EP2792493B1 - Ink refill device for a printing device - Google Patents
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- EP2792493B1 EP2792493B1 EP14001364.0A EP14001364A EP2792493B1 EP 2792493 B1 EP2792493 B1 EP 2792493B1 EP 14001364 A EP14001364 A EP 14001364A EP 2792493 B1 EP2792493 B1 EP 2792493B1
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Definitions
- the invention is directed to a device for supplying the printhead of a printing device, in particular an ink jet printer, with ink, comprising an ink-tightly closed ink feed container connected to the printhead via an ink supply line and an ink-sealed container connected to the ink feed container via a further line.
- the printhead of a printer must be permanently supplied with ink. This is done using an ink feed container from which the print head is fed with ink.
- the vertical distance between the level in the ink feed container and the nozzle openings of the print head is prescribed depending on the construction of a printer and should also be kept as precisely as possible for an optimal and uniform print image.
- the ink supply container of professional printing devices is refilled regularly.
- the level in the ink feed container is measured and fed to the regulator, which is usually configured as a two-position controller, as the actual value h ist .
- This signal is compared with a setpoint h soll , and when the difference (h is -h soll ) falls below a predetermined lower limit h u , the controller activates a pump to remove the ink feed container from an ink reservoir refill. This pump remains active until the difference (h is - h soll ) exceeds a further predetermined upper limit h o .
- the JP 2003 266 734 A discloses, inter alia, a method for supplying ink to an ink printer. It addresses the task of developing a simple, low-cost structure that can also be used in a small printer and capable of producing a negative ink pressure for a printhead. This is achieved by the invention by using an ink main container and an additional subordinate ink reservoir, which has a flexible outer shell, which is held under tension by an outwardly biased spring and provides a negative pressure in the interior.
- an outwardly biased spring provides a negative pressure in the interior.
- neither the ink pressure nor the ink level is constantly constant, because to refill the ink auxiliary container from the ink main container, a valve must be opened. For the make-up of the ink main container no mechanism is specified at all.
- the document US 5,963,237 also discloses a method and apparatus for supplying ink to an ink printer.
- the print head is at a level above the ink feed container while the ink refill container is below the paste feed container located.
- a pump is required to refill the container in its ascending order, whereby the arrangement is relatively expensive.
- a printer includes a head having a plurality of outlets, a first ink container connected to the head, a second ink container storing ink, and the second ink container connected to the first ink container via a supply line and a return line connected to the printhead. This allows for proper circulation of ink while degassing the ink in the second ink container. However, no suitable level control can be found here.
- the ink refilling container is hermetically sealed, because only so by means of a main compressor in a negative pressure can be generated.
- a main compressor in a negative pressure can be generated.
- an ink refilling container is disposed below the printheads, an ink supply container above the printheads, or the ink refilling container is located above the food container, and this above the printhead, or the Tintennachichich alternator is located above the printhead, while the ink feed container below the printhead or an upper ink refilling container is located above the printheads and above the food container while a lower ink refill container is located below both the ink feed container and below the print heads.
- the US 2006/0 023 038 A1 discloses a system for feeding a liquid container from a liquid reservoir, which communicate with each other.
- a vacuum source coupled to the liquid container is provided.
- liquid keti is drawn from the liquid reservoir into the liquid ketizer container.
- this make-up method is relatively inaccurate and unable to maintain as uniform a filling state as possible.
- the problem initiating the invention a generic device for supplying the print head of a printing device, in particular an ink jet printer, with ink such that it can be set up and operated with the least possible effort; In addition, it should be as little as possible prone to failure.
- the invention chooses a completely different structure.
- the level of the ink in the ink feed container need not necessarily be measured and regulated in order to be kept approximately constant; a level controller is therefore not mandatory, neither in the form of a two-point controller yet in the form of an analog or digital controller.
- the completed ink supply container is supplied with a negative pressure which causes the ink to flow from an ink refilling container only to the ink supply container under the influence of a pressure difference as needed.
- An ink pump is not required and therefore not provided in the context of the present invention.
- the level can only be influenced by means of a valve, which is possible in relation to a pump with an extremely low energy consumption.
- a valve which is possible in relation to a pump with an extremely low energy consumption.
- it may also be an actively controllable valve, in particular a solenoid valve, which is electrically controlled.
- a solenoid valve which is electrically controlled.
- Such magnets are relatively simple and just as easy to control, in particular of a control electronics.
- valve not only based on a pressure value, but also to use other measured values for a control or regulation. If the pressure in the ink feed tank is not used for a control, it can also be kept constant.
- the ink feed tank should be connected to a vacuum source.
- the outgassing of dissolved air or other gases from the ink has no appreciable effect on the negative pressure within the ink feed tank.
- a separate pressure control loop can also be provided.
- the ink feed tray is installed at a fixed height relative to the height of the print head.
- the difference in level of this level with respect to the nozzle orifices of the printhead is also constant, and the printhead can be fully primed over time operating conditions unchanged to achieve optimum printing results.
- the ink feed tray should be at a level above the printhead.
- the connection to the print head then takes place by means of an ink column, ie a "hanging" on the ink supply container volume of ink in a line or in a hose, which largely maintains the pressure balance in the ink feed container due to its weight.
- the bottom of the ink feed container is at a level of at least 10 cm above the nozzles of the print head, preferably at least 20 cm above the nozzles, in particular at least 30 cm above the nozzles.
- a certain length of the ink column is required to balance even a relatively strong negative pressure within the ink feed tank.
- the ink refilling container In contrast to the ink feed container, the ink refilling container should not be hermetically sealed so that the same pressure prevails in its interior as the surrounding atmospheric pressure p atm .
- different pressures act on the ink in the conduit from the ink refilling container to the ink supply container, namely the atmospheric pressure p atm on the one hand, and a negative pressure p tsb ⁇ p atm on the other hand.
- the pressure difference ⁇ p p atm -p tsb drives the flow of ink between the two containers, in particular also against the downward gravitational force .
- the ink refilling container can be largely closed or be closed so that the ink contained therein does not or only very slowly dried or evaporated.
- the Tintennach sleepll matterer should also consist of a preferably dimensionally stable material with a filling volume V 0 , a height h 0 and a preferably constant cross-section Q (h) of the inner cavity.
- the ink level in the ink refilling container can be kept constant regardless of its filling state, when the ink refilling container is adjustable in the vertical direction, so that by changing its height, a change in its filling state can be compensated.
- a simple way to allow for an adjustment, but still obtain stable operating points, is to suspend the ink refill container resilient, in particular on a coil spring.
- the aim is to cushion the ink refilling container in the vertical direction so that the level within the ink refilling container remains constant regardless of its degree of filling.
- the cross-sectional shape of the ink refilling container used and the spring used for its variable support / suspension is achieved that the ink level in the ink reservoir always remains at a constant level, regardless of the amount of ink in the container.
- at least one spring element with a non-linear characteristic is required for this purpose.
- the spring constant or spring rate also called spring stiffness, spring stiffness or directivity (directional constant), connects the deflection of a spring with the resulting force. Only with a linear spring is this increase in force a constant. For a spring, this only applies up to the elastic limit.
- the force (opposite to the spring force) which causes the spring to elongate is equal to the product of the spring constant D and the distance ⁇ L about which the force application point of the spring shifts. In a tension or compression spring, this is the change in length of the spring.
- the invention further recommends that the ink level h tnfb within the ink refill container be at a level between the nozzle height h d of the printhead and the ink level h tsb in the ink feed container: H d ⁇ H TNFb ⁇ H tsb ,
- the negative pressure within the food container can be adjusted so that it sucks ink from the ink refill container, but not from the ink head:
- Ap p atm - p tsb ⁇ * G * H tsb - H d . respectively , p tsb > p atm - ⁇ * G * H tsb - H d ,
- the invention can be further developed such that the negative pressure ⁇ p of the pressure p tsb in the ink supply container relative to the atmospheric pressure p atm corresponds approximately to the height of the ink column between the nozzle height h d of the printhead and the ink level h tsb in the ink supply container.
- This corresponds to a standard design rule, according to which the prescribed ink level for feeding a printhead should mostly be approximately at the level of its nozzles, so that the ink pressure in the region of the nozzles corresponds approximately to the atmospheric pressure.
- a vacuum source may be connected to the ink feed container, for example a vacuum pump. This can be activated as needed to counteract a reduction in negative pressure.
- connection of the ink supply tank for the vacuum source should be at the top of the ink feed tank, so that as possible no ink is sucked in, which could be harmful to the vacuum pump.
- the invention recommends that the port of the ink supply container for the ink supply to the printhead is located at the bottom of the ink feed container. In this respect, no air bubbles will be able to get into the ink supply line to the print head there, so that optimum printing results can be achieved.
- connection of the ink feed tank for the ink supply from the refill is on the shell side of the ink feed tank.
- this inlet keeps both a distance to the connection for the vacuum source and to the drain port to the print head.
- connection of the ink supply container for the ink supply line from the refilling container is preferably located approximately halfway up the ink supply container. There, the vertical distance to the evacuation port as well as to the ink drain port is maximum.
- connection of the ink supply container for the ink supply from the refill container is approximately at the level of the actual ink level h tsb within the ink supply container or above, preferably just above the same. From there, the ink passes directly to the ink reservoir within the ink feed container and does not first have to be raised to a significantly higher level.
- the ink can flow from an ink reservoir into the ink refilling container under the influence of gravity, with a controllable valve also being sufficient for this; from the ink refilling container, if necessary, the ink enters the ink supply container only under the influence of the negative pressure there; and to the printhead, the ink again flows under the influence of the weight.
- FIG. 1 shows a refilling device according to the invention for ink reservoirs of a printing device in a schematic view.
- the print head 2 generally prints down onto the substrate 3 there.
- the print head 2 is fed with ink 4 via an ink supply line 5 from an ink feed container 6. This is hermetically sealed and therefore not accessible from the outside, not even for refilling.
- the ink refilling container 10 is not hermetically sealed but communicates with its surroundings through a preferably small orifice, so that there is atmospheric pressure p atm in the ink refilling container 10.
- the Tintennach alternll matterer 10 is not fixed fixed, but suspended by means of at least one spring element 13 movable in the vertical direction, for example on a stand, chassis 14 or other machine part.
- the spring element 13 is preferably designed as a tension spring mounted approximately centrally on the top of the ink refilling container 10, in particular as a spiral or helical spring.
- the Tintnennach Stahler 10 may additionally be performed in the vertical direction to avoid vibrations as possible.
- the ink refilling container 10 in turn may be fed from an ink reservoir 15, namely through a supply line 16 between the ink reservoir 15 and the ink refilling container 10, wherein preferably a valve 17 is located.
- the ink reservoir 15 may be fixed in place and preferably communicates with the environment, so it is under atmospheric pressure. Also, the ink reservoir may be refillable, for example via an upper-side, preferably closable opening, and / or it may be exchangeable to be replaced after complete emptying. For the ink reservoir 15 hardly boundary conditions apply; it represents the interface to the operator, where this has to provide if necessary for ink replenishment, either by refilling the ink reservoir 15, for example, from a jug or a canister, or by replacing the same. Also, the ink reservoir 15 may have almost any shape or even consist of a flexible, eg. Bag-like container.
- the ink refilling container 10 should be made of a rigid material and having a predetermined shape with a constant volume and with a predetermined surface area and height, whereby its cross-sectional area Q 0 along its height should not change.
- the ink refilling container 10 Due to its vertically movable suspension by means of a spring element 13, the ink refilling container 10 can move in the vertical direction. The farther it is filled, the farther its weight will deflect the spring element 13 downwards.
- ⁇ corresponds to the specific gravity of the ink 4 used
- g corresponds to the gravitational acceleration
- Q 0 corresponds to the horizontal horizontal cross section of the ink refilling container 10.
- the negative pressure ⁇ p within the ink supply container 6 is controlled by the vacuum pump 9 to a value which satisfies the following inequality: ⁇ * G * H tsb - H TNFb ⁇ Ap ⁇ ⁇ * G * H tsb - H d ,
- the suction pressure ⁇ p within the feed line 5 is smaller than the weight of the ink column there, so that despite constantly open feed line 5 - there is no valve in the normal case - no ink 4 is sucked back from the print head 2 in the ink feed container 6.
- a suitable control algorithm for example according to a two-point control, but also according to a P or PI or PID controller or according to a digital control function.
- the ink flow begins immediately with the opening of the valve 12 and thus almost instantaneously and can also be abruptly interrupted again, simply by closing the valve 12.
- the on and off limits may be much closer to each other than in a conventional refilling by means of an ink pump.
- the Nachspeiseintervalle are much smaller and the duration of a make-up, thus a fluctuation of the level h tsb within the ink feed container 6 is hardly detectable. This in turn has optimal and constant conditions for the print head 2 result and thus produces an optimal printing result.
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- Ink Jet (AREA)
Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zur Versorgung des Druckkopfs einer Druckvorrichtung, insbesondere eines Tintenstrahldruckers, mit Tinte, umfassend einen mit dem Druckkopf über eine Tintenzuleitung verbundenen, luftdicht abgeschlossenen Tintenspeisebehälter sowie einen mit dem Tintenspeisebehälter über eine weitere Leitung verbundenen, nicht luftdicht geschlossenen Tintenachfüllbehälter. Der Tintenspeisebehälter mit einem Unterdruck (Δp = patm - ptsb) gegenüber dem atmosphärischen Druck (patm) beaufschlagt ist, welcher derart eingestellt ist, dass er in der Lage ist, Tinte von dem Tintennachfüllbehälter anzusaugen,The invention is directed to a device for supplying the printhead of a printing device, in particular an ink jet printer, with ink, comprising an ink-tightly closed ink feed container connected to the printhead via an ink supply line and an ink-sealed container connected to the ink feed container via a further line. The ink supply container is pressurized with a negative pressure (Δp = p atm -p tsb ) from the atmospheric pressure (p atm ) which is set to be capable of sucking ink from the ink refilling container.
Um seine Aufgabe erfüllen zu können, muss der Druckkopf eines Druckers permanent mit Tinte versorgt werden. Hierzu dient ein Tintenspeisebehälter, woraus der Druckkopf mit Tinte gespeist wird. Dabei ist der vertikale Abstand zwischen dem Pegel in dem Tintenspeisebehälter und den Düsenöffnungen des Druckkopfs je nach der Konstruktion eines Druckers vorgeschrieben und sollte für ein optimales und gleichmäßiges Druckbild auch möglichst präzise eingehalten werden. Da der Druckkopf permanent Tinte verbraucht, würde der Pegel in dem Tintenspeisebehälter allmählich absinken und damit Rückwirkungen auf das Druckbild haben. Um solche Rückwirkungen zu verhindern, wird der Tintenspeisebehälter professioneller Druckvorrichtungen regelmäßig nachgefüllt.To accomplish its task, the printhead of a printer must be permanently supplied with ink. This is done using an ink feed container from which the print head is fed with ink. In this case, the vertical distance between the level in the ink feed container and the nozzle openings of the print head is prescribed depending on the construction of a printer and should also be kept as precisely as possible for an optimal and uniform print image. As the printhead permanently consumes ink, the level in the ink feed tray would gradually decrease, thereby affecting the print image. To prevent such repercussions, the ink supply container of professional printing devices is refilled regularly.
Hierzu dient üblicherweise ein Regler für den Tintenpegel, welcher diesen regelungstechnisch konstant hält. Dazu wird der Füllstand in dem Tintenspeisebehälter gemessen und dem zumeist als Zweipunktregler ausgebildeten Regler als Istwert hist zugeführt. Dieses Signal wird mit einem Sollwert hsoll verglichen, und wenn die Differenz (hist - hsoll) einen vorgegebenen, unteren Grenzwert hu unterschreitet, aktiviert der Regler eine Pumpe, um den Tintenspeisebehälter aus einem Tintenvorratsbehälter nachzufüllen. Diese Pumpe bleibt aktiv, bis die Differenz (hist - hsoll) einen weiteren, vorgegebenen, oberen Grenzwert ho überschreitet.This usually serves a regulator for the ink level, which keeps this control technology constant. For this purpose, the level in the ink feed container is measured and fed to the regulator, which is usually configured as a two-position controller, as the actual value h ist . This signal is compared with a setpoint h soll , and when the difference (h is -h soll ) falls below a predetermined lower limit h u , the controller activates a pump to remove the ink feed container from an ink reservoir refill. This pump remains active until the difference (h is - h soll ) exceeds a further predetermined upper limit h o .
Eine solche Regelung kann den Pegel in einem Tintenspeisebehälter allerdings nur näherungsweise konstant halten, da eine Zweipunktregelung nur aufgrund einer ständigen Füllstandsschwankung funktioniert. Darüber hinaus ist eine Pumpe erforderlich, welche nur intervallweise betrieben wird und zusätzliche Vorkehrungen erordert, damit diese niemals eintrocknet, also auch nicht bei - versehentlicher - Tiefentleerung des Tintenvorratsbehälters. Daher muss nicht nur im Tintenspeisebehälter, sondern auch im Tintenvorratsbehälter eine Füllstandsmessung etabliert werden. Die gesamte Anordnung gestaltet sich äußerst aufwändig und ist damit nicht nur teuer, sondern auch störungsanfällig.However, such a control can only keep the level in an ink feed container approximately constant since a two-point control only works because of a constant level fluctuation. In addition, a pump is required, which is operated only at intervals and additional precautions ordered so that it never dries, so not in - accidental - deep emptying of the ink reservoir. Therefore, a level measurement must be established not only in the ink feed container, but also in the ink reservoir. The entire arrangement is extremely complex and is therefore not only expensive, but also prone to failure.
Die
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Im Rahmen einer dort beschriebenen Ausführungsform ist der Tintennachfüllbehälter luftdicht geschlossen, weil nur so mittels eines Hauptkompressors darin ein Unterdruck erzeugt werden kann. Jedoch ist es dabei problematisch, Tinte aus dem luftdicht geschlossenen Tintennachfüllbehälter nachzuspeisen, weil der dabei auftretende Unterdruck den Tintenfluß hemmt. Zudem ist bei diesem Dokument ein Tintennachfüllbehälter unterhalb der Druckköpfe angeordnet, ein Tintenspeisebehälter dagegen oberhalb der Druckköpfe, oder der Tintennachfüllbehälter ist oberhalb des Speisebehälters angeordnet, und dieser oberhalb des Druckkopfs, oder der Tintennachfüllbehälter ist oberhalb des Druckkopfs angeordnet, während der Tintenspeisebehälter sich unterhalb des Druckkopfs befindet, oder ein oberer Tintennachfüllbehälter ist oberhalb der Druckköpfe sowie oberhalb des Speisebehälters angeordnet, während ein unterer Tintennachfüllbehälter sich sowohl unterhalb des Tintenspeisebehälters als auch unterhalb der Druckköpfe befindet.As part of an embodiment described therein, the ink refilling container is hermetically sealed, because only so by means of a main compressor in a negative pressure can be generated. However, it is problematic nachzuspeisen ink from the airtight closed Tintennachfüllbehälter, because the negative pressure occurring inhibits the flow of ink. In addition, in this document, an ink refilling container is disposed below the printheads, an ink supply container above the printheads, or the ink refilling container is located above the food container, and this above the printhead, or the Tintennachfüllbehälter is located above the printhead, while the ink feed container below the printhead or an upper ink refilling container is located above the printheads and above the food container while a lower ink refill container is located below both the ink feed container and below the print heads.
Die
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Einrichtung zur Versorgung des Druckkopfs einer Druckvorrichtung, insbesondere eines Tintenstrahldruckers, mit Tinte derart weiterzubilden, dass diese mit möglichst geringem Aufwand eingerichtet und betrieben werden kann; darüber hinaus soll sie möglichst wenig störanfällig sein.From the disadvantages of the described prior art, the problem initiating the invention, a generic device for supplying the print head of a printing device, in particular an ink jet printer, with ink such that it can be set up and operated with the least possible effort; In addition, it should be as little as possible prone to failure.
Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass der Tintenpegel (htnfb) in dem Tintennachfüllbehälter unabhängig von dessen Befüllungszustand konstant ist und sich auf einem Niveau zwischen dem Druckkopf und dem Tintenspeisebehälter befindet.The solution of this problem succeeds in that the ink level (h tnfb ) in the ink refilling container is constant regardless of its filling state and is at a level between the printhead and the ink supply container.
Im Gegensatz zu handelsüblichen Tintenspeisebehältern, welche dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind, so dass der Tintenpegel im Inneren ohne Druckänderungen schwanken kann, wählt die Erfindung eine völlig andere Struktur. Hierbei muss der Füllstand der Tinte in dem Tintenspeisebehälter nicht unbedingt gemessen und geregelt werden, um näherungsweise konstant gehalten werden zu können; ein Füllstandregler ist daher nicht zwingend erforderlich, weder in Form eines Zweipunktreglers noch in Form eines analogen oder digitalen Reglers. Stattdessen wird der abgeschlossene Tintenspeisebehälter mit einem Unterdruck versorgt, der zur Folge hat, dass bei Bedarf die Tinte von einem Tintennachfüllbehälter einzig unter dem Einfluss eines Druckunterschiedes in den Tintenspeisebehälter strömen kann. Eine Tintenpumpe ist dazu nicht erforderlich und im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher auch nicht vorgesehen.Unlike commercial ink feed containers which are exposed to atmospheric pressure so that the level of ink inside can fluctuate without pressure changes, the invention chooses a completely different structure. In this case, the level of the ink in the ink feed container need not necessarily be measured and regulated in order to be kept approximately constant; a level controller is therefore not mandatory, neither in the form of a two-point controller yet in the form of an analog or digital controller. Instead, the completed ink supply container is supplied with a negative pressure which causes the ink to flow from an ink refilling container only to the ink supply container under the influence of a pressure difference as needed. An ink pump is not required and therefore not provided in the context of the present invention.
Indem der Tintenpegel htnfb in dem Tintennachfüllbehälter unabhängig von dessen Befüllungszustand konstant ist, sind insofern optimale Bedingungen geschaffen, als ein nahezu völlig konstanter Höhenunterschied zwischen dem Tintenpegel htsb in dem Tintenspeisebehälter einerseits und in dem dem Tintenpegel htnfb in dem Tintennachfüllbehälter andererseits eingehalten wird, so dass die Tinte um eine vorbekannte Höhendifferenz Δh = htsb - htnfb angehoben werden muss. Entsprechend dieser Höhendifferenz Δh kann die Druckdifferenz Δp entsprechend der Formel für den hydrostatischen Druck eingestellt werden:
Stattdessen kann der Füllstand einzig mittels eines Ventils beeinflusst werden, was im Verhältnis zu einer Pumpe mit einem äußerst geringen Energieaufwand möglich ist. Damit ist es möglich, die bei einer abgeschlossenen Gasmenge in dem Tintenspeisebehälter über dem Tintenpegel mit einer Schwankung desselben verbundene Druckänderung innerhalb des Tintenspeisebehälters zu einer selbsttätigen Steuerung heranzuziehen, indem beispielsweise ein mittels eines Federelements vorgespanntes, mechanisches Ventil eingesetzt wird, welches derart eingebaut wird, dass bei Unterschreiten eines unteren Druckwerts innerhalb des Tintenspeisebehälters das Ventil öffnet und sodann geöffnet bleibt, bis ein oberer Druckwert überschritten wird.Instead, the level can only be influenced by means of a valve, which is possible in relation to a pump with an extremely low energy consumption. Thus, it is possible that with a closed amount of gas in the ink feed container above the Ink level with a fluctuation of the same associated pressure change within the ink feed container to an automatic control, for example, by a biased by a spring element, mechanical valve is used, which is installed such that falls below a lower pressure value within the ink feed container, the valve opens and then remains open until an upper pressure value is exceeded.
Es kann sich aber auch um ein aktiv steuerbares Ventil handeln, insbesondere um ein Magnetventil, welches elektrisch angesteuert wird. Solche Magnete sind vergleichsweise einfach aufgebaut und ebenso einfach ansteuerbar, insbesondere von einer Steuerelektronik.However, it may also be an actively controllable valve, in particular a solenoid valve, which is electrically controlled. Such magnets are relatively simple and just as easy to control, in particular of a control electronics.
Dann besteht auch die Möglichkeit, das Ventil nicht nur anhand eines Druckwertes anzusteuern, sondern auch andere Messwerte für eine Steuerung oder Regelung zu verwenden. Falls der Druck in dem Tintenspeisebehälter nicht für eine Regelung verwendet wird, kann dieser auch konstant gehalten werden.Then it is also possible to control the valve not only based on a pressure value, but also to use other measured values for a control or regulation. If the pressure in the ink feed tank is not used for a control, it can also be kept constant.
Wenn solchermaßen ein konstanter Unterdruck erwünscht ist, sollte der Tintenspeisebehälter mit einer Unterdruckquelle verbunden sein. Somit hat beispielsweise auch das Ausgasen gelöster Luft oder anderer Gase aus der Tinte keinen spürbaren Einfluss auf den Unterdruck innerhalb des Tintenspeisebehälters. Für die Konstanthaltung eines Unterdrucks kann auch ein eigener Druckregelkreis vorgesehen sein.If such a constant negative pressure is desired, the ink feed tank should be connected to a vacuum source. Thus, for example, the outgassing of dissolved air or other gases from the ink has no appreciable effect on the negative pressure within the ink feed tank. For keeping a negative pressure constant, a separate pressure control loop can also be provided.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Tintenspeisebehälter auf einer festen Höhe installiert ist, bezogen auf die Höhe des Druckkopfs. Somit ist bei einem konstanten Pegel innerhalb des Tintenspeisebehälters auch der Höhenunterschied dieses Pegels gegenüber den Düsenöffnungen des Druckkopfs konstant, und der Druckkopf kann auf Dauer mit völlig unveränderten Betriebsbedingungen arbeiten, um optimale Druckergebnisse zu erzielen.It has been found to be beneficial that the ink feed tray is installed at a fixed height relative to the height of the print head. Thus, at a constant level within the ink supply container, the difference in level of this level with respect to the nozzle orifices of the printhead is also constant, and the printhead can be fully primed over time operating conditions unchanged to achieve optimum printing results.
Der Tintenspeisebehälter sollte sich auf einem Niveau oberhalb des Druckkopfs befinden. Die Verbindung mit dem Druckkopf erfolgt sodann mittels einer Tintensäule, also einem an dem Tintenspeisebehälter "hängenden" Tintenvolumen in einer Leitung oder in einem Schlauch, welches aufgrund seines Gewichts dem Unterdruck in dem Tintenspeisebehälter weitgehend das Druck-Gleichgewicht hält.The ink feed tray should be at a level above the printhead. The connection to the print head then takes place by means of an ink column, ie a "hanging" on the ink supply container volume of ink in a line or in a hose, which largely maintains the pressure balance in the ink feed container due to its weight.
Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass sich der Boden des Tintenspeisebehälters auf einem Niveau von wenigstens 10 cm oberhalb der Düsen des Druckkopfs befindet, vorzugsweise wenigstens 20 cm oberhalb der Düsen, insbesondere wenigstens 30 cm oberhalb der Düsen. Eine gewisse Länge der Tintensäule ist erforderlich, um auch einem vergleichsweise starken Unterdruck innerhalb des Tintenspeisebehälters die Waage zu halten.Particular advantages result from the fact that the bottom of the ink feed container is at a level of at least 10 cm above the nozzles of the print head, preferably at least 20 cm above the nozzles, in particular at least 30 cm above the nozzles. A certain length of the ink column is required to balance even a relatively strong negative pressure within the ink feed tank.
Im Gegensatz zum Tintenspeisebehälter sollte der Tintennachfüllbehälter nicht luftdicht abgeschlossen sein, so dass in seinem Inneren der selbe Druck herrscht wie der umgebende, atmosphärische Druck patm. Demzufolge wirken auf die Tinte in der Leitung von dem Tintennachfüllbehälter zum Tintentspeisebehälter unterschiedliche Drucke ein, nämlich der atmosphärische Druck patm einerseits, ein Unterdruck ptsb < patm andererseits. Die Druckdifferenz Δp = patm - ptsb treibt den Tintenfluss zwischen beiden Behältern an, insbesondere auch entgegen der nach unten gerichteten Gewichtskraft.In contrast to the ink feed container, the ink refilling container should not be hermetically sealed so that the same pressure prevails in its interior as the surrounding atmospheric pressure p atm . As a result, different pressures act on the ink in the conduit from the ink refilling container to the ink supply container, namely the atmospheric pressure p atm on the one hand, and a negative pressure p tsb <p atm on the other hand. The pressure difference Δp = p atm -p tsb drives the flow of ink between the two containers, in particular also against the downward gravitational force .
Für eine solche Belüftung des Tintennachfüllbehälters genügt eine relativ kleine Öffnung beispielsweise in einer Größe von 10 mm2 oder weniger, vorzugsweise von 5 mm2 oder weniger, insbesondere von 2 mm2 oder weniger. Darüber hinaus kann der Tintennachfüllbehälter weitgehend geschlossen oder verschließbar sein, damit die darin enthaltene Tinte nicht oder nur extrem langsam austrocknet bzw. verdunstet.For such aeration of the ink refilling container, a relatively small opening suffices, for example, in a size of 10 mm 2 or less, preferably 5 mm 2 or less, more preferably 2 mm 2 or less. In addition, the ink refilling container can be largely closed or be closed so that the ink contained therein does not or only very slowly dried or evaporated.
Der Tintennachfüllbehälter sollte ferner aus einem vorzugsweise formsteifen Material bestehen mit einem Füllvolumen V0, einer Höhe h0 und einem vorzugsweise konstanten Querschnitt Q(h) des inneren Hohlraums.The Tintennachfüllbehälter should also consist of a preferably dimensionally stable material with a filling volume V 0 , a height h 0 and a preferably constant cross-section Q (h) of the inner cavity.
Der Tintenpegel in dem Tintennachfüllbehälter lässt sich unabhängig von dessen Befüllungszustand konstant halten, wenn der Tintennachfüllbehälter in vertikaler Richtung verstellbar ist, so dass durch Veränderung seiner Höhe eine Veränderung seines Füllungszustandes ausgeglichen werden kann.The ink level in the ink refilling container can be kept constant regardless of its filling state, when the ink refilling container is adjustable in the vertical direction, so that by changing its height, a change in its filling state can be compensated.
Eine einfache Methode, um eine Verstellung zu ermöglichen, dennoch aber stabile Arbeitspunkte zu erhalten, besteht darin, den Tintennachfüllbehälter federnd aufzuhängen, insbesondere an einer Spiralfeder.A simple way to allow for an adjustment, but still obtain stable operating points, is to suspend the ink refill container resilient, in particular on a coil spring.
Ziel ist es, den Tintennachfüllbehälter in vertikaler Richtung derart abzufedern, dass der Pegel innerhalb des Tintennachfüllbehälters unabhängig von dessen Füllungsgrad konstant bleibt.The aim is to cushion the ink refilling container in the vertical direction so that the level within the ink refilling container remains constant regardless of its degree of filling.
Um dies zu bewerkstelligen, sollte der Tinten-Vorratsbehälter nicht nur in vertikaler Richtung verstellbar sein, sondern durch wenigstens eine etwa vertikal wirkende Feder mit einer von der Auslenkung ΔL = L - L0 gegenüber ihrer Länge L0 bei vollständig leerem Tinten-Vorratsbehälter abhängigen Federkraft
sowie mit 0 ≤ εD ≤ 0,2, vorzugsweise 0 ≤ εD ≤ 0,1, insbesondere 0 ≤ εD ≤ 0,05, beispielsweise 0 ≤ εD ≤ 0,02.To accomplish this, the ink reservoir should be adjustable not only in the vertical direction, but by at least one approximately vertically acting spring with a dependent of the deflection ΔL = L - L 0 with respect to their length L 0 with completely empty ink reservoir spring force
and with 0 ≦ ε D ≦ 0.2, preferably 0 ≦ ε D ≦ 0.1, in particular 0 ≦ ε D ≦ 0.05, for example 0 ≦ ε D ≦ 0.02.
Durch eine derartige Beziehung zwischen der spezifischen Dichte der Tinte, der Querschnittsform des verwendeten Tintennachfüllbehälters und der zu dessen variabler Abstützung/Aufhängung eingesetzten Feder wird erreicht, dass das Tintenniveau in dem Tintenvorratsbehälter stets auf einer konstanten Höhe bleibt, unabhängig von der Tintenmenge in dem Behälter. Im Allgemeinen ist hierfür wenigstens ein Federelement mit einer nichtlinearen Kennlinie erforderlich.By such a relationship between the specific gravity of the ink, the cross-sectional shape of the ink refilling container used and the spring used for its variable support / suspension is achieved that the ink level in the ink reservoir always remains at a constant level, regardless of the amount of ink in the container. In general, at least one spring element with a non-linear characteristic is required for this purpose.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich aus durch wenigstens einen Tintennachfüllbehälter von konstantem Querschnitt Q0 aus einem formsteifen Material, sowie mit einer Vorrichtung zum Druckausgleich zwischen dem Behälterinneren und seiner Umgebung, so dass der Querschnitt des Behälters unabhängig von dessen Befüllungszustand konstant ist: Q = Q0, wobei der Tintennachfüllbehälter in vertikaler Richtung verstellbar ist und durch wenigstens eine etwa vertikal wirkende Feder mit der Federkonstante D gehalten wird, wobei gilt:
sowie mit 0 ≤ εD ≤ 0,2, vorzugsweise 0 ≤ εD ≤ 0,1, insbesondere 0 ≤ εD ≤ 0,05, beispielsweise 0 ≤ εD ≤ 0,02.A particularly advantageous embodiment is characterized by at least one ink refill container of constant cross-section Q 0 made of a dimensionally stable material, and with a device for pressure equalization between the container interior and its surroundings, so that the cross-section of the container is constant, regardless of its filling state: Q = Q 0 , wherein the ink refilling container is adjustable in the vertical direction and is held by at least one approximately vertically acting spring with the spring constant D, wherein:
and with 0 ≦ ε D ≦ 0.2, preferably 0 ≦ ε D ≦ 0.1, in particular 0 ≦ ε D ≦ 0.05, for example 0 ≦ ε D ≦ 0.02.
Hierbei handelt es sich sozusagen um einen speziellen Fall der vorangehend beschriebenen allgemeinen Anordnung. Bei dem speziellen Fall eines konstanten Behälterquerschnitts vereinfacht sich die Relation zwischen Federcharakteristik und Behälterquerschnitt, und es kann eine "normale" Feder mit linearer Federcharakteristik bzw. mit einer Federkonstante eingesetzt werden.This is, so to speak, a special case of the general arrangement described above. In the special case of a constant container cross section, the relation between Spring characteristic and container cross section, and it can be a "normal" spring with linear spring characteristic or with a spring constant can be used.
Die Federkonstante oder Federrate, auch Federhärte, Federsteifigkeit oder Richtgröße (Direktionskonstante) genannt, verbindet die Auslenkung einer Feder mit der daraus resultierenden Kraft. Nur bei einer linearen Feder ist dieser Anstieg der Kraft eine Konstante. Für eine Feder gilt dies nur bis zur Elastizitätsgrenze.The spring constant or spring rate, also called spring stiffness, spring stiffness or directivity (directional constant), connects the deflection of a spring with the resulting force. Only with a linear spring is this increase in force a constant. For a spring, this only applies up to the elastic limit.
Nach dem Hookschen Gesetz ist die rücktreibende Kraft einer Feder, genannt Federkraft, proportional zur Verschiebung ΔL des Kraftangriffspunktes entgegen der Kraftrichtung, sofern durch die Kraftwirkung die Feder nicht dauerhaft plastisch verformt und damit zerstört wird (D = const.). Es gilt also die Beziehung
Die (der Federkraft entgegengesetzte) Kraft, die eine Längung der Feder bewirkt, ist gleich dem Produkt aus Federkonstante D und dem Weg ΔL, um den sich der Kraftangriffspunkt der Feder verschiebt. Bei einer Zug- oder Druckfeder ist dies die Längenänderung der Feder.The force (opposite to the spring force) which causes the spring to elongate is equal to the product of the spring constant D and the distance ΔL about which the force application point of the spring shifts. In a tension or compression spring, this is the change in length of the spring.
Die Bestimmung einer Federkonstante erfolgt mittels eines Zugversuchs, bei dem man eine Kraft F anlegt und die Auslenkung bzw. Längenänderung ΔL = L - L0 in Richtung der angelegten Kraft misst. Daraus ergibt sich die Federkonstante zu
In dieser Formel kann man die Federkraft F der Gewichtskraft G = m * g gleichsetzen:
Die Federkonstante D wird üblicherweise in der Einheit Newton/Meter oder (seltener) in Kilogramm/Sekunde2 angegeben:
The spring constant D is usually given in the unit Newton / meter or (less frequently) in kilograms / second 2 :
Die Beschreibung einer Feder durch ihre Federkonstante ist eine in der Praxis ausreichend genaue Näherung für das federnde Verhalten von linearen Federn.The description of a spring by its spring constant is a sufficiently accurate approximation in practice for the resilient behavior of linear springs.
Die Federsteifigkeit oder Federkonstante D einer Schraubenfeder berechnet sich bspw. zu
- dD = Drahtdurchmesser [mm]
- dF = mittlerer Federdurchmesser [mm]
- n = federnde Windungen
- G = Schubmodul [N/mm2] (für Federstahldraht i. d. R. 81500 N/mm2, laut DIN EN 13906-1 (2002))
- d D = wire diameter [mm]
- d F = mean spring diameter [mm]
- n = springy turns
- G = shear modulus [N / mm 2 ] (for spring steel wire usually 81500 N / mm 2 , according to DIN EN 13906-1 (2002))
Durch besondere Gestaltung (veränderlicher Windungsdurchmesser, Gummiformkörper, Luftfedern) lassen sich jedoch Federn herstellen, deren Kraft/Weg-Zusammenhang nicht linear ist. In diesem Fall soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Kraft/Weg-Diagramm durch seine lokale Steigung
Die Erfindung empfiehlt ferner, dass sich der Tintenpegel htnfb innerhalb des Tintennachfüllbehälters auf einem Niveau zwischen der Düsenhöhe hd des Druckkopfs und dem Tintenpegel htsb im Tintenspeisebehälter befindet:
Damit kann der Unterdruck innerhalb des Speisebehälters so eingestellt werden, dass er zwar Tinte aus dem Tintennachfüllbehälter ansaugt, nicht aber aus dem Tintenkopf:
Es ergibt sich also folgende Ungleichung:
Optimale Ergebnisse werden dabei erzielt, wenn sich der Tintenpegel htnfb innerhalb des Tintennachfüllbehälters etwa auf halber Höhe zwischen der Düsenhöhe hd des Druckkopfs und dem Tintenpegel htsb im Tintenspeisebehälter befindet:
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Unterdruck Δp des Druckes ptsb in dem Tintenspeisebehälter gegenüber dem atmosphärischen Druck patm etwa der Höhe der Tintensäule zwischen der Düsenhöhe hd des Druckkopfs und dem Tintenpegel htsb im Tintenspeisebehälter entspricht. Dies korrespondiert mit einer üblichen Bemessungsregel, wonach sich der vorgeschriebene Tintenpegel für die Speisung eines Druckkopfs zumeist etwa auf Höhe von dessen Düsen befinden soll, so dass also der Tintendruck im Bereich der Düsen etwa dem atmosphärischen Druck entspricht.The invention can be further developed such that the negative pressure Δp of the pressure p tsb in the ink supply container relative to the atmospheric pressure p atm corresponds approximately to the height of the ink column between the nozzle height h d of the printhead and the ink level h tsb in the ink supply container. This corresponds to a standard design rule, according to which the prescribed ink level for feeding a printhead should mostly be approximately at the level of its nozzles, so that the ink pressure in the region of the nozzles corresponds approximately to the atmospheric pressure.
Weitere Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass der Unterdruck Δp = patm - ptsb in dem Tintenspeisebehälter gegenüber dem atmosphärischen Druck patm einer Differenz entspricht aus dem Druck pts = ρt * g * hts am unteren Ende einer Tintensäule der Höhe hts = htsb - hd zwischen der Düsenhöhe hd des Druckkopfs und dem Tintenpegel htsb im Tintenspeisebehälter einerseits und einem Offsetwert poff andererseits, wobei der Offsetwert poff vorzugsweise dem Druck poff = ρt * g * hoff am unteren Ende einer Tintensäule der Höhe hoff = hesp - hd für den Betrieb des Druckkopfs empfohlenen Höhenunterschied zwischen einem empfohlenen Tintenspeisepegel hesp und der Düsenhöhe hd des Druckkopfs entspricht:
- ρ die spezifische Dichte der Tinte und
- g die Gravitationsbeschleunigung ist.
- ρ the specific gravity of the ink and
- g is the gravitational acceleration.
Damit lässt sich jeder gewünschte Tintenspeisepegel hesp bzw. Höhenoffset hoff virtuell einstellen.This allows virtually any desired ink feed level h esp or height offset h off to be set virtually.
Um innerhalb des Tintenspeisebehälters einen Unterdruck Δp = ptsb - patm gegenüber dem atmosphärischen Druck patm zu erzeugen, kann an dem Tintenspeisebehälter eine Unterdruckquelle angeschlossen sein, bspw. eine Vakuumpumpe. Diese kann bei Bedarf aktiviert werden, um einer Reduzierung des Unterdrucks entgegenzuwirken.In order to generate a negative pressure Δp = p tsb -p atm with respect to the atmospheric pressure p atm within the ink feed container, a vacuum source may be connected to the ink feed container, for example a vacuum pump. This can be activated as needed to counteract a reduction in negative pressure.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass an der mit dem Tintenspeisebehälter gekoppelten Unterdruckquelle ein Druckregler angeschlossen ist, insbesondere ein Präzisionsdruckregler, um innerhalb des Tintenspeisebehälters einen Unterdruck Δp = ptsb - patm gegenüber dem atmosphärischen Druck patm konstant zu halten, insbesondere auf einem Druckwert Δp = ptsb - patm = ρ * g * (htsb - hesp). Je weniger dieser Druckwert schwankt, um so präziser wird der empfohlenen Tintenspeisepegel hesp eingehalten, und außerdem gelten auch für die Tintennachfüllung des Tintenspeisebehälters optimale Voraussetzungen.It is within the scope of the invention that at the input coupled to the ink feed tank negative pressure source, a pressure regulator is connected, in particular a precision pressure regulator to within the ink feed vessel a negative pressure Ap = p tsb - p atm with respect to the atmospheric pressure p to keep atm constant, and in particular a Pressure value Δp = p tsb -p atm = ρ * g * (h tsb -h esp ). The less this pressure value fluctuates, the more precisely the recommended ink feed level h esp is maintained, and also the ink refilling of the ink feed container is optimized.
Der Anschluss des Tintenspeisebehälters für die Unterdruckquelle sollte sich an der Oberseite des Tintenspeisebehälters befinden, damit möglichst keine Tinte angesaugt wird, was schädlich für die Vakuumpumpe sein könnte.The connection of the ink supply tank for the vacuum source should be at the top of the ink feed tank, so that as possible no ink is sucked in, which could be harmful to the vacuum pump.
Andererseits empfiehlt die Erfindung, dass sich der Anschluss des Tintenspeisebehälters für die Tintenzuleitung zu dem Druckkopf an der Unterseite des Tintenspeisebehälters befindet. Insofern werden dort keine Luftblasen in die Tintenzuleitung zum Druckkopf gelangen können, so dass optimale Druckergebnisse erzielbar sind.On the other hand, the invention recommends that the port of the ink supply container for the ink supply to the printhead is located at the bottom of the ink feed container. In this respect, no air bubbles will be able to get into the ink supply line to the print head there, so that optimum printing results can be achieved.
Eine weitere Konstruktionsvorschrift besagt, dass sich der Anschluss des Tintenspeisebehälters für die Tintenzuleitung von dem Nachfüllbehälter an der Mantelseite des Tintenspeisebehälters befindet. Damit hält dieser Zulauf sowohl einen Abstand zu dem Anschluss für die Unterdruckquelle als auch zu dem Ablaufanschluss zum Druckkopf ein.Another design rule states that the connection of the ink feed tank for the ink supply from the refill is on the shell side of the ink feed tank. Thus, this inlet keeps both a distance to the connection for the vacuum source and to the drain port to the print head.
Bevorzugt befindet sich der Anschluss des Tintenspeisebehälters für die Tintenzuleitung von dem Nachfüllbehälter etwa auf halber Höhe des Tintenspeisebehälters. Dort ist der vertikale Abstand zu dem Evakuierungsanschluss wie auch zu dem Tintenablaufanschluss maximal.The connection of the ink supply container for the ink supply line from the refilling container is preferably located approximately halfway up the ink supply container. There, the vertical distance to the evacuation port as well as to the ink drain port is maximum.
Weitere Vorteile resultieren aus einer Bemessungsregel, wonach sich der Anschluss des Tintenspeisebehälters für die Tintenzuleitung von dem Nachfüllbehälter etwa auf Höhe des tatsächlichen Tintenpegels htsb innerhalb des Tintenspeisebehälters oder oberhalb desselben, vorzugsweise knapp oberhalb desselben, befindet. Von dort gelangt die Tinte unmittelbar zu dem Tintenreservoir innerhalb des Tintenspeisebehälters und muss nicht zunächst auf ein - deutlich - höheres Niveau angehoben werden.Further advantages result from a design rule, according to which the connection of the ink supply container for the ink supply from the refill container is approximately at the level of the actual ink level h tsb within the ink supply container or above, preferably just above the same. From there, the ink passes directly to the ink reservoir within the ink feed container and does not first have to be raised to a significantly higher level.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass keine Tintenpumpe vorhanden ist, weder in der Zuleitung vom Tintennachfüllbehälter zum Tintenspeisebehälter noch in der Zuleitung vom Zwischenbehälter zum Druckkopf. Da nach der Lehre der Erfindung ein steuerbares Ventil in der Zuleitung vom Tintennachfüllbehälter zum Tintenspeisebehälter alleine völlig ausreichend ist, um die Nachspeisung zu bewirken, kann auf eine Tintenpumpe völlig verzichtet werden. Die Tinte kann von einem Tintenvorratsbehälter unter dem Einfluss der Gewichtskraft in den Tintennachfüllbehälter fließen, wobei dazu ebenfalls ein steuerbares Ventil ausreichend ist; von dem Tintennachfüllbehälter gelangt die Tinte bei Bedarf in dem Tintenspeisebehälter allein unter dem Einfluss des dortigen Unterdrucks; und zum Druckkopf fließt die Tinte wiederum unter dem Einfluss der Gewichtskraft.Finally, it is in accordance with the teachings of the invention that there is no ink pump, either in the supply line from the ink refill container to the ink supply container or in the supply line from the intermediate container to the printhead. Since, according to the teachings of the invention, a controllable valve in the supply line from the ink refilling container to the ink feed container alone is completely sufficient to effect the make-up, an ink pump can be completely dispensed with. The ink can flow from an ink reservoir into the ink refilling container under the influence of gravity, with a controllable valve also being sufficient for this; from the ink refilling container, if necessary, the ink enters the ink supply container only under the influence of the negative pressure there; and to the printhead, the ink again flows under the influence of the weight.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Nachfülleinrichtung für Tintenvorratsbehälter einer Druckeinrichtung in einer schematischen Ansicht.Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawing. Their only FIG. 1 shows a refilling device according to the invention for ink reservoirs of a printing device in a schematic view.
Man erkennt eine komplette Tintenversorgungseinrichtung 1 für den Druckkopf 2 einer Druckvorrichtung zum Bedrucken eines flächigen Substrats 3 mit Tinte 4, wobei es sich beispielsweise um einen Tintenstrahldruckkopf handeln kann.It can be seen a complete ink supply device 1 for the
Nicht dargestellt sind weitere Einzelheiten der Druckvorrichtung, beispielsweise zum horizontalen Bewegen des Druckkopfs 2 über das Substrat 3, zur elektrischen Ansteuerung der Düsen des Druckkopfs 2 oder zur Festlegung des zu bedruckenden Substrats 3 auf einem Tisch od. dgl.Not shown are further details of the printing device, for example, for the horizontal movement of the
Der Druckkopf 2 druckt im Allgemeinen nach unten auf das dortige Substrat 3. Dazu befinden sich die Düsen des Druckkopfs 2 in einem geringen vertikalen Abstand oberhalb des Substrats 3 auf einer Höhe hd. Da es im Folgenden auf den Abstand zwischen den Düsen des Druckkopfs 2 und dem Substrat 3 nicht ankommt, soll im Folgenden die Höhe hd der Düsen des Druckkopfs 2 als Nullpunkt festgelegt werden:
Gespeist wird der Druckkopf 2 mit Tinte 4 über eine Tintenspeiseleitung 5 aus einem Tintenspeisebehälter 6. Dieser ist luftdicht abgeschlossen und daher von außen nicht zugänglich, auch nicht zum Nachfüllen. An einem oberseitigen Anschluss 7 des Tintenspeisebehälters 6 ist über eine druckfeste Leitung 8 eine Unterdruckquelle 9, bspw. in Form einer Vakuumpumpe, angeschlossen. Diese sorgt dafür, dass innerhalb des Tintenspeisebehälters 6 ein Unterdruck Δp = patm - ptsb herrscht, d.h., der Druck ptsb innerhalb des Tintenspeisebehälters 6 liegt unterhalb des atmosphärischen Luftdrucks patm in der Umgebung:
Da eine manuelle Befüllung des Tintenspeisebehälters 6 mangels Zugang zu diesem nicht möglich ist, erfolgt die Nachfüllung aus einem Tintennachfüllbehälter 10 durch eine Zuleitung 11, worin sich ein steuerbares Ventil 12 befindet.Since a manual filling of the
Der Tintennachfüllbehälter 10 ist nicht luftdicht geschlossen, sondern kommuniziert mit seiner Umgebung durch eine vorzugsweise kleine Öffnung, so dass im Tintennachfüllbehälter 10 Atmosphärendruck patm herrscht.The
Ferner ist der Tintennachfüllbehälter 10 nicht ortsfest fixiert, sondern mittels wenigstens einem Federelement 13 in vertikaler Richtung beweglich aufgehängt, beispielsweise an einem Ständer, Chassis 14 oder sonstigen Maschinenteil. Das Federelement 13 ist vorzugsweise als an dem Tintennachfüllbehälter 10 oben etwa mittig angebrachte Zugfeder ausgebildet, insbesondere as Spiral- oder Schraubenfeder. Der Tintnennachfüllbehälter 10 kann zusätzlich in vertikaler Richtung geführt sein, um Schwingungen möglichst zu vermeiden.Further, the
Alternativ zu einer oberseitigen Zugfeder wäre es auch möglich, den Tintennachfüllbehälter 10 vertikal beweglich zu führen und das Federelement 13 unterhalb desselben anzuordnen und als vertikal nach oben wirkende Druckfeder auszubilden, bspw. als Spiral- oder Schraubenfeder.As an alternative to an upper-side tension spring, it would also be possible to guide the
Der Tintennachfüllbehälter 10 seinerseits kann aus einem Tintenvorratsbehälter 15 gespeist werden, nämlich durch eine Zuleitung 16 zwischen dem Tintenvorratsbehälter 15 und dem Tintennachfüllbehälter 10, worin sich vorzugsweise ein Ventil 17 befindet.The
Der Tintenvorratsbehälter 15 kann ortsfest fixiert sein und kommuniziert vorzugsweise mit der Umgebung, befindet sich also unter atmosphärischem Druck. Auch kann der Tintenvorratsbehälter nachfüllbar sein, beispielsweise über eine oberseitige, vorzugsweise verschließbare Öffnung, und/oder er kann austauschbar sein, um nach vollständiger Entleerung ersetzt zu werden. Für den Tintenvorratsbehälter 15 gelten kaum Randbedingungen; er stellt die Schnittstelle zum Bedienpersonal dar, wo dieses bei Bedarf für Tintennachschub zu sorgen hat, entweder durch Nachfüllen des Tintenvorratsbehälters 15 bspw. aus einer Kanne oder einem Kanister, oder durch Ersetzen desselben. Auch kann der Tintenvorratsbehälter 15 eine nahezu beliebige Form aufweisen oder gar aus einem flexiblen, bspw. tütenartigen Behältnis bestehen.The
Im Gegensatz dazu sollte der Tintennachfüllbehälter 10 aus einem steifen Material bestehen und eine festgelegte Form aufweisen mit einem konstanten Volumen und mit einer vorgegebenen Grundfläche und Höhe, wobei sich seine Querschnittsfläche Q0 entlang seiner Höhe nicht ändern sollte.In contrast, the
Aufgrund seiner vertikal beweglichen Aufhängung mittels eines Federelements 13 kann sich der Tintennachfüllbehälter 10 in vertikaler Richtung bewegen. Je weiter er gefüllt ist, um so weiter wird sein Gewicht das Federelement 13 nach unten auslenken.Due to its vertically movable suspension by means of a
Dabei ist angestrebt, dass die Federkonstante D des Federelements 13 möglichst derart eingestellt ist, dass möglichst exakt die folgende Bedingung erfüllt ist:
Eine solche Bemessung hat zur Folge, dass beim Auffüllen von Tinte 4 in den Tintennachfüllbehälter 10 aus dem Tintenvorratsbehälter 15 das dadurch proportional zur eingefüllten Tintenmenge vergrößerte Gewicht AG das Federelement 13 gerade um ein Maß Δx in vertikaler Richtung nach unten auslenkt, so dass der - innerhalb des Tintennachfüllbehälters 10 relativ zu diesem gestiegene - Tintenpegel htnfb absolut bzw. relativ zu dem festen Bezugswert hd = 0 konstant bleibt. Das bedeutet, egal, ob und wann der Tintennachfüllbehälter 10 nachgefüllt wird, bleibt sein Tintenpegel htnfb absolut stets konstant. Dies gilt natürlich auch für eine Entleerung desselben beim Nachfüllen von Tinte 4 in den Tintenspeisebehälter 6 - auch dabei bleibt der Tintenpegel htnfb absolut konstant, obwohl sich der Tintennachfüllbehälter 10 in Wahrheit teilweise entleert.Such a design results in that when refilling
An den beiden Enden der Nachfüllleitung 11 zwischen Tintennachfüllbehälter 6 und Tintenspeisebehälter 10 liegen hier also stets konstante Druckwerte an, nämlich der Umgebungsdruck patm im Tintennachfüllbehälter 6 und der demgegenüber reduzierte Druck ptsb in dem Tintenspeisebehälter 10. Die Druckdifferenz Δp = patm - ptsb ist also ebenfalls stets konstant.At the two ends of the
Dabei ist zu beachten, dass nicht nur die beiden Drucke ptnfb = patm, ptsb konstant sind, sonder auch beide Flüssigkeitspegel htnfb, htsb. Das bedeutet, dass - auch wenn die Nachfüllleitung 11 nicht exakt auf Höhe dieser Pegel htnfb, htsb endet, sondern bspw. am unteren Ende des Nachfüllbehälters 10, die Tinte 4 dennoch nur um den Wert htsb - htnfb angehoben werden muss, wo eben genau die konstanten Druckverhältnisse patm, ptsb gelten und nicht etwa ein hydrostatisch erhöhter Druck.It should be noted that not only the two pressures p tnfb = p atm , p tsb are constant, but also both liquid levels h tnfb , h tsb . This means that - even if the
Der Unterdruck Δp innerhalb des Tintenspeisebehälters 6 wird von der Vakuumpumpe 9 auf einen Wert geregelt, welcher die folgende Ungleichung erfüllt:
Dadurch ist gewährleistet, dass der Saugdruck Δp innerhalb der Nachfüllleitung 11 größer ist als das Gewicht der dortigen Tintensäule, so dass bei geöffnetem Ventil 12 Tinte 4 von dem Nachfüllbehälter 10 in den Tintenspeisebehälter 6 gesogen wird.This ensures that the suction pressure .DELTA.p within the
Andererseits ist der Saugdruck Δp innerhalb der Speiselleitung 5 kleiner als das Gewicht der dortigen Tintensäule, so dass trotz ständig geöffneter Speiseleitung 5 - in dieser befindet sich im Normalfall kein Ventil - keine Tinte 4 von dem Druckkopf 2 in den Tintenspeisebehälter 6 zurück gesogen wird.On the other hand, the suction pressure Δp within the
Dies wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass für den Tintenpegel htnfb innerhalb des Tintennachfüllbehälters 10, der Düsenhöhe hd des Druckkopfs 2 und dem Tintenpegel htsb im Tintenspeisebehälter 6 folgende Ungleichung erfüllt wird:
Unter all diesen Voraussetzungen ist es nun möglich, die Nachfüllung des Tintenspeisebehälters 6 aus dem Tintennachfüllbehälter 6 einzig dadurch zu bewirken, dass das steuerbare Ventil 12 in der Nachfüllleitung 11 geöffnet wird.Under all these conditions, it is now possible to effect refilling of the
Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit, den Pegelstand htsb innerhalb des Tintenspeisebehälters 6 mittels eines Sensors zu erfassen und das Ventil 12 gemäß einem geeigneten Regelalgorithmus anzusteuern, beispielsweise gemäß einer Zweipunktregelung, aber auch gemäß einem P- oder PI- oder PID-Regler oder gemäß einer digitalen Regelfunktion. Dabei setzt der Tintenfluss unmittelbar mit Öffnung des Ventils 12 und damit nahezu verzögerungsfrei ein und kann ebenso abrupt wieder unterbrochen werden, einfach durch Schließen des Ventils 12. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Nachfüllung weitaus sensibler erfolgen kann als mittels einer trägen Pumpvorrichtung. Beispielsweise können bei einer Zweipunktregelung die Ein- und Ausschalt-Grenzwerte viel näher beieinander liegen als bei einer herkömmlichen Nachfülleinrichtung mittels einer Tintenpumpe. Damit sind auch die Nachspeiseintervalle viel kleiner und auch die Dauer einer Nachspeisung, mithin ist eine Schwankung des Pegels htsb innerhalb des Tintenspeisebehälters 6 kaum mehr feststellbar. Dies wiederum hat optimale und konstante Verhältnisse für den Druckkopf 2 zur Folge und zeitigt damit ein optimales Druckergebnis.This in turn opens the possibility of detecting the water level h tsb within the
- 11
- TintenversorgungseinrichtungInk supply means
- 22
- Druckkopfprinthead
- 33
- Substratsubstratum
- 44
- Tinteink
- 55
- TintenspeiseleitungInk supply line
- 66
- TintenspeisebehälterInk supply container
- 77
- Anschlussconnection
- 88th
- Leitungmanagement
- 99
- UnterdruckquelleVacuum source
- 1010
- Tintennachfüllbehälterink refill
- 1111
- Nachfüllleitungrefill
- 1212
- VentilValve
- 1313
- Federelementspring element
- 1414
- Chassischassis
- 1515
- TintenvorratsbehälterInk reservoir
- 1616
- Zuleitungsupply
- 1717
- VentilValve
Claims (15)
- Device (1) for supplying ink (4) to the print head (2) of a printing device, especially of an inkjet printer, comprisinga) an airtight sealed ink supply tank (6) connected to the print head (2) through an ink feed line (5), andb) an ink refill tank (10), which is not hermetically sealed, and which is connected to the ink supply tank (6) through an additional line (11), whereinc) a negative pressure (Δp = patm - ptsb) relative to the atmospheric pressure (patm), which is adjusted such that it is able to draw ink (4) from the ink refill tank (10), is applied to the ink supply tank (6),
characterized in thatd) the ink level (htnfb) in the ink refill tank (10) is - independently of the filling state thereof - constant and is located at a niveau between the print head (2) and ink supply tank (6). - Device according to claim 1, characterized in that a preferably controllable valve (12), especially an electrically activatable magnetic valve, is provided in the line (11) between the ink supply tank (6) and the ink refill tank (10).
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the ink supply tank (6) is installed at a fixed height in respect to the print head (2).
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the ink supply tank (6) is arranged at a niveau above the print head (2), whereby the bottom of the ink supply tank (6) is preferably located at a niveau at least 10 cm above the nozzles of the print head (2), preferably at least 20 cm above the nozzles, especially at least 30 cm above the nozzles.
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the ink refill tank (10) is spring-mounted in the vertical direction.
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the ink refill tank (10) is spring-suspended in a vertical direction, especially by means of a coil spring (13), wherein the spring constant (D) of the suspension is preferably adjusted in such a way that:with the specific density ρ of the ink (4),with the gravitational acceleration g,with the cross-sectional area (Q0) of the ink refill tank (10),and with 0 < εD < 0,2 , preferably 0 < εD < 0,1 , especially 0 < εD < 0,05, for example 0 < εD < 0,02.
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the ink level (htnfb) inside the ink refill tank (10) is located approximately at half the height between the height of the nozzles (hd) of the print head (2) and the ink level (htsb) inside of the ink supply tank (6):
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the negative pressure (Δp) of the pressure (ptsb) in the ink supply tank (6) relative to the atmospheric pressure (patm) approximately corresponds to the hydrostatic pressure of the height of the ink column between the height (hd) of the nozzles of the print head (2) and the level (htsb) of the ink in the ink supply tank (6), or has a smaller amount than that.
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the negative pressure (Δp) of the pressure (ptsb) in the ink supply tank (6) relative to the atmospheric pressure (patm) corresponds to a difference between the pressure (pts = ρ * g * hts) at the lower end of an ink column of the height (hts = htsb - hd) between the height (hd) of the nozzles of the print head and the ink level (htsb) inside the ink supply tank (6) on the one hand and an offset value (poff) on the other hand, wherein the offset value (poff) preferably corresponds to the pressure (poff = ρ * g * hoff) at the lower end of the ink column of the height (hoff = hesp - hd) of a height difference between a suggested ink level (hesp) and the height (hd) of the nozzles of the print head (2), which height difference is suggested for the operation of the print head (2):ρ is the specific density of the ink (4), andg is the gravitational acceleration.
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that a negative pressure source (9) is connected to the ink supply tank (6) in order to generate inside the ink supply tank (6) a negative pressure (Δp = ptsb - patm), which is lower than the atmospheric pressure (patm).
- Device according to claim 10, characterized in that the negative pressure source (9), which is connected to the ink supply tank (6), is provided with a pressure regulator, especially with a precision pressure regulator, for maintaining a negative pressure (Δp = ptsb - patm) inside the ink supply tank (6) at a constant value below the atmospheric pressure (patm), preferably at a pressure value of
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the connector (7) of the ink supply tank (6) for the negative pressure supply (9) is located on the top of the ink supply tank (6).
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the connection of the ink supply tank (6) for the ink feed line (5) to the print head (2) is located on the bottom side of the ink supply tank (6).
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that the connection of the ink supply tank (6) for the ink refill line (11) from the ink refill tank (10) is located on the lateral side of the ink supply tank (6), and/or approximately at the height of the ink level (htsb) inside the ink supply tank (6).
- Device according to any of the preceding claims, characterized in that no ink pump is present, neither in the ink refill line (11) of the ink refill tank (10) to the ink supply tank (6), nor in the feed line (5) from ink supply tank (6) to the print head (2).
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