DE2218797A1 - Filter fur Punktschreiber - Google Patents
Filter fur PunktschreiberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Vorrichtungen zum Aufzeichnen
von durch elektrische Signale dargestellten Informationen durch tropfenweises Aufbringen einer Schreibflüssigkeit
auf ein Aufzeichnungsmaterial und bezieht sich insbesondere auf ein Filter für den Schreibkopf eines Punktschreibers zur
Ausscheidung mikroskopisch kleiner Teilchen, wobei der Schreibkopf einen Düsenkörper mit einem an eine Flüssigkeits-Resonanzfrequenz
angepaßten Düsenkanal von vorbestimmtem Durchmesser und vorbestimmter Länge sowie an einem Ende einen
Flüssigkeits-Auslaß und am entgegengesetzten Ende einen Flüssigkeits-Einlaß aufweist.
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Es sind Vorrichtungen zum Aufzeichnen von durch Videosignale dargestellten Informationen an einem Aufzeichnungsmaterial
"bekannt, "bei denen ein Strom von Schreibflüssigkeitstropfen
erzeugt wird, diese Tropfen gegen ein Aufzeichnungsmaterial
gerichtet und während dieser Bewegung in Abhängigkeit von Videosignalen so abgelenkt werden, daß die Tropfen beim Auftreffen
auf das Aufzeichnungsmaterial ein sichtbares Bild der Videosignale erzeugen. Die hierzu verwendete Vorrichtung
weist gewöhnlich einen Schreibflüssigkeits-Behälter auf, aus dem"Schreibflüssigkeit durch eine Pumpe entnommen werden kann.
Die von der Pumpe geförderte Schreibflüssigkeitsmenge wird einer Düse zugeführt, die Teil eines Schreibkopfes ist. Der
Düsenauslaß ist, wie in der US-Patentschrift 3 346 869 beschrieben,, sehr klein und weist einen Durchmesser im Bereich
zwischen etwa 0,025 und 0,064 mm auf. Es besteht somit die Gefahr, daß· die Düse verstopft. Die in der vorerwähnten
Patentschrift beschriebene Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verstopfen des Düsenauslasses durch eintrocknende
Schreibflussigke.it zu verhindern.
Ein Verstopfen der Düse kann auch durch in der Schreibflüssigkeit befindliche Teilchen verursacht werden. Bei
herkömmlichen Punktschreibern ist daher in die Flüssigkeitszuleitung zwischen der Flüssigkeitspumpe und der Düse ein
Filter eingebaut. Zwischen dem Filter-und dem Düsenauslaß verbleibt jedoch noch ein Leitungsabschnitt von beträchtlicher
Länge sowie Verbindungsteile. Diese Anordnung ist durch die erhebliche Baugröße des Filters bedingt. Würde man
daher das Filter an der über das Aufzeichnungsmaterial vor- und zurückbewegten Düse anbringen, so würde die Ansprechgenauigkeit
des Schreibkopfes in nachteiliger Weise beeinflußt. Außerdem ging man von der Annahme aus, daß die Düse
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an einem Ende, beispielsweise mit einem flexiblen Schlauch, akustisch weich abgeschlossen sein müßte,, um eine Veränderung
der Flüssigkeits-Resonanz-Eigenschaften der Düse zu vermeiden.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß bei Anordnung eines Filters im Abstand von der Düse kleinste Teilchen im
Strömungssystem zwischen dem Filter und der Düse eingeschlossen werden. Diese Teilchen können beim Zusammenbau
der Teile entstandene Schabsei sein oder in anderer Weise während des Zusammenbaus in das System gelangt sein,, Selbst
wenn der Zusammenbau in einem entsprechend geschützten Raum und unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen vorgenommen
wird, befinden sich stromab vom Filter kleinste Teilchen, die ein Verstopfen der Düse und damit Störungen
im System hervorrufen können.
Außerdem sind zur Erzielung zweckmäßiger Betriebsbedingungen bestimmte physikalische bzw. mechanische Eigenschaften der
Düse als kritisch zu betrachten. Da die erfindungsgemäß
zu verwendenden Filter Teilchen in der Größenordnung von 40 um ausscheiden sollen, stellt das Filter für Schallwellen im
wesentlichen eine massive Wand dar. Aus diesem Grund ist es nicht einfach möglich, ein Filter, wie in der US-Patentschrift
3 362 640 beschrieben, nahe dem Düsenauslaß anzuordnen,
da die Düse so ausgebildet sein muß, daß an ihrer Arbeitsstelle mechanische und Flüssigkeits-Resonanssen wirksam
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein wirtschaftlich herstellbares und leicht zu
wartendes Filter für die Schreibkopfdüse eines Punktschreibers
zu schaffen, das ohne Beeinflussung der Flüssigkeits-Resonanz
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der Düse in der Schreibflüssigkeit enthaltene sehr kleine Teilchen vor dem Eintreten in den Düsenauslaß abfängt.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß man das Filter in einer Flüssigkeits-Einlaßkammer anordnet, deren Durchmesser in einem vorbestimmten
Verhältnis zu dem des Düsen-Strömungskanals steht.
Ein Filter der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine Flüssigkeits-Einlaßkammer
mit einer Querschnittsfläche von vorbestimmtem Durchmesser in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaß des Strömungskanals steht, daß sich über die
Querschnittsfläche der Flüssigkeits-Einlaßkammer ein Filter erstreckt, und daß das Verhältnis zwischen dem Strömungskanaldurchmesser
und dem Durchmesser der Flüssigkeits-Einlaßkammer etwa 0,4-5 oder weniger beträgt.
Die Flüssigkeits-Resonanz des als geschlossenes Rohr wirkenden Düsen-Strömungskanals erfährt im wesentlichen
keine Veränderung durch das Filter, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der vom Filter überdeckten
Querschnittsfläche einer Einlaßkammer und dem Durchmesser der Querschnittsfläche des Strömungskanals etwa 0,4-5 oder
weniger beträgt. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung der Ausdruck "Durchmesser" in seiner allgemeinsten Bedeutung
verwendet und nicht auf die Bestimmung eines kreisrunden Querschnitts beschränkt, sondern wird auch zur Bestimmung
eines Minimalabstandes längs einer Linie verwendet, die im wesentlichen durch den Mittelpunkt eines beliebigen Querschnitts
geht und von dessen Umriß eingeschlossen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
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Zeichnungen eines Ausfjihrungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten
erläutert. In der Zeichnung zeigt:
51Ig. 1 einen Punktschreiber mit einem erfindungsgemäß
ausgebildeten Schreibkopf,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Schreibkopf entsprechend der
Linie 2-2 in Fig. 1 mit Einzelheiten einer Schreibkopf-Düse und
Fig. 3 ein Schaubild, in welchem die Ordinate das Durchmesserverhältnis
zwischen Strömungskanal und Einlaßkammer und die Abszisse die Resonanztfrequenzwerte
des Strömungskanals darstellt.
Entsprechend Jj1Ig. 1 ist einem Tintenströmungssystem 10 eines
Punktschreibers ein Tintenvorratsbehälter 11 zugeordnet, aus dessen Tintenvorrat Tinte durch eine Pumpe 12 ausförderbar
ist. Nicht verschriebene Tinte ist dem Vorratsbehälter über eine Abflußrinne 14 zuführbar. Die Pumpe 12 führt Tinte
unter Druck einem Regler 15 zu, dessen Auslaß mit einem
Magnetventil 16 verbunden ist, das Tinte über eine Zuleitung
17 zu einem Schreibkopf 18 oder über eine Umgehungsleitung 19 zum Vorratsbehälter 11 zurücklenkt. Über den Schreibkopf
18 ist ein Strom von Tropfen 20 entweder auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials 21 oder in die Abflußrinne 14
richtbar· Zum Erzeugen der gewünschten Aufzeichnungen ist der Schreibkopf 18 in an sich.bekannter Weise über die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials 21 bewegbar. In der
Zuleitung 16 ist zwischen der Pumpe 12 und dem Schreibkopf 18 ein Filter 22 eingesetzt» Die bisherige Beschreibung
entspricht dem Stand der Technik. Das Filter 22 besteht aus zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Filterelementen,
wobei das erste als Grobfilter, das zweite als
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Peinfilter wirkt. Bei einer Ausfuhrungsform war der Peinheitsgrad
des Peinfilterelementes so gewählt, daß Teilchen in ' der Größenordnung von 40 um oder größer aus der durchfließenden
Tinte ausgeschieden werden konnten.
Da der Schreibkopf 18 eine Querbewegung ausführt und dabei
an unter Druck stehende Tinte angeschlossen bleibt, ist in die Zuleitung 16 zum Ausgleich der Längenunterschiede ein
flexibler Schlauch 24 eingesetzt.
Pig. 2 zeigt im Querschnitt des Schreibkopfes 18 Einzelheiten
der Düse. In einem Düsenkörper 25 von überwiegender Längsausdehnung ist im wesentlichen mittig.ein Düsen-Strömungskanal
26 angeordnet, der sich über die ganze Länge des Düsenkörpers 25 erstreckt. Am vorderen Ende des Düsen-Strömungskanals
ist eine Verengung 27 vorgesehen, die- einen Auslaß bildet, durch den Tinte unter Druck austritt. In der Praxis
kann die Verengung 27 eine beliebige polygone, beispielsweise auch dem Umriß eines Edelsteines entsprechende Querschnittsform annehmen und der Auslaß' 28 mit einem Durchmesser im
Bereich zwischen 12 und 75 um ausgebildet sein. In einer praktischen Ausbildungsform besitzt der Düsen-Strömungskanal
26 einen Durchmesser von etwa, 0,94 mm. Am entgegengesetzten Ende des Düsenstromungskanals ist ein Flüssigkeits-Einlaß 28a
ausgebildet, \
Am vorderen und hinteren Ende besitzt der Düsenkörper 25 Gewinde 30 bzw. 31· Am Gewinde 30 ist eine Mutter 32 aufgenommen,
die gegen eine Gruppe von piezoelektrischen Kristallen 34,35 festklemmbar ist und diese gegen einen mit
dem Düsenkörper einstückig ausgebildeten Halter 36 drückt.
Die piezoelektrischen Elemente 34,35 sind in an sich bekannter Weise so polarisiert, daß sie sich bei Anlegen einer
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elektrischen Spannung über Drähte 37a und 37b in axialer
Richtung ausdehnen und den Düsenkörper 25 zusammenpressen.
Diese Pressungen werden auf die im Strömungskanal 26 befindliche Flüssigkeit übertragen und erzeugen Störungen
der Art, daß die am Auslaß 28 unter Druck austretende Flüssigkeit in Form von in vorbestimmtem Abstand gebildeten
Tropfen 20 ausfließt (Fig. 1). Der Düsenkörper 25, die
Mutter 32 und die piezoelektrischen Elemente 34,35 sind
in einem Schreibkopf-«Gehäuse 38 eingeschlossen.
Nahe dem Flüssigkeits-Einlaß 28a des Düsen-Strömungskanals ist erfindungsgemäß ein Filter vorgesehen. Bei der gezeigten
Ausbildungsform ist daher ein Filter 39 so angeordnet, daß es die Querschnittsfläche einer Einlaßkammer 40 überdeckt,
die in einem Filterträger- und Verbindungsstück 41 ausgebildet ist. Das gezeigte Filter weist eine im wesentlichen
kegelförmige Gestalt auf. Jedoch sind erfindungsgemäß beliebige andere jrilter-Formgebungen möglich. Beispielsweise
und ohne geglichen einschränkenden Charakter sei auf rechteckige
und pyramidenförmige Formen verwiesen« Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das Filter im wesentlichen senkrecht
zu einer Achse des Strömungskanals 26 angeordnet ist. Schräge Anordnungen sind möglich. Wesentlich ist, daß das
Filter 39 den Strömungsquerschnitt der Einlaßkammer überdeckt
und dabei so gehalten ist, daß es die Resonanz des Düsen-Strömungskanals nicht stört. Das Filterträger- und
Verbindungsstück 41 ist mit einem Innengewinde 41a versehen, das am vorderen Ende des Düsenkörpers in das Gewinde
31 eingreift. Am entgegengesetzten, hinteren Ende trägt das
Verbindungsstück 41 ein Außengewinde 42, auf das mit einem Gewinde 44 a eine Mutter 44 aufgeschraubt ist, mit der das
Ende des flexiblen Schlauches 24 gefaßt ist und die zwischen diesem und dem Verbindungsstück 41 eine fLüssigkeitsdichte
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Verbindung herstellt. Der Düsenkörper 25 und seine ihm
zugeordneten Bauteile und der ITiIterträger 41 sind im
Schreibkopf-Gehäuse 38 mit einer Halt em utter 4-5 gehalten.
Aus der Zeichnung ist erkennbar, daß die Halte mutter 4-5 in form einer Büchse ausgebildet ist, die mit
einem Gewinde 46 in ein Gegengewinde des Gehäuses 38 eingreift
und mit einer radial nach innen sich erstreckenden Lippe 48 an einer ringförmigen schulter 48a am Verbindungsstück
41 angreift. Bei der gezeigten Ausführungsform ist zwischen die die piezoelektrischen Kristalle haltende
Mutter J2 und das Gehäuse 38 ein O-Ring 4-7 eingesetzt,
um die sichere Aufnahme der Düse insgesamt im (iehäuse zu erleichtern. Bei einer praktischen Ausführungsform des
Filters wurde als Werkstoff für das filter ein Polyamid verwendet und seine Umfangsränder in das Verbindungsstück 4-1
eingepreßt, das selbst aus einem Styrol-modifizierten Polyphenolenoxid geformt war. Ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, ist es möglich, andere Mittel und Werkstoffe zur Abstützung eines in einer Kammer angeordneten
und sich über deren Querschnittsfläche erstreckenden Filters mit der erfindungsgemäß gewählten Feinheit zu verwenden.
Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß das filter 39, dessen Porosität so gering ist, daß es sich gegenüber Schallwellen
im wesentlichen wie ein massiver Werkstoff verhält, im wesentlichen die Resonanz des Düsen-Strömungskanals 26
unverändert läßt. Wie am deutlichsten aus Fig. 3 zu erkennen, bleibt die Flüssigkeits-Resonanzfrequenz einer gegebenen Düse
sowohl bei Verwendung eines Filters (Kurve F) als auch ohne Filter (Kurve NF) im wesentlichen unverändert, wenn das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser D1 der Querschnittsfläche
des Düsen-Strömungskanals und dem Durchmesser D2 der Querschnittsfläche der Einlaßkammer etwa 0,45 oder weniger beträgt.
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Bei Werten, die deutliph über 0,45 liegen, sind für Ausbildungsformen
mit und ohne Filter bzw. Sieb unterschiedliche Resonanzen für den Düsen-Strömungskanal festzustellen·, .wobei
für das Filter eine Anordnung mit Überdeckung der Querschnittsfläche der Einlaßkammer gilt. ·-
Wie bereits erwähnt, ist der Begriff-"Durchmesser" im weiten
Sinne zur Messung eines Minimalabstandes durch den Mittelpunkt einer Querschnittsfläche zu verstehen, so daß im Rahmen
der Erfindung jede beliebige Querschnittsgestalt erfaßt ist, die für den Strömungskanal 26'und die Einlaßkammer 40·
.gewählt sein kann. Es ist zweckmäßig,.den Mittelpunkt der
Querschnittsfläche der Einlaßkammer im wesentlichen zusammenfallend mit der Achse des Düsen-Strömungskanals
zu wählen. ■
Aus dem Vorstehenden ist deutlich zu erkennen, daß erfindungsgemäß
die Anordnung eines Filters mit einer Porosität in der Größenordnung von 40 um in nächster Nähe einer Punktschreiberdüse
möglich ist. Da der Düsenauslaß verhältnismäßig klein, in der Größenordnung zwischen 12 und 75 um gewählt ist,
können bereits verhältnismäßig kleine Teilchen zu einer Verstopfung führen. Die Porosität des Filters 39 muß so
mikroskopisch klein gewählt sein, daß das- Filter Teilchen, die etwa halb so groß wie der Durchmesser des Düsenauslasses
sind, auffängt.' Bei gewöhnlichen Strömungssystemen als verhältnismäßig
sauber geltende Bedingungen können bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Punktschreiber bereits Schwierigkeiten
hervorrufen. Da das Filter sehr kleine Teilchen, die
ein Verstopfen des Düsenauslasses verursachen würden, ausscheiden kann und verhältnismäßig nahe dem Auslaß anbringbar
ist, können die Teilchen abgefangen werden, bevor sie den Auslaß erreichen und diesen verstopfen. Das Filter ist
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so ausgebildet, daß es leicht von der Düse weggenommen werden kann. Ein verstopftes Filter ist daher bequem ausbaubar
und durch ein neues PiIter ersetzbar, so daß das System sofort wieder betriebsbereit ist. Dies ist von besonderem
Vorteil, wenn am Arbeitsort des Punktsehreibers
die zur Instandhaltung der Düse erforderliche äußerst saubere Umgebung nicht gewährleistet werden kann. Sind in das System
zwischen dem Filter 22 und dem Schreibkopf 18 irgendwelche Teilchen eingedrungen, so ist dies kein Grund zur Beunruhigung,
denn sie werden durch das nahe der Düse angeordnete Filter aufgefangen. Es wurde festgestellt, daß ein
erfindungsgemäß ausgebildeter Punktschreiber eine beträchtlich größere Betriebssicherheit aufweist»
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Claims (2)
- ANSPRÜCHE1 .J Filter für den Schreibkopf eines PunktSchreibers 5ur Ausscheidung mikroskopisch kleiner Teilchen, wobei der Schreibkopf einen Düsenkörper mit einem an eine Flüssigkeits-Resonanzfrequenz angepaßten Strömungskanal von vorbestimmten Durchmesser und vorbestimmter Länge sowie an einem Ende einen Flüssigkeits-Auslaß und am entgegengesetzten Ende einen Flüssigkeits-Einlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeits-Einlaßkanuner (40) mit einer Querschnittsfläche von vorbestimmtem Durchmesser (Dp) in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeits-Einlaß (28a) des Strömungskanals (26) steht, daß sich über die Querschnittsfläche der Flüssigkeits-Einlaßkammer (4-0) ein Filter (39) erstreckt, und daß das Verhältnis zwischen dem Strömungskanaldurchmesser (D,-) und dem Durchmesser (Dp) der Flüssigkeits-Einlaßkammer etwa 0,45 oder weniger beträgt.
- 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Filters (39) zwischen eine Flüssigkeits-Zuleitung (24) und dem Strömungskanal (26) ein hohler Verbinder (41) eingesetzt ist.3· Filter nach Anspruch 1 oder 2T dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden und Lösen des das Filter (39)2098A5/08A2aufnehmenden Verbinders (41) mit bzw. von dem Düsenkörper (25) und der Flüssigkeits-Zuleitung (24) von Hand der Düsenkörper (25) und der Verbinder (41) mit zueinander passenden Gewinden (31,41a) ausgestattet sind.2 0 9 8 /, b I 0 8 k 7
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