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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Ablenkung von
Tintentropfen eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers,
bei dem aus einer Düse einer Druckkammer ein kontinuierlicher
zusammenhängender Tintenstrahl austritt. Die Erfindung
betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erzeugung und Ablenkung
von Tintentropfen aus einem zusammenhängenden Tintenstrahl
umfassend eine Druckkammer mit einer Düse zur Erzeugung
eines kontinuierlich austretenden zusammenhängenden Tintenstrahls.
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Kontinuierlich
arbeitende Tintenstrahldrucker werden seit vielen Jahren industriell
zur Kennzeichnung von unterschiedlichsten Produkten eingesetzt.
Das bisherige Arbeitsprinzip dieser Tintenstrahldrucker funktioniert
so, dass eine zu verdruckende Tinte aus einem Vorratsbehälter über
Pumpen mit Überdruck in eine im eigentlichen Druckkopf sich
befindliche Druckkammer gefördert wird, die an der dem
zu bedruckenden Gut zugewandten Seite eine Düse aufweist.
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Die
Düse hat hierbei einen Öffnungsdurchmesser im
Bereich von z. B. 30 μ bis 200 μm. Aus der Düse
tritt nun der Tintenstrahl zunächst als kontinuierlicher
Tintenstrahl aus, was jedoch für eine Beschriftung unzweckmäßig
ist, da die hierbei erzeugten Schriftzeichen bei dieser Art der
Beschriftung aus einzelnen Punkten beziehungsweise einzelnen Tintentropfen
aufgebaut sind.
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Um
den Tintenstrahl in einzelne gleichartige Tintentropfen zu zerlegen,
ist an der Druckkammer ein Modulationselement angebracht, welches
Druckschwankungen in dem austretenden Tintenstrahl erzeugt, so dass
dieser nach dem Austritt aus der Düse nach kurzer Zeit
in einem definierten Abstand in einzelne gleichartige Tintentropfen
aufbricht. Die Größe der Tintentropfen hängt
dabei von der angelegten Modulationsfrequenz, dem Düsendurchmesser
und dem von der Pumpe erzeugten Druck ab, und lässt sich
innerhalb der aus der Kombination der genannten Parameter vorgegebenen
Grenzen für das System einstellen. Eine Variation der Tropfengröße
einander nachfolgender Tintentropfen ist dabei nicht möglich.
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Kurz
vor dem Abreißen der Tintentropfen vom ausgetretenen Tintenstrahl
werden die Tintentropfen jeweils mit einer individuellen elektrischen
Ladung versehen, wobei die Höhe der Ladung von der gewünschten
Auftreffposition auf dem zu beschriftenden Produkt abhängt.
Um das elektrische Aufladen zu gewährleisten, weist die
Tinte eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf.
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Während
des Ladevorganges ist der Tintentropfen noch nicht von dem aus der
Düse des Tintenstrahldruckers ausgetretenen Tintenstrahl
abgerissen, so dass aufgrund von elektrischer Influenz freie Ladungsträger
in der Tinte je nach Polarität und Stärke einer äußeren
Ladespannung zur Ladeelektrode hinbewegt werden oder von ihr wegbewegt
werden, wobei die Tintenkammer und damit das Tintenreservoir beispielsweise
elektrisch auf Massepotential gehalten wird. Die Ladeelektrode hat
dabei keinen mechanischen Kontakt zum Tintenstrahl.
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Reißt
der Tintentropfen nun von dem Tintenstrahl ab, während
er sich im Feldbereich der Ladeelektrode befindet, so verbleiben
die durch die Influenz in den Tropfen gewanderten elektrischen Ladungen in
dem Tropfenvolumen und dieses erscheint auch nach dem Abriss nach
außen hin elektrisch geladen. Wird beispielsweise die Ladeelektrode
positiv aufgeladen, so wandern beim Eintritt des Tintenstrahls in das
elektrische Feld der Ladeelektrode die negativen freien Ladungsträger
in der Tinte in das Feld hinein, wohingegen die positiv geladenen
freien Ladungsträger in der Tinte aus dem elektrischen
Feld herausgedrängt werden.
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Dadurch
findet eine Ladungstrennung unmittelbar vor dem Abriss des Tropfens
an der Vorderkante des Tintenstrahls statt und das so erzeugte Ladungsungleichgewicht
in dem abreißenden Tropfen bleibt erhalten und der Tropfen
verlässt in diesem Beispiel negativ geladen den Feldbereich
der Ladeelektrode.
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Da
der Tintentropfen konstruktionsbedingt und prinzipbedingt während
der Einflusszeit der Ladespannung auf den Tropfen abreißt,
bleibt wie beschrieben auf dem abgelösten Tintentropfen
eine Ladungsmenge zurück, deren Größe
bei einer konstanten elektrischen Leitfähigkeit der Tinte
entsprechend der Höhe der angelegten Ladespannung ist und
bei einer Veränderung der Ladespannung somit auch die Ladungsmenge
auf jedem Tropfen verändert werden kann.
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Auf
ihrem zunächst geradlinigen Flug treten die elektrisch
geladenen Tintentropfen nachfolgend in das elektrostatische Feld
eines Plattenkondensators ein und werden je nach ihrer individuellen
Ladung mehr oder weniger aus ihrer geradlinigen Flugbahn abgelenkt,
und fliegen nach dem Verlassen des elektrostatischen Feldes unter
einem von ihrer Ladung abhängigen bestimmten Winkel zu
ihrer ursprünglichen Flugbahn weiter.
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Mit
diesem Prinzip können unterschiedliche Auftreffpositionen
auf einer zu beschriftenden Oberfläche mit einzelnen Tintentropfen
angewählt werden, wobei dies in dieser Ausführung
nur in einer Ablenkrichtung erfolgt. Zum Ausblenden einzelner Tropfen
aus dem Schriftbild oder wenn nicht gedruckt werden soll erhalten
die Tintentropfen eine bestimmte feste Ladung oder bleiben ungeladen,
so dass sie nach dem Austritt aus dem elektrostatischen Feld des Plattenkondensators
in ein Auffangrohr treffen, von wo sie über ein Pumpensystem
in den Tintentank zurückgepumpt werden. Dadurch zirkuliert
die nicht verdruckte Tinte im Kreis, was zu der Bezeichnung kontinuierlich
arbeitender Tintenstrahldrucker geführt hat.
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Nachteilig
an der geschilderten konventionellen Ausführung ist, dass
aufgrund der systembedingten Ablenkungsweise der Tintentropfen die
Tinte selbst eine wenn auch geringe elektrische Leitfähigkeit
aufweisen muss, so dass die für die elektrostatische Ablenkung
erforderliche individuelle Ladungsmenge auf jeden einzelnen Tintentropfen
aufgebracht werden kann.
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Hierdurch
wird die Anzahl von einsetzbaren Tinten eingeschränkt,
da es nicht bei jeder gewünschten Tintenzusammensetzung
möglich oder zweckmäßig ist, diese selbst
oder über Zusatzstoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit
zu versehen. Beispielhaft kann hierfür eine Tinte stehen,
welche magnetische Eigenschaften aufweist. Eine solche Tinte könnte
beispielsweise mittels eines Zusatzstoffes elektrische leitfähig
gestaltet werden, die Flugbahnen der jeweiligen Tintentropfen lassen
sich jedoch aufgrund der auftretenden Induktionserscheinungen und den
damit verbundenen unterschiedlichen zusätzlichen Ablenkungskräften
nicht kontrollieren.
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Die
DE 103 07 055 beschreibt
in Gegensatz hierzu ein Verfahren zur Ablenkung von Tintentropfen,
welches die in üblicher Art durch Druckmodulationen in
der Tinte erzeugten Tintentropfen mittels einer Ultraschallwelle
je nach aufgewendeter Schallenergie unterschiedlich stark ablenkt.
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Vorteilhaft
bei dieser Art der Ablenkung ist, dass die zu verdruckenden Tinten
keine elektrische Leitfähigkeit mehr aufweisen müssen,
was die Verwendung einer großen Anzahl unterschiedlichster Tinten
mit unterschiedlichsten Eigenschaften ermöglicht.
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Nachteilig
bei der in der
DE 103 07 055 geschilderten
Art ist, dass zum Einen eine präzise Synchronisation zwischen
der Tropfenerzeugung und der Tropfenablenkung erfolgen muss, welche
auch die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen am
Ort der Ablenkung in Abhängigkeit von den lokal herrschenden
Umgebungsbedingungen berücksichtigen muss, um eine präzise
Ablenkung eines Tintentropfens an die gewünschte Position
zu ermöglichen. Nachteilig ist weiterhin, dass bei der
Verwendung eines einfachen Schallerzeugers aufgrund der Größe
der schallerzeugenden Fläche die einwirkende Schallenergie
nicht nur ausschließlich auf den abzulenkenden Tintentropfen
wirkt, sondern zumindest teilweise auch auf vorausfliegende und
nachfolgende Tropfen, wodurch eine präzise Ablenkung der
Tintentropfen nur bedingt möglich ist. Nachteilig ist weiterhin,
dass die abgelenkten Tintentropfen aufgrund ihrer Erzeugung alle
die gleiche Größe aufweisen, wodurch ein Schriftbild
mit unterschiedlichen Strichstärken nur durch eine Überlagerung
mehrerer Tintentropfen erzeugbar und damit nur in Stufen erzeugbar ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen,
mit welcher es möglich ist, die genannten Nachteile zu
beseitigen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen es möglich ist,
innerhalb einer aufzubringenden Beschriftung unterschiedlich große
Tintentropfen zu erzeugen und in eine gewünschte Flugrichtung
abzulenken.
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Gelöst
wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass
im Unterschied zur bekannten Technik die Erzeugung einzelner Tintentropfen
aus einem kontinuierlichen und zusammenhängenden Tintenstrahl
nach dem Verlassen des Tintenstrahls aus der Düse der Druckkammer
dadurch erfolgt, dass wenigstens ein Schallpuls seitlich zur Ausbreitungsrichtung
auf den zusammenhängenden Tintenstrahl gerichtet wird bzw.
trifft, und ein Abschnitt des Tintenstrahls, auf den der Schallpuls
einwirkt, aus dem zusammenhängenden Tintenstrahl herausgelöst
und aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt
wird, wobei der herausgelöste Abschnitt durch Kohäsionskräfte
während des Fluges einen Tintentropfen ausbildet.
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Weiterhin
gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs
genannten gattungsgemäßen Art, bei der wenigstens
ein Schallerzeuger außerhalb der Druckkammer und seitlich
des Tintenstrahls angeordnet ist, mit dem wenigstens ein auf den
Tintenstrahl gerichteter Schallpuls erzeugbar ist, durch den aus
dem Tintenstrahl Tintentropfen herauslösbar und aus ihrer
ursprünglichen Richtung ablenkbar sind.
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Mittels
eines Schallpulses, bevorzugt eines gebündelten Ultraschallpulses
oder Hyperschallpulses kann ein bestimmter Abschnitt des zusammenhängenden
Tintenstrahls herausgelöst und dieser Abschnitt in eine
von der ursprünglichen Flugbahn abweichende Flugbahn abgelenkt
werden. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch,
dass seitlich zu dem die Düse der Druckkammer verlassenden
Tintenstrahl, bevorzugt in einem 90° Winkel angeordnet, wenigstens
ein Schallerzeuger angeordnet ist, welcher mittels einer geeigneten
elektrischen Ansteuerung über eine übergeordnete
Steuerung angesteuert wird und insbesondere kurze Schallpulse aussendet,
die sich als pulsartige Schalldruckwelle in Richtung des Tintenstrahls
ausbreiten.
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Dabei
kann es bevorzugt erfindungsgemäß vorgesehen sein,
den Schallpuls zu fokussieren, z. B. dadurch, dass zwischen jedem
der wenigstens einem Schallerzeuger und dem Tintenstrahl eine Fokussiereinrichtung
für die Schallpulse angeordnet werden, mit welcher die
von jedem Schallerzeuger ausgesandten Schallwellen des Schallpulses
in einen jeweiligen Brennpunkt fokussiert werden.
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Erfindungsgemäß kann
es vorgesehen sein, dass der Tintenstrahl durch die jeweiligen Brennpunkte
verläuft, so dass die Schallenergie der Schallpulse in bestmöglicher
Weise auf den Tintenstrahl einwirken kann. Wird dabei beispielsweise
der noch zusammenhängende Tintenstrahl im Brennpunkt eines
ersten Schallerzeugersystems von wenigstens einem Schallpuls getroffen,
so wird mittels der über den Schallpuls auf den Tintenstahl übertragenen
Energie und dem zugehörigen Schallimpuls ein bestimmter
Abschnitt des Tintenstrahls herausgelöst, wodurch der Tintenstrahl
unterbrochen wird.
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Da
auf den herausgelösten Abschnitt des Tintenstrahls über
den Schallimpuls gleichzeitig ein Bewegungsimpuls quer zu dessen
ursprünglichen Flugbahn übertragen wird, verlässt
der herausgelöste Abschnitt dabei die ursprüngliche
Flugbahn des Tintenstrahls und fliegt unter einem bestimmten Winkel
zur ursprünglichen Fugbahn weiter.
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Entlang
seines weiteren Weges formt sich dieser aus dem Tintenstrahl herausgelöste
Abschnitt aufgrund der Kohäsionskräfte der Tinte
zu einem Tintentropfen. Je nach Art des wenigstens einen Schallpulses
und deren zeitlichen Abfolge ist es dabei erfindungsgemäß möglich,
beispielsweise mit dem Herauslösen eines Abschnittes aus
dem Tintenstrahl diesem gleichzeitig einen bestimmten erforderlichen
Impuls für eine bestimmte Richtungsänderung quer
zur ursprünglichen Flugbahn zu übertragen, wodurch
der aus diesem herausgelösten Abschnitt entstandene Tintentropfen
eine zur ursprünglichen Flugbahn geneigte neue Flugbahn
einnimmt.
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Durch
eine Variation beispielsweise der Dauer des Schallpulses und/oder
der Intensität des Schallpulses und/oder des Frequenzspektrums
des Schallpulses und/oder dessen Fokussierung ist es so erfindungsgemäß auch
möglich, einzelne Tintentropfen aus einem kontinuierlichen
und zusammenhängenden Tintenstrahl herauszulösen
und diesen herausgelösten Tintentropfen zur ursprünglichen
Flugrichtung unterschiedliche geneigte Flugrichtungen aufzuprägen.
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Hierdurch
ist es möglich, dass die Flugbahnen der jeweiligen Tintentropfen
zueinander fächerförmig liegen, wodurch beispielsweise
bei einer Ablenkung in eine Querrichtung zur ursprünglichen Flugbahn
eine Drucklinie geschrieben werden kann. Diejenigen Bereiche des
Tintenstrahls, welche nicht für eine aufzubauende Drucklinie
benötigt werden und welche dementsprechend auch keine Ablenkung durch
ein Schallpuls erfahren, gelangen in üblicher Weise in
die Auffangöffnung eines Fangrohrs und werden beispielsweise
mittels einer Pumpe in den Tintenkreislauf zurück transportiert.
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In
einer weiteren Ausführung kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, zusätzlich zu einem ersten Schallerzeuger zur Erzeugung
von einzelnen Tintentropfen aus einem kontinuierlichen und zusammenhängenden
Tintenstrahl wenigstens einen zweiten Schallerzeuger vorzusehen,
welcher im wesentlichen zur Ablenkung der herausgelösten
und insbesondere bereits einmalig abgelenkten Tintentropfen dient.
Hierbei werden beispielsweise von dem ersten Schallerzeuger insbesondere
mittels einer Abfolge von Schallpulsen gleicher Energie, Intensität,
Dauer und Frequenzzusammensetzung aus dem kontinuierlichen und zusammenhängenden
Tintenstrahl einzelne Tintentropfen von im wesentlichen gleicher Größe
herausgelöst, welche in einen bestimmten Winkel zur ursprünglichen
Flugrichtung in eine zweite Flugrichtung abgelenkt werden.
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Die
so erzeugten Tintentropfen werden dann beim Durchqueren des Brennpunkts,
insbesondere der Fokussiereinrichtung des zweiten Schallerzeugers
mit unterschiedlichen Schallpulsen zusätzlich in jeweils
unterschiedliche weitere Ablenkrichtungen abgelenkt, wodurch sich
eine fächerförmig zueinander liegende Schar an
Flugrichtungen ergibt. Es kann hierbei zweckmäßig
sein, mittels des ersten Schallerzeugers in einer ersten Ausführung
ausschließlich diejenigen Tintentropfen aus dem kontinuierlichen und
zusammenhängenden Tintenstrahl zu erzeugen, welche in einem
zu schreibenden Druckbild tatsächlich benötigt
werden oder in einer zweiten Ausführung mittels des ersten
Schallerzeugers eine kontinuierliche Folge an Tintentropfen zu erzeugen
und jeweils nur die für ein Druckbild benötigten
Tintentropfen mittels des zweiten Schallerzeugersystems weiter abzulenken,
so dass jeweils lediglich eine einzige Auffangvorrichtung für
die nicht benötigte Anteile der Tinte vorhanden sein kann.
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Als
Schallerzeuger zur Erzeugung einzelner Tintentropfen und/oder deren
Ablenkung können beispielsweise alle bekannten Verfahren
zur Erzeugung von Schall verwendet werden wie beispielsweise elektrodynamische
Wandler, Piezowandler, elektrostriktive Wandler, magnetostriktive
Wandler, elektrostatische Wandler, Plasmaschallerzeuger etc. wobei erfindungsgemäß zumindest
ein Teil der erzeugten Schallwellen in einen Brennpunkt fokussiert
werden.
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Hierzu
kann beispielsweise eine akustische Linse, ein Reflektormaterial
oder eine Kombination davon verwendet werden. Erfindungsgemäß kann
es auch vorgesehen sein, den Schallerzeuger und insbesondere eine
oder mehrere schallerzeugende Flächen oder Schallerzeugungselemente
so auszugestalten, dass deren Form oder Anordnung wie die Fouriertransformierte
eines punktförmigen Schallereignisses wirkt und somit in
ihrem „Umkehrbetrieb" Schallwellen erzeugt, welche von
diesem Erzeuger ausgehen und im Wesentlichen in einem Brennpunkt gebündelt
werden, der auf dem Tintenstrahl liegt.
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Hierzu
kann die schallerzeugende Fläche in einem einfachen Fall
beispielsweise als Fresnelsche Zonenplatte ausgeführt sein,
wobei die schallerzeugende Fläche in einzelne jeweils individuell
elektrisch ansteuerbare konzentrische Bereiche aufgeteilt ist. Durch
entsprechende elektrische Ansteuerung der jeweiligen Bereiche bezüglich
Amplitude, Phasenlage, zeitlichem Verlauf und Frequenzspektrum ist
es so möglich, ohne zusätzliche akustische Linsen
oder Reflektoren einen entsprechenden Schallpuls zu erzeugen und
diesen in einem Brennpunkt zu bündeln. Es kann auch zweckmäßig
sein, bei einer entsprechenden Ausgestaltung der schallerzeugenden
Fläche und einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung
der jeweiligen Bereiche mehrere voneinander unabhängige
akustische Brennpunkte zu erzeugen, um so beispielsweise in einem
ersten Brennpunkt Tintentropfen zu erzeugen und in einem zweiten nachfolgenden
Brennpunkt diese entsprechend individuell abzulenken. Hierbei können
die verschiedenen Brennpunkt von demselben Schallerzeuger erzeugt
werden.
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Ausführungsbeispiele
und den Stand der Technik zeigen die nachfolgenden Figuren: Es zeigen:
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1:
eine Anordnung zur Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung
gemäß des Standes der Technik
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2:
eine erste erfindungsgemäße Ausführung
zur Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung mit einem Schallerzeugersystem
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3:
eine zweite erfindungsgemäße Ausführung
zur Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung mit einem fouriertransformierten
Schallerzeugersystem
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4:
eine dritte erfindungsgemäße Ausführung
mit zwei voneinander unabhängigen Schallerzeugersystemen
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5:
eine vierte erfindungsgemäße Ausführung
mit drei voneinander unabhängigen Schallerzeugersystemen
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6:
eine fünfte erfindungsgemäße Ausführung
mit einem fouriertransformierten Schallerzeugersystem mit zwei voneinander
unabhängigen Brennpunkten
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1 zeigt
zum Vergleich mit der Erfindung beispielhaft einen Druckkopf der
bekannten Art eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers.
Die Tinte 1 wird zunächst aus einem Vorratsbehälter 2 mittels
einer Pumpe 3 über Zuleitungen 4a in
die Druckkammer 5 gepumpt, an deren einem Ende eine Düse 6 eingebracht
ist. Über zusätzlich an der Druckkammer angebrachte
Modulationseinrichtungen 7 wird der Druck in der Druckkammer 5 moduliert,
so dass der aus der Düse 6 austretende Tintenstrahl 9 in
kurzer Entfernung nach seinem Austritt in einzelne Tintentropfen 11 von
im Wesentlichen gleicher Größe aufbricht. Kurz
vor dem Aufbrechen werden die einzelnen Tintentropfen 11 über
eine Ladeelektrode 8 mit einer individuellen elektrischen
Ladung versehen.
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Entlang
ihrer Flugbahn 100 treten die Tintentropfen 11 nun
in ein elektrisches Feld 21 ein, das mittels der Elektroden 20a und 20b des
Plattenkondensators 20 gebildet ist. In Abhängigkeit
der Ladungsmenge und der Polarität der Ladungen auf den Tintentropfen 11 sowie
der Polarität und Stärke des elektrischen Feldes 21 im
Feldraum des Plattenkondensators 20 werden die einzelnen
Tintentropfen in unterschiedliche beispielhaft dargestellte Raumrichtungen 101, 102 abgelenkt.
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Die
gesamte Anzahl der möglichen Ablenkungswinkel hängt
dabei lediglich von der Ansteuerung der Ladeelektrode ab und ist
prinzipiell nicht beschränkt. Die einzelnen Platten 20a und 20b des Plattenkondensators 20 können
dabei gegeneinander geneigt sein, wie in 1 gezeigt.
Es ist aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit ebenso
möglich parallel zueinander angeordnete Platten zu verwenden.
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Die
Polarität und Stärke des elektrischen Feldes 21 wird
in dieser Ausführung zweckmäßigerweise
im Wesentlichen konstant gehalten, da sich eine Änderung
der Feldstärke auf eine Vielzahl von Tropfen, die sich
zu diesem Zeitpunkt im Feldraum des Plattenkondensators befinden,
gleichzeitig auswirkt und damit eine Beeinflussung eines einzelnen
Tropfens unmöglich ist.
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Nach
dem Verlassen des Feldraumes 21 des Plattenkondensators 20 wirkt
keine elektrostatische Kraft mehr auf die Tintentropfen 11 und
diese behalten ihre neuen Flugbahnen 101, 102 bei.
Es ergibt sich so eine fächerförmig angeordnete
Schar von Flugbahnen. Tintentropfen 11, die beispielsweise nicht
oder nur gering geladen wurden, da sie aus dem Schriftbild ausgesondert
werden müssen, erfahren in dem elektrostatischen Feld 21 des
Plattenkondensators 20 beispielsweise keine oder nur eine
geringe Ablenkung und treffen in eine Öffnung 19 eines Fangrohres 18 zur
Tintenrückführung. Die so aufgefangene Tinte wird über
Zuleitungen 4b wieder in den Tintenbehälter 2 geleitet
und so dem Tintenkreislauf wieder zugeführt.
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Es
ist leicht zu erkennen, dass dieses Arbeitsprinzip nur mit Tinten
funktioniert, welche eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen,
da andernfalls eine elektrostatische Aufladung der Tintentropfen nicht
erfolgen kann.
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2 zeigt
eine erste erfindungsgemäße Ausführung
zur Erzeugung und Ablenkung von Tintentropfen einer nicht notwendigerweise
elektrisch leitfähigen Tinte und insbesondere einer elektrisch nicht
leitenden Tinte. Die Tinte 1 wird hierzu aus einem Vorratsbehälter 2 mittels
einer Pumpe 3 über Zuleitungen 4a in
eine Druckkammer 5 gepumpt, an deren einem Ende sich eine
Düse 6 befindet.
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Aufgrund
des durch die Pumpe 3 in der Druckkammer 5 erzeugten
und im wesentlichen statischen Druckes tritt die Tinte 1 aus
der Druckkammer 5 über die Düse 6 als
kontinuierlicher und zusammenhängender Tintenstrahl 9 entlang
einer Ausbreitungsrichtung 100 aus und gelangt nach eine
bestimmten Strecke in den Bereich des Schallerzeugungssystems 40.
Das Schallerzeugersystem 40 umfasst dabei beispielsweise
einen in einer Halterung 40d befindlichen Schallerzeuger 40a,
welcher an seiner dem Tintenstrahl 9 zugewandten Seite
eine Fokussiereinrichtung 40b aufweist.
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Der
Abstand des Schallerzeugersystems 40 zum Tintenstrahl 9 und
insbesondere die Ausgestaltung der Fokussiereinrichtung 40b sind
dabei so bestimmt, dass der Brennpunkt der Fokussiereinrichtung 40b auf
dem sich entlang der Ausbreitungsrichtung 100 bewegenden
Tintenstrahl 9 trifft. Hierdurch werden die von dem Schallerzeuger 40a ausgesendeten
Schallwellen 140 in einen kleinen Bereich auf dem Tintenstrahl 9 so
konzentriert, dass hierdurch auf den Tintenstrahl 9 durch
den wirkenden Schallpuls eine bestimmte Schallenergie und ein bestimmter
Schallimpuls übertragen wird, wodurch aus dem kontinuierlichen
und zusammenhängenden Tintenstrahl 9 ein bestimmter
Streckenabschnitt herausgelöst werden kann.
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Je
nach dabei verwendeter Impulsdauer, Impulsform, Frequenzzusammensetzung
und im Schallerzeuger 40a umgesetzter Schallenergie wird dabei
mehr oder weniger Schallenergie und eine mehr oder weniger großer
Schallimpuls auf den herausgelösten Streckenabschnitt übertragen,
so dass die jeweiligen Streckenabschnitte unterschiedliche Ablenkwinkel
erfahren können und es somit möglich ist, durch
eine entsprechende Ansteuerung mittels einer nicht dargestellten übergeordneten
Steuerung gezielt unterschiedliche Ablenkwinkel einzelner Streckenabschnitte
zu erzeugen und damit beispielsweise eine Drucklinie zu adressieren.
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Die
so herausgelösten Streckenabschnitte formen entlang ihrer
jeweiligen weiteren Ablenkrichtungen 101, 102 nach
kurzer Zeit aufgrund der im Inneren der Tinte herrschenden Kohäsionskräfte
einzelne Tintentropfen 13, welche in bekannter Weise zur
Beschriftung oder Kennzeichnung verwendet werden können.
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Streckenabschnitte,
welche nicht für eine Schriftbild erforderlich sind und
damit ausgesondert werden müssen, erfahren keine Ablenkung über
das Schallerzeugersystem 40, so dass sie unabgelenkt entlang
ihrer ursprünglichen Ausbreitungsrichtung 100 weiterfliegen
und in eine Auffangöffnung 19 eines Fangrohres 18 gelangen
und in bekannter Weise über Rückleitungen 4b in
den Tintenkreislauf zurück transportiert werden.
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3 zeigt
eine zweite erfindungsgemäße Ausführung
zur Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung, bei welcher
das Schallerzeugersystem 42 so ausgeführt ist,
dass es als Fouriertransformierte eines punktförmigen Schallereignisses
betrieben werden kann. Hierdurch ist es möglich, ein solches
Schallerzeugersystem 42 ohne Fokussiereinrichtung zu betreiben,
da die Schallwellen 142 bei einer entsprechenden Ansteuerung
der schallerzeugenden Segmente 42a durch eine Überlagerung
der jeweiligen Amplituden und Phasen in einen gemeinsamen Brennpunkt 42c gebündelt
werden, wodurch in ähnlicher Weise einzelne Streckenabschnitte
aus dem Tintenstrahl 9 herausgelöst und abgelenkt
werden können.
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Eine
dritte erfindungsgemäße Ausführung zur
Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung zeigt 4,
bei welcher zwei voneinander unabhängig arbeitende Schallerzeugersysteme 40 und 41 vorgesehen
sind. Es ist hierbei erfindungsgemäß vorgesehen
mit einem ersten Schallerzeugersystem 40 den kontinuierlichen
und zusammenhängenden Tintenstrahl 9 in eine kontinuierliche
Folge von Tintentropfen 11 zu zerlegen, indem beispielsweise
mittels des Schallerzeugersystems 40 mit einer Schallpulsfolge
konstanter Frequenz auf den sich entlang seiner Ausbreitungsrichtung 100 ausbreitenden
Tintenstrahl 9 eingewirkt wird, so dass der Tintenstrahl 9 in
eine Folge von im wesentlichen gleichen Tintentropfen 11 zerlegt
wird, welche in eine neue Ausbreitungsrichtung 100a abgelenkt
sind. Über das nachfolgend angeordnete Schallerzeugersystem 41 werden
synchron zu der Tropfenfrequenz einzelne Tintentropfen mittels wenigstens
eines weiteren Schallpulses dergestalt beaufschlagt, dass diese
eine Richtungsänderung erfahren und je nach Intensität
und zeitlichem Verlauf des einwirkenden Schallimpulses in eine Richtung 101, 102 abgelenkt
werden. Für eine Beschriftung nicht benötigte
Tintentropfen werden beispielsweise nicht mit Schallpulsen beaufschlagt und
erfahren daher keine weitere Ablenkung und treffen in bekannter
Weise in eine Auffangöffnung 19 eines Fangrohres 18 und
werden über Rücklaufleitungen 4b wieder
in den Tintenkreislauf zurück transportiert.
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Eine
vierte erfindungsgemäße Ausführung zur
Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung zeigt 5,
bei welcher mittels eines ersten Schallerzeugersystems 40 aus
dem kontinuierlichen und zusammenhängenden Tintenstrahl 9 die
für ein Druckbild benötigten Tintentropfen so
herauslöst werden, dass diese in eine neue Ablenkrichtung 100a abgelenkt
werden. Die nicht für das Druckbild benötigten
Streckenabschnitte des Tintenstrahls 9 gelangen dabei in
eine Auffangöffnung 19 eine unmittelbar nach den
Schallerzeugersystem 40 angeordneten Fangrohrs 18 und
werden in den Tintenkreislauf über Rückflussleitungen 4b zurücktransportiert.
Die aus dem Tintenstrahl 9 herausgelösten Tintentropfen 11 werden
anschließend von einem der beiden nachfolgenden Schallerzeugersystemen 41, 43 mittels Schallpulsen
so beaufschlagt, dass einzelne Tintentropfen 13 in eine
neue Richtung 101, 102, 103 abgelenkt
werden können. Es kann dabei zweckmäßig sein,
dass die jeweiligen Brennpunkte 41c, 43c der Schallerzeugersysteme 41, 43 zusammenfallen,
so dass zu der Ausbreitungsrichtung 100a spiegelbildliche
Ablenkrichtungen möglich sind und sich die abzulenkenden
Tropfen stets durch einen Brennpunkt 41c oder 43c bewegen.
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Eine
fünfte erfindungsgemäße Ausführung zur
Erzeugung von Tintentropfen und deren Ablenkung zeigt 6,
bei welcher das Schallerzeugersystem 42 so ausgeführt
ist, dass es als Fouriertransformierte für wenigstens zwei
punktförmige Schallereignisse betrieben werden kann. Hierbei
kann beispielsweise in einem ersten Bereich eine Anzahl von schallerzeugenden
Segmenten 42a so über eine nicht dargestellte übergeordnete
Steuerung angesteuert werden, dass deren ausgesendete Schallwellen 142a in
einem ersten Brennpunkt 42c gebündelt wird. Durch
eine entsprechende Ansteuerung der schallerzeugenden Segmente 42a ist
es somit möglich den kontinuierlichen und zusammenhängenden Tintenstrahl 9,
welcher den Brennpunkt 42c durchläuft, in diesem
in gleichartige einzelne Tintentropfen 11 vollständig
zu zerlegen und die so erzeugten Tintentropfen 11 aus der
ursprünglichen Ausbreitungsrichtung 100 des Tintenstrahls 9 in
eine neue Ausbreitungsrichtung 100a abzulenken.
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Eine
zweite Anzahl von schallerzeugenden Segmenten 42b in einem
nachfolgenden Bereich kann beispielsweise jeweils so über
eine nicht dargestellte übergeordnete Steuerung angesteuert
werden, dass jeweils einzelne Tintentropfen in unterschiedliche
Richtungen 101, 102 abgelenkt werden können.
Hierzu verläuft de Ausbreitungsrichtung 100a der
Tintentropfen durch den Brennpunkt 42e der zweiten Segmentanordnung 42b.
Tintentropfen welche nicht zum Drucken verwendet werden sollen erfahren
dabei keine Ablenkung und werden in gewohnter Weise in den Tintenkreislauf
zurückbefördert.
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Vorteilhaft
bei der Verwendung von "fouriertransformierten" Schallerzeugersystemen
ist dabei, dass durch die Überlagerung der von allen beteiligten schallerzeugenden
Segmenten ausgesendeten Schallwellen die Position und die Form des
fouriertransformierten Schallereignisses im Brennpunkt variiert
werden kann, indem beispielsweise für jedes Segment dessen
Frequenzspektrum, dessen zeitlicher Schallverlauf, dessen Amplituden
und dessen Phasenlage angepasst wird. Hierdurch ist es zumindest
in bestimmten Grenzen möglich, die Form des Brennpunktes
und dessen Lage bezüglich des Tintenstrahls 9 zu
beeinflussen und gegebenenfalls für eine bestimmte Distanz
mitzuführen, um so eine optimale Einbringung der Schallenergie
in den Tintenstrahl zu erreichen.
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Bezüglich
sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass
die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen
Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt
werden können, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen.
Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung
sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander
kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10307055 [0014, 0016]