DE19522636A1 - Nachfüllbarer Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Tintenpatrone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nachfüllbaren Tintenbehälter, insbesondere eine Tintenpatrone mit einem Flüssigkeitsraum, dessen Volumen sich entsprechend der abgegebenen bzw. zugeführten Flüssigkeit verkleinert bzw. vergrößert und mit einer Einrichtung, die im Flüssigkeitsbehälter einen Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt.

Derartige Behälter haben den Vorteil, daß beim Abgeben von Flüssigkeit kein Gas nachgeführt werden muß, um den bei üblichen Behältern entstehenden Raum oberhalb der Flüssigkeit aufzufüllen. Dies führt wiederum dazu, daß chemische Reaktionen zwischen einem nachgeführten Gas und der Flüssigkeit vermieden werden und ein Ausdehnen von nachgeführtem Gas bei Temperaturerhöhungen keinen unerwünschten Druck auf die Flüssigkeit ausüben kann.

Vor allem wegen der Problematik der Ausdehnung von nachgeführter Luft werden gallungsgemäße Flüssigkeitsbehälter als Tintenpatrone eingesetzt. Für den Einsatz in Tintenstrahldruckern sind verschiedene Arten derartiger Patronen bekannt, die einen Tintentank aufweisen, der stets luftfrei bleibt, wobei auf den Tintenverbrauch dadurch reagiert wird, daß flexibel angeordnete Behälterwände in gewisser Weise sich beim Entleeren des Behälters aufeinanderzubewegen. Dies kann durch einen Gummibalg als Tintentank ebenso wie durch beweglich aufgehängte in sich jedoch starre Wände erreicht werden, die durch Federdruck auseinandergedrückt werden.

Schwierig ist es jedoch, derartige Behälter nachzufüllen.

Werden die Behälter geöffnet, um sie mit neuer Flüssigkeit zu befüllen, dann dringt im selben Moment Luft in den Behälter ein. Der Behälter expandiert auf sein Maximalvolumen und der in ihm zuvor vorhandene Unterdruck bricht zusammen. Üblicherweise wird der drucklose Behälter dann restlos gefüllt, wobei die Luft verdrängt wird, und nach dem Verschließen des Behälters wird er leicht zusammengedrückt, wobei etwas Tinte aus der Patrone herausspritzt. Nach dem Loslassen des Behälters entsteht im Behälter somit ein undefinierter Unterdruck.

Dieses Nachfüllverfahren ist zeitaufwendig, führt zu Tintenverlusten und fast zwangsläufig zu schmutzigen Fingern.

Eine weitere Methode des Nachfüllens besteht darin, die Patrone mit ihrer Entnahmeöffnung, die als kleine Düse ausgebildet ist, in Tinte zu setzen, woraufhin die Patrone sich in einem mehrere Stunden dauernden Prozeß durch die Düse vollsaugt.

Dieser Prozeß ist für viele Anwendungsbereiche zu zeitaufwendig und ebenfalls mit Schmutz verbunden. Aus ökologischer Sicht ist es aber sinnvoll, die Patronen mehrfach zu verwenden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälter so weiterzuentwickeln und ein Nachfüllsystem mit einem derartigen Flüssigkeitsbehälter vorzustellen, so daß ein schnelles, sauberes und einfaches Nachfüllen des Behälters ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Flüssigkeitsraum des eingangs beschriebenen nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälters ein Befüllventil aufweist, über das der Flüssigkeitsraum gegen den Atmosphärendruck abgedichtet befüllbar ist.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter kann dadurch auf einfache Weise nachgefüllt werden, ohne daß die Person, die den Behälter nachfüllt, dabei schmutzige Finger bekommt. Die spezielle Abdichtung und das Befüllventil im nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälter erlauben zwar ein Fließen von Flüssigkeit in den Behälter, das Austreten von Flüssigkeit oder das Eindringen von Luft in den Behälter wird dabei aber ausgeschlossen.

Die gestellte Aufgabe wird auch mit einem Nachfüllsystem mit dem beschriebenen nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälter und einem Nachfüllbehälter gelöst, der ein Verbindungsteil aufweist, um gegen den Atmosphärendruck abgedichtet mit dem Flüssigkeitsraum des Flüssigkeitsbehälters verbindbar zu sein.

Dieses aus Flüssigkeitsbehälter und Nachfüllbehälter bestehende System erlaubt ein einfaches Nachfüllen entleerter Flüssigkeitsbehälter. Das Nachfüllen kann manuell durchgeführt werden, indem das Verbindungsteil des Nachfüllbehälters mit dem Flüssigkeitsraum des Flüssigkeitsbehälters verbunden wird, um die Flüssigkeit vom Nachfüllbehälter in den Flüssigkeitsbehälter zu überführen. Der Nachfüllvorgang kann aber auch in einer Nachfüllstation durchgeführt werden, in die der Flüssigkeitsbehälter gesteckt wird, um sich selbständig nachzufüllen. Außerdem kann der leere Flüssigkeitsbehälter zur Herstellerfirma oder einer Nachfüllfirma gesandt werden, die mit dem erfindungsgemäßen Nachfüllsystem den Behälter füllt und zusätzlich eine Überprüfung des Behälters vornimmt.

Das erfindungsgemäße Nachfüllsystem erlaubt aber auch ein Nachfüllen des Flüssigkeitsbehälters, ohne daß der Behälter aus dem Flüssigkeit benötigenden System entnommen wird. Bspw. in Tintenstrahldruckern eingesetzte Tinten­ patronen können mit dem neuen Nachfüllsystem nachgefüllt werden, ohne aus dem Drucker entnommen zu werden. Da heutzutage Tintenstrahldrucksysteme nicht nur für Schrift, sondern auch für vollflächige Grafik eingesetzt werden, ist der Tintenverbrauch relativ hoch und es kann nötig werden, während des Druckes einer Grafik die im Drucker befindliche Patrone nachzufüllen.

Mit dem Nachfüllsystem ist es möglich, eine Patrone mit dem Verbindungsteil des Nachfüllbehälters zu verbinden, ohne die Patrone aus dem Drucker herauszunehmen. Eine derartige Verbindung kann sowohl manuell als auch automatisch vorgenommen werden.

Vorteilhaft ist es, wenn der Nachfüllbehälter nur durch Anlegen eines Unterdrucks am Verbindungsteil entleerbar ist. Eine derartige Ausbildung des Nachfüllbehälters gewährleistet, daß Flüssigkeit nur dann aus dem Nachfüllbehälter ausdringt, wenn der Nachfüllbehälter mit dem unter Unterdruck stehenden Flüssigkeitsbehälter verbunden ist.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Nachfüllbehälter eine Luftleitung aufweist, deren oberes Ende zur Atmosphäre offen ist und deren unteres Ende am Boden im Inneren des Nachfüllbehälters angeordnet ist, und der Nachfüllbehälter eine Entnahmeleitung aufweist, deren eines Ende am Boden im Inneren des Nachfüllbehälters angeordnet ist und deren anderes Ende mit dem Verbindungsteil verbunden ist, das oberhalb des Behälterbodens angeordnet ist. Ein derartiger Nachfüllbehälter gewährleistet auf einfache Art und Weise, daß der Entnahmeunterdruck vom Tintenpegel im Nachfüllbehälter unabhängig ist und nur durch Anlegen eines Unterdruckes am Verbindungsteil Flüssigkeit aus dem Nachfüllbehälter entnommen werden kann. Durch die Regulierung der Höhe des Verbindungsteils relativ zum unteren Ende der Luftleitung im Nachfüllbehälter kann der benötigte Unterdruck variiert werden. Außerdem dient die Luftleitung als Ausgleichsgefaß, wenn sich die Luft im Nachfüllbehälter bspw. durch Temperaturänderungen ausdehnen sollte.

Dieser Effekt wird vorzugsweise dadurch erhöht, daß die Luftleitung einen Ausdehnungsraum aufweist, der die bei einer Luftausdehnung in die Luftleitung gedrückte Flüssigkeit aufnimmt und somit ein Entweichen von Flüssigkeit über die Luftleitung aus dem Nachfüllbehälter verhindert. Der Ausdehnungsraum sollte sich am unteren Ende der Luftleitung befinden.

Die spezielle Ausbildung des Nachfüllbehälters macht es im Prinzip unnötig, das Verbindungsteil an der Entnahmeleitung des Nachfüllbehälters mit einem Ventil auszurüsten. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Verbindungsteil ein weiteres Ventil aufweist und das Befüllventil und das weitere Ventil so ausgebildet sind, daß sie beim Verbinden des Flüssigkeitsbehälters mit dem Nachfüllbehälter sich öffnen.

Das weitere Ventil am Verbindungsteil des Nachfüllbehälters erhöht die Auslaufsicherheit des Nachfüllbehälters und die spezielle Gestaltung der Ventile gewahrleisten eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Behältern gerade dann, wenn die Behälter miteinander verbunden sind.

Eine weitere Ausgestaltung des Nachfüllsystems sieht vor, daß es eine Steuerung und eine Mechanik aufweist, die nach einem Zeitintervall den nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälter mit dem Nachfüllbehälter verbinden. Ein so ausgebildetes Nachfüllsystem kann bspw. in einen Tintenstrahldrucker eingesetzt werden und erlaubt es, die Tintenpatrone in regelmäßigen Abständen nachzufüllen. Der Nachfüllvorgang kann dabei durch Unterschreiten einer gewissen Füllhöhe im Flüssigkeitsbehälter ausgelöst werden. Die Zeitintervalle können jedoch auch über die gedruckte Seitenzahl oder andere Systemparameter bestimmt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Tintenpatrone,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Verbindungsteil,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Nachfüllbehälter,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Nachfüllbehälter mit Ausdehnungsraum.

Die in Fig. 1 gezeigte Tintenpatrone 1 besteht aus einem Luftraum 2 und einem Flüssigkeitsraum 3, die in einem einzigen Behälter 4 durch eine die beiden Räume trennende Wand 5 gebildet sind. Die Wand 5 besteht aus einer Platte 6, die über eine Folie 7 im Behälter 4 beweglich aufgehängt ist. Während sich im Flüssigkeitsraum 3 auf der einen Seite der Platte 6 Tinte befindet, ist der Luftraum 2 auf der anderen Seite der Platte 6 luftgefüllt und steht über eine Öffnung 8 mit dem Atmosphärendruck in Verbindung. Im Luftraum 2 ist zwischen einer oberen Wand 9 des Behälters 4 und der Platte 6 eine Feder 10 angeordnet, die die Platte 6 zur oberen Behälterwand 9 hinzieht und dadurch einen Unterdruck im tintengefüllten Flüssigkeitsraum 3 erzeugt.

In einer den Flüssigkeitsraum 3 begrenzenden Seitenwand 11 des Behälters 4 ist ein Befüllventil 12 vorgesehen. Dieses Befüllventil 12 ist ein Kugelventil, dessen Kugel 13 durch eine Federplatte 14 so gegen einen Sitz 15 gepreßt wird, daß der Flüssigkeitsraum 3 verschlossen bleibt, obwohl in ihm ein Unterdruck herrscht.

Fig. 2 zeigt ein Verbindungsteil 16, das zur Verbindung eines Nachfüllbehälters 17 mit der Tintenpatrone 1 dient. Dieses Verbindungsteil 16 besteht aus einem im wesentlichen rohrförmigen Kupplungsstück 18, das eine Zuführöffnung 19 und einen Ausgang 20 aufweist. Zwischen Zuführöffnung 19 und Ausgang 20 ist ein Ventil 21 angeordnet, das sich nur dann öffnet, wenn über einen Stößel 22, der im Bereich des Ausgangs 20 angeordnet ist, ein Druck auf den die Dichtung 23 tragenden Ventilkörper 24 ausgeübt wird. Ein derartiger Druck auf den Stößel 22 bewegt den Ventilkörper 24 gegen den Druck einer Feder 25 und sorgt für einen Durchgang zwischen der Zuführöffnung 19 und dem Ausgang 20. Der Ausgang 20 wird von einem Rohrteil 26 gebildet, in dem sich der leicht aus dem Rohrteil 26 hervorschauende Stößel 22 hin- und herbewegen kann, um das Ventil zu öffnen und zu schließen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht der Nachfüllbehälter 17 aus dem Verbindungsteil 16 und einer Flasche 27, die über einen Schlauch 28, der als Entnahmeleitung dient, mit der Zuführöffnung 19 des Verbindungsteils 16 verbunden ist. Die Flasche 27 hat an ihrem oberen Ende 30 eine Öffnung, die mit einer bis zum Behälterboden 31 reichenden Luftleitung 32 verbunden ist.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Nachfüllbehälters 17′ gezeigt, der im wesentlichen mit dem Nachfüllbehälter 17 übereinstimmt, in dessen Luftleitung 32′ jedoch im unteren Bereich der Luftleitung ein Ausdehnungsraum 33 vorgesehen ist.

Zum Nachfüllen der Tintenpatrone 1 wird der Flüssigkeitsraum 3 der Patrone 1 über das Verbindungsteil 16 und den Schlauch 28 mit der Flasche 27 des Nachfüllbehälters 17 verbunden. Dazu wird das Rohrteil 26 des Verbindungsteils 16 so in die Öffnung des Befüllventils 12 hineingesteckt, daß eine Abdichtung zwischen der Außenseite des Rohrteils 26 und der Innenseite der Öffnung des Befüllventils 12 entsteht. Beim weiteren Hineindrücken des Verbindungsteils 16 in das Befüllventil 12 drückt der Stößel 20 des Verbindungsteils 16 gegen die Kugel 13 und bewegt die Kugel 13 gegen den Druck der Federplatte 14 ins Innere des Flüssigkeitsraums 3. Dabei öffnet sich das Befüllventil 12 und gleichzeitig entsteht ein Druck auf den Stößel 20, wodurch das weitere Ventil 21 im Verbindungsteil 16 geöffnet wird.

Da im Flüssigkeitsraum 3 über die Feder 10 ein Unterdruck aufgebaut ist, wird Tinte 29 durch die Ventile 12 und 21 aus dem Nachfüllbehälter 17 in den Flüssigkeitsraum 3 gesaugt. Dieser Saugvorgang hält solange an, bis der Unterdruck in der Patrone gleich dem zur Flüssigkeitsentnahme aus der Flasche notigen Unterdruck ist oder das Verbindungsteil 16 vom Ventil 12 abgezogen wird.

Wenn über das Verbindungsteil 16 aus der Flasche 27 des Nachfüllbehälters 17 Tinte 29 herausgesaugt wird, entsteht in der Flasche 27 ein Unterdruck, der zur Folge hat, daß durch die Luftleitung 32 Luft in die Flasche gelangt. Wenn die sich in der Flasche 27 befindliche Luft jedoch ausdehnt, entsteht ein Überdruck im Nachfüllbehälter 17 und die Tinte 29 steigt in der Luftleitung 32 soweit an, bis sie durch die Öffnung am oberen Ende 30 der Luftleitung 32 aus dem Nachfüllbehälter heraustritt.

Um ein Austreten von Tinte aus dem Nachfüllbehälter 17 bei Temperatur­ schwankungen zu vermeiden, ist im in Fig. 4 gezeigten Nachfüllbehälter 17′ eine Luftleitung 32′ vorgesehen, an derem unteren Ende sich ein Ausdehnungsraum 33 befindet. Dieser Ausdehnungsraum 33 vergrößert das Volumen in der Luftleitung 32 und gewährleistet dadurch, daß auch bei größeren Temperaturschwankungen die Tinte 29′ im Nachfüllbehälter 17′ nicht über die Öffnung 30′ aus dem Behälter austritt.

Der Schlauch 28, der vom Boden 31 des Nachfüllbehälters 17 zum Verbindungsteil 16 führt, erlaubt es, das Verbindungsteil 16 in verschiedenen Höhen relativ zum Flüssigkeitsspiegel in der Flasche 27 anzuordnen. Dadurch kann der auf das Ventil 21 im Verbindungsteil 16 wirkende Unterdruck variiert werden.

Claims (7)

1. Nachfüllbarer Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Tintenpatrone (1) mit einem Flüssigkeitsraum (3), dessen Volumen sich entsprechend der abgegebenen bzw. zugeführten Flüssigkeit verkleinert bzw. vergrößert und mit einer Einrichtung (6, 7, 8, 9 und 10), die im Flüssigkeitsraum (2) einen Unterdruck gegen den Atmosphärendruck erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsraum (3) ein Befüllventil (12) aufweist, über das der Flüssigkeitsraum (3) unter Nutzung des in ihm herrschenden Unterdruckes, gegen den Atmosphärendruck abgedichtet befüllbar ist.

2. Nachfüllsystem mit einem nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1 und einem Nachfüllbehälter (17), der ein Verbindungsteil (16) aufweist, um gegen den Atmosphärendruck abgedichtet mit dem Flüssigkeitsraum (3) des Flüssigkeitsbehälters verbindbar zu sein.

3. Nachfüllsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfüllbehälter (17) nur durch Anlegen eines Unterdrucks am Verbindungsteil (16) entleerbar ist.

4. Nachfüllsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfüllbehälter (17) eine Luftleitung (32, 32′) aufweist, deren oberes Ende (30) zur Atmosphäre offen ist und deren unteres Ende am Boden (31) im Inneren des Nachfüllbehälters (17) angeordnet ist und der Nachfüllbehälter (17) eine Entnahmeleitung (28) aufweist, deren eines Ende am Boden (31) im Inneren des Nachfüllbehälters (17) angeordnet ist und deren anderes Ende mit dem Verbindungsteil (16) verbunden ist, das oberhalb des Behälterbodens (31) angeordnet ist.

5. Nachfüllsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (32′) einen Ausdehnungsraum (33) aufweist.

6. Nachfüllsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (16) ein weiteres Ventil (21) aufweist und das Befüllventil (12) und das weitere Ventil (21) so ausgebildet sind, daß sie beim Verbinden des Flüssigkeitsraums (3) des Flüssigkeitsbehälters mit dem Nachfüllbehälter (17) sich öffnen.

7. Nachfüllsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Steuerung und eine Mechanik aufweist, die nach einem Zeitintervall den Flüssigkeitsraum (3) des nachfüllbaren Flüssigkeitsbehälters mit dem Nachfüllbehälter (17) verbindet.