DE602004010125T2

DE602004010125T2 - Tintenstrahldrucker und tintendruckkontrolle

Info

Publication number: DE602004010125T2
Application number: DE602004010125T
Authority: DE
Inventors: Bernardus Petrus Morskate
Original assignee: OSIRIS TECHNOLOGY BV
Current assignee: Osiris Inkjet Systems Bv Hengelo Nl
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: EP1641622B1; ES2297447T3; EP1641622A1; DE602004010125D1; WO2005002860A1; ATE378185T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker der kontinuierlichen Art zum Bedrucken von beispielsweise Textilien, Papier, Verpackungen wie Lebensmittelverpackungen, beispielsweise Packkartons, Dosen für Lebensmittel, Milchverpackungen oder ähnlichem, wobei der Tintenstrahldrucker einen Tintenkreislauf aufweist, der umfasst:
zumindest einen Vorratsbehälter für Tinte;
eine erste Pumpe, deren Einlauf damit über eine erste Leitung verbunden ist;
zumindest einen elektrisch gesteuerten Tintenstrahlkopf, der damit über eine zweite Leistung verbunden ist;
ein Puffergefäß das in der zweiten Leitung zwischen dem Auslauf der Pumpe und dem Tintenstrahlkopf angeordnet ist und dessen Einlauf höher angeordnet ist als der Auslauf und bei dem der Tintenfüllstand auf einer Höhe zwischen der Höhe des Einlaufs und der Höhe des Auslaufs liegt; und
einen Lufttank, der oberhalb des Tintenfüllstands mit dem Pufferbehälter verbunden ist.
Der beschriebene Tintenkreislauf ist dazu ausgelegt, Tinte unter präzise gesteuerten Bedingungen zu dem Tintenstrahlkopf zu fördern. Der Tintenstrahlkopf ist dazu ausgelegt, erzeugte Tintentröpfen beispielsweise mit elektrostatischen Mitteln derart abzulenken, dass jedes erzeugte Tintentröpfchen unter der Steuerung einer zentralen Steue rungseinheit zu einem präzise bestimmten Ort auf dem zu bedruckendem Substrat ausgebracht wird.
Ein kontinuierlicher Tintenstrahldrucker ist derart ausgeführt, dass die Tintenstrahlköpfe die Tintentröpfchen kontinuierlich erzeugen. Die Tröpfchen, die nicht auf das Substrat, beispielsweise Papier, Textilien oder Dosen gelangen dürfen, werden gesammelt und zurück zu dem Tintenkreislauf gefördert.
Ein Tintenstrahldrucker der im ersten Absatz beschriebenen Art ist beispielsweise aus FR-A-2 618 727 bekannt.
Ein einwandfrei funktionierender Tintenkreislauf muss drei wichtige Bedingungen erfüllen.

(1) Die Tinte muss auf korrekte Weise zu dem oder zu jedem Tintenstrahlkopf gefördert werden.
(2) Im Fall eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers muss die Tinte von den Köpfen in der korrekten Weise wieder zurück zu dem Tintenkreislauf gefördert werden.
(3) Der Tintenkreislauf muss derart ausgelegt sein, dass es dem Benutzer ermöglicht wird, die Farbe in wirtschaftlich vertretbarer Weise zu wechseln.

Die obigen Anforderungen sind unten näher erläutert.
Zu (1): Die Tinte muss schnell, unter dem richtigen Druck und ohne Verunreinigungen und Lufteinschlüsse zu den Tintenstrahlköpfen gefördert werden.
Die Geschwindigkeit, unter dem die Tröpfchen den Strahl verlassen, die sogenannte Strahlgeschwindigkeit, wird unmittelbar durch den Druck bestimmt, unter dem die Tinte bereitgestellt wird. Wenn diese Geschwindigkeit nicht exakt mit dem Nominalwert übereinstimmt, so hat dies negative Auswirkungen auf das Druckbild. Zum Bedrucken von Textilien ist es möglich, einen Druck in der Größenordnung von beispielsweise von 3,5 Bar ins Auge zu fassen, der mit einer Abweichung von maximal ±0,03% konstant gehalten wird. Weil der verlangte Druck unter anderem von der Viskosität der Tinte und dem äußeren Luftdruck abhängt, muss der Druck sehr präzise einstellbar sein. Bei einem Drucker mit Mehrfachköpfen ist es darüber hinaus von Bedeutung, dass alle funktional entsprechenden parallelen Leitungen exakt denselben Flusswiderstand haben, also die gleichen Durchmesser, die gleichen Längen und die gleiche Anzahl von ähnlich geformten Biegungen. Es ist ferner von Bedeutung, dass die Tinte frei von Lufteinschlüssen ist. Wenn eine Luftblase in den Tintenstrahlkopf eintritt, kann dies den Vorgang der Erzeugung von Tintenstrahltröpfchen unterbrechen oder die Köpfe verunreinigen, wodurch Tinte auf das zu bedruckende Substrat austritt.
Zu (2): Die Tinte, die nicht zum Drucken verwendet wird, muss zurück zu dem Tintenkreislauf gefördert werden, so dass sie wieder verwendet werden kann. Da jedoch die Tinte in Tröpfchenform erzeugt und wieder zurückgefördert wird, tritt eine mehr oder weniger beträchtliche Schaumbildung auf, abhängig von der Art der Tinte. Dieser Schaum enthält Luftblasen, die nicht zu den Köpfen gefördert werden dürfen. Der Tintenkreislauf muss daher in der Lage sein, die Schaumbildung zu unterbinden.
Zu (3): Die meisten Tintenstrahldrucker sind dazu ausgelegt, in nur einer Farbe zu drucken, beispielsweise in schwarz. Zum Drucken von Mustern ist es jedoch erforderlich, die Farbe regelmäßig zu ändern. In der Praxis bedeutet dies, dass der Tintenkreislauf mit den Tintenstrahlköpfen mit der neuen Farbe ausgespült werden muss, bis die Tinte in dem Tintenkreislauf vollständig durch die neue Farbe ersetzt ist. Damit dieser Vorgang so wirtschaftlich wie möglich stattfindet, sind die folgenden Gesichtspunkte von Bedeutung:

– Das Volumen des Tintenkreislaufs muss so klein wie möglich sein.
– Das System darf keine Sackleitungen oder tote Räume aufweisen.
– Das Mischen der beiden Tintenfarben muss so weit wie möglich begrenzt werden.
– Die Ansammlung von verunreinigender Tinte hinter und in den Ventilen muss verhindert werden.
– Es ist von Bedeutung, so viel der zum ersten Mal verwendeten Tinte wie möglich wiederzugewinnen.
– Der Vorgang muss so schnell wie möglich abgeschlossen werden, beispielsweise innerhalb von zwei Minuten.
– Der Druck in dem System muss so stabil wie möglich gehalten werden, beispielsweise innerhalb von ±0,03%.

Der Tintenstrahldrucker gemäß dem oben erwähnten vorbekannten Dokument FR-A-2 618 727 ist nicht in der Lage, Tinte unter dem erforderlichen präzise gesteuerten Bedingungen zu den Tintenstrahlköpfen zu fördern, was dazu führt, dass die Druckqualität zu wünschen lässt.
Der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker, der nachfolgend beschrieben wird, ist in der Lage, die obigen Ziele zu erreichen. Wie es nachfolgend ersichtlich wird, wird eine Pumpe und ein Luftpuffer verwendet. Die Pumpe wird dazu verwendet, die Tinte unter Druck zu setzen und zu transportieren. Wenn jedoch nur eine Pumpe verwendet wird, tritt eine Anzahl von Problemen auf:

– Um den richtigen konstanten Druck zu erzeugen, muss die Pumpe in einer steuerbaren Weise einstellbar sein oder es muss ein Beipassventil zum Einsatz kommen. Um die Pumpe zu steuern, wird ein Sensor benötigt, der den von der Pumpe erzeugten Druck misst. Soweit es dem Anmelder bekannt ist, gibt es keine absoluten Sensoren mit der gewünschten Genauigkeit.
– Praktisch jede Art von Pumpe erzeugt Pulsationen mit Werten, die größer sind als die gewünschte Druckstabilität von ±0,03%.
– Die unterschiedlichen Tintenstrahlköpfe können eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Dies hat einen Sprung in der Rate des Tintenflusses zur Folge. Jedoch benötigt die Pumpe ein wenig Zeit, um ihre Drehgeschwindigkeit und den Ausstoß einzustellen, wodurch eine Druckschwankung erzeugt wird.

Um diese Probleme zu verhindern, stellt die Erfindung einen Tintenstrahldrucker vor, der in der Lage ist, die Pulsationen der Pumpe vollständig zu verhindern, Sprünge in der Flussrate auszugleichen, den Druck innerhalb extrem kleiner Toleranzen konstant zu halten und Lufteinschlüsse zu vermeiden.
In Anbetracht der obigen Ziele stellt die Erfindung einen Tintenstrahldrucker der im Oberbegriff definierten Art vor, wobei der Drucker gekennzeichnet ist durch:
Druckeinstellmittel, die den Luftdruck in dem Lufttank mittels einer Steuereinheit einstellen und dadurch die Höhe des Tintenfüllstands in dem Puffergefäß innerhalb vorbestimmter Toleranzen konstant halten;
Messmittel, die die Höhe des Tintenfüllstands messen, wobei die Messmittel die erste Pumpe über die CPU steuern.
Der Lufttank kann beispielsweise ein Volumen von fünf Litern haben. Das Volumen des Puffergefäßes ist für sich genommen nicht von irgendeiner technischen Bedeutung. Das Puffergefäß kann wesentlich kleiner sein als der Lufttank.
Die Grundlage der Erfindung bildet eine Steuerung, die die Pumpe in einer kontinuierlich geregelten Weise einstellt, so dass der Tintenstand in dem Puffergefäß immer gleich bleibt innerhalb von beispielsweise ±1 mm. Bekanntlich entsprechend 10 m Wassersäule einem Druck von 1 Bar. Der Druck im Tintenkreislauf kann daher innerhalb ±100 μbar gleich bleiben.
Wenn der Drucktank nun durch eine externe Druckquelle unter Druck gesetzt wird, wird die Pumpe härter arbeiten, um die vergrößerte Flussrate auszugleichen. Der Druck in dem Tintenkreislauf ist proportional zur Strahlgeschwindigkeit. Durch Messen der Strahlgeschwindigkeit kann der Luftdruck in dem Tank exakt auf den richtigen Wert eingestellt werden.
Der Lufttank wirkt als eine Feder mit einer sehr niedrigen Federkonstante. Die Pulsationen in der durch die Pumpe bereitgestellten Tinte können das Puffergefäß ausdehnen, ohne dass dies sich auf die Tinte in dem Puffergefäß überträgt, da der obere Teil des Raums in dem Puffergefäß in direktem Austausch mit dem Lufttank steht.
Wenn nun plötzliche Schwankungen der Flussrate auftreten, kann dies mit einer minimalen Druckänderung aufgefangen werden, in dem die Tinte in dem Puffergefäß veranlasst wird, leicht zu steigen oder zu fallen.
Der Puffer ist darüber hinaus zumindest bis zu einem bestimmten Ausmaß in der Lage, ein Entweichen von Lufteinschlüssen an der Tintenoberfläche zu erlauben. Noch weiter verbesserte und sehr wirksame Mittel zum Vermeiden von Lufteinschlüssen und Luftblasen werden nachfolgend beschrieben.
Auf der Grundlage des Vorstehenden ist eine bestimmte Ausführungsform gekennzeichnet durch Messmittel zum Messen der Höhe des Tintenstands, wobei die Messmittel die erste Pumpe über die CPU steuern. Das Messen des Tintenstands ist nicht einfach, weil viele Standardtechniken leicht verunreinigt werden oder empfindlich auf eine mögliche Schaumschicht und Lufteinschlüsse reagieren.
Um eine regelnde Einstellung des Lufttanks auf den richtigen Druckwert zu jeder Zeit zu ermöglichen, kann der Tintenstrahldrucker das erfindungsgemäße Merkmal aufweisen, dass die Druckeinstellmittel dazu ausgelegt sind, unter der Steuerung der Steuereinheit Luft unter einer ausgewählten Flussrate in den Lufttank einzulassen oder das Entweichen von Luft aus dem Lufttank mit einer ausgewählten Flussrate zuzulassen.
Ein kontinuierlich betriebener Tintenstrahldrucker zeichnet sich erfindungsgemäß durch Tintenrückführmittel aus, die zu dem oder zu jedem Tintenstrahlkopf hinzugefügt sind, und umfasst eine dritte Leitung und eine zweite damit verbundene Pumpe zum wahlweisen Transportieren von überschüssiger Tinte zu einem gewünschten Behälter. Das Rückführen der Tinte findet mit Hilfe einer Vakuumpumpe statt.
Die oben beschriebene Ausführungsform kann in einer Variante das Merkmal aufweisen, dass der gewünschte Behälter einen Abfalltintebehälter für Abfalltinte umfasst.
Der Drucker kann darüber hinaus das Merkmal aufweisen, dass der gewünschte Behälter den oder jeden Vorratsbehälter umfasst.
Eine praktische Ausführungsform kann eine Kombination der letzteren beiden Gesichtspunkte umfassen, in welchem Fall der Tintenstrahldrucker gekennzeichnet ist durch erste Umschaltmittel zum Umschalten zwischen dem Abfalltintebehälter und dem oder einem ausgewählten Vorratsbehälter.
Um einen Farbwechsel zu erlauben, der einfach, verlässlich und wirtschaftlich vertretbar ist, während die obigen Anforderungen erfüllt werden, kann sich der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker auszeichnen durch zumindest zwei Vorratsbehälter, wobei mit jedem der Vorratsbehälter eine erste Leitung verbunden ist und wobei jede Leitung mit einem entsprechenden Einlauf eines Auswahlventils verbunden ist, deren Ausläufe zusammen mit der ersten Pumpe verbunden sind.
Für einen kontinuierlich betriebenen Tintenstrahldrucker kann letztere Ausführungsform das besondere Merkmal aufweisen, dass sich die dritte Leitung in zwei Zweigleitungen aufspaltet, eine für jeden Vorratsbehälter, die jeweils mit einem gewünschten Behälter verbunden sein können.
Gemäß einem besonderen Gesichtspunkt der Erfindung weist der Tintenstrahldrucker das besondere Merkmal auf, dass ein Filter in der zweiten Leitung zwischen dem Auslass und dem zumindest einen Tintenstrahlkopf angeordnet ist. Verunreinigungen, die auf lange Sicht möglicherweise auftreten können und die sogar die Tintenstrahlköpfe verstopfen können, können auf diese Weise wirksam vermieden werden. Der Filter wird so nah wie möglich bei den Köpfen angeordnet.
Gemäß einem sehr wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung weist der Tintenstrahldrucker das besondere Merkmal auf, dass eine Einrichtung zum Entfernen von Luft aus der zurückgeführten Tinte in der dritten Leitung angeordnet ist, wobei die Einrichtung umfasst: einen geschlossenen Tank, in den der erste Teil der dritten Leitung an der Oberseite mündet und in den der zweite Teil der dritten Leitung an der Unterseite mündet und mit dem eine Saugpumpe an der Oberseite verbunden ist, um einen Unterdruck in dem Tank zu erzeugen, so dass in dem Tank die durch den ersten Teil der Leitung geförderte Tinte von Lufteinschlüssen befreit wird und dass die durch den zweiten Teil der dritten Leitung zu der Pumpe beförderte Tinte frei von Lufteinschlüsse ist. Auf diese Weise wird es erreicht, dass die zurückgeführte Tinte, die durch die dritte Leitung fließt und die zurück zu dem mindestens einen Vorratsbehälter gefördert wird, von Lufteinschlüssen befreit wird. Diese würden anderenfalls eine sehr negative Wirkung auf die Druckqualität des Geräts haben.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist der Tintenstrahldrucker das besondere Merkmal auf, dass die Anzahl der Tintenstrahlköpfe größer als eins ist und dass die zweite Leitung sich in eine Anzahl von Unterleitungen aufteilt, die jeweils mit einem entsprechenden Tintenstrahlkopf verbunden sind und die alle im wesentlichen identische Flussparameter für die Tinte aufweisen, wie beispielsweise Durchmesser, Länge und Flusswiderstand. Dadurch wird es erreicht, dass die Tinte zu allen Köpfen unter exakt den gleichen Bedingungen geführt wird. Dies ist wesentlich für die sehr hohe Druckqualität, die angestrebt ist und zu der der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker in der Lage ist.
Ferner ist es wesentlich, dass der Druck unter dem die Tinte zu dem oder zu jedem Tintenstrahlkopf gefördert wird, innerhalb extrem kleiner Toleranzen in Bezug auf einen vorbestimmten Wert konstant bleibt.
In dieser Hinsicht kann der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker die folgenden Merkmale aufweisen.
Ein erstes Merkmal ist es, dass die Füllstandsmessmittel zum Messen des Füllstandes zu dem Puffergefäß hinzugefügt sind, wobei das Füllstandsmessmittel Füllstandssignale an die CPU liefert, auf deren Basis das Druckeinstellmittel den Luftdruck in dem Lufttank einstellt.
Ein weiteres Merkmal ist es, dass die Füllstandsmessmittel einen Füllstandssensor mit einem Schwimmer und einem damit zusammenwirkenden Positionssensor umfassen, beispielsweise ein auf dem Schwimmer angeordneter Magnet und ein magnetostriktiver Sensor, der in fester Position zu dem Puffergefäß angeordnet ist.
Ein drittes Merkmal ist es, dass die Druckmessmittel zu dem Puffergefäß hinzugefügt sind, wobei die Druckmessmittel Drucksignale an die CPU liefern, auf deren Basis die Druckeinstellmittel den Luftdruck in dem Lufttank einstellen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beleuchtet. In den Zeichnungen zeigen:
1 sehr schematisch einen Tintenkreislauf gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckers;
2 eine perspektivische Ansicht eines alternierenden Ventilsystems, das einen Teil des Blockdiagramms der 1 bildet;
3 zeigt einen vertikalen Längsschnitt entlang der Linie III-III in 2 durch zwei zusammenwirkende Auswahlventile; und
4 zeigt eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Filters.
Gleiche Komponenten sind in allen Fig. mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bezug genommen wird zunächst auf 1.
Um den Tintenkreislauf in Betrieb zu setzen, wird eine Anzahl von Abläufen erfolgreich durchgeführt, um den Kreislauf zu füllen und zu entlüften und um die Tintenstrahlen richtig sprühen zu lassen, ohne dass ein Tintenvorratsbehälter mit Tinte einer anderen Farbe, einer Spülflüssigkeit oder einer anderen Serviceflüssigkeit verunreinigt wird. Unter normalen Umständen ist der Tintenkreislauf jedoch immer mit einer Flüssigkeit gefüllt.
1 zeigt auf der linken Seite zwei Vorratsbehältersysteme 60, 61. Diese umfassen zwei Wagen 78 bzw. 79, die sich auf eine unten zu beschreibende Weise gemäß den Pfeilen mittels Betätigungsmittel 19 hin und her bewegen können. Die Tintenvorratsbehälter 1, 76 sind auf den Wagen 79 angeordnet. In jedem Vorratscontainer 1, 76 ist eine erste Leitung 5 angeordnet, die mit einem Rückschlagventil 8 auf ihrer Unterseite am oder sehr nahe zu dem Boden des betreffenden Vorratscontainers ausgestattet ist. Wenn die Leitung 5 mit dem Rückschlagventil 8 von der Tinte entfernt wird, schließt sich das Ventil oder bleibt geschlossen, weswegen keine Lufteinschlüsse auftreten können. Die Tinte kann mit Hilfe einer Pumpe, die von einer zentralen Steuerungseinheit oder CPU 36 gesteuert ist, durch die Leitung 5 nach oben gepumpt werden. Die Wahl zwischen dem Vorratsbehälter 1 oder 76 wird bestimmt durch die wechselseitigen Offen- oder Geschlossen-Stellungen von zwei Auswahlventilen 56, 57. Diese werden später unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert. In dieser Ausführungsform ist die Pumpe eine Zahnradpumpe, jedoch kann im Allgemeinen jede geeignete Art von Pumpe verwendet werden, vorausgesetzt sie erzeugt einen ausreichenden Druck und eine ausreichende Tintenflussrate. Die Tinte wird durch eine zweite Leitung 73 zu einem Puffergefäß 75 geleitet, das an seiner Oberseite über eine Leitung 66 mit einem Lufttank 10 in Austausch steht. Der Luftdruck oben im Puffergefäß 75 kann unter Verwendung eines Drucksensors 11 gemessen werden. Gemäß der Kenntnis zum Zeitpunkt des Einreichens dieser Patentanmeldung ist der Drucksensor vorzugsweise vom Typ Keller 35X, er kann jedoch von jeder geeigneten und technisch äquivalenten Art sein. Die Druckmesssignale von dem Drucksensor 11 werden über eine Verbindung 69 zu einer CPU 36 übermittelt.
Die Drehgeschwindigkeit der Pumpe 6 kann auf regelnde Weise auf der Grundlage einer Steuerung durch eine elektrische Verbindung 67 durch die CPU 36 eingestellt werden, so dass der Tintenfüllstand 35 in dem Puffergefäß 75 zu allen Zeiten den richtigen Wert innerhalb einer gegebenen Toleranz beibehält. Erfindungsgemäß kann dieser Wert innerhalb einiger weniger Mikrometer konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck wird ein Füllstandssensor verwendet, der einen mit einem Magneten versehenen Schwimmer 50 umfasst, wobei der Magnet mit einem magnetostriktiven Sensor (nicht gezeigt) zusammenwirkt, der mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Gegenwärtig wird ein Sensor vom Typ Balluff BTL-5 erfolgreich verwendet. Andere technisch äquivalente Sensoren können ebenfalls verwendet werden. Die Füllstandssignale, die von diesem Sensor 20 erzeugt werden, werden auf die gleiche Weise an die CPU 36 übermittelt.
Wie in 1 gezeigt ist eine Leitung 74 mit einem Puffergefäß 75 verbunden, um Tinte daraus abzuleiten. Wie die Fig. klar zeigt, ist die Leitung 75 zu diesem Zweck mit dem Gefäß 75 über einen Auslass 34 verbunden, dieses unterhalb des Tintenstands 35. Aufgenommen in der Leitung 74 ist ein Filter 53, der in 4 beispielhaft in größerem Detail gezeigt ist.
Über diese Leitung 74, also stromabwärts vom Puffergefäß 75, das im Zusammenwirken mit einer Luftleitung 10 den Tintendruck konstant hält, die die Pulsationen der Pumpe 6 unterbinden kann und die mögliche Lufteinschlüsse abfangen kann, fließt die Tinte beispielsweise unter einem Druck von 3,5 Bar zu einem schematisch gezeigten ersten Verteiler 72 und von dort zu den Tintenstrahlköpfen 12 über Leitungen (nicht gezeigt), die rheologisch im Wesentlichen identisch sind. Der Lufttank 10 ist über eine Luftleitung 66 oberhalb des Tintenstands 35 mit der Oberseite des Puffergefäßes verbunden.
In den Tintenstrahlköpfen, insbesondere im Fall eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers, wird die nicht verwendete Tinte durch Saugen wieder gesammelt.
Die von den Köpfen 12 zurückkehrende Tinte wird über einen Verteiler mittels einer Saugleitung 14 abgezogen, die in einem Unterdruckabscheider 51 mündet, der Lufteinschlüsse aus der zurückkehrenden Tinte entfernt. Zu diesem Zweck umfasst der Abscheider 51 einen geschlossenen Tank, der an seiner Oberseite mit einer Luftsaugpumpe 4 und an seiner Unterseite über eine Leitung 5 mit einer Tintensaugpumpe, in dieser Ausführungsform einer Schlauchpumpe, verbunden ist, die die zurückkehrende Tinte, die nun vollständig von Luft befreit ist, über eine Leitung 55 zu den Einläufen von zwei Auslass-Auswahlventilen 58, 59 fördert. Ähnlich wie die oben erwähnten Einlass-Auswahlventile 56 und 57 sind diese in der vorliegenden Ausführungsform vom Typ Bürkert 2031. Diese Ventile können auch ersetzt werden durch Venti le, die technisch zumindest äquivalent sind. Der große Vorteil der verwendeten Ventile ist es, dass sie nach einem Umschalten ein praktisch vernachlässigbares totes Volumen haben. Dies ist von großer Bedeutung für die Erfindung, da ungewünschte Effekte wie das Vermischen von Farben und Ähnliches verhindert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ventile 56, 57, 58, 59 in dem alternierenden Ventilsystem 7 von der Art sind, dass sie mittels Druckluft gesteuert werden. Die Druckluft wird wahlweise mittels Einrichtungen (nicht gezeigt) unter elektrischer Steuerung über eine elektrische Verbindung 65 von der CPU 36 bereitgestellt.
Die Ausläufe der Auslass-Auswahlventile 58, 59 sind mit den Leitungen 63 bzw. 64 verbunden, die während des normalen Betriebs oberhalb eines Vorratsbehälters münden, der den Zweck hat, zurückkehrende Tinte in ihn hineinfließen zu lassen oder, falls gewünscht, zurückkehrende Tinte in einen Abfallbecher 54 abfließen zu lassen, der die zurückkehrende Tinte, die beispielsweise mit einer anderen Farbe, einer Spülflüssigkeit oder einer anderen Dienstflüssigkeit gemischt sein kann, über die Abflussleitung 16 in einen Abfallbehälter (nicht gezeigt) abfließen lassen kann.
In 1 ist der Wagen 79, der den Vorratsbehälter 76 trägt, mittels des Betätigungsmittels 79 vollständig gemäß dem Pfeil 80 nach rechts bewegt, wo das Ende der Rückführleitung über dem Container 76 mündet. Der Wagen 78, der den Vorratscontainer 1 trägt, ist vollständig gemäß dem Pfeil 80 zur linken bewegt durch das zugehörige Betätigungsmittel 19, das heißt in eine Stellung, in der die Öffnung der Rückführleitung 63 über einem Abfallbecher 54 mün det. In dieser Stellung kann die zurückkehrende Tinte oder eine andere zurückkehrende Flüssigkeit in einen Behälter (nicht gezeigt) für Abfallflüssigkeiten abgelassen werden.
In letzterer Position kann beispielsweise der gesamte Tintenkreislauf ausgespült werden, bis alle Leitungen und Ventile vollständig mit „neuer" Tinte, das heißt Tinte einer anderen Farbe, gefüllt sind (oder für Reinigungszwecke mit einer Reinigungsflüssigkeit ausgespült sind). Wenn dieses vollzogen ist, kann das Betätigungsmittel 19 den Wagen 78 wieder nach rechts bewegen, bis die Arbeitsstellung wieder eingenommen ist. In dieser Stellung wird die nicht verwendete Rückkehrtinte wieder zurück in den betreffenden Vorratsbehälter 1 gegossen.
Entsprechend der beschriebenen Ausführungsform kann „alte" Tinte niemals in den Leitungen 63, 64 bleiben, außer unter Verwendung von üblichen Ventilen, die immer ein festgelegtes Volumen stromabwärts des Umschaltteils haben. Wenn der Tintenkreislauf gut entlüftet ist, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, die Farbe zu wechseln, indem mit der CPU 36 zwischen den Ventilen des alternierenden Ventilsystems 7 umgeschaltet wird.
Ein Proportionalventil 21, das mit einer Druckluftleitung 83 verbunden ist, lässt unter der Kontrolle der CPU 36 mittels einer elektrischen Leitung 70 Luft in den Lufttank 10 eintreten oder daraus entweichen, abhängig von der Vorgabe, die die CPU 36 auf der Grundlage der von den Sensoren 11 und 20 erzeugten Signale macht.
2 zeigt das alternierende Ventilsystem in einer perspektivischen Ansicht. Diese Ansicht zeigt, dass die Ventile 56, 57 und 58, 59 jeweils paarweise miteinander als Einheit verbunden sind. Das alternierende Ventilsystem 7 trägt darüber hinaus das Puffergefäß 75, wobei auf der Oberseite der Drucksensor vom Typ Keller 35X und auf der Unterseite der magnetostriktive Füllstandssensor vom Typ Balluff-BTL-5 angeordnet sind. Nach der umfangreichen obigen Beschreibung des Blockdiagramms der 1 soll in Bezug auf 2 die Erläuterung genügen, dass mit der gezeigten Anordnung eine sehr einfache Konstruktion erreicht wird, in der das alternierende Ventilsystem 7 mit einem Puffergefäß 75 mit Anhängen kombiniert ist. Um der Klarheit willen sind in den Zeichnungen eine Reihe von Leitungen symbolisch als Pfeile dargestellt. Dies sind die oben beschriebenen Leitungen 5, 55, 62, 66 und 74.
3 zeigt schematisch eine Längsschnittansicht der Konstruktion des Ventilpaars 56, 57. Die beiden Ventile sind identisch vom Typ Bürkert 2031. Diese Ventile haben eine Anzahl besonderer Eigenschaften. Das Umschalten vollzieht sich allmählich in einer Mehrzahl von Sekunden, um Druckschwankungen zu verhindern. Die Flussoberfläche ist in jeder Stellung im Wesentlichen dieselbe, so dass die Pumpe 6 immer demselben Widerstand ausgesetzt wird, auch während des simultanen Umschaltens der Ventile eines Satzes. Die Ventile haben darüber hinaus praktisch keine Räume mit stehender Tinte, die vorüberfließende Tinte verunreinigen könnte. Jedes Ventil umfasst einen einfach wirkenden Druckluftzylinder 84 (nur für das Ventil 56 gezeigt), in dem ein Kolben 84 sich auf dichtende Weise hin und her bewegt, sowie eine Rückkehrfeder. Über eine Kolbenstange 86 betätigt der Kolben das gummielastische Ventilelement 87 mit einer Membran 88. In der geschlossenen Stellung des Ventils hat die Membran eine kugelförmige, nach unten gerichtete Ge schlossen-Position, die für das Ventil 56 gezeigt ist, in der es die Öffnungen 89, 90 in einem hohlen kugelförmigen Ventilsitz schließt. In dieser Situation ist das identische Ventilelement 91 des Ventils 57 zurückgezogen und nimmt die gezeigt Offen-Stellung ein, in der es die Öffnungen 92 und 90 wechselseitig verbindet. Wie oben beschrieben wird so gesteuert, dass der Betrieb der beiden Ventile auf exakt komplementäre Weise stattfindet.
4 zeigt schließlich die innere Struktur des Filters 53. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, handelt es sich um einen kerzenartigen Filter. Die auf der linken Seite der Zeichnung hinein geförderte Tinte wird unter Druck über die Länge des Filterelements 93 verteilt und, wie es symbolisch mit dem Fall 94 angedeutet ist, über die gesamte Oberfläche der Kerze 93 hinausgedrückt und über den auf der rechten Seite der Figur gezeigten Teil der zweiten Leitung 74 abgegeben.
Die erfindungsgemäße Struktur ermöglicht einen Tintenstrahldrucker mit außerordentlich hoher Druckgenauigkeit. Der Druck, unter dem die Tinte über die Leitung 74 zu den Tintenstrahlköpfen 12 gefördert wird, kann beispielsweise innerhalb einer Toleranz ±0,005% konstant gehalten werden. Dies sichert eine außerordentlich hohe Druckgenauigkeit.

Claims

Tintenstrahldrucker der kontinuierlichen Art, beispielsweise zum Bedrucken von Textilien, Papier, Verpackungen wie Lebensmittelverpackungen, beispielsweise Pappkartons, Dosen für Lebensmittel, Milchverpackungen oder Ähnlichem, wobei der Tintenstrahldrucker einen Tintenkreislauf aufweist, der umfasst: zumindest einen Vorratsbehälter (1) für Tinte; eine erste Pumpe (6), deren Einlauf damit über eine erste Leitung (62) verbunden ist; zumindest einen elektrisch gesteuerten Tintenstrahlkopf (12), der damit über eine zweite Leitung (73, 74) verbunden ist; ein Puffergefäß (75), das in der zweiten Leitung (73, 74) zwischen dem Auslauf der Pumpe (6) und dem Tintenstrahlkopf (12) angeordnet ist und dessen Einlauf (33) höher angeordnet ist als der Auslauf (34) und bei dem der Tintenfüllstand (35) auf einer Höhe zwischen der Höhe des Einlaufs (33) und der Höhe des Auslaufs (34) liegt; und einen Lufttank (10), der oberhalb des Tintenfüllstands (35) mit dem Pufferbehälter (75) verbunden ist; gekennzeichnet durch: Druckeinstellmittel (21), die den Luftdruck in dem Lufttank (10) mittels einer Steuereinheit (CPU) (36) einstellen und dadurch die Höhe des Tintenfüllstands (35) in dem Puffergefäß (75) innerhalb ausgewählter Toleranzen konstant halten; Messmittel (20, 50), die die Höhe des Tintenfüllstands (35) messen, wobei die Messmittel (20, 50) die erste Pumpe (6) über die CPU (36) steuern.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinstellmittel (21) dazu ausgelegt sind, unter der Steuerung der CPU (36) Luft mit einer ausgewählten Flussrate in den Lufttank (10) einzulassen oder Luft aus dem Lufttank (10) mit einer ausgewählten Flussrate herausströmen zu lassen.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Tinten-Rückführ-Mittel, die zu dem oder zu jedem Tintenstrahlkopf (112) hinzugefügt sind und die eine dritte Leitung (14, 15, 55) und eine zweite Pumpe (52) umfassen, die damit verbunden sind, um überschüssige Tinte wahlweise zu einem gewünschten Behälter (1, 76) zu transportieren.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Behälter einen Überschusstinte-Behälter für Überschusstinte umfasst.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Behälter den oder jeden Vorratsbehälter (1) umfasst.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein erstes Schaltmittel (19) zum Umschalten zwischen dem Überschusstinte-Behälter und dem oder einem ausgewählten Vorratscontainer (1).
Tintenstrahldrucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest zwei Vorratsbehälter (1, 76), wobei mit jedem der Vorratsbehälter (1, 76) eine erste Leitung (5) verbunden ist, wobei jede der Leitungen (5) mit den entsprechenden Einlässen eines Auswahlventils (56, 57) verbunden ist, deren Auslässe zusammen mit der ersten Pumpe (6) verbunden sind.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Leitung (14, 15, 55) sich in zwei Zweigleitungen (63, 64), eine für jeden Vorratscontainer (1), verzweigt, die mit dem gewünschten Behälter verbunden werden können.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (53) in der zweiten Leitung (74) zwischen dem Ausfluss und dem zumindest einen Tintenstrahlkopf (12) angeordnet ist.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (51) zum Entfernen von Luft aus der Rückflusstinte in der dritten Leitung (14, 15, 55) angeordnet ist, wobei die Einrichtung (51) umfasst: einen geschlossenen Tank (77), in dessen oberem Abschnitt ein erster Teil (14) der dritten Leitung mündet und in dessen unterem Abschnitt der zweite Teil (15) der dritten Leitung mündet, und mit dem eine Saugpumpe (4) im oberen Abschnitt verbunden ist, um einen Unterdruck in dem Tank (77) zu erzeugen, so dass die durch den ersten Teil (14) der Leitung zugeführte Tinte in dem Tank (77) von Lufteinschlüssen befreit wird und dass die durch den zweiten Teil der dritten Leitung zu der Pumpe (52) transportierte Tinte frei von Lufteinschlüssen ist.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Tintenstrahlköpfen größer als eins ist und dass die zweite Leitung (74) sich in eine Anzahl von Unterleitungen aufzweigt, die jeweils mit einem betreffenden Tintenstrahlkopf verbunden sind und die alle im Wesentlichen identische Flussparameter für die Tinte aufweisen, wie Durchmesser, Länge und Flusswiderstand.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstands-Messmittel (20, 50) zum Messen des Tintenfüllstands (53) zu dem Puffergefäß (75) hinzugefügt sind, wobei die Füllstands-Messmittel (20, 50) Füllstandssignale an die CPU (36) übermitteln, auf deren Grundlage die Druckeinstellmittel (21) den Luftdruck in dem Lufttank (10) einstellen.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstands-Messmittel (20, 50) einen Füllstandssensor (20, 50) umfassen, der derart ausgebildet ist, dass er einen Schwimmer (50) und einen damit zu sammenwirkenden Positionssensor (20) aufweist, beispielsweise einen Magneten, der an dem Schwimmer angeordnet ist, und einen magnetostriktiven Sensor, der relativ zu dem Puffergefäß fest angeordnet ist.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druck-Messmittel (11) zu dem Puffergefäß (75) hinzugefügt sind, wobei die Druck-Messmittel (11) Drucksignale an die CPU (36) übermitteln, auf deren Grundlage die Druck-Einstellmittel (21) den Luftdruck in dem Lufttank (10) einstellen.