DE60300284T2

DE60300284T2 - Rezirkulierende fluidliefersysteme

Info

Publication number: DE60300284T2
Application number: DE60300284T
Authority: DE
Inventors: Ashley E. Childs; Louis C. Barinaga; Daniel D. Dowell
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: EP1356946B1; JP2003312012A; US7497562B2; US20030202072A1; EP1356946A1; US20050264626A1; US6955425B2; JP4037312B2; DE60300284D1

Description

Hintergrund der Offenbarung
Eine exemplarische Anwendung, für die die vorliegende Erfindung nützlich ist, ist die von Drucksystemen. Fluidliefersysteme werden allgemein verwendet zum Liefern flüssiger Tinte in Drucksystemen, wie zum Beispiel Tintenstrahldrucksystemen. Ein Typ eines Fluidliefersystems ist der rezirkulierende Systemtyp. Rezirkulierende Fluidliefersysteme sind inhärent lufttolerant. Diese Typen von Systemen bewegen Luft und Tinte von der Druckkopfregion einer Druckkassette, trennen die Luft von der Tinte unter Verwendung von entweder einem Schaumblock oder durch Gravitation und Zirkulieren die Tinte zurück zu dem Druckkopf. Die Antriebskraft der Rezirkulation ist allgemein dieselbe wie die zum Liefern von Tinte.
Ein Typ eines bekannten rezirkulierenden Fluidliefersystems verwendet Röhren, durch die das Fluid geliefert wird. Siehe zum Beispiel US-A-5936650. Röhren fügen bedeutende Kosten zu dem Fluidliefersystem hinzu und erhöhen den Kraftbetrag, der erforderlich ist, um den Druckkopf während des Druckens vorwärts und rückwärts zu treiben. Diese röhrenbasierten Systeme ermöglichen, dass Fluid bidirektional fließt, das heißt von dem Fluidvorrat zu dem Druckkopf und von dem Druckkopf zu dem Fluidvorrat. Das System füllt die Kassette wieder auf, mit Fluid, das von dem Vorrat zu dem Druckkopf fließt. Dann, um den korrekten Druck zu erhalten, wird verursacht, dass überschüssiges Fluid zurück von dem Druckkopf zu dem Fluidvorrat fließt. Das System kann seinen Betriebsdruck oder seinen Einstellpunkt überschreiten, und es be steht daher das Risiko, dass dasselbe überfüllt wird. Der Einstellpunkt ist negativer Druck, der als Gegendruck bezeichnet wird. Wenn die Kassette überfüllt wäre, könnte eine schlechte Druckqualität oder ein Auslaufen aus den Düsen verursacht werden.
Zusammenfassung der Offenbarung
Ein rezirkulierendes Fluidliefersystem wird beschrieben. Das System umfasst eine Luft-Fluid-Separatorstruktur, eine Luftauslassregion, ein Fluidplenum in Fluidkommunikation mit der Separatorstruktur und ein Freifluidreservoir. Ein Fluidrezirkulationsweg koppelt die Separatorstruktur, das Fluidplenum und das Freifluidreservoir fluidisch. Eine Pumpenstruktur rezirkuliert ein Fluid durch den Rezirkulationsweg durch einen Pumpmodus, wobei Luftblasen von dem rezirkulierten Fluid getrennt und an die Umgebung von der Luftauslassregion entlassen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels derselben offensichtlich, das in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines rezirkulierenden Fluidliefersystems gemäß der Erfindung ist.
2A und 2B Seiten- und isometrische End-Ansichten einer exemplarischen Rückschlagventilstruktur sind, die in dem System aus 1 verwendbar ist.
3 ein schematisches Diagramm eines Druckersystems ist, das das Fluidliefersystem aus 1 verwendet.
4 grafisch eine exemplarische Auffülleffizienz für einen Prototyp des Systems aus 1 darstellt.
5 den Auffüllprozess über eine Anzahl von Zyklen darstellt, die einen exemplarischen Düsengegendruck des Ausführungsbeispiels am Ende eines Zyklus als eine Funktion der Zykluszählung zeigen.
6 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Fluidliefersystems gemäß der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines rezirkulierenden Fluidliefersystems 20 gemäß Aspekten der Erfindung ist schematisch in 1 dargestellt. Das System weist einen Fluidvorrat 30, eine Druckkassette 40, die eine Pumpstruktur 42 einlagert, und einen Luft-Fluid-Separator 44 auf. Eine fluidische Verbindung 36 liefert einen Fluidweg zwischen dem Fluidvorrat und der Druckkassette. Der Luft-Fluid-Separator umfasst einen Körper 45 aus einer Art von Kapillarmaterial, wie zum Beispiel Verbundpolyesterfaserschaum, Polyurethanschaum oder Glaskügelchen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Pumpstruktur 42 eine Pumpmembran, die ein Elastomermaterial umfasst, das in einer konvexen Form mit einer internen Feder gebildet ist, die das Pumpvolumen zurückfedert, nachdem das Elastomer durch eine externe Antriebskraft eingedrückt wird.
Exemplarische Fluidverbindungsstrukturen, die zu dem Zweck geeignet sind, wie 36A, 36B, sind bekannt, wie zum Beispiel Nadel-Septum-Verbindungen, zum Beispiel wie in dem US-Patent 5,815,182 beschrieben ist.
Der Fluidvorrat 30 kann ein Volumen 34 mit freiem Fluid innerhalb eines starren Behälters mit einem Auslass 35 oder in einem schlaffen Beutel umfassen. Wenn eine Entlüftung verwendet wird, ist sie während der Verwendung offen, aber während der Versendung abgedichtet, um ein Lecken zu vermeiden. In jedem Fall weist bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Fluidvorrat ein Hoch-Rissbildungs-Druckprüfventil 32 an seinem Auslasstor 33 auf. Das Auslasstor weist ferner eine Fluidverbindungsstruktur 36B auf, zum Zusammenpassen mit einer entsprechenden Fluidverbindungsstruktur 36A an der Druckkassette 40. Ein exemplarischer Rissbildungsdruck für das Rückschlagventil, das geeignet zu dem Zweck bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist, ist im Bereich von 12 bis 20 Zoll Wasser.
Druckkassette 40 umfasst zusätzlich zu dem Kapillarmaterial/Luft-Fluid-Separator 44 einen Standrohrbereich 46, eine Freifluidkammer 48, eine Luftauslassregion 50 und einen Druckkopf 52, der Fluidtröpfchen durch ein Düsenarray ausstößt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Fluid eine flüssige Tinte während normaler Druckoperationen. Das Fluid kann alternativ ein Reinigungsfluid, ein unschädliches Versendefluid, ein Aufbereitungsfluid oder ähnliches sein.
Der Druckkopf 52 kann einer einer Vielzahl von Typen von Fluidausstoßstrukturen sein, zum Beispiel ein thermischer Tintenstrahldruckkopf oder ein piezoelektrischer Druckkopf.
Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel aus 1 liefert der Separator 44 ferner einen Gegendruck zu dem Druckkopf 52. Das Kapillarmaterial bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ausgewählt, um einen statischen Gegendruck im Bereich von 2 bis 6 Zoll Wasser zu liefern. Die Luftauslassregion 50 des Luft-Fluid-Separators 44 ist ein kleines Volumen aus feuchter Luft über dem Kapillarmaterial 45, das in die Atmosphäre über ein Labyrinthauslass 54 entlassen wird.
Die Standrohrregion 46 umfasst ein Fluidplenum 60 in Fluidkommunikation mit dem Druckkopf 52, das mit Fluid durch den Kanal 62 von der offenen Region 66 unter einem Filter 68 versorgt wird, der das Kapillarmaterial 45 von der Region 66 trennt. Der Filter 68 kann zum Beispiel aus einem feinmaschigen Sieb hergestellt sein, zum Beispiel mit einer Sollöffnungsgröße von 6 Mikrometern bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel. Der Filter ist durch eine Hochblasendruckcharakteristik gekennzeichnet, die ausreichend ist, um ein Passieren von Luftblasen unter Bedingungen zu verhindern, die durch die Druckkassette während der Versendung, der Operation oder der Speicherung erfahren werden.
Die Druckkassette 40 umfasst zwei Einweg-Rückschlagventile 56, 58. Das Rückschlagventil 56 ist in einem Fluidweg zwischen der Oberseite der Freifluidkammer 48 und der Luftauslassregion 50 angeordnet, wodurch ermöglicht wird, dass Luft und Fluid von der Kammer 48 in den Separator 44 und die Luftauslassregion 50 fließen, wenn der Rissbildungsdruck des Ventils überschritten wird. Der Fluidfluss von der Region 50 in die Kammer 48 wird durch das Rückschlagventil 56 verhindert. Das Rückschlagventil 58 ist in einem Fluidkanal 64 zwischen der Standrohrregion 46 und der Freifluidkammer 48 angeordnet, wodurch ermöglicht wird, dass ein Fluid von der Standrohrregion in die Freifluidkammer 48 fließt, wenn der Rissbildungsdruck des Ventils 58 überschritten wird, während ein Fluidfluss in der entgegengesetzten Richtung von der Kammer 48 zu dem Plenum 60 verhindert wird. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die Ventile 56, 58 einen Rissbildungsdruck im Bereich von 2 bis 3 Zoll Wasser auf, und bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel einen Rissbildungsdruck von 3,25 Zoll Wasser. Für dieses Ausführungsbeispiel ist der statische Plenumdruck im Bereich von –2 bis –6 Zoll Wasser und während des Druckens ist der dynamische Plenumdruck im Be reich von –2 bis –12 Zoll Wasser. Während dem Pumpen könnte der Plenumdruck bis zu –25 bis –30 Zoll Wasser sein, oder ein negativer Druck unter einer Schwelle, bei der Luftblasen durch die Druckkopfdüsen aufgenommen werden würden, da die Druckqualität während des Pumpens kein Problem ist.
Es gibt viele Typen von Rückschlagventilstrukturen, die verwendet werden können, um die Funktion von den Rückschlagventilen 56, 58 und 32 für das System auszuführen. Ein exemplarischer Typ einer Ventilstruktur ist in 2A–2B dargestellt. Diese Ventilstruktur ist als ein Rückschlagventil 58 dargestellt, ist jedoch ebenfalls für andere Rückschlagventile verwendbar. Die Ventilstruktur ist ein Schirmventil mit einer Ventilsitzstruktur 56A, die einen Außenrahmen 56A1 mit Rippen 56A2 aufweist, die von einer Nabe 56A3 strahlenförmig abgehen, wobei die Rippen durch Öffnungen 56A4 getrennt sind. Eine Schirmstruktur 56B umfasst einen Schirm 56B1, der einstückig mit der Säule 56B2 gebildet ist, die durch die Nabe der Sitzstruktur positioniert ist. Die Sitzstruktur ist aus einem starren Kunststoffmaterial hergestellt, wie zum Beispiel PPS, MABS, ABS, PET oder LCP; die Schirmstruktur 56B ist aus einem Elastomermaterial hergestellt, wie zum Beispiel Silizium, EPDM oder einem thermoplastischen Elastomer, um die Ablenkung des Schirms weg von dem Rand der Sitzstruktur zu ermöglichen, ansprechend auf einen Fluiddruck, der den Bremsdruck überschreitet, wodurch ermöglicht wird, dass ein Fluid durch das Ventil in der Richtung des Pfeils 56C fließt (2A).
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Druckkassette 40 an einem hin- und herbewegbaren Wagen 82 eines Druckers 80 befestigt, und der Wagen wird entlang einer Bandachse 68 während Druckoperationen getrieben, wie schematisch in 3 gezeigt ist. Die Bandachse ist im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegung des Druckmediums 10 durch den Drucker, wie durch einen Pfeil M angezeigt ist. Der Fluidvorrat 30 ist an einem Druckervorratshuttle 72 an ei ner Vorratsstation befestigt. Der Shuttle kann getrieben werden, um den Fluidvorrat entlang einer Versorgungsachse 70 zu bewegen, die quer zu der Bandachse zwischen einer Vorratsruheposition (gezeigt in 1) und einer in Eingriff genommenen Position ist, wo die Fluidverbindung 36B mit einer entsprechenden Fluidverbindung 36A der Druckkassette zusammengepasst ist. Natürlich können andere Anordnungen alternativ verwendet werden, zum Beispiel könnte die Fluidverbindungsachse parallel zu der Wagenachse sein.
Beim Einschalten des Systems wird der Wagen 82 entlang der Bandachse 68 bewegt, um die Druckkassette an der Vorratsstation zu positionieren. Dann betätigt ein Druckershuttlemechanismus linear den Shuttle 72, um den Fluidvorrat 30 entlang der Achse 70 hin zu der Druckkassette zu bewegen, um temporär mit der Druckkassette 40 durch die Fluidverbindungsstrukturen 36A, 36B verbunden zu werden. Es sei angenommen, dass die Druckkassette 40 in einem vollständig entleerten Zustand ist, und Fluid benötigt, sodass die maximale Menge an Seiten vor der nächsten Füllung bedruckt werden kann. Der Drucker betätigt dann einen Mechanismus 90, um die Pumpe an der Druckkassette anzutreiben, wodurch verursacht wird, dass Fluid von dem Fluidvorrat zu der Druckkassette fließt. Der Mechanismus 90 kann einen Betätiger 92 umfassen, der entlang einer Betätigerachse 94 (1) hin- und herbewegt wird, um die Pumpenmembran 42 in wiederholten Zyklen der Betätigeroperation zu kontaktieren und zu komprimieren. Diese lässt die Pumpkammer 42A zusammenfallen, wodurch Fluid in der Kammer durch die Öffnung 48A in die Freifluidkammer 48 gedrängt wird. Dies wiederum drängt Fluid und Luft durch das Rückschlagventil 56 in den Separator 44. Andere Typen von Pumpstrukturen könnten alternativ verwendet werden, zum Beispiel Kolben oder elektromechanische Strukturen.
Während Fluid in die Freifluidkammer 48 in der Druckkassette gepumpt wird, fließt eine kleine Fluidmenge ferner von dem Plenum 60 durch den Kanal 64 und das Rückschlagventil 58 entlang dem Rezirkulationsweg, angezeigt durch Pfeile 65 der Druckkassette, in die Freifluidkammer 48.
Der dynamische Flussverlust durch das Kapillarmaterial 45 ist relativ hoch während der ersten ein oder zwei Zyklen der Pumpoperation, da das Kapillarmaterial weitgehend entleert ist bei der Anfangsstufe des Wiederauffüllens und der Filter 68 eine Charakteristik eines hohen Blasendrucks aufweist, die einen Fluss von Luftblasen durch den Filter unter normalen Betriebs-, Speicherungs- und Pump-Operationen verhindert, die durch die Druckkassette erfahren werden. Daher ist der Fluss durch den Luft-Fluid-Separator 44 nicht der bevorzugteste Weg für den Fluidfluss. Weniger Flusswiderstand existiert durch den Fluidversorgungsweg 38, das heißt von dem Vorrat 30 durch die Verbindung 36, und das Fluid wird von dem Vorrat 30 anfänglich bei ungefähr 50%–70% jedes Pumpenvolumens eingezogen, das heißt dem Volumen der Pumpkammer 42A bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel. Die Menge an Fluid, die von dem Vorrat 30 während des Wiederauffüllens eingezogen wird, geteilt durch das Pumpenvolumen, wird als die Wiederauffülleffizienz bezeichnet. Die Wiederauffülleffizienz fällt von ungefähr 70% bis 50% bei den ersten einen oder zwei Pumpzyklen sehr schnell, wenn die Druckkassette wieder aufgefüllt wird. 4 stellt grafisch eine exemplarische Wiederauffülleffizienz für einen Prototyp des Systems 20 dar.
Wenn die Wiederauffülleffizienz abfällt erhöht sich die Menge des Fluids, das durch den Weg 65 rezirkuliert. Wenn die Druckkassette 40 mehr Fluid aufnimmt, wird das Kapillarmaterial 45 stärker gesättigt und der dynamische Flussverlust durch das Kapillarmaterial und den Filter 68 wird verringert, was es einfacher macht, Fluid aus der Standrohrregion zu ziehen. Das System nimmt daher kleinere Fluidmengen aus dem Fluidvorrat 30 auf, wenn es sich seinem Gleichgewicht oder seinem Sollwert nähert. Der Sollwert ist der Gegendruck, der zum Drucken optimal ist, und bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es ferner derselbe Gegendruck in dem Standrohr, bei dem eine volle Rezirkulation stattfindet, das heißt, wenn die Wiederauffülleffizienz 0% ist. An diesem Sollwert wird das Pumpvolumen vollständig über den Rezirkulationsweg 65 und nicht über den Fluidvorrat 30 wieder aufgefüllt.
5 stellt einen exemplarischen Auffüllprozess über eine Anzahl von Zyklen dar, wobei ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Düsengegendrucks am Ende eines Zyklus als eine Funktion der Zykluszählung gezeichnet wird, wobei ein Zyklus aus einer Pumpenbetätigung und einem nachfolgenden Rückstoß besteht. 5 zeigt die Eigenstabilität des Systems aus 1. Wenn, wie bei früheren Lösungen, das System die Druckkassette überfüllt und dann überschüssiges Fluid zurück in den Vorrat zieht, dann würde der Gegendruck auf unter den Sollwert von 2,4 Zoll Wasser abfallen und dann einige Zyklen später zu seinem Sollwert zurückkehren. Bei diesem Ausführungsbeispiel erreicht das System seinen Sollwert ohne Überfüllung.
Nach einem vollständigen Auffüllen ist die Druckkassette 40 bereit zum Drucken. Die Größe des Kapillarmaterials in der Druckkassette bestimmt die Anzahl von Seiten, die gedruckt werden können, bevor ein Wiederauffüllen erforderlich ist. Die Anzahl von Tropfen pro Seite verändert die Anzahl von möglichen Seiten.
Während dem Drucken sammelt sich Luft, die aufgrund der Entgasung des Fluids erzeugt wird, in den kleinen Standrohrfluidkanälen 62, 64 (1). Ohne ein Verbinden mit dem Fluidvorrat 30 kann eine Luftauslassroutine an der Druckkassette 40 durchgeführt werden, um Luft aus den Kanälen 62, 64 auszulassen. Die fluidische Verbindung an der Verbindungsstruktur 36A ist normalerweise geschlossen und öffnet sich nur nach der Verbindung mit dem Fluidvorrat 30. Der Wagen 82 wird zu der Vorratsstation bewegt, und mit dem Fluidvorrat 30 weiterhin in seiner Ruheposition, außer Eingriff mit dem Druckwagen, wird der Pumpmechanismus 90 akti viert. Luft, die in der Standrohrregion 46 ist, kann durch den Rezirkulationsweg 65 zirkuliert werden und in dem Luft-Fluid-Separator 44 getrennt werden, ohne die Druckkassette mit dem Fluidvorrat zu verbinden.
Während langer Leerlaufzeit-Perioden oder zwischen Druckaufträgen kann der Drucker Luft aus dem Druckkopf auslassen, ohne die Fluidverbindungen oder den Vorratsshuttle zu betätigen, wenn eine Wiederauffüllung nicht erforderlich ist. Dies kann den Verschleiß der Fluidverbindungen und der Vorrats-Shuttlekomponenten reduzieren und Zeit für die Wartungsroutine sparen, da der Vorratsshuttle nicht aktiviert werden müsste.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Fluidliefersystems 100 ist in 6 dargestellt. Die Fluidvorrat-/Druckkopf-Anordnung wird allgemein als ein „Schnapper"-System bezeichnet, da der Vorrat eine Fluidverbindung aufweist, die mit einer Fluidverbindung an dem Druckkopf einschnappt und während des Druckens zusammengeschnappt bleibt, wobei der Druckerwagen 102 sowohl die Druckkassette als auch den Fluidvorrat hält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Pumpe weiterhin „auf der Achse" angeordnet, das heißt auf dem sich hin- und herbewegenden Wagen 102, ist aber als Teil des Fluidvorrats hergestellt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Pumpsystems, da die Membran jedes Mal ersetzt wird, wenn ein neuer Fluidvorrat installiert wird.
Das System 100, das in schematischer Form in 6 gezeigt ist, umfasst den Fluidvorrat 110, der einen Vorrat aus Fluid in einem internen Fluidreservoir 111 hält. Das Reservoir 111 wird in die Umgebung entlüftet, durch einen Labyrinthauslass 115, der während der Verwendung offen ist aber während der Versendung abgedichtet ist, um ein Lecken zu verhindern. Das Vorratsgehäuse 118 umfasst eine Innenwandstruktur 118A, die das Reservoir 111 von einer Freifluidkammer 113 abtrennt. Die Wandstruktur 118A weist eine Öff nung 118B auf, die in derselben gebildet ist, mit einem Rückschlagventil 114, das in der Öffnung angeordnet ist, um zu verhindern, dass das Fluid von der Kammer 113 in das Reservoir 111 fließt.
Der Fluidvorrat 110 weist eine Pumpstruktur 112 auf, die an das Gehäuse 118 angebracht ist, in Fluidkommunikation mit der Fluidkammer 113. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Pumpstruktur 112 eine Membranpumpstruktur, obwohl andere Typen von Fluidpumpstrukturen alternativ verwendet werden könnten, wie zum Beispiel eine federbelastete Kolbenpumpe. Die Pumpmembran 112 definiert eine Pumpkammer 112A, die mit der Kammer 113 durch das Tor 118C kommuniziert, das einen bidirektionalen Fluidfluss zwischen den Kammern 113, 112A ermöglicht.
Der Fluidvorrat 110 umfasst eine Fluidverbindungsstruktur 116 zum Ineingriffnehmen einer entsprechenden Verbindungsstruktur 140 an der Druckkassette 120. Exemplarische Fluidverbindungsstrukturen, die zu dem Zweck geeignet sind, umfassen Nagel/Septum-Strukturen, wie zum Beispiel jene, die in U.S. 5,815,182 beschrieben sind.
Die Druckkassette 120 umfasst ein Gehäuse 122 mit einer Innenwandstruktur 122A, die eine Freifluidkammer 125 bildet, die durch die Wandstruktur 122A von dem Reservoir 127 getrennt ist, wobei ein Rückschlagventil 152 an einer Öffnung 122B in der Wandstruktur 122A benachbart zu der Oberwand 122C angeordnet ist. Ein Körper 124 aus Kapillarmaterial ist in dem Reservoir 127 angeordnet und bildet einen Luft-Fluid-Separator.
Die Druckkassette umfasst ferner einen Standrohrbereich 130, eine Luftauslassregion 144 und einen Druckkopf 128, der Fluidtröpfchen durch ein Düsenarray ausstößt. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel aus 6 liefert der Separator 124 ferner einen Gegendruck zu dem Druckkopf. Die Luftauslassregion 144 ist ein kleines Volumen aus feuchter Luft über dem Separator 124, das an die Umgebung über einen Labyrinthauslass 146 entlassen wird.
Die Standrohrregion 130 umfasst Fluidflusskanäle 132, 134, die zu einem Fluidplenum 136 über dem Druckkopf 128 führen. Der Kanal 132 kommuniziert mit dem Separator 124 durch einen Filter 126. Der Kanal 134 kommuniziert mit einer Freifluidkammer 125. Ein Rückschlagventil 154 ist in dem Kanal 134 positioniert.
Das Rückschlagventil 152 ermöglicht einen Einwege-Fluidfluss von der Freifluidkammer 125 zu dem Separator 124, wenn der Gegendruck des Ventils überschritten wird, wodurch ein Fluidfluss in der entgegengesetzten Richtung verhindert wird. Das Rückschlagventil 154 ermöglicht einen Einwege-Fluidfluss in dem Kanal 134 zwischen dem Plenum 136 und der Freifluidkammer 125, wenn der Gegendruck des Ventils überschritten wird, wodurch ein Fluidfluss in die entgegengesetzte Richtung verhindert wird.
Ein Rezirkulationsweg 150 ermöglicht, dass Fluid rezirkuliert wird, durch eine Aktion der Pumpe 112, durch die Freifluidkammer 125 und das Ventil 152 zu dem Kapillarmaterial 124, dem Standrohrkanal 132, dem Plenum 136, dem Kanal 134, durch das Ventil 154 zurück zu der Freifluidkammer 125 und zwischen der Kammer 113 des Fluidvorrats durch die Verbindungen 116, 140. Die Betätigung der Pumpe 112 tritt bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel auf durch Bewegen des Wagens zu einer Dienststation, an der der Betätiger 106 angeordnet ist, und dann hin- und herbewegen des Betätigers 106 durch einen Pumpenbetätigermechanismus, um die Pumpenmembran wiederholt zyklusmäßig zu durchlaufen.
Die Rückschlagventile 152, 154 weisen bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel einen Gegendruck in dem Bereich von 2 bis 4 Zoll Wasser auf. Das Vorratsrückschlagventil 114 weist bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel einen Gegendruck in einem Bereich von 12 bis 20 Zoll Wasser auf und ist hoch genug, um Flussverluste durch die Fluidverbindung zu berücksichtigen. Der Gegendruck kann mit den dynamischen Flussverlusten durch den Rezirkulationsweg und das Kapillarmaterial ausgeglichen werden.
Das System 100, das in 6 dargestellt ist, liefert eine Auf-Achsen-Fluidversorgung mit einem lufttoleranten Rezirkulationssystem. Ein Luft-Fluid-Separator ist auf der Achse mit dem Fluidvorrat angeordnet, was eine Lufttoleranz ermöglicht, ohne zu erfordern, dass große Mengen an Fluid zum Luftauslassen verschwendet werden. Ferner ermöglicht das Einlagern der Pumpe in den Fluidvorrat, wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 6, eine zuverlässigere Pumpe, da die Pumpmembran mit dem Fluidvorrat ersetzt wird. Die Pumpmaterialeigenschaften können sich im Lauf der Zeit in Kontakt mit dem Fluid ändern, aufgrund einer Lösungsmittel-Absorption oder -Kriechen. Da die Pumpe vielen Zyklen unterzogen wird, kann Ermüdung Schaden verursachen. Wenn die Pumpmembran periodisch ausgetauscht wird, ist die erforderliche Materiallebensdauer viel kürzer und kann reduzierte Kosten über ein permanentes Pumpen hinweg ermöglichen.

Claims

Ein rezirkulierendes Fluidliefersystem, das folgende Merkmale aufweist: eine Gehäusestruktur; eine Luft-Fluid-Separatorstruktur (44), die in der Gehäusestruktur angeordnet ist, wobei die Separatorstruktur einen Luftauslass (54) umfasst; ein Fluidplenum (60) in Fluidkommunikation mit der Separatorstruktur; ein freies Fluidreservoir (48), das in der Gehäusestruktur angeordnet ist; einen Fluidrezirkulierungsweg (65) innerhalb der Gehäusestruktur, der die Separatorstruktur, das Fluidplenum und das freie Fluidreservoir fluidisch koppelt; und eine Pumpstruktur (42) zum Rezirkulieren von Fluid durch den Rezirkulierungsweg während eines Pumpmodus, wobei Luftblasen von dem rezirkulierten Fluid getrennt und von der Luftauslassregion in die Atmosphäre entlassen werden können.
Ein System gemäß Anspruch 1, bei dem der Fluidrezirkulierungsweg in demselben zumindest ein Rückschlagventil (56, 58) aufweist, das einen Fluidfluss in einer Rezirkulierungsrichtung ermöglicht.
Ein System gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Pumpenstruktur an der Gehäusestruktur befestigt ist.
Ein System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Druckkopf (52) in Fluidkommunikation mit dem Plenum umfasst.
Ein System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Fluidvorrat (30) und eine Fluidverbindungsstruktur (36) für eine entfernbare Verbindung des Fluidvorrats mit dem freien Fluidreservoir aufweist.
Ein System gemäß Anspruch 5, bei dem der Fluidvorrat (30) und das freie Fluidreservoir (48) kontinuierlich während Druckoperationen, die durch die Druckkassette ausgeführt werden, und während Auffülloperationen verbunden sind, wobei Nachfüllfluid von dem Fluidvorrat zu der freien Fluidkammer durch die Fluidverbindung übertragen wird.
Ein System gemäß Anspruch 6, bei dem der Fluidvorrat (110) ein Vorratsgehäuse umfasst und die Pumpstruktur (112) an dem Vorratsgehäuse angebracht ist.
Ein System gemäß Anspruch 7, bei dem der Fluidvorrat (110) ein erstes freies Vorratsfluidreservoir (113) in Fluidkommunikation mit der Fluidverbindungsstruktur (116) und ein zweites freies Vorratsfluidreservoir (111) durch ein Rückschlagventil (114) in Fluidkommunikation mit dem ersten freien Vorratsfluidreservoir aufweist, was einen Fluidfluss von dem zweiten Reservoir zu dem ersten Reservoir ermöglicht, wenn ein Ventilrückschlagdruck überschritten ist.
Ein System gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Druckkassette und der Fluidvorrat durch einen sich hin- und herbewegenden Druckerwagen (82) während Druckoperationen getragen werden.
Ein System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Fluidvorrat (30) und die Druckkassette (40) intermittierend während eines Auffüllmodus verbindbar sind und während Druckoperationen, die durch die Druckkassette ausgeführt werden, abgetrennt sind.
Ein System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner einen Pumpenbetätiger (90) zum Betätigen der Pumpenstruktur während eines Auffüll- oder eines Rezirkulierungs-Modus aufweist.
Ein System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Luft-Fluid-Separatorstruktur einen Körper (45) aus Kapillarmaterial umfasst.
Ein System gemäß Anspruch 12, bei dem die Luft-Fluid-Separatorstruktur (40) eine Filterstruktur (68) umfasst, die das Durchlassen von Luftblasen durch die Filterstruktur unter normalen Betriebs-, Versende- und Lager-Zuständen, die das System erfährt, und während des Pumpmodus vermeidet.
Ein Verfahren zum Abführen von Luftblasen aus einer Druckkassette, das folgende Schritte aufweist: Pumpen von Fluid durch einen Rezirkulierungsweg (65), der in der Druckkassette enthalten ist, wobei der Weg durch ein Fluidreservoir (48) von freiem Fluid, einen Luft-Fluid-Separator (44) und ein Fluidplenum (60) in Fluidkommunikation mit einem Druckkopf (60) läuft, der an der Kassette befestigt ist; und Trennen von Luftblasen aus dem Fluid an dem Separator und Sammeln der Blasen an einer Luftauslassregion (50) in der Kassette benachbart zu dem Luft-Fluid- Separator, wobei die Luftblasen von dem Fluid an dem Luft-Fluid-Separator getrennt werden und in der Luftauslassregion erfasst werden oder in die Umgebung entlassen werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Pump- und Trenn-Schritt auftreten, während die Druckkassette in einem Druckerwagen (82) befestigt ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Pumpen folgende Schritte aufweist: Bewegen des Wagens entlang einer Wagenachse (68) zum Positionieren der Druckkassette an einer Pumpstation; und Betätigen eines Pumpbetätigers (90), um Fluid durch den Rezirkulierungsweg zu drängen.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Rezirkulierungsweg durch zumindest ein Rückschlagventil verläuft, das einen Einwegfluss durch das Rückschlagventil ermöglicht, wenn ein Ventilgegendruck überschritten wird, und wobei der Pumpschritt folgendes umfasst: Erzeugen eines Fluiddrucks, der ausreichend ist, um zumindest ein Rückschlagventil zu öffnen und Fluid durch das zumindest eine Rückschlagventil zu leiten.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das zumindest eine Rückschlagventil ein erstes Rückschlagventil (56) in dem Rezirkulierungsweg zwischen der freien Fluidkammer und dem Fluid-Luft-Separator und ein zweites Rückschlagventil (58) in dem Rezirkulierungsweg zwischen dem Plenum und der freien Fluidkammer umfasst.