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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Führen von Tinte zu einem oder mehreren Druckköpfen eines Systems zum Tintenstrahldruck.
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Zum Bedrucken eines Bedruckstoffs oder Aufzeichnungsträgers können Tintendruckgeräte eingesetzt werden. Solche Systeme zum Tintenstrahldruck arbeiten z.B. nach dem Drop-on-Demand-Prinzip. Diese weisen einen oder mehrere Druckköpfe auf, die Tintenkanäle und Aktivatoren umfassende Düseneinheiten vorsehen. Die Aktivatoren können gesteuert durch eine Druckersteuerung Tintentropfen in Richtung zum Aufzeichnungsträger anregen, die auf den Aufzeichnungsträger gelenkt werden, um dort Druckpunkte für ein Druckbild aufzubringen. Die Aktivatoren können Tintentropfen thermisch oder piezoelektrisch erzeugen. Bei der Zuführung und/oder Abführung von Tinte zu einem oder mehreren Druckköpfen bzw. weg von einem oder mehreren Druckköpfen eines Systems zum Tintenstrahldruck besteht eine große Herausforderung darin, das Führen von Tinte derart zu gestalten, dass in jedem Druckkopf ausreichend Tinte mit einem richtigen Druck und einer richtigen Fließgeschwindigkeit ankommt. Die Druckköpfe müssen kontinuierlich mit Tinte versorgt werden. Ein Druck in einem Verteilersystem, das dazu eingerichtet ist, Tinte auf einen oder mehrere Druckköpfe zu verteilen, sollte stabil gehalten werden und nicht über einen bestimmten Schwellwert fluktuieren, in der Regel weniger als 10 mBar. Sowohl Tintenknappheit als auch Überfüllungsereignisse können zu Düsenversagen führen.
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Man kann die Tinte in einen Gegendrucktank füllen, der den Druck hydrostatisch durch das Tintenniveau in Relation zu der Druckkopfoberfläche einstellt. Dieser Tank kann mit einer Pumpe wiederbefüllt und reguliert werden. Eine Pumpe kann jedoch eine Scherbelastung auf die Tinte ausüben und zu einer Agglomeration oder einer Änderung der Tinte und ihrer Eigenschaften führen.
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In der Druckschrift
US 2022/0371327 A1 ist offenbart, dass die Tinte sich in einem geschlossenen Drucktank befindet, der teilweise mit Luft und teilweise mit Tinte gefüllt ist, während ein Druck durch Regulierung des Luftdrucks eingestellt wird. Hier ist weiterhin eine komplexe Fluktuationsbeschränkungseinrichtung vorgesehen.
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Es wird nach einer vereinfachten Lösung für die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gesucht.
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Es wird eine Anordnung nach dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine Anordnung zum Führen von Tinte zu einem oder mehreren Druckköpfen eines Systems zum Tintenstrahldruck vorgeschlagen. Die Anordnung weist einen oder mehrere Druckköpfe auf. Dazu wenigstens eine Tintenverteileinrichtung, ein Proportionalventil, einen Puffertank und eine Steuereinheit.
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Die Tintenverteileinrichtung ist dazu eingerichtet, Tinte auf einen oder mehrere Druckköpfe zu verteilen. Sie weist einen oder mehrere Drucksensoren auf, die dazu eingerichtet sind, einen Druck innerhalb einer Tintenverteileinrichtung zu messen und an die Steuereinheit zu senden.
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Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck in der Tintenverteileinrichtung das Proportionalventil anzusteuern und einen Tintendruckfluss in die Tintenverteileinrichtung zu regulieren.
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Der Puffertank ist Teil eines geschlossenen Systems und ist zum Teil mit einem Gas, insbesondere Luft, und zum Teil mit Tinte füllbar. Das geschlossene System weist einen Druckregulator auf, der dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck in dem Puffertank zu regulieren. Der Puffertank ist mit dem Proportionalventil tintenverbunden und stellt die Tinte für die Tintenverteileinrichtung bereit.
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Der Vorteil der Erfindung ist, dass das genaue Druckniveau bei einem Einlass der Druckköpfe, nämlich der Tintenverteileirichtung, direkt gemessen und aufrechterhalten wird, so dass das Druckniveau unabhängig von der Tintendruckflussmenge richtig ist. Weiterhin wird die Tinte nicht mit einer Pumpe, sondern durch einen Gasdruck, zu den Druckköpfen transportiert, wodurch weniger Scherbelastung auf die Tinte ausgeübt wird.
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Insbesondere befindet sich das Proportionalventil näher an der Tintenverteileinrichtung als an dem Puffertank. Durch die räumliche Nähe zur Tintenverteileinrichtung kann auf eine Änderung des Gasdrucks in der Tintenverteileinrichtung vorteilhaft schneller reagiert werden.
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Bevorzugt weist die Anordnung weiterhin eine Tintenzusammenführeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Durchfluss von dem einen oder den mehreren Druckköpfen zusammenzuführen, wobei die Tintenzusammenführeinrichtung einen oder mehrere Drucksensoren aufweist, die dazu eingerichtet sind, einen Druck in der Tintenzusammenführeinrichtung zu messen und an die Steuereinheit zu senden. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Druckköpfe gespült werden können.
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Insbesondere weist die Anordnung weiterhin eine Abführpumpe auf, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Abführpumpe derart anzusteuern, dass ein gemessener Druck in der Tintenzusammenführeinrichtung konstant bleibt. Noch bevorzugter ist die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, durch Einstellung eines konstanten Druckgefälles zwischen einem gemessenen Druck in der Tintenverteileinrichtung und einem gemessenen Druck in der Tintenzusammenführeinrichtung, einen steten Durchfluss durch den einen oder die mehreren Druckköpfe einzustellen. Auf diese Weise kann vorteilhaft der Tintenduchfluss sehr exakt und kaum fehleranfällig eingestellt werden. Insbesondere wird der Druck in der Tintenzusammenführeinrichtung negativ gegenüber Atmosphärendruck geregelt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit als FPGA ausgebildet. Dies ist besonders günstig und einfach zu handhaben. Denkbar ist aber auch eine Steuereinheit, die als zentrale Bedieneinheit ausgebildet ist.
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Bevorzugt weist die Anordnung nachfolgend zu der Abführpumpe eine T-Kreuzung auf, wobei ein erster Ausgang der T-Kreuzung bevorzugt mit einem Rückführventil versehen ist, das dazu eingerichtet ist, einen Rückfluss in den Puffertank zu öffnen oder zu schließen, wobei noch bevorzugter ein zweiter Ausgang mit einem Abflussventil versehen ist, das einen Abfluss von Tinte öffnet oder schließt. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise je nach Füllvolumen im Puffertank und je nach Verklumpungsgrad die durch die Druckköpfe geflossene Tinte weiter verwendet werden oder auch entsorgt werden kann.
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Insbesondere weist die Anordnung zwischen Puffertank und Proportionalventil wenigstens einen Filter zum Herausfiltern von Verklumpungen auf. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Lebensdauer der Tintenköpfe erhöht wird, indem für eine gute Tintenkonsistenz gesorgt wird.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Anordnung zwischen Puffertank und Proportionalventil wenigstens einen Entgaser auf.
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Bevorzugt weist die Anordnung zwischen Puffertank und Proportionalventil wenigstens einen Wärmetauscher auf. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine Tintentemperatur regulierbar ist. Dafür weist die Anordnung noch bevorzugter zwischen Puffertank und Proportionalventil wenigstens einen Temperatursensor auf.
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Die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung weisen jeweils bevorzugt ein Volumen auf, das zum Teil mit Tinte und zum Teil mit Luft oder einem anderen Gas befüllbar ist, wobei eine Tintenfüllstandshöhe und ein Gasdruck regulierbar sind. Die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung ist/sind an einem zweiten horizontalen Ende mit einem Endstück verbunden.
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Insbesondere ist ein Volumen der Tintenverteileinrichtung und/oder der Tintenzusammenführeinrichtung derart ausgebildet, dass Druckwellen, die sich vom Druckkopf zu der Tintenführungseinrichtung fortsetzen, abgefedert werden. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine Funktion eines Gegendrucktanks von der Tintenverteileinrichtung und/oder der Tintenzusammenführeinrichtung übernommen wird.
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Bevorzugt weist die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung eine Quaderform auf, wobei eine horizontale Breitenausdehnung insbesondere kleiner ist als eine senkrechte Ausdehnung. Dies ist vorteilhaft, da dies eine besonders einfache Form ist, um alle bisher genannten Spezifikationen zu erfüllen.
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Insbesondere weist die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung ein Volumen von zwischen 500 ml und 3,5 l auf. Das Volumen ist bevorzugt dazu eingerichtet, zwischen 30 und 70 % mit Tinte gefüllt zu werden und zu 30 bis 70% mit Gas, insbesondere Luft, gefüllt zu werden. Auf diese Weise wird besonders bevorzugt die Bedingung erfüllt, dass Druckwellen, die sich vom Druckkopf zu der Tintenführungseinrichtung fortsetzen, abgefedert werden.
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Ein Querschnitt der Tintenverteileinrichtung und/oder der Tintenzusammenführeinrichtung beträgt insbesondere zwischen 15 und 35 mm Breite und zwischen 60 und 100 mm Höhe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung aus Kunststoff gefertigt. Dies ist besonders kostengünstig und einfach herzustellen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung aus Metall, insbesondere Edelstahl, hergestellt ist.
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Insbesondere weist die Tintenverteileinrichtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung einer Tintenfüllstandshöhe auf, insbesondere einen kapazitiven Füllstandssensor. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine einfache Regelung ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Tintenverteilerinchtung und/oder die Tintenzusammenführeinrichtung einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung eines Gasdruckes auf. Dies ist vorteilhaft, da auch hiermit eine einfache Regelung ermöglicht wird.
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Insbesondere wird eine Füllstandshöhe in einer Startphase einer Regelung auf einen bestimmten Wert eingestellt, damit ein Verhältnis zwischen Luft und Tinte in der Tintenverteileinrichtung und/oder der Tintenzusammenführeinrichtung stimmt. Weiterhin wird bevorzugt die Füllstandshöhe gemessen, damit es nicht zu einem Leerlaufen oder Überfüllen der Tintenverteileinrichtung und/oder der Tintenzusammenführeinrichtung kommt.
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Bevorzugt weist Tintenverteileinrichtung ein horizontales Verbindungsstück auf, das tintenführend mit dem Proportionalventil verbunden ist, das eine Durchlasstintengeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Gasdruck regelt. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise für eine gute Tintenversorgung gesorgt wird. Bei einer konstanten Tintendurchflussmenge durch die Druckköpfe stellt sich so ein fester Öffnungswert an dem Proportionalventil ein. Wenn die Druckköpfe anfangen zu drucken, wird mehr Tinte benötigt. Der Druck in der Tintenverteileinrichtung nimmt in diesem Fall ab. Dies wird dann durch das Proportionalventil kompensiert, indem es weiter öffnet.
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Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Einstellung der Füllstandshöhe in der Startphase bei jedem Maintenance-Vorgang durchzuführen, was in einer bevorzugten Ausführungsform etwa jeweils nach zwischen 1,5 und 3,5 Stunden der Fall ist.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
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1 zeigt eine schematische Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, die hier mit 100 bezeichnet ist.
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Die Anordnung weist zwei Druckköpfe 5, 6 auf. Sie weist eine Tintenverteileinrichtung 110, eine Tintenzusammenführeinrichtung 120, ein Proportionalventil 13, einen Puffertank 130 und eine Steuereinheit (nicht gezeigt) auf.
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Die Tintenverteileinrichtung 110 ist dazu eingerichtet, Tinte zu den zwei Druckköpfen 5, 6 zu leiten. Die Tintenzusammenführeinrichtung 120 ist dazu eingerichtet, Tinte von den zwei Druckköpfen 5, 6 abzuleiten. Die Tintenverteileinrichtung 110 und die Tintenzusammenführeinrichtung 120 sind an ihrem unteren Ende zum Teil mit Tinte 8 gefüllt und an ihrem oberen Ende zum Teil mit Gas 7 gefüllt. Sie weisen jeweils kapazitive Drucksensoren 23 und einen Füllstandssensor 24 auf. Mittels eines Leitungsproportionalventils 13 wird eine Tintenzufuhr zu einem vorderen Ende 1 der Tintenverteileinrichtung 110 durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Messung des Füllstandssensors 24 geregelt. Der Füllstandssensor 24 und die Drucksensoren 23 senden ihre Messdaten an die Steuereinheit.
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An der Tintenverteileinrichtung 110 ist ein unteres Verbindungsstück 3 vorgesehen, das unterhalb das Teilführungsgehäuse 2 mit den zwei Druckköpfen 5, 6 tintenführend verbindet. Das Verbindungsstück 3 weist ein Verbindungsventil 32a auf, das einen Tintenstrom zu den beiden Druckköpfen 5, 6 steuert.
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Die Tintenzusammenführeinrichtung 120 ist dazu eingerichtet, Tinte von den zwei Druckköpfen 5, 6 abzuleiten. Weiterhin ist zwischen der Tintenverteileinrichtung 110 und der Tintenzusammenführeinrichtung 120 ein weiteres Ventil 9 vorgesehen, das einen Durchfluss von Tinte von der Tintenverteileinrichtung 110 direkt zu der Tintenzusammenführeinrichtung 120 ermöglicht. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein gewisser Durchfluss unabhängig von einem Druckvorgang erzeugt und aufrechterhalten werden, so dass die Tinte ihre Qualität nicht durch Stillstand verliert.
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Das weitere Ventil 9 ist hier zwischen einem Endstück 4 der Tintenverteileinrichtung 110 und einem Endstück 4 der Tintenzusammenführeinrichtung 120 angeordnet. Auf diese Weise ist eine Durchflussrichtung von Tinte 8 in der zweiten Tintenzusammenzusammenführeinrichrung 120 genau entgegengesetzt zu einer Durchflussrichtung von Tinte 8 in der Tintenverteileinrichtung 110.
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Auch an der Tintenzusammenführeinrichtung 120 ist ein unteres Verbindungsstück 3 vorgesehen, das unterhalb die Tintenzusammenführeinrichtung mit den zwei Druckköpfen 5, 6 tintenführend verbindet. Das Verbindungsstück 3 weist ein Verbindungsventil 32b auf, das einen Tintenstrom von den beiden Druckköpfen 5, 6 steuert.
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Der Puffertank 130 ist Teil eines geschlossenen Systems. Und ist zum Teil mit einem Gas, insbesondere Luft, und zum Teil mit Tinte füllbar. Das geschlossene System weist einen Druckregulator (nicht gezeigt) auf, der dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck in dem Puffertank 130 zu regulieren. Der Puffertank 130 ist mit dem Proportionalventil 13 tintenverbunden und stellt die Tinte für die Tintenverteileinrichtung 110 bereit. Der Puffertank weist einen Füllstandssensor 132 auf, mit dem ein Tintenfüllstand des Puffertanks 130 messbar ist. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, mittels eines Zuleitungsventils 131 eine Zuleitung von Tinte zum Puffertank zu regulieren.
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Die Anordnung 100 weist weiterhin eine Abführpumpe 150 auf, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Abführpumpe 150 derart anzusteuern, dass ein gemessener Druck in der Tintenzusammenführeinrichtung 120 konstant bleibt.
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Nachfolgend zu der Abführpumpe 150 weist die Anordnung 100 in dieser Ausführungsform eine T-Kreuzung auf. Ein erster Ausgang der T-öKreuzung ist mit einem Rückführventil 151 versehen, das dazu eingerichtet ist, einen Rückfluss von Tinte in den Puffertank 130 zu öffnen oder zu schließen. Ein zweiter Ausgang der T-Kreuzung ist mit einem Abflussventil 152 versehen, das einen Abfluss von Tinte öffnet oder schließt.
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Zwischen Puffertank 130 und Proportionalventil 13 sind in dieser Ausführungsform ein erster Filter 141a, ein zweiter Filter 141b, ein erster Entgaser 142a, ein zweiter Entgaser 142b, ein weiterer Drucksensor 144, ein erster Wärmetauscher 143a, ein zweiter Wärmetauscher 143b, ein erster Temperatursensor 145a, ein zweiter Temperatursensor 145b, ein dritter Temperatursensor 146a und ein vierter Temperatursensor 146b vorgesehen.
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Ausführungsformen können als Hardware (z.B. Schaltkreise, Firmware, Software oder jede Kombination davon implementiert werden. Ausführungsformen können auch als Instruktionen implementiert sein, die auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sind, das von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden kann. Ein maschinenlesbares Medium kann jeden Mechanismus zum Speichern und Übertragen von Informationen aufweisen, der von einer Maschine (z.B. einem Computer) lesbar ist. Für die Zwecke dieser Diskussion sollen der Ausdruck Steuereinheit verstanden werden als Schaltkreise oder Prozessor oder Kombinationen davon einschließlich Speicherinstruktionen. Ein Schaltkreis umfasst einen analogen Schaltkreis, einen digitalen Schaltkreis, einen Datenverarbeitungsschaltkreis, andere strukturelle elektronische Hardware oder eine Kombination davon. Ein Prozessor umfasst einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen zentralen Prozessor (CPU), einen durch anwendungsspezifische Instruktionen eingestellten Prozessor (ASIP), einen Graphik- und/oder Bildprozessor, einen Multi-Kern-Prozessor oder einen anderen Hardwareprozessor.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- vorderes Ende
- 4
- Endstück
- 5
- erster Druckkopf
- 6
- zweiter Druckkopf
- 7
- Gas
- 8
- Tinte
- 9
- weiteres Ventil
- 13
- Proportionalventil
- 23
- kapazitiver Drucksensor
- 24
- Füllstandssensor
- 32a
- Verbindunsventil
- 32b
- Verbindungsventil
- 100
- Anordnung
- 110
- Tintenverteileinrichtung
- 120
- Tintenzusammenführeinrichtung
- 130
- Puffertank
- 131
- Zuleitungsventil
- 132
- Füllstandssensor
- 141a
- erster Filter
- 141b
- zweiter Filter
- 142a
- erster Entgaser
- 142b
- zweiter Entgaser
- 143a
- erster Wärmetauscher
- 143b
- zweiter Wärmetauscher
- 144
- weiterer Drucksensor
- 145a
- erster Temperatursensor
- 145b
- zweiter Temperatursensor
- 146a
- dritter Temperatursensor
- 146b
- vierter Temperatursensor
- 150
- Abführpumpe
- 151
- Rückführventil
- 152
- Abflussventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2022/0371327 A1 [0004]