DE3214619A1

DE3214619A1 - Vorrichtung zur glaettung periodischer druckschwankungen in einem fluessigkeits-foerdersystem

Info

Publication number: DE3214619A1
Application number: DE19823214619
Authority: DE
Inventors: Masahiko Nara Aiba
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1982-11-18
Also published as: US4430049A; JPS57177485A; DE3214619C2

Description

TER MEER · MÜLLER · STEJWlwEISl ER - ; "..".:.. Case: 1828-GER-T

— 3 —
BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Glättung periodischer Druckschwankungen, in einem Flüssigkeit s-Fördersystem, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Fördersystem zur Förderung von Tinte in einem Tintenstrahldrucker, das es gestattet, den Durchsatz der zu einer Düse geförderten Tinte konstant zu halten.

Wenn in einem Fördersystem für Flüssigkeiten eine kolbengetriebene Pumpe verwendet wird, werden in der Flüssigkeit im allgemeinen periodische Druckschwankungen oder Druckwellen erzeut. Diese Druck-Schwankungen beeinflußen den Durchsatz, mit dem die Flüssigkeit gefördert wird, so daß der Durchsatz nicht konstant bleibt. Insbesondere bei Tintenstrahldruckern, bei denen die Bewegung der Tintentröpfchen anhand der Ladungsamplitude dieser Tropfchen gesteuert wird, ist es äußerst wichtig, daß die Tinte mit einem konstanten Durchsatz gefördert wird, wenn ein fehlerfreies und sauberes Schriftbild erreicht werden soll.

Aus diesem Grund ist in einem derartigen Fördersystem üblicherweise eine Glättungseinrichtung zur Unterdrückung dieser Druckschwankungen vorgesehen. Herkömmliche Glättungseinrichtungen sind jedoch nicht geeignet, einerseits eine weitgehende Verringerung der Druckschwankungen und andererseits eine kurze Ansprechzeit des System bei Veränderungen des Flüssigkeitsdruckes zu gewährleisten.

•■•■-Γ: ·,::,.;::;■·;- s_WPk³k^2U619

TER MEER · MÜLLER · STElNMElSYEk - - ·..".:.. Case: 1828-GER-T

Zur näheren Erläuterung des Standes der Technik soll bereits hier auf die Fig. 7 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden.

Diese Fig. veranschaulicht den typischen Aufbau einer herkömmlichen Glättungseinrichtung, wie sie in Tinten-Fördersystemen für Tintenstrahldrucker mit ladungsabhängiger Steuerung verwendet wird. Die in Fig. 7 gezeigte herkömmliche Glättungseinrichtung umfaßt einen Zylinder 10, der einen gleitend verschiebbaren Kolben 12 aufnimmt. Zwischen dem Kolben 12 und einem Kopf 16 des Zylinders 10 ist eine Feder 14 vorgesehen, die die Druckschwankungen ausgleichen soll.

Die Amplitude der Druckschwankungen in der Glättungseinrichtung kann durch folgende Formel angegeben werden:

P = κ k
RP 1 s²

Dabei bedeuten:

k die Federkonstante der Feder 14; S die Größe des Kolbens 12; und K. eine Konstante.

Die Ansprechzeit T, mit der sich die Glättungseinrichtung Veränderungen des mittleren Flüssigkeitsdruckes anpaßt, kann durch folgende Formel angegeben werden:

^K2 k

In dieser Formel ist mit K₂ eine weitere Konstante bezeichnet.

.*: - ■ - ^: " -* SIiARP K.K. TERMEER- MÜLLER · STENMEISTE??.- : Case: 1828-GER-T

Wie aus den obigen Formeln hervorgeht, kann die Amplitude P_Rp der Druckschwankungen dadurch verringert werden, daß man die Federkonstante k möglichst klein und die Abmessungen S des Kolbens möglichst groß wählt. 5

Andererseits sollte die Ansprechzeit T möglichst klein sein, damit ein konstanter Flüssigkeitsdurchsatz auch dann gewährleistet ist, wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern. Wenn beispielsweise die ümgebungstemperatur sich verändert, ändert sich damit auch die Viskosität der Flüssigkeit. Daher variiert der Gleichgewichtsdruck oder der mittlere Druck in dem Fördersystem mit der Umgebungstemperatur. Die Glättungseinrichtung sollte daher möglichst schnell auf derartige Veränderungen des Gleichgewichtsdruckes ansprechen. Die Ansprechzeit T entspricht der Zeit, die vergeht, bis sich bei einer Veränderung des mittleren Druckes der in die Glättungseinrichtung eintretenden Flüssigkeit die Größe einer Druckkamer dieser Glättungseinrichtung dieser Veränderung angepaßt hat. Die Ansprechzeit T ist umso größer je kleiner die Federkonstante k ist und je größer die Abmessungen S des Kolbens sind.

Bei herkömmlichen Glättungseinrichtungen sind daher die Zielsetzungen, einerseits die Amplitude Ρ_ππ der Druckschwankungen möglichst klein zu halten und andererseits eine kurze Ansprechzeit bei Veränderungen des mittleren Druckes zu gewährleisten, nicht miteinander vereinbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wirksame Unterdrückung von periodischen Druckschwankungen in einem Flüssigkeits-

..·..··. 32U619

■::::·■ ··. ..· sharp κ.κ,

TER meer · Müller · STEJNMEISTSR " _;" -..·.:.. Case: 1828-GER-T

Fördersystem gestattet, ohne daß bei Veränderungen des mittleren Flüssigkeitsdruckes lange Ansprechzeiten des Systems in Kauf genommen werden müssen.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Eine erfindungsgemäße Glättungseinrichtung umfaßt eine Druckkammer, deren Volumen durch Verformung eines flexiblen Elements, vorzugsweise einer Balgmembran veränderbar ist. Die Volumenveränderungen der Druckkammer sind durch einen elektromechanischen Antrieb gesteuert und derart mit Kolbenbewegungen in einer Pumpeneinheit des Fördersystems synchronisiert, daß die durch die Kolbenbewegungen hervorgerufenen Druckschwankungen durch entsprechende Volumenänderungen der Druckkammer ausgeglichen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flexible Element, dessen Position das Volumen der Druckkammer bestimmt, durch eine Feder vorgespannt. Da erfindungsgemäß die Glättung der Druckschwankungen jedoch durch eine zusätzliche elektromechanische Steuerung erfolgt, kann die Federkonstante k verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß sich eine hinreichend kurze Ansprechzeit T ergibt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Flüssigkeits-Fördersystems mit einer erfindunsgemäßen Glättungseinrichtung;

"3 O Λ Ι C 1 Q

TERMEER. MÜLLER . STElf\IMfelSTER.^: Γ . " - Case: 1828-GER-T

— 7 —

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Glättungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Schaltskizze einer Spulen-Steuereinheit zur Erregung von Spulen des in Fig. 1 gezeigten Fördersystems;

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Betriebsart der Glättungseinrichtung

aus Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Graphik zur Erläuterung von Druckschwankungen in dem in Fig. 1 gezeigten Fördersystem für Flüssigkeiten;

Fig. 6 ist eine Schaltskizze einer anderen Ausführungsform der Spulcn-Stoucreinheit; und

Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen Glättungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Flüssigkeits-Fördersystem mit einer erfindungsgemäßen Glättungseinrichtung zur ünterdrückung von Druckschwankungen in der geförderten Flüssigkeit. Eine Plungerpumpe 20 ist über ein Einlaßventil 24 mit einem Flüssigkeitsbehälter 22 verbunden. Die in dem Flüssigkeitsbehälter 22 enthaltene Flüssigkeit wird über das Einlaßventil 24 entsprechend der Bewegung eines Kolbens 26 in die Plungerpumpe 20 eingesogen und über ein Auslaßventil 28 abgegeben. Der Kolben 26 ist an einem Plunger einer Pumpen-Spule 30 befestigt. Der Plunger der Spule 30 ist durch eine Feder 32 in eine in Fig. 1 durch einen Pfeil 34 angegebene Richtung vorgespannt.

32H619

TER MEER. MÜLLER · STElNltvlEJSTER. - : -..·.:„. Case: 1828-GER-K

Wenn die Pumpen-Spule 30 erregt ist, bewegt sich der Kolben 26 in Richtung eines Pfeils 36 in Fig. 1, so daß die Flüssigkeit über das Auslaßventil 28 abgegeben wird. Die auf diese Weise abgegebene Flüssigkeit unterliegt Druckschwankungen entsprechend der Bewegung des Kolbens 26. Eine erfindungsgeiräße Glättungseinrichtung zur Unterdrückung dieser Druckschwankungen ist stromabwärts des Auslaßventils 28 vorgesehen. Die Glättungseinrichtung umfaßt einen Druckregler 40 und eine dem Druckregler 50 zugeordnete Reglerspule 40.

In Fig. 2 ist der Aufbau des Druckreglers 40 und der Reglerspule 50 dargestellt. Der Druckregler 40 ist an einem Gehäuse 400 des Fördersystems befestigt und umfaßt eine Druckkammer 402, die über eine Leitung 404 und das zuvor erwähnte Auslaßventil 28 mit der Plungerpumpe 20 in Verbindung steht. Die von der Druckkammer 402 aufgenommene Flüssigkeit wird über eine Leitung 406 zu einem jeweils vorgesehenen Verbraucher, beispielsweise einem Tinten-Tropfengeber weitergeleitet, Die Druckkammer 402 weist an ihrem oberen Ende eine öffnung auf. Diese Öffnung ist durch einen Flansch 408 einer Balgmembran 410 verschlossen. An der Balgmembran 410 ist eine Kappe 412 befestigt. Ein Antriebsstößel 414 ist zwischen der Kappe 412 und einem Plunger 416 der Reglerspule 50 angebracht. Zwischen der Kappe 412 und dem Gehäuse 400 ist eine Feder 418 angebracht, durch die die Balgmembran 410 nach unten gedrückt wird.

Wenn die Reglerspule 50 erregt ist, wird der Plunger 416 nach oben gezogen und damit wird über den Stößel 414 und die Kappe 412 auch die Balgmembran 410 nach oben gezogen. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Druckkammer 402 und der Flüssigkeitsdruck in

κ.κ.

dieser Druckkammer 402 wird verringert. Die Druckschwankungen können dann unterdrückt werden, wenn die Reglerspule 50 derart angesteuert wird, daß die durch Erregung der Reglerspule 50 hervorgerufene Druckabnahme den durch die Erregung der in der Plunger-20 vorgesehenen Pumpen-Spule 30 erzeugten Druckanstieg kompensiert.

Fig. 3 zeigt eine Steuerschaltung für die Pumpen-Spule 30 und die Reglerspule 50. Die Windungen der Pumpen-Spule 30 sind mit 300 und die der Reglerspule 50 mit 500 bezeichnet. Die Windungen 300 und 500 sind parallel geschaltet. Ein Ende der die Windungen 300 und 500 enthaltenden parallelen Leitungszweige ist mit einer Spannungsversorgungs-Klemme 52 verbunden, die ihrerseits mit einer einer Gleichspannungsquelle in Verbindung steht. Das andere Ende der die Windungen 300 und 500 enthaltenden Leitungszweige ist mit dem Kollektor eines Transistors 54 verbunden. Die Basis des Transistors 54 wird über einen Widerstand 56 mit einem Steuerpuls DP angesteuert.

Wenn der Steuerpuls DP ein hohes Spannungsniveau aufweist, wird der Transistor 54 leitend, so daß ein elektrischer Strom durch die Windungen 300 und 500 fließt. Folglich werden die Pumpen-Spule 30 und die Reglerspule 50 synchron durch den Steuerpuls DP gesteuert.

Wenn der Transistor 54 leitend wird, wird der Kolben 26 derart angetrieben, daß Flüssigkeit durch das Auslaßventil 28 gefördert wird. Der Flüssigkeitsdruck steigt entsprechend der Erregung der Pumpen-

„-..». 32H619

• ;: : : :: - _v .--. .- sharp κ.κ.

TERMEER- MÜLLER · STElNNaElfefÖ=!^ ";"" ^:..~ .:.. Case: 1828-GER-K.

- 10 «■

Spule 30 gemäß einer in Fig. 4 dargestellten Kurve I an. Dieser sich bei wiederholter Erregung der Spule wiederholende Druckanstieg erzeugt die periodischen Druckspannungen. Da jedoch die Reglerspule 50 synchron mit der Erregung der Pumpen-Spule erregt wird, vergrößert sich das Volumen der Druckkammer 402, so daß sich der Flüssigkeitsdruck entsprechend einer Kurve II in Fig. 4 verringert.

Die beiden oben beschriebenen Druckänderungen überlagern sich in der Druckkammer 402. Folglich bleibt der tatsächliche Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 402 im wesentlichen konstant, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

T5 In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung für die Pumpen-Spule 30 und die Regler-Spule 50 dargestellt. Ein Kondensator 60 ist parallel zu den Windungen 500 der Reglerspule 50 geschaltet. Zwischen den die Windungen 500 und den Kondensator 0 enthaltenden parallelen Leitungszweigen und dem Kollektor des Transistors 54 ist eine Diode 62 vorgesehen. Wenn der Transistor 54 leitend wird, fließt ein elektrischer Strom durch die Windungen 300 und 500 und der Kondensator 60 wird auf einen vorgebbaren Wert aufgeladen. Wenn der Transistor 54 sperrt, fließt durch die Windungen 500 der Reglerspule 50 der Entladestrom des Kondensators 60. Durch geeignete Abstimmung der Kapazität des Kondensators 60 kann die durch den Druckregler 40 hervorgerufene Druckänderung (repräsentiert durch die Kurve II in Fig. 4) beeinflußt werden.

Claims

.--.;": Γ:^: _:_'Ρ/\ζ 32U619

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl-lng. H. Steinmeister

Dipl.-lng, F- E. Müller Artur-Ladebeck-Strasse 51 Triftstrasse 4,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case: 1828-GER-T

MÜ/Wi/kx 20. April 1982

SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike^cho, Abeno-ku Osaka 545, Japan

Vorrichtung zur Glättung periodischer Druckschwankungen in einem Flüssigkeits-Fördersystem

Priorität: 22. April 1981, Japan, Nr. 56-61833

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Glättung periodischer Druckschwankungen in einem Flüssigkeits-Fördersystem, die durch die Bewegung eines zu einer Pumpeneinheit des Fördersystems gehörenden Kolbens erzeugt werden, welche Vorrichtung eine Druckkammer mit einem Einlaß zur Aufnahme der von der Pumpeneinheit geförderten Flüssigkeit und einen Auslaß zur Weiterleitung der Flüssigkeit und ein flexibles Element zur Veränderung des Volumens der Druckkammer aufwe i st,
gekennzeichnet durch einen mit dem flexiblen Element (410) verbundenen

TER MEER · MÖLLER · STEyElSfER - f ^:..^: .:. Caaa^ τ"82«-Γ,ΕΚ-Τ

Magnetspulen-Antrieb (50,416,414) zur gezielten Veränderung des Volumens der Druckkammer (402) und durch eine Steuereinrichtung (56,54,60,62) zur Steuerung der Spule (50) des Magnetspulen-Antriebs, synchron mit der Bewegung des Kolbens (26) der Pumpeneinheit (20).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet

daß das flexible Element eine Balgmembran (410) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

eine mit dem flexiblen Element (410) verbundene Feder (418) zur Belastung des flexiblen Elements (410) im Sinne einer Verringerung des Volumens der Druckkammer (402) .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Pumpeneinheit durch eine magnetspulengetriebene Plungerpumpe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Erregung der Spule (50) des Antriebs für das flexible 5 Element (410) mit der Erregung der zum Antrieb der Pumpe (20) gehörenden Magnetspule (30) synchronisiert ist.