DE68909187T2

DE68909187T2 - Betriebsverfahren eines Ventils.

Info

Publication number: DE68909187T2
Application number: DE1989609187
Authority: DE
Inventors: Robert Lionel Walton
Original assignee: Willett International Ltd
Current assignee: Willett International Ltd
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-11-29
Also published as: DE68909187D1; EP0371763A2; BR8906291A; EP0371763A3; GB8828047D0; EP0371763B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb eines Ventils, insbesondere auf den Betrieb eines Kolbenventils in einem Tintenstrahldrucker.

Grundlage der Erfindung

In einer Form eines nach Bedarf arbeitenden berührungslosen Fluidtröpfchenapplikators, der zum Beispiel in einem Tintenstrahldrucker eingesetzt ist, wird das Fluid unter Druck zu einer Reihe von Düsenöffnungen geleitet, welche so angeordnet sind, daß die aus den Düsenöffnungen austretenden Fluidtröpfchen auf ein Substrat aufgebracht werden, um eine gewünschte Abbildung herzustellen. Das Substrat bewegt sich relativ zu den Öffnungen und das Fluid kann in der gewünschten Reihenfolge unter der Steuerung eines in den Zufuhrleitungen der Düsen angeordneten Ventilmechanismus zu den Düsen fließen. Üblicherweise ist das Ventil ein elektromagnetisches Magnetventil, in welchem ein einen Dichtungsteil tragender Kolben mit dem Einlaß einer Kammer, die unter einem Druck von 0,1 bis 2 bar mit Tinte aus dem Tintenbehälter befüllt wird, abwechselnd in Eingriff tritt oder sich von ihm löst, Wenn das Ventil geöffnet ist, kann Tinte durch den Auslaß fließen, um die Tröpfchen zu bilden.
Mit einem Tintenstrahldrucker sollen klar definierte Abbildungen auf Papier hergestellt werden, die aus einer Anzahl von Tröpfchen gebildet werden, die aus der Düsenanordnung abgegeben werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß wenigstens einige der Tröpfchen, die von den Düsen abgegeben werden, wenn der Drucker nach einer Ruhepause wieder in Betrieb genommen wird, nicht einheitlich sind oder aus der Düsenöffnung überhaupt nicht austreten können. Die Standzeit kann zum Beispiel eine Pause im Druckvorgang sein, oder auch dann eintreten, wenn eine bestimmte Düse aus irgendeinem Grund eine gewisse Zeit während eines Druckvorganges nicht benutzt worden ist.
Wir haben festgestellt, daß das Kolbenventil über einen gewissen Zeitraum dazu neigt, sich unter dem Einfluß der Rückzugsfeder nach vorne zu bewegen, nachdem es die nominale Schließstellung des Ventils erreicht und die Öffnung verschlossen hat. Dieses "Kriechen" beruht auf der Elastizität des Materials, welches für den Dichtungsteil und/oder den Ventilsitz verwendet wird. Die Wirkung dieses Kriechens besteht darin, daß der Abstand zwischen den magnetischen Polflächen vergrößert wird, welche durch den beweglichen Kolben und die festen Komponenten der Ventilkonstruktion gebildet werden. Die Elastizität des Materials erlaubt es dem Material des Dichtungselementes auch, sich um das Teil zu verformen, an dem es anliegt und dies kann ein gewisses Maß an Reibschluß zwischen den Dichtungsteilen verursachen. Wir sind der Ansicht, daß diese beiden Faktoren dazu beitragen, die Tröpfchenabgabe nach Stillstandszeiten zu verändern.
Die Patentschrift CH-A-600 219 beschreibt ein Verfahren für die Lösung des Problems, welches durch "Reibschluß" und "Kriechen" verursacht wird, mit Hilfe dessen auf das Ventil intermittierend ein Einschwingstrom für dessen Antrieb beaufschlagt wird.
Wir haben ein Verfahren erarbeitet, um dieses Problem zu reduzieren, ohne daß es notwendig wäre, die Auslegung oder die Konstruktion des Ventils zu verändern.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend wird mit der vorliegenden Erfindung ein Vefahren vorgeschlagen, nach dem ein Magnetventil nach Anspruch 1 betrieben werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen berührungsfreien Applikator für ein tröpfchenförmiges Fluid nach Anspruch 6.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine programmierbare Steuervorrichtung für den Betrieb eines Ventils nach Anspruch 7.

Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung betrifft insbesondere den Betrieb eines Magnetventils für die Steuerung eines Tintenflusses durch eine Düse in einem Tintenstrahldrucker. Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend in Bezug auf diese bevorzugte Ausführungsart beschrieben, sowie in Bezug auf die beigefügte Zeichnung, welche einen diagrammatischen Querschnitt durch das Magnetventil in einem solchen Drucker zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart

Ein nach Tröpfchenbedarf arbeitender Tintenstrahldrucker enthält einen unter Druck stehenden Tintenbehälter (1), welcher Tinte zu einer Reihe von Magnetventilen (2) leitet, die jeweils den Fluß von Tinte zu einer Düse (3) in einem Druckerkopf steuern, welcher eine Anzahl solcher Düsen enthält. Der Druckerkopf liefert Tröpfchen an Papierstapel (4) oder andere Materialien, die in Querrichtung an dem Druckerkopf vorbeigeführt werden. Die Ventile werden mit Hilfe einer programmierbaren Steuerung (5) in der gewünschten Reihenfolge betätigt, um die gewünschte Abbildung, wie zum Beispiel ein Balkendiagramm, ein alphanumerisches Symbol oder eine andere Abbildung auf den Papierstapel zu übertragen. Solch ein Drucker kann von klassischer Auslegung und Betätigung sein, und viele Arten solcher Drucker sind derzeit auf dem Markt erhältlich.
Das Ventil (2) enthält eine Wicklung (10), in der ein magnetisierbarer Kolben (11) angeordnet ist, welcher sich unter dem Einfluß einer durch die Wicklung geleiteten Spannung hin- und herbewegen kann. Der Kolben erstreckt sich in eine Kammer (12), welche an einem Ende dem Ventils angeordnet ist und in die Tinte über einen Einlaß (13) aus dem Behälter (1) zugeführt wird, und aus der Tinte durch den Auslaß (14) zu einer Düse (3) fließen kann. Das Ventil kann, wie dargestellt, einen tangentialen Einlaß haben, oder aber der Einlaß kann an dem gegenüberliegenden Ende des Ventils angeordnet sein, so daß die Tinte in axialer Richtung durch das Ventil um den Kolben (11) und in die Kammer (12) fließen kann. Der Kolben (11) kann vielfältige Formen haben, ist jedoch vorzugsweise ein weitgehend zylindrisches Teil, das eine querverlaufende Dichtscheibe (15) an dem Ende (Ventilkopf) trägt, welches innerhalb der Kammer angeordnet ist. Der Ventilkopf kann als ein erweiterter Endteil zu dem Kolben ausgebildet sein, so daß er, soweit gewünscht, die Form eines Pilzkopfes haben kann.
Die Dichtscheibe (15) besteht aus jedem geeigneten Material, zum Beispiel aus einem natürlichen oder einem synthetischen Gummi oder Harz. Die Dichtscheibe (15) greift in das offene Ende des Auslaßrohres (14) ein, welches sich durch die Endwand der Kammer (12) erstreckt, oder aber in eine oder mehrere Dichtrippen, die auf der Innenfläche der Endwand augebildet sind und den Eingang zu dem Auslaß (14) umgeben. Normalerweise wird der Kolben mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Feder in die Schließstellung des Ventils gedrückt, so daß die Dichtscheibe (15) an dem Rand der Auslaßleitung (14) immer dann anliegt, wenn sich das Ventil in Schließstellung befindet. In einer alternativen Ausführungsart kann das Dichtmaterial um den Rand der Auslaßleitung angeordnet sein, das heißt, in Form von hochstehenden Rippen od.dgl., welche in die Endfläche des Kolbens (11) eingreifen. Zum besseren Verständnis wird die Erfindung mit Hilfe eines Ventilkopfes beschrieben, welcher auf dem Rand einer Auslaßleitung (14) aufsitzt.
Die oben beschriebene Form eines Ventils ist klassisch und viele Formen solcher Ventile sind im Handel erhältlich.
Wie bereits vorstehend gesagt, sind wir der Ansicht, daß das Problem einer irrtümlichen Tröpfchenbildung wenigstens teilweise auf ein Kriechen zurückzuführen ist, welches in dem Material des Dichtringes (15) auftritt. In besonders schweren Fällen, in denen zum Beispiel ein Ventil über einen langen Zeitraum ständig in der Schließstellung verblieben ist, kann der Rand des Auslasses (14) genügend in der Dichtscheibe (15) eingebettet sein, daß sich das Material der Dichtscheibe um die Außenkante der Leitung (14) verformt und so einen positive Reibschluß zwischen dem Kolben und der Auslaßleitung bewirkt.
Um eine solche Auswirkung auf die Leistung der Tröpfchenabgabe einzuschränken, wird ein Einschwingstrom auf die Wicklung (10) beaufschlagt, um den Kolben (11) dazu zu veranlassen, sich leicht von der Kammer (12) zurückzuziehen. Dadurch wird die Wirkung der Haftung zwischen der Dichtscheibe und dem Rand der Auslaßleitung (14) unterbrochen, so daß, wenn danach die volle Betriebsspannung für den Arbeitshub des Ventils beaufschlagt wird, um das Ventil zu öffnen, das Ventil sich in der vorgesehenen Weise bewegt, um die gewünschten Tröpfchen zu bilden.
Der Einschwingstrom, der notwendig ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, hängt von zahlreichen Faktoren ab, zum Beispiel von dem Material, aus dem die Dichtscheibe (15) hergestellt ist, sowie von dem Druck, welcher von der Rückzugsfeder ausgeübt wird. Andererseits sollte der Einschwingstrom die Dichtscheibe (15) nicht dazu veranlassen, sich soweit von dem Auslaß (14) zu entfernen, daß Fluid durch das Ventil fließen kann. Der optimale Wert für den zu beaufschlagenden Einschwingstrom, sowie die Dauer der Beaufschlagung können durch einfache Versuche und Fehlertests festgestellt werden. Wir haben jedoch herausgefunden, daß der Strom normalerweise zwischen 50 und 100 % des Stromes beträgt, der notwendig ist, um den Kolben für die Öffnung anzutreiben und daß die Dauer der Beaufschlagung des Einschwingstromes etwa 25 bis 50 % der Dauer der Beaufschlagung des Antriebsstromes beträgt. Üblicherweise wird der Einschwingstrom mit einer Frequenz von 50 bis 500 Hz beaufschlagt.
Der Einschwingstrom kann unmittelbar vor jeder Beaufschlagung des Antriebsstromes beaufschlagt werden. Es wird jedoch normalerweise notwendig sein, den Einschwingstrom unabhängig von dem Antriebsstrom zu beaufschlagen, so daß eine ausreichende Leistung sofort nach Perioden erzielt wird, in denen sich das Ventil in Ruhestellung ohne Beaufschlagung von Antriebsstrom befunden hat. Daher ist es normalerweise besser, den Einschwingstrom immer dann zu beaufschlagen, wenn der Zwischenraum zwischen einem Arbeitshub und dem nächsten Arbeitshub eine bestimmte Dauer überschreitet. Der Wert dieser Dauer wird von Ventil zu Ventil unterschiedlich sein und kann leicht durch einfache Versuche und Fehlertests festgestellt werden.
Sobald der Wert und die Dauer des Einschwingstromes und die entsprechenden Intervalle festgestellt worden sind, in denen er beaufschlagt werden muß können diese in die programmierten Anweisungen aufgenommen werden, nach denen die Steuervorrichtung den Betrieb des Tintenstrahldruckers kontrolliert, wofür man üblicherweise verwendete geeignete klassiche Programmiertechniken einsetzen kann. Da die Erfindung für ihre Durchführung die Verwendung von Programmiervariationen erfordert, kann diese Erfindung sowohl in neuen als auch in bereits existierenden Tintenstrahldruckern verwirklicht werden, wobei an dem vorhandenen Druckermechanismus nur wenige oder gar keine Änderungen vorgenommen werden müssen. Die Erfindung kann daher in zahlreichen Tintenstrahldruckern eingesetzt werden, um dadurch die Probleme zu verringern, die zu Beginn des Druckvorganges mit Tröpfchen festgestellt werden, die aus einer oder mehreren der Düsenöffnungen abgegeben werden.
Als Beispiel sei gesagt, daß ein handelsüblicher Tintenstrahldrucker, der unter dem Warenzeichen Willett 3200 von Willett Systems Limited vertrieben wird, in klassischer Weise ohne Beaufschlagung einer Einschwingstromes betrieben wurde. Wenn der Drucker für eine Zeitdauer von mehr als einer Minute stillstand, traten Probleme mit fehlerhaften oder völlig ausbleibenden ersten Tröpfchenbildungen auf. Ein typisches Tröpfchenmuster, welches aus einer dieser Düsen stammte, ist in Fig. 2 gezeigt.
Wenn dagegen jedoch ein Einschwingstrom von 130 mA für eine Dauer von 0,25 Millisekunden mit einer Frequenz von 200 Hz beaufschlagt wurde, erzielte man nach einer Minute Stillstand das in Fig. 3 gezeigte anfängliche Tröpfchenmuster. Wie ersichtlich, zeigt das Tröpfchenmuster aus Fig. 3 keine der fehlerhaften oder völlig fehlenden Tröpfchenbildungen aus Fig. 2.

Claims

1. Verfahren für den Betrieb eines Magnetventils mit einem Ventilkolben, der in einem Ventilkörper gelagert ist und sich unter der Wirkung einer elektrischen Spannung in einem Arbeitshub von der Schließstellung des Ventils in die Offenstellung des Ventils bewegt, wodurch das Ventil die Strömung eines Fluids zu einer in einem berührungsfreien Tröpfchenapplikator angeordneten Düsenöffnung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Verfahren intermittierend ein Einschwingstrom auf das Ventil beaufschlagt wird, dessen Stärke zwischen 50 und 100 % der Stärke beträgt, welche notwendig ist, um den Kolben (11) während seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu treiben, und dadurch, daß der Einschwingstrom für eine Dauer beaufschlagt wird, welche 25 bis 50 % der Dauer der Beaufschlagung des Stromes beträgt, welcher notwendig ist, um den Kolben (11) in seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, und dadurch, daß der Einschwingstrom nicht ausreichend ist, um den Kolben (11) in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, so daß Fluid durch die Düsenöffnungen (3) austreten kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungsfreie Fluidapplikator ein nach Bedarf Tröpfchen abgebender Tintenstrahldrucker ist, und daß das Ventil ein Magnetventil (2) ist, welches den Tintenfluß durch eine Düse (3) in dem Tintenstrahldrucker steuert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschwingstrom eine Frequenz von 50 bis 500 Hz hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) eine Wicklung (10) aufweist, die um einen Körperteil des Ventils gewickelt ist, und in diesem Körper hin- und herbeweglich ein magnetisierbarer Koben (11) angeordnet ist, welcher sich in eine Kammer (12) erstreckt, die an einem Ende des Ventlkörpers angeordnet ist, und daß durch einen am gegenüberliegenden Ende des Ventilkörpers angeordneten in die Kammer (12) mündenden Fluideinlaß (13) Fluid in axialer Richtung durch das Ventil um den Kolben (11) und durch die Kammer (12) zu einem Auslaß (14) fließt, mit dem eine auf dem Kolben (11) sitzende Dichtung (15) zusammenwirkt, um den Auslaß (14) aus der Kammer (12) zu öffnen oder zu schließen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) ein weitgehend zylindrisches Element ist, welches an dem Ende, das innerhalb der Kammer (12) angeordnet ist, eine querverlaufende Dichtscheibe (15) trägt, welche das offene Ende eines Auslaßrohres (14) erfaßt, das sich in axialer Richtung durch eine Endwand der Kammer (12) erstreckt.

6. Ein berührungsfreier Fluidtröpfchenapplikator, welcher bei Betrieb eines Ventils unter der Steuerung einer programmierten Kontrollvorrichtung Tröpfchen abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung (5) dafür programmiert ist, einen Einschwingstrom auf das Ventil (2) zu beaufschlagen, der eine Stärke von 50 bis 100 % des Stromes hat, der notwendig ist, um den Kolben (11) in seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, und daß der Einschwingstrom eine Dauer hat, welche 25 bis 50 % der Dauer der Beaufschlagung von Strom auf den Ventilkolben (11) beträgt, um ihn in seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu bewegen und daß die Dauer der Beaufschlagung des Einschwingstromes nicht ausreichend ist, um den Kolben (11) in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, so daß Fluid durch die Düsenöffnung (3) fließen kann.

7. Eine programmierbare Steuerung für den Betrieb eines Ventils für die Regulierung der Strömung eines Fluids in einem berührungsfreien Fluidtröpfchenapplikator, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (5) so programmiert ist, daß sie bewirkt, daß ein Einschwingstrom auf das Ventil (2) beaufschlagt wird, welcher 50 bis 100 % der Stärke des Stromes hat, welcher notwendig ist, um den Kolben (11) in seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, und daß der Einschwingstrom für eine Dauer beaufschlagt wird, die 25 bis 50 % der Dauer der Beaufschlagung von Strom auf den Kolben (11) beträgt, um ihn in seinem Arbeitshub in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, und daß die Beaufschlagung des Einschwingstromes nicht ausreicht, um den Kolben (11) in die Offenstellung des Ventils zu bewegen, so daß Fluid durch die Düsenöffnung (3) fließen kann.