushes the writing fluid to the nozzle of the writing tip. The pumping element is activated via a pressure transducer and a microcircuit, in that when the writing tip is placed on the paper, a piezo quartz tube gives the start and stop signal for the microcircuit, and the ascertained contact force determines the pumping frequency of the pumping element. As a liquid reservoir is a removable cartridge which is pierced when inserted on both sides with cannulas, wherein in the bottom of the cartridge, a partition made of semipermeable material is embedded, which is permeable to air and impermeable to the ink. Due to the direct ventilation of the cartridge, the entire system is in a constant pressure equalization with the outside air, so that separate compensation measures for temperature and air pressure changes can be omitted. The pumping element and the microcircuit are powered by a battery. On the division of the reservoir into a primary and secondary reservoir was omitted because the micropump determines the flow rate. However, this device has the disadvantage that the micropump pump constantly and thus would need to consume energy. Further, the current level of the cartridge and the compensation of the hydrostatic pressure are not detected by the control. A compensation of the different Saugverhaltes the paper is not possible.

In der DE 43 28 312 wird eine Anordnung beschrieben, bei der volumenvariable Flüssigkeitsreservoirs sowohl als Primärvorratsbehälter als auch Sekundärflüssigkeitsbehälter verwendet werden. In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, zwischen den beiden Flüssigkeitsbehältern ein elektronisch gesteuertes Ventil zu verwenden, in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im Sekundärflüssigkeitsbehälter geöffnet und geschlossen wird. Der Primärvorratsbehälter steht dabei unter einem Überdruck, sodass bei Öffnung des Ventils Schreibflüssigkeit in den Sekundärflüssigkeitsbehälter strömt und diesen Behälter wieder füllt. Geht man davon aus, dass der Sekundärflüssigkeitsbehälter unter Unterdruck stehen muss, damit die Schreibflüssigkeit nicht über die Federspitze ausläuft, werden die erforderlichen Kräfte wiederum durch den Unterdruck der Kammer, in dem sich der Sekundärflüssigkeitsbehälter befindet bzw. die schwer zu kontrollierenden Kräfte der Elastizität des volumenvariable Flüssigkeitsreservoirs aufgebracht. Damit unterliegen die Druckbedingungen wiederum den Bedingungen der Umgebung wie Temperatur und atmosphärischer Druck, was man gerade vermeiden wollte. Bei einer anderen Ausführungsform in der DE 43 28 312 wird auf einen Sekundärflüssigkeitsbehälter verzichtet und direkt der Druck im Vorratsbehälter geregelt. Damit muss die Regelung während des gesamten Schreibbetriebes aktiv bleiben, um die Druckänderung bei Tintenentnahme auszugleichen. Zudem können keine handelsüblichen Standardpatronen verwendet werden.In the DE 43 28 312 An arrangement is described in which variable volume liquid reservoirs are used both as a primary reservoir and a secondary fluid reservoir. In one embodiment, it is proposed to use an electronically controlled valve between the two liquid containers, is opened and closed depending on the pressure conditions in the secondary liquid container. The primary reservoir is under an overpressure, so that upon opening of the valve writing fluid flows into the secondary fluid reservoir and fills this container again. Assuming that the secondary fluid reservoir must be under negative pressure, so that the writing fluid does not leak through the pen tip, the necessary forces in turn by the negative pressure of the chamber in which the secondary fluid reservoir is located or difficult to control forces of elasticity of the variable volume Liquid reservoir applied. Thus, the pressure conditions are again subject to the conditions of the environment such as temperature and atmospheric pressure, which you just wanted to avoid. In another embodiment in the DE 43 28 312 is dispensed with a secondary fluid reservoir and regulated directly the pressure in the reservoir. This must be the rain remain active during the entire writing operation to compensate for the pressure change during ink extraction. In addition, no standard commercial cartridges can be used.

In der DE 33 21 301 wird ein energetisch verbessertes Tintenversorgungssystem beschrieben, bei der eine Schlauchpumpe die Schreibflüssigkeit vom Vorratsbehälter in einen Sekundär-Flüssigkeitsbehälter drückt, die gleichzeitig als Ventil fungiert.In the DE 33 21 301 is described an energetically improved ink supply system in which a peristaltic pump pushes the writing fluid from the reservoir in a secondary fluid container, which also acts as a valve.

Energetisch wesentlich günstiger ist eine Anordnung nach DE 100 54 599 . Wie bei der DE 44 19 735 beschrieben, wird die Tintenabgabe vom Primär-Flüssigkeitsbehälter an den Sekundärflüssigkeitsbehälter über ein elektronisch steuerbares Ventil beeinflusst. Der Sekundär-Flüssigkeitsbehälter ist, wie bei konventionellen, d.h. elektronisch nicht gesteuerten Schreibgeräten üblich, an einem Abzweig zwischen dem Vorratsbehälter und der Abgabestelle der Schreibflüssigkeit z.B. an einer Schreibfeder angeordnet. Das Steuersignal für das elektronisch gesteuerte Ventil liefert ein Sensor, der den Füllstand des kapillaren Sekundär-Flüssigkeitsbehälters misst. Es ist zu erwarten, dass dieses elektronisch gesteuerte Ventil wesentlich präziser arbeitet, als der kapillare Verschluss der Belüftung des Primär-Flüssigkeitsbehälters, wie er bei konventionellen Schreibgeräten verwendet wird.Energetically much cheaper is an arrangement according to DE 100 54 599 , As with the DE 44 19 735 described, the ink discharge from the primary liquid container is influenced to the secondary liquid container via an electronically controllable valve. The secondary liquid container is, as in conventional, ie not electronically controlled writing instruments usual, arranged at a branch between the reservoir and the delivery point of the writing fluid, for example on a nib. The electronically controlled valve control signal provides a sensor that measures the level of the capillary secondary fluid reservoir. It is expected that this electronically controlled valve will operate much more precisely than the capillary closure of the primary fluid tank vent used in conventional writing instruments.

Nachteilig bei dieser Art der Ventilsteuerung für den Austritt von Schreibflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter ist, dass die Druckverhältnisse im Schreibsystem unterschiedlich sind, je nachdem, ob das Ventil offen oder geschlossen ist bzw. der Sekundärflüssigkeitsbehälter gefüllt oder entleert wird. Auch kann durch diese Anordnung das unterschiedliche Saugverhalten des Papiers nicht kompensiert und eine gewünschte Strichintensität eingestellt werden.adversely in this type of valve control for the discharge of writing fluid from the reservoir is that the pressure conditions in the writing system are different, depending on whether the valve is open or closed or the secondary fluid tank filled or is emptied. Also, by this arrangement, the different Absorbency of the paper is not compensated and set a desired line intensity become.

In der DE 102 12 278.4 wird deshalb ein Flussmesser vorgeschlagen, der den tatsächlichen Fluss der Schreibflüssigkeit zur Schreibspitze misst und mit einem Sollwert vergleicht, der sich aus der Aufsetzkraft der Schreibspitze ergibt. Die Differenz beider Werte liefert ein Steuersignal für eine Mikropumpe. Das Ventil zwischen Vorratsbehälter und Sekundärflüssigkeitsbehälter wird erst dann geöffnet, wenn die Förderleistung der Mikropumpe einen festgelegten Maximalwert überschreitet. Zwischen Tintenvorratsbehälter und Mikropumpe ist zur dynamischen Entkopplung ein kleiner Sekundär-Flüssigkeitsbehälter für Schreibflüssigkeit angeordnet. Diese Anordnung gewährleistet sowohl die Unabhängigkeit des Tintenflusses von dem Öffnungszustand des Ventils zwischen dem Vorratsbehälter und dem Sekundär-Flüssigkeitsbehälter als auch die Einstellbarkeit der Strichstärke je nach Papierqualität. Das individuelle Schriftbild eines Füllfederhalters, dass sich u.a. wegen der sich individuell variierenden Andruckkraft ergibt, bleibt erhalten. Energetisch ist diese Konzeption nicht optimal, da die Mikropumpe im Schreibbetrieb ständig und teilweise mit voller Leistung arbeiten muss. Unabhängig davon wird bei allen bisher dargestellten Lösungen wenig beachtet, dass gerade bei Füllfederhaltern der Gebrauchswert in der Ausbildung eines individuellen Schriftbildes einen sehr wesentlichen Faktor darstellt. Diese Individualität wird aber neben der Aufsetzkraft auch durch die Art der Federführung beeinflusst, also durch Richtung, Geschwindigkeit Beschleunigung und Neigungswinkel. Somit führt eine direkte Proportionalität zwischen Aufsetzkraft und Pumpleistung wie bei der DE 44 19 735 oder, zwar besser, zwischen Aufsetzkraft und Tintenfluss wie bei der DE 102 12 278.4 nicht zu einen optimalen Ergebnis. Hinzu kommt, dass die präzise Bestimmung der Aufsetzkraft und der Messung des tatsächlichen Flusses unter den dynamischen Bedingungen des Schreibens mit Frequenzen bis zu 1 kHz sehr aufwändig ist.In the DE 102 12 278.4 For this reason, a flow meter is proposed which measures the actual flow of the writing fluid to the writing tip and compares it with a target value which results from the application force of the writing tip. The difference between the two values provides a control signal for a micropump. The valve between the storage tank and the secondary liquid tank is only opened when the capacity of the micropump exceeds a specified maximum value. Between the ink reservoir and the micropump a small secondary liquid container for writing fluid is arranged for dynamic decoupling. This arrangement ensures both the independence of the ink flow from the opening state of the valve between the reservoir and the secondary liquid container and the adjustability of the line width depending on the paper quality. The individual typeface of a fountain pen, which results inter alia because of the individually varying contact pressure, is retained. Energetically, this design is not optimal, since the micropump in the write mode constantly and partially must work at full capacity. Regardless, little attention is paid in all solutions shown so far, especially in fountain pens the use value in the formation of an individual typeface represents a very significant factor. However, this individuality is influenced not only by the placement force but also by the type of spring guidance, ie by direction, speed acceleration and angle of inclination. Thus, a direct proportionality between Aufsetzkraft and pump power as in the DE 44 19 735 or, better, between Aufsetzkraft and ink flow as in the DE 102 12 278.4 not to an optimal result. In addition, the precise determination of the placement force and the measurement of the actual flow under the dynamic conditions of writing at frequencies up to 1 kHz is very complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung für eine Flüssigkeit insbesondere Schreibflüssigkeiten mit Kompensation von Luftdruck- und Temperaturänderungen durch elektronische Regelkreise zu schaffen, deren individuelles Schreibverhalten hinsichtlich Aufsetzkraft und Schreibrichtung einem konventionellen, nicht elektronisch gesteuerten Füllfederhalter entspricht, darüber hinaus über Möglichkeiten zur Einstellung der Strichintensität und der Anpassung des Tintenflusses an die jeweilige Papierqualität verfügt und zudem sehr energieeffizient arbeitet.Of the Invention is based on the object, a metering device for a liquid especially writing fluids with compensation of air pressure and temperature changes by electronic Creating control circuits whose individual writing behavior in terms of Aufsetzkraft and writing direction a conventional, not electronic controlled fountain pen moreover, beyond possibilities for adjusting the line intensity and adjusting the ink flow to the respective paper quality has and also very energy efficient.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erster Regelkreis unter Nutzung von unterschiedlichen Kapillarkräften von mindestens zwei Steuerkapillaren und einer Mikropumpe optimale Bedingungen für die Versorgung eines an sich konventionellen Schreibeinsatzes in allen Betriebszuständen gewährleistet und dass ein zweiter Regelkreis bestehend aus einem Ventil mit elektronischer Ansteuerung das Nachfüllen der Steuerkapillaren besorgt. Wahlweise wird ein dritter Regelkreis mit einer zweiten Mikropumpe, einem Flussmesser und einer Tandemkapillare mit abgestuften Querschnitt wirksam.The The object is achieved in that a first loop using different capillary forces of at least two control capillaries and a micropump optimal conditions for the Supplying a conventional writing insert in all operating conditions guaranteed and that a second control circuit consisting of a valve with electronic control the refilling the tax capillaries worried. Optionally, a third control loop with a second micropump, a flowmeter and a tandem capillary effective with stepped cross-section.

Die Erfindung stellt eine weiterführende Verbesserung des Schreibgerätes dar, wie es bereits in der DE 102 12 278 beschrieben wurde.The invention represents a further improvement of the writing instrument, as already in the DE 102 12 278 has been described.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.Of the The idea underlying the invention is described in the following Description with reference to an embodiment, which is shown in the drawings, explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Schema der Kanalstruktur eines konventionellen Füllfederhalters, 1 a schematic of the channel structure of a conventional fountain pen,

2 den Druckverlauf in einer Tintenpatrone, 2 the pressure curve in an ink cartridge,

3 eine Darstellung des Regelsystems eines konventionellen Füllfederhaltes, 3 a representation of the control system of a conventional fountain pen,

4 ein Schema der Kanalstruktur des erfindungsgemäßen Schreibsystems mit Mikropumpe im Hauptkanal, 4 a diagram of the channel structure of the writing system according to the invention with micropump in the main channel,

5 ein Ablaufschema des Regelvorganges, 5 a flow chart of the control process,

6 ein Schema der Kanalstruktur des erfindungsgemäßen Schreibsystems mit Mikropumpe in der Steuerkapillare, 6 a diagram of the channel structure of the micropump writing system according to the invention in the control capillary,

7 ein Schema der Kanalstruktur des erfindungsgemäßen Schreibsystems mit zwei Mikropumpen und einer Tandemkapillare, 7 a schematic of the channel structure of the writing system according to the invention with two micropumps and a tandem capillary,

8 eine Darstellung des Regelsystems des erfindungsgemäßen Füllfederhalters, 8th a representation of the control system of the fountain pen according to the invention,

9 einen Querschnitt durch den Schreibmodul, 9 a cross section through the writing module,

10 ein Layout der Kanalstruktur des Schreibmoduls von der Vorderseite, 10 a layout of the channel structure of the writing module from the front,

11 einen Querschnitt zur Anordnung der hydrophoben Membran, 11 a cross section for the arrangement of the hydrophobic membrane,

12 eine Gesamtdarstellung des Tinten-Schreibgerätes im Längsschnitt, 12 an overall view of the ink writing instrument in longitudinal section,

13 eine Kupplung zwischen Hauptkanal und Tintenleiter; 13 a coupling between main channel and ink conductor;

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst noch einmal auf die Funktionsweise eines herkömmlichen Schreibsystems eingegangen werden. 1 zeigt zunächst das Schema eines konventionellen Füllfederhalters, wie er seit mindestens 100 Jahren bekannt ist. Beim Aufsetzen der Schreibfeder 62 auf die Oberfläche des Papiers 12 wird die Schreibflüssigkeit aus dem Kapillarsystem des Sekundär-Flüssigkeitsbehälters 6 entgegen der in diesem Behälter wirkenden Kapillarkraft durch die Saugkraft des Papiers, die durch die Papierkapillarität 11 entsteht, herausgezogen. Der Vorgang wird durch Überwinden einer Kapillarunterbrechung an der Schreibfeder 62 beim Aufsetzen auf die Papieroberfläche 12 in Gang gesetzt und durch den hydrostatischen Druck im Hauptkanal 8 unterstützt. Die Schreibfeder 62 ist bekanntermaßen geteilt und besitzt einen Anschliff für kratzfreies Schreiben individuell für Rechts- oder Linkshänder. Wirkt eine Aufsetzkraft, teilt sich die Schreibfeder 62, der Tintenfluss wird gespreizt und auf mehrere Papierkapillaren 11 verteilt. Im Ergebnis erhöht sich die Linienbreite und es entsteht das für einen Füllfederhalter charakteristische individuelle Schriftbild. Der Vorgang der Entnahme von Schreibflüssigkeit 2 aus dem Sekundär-Tintenbehälter 6 setzt sich solange fort, bis dieser Behälter weitgehend entleert ist. Weiteres Schreiben erzeugt einen Unterdruck im Hauptkanal 8, da bedingt durch die Oberflächenspannung der Schreibflüssigkeit 2 und den sich an Kanalverengungen 13 ausbildenden Menisken keine Luft durch den Sekundär-Flüssigkeitsbehälter 6 hindurch in den Hauptkanal 8 hineingezogen werden kann. Der entstehende Unterdruck setzt sich durch den Hauptkanal 8 in den Vorratsbehälter 1 fort und bewirkt eine Erhöhung des Unterdrucks des Luftvolumens 3.For a better understanding of the invention will first be discussed once again on the operation of a conventional writing system. 1 first shows the scheme of a conventional fountain pen, as it has been known for at least 100 years. When placing the quill pen 62 on the surface of the paper 12 becomes the writing fluid from the capillary system of the secondary fluid container 6 contrary to the capillary force acting in this container due to the suction force of the paper caused by the paper capillarity 11 arises, pulled out. The process is accomplished by overcoming a capillary break on the nib 62 when placed on the paper surface 12 set in motion and by the hydrostatic pressure in the main channel 8th supported. The quill pen 62 is known to be divided and has a bevel for scratch-free writing individually for right or left-handed. Acts a Aufsetzkraft, shares the pen 62 , the ink flow is spread and onto several paper capillaries 11 distributed. As a result, the line width increases and there is the characteristic of a fountain pen individual typeface. The process of taking writing fluid 2 from the secondary ink tank 6 continues until this container is largely emptied. Further writing creates a negative pressure in the main channel 8th because of the surface tension of the writing fluid 2 and at channel constrictions 13 forming menisci no air through the secondary liquid container 6 through the main channel 8th can be drawn in. The resulting negative pressure continues through the main channel 8th in the reservoir 1 and causes an increase in the negative pressure of the air volume 3 ,

Das Belüftungsventil 4, das häufig als kurzer Kanal ausgeführt wird, ist durch einen Flüssigkeitsmeniskus verschlossen. Übersteigt der Unterdruck im Luftvolumen 3 ein bestimmtes Maß, reißt der Meniskus auf und eine Luftblase dringt in den Vorratsbehälter 1 ein, was zu einer Reduzierung des Unterdrucks im Luftvolumen 3 führt. Dadurch strömt, unterstützt durch die Kapillarkräfte, Schreibflüssigkeit 2 durch den Hauptkanal 8 in den Kammern des Sekundär-Flüssigkeitsbehälter 6 bis dieser Prozess durch die Kapillarbegrenzung 7 unterbrochen wird. Der Unterdruck im gesamten System, insbesondere auch im Vorratsbehälter 1 reduziert sich, bis sich wieder ein Flüssigkeitsmeniskus am Belüftungsventil 4 ausbildet und den weiteren Lufteintritt verhindert. 2 verdeutlicht den Druckverlauf des Luftvolumens 3 im Vorratsbehälter 1. Nach einem kontinuierlichen Aufbau des Unterdruckes tritt eine sprungförmige Reduzierung des Unterdruckes beim Eintritt einer Luftblase durch das Belüftungsventil 4 ein. Mit wachsender Entleerung des Vorratsbehälters 1 werden die Zeitintervalle von Sprung zu Sprung länger. Dieses vollständig aus mechanischen und fluidischen Funktionselementen ohne elektronische Hilfsmittel aufgebaute Schreibsystem funktioniert millionenfach in der Praxis bewährt mit bestimmten Ausnahmen. So führen Verringerungen des Luftdruckes bzw. Temperaturerhöhungen zu einer Verringerung des Unterdruckes im Luftvolumen 3, was zu einem Austreiben von Schreibflüssigkeit 2 aus dem Vorratsbehälter 1 führt, ohne das eigentlich ein Bedarf des Schreibsystems besteht. Überschüssige Schreibflüssigkeit 2 kann zwar durch das Kapillarsystem im Sekundär-Flüssigkeitsbehälter 6 und im Schreibeinsatz 60 (siehe 12) mit Schreibfeder 9 in bestimmten Umfang aufgenommen werden, eine unerwünschte Abgabe von Schreibflüssigkeit 2 insbesondere nach dem Aufsetzen der Schreibfeder 9 auf die Papieroberfläche 12 kann aber nicht vollständig vermieden werden. Weiterhin wirkt der Verlauf des Unterdrucks im Vorratsbehälter 1 mit wachsender Entleerung, wie er in 2 dargestellt wird, als Störfunktion mit Druckschwankungen in der Größenordnung von 500 Pascal innerhalb eines ansonsten sorgfältig abgestimmten Kapillarsystems. Entsprechend schwankt die Abgabe von Schreibflüssigkeit 2 an die Schreibfederspitze 61 und ändert sich die Schreibintensität als Verhältnis der abgegebenen Menge von Schreibflüssigkeit 2 im Verhältnis zur Aufsetzkraft F_s der Schreibfederspitze 61.The ventilation valve 4 , which is often run as a short channel, is closed by a liquid meniscus. Exceeds the negative pressure in the air volume 3 a certain amount, the meniscus ruptures and a bubble of air penetrates into the reservoir 1 which leads to a reduction of the negative pressure in the air volume 3 leads. As a result, writing fluid flows, supported by the capillary forces 2 through the main channel 8th in the chambers of the secondary liquid container 6 until this process through capillary limitation 7 is interrupted. The negative pressure in the entire system, especially in the reservoir 1 reduces until again a fluid meniscus at the vent valve 4 trains and prevents the further air inlet. 2 illustrates the pressure curve of the air volume 3 in the storage container 1 , After a continuous build-up of the negative pressure, a sudden reduction in the negative pressure occurs when an air bubble enters through the ventilation valve 4 one. With increasing emptying of the reservoir 1 The time intervals from jump to jump are longer. This writing system, which is built entirely from mechanical and fluidic functional elements without electronic aids, works millions of times in practice, with certain exceptions. Reductions in air pressure and temperature increases, for example, reduce the negative pressure in the air volume 3 , causing a spewing out of writing fluid 2 from the reservoir 1 leads, without actually a need of the writing system exists. Excess writing fluid 2 Although through the capillary system in the secondary fluid container 6 and in writing 60 (please refer 12 ) with pen 9 be absorbed to a certain extent, an undesirable release of writing fluid 2 especially after placing the nib 9 on the paper surface 12 but can not be completely avoided. Furthermore, the course of the negative pressure acts in the reservoir 1 with increasing emptying, as in 2 as a perturbation function with pressure fluctuations of the order of 500 Pascals within an otherwise carefully tuned capillary system. Accordingly, the delivery of writing fluid varies 2 to the pen tip 61 and the writing intensity changes as a ratio of the discharged amount of writing liquid 2 in relation to the contact force F _{s of} the nib tip 61 ,

Die Funktionsweise des herkömmlichen Schreibsystems kann anhand einer elektrischen Analogie entsprechend 3 dargestellt werden. Der hydrostatische Druck P_p im Vorratsbehälter 1 repräsentiert in der elektrischen Analogie eine elektro-motorischen Kraft (EMK), die bei geschlossenen Belüftungsventil 4 durch den Unterdruck P_L des Luftvolumens vollständig kompensiert wird. Diese beiden Spannungen ändern sich je nach Füllungsgrad des Vorratsbehälters 1 und Gebrauchslage des Schreibgerätes. Bricht der Meniskus im Belüftungsventil 4 durch, wirkt der hydrostatische Druck P_p und es fließt ein Strom I_L in den Kondensator C_T. Der Schalter S_V steht für das Belüftungsventil 4. Der kapillare Sekundär-Flüssigkeitsbehälter 6 wird als Kondensator C_T dargestellt, der Ladung aufnimmt und bedingt durch seine Ladespannung auch wieder Ladung als Stromfluss über die Zeit abgeben kann. in Serienschaltung befindet sich eine EMK E_Z, die die Kapillarkraft des Sekundär-Flüssigkeitsbehälters 6 symbolisiert.The operation of the conventional writing system can be based on an electrical analogy accordingly 3 being represented. The hydrostatic pressure P _p in the reservoir 1 represents in the electrical analogy an electro-motoric force (EMF), which is closed when venting 4 is completely compensated by the negative pressure P _{L of} the air volume. These two voltages change depending on the degree of filling of the reservoir 1 and position of use of the writing instrument. Breaks the meniscus in the vent valve 4 through, the hydrostatic pressure P _p acts and a current I _{L flows} into the capacitor C _T. The switch S _V stands for the ventilation valve 4 , The capillary secondary fluid container 6 is represented as a capacitor C _T , which receives charge and due to its charging voltage again charge as current flow over time can deliver. in series there is an EMF E _Z , which is the capillary force of the secondary liquid container 6 symbolizes.

Eine andere EMK mit der Spannung E_p stellt das Saugverhalten des Papiers dar. Auch diese Spannung ist veränderlich und von den jeweiligen Papiereigenschaften abhängig. Der Schalter S_U symbolisiert das Aufsetzen der Schreibfeder 62 auf das Papier 12 und den damit eintretenden Fluss I_S der Schreibflüssigkeit 2. Im Fluss I_S sind verschiedene Widerstände R_s, R_T und R_V angeordnet, die für die Strömungswiderstände der einzelnen Funktionselemente und Verbindungskanäle stehen. Der Widerstand R_s repräsentiert einen variablen Widerstand, dessen Größe von der wirkenden Aufsetzkraft P_s abhängig ist.Another EMF with the voltage E _p represents the suction behavior of the paper. This tension also varies and depends on the respective paper properties. The switch S _U symbolizes the placement of the nib 62 on the paper 12 and the incoming flow I _{S of} the writing fluid 2 , In the flow I _S various resistors R _s , R _T and R _V are arranged, which stand for the flow resistance of the individual functional elements and connecting channels. The resistor R _s represents a variable resistor whose magnitude depends on the acting contact force P _s .

Das Schreibverhalten eines Schreibgerätes als Wechselwirkung zwischen individuell unterschiedlicher Aufsetzkraft und Schreibrichtung wird nun entscheidend durch die Gestaltung der Schreibspitze beeinflusst. Bekannt sind zum Beispiel Flügelfedern, die sich durch ein besonderes Schwingverhalten der Seitenflügel, einem speziellen Innenschliff, der ein leichtes Überspringen der Tinte beim Berühren der Papieroberfläche ermöglicht, sowie bestimmte Materialeigenschaften auszeichnen. Geht man davon aus, dass es sich bei der Gestaltung der Schreibspitze und deren Verhalten beim Schreiben um gewünschte Eigenschaften handelt, die zur Ausbildung eines persönlichen Charakters des Schriftbildes sich im Verlaufe der Entwicklung ausgeprägt haben, sollte ein elektronisch gesteuertes Schreibgerät diesen persönlichen Charakter respektieren und unterstützen.The Write behavior of a writing instrument as an interaction between individually different placement force and writing direction will now decisively influenced by the design of the writing tip. For example, wing feathers are known, characterized by a special vibration behavior of the side wings, a special inner cut, which makes it easy to skip the ink Touch the paper surface allows as well as certain material properties. If you go from it that it is in the design of the writing tip and its Behavior when writing to desired Properties that contribute to the formation of a personal Character of the typeface have developed in the course of development, should an electronically controlled writing instrument this personal Respect and support character.

Der Grundgedanke der Erfindung geht davon aus, dass der Schreibspitze unter allen Betriebsbedingungen, die durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen, Öffnen und Schließen von Ventilen gekennzeichnet sind, optimale Betriebsbedingungen mit elektronischen Mitteln gesichert werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Betriebszustände betrachtet:

A) Schreiben bei geschlossenem Belüftungsventil
B) Schreiben bei offenem Belüftungsventil
C) Ruhezustand

The basic idea of the invention is based on the fact that under all operating conditions, which are characterized by different environmental conditions, opening and closing of valves, the writing tip is secured by electronic means with optimum operating conditions. For this purpose different operating conditions are considered:

A) Write with closed vent valve
B) Write with open vent valve
C) idle state

Im Betriebszustand A werden optimale Verhältnisse bezogen auf den Schreibeinsatz 60, bestehend aus Schreibfeder 62 mit Schreibfederspitze 61, Tintenleiter 9 und Halterung 69 dann erreicht, wenn eine konstante Gegenkraft E_Z z.B. durch eine Kapillare mit konstantem Querschnitt auf die Schreibflüssigkeit wirkt, die im Sekundär-Flüssigkeitsbehälter gespeichert ist. Diese Bedingung ist bei einem konventionellen Füllfederhalter übrigens bereits weitgehend erfüllt. Diese Gegenkraft, repräsentiert durch die EMK E_Z in 3 kann am Punkt N durch einen Spannungs- bzw. Druckmesser als Wert P_N gemessen werden. Der für das Schriftbild optimale Betriebsdruck für den Schreibeinsatz am Punkt N soll mit P_Nsoll bezeichnet werden. Aus dem Schema ist ersichtlich, dass die individuelle Modulation des Tintenflusses I_S unter anderem vom Verhältnis der Widerstände R_s, R_T und R_V beeinflusst werden kann. Daraus ergeben sich zwei Möglichkeiten der der praktischen Einstellung eines Schriftbildes. Einmal kann durch Wahl des Durchmessers der Kapillaren im Sekundär-Flüssigkeitsbehälters der Durchschnittswert des Flusses I_S beeinflusst werden. Zum anderen kann durch Dimensionierung des Widerstandes R_T im Verhältnis zum Mittelwert des Widerstandes R_S die Dynamik der individuellen Modulation des Tintenflusses I_S verändert werden.In operating state A, optimal conditions relative to the writing operation 60 , consisting of pen 62 with pen tip 61 , Ink conductor 9 and bracket 69 achieved when a constant counterforce E _Z acts, for example, by a capillary with a constant cross section on the writing fluid, which is stored in the secondary fluid container. Incidentally, this condition is already largely met in a conventional fountain pen. This counterforce, represented by the EMK E _Z in 3 can be measured at point N by a voltage or pressure gauge as the value P _N. The optimum operating pressure for the writing _insert at point N should be designated as P _Nset . It can be seen from the scheme that the individual modulation of the ink flow I _{S can be influenced} inter alia by the ratio of the resistances R _s , R _T and R _V. This results in two possibilities of the practical setting of a typeface. Once, by choosing the diameter of the capillaries in the secondary liquid container, the average value of the flow I _S can be influenced. On the other hand, by dimensioning the resistance R _T in relation to the mean value of the resistance R _S, the dynamics of the individual modulation of the ink flow I _{S can be} changed.

In 4 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie mit Hilfe von einer Steuerkapillare 14 und einer Kompensationskapillare 17 in Kombination mit einer Mikropumpe 30 des Druckes am Punkt N während der Betriebszustände A und B auf den für optimales Schreiben optimalen Wert P_Nsoll geregelt werden kann.In 4 a possibility is shown, as with the help of a control capillary 14 and a compensation capillary 17 in combination with a micropump 30 of the pressure at point N during operating conditions A and B can be controlled to the optimal writing optimum value P _Nsetpoint .

Eine solche Steuerkapillare 14 oder Kompensationskapillare 17 besteht aus einer Kapillare, die an einem Ende mit einer Kapillarfalle 16 bzw. 19, am anderen Ende mit einer luftdurchlässigen Membran 15 bzw. 18 oder mit einer weiteren Kapillarfalle abgeschlossen ist. Die luftdurchlässige Membran 15 bzw. 18 ist für Flüssigkeiten undurchlässig und kann beispielsweise aus hydrophob beschichtetem Gewebe hergestellt werden.Such a control capillary 14 or compensation capillary 17 consists of a capillary, which at one end with a capillary trap 16 respectively. 19 , at the other end with an air-permeable membrane 15 respectively. 18 or completed with another capillary trap. The air-permeable membrane 15 respectively. 18 is impermeable to liquids and can be made, for example, of hydrophobic coated fabric be made.

Im Betriebszustand A befindet sich der Meniskus 21 in der Steuerkapillare 14 zwischen den beiden möglichen Endstellungen. Die Kapillare 14 hat eine Kapillarkraft E_z, die in Wechselwirkung mit der Saugkraft des Papiers E_P und den festen Widerständen R_F und R_T sowie dem variablen Widerstand R_s ein optimales Schriftbild eines Füllfederhalters erzeugt. Durch Wahl des Querschnittes der Steuerkapillare 14 kann dabei in bestimmten Umfang die Intensität des Schriftbildes durch Änderung des mittleren Flusses I_S bestimmt werden. Mit wachsender Dauer des Schreibvorganges entleert sich der Kapillarabschnitt 22 und der Meniskus 21 bewegt sich in Richtung der Kapillarfalle 16. Der nun einsetzende Regelvorgang soll anhand von 4 und 5 erläutert werden.In operating state A is the meniscus 21 in the control capillary 14 between the two possible end positions. The capillary 14 has a capillary force E _z , which generates in interaction with the suction force of the paper E _P and the fixed resistors R _F and R _T and the variable resistor R _s an optimal typeface of a fountain pen. By selecting the cross section of the control capillary 14 can be determined to a certain extent the intensity of the typeface by changing the average flow I _S. With increasing duration of the writing process, the capillary section is emptied 22 and the meniscus 21 moves in the direction of the capillary trap 16 , The now starting control process should be based on 4 and 5 be explained.

Berührt der Meniskus die Kapillarfalle 16, so wird weitere Schreibflüssigkeit 2 aus der dünneren Kompensationskapillare 17 entnommen. Der durch den Druckmesser 31 gemessene Unterdruck steigt entsprechend der größeren Kapillarkraft der Kompensationssteuerkapillare 17 kurzzeitig an, die Mikropumpe 30 springt im Pumpenregelkreis an, um den Unterdruck auf den Sollwert P_Nsoll zu regeln. In der Folge wird im Betriebszustand B das Mikroventil 32 geöffnet und Schreibflüssigkeit 2 strömt nach. Damit verringert sich der vom Druckmesser 31 gemessene Unterdruck P_N kurzzeitig unter den Sollwert P_Nsoll. Die Mikropumpe 30 schaltet die Pumprichtung um und erzeugt einen Druck P_D entgegen der Flussrichtung der Schreibflüssigkeit 2, sodass der Istwert P_N wieder dem Sollwert P_Nsoll entspricht. Der Tintenfluss I_L, der aus dem Vorratsbehälter 1 durch das Mikroventil 32 durch den Hauptkanal 8 fließt, teilt sich in einen Fluss in die Kompensationskapillare 17 und in die Steuerkapillare 15 hinein sowie in einen Fluss I_S in Richtung Federspitze 9 auf. Der sich einstellende Gegendruck P_D der Mikropumpe erreicht ein Maximum, wenn sowohl die Steuerkapillare 14 als auch die Kompensationskapillare 17 gefüllt sind und die Saugwirkung beider Kapillaren entfällt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt der volle hydrostatische Druck P_P der Schreibflüssigkeit 2 im Vorratsbehälter 1. Die Stabilisierung des Gegendruckes P_D auf einen stationären Wert bewirkt das Schließen des Mikroventils 32. Das Schreibsystem kehrt wiederum in den Betriebszustand A zurück, in welchem eine Pumpwirkung der Mikropumpe 30 nicht erforderlich ist. Das entsprechende Ersatzschaltbild ist in 8 dargestellt.The meniscus touches the capillary trap 16 , so will more writing fluid 2 from the thinner compensation capillary 17 taken. The by the pressure gauge 31 measured negative pressure increases according to the larger capillary force of the compensation control capillary 17 briefly, the micropump 30 jumps in the pump _{control loop} to regulate the vacuum to the setpoint P _Nsoll . As a result, in the operating state B, the microvalve 32 opened and writing fluid 2 flows after. This reduces the pressure of the pressure gauge 31 measured negative pressure P _N short time below the target value P _Nsoll. The micropump 30 switches the pumping direction and generates a pressure P _D against the flow direction of the writing fluid 2 so that the actual value P _N again corresponds to the setpoint P _Nsoll . The ink flow I _L coming out of the reservoir 1 through the microvalve 32 through the main channel 8th flows, divides into a flow into the compensation capillary 17 and into the control capillary 15 into and into a river I _S towards the tip of the pen 9 on. The self-adjusting back pressure P _{D of} the micropump reaches a maximum when both the control capillary 14 as well as the compensation capillary 17 are filled and eliminates the suction of both capillaries. At this time, the full hydrostatic pressure P _{P of} the writing fluid acts 2 in the storage container 1 , The stabilization of the back pressure P _D to a stationary value causes the closing of the microvalve 32 , The writing system in turn returns to the operating state A, in which a pumping action of the micropump 30 is not required. The corresponding equivalent circuit diagram is in 8th shown.

Einen alternativen Aufbau, bei dem die Mikropumpe 30 sowie die Steuerkapillare 14 und die Kompensationskapillare 17 in einer Tandemkapillare 20 sequentiell angeordnet sind, zeigt 6. Der Meniskus 21 befindet sich im Betriebszustand A im Kapillarabschnitt 25 der Tandemkapillare 20. Wird der Meniskus 21 in den Kanalabschnitt 24 gezogen, öffnet sich das Mikroventil 32 und Schreibflüssigkeit 2 strömt nach. Die Mikropumpe 30 übernimmt wiederum die Stabilisierung des Druckes P_N, der mit dem Druckmesser 31 gemessen wird, auf einen Sollwert P_Nsoll. Durch die Anordnung der Mikropumpe 30 wird die Füllung der Tandemkapillare 20 unterstützt. Die sich ändernden Druckverhältnisse, wenn der Meniskus 21 den Kanalabschnitt 27 der Tandemkapillare 20 erreicht, führen zum Schließen des Mikroventils 32 und Deaktivierung der Mikropumpe 30.An alternative construction in which the micropump 30 and the control capillary 14 and the compensation capillary 17 in a tandem capillary 20 are sequentially arranged, shows 6 , The meniscus 21 is in operating state A in the capillary section 25 the tandem capillary 20 , Will the meniscus 21 in the canal section 24 pulled, the microvalve opens 32 and writing fluid 2 flows after. The micropump 30 in turn takes over the stabilization of the pressure P _N , which with the pressure gauge 31 is measured to a setpoint P _Nsetpoint . By the arrangement of the micropump 30 becomes the filling of the tandem capillary 20 supported. The changing pressure conditions when the meniscus 21 the channel section 27 the tandem capillary 20 reached, lead to the closing of the microvalve 32 and deactivation of the micropump 30 ,

Eine weitere Anordnung der Erfindung ist in 7 dargestellt. Auch hier sind in einer Tandemkapillare 20 die einzelnen Steuerkapillaren in Form verschiedener Kapillarabschnitte 24 bis 27 sequentiell hintereinander angeordnet. Die Besonderheit besteht darin, dass im Betriebszustand A zwei Kapillarabschnitte 25 und 26 zur Verfügung stehen, die einen unterschiedlichen Querschnitt und damit eine unterschiedliche Kapillarkraft besitzen. Damit können ohne Zuhilfenahme einer Mikropumpe unterschiedliche Intensitäten des Flusses I_S der Schreibflüssigkeit eingestellt werden, je nachdem, im welchen Kanalabschnitt 25 oder 26 sich der Meniskus befindet. Das Öffnen des Mikroventils 32 und die Aktivierung der Mikropumpe 33 werden ausgelöst, wenn der Meniskus 21 einen Kanalabschnitt verlässt und in den nächsten Kanalabschnitt hineingezogen wird. Eine weitere Mikropumpe 34 kann dazu benutzt werden, um eine schnelle Umschaltung der Intensität der Schreiblinie von hoher Intensität zu niedriger Intensität zu erreichen. Beide Mikropumpen 30 und 34 werden aktiviert, um den Kanalabschnitt 26 schnell auszupumpen und überschüssige Schreibflüssigkeit 2 wieder in den Vorratsbehälter 1 zurückzupumpen. Mit Hilfe eines Flussmessers 33 ist es möglich, den mittleren Fluss I_S zu messen und auf den Messwert durch Umschalten auf einen anderen Kanalabschnitt 25 oder 26 zu reagieren. Die Darstellung von zwei Kanalabschnitten 25 und 26 ist dabei nur als Beispiel anzusehen. Prinzipiell sind auch mehr als zwei Kanalabschnitte denkbar, bei denen sich der Meniskus 21 im Betriebszustand befindet. Überhaupt ist eine Anordnung mit zwei Mikropumpen 30 und 34 dann sinnvoll, wenn zusätzlich auch der Leckfluss des Mikroventils 32 kompensiert werden soll.Another arrangement of the invention is in 7 shown. Again, in a tandem capillary 20 the individual control capillaries in the form of different capillary sections 24 to 27 arranged sequentially one behind the other. The special feature is that in operating state A two Kapillarabschnitte 25 and 26 are available, which have a different cross section and thus a different capillary force. Thus, without the aid of a micropump, different intensities of the flow I _{S of} the writing fluid can be set, depending on which channel section 25 or 26 the meniscus is located. Opening the microvalve 32 and the activation of the micropump 33 are triggered when the meniscus 21 leaves a channel section and is drawn into the next channel section. Another micropump 34 can be used to quickly switch the intensity of the writing line from high intensity to low intensity. Both micropumps 30 and 34 are activated to the channel section 26 quickly pump out and excess writing fluid 2 back into the reservoir 1 pump back. With the help of a flow meter 33 it is possible to measure the average flow I _S and on the measured value by switching to another channel section 25 or 26 to react. The representation of two channel sections 25 and 26 is only an example. In principle, more than two channel sections are conceivable in which the meniscus 21 in the operating state. In fact, there is an arrangement with two micropumps 30 and 34 then makes sense, if in addition also the leakage flow of the microvalve 32 should be compensated.

Der Gesamtaufbau des Schreibmoduls ist in 9 bis 11 dargestellt. 9 zeigt einen Schnitt. Die Nadel 49 kontaktiert den Vorratsbehälter 1, der in Form einer Patrone ausgeführt ist. Die Schreibflüssigkeit 2 gelangt in die Ventilkammer 45 und von dort aus in den Düsenkanal 54. Die Einlassöffnung 47 kann durch einen Ventilstößel 53 verschlossen werden. Der Ventilstößel 53 selbst wird von einem Ventilantrieb 42 bewegt, der z.B. als Magnet- oder Piezoantrieb ausgeführt ist. Nach dem Düsenkanal 54 schließt sich die Pumpkammer 59 an, die wiederum mit der Druckmesskammer 56 über den Verbindungskanal 38 in Verbindung steht. An die Druckmesskammer 56 ist über den Druckausgleichskanal 55 der Drucksensor 44 fluidisch gekoppelt. Die Schreibflüssigkeit 2 fließt dann über den Fluidikadapter 48 in die Kanüle 50, der mit dem Schreibeinsatz 60 fluidisch gekoppelt ist. Der gesamte in 4, 6 und 7 beschriebene Hauptkanal 8 besteht in dem beschriebenen beispielhaften Aufbau aus der Nadel 49, der Einlassöffnung 47, der Ventilkammer 45, dem Düsenkanal 54, der Pumpkammer 59, dem Verbindungskanal 38, der Druckmesskammer 56, dem Fluidikadapter 48 und der Kanüle 50.The overall structure of the writing module is in 9 to 11 shown. 9 shows a cut. The needle 49 contacts the storage tank 1 , which is in the form of a cartridge. The writing fluid 2 enters the valve chamber 45 and from there into the nozzle channel 54 , The inlet opening 47 can through a valve lifter 53 be closed. The valve lifter 53 itself is powered by a valve actuator 42 moves, which is designed as a magnetic or piezo drive, for example. After the nozzle channel 54 closes the pumping chamber 59 in turn, with the pressure measuring chamber 56 over the connection channel 38 communicates. To the Pressure measuring chamber 56 is via the pressure equalization channel 55 the pressure sensor 44 fluidly coupled. The writing fluid 2 then flows over the fluidic adapter 48 into the cannula 50 that with the writing insert 60 is fluidically coupled. The whole in 4 . 6 and 7 described main channel 8th In the described exemplary construction, it consists of the needle 49 , the inlet opening 47 , the valve chamber 45 , the nozzle channel 54 , the pumping chamber 59 , the connection channel 38 , the pressure measuring chamber 56 , the fluidic adapter 48 and the cannula 50 ,

Die komplette Fluidikstruktur auf dem Kanalkörper 40 wird durch eine Deckmembran 39 aus LTCC-Keramik (Low-Temperature Cofirung Ceramic) abgedeckt, die mit dem Elektronikträger 41, der ebenfalls aus LTCC-Keramik besteht, mit Hilfe eines Sinterverfahrens verbunden ist. Die Deckmembran 39 dient gleichzeitig als Träger der Piezoplatte 43. Deckmembran 39 und Piezoplatte 43 bilden zusammen einen Bimorph, das heißt, wird die Piezoplatte mit einer Spannung beaufschlagt, verformt sich der Bimorph und bewirkt einen Druck auf die Pumpkammer 59. Die Volumenverdrängung hängt von der an die Pole der Piezoplatte 43 angelegten Impulsform und Größe ab.The complete fluidic structure on the channel body 40 is through a cover membrane 39 made of LTCC (Low-Temperature Cofirung Ceramic) ceramic covered with the electronics carrier 41 , which is also made of LTCC ceramic, connected by means of a sintering process. The cover membrane 39 serves as a carrier of the piezo plate at the same time 43 , covering membrane 39 and piezo plate 43 together form a bimorph, that is, when the piezo plate is subjected to a voltage, deforms the bimorph and causes a pressure on the pumping chamber 59 , The volume displacement depends on the pole of the piezo plate 43 applied pulse shape and size.

Der Kanalkörper 40 selbst wird beispielsweise aus Glas hergestellt, das ätztechnisch bearbeitet wurde.The channel body 40 itself, for example, is made of glass which has been etched by etching.

In der Draufsicht auf den Kanalkörper entsprechend der Schnittlinie A-A von 9 ist in 10 die Position der Kompensationskapillare 17 und der Steuerkapillare 14 ersichtlich. Beide Kapillaren beginnen in der Ventilkammer 45, werden mit den Kapillarfallen 16 und 19 gegen Lufteintritt in die Ventilkammer 45 geschützt und enden in Endkammern 35 bzw. 36, die mit einer hydrophoben Membran 57 abgedeckt sind.In the plan view of the channel body according to the section line AA of 9 is in 10 the position of the compensation capillary 17 and the control capillary 14 seen. Both capillaries begin in the valve chamber 45 , be with the capillaries 16 and 19 against air entry into the valve chamber 45 protected and end in end chambers 35 respectively. 36 that with a hydrophobic membrane 57 are covered.

In 11 ist durch einen Schnitt des Schreibmoduls 70 dargestellt, wie die hydrophobe Membran 57 zwischen Leiterplatte 52, Elektronikträger 41 und dem Kanalkörper 40 befestigt wird.In 11 is through a section of the writing module 70 shown as the hydrophobic membrane 57 between circuit board 52 , Electronics carrier 41 and the channel body 40 is attached.

12 zeigt einen Querschnitt durch das Schreibgerät mit Schreibeinsatz 60 im Vorderteil des Gehäuseunterteils 73. Der Schreibeinsatz 60 ist in seiner Ausführung einem konventionellen Füllfederhalter nachgebildet und besteht aus der Schreibfeder 62 mit der Schreibfederspitze 61, einer Schreibfederhalterung 69 mit integrierten Tintenleiter 9 als Verlängerung des Hauptkanals 8 und ist über die Kupplung 63 mit der Kanüle 50 des Schreibmoduls 70 verbunden Im Gehäuseoberteil 72 befinden sich als Vorratsbehälter 1 eine Tintenpatrone sowie ein Batteriefach zur Aufnahme der Batterie 71. Das Batteriefach ist durch eine Abdeckung 74 verschlossen. Der als Tintenpatrone ausgeführte Vorratsbehälter 1 ist mit einem Verschlussstopfen 75 verschlossen, der beim Einsetzen in das Schreibgerät mit einer Nadel 49 durchstoßen wird. Die Nadel 49 ist im Schreibmodul 70 wie in 9 dargestellt, befestigt und enthält alle fluidischen Funktionselemente wie Mikropumpen, Speicher und Ventile. Aus dem Schreibmodul 70 gelangt die Schreibflüssigkeit 2 über eine Kanüle 50 und einer elastischen Kupplung 63 zum Schreibeinsatz 60 konventioneller Bauart. Eine oder mehrere LED's 65 signalisieren den Betriebszustand des Gerätes. Seitlich am Gehäuseunterteil 73 angebracht befindet sich ein Touch-Kontakt 66, der der Steuerung signalisiert, dass ein Schreibprozess bevorsteht. Dieses Bedienelement 66 kann mit der Öffnung der Abdeckkappe 76 kombiniert werden, so dass nach längerem Liegenlassen des Schreibgerätes mit entfernter Abdeckkappe 76 zunächst durch die Mikropumpe 30 eine geringe Menge von Schreibflüssigkeit 2 an den Schreibeinsatz 60 gefördert wird, um eventuelle Kapillarunterbrechungen im Tintenkanal 62 zu überbrücken und ein sofortiges Anschreiben zu ermöglichen. 12 shows a cross section through the writing instrument with writing insert 60 in the front part of the housing base 73 , The writing insert 60 is modeled in its execution a conventional fountain pen and consists of the nib 62 with the pen tip 61 , a nib pen holder 69 with integrated ink conductor 9 as an extension of the main canal 8th and is about the clutch 63 with the cannula 50 of the writing module 70 connected in the upper part of the housing 72 are located as a reservoir 1 an ink cartridge and a battery compartment to hold the battery 71 , The battery compartment is covered by a cover 74 locked. The storage container designed as an ink cartridge 1 is with a stopper 75 closed, which when inserted into the writing instrument with a needle 49 is pierced. The needle 49 is in the writing module 70 as in 9 shown, attached and contains all fluidic functional elements such as micropumps, storage and valves. From the writing module 70 the writing fluid gets 2 via a cannula 50 and an elastic coupling 63 to the writing insert 60 conventional design. One or more LEDs 65 signal the operating status of the device. Laterally on the housing base 73 attached there is a touch contact 66 which signals to the controller that a writing process is imminent. This control 66 can with the opening of the cap 76 be combined so that after prolonged leaving the writing instrument with removed cap 76 first through the micropump 30 a small amount of writing fluid 2 to the writing insert 60 is promoted to any capillary interruptions in the ink channel 62 to bridge and to provide an immediate cover letter.

Das Verfahren zur Steuerung des Tintenflusses an einer Schreibfederspitze 61 eines Tintenschreibgerätes ist gekennzeichnet durch Einstellung eines konstanten Betriebsdruckes P_N am Eingang des Schreibeinsatzes 60 durch einen Regelkreis mit Vergleich des IST-Druckes mit einem SOLL-Betriebsdruck P_Nsoll, wobei die Druckdifferenz mittels einer bidirektionalen arbeitenden Mikropumpe 30 ausgeregelt wird. Der Sollwert des Betriebsdruckes P_Nsoll für den Schreibeinsatz 60 ist so bemessen, dass bei einem üblichen Schreibeinsatz 60 mit konventioneller Schreibfeder 62 ein für einen Füllfederhalter charakteristischer Linienzug in Abhängigkeit von Aufsetzkraft und Schreibrichtung ergibt. Die Kapillarkraft in der Steuerkapillare 14, 17 zur Kompensation der Saugkraft des Papiers und des hydrostatischen Druckes wird dabei so bemessen, dass sich bei geschlossenem Mikroventil 32 der SOLL-Betriebsdruck für den Schreibeinsatz 60 einstellt, ohne dass eine Pumpwirkung der Mikropumpe 30 erforderlich ist. Die Mikropumpe 30 wird vorteilhaft nur wirksam, wenn beim Öffnen des Mikroventils 32 Druckschwankungen in Abweichung vom Sollwert des Betriebsdruckes P_Nsoll auftreten oder bei Korrektur anderer Abweichungen von den Standardeinstellungen des Tintenschreibgerätes, wie zum Beispiel Leckfluss des Mikroventils 32 oder von der Norm abweichendes Saugverhalten des Papiers. Eine weitere Ausführung des Verfahrens besteht darin, dass verschiedene Kapillarabschnitte 24, 25, 26 der Steuerkapillare 28 auswählbar sind und damit unterschiedliche SOLL-Betriebsdrücke P_Nsoll für die Schreibfederspitze 61 für unterschiedliche Schreibintensitäten einstellbar sind. Bei einem weiteren Ausführungsmerkmal wird ausgenutzt, dass der Strömungswiderstand in der Kupplung 63 zwischen Hauptkanals 8 und dem Tintenleiter 9, wie in 13 dargestellt wird, zum Beispiel mittels einer Schlauchklemme 67 einstellbar ist und damit die durch die Aufsetzkraft bedingte Modulation der Schreiblinie beeinflusst wird.The method of controlling ink flow on a nib tip 61 An ink writing device is characterized by setting a constant operating pressure P _N at the input of the writing insert 60 by a control circuit with comparison of the actual pressure with a _nominal operating pressure P _Nset , wherein the pressure difference by means of a bidirectional operating micropump 30 is regulated. The setpoint of the operating pressure P _Nset for the writing _insert 60 is sized so that in a typical writing application 60 with conventional pen 62 a characteristic of a fountain pen polyline depending on placement force and writing direction. The capillary force in the control capillary 14 . 17 to compensate for the suction force of the paper and the hydrostatic pressure is calculated so that when the microvalve is closed 32 the nominal operating pressure for the writing insert 60 adjusts without a pumping action of the micropump 30 is required. The micropump 30 is advantageous only effective when opening the microvalve 32 Pressure fluctuations in deviation from the setpoint of the operating pressure P _Nsoll occur or when correcting other deviations from the default settings of the ink pen, such as leakage flow of the microvalve 32 or deviating from the norm absorbency of the paper. Another embodiment of the method is that different capillary sections 24 . 25 . 26 the control capillary 28 are selectable and thus different SET operating pressures P _Nsoll for the nib _tip 61 are adjustable for different writing intensities. In a further embodiment feature is exploited that the flow resistance in the clutch 63 between main channels 8th and the ink conductor 9 , as in 13 is represented, for example by means of a hose clamp 67 is adjustable and thus influenced by the placement force modulation of the writing line is affected.

11: Vorratsbehälterreservoir
22: Schreibflüssigkeitwriting fluid
33: Luftvolumenair volume
44: Belüftungsventilvent valve
55: Anstechnadelpiercing
66: Kapillarer Sekundar-Flüssigkeitsbehältercapillary Secondary liquid container
77: KapillarbegrenzungKapillarbegrenzung
88th: Hauptkanalmain channel
99: Tintenleiterink Head
1010: –-
1111: PapierkapillarenPapierkapillaren
1212: PapieroberflachePaper surface
1313: Kanalverengungchannel narrowing
1414: Steuerkapillarecontrol capillary
1515: Luffdurchlässige MembranLuff permeable membrane
1616: Kapillarfallecapillary trap
1717: KompensationskapillareKompensationskapillare
1818: Luftdurchlässige MembranAir permeable membrane
1919: Kapillarfallecapillary trap
2020: TandemkapillareTandemkapillare
2121: Meniskusmeniscus
2222: –-
2323: Kapillarabschnittcapillary
2424: Kapillarabschnittcapillary
2525: Kapillarabschnittcapillary
2626: Kapillarabschnittcapillary
2727: Kapillarabschnittcapillary
2828: –-
2929: Seitenkanalside channel
3030: Mikropumpe Smicropump S
3131: Druckmesserpressure gauge
3232: Mikroventilmicrovalve
3333: Flussmesserflowmeter
3434: Mikropumpe Fmicropump F
3535: Endkammer Steuerkapillareheader control capillary
3636: Endkammer Kompensationskapillareheader Kompensationskapillare
3737: –-
3838: Verbindungskanalconnecting channel
3939: Deckmembrancovering membrane
4040: Kanalkörperchannel body
4141: Elektronikträgerelectronic carrier
4242: Ventilantriebvalve drive
4343: Piezoplattepiezo plate
4444: Drucksensorpressure sensor
4545: Ventilkammervalve chamber
4646: Ventilsitzvalve seat
4747: Einlassöffnunginlet port
4848: FluidikadapterFluidikadapter
4949: Nadelneedle
5050: Kanülecannula
5151: Mikroprozessormicroprocessor
5252: –-
5353: Ventilstößeltappet
5454: Düsenkanalnozzle channel
5555: DruckausgleichskanalPressure compensation channel
5656: DruckmesskammerPressure measuring chamber
5757: Hydrophobe Membranhydrophobic membrane
5858: Luftaustrittair outlet
5959: Pumpkammerpumping chamber
6060: Schreibeinsatzwriting insert
6161: SchreibfederspitzeWriting Nib
6262: Schreibfederquill
6363: Kupplungclutch
6464: Belüftungsöffnungventilation opening
6565: LEDLED
6666: Touch-KontaktTouch Contact
6767: Schlauchklemmehose clamp
6868: –-
6969: Halterung der Schreibfeder mit Tintenleiterbracket the nib with ink conductor
7070: Schreibmodulwrite module
7171: Batteriebattery
7272: GehäuseoberteilHousing top
7373: GehäuseunterteilHousing bottom
7474: Abdeckungcover
7575: Verschlussstopfensealing plug
7676: Kappecap
U_S U _S: Saugdruck Papiersuction paper
P_P P _P: hydrostatischer Druck im Tintenvorratsbehälterhydrostatic Pressure in the ink reservoir
P_L P _L: Unterdruck im Luftvolumen des Tintenvorratsbehältervacuum in the air volume of the ink reservoir
P_D P _D: Pumpendruckpump pressure
P_N P _N: Betriebsdruck für Schreibeinsatzoperating pressure for writing use
P_Nsoll P _Nsoll: Sollwert des Betriebsdruckes für Schreibeinsatzsetpoint the operating pressure for writing insert
I_L I _L: Fluss der Schreibflussigkeit aus dem VorratsbehälterRiver the Schreibflussigkeit from the reservoir
I_s I _s: Fluss der Schreibflüssigkeit in die SchreibfederRiver the writing fluid in the quill pen
S_U S _U: Berührungskontaktphysical contact
E_Z E _Z: Kapillarkraft des Sekundärflüssigkeitsbehälterscapillary force of the secondary fluid reservoir
P_S P _S: Aufsetzdruckfor set-up
F_S F _S: Flusssensorflow sensor
V₁ V ₁: Verstärker 1 amplifier 1
V₂ V ₂: Verstärker 2 amplifier 2
S_T S _T: Triggerverstärkertrigger amplifier
D_F D _F: Rückhaltevermögen SchreibfederRetention feather pen
S_A S _A: AnschreibunterbrechungAnschreibunterbrechung
S_V S _V: Ventil zum TintenvorratsbehälterValve to the ink reservoir
C_T C _T: Zwischenspeichercache

Claims

Ink pen with a sleeve-shaped pen shank, a supply for holding the ink reservoir with vent, a writing insert with nib, an ink leading to the nib leading ink delivery system with a buffer, a micropump, a valve and a battery or battery and an electronic control of ink flow, characterized by At least two effective control circuits for regulating the flow of ink from the reservoir ( 1 ) and from the cache ( 6 ) to the nib ( 10 ), wherein - a first control loop for refilling the buffer ( 6 ) with an electronically controllable microvalve ( 32 ) between the reservoir ( 1 ) and the cache ( 6 ) and - a second control loop for setting the operating pressure at the writing insert ( 60 ) by means of pressure sensor ( 31 and with at least one micropump ( 34 ) in the main channel ( 8th ) is effective and - that the cache ( 6 ) is designed as a control capillary for the second control loop and - in each case between the control capillary ( 17 ) and main channel ( 8th ) Capillary trap ( 16 ) are arranged.

Ink writing implement according to claim 1, characterized in that at least two parallel control capillaries ( 14 . 17 ) arranged in the main channel ( 8th ), have different cross section and each have a capillary trap ( 16 . 19 ) exhibit.

Ink writing implement according to claim 1, characterized in that the control capillaries ( 14 . 17 ) as a tandem capillary ( 20 ) are arranged one behind the other in series and in several lengths ( 24 . 25 . 26 ) have stepped stepped cross-sections.

Ink writing implement according to claim 3, characterized in that a second micropump ( 34 ) in the tandem capillary ( 20 ) is arranged.

Ink writing implement according to claim 4, characterized in that the micropump ( 30 . 34 ) is a bidirectionally effective micropump.

Ink writing implement according to claim 1-4, characterized in that the fluidic structure on the channel body ( 40 ) with main channel ( 8th ), Valve ( 32 ), Control capillaries ( 14 . 17 ), Capillary trap ( 16 . 19 ), bidirectional micropump ( 30 . 34 ) is arranged on one side on a common carrier which is connected to a printed circuit board ( 52 ) is covered by LTCC ceramic, wherein the printed circuit board ( 52 ) simultaneously carrier of the piezo plate ( 43 ) for the bidirectional micropump ( 30 ).

Ink writing implement according to claim 6, characterized in that the fluidic component is designed in sandwich construction and the channel body ( 40 ) by a composite of at least two ceramic layers consisting of a cover membrane ( 39 ) and a printed circuit board ( 41 ) is covered.

Ink writing implement according to claim 6, characterized in that the pressure sensor ( 31 ) on the ceramic layer of the cover ( 41 ) is arranged.

Ink writing implement according to claim 6, characterized in that the control capillaries ( 14 . 17 ) are meander-shaped.

Ink writing implement according to claim 6, characterized in that the control capillaries ( 14 . 17 ) in final chambers ( 35 . 36 ) derived from a common hydrophobic membrane ( 57 ) is covered.

Ink pen with a sleeve-shaped pen shank, a supply for holding the ink reservoir with vent, a writing insert with nib, an ink leading to the nib leading ink delivery system with a buffer, a micropump, a valve and a battery or battery and an electronic control of ink flow, characterized by - three effective control circuits for regulating the flow of ink from the reservoir and from the buffer to the nib, wherein - a first loop for refilling the buffer ( 6 ) with an electronically controllable microvalve ( 32 ) between reservoir ( 1 ) and the cache ( 6 ) and - a second control loop for setting the operating pressure at the writing insert ( 60 ) by means of pressure sensor ( 44 ) and at least one micropump ( 30 ) in the main channel ( 8th ) is effective, - that the cache ( 6 ) as a control capillary ( 17 ) is designed for the second control loop and - a third control loop with a second micropump ( 34 ) a flow meter ( 33 ) and a tandem capillary ( 20 ) is arranged with a stepped cross-section and - in each case between the control capillaries ( 17 . 14 ) and main channel ( 8th ) Capillary trap ( 16 . 19 ) are arranged.

Method for controlling the flow of ink at a writing tip of an ink writing device as described in claim 1, characterized in that at the input of the writing insert ( 60 ) the actual pressure is measured and compared with a nominal operating pressure and the resulting difference is the control of a bidirectional micropump ( 30 ) causes.

A method according to claim 12, characterized in that the capillary force in the control capillary ( 14 . 17 ) is dimensioned such that when the microvalve is closed ( 32 ) the nominal operating pressure for the writing insert ( 60 ), without a pumping action of the micropump ( 30 ) is required.

A method according to claim 12, characterized in that different Kapillarabschnitte ( 24 . 25 . 26 ) of the control capillary ( 28 ) are selected so that different SET operating pressures for the nib ( 61 ) are adjustable for different writing intensities.

A method according to claim 12, characterized in that by an adjustable and variable flow resistance of the main channel ( 8th ) between the pressure measuring chamber ( 56 ) and the pen ( 62 ) which is influenced by the placement force modulation of the writing line.