EP1221376A2

EP1221376A2 - Durchstechbares Verschlusselement und Tintenbehälter mit durchstechbarem Verschlusselement

Info

Publication number: EP1221376A2
Application number: EP01129673A
Authority: EP
Inventors: Helmut Dr. Michele; Peter Busch; Dirk Dr. Klein
Original assignee: Artech GmbH Design and Production in Plastic
Current assignee: Artech GmbH Design and Production in Plastic
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: ATE337917T1; EP1221376A3; EP1221376B1; US20020084596A1; DE10100171A1; US6692118B2; ES2272399T3; DE50110871D1; DE10100171B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein durchstechbares Verschlusselement (1) für einen Flüssigkeitsauslass (2), insbesondere eine Tintenauslassöffnung eines Tintenbehälters für Tintenstrahldruckeinrichtungen, sowie einen Tintenbehälter mit einem derartigen Verschlusselement (1), welches einen Durchstechbereich (8) aufweist, der von einer Hohlnadel (3) zur Flüssigkeitsentnahme durchstechbar ist, wobei die Hohlnadel (3) von dem durchstochenen Dichtelement (1) von außen dichtend umschließbar ist. Zur Ausbildung einer verbesserten Abdichtung bei geringem Herstellungs- und Montageaufwand wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Durchstechbereich (8) von einem ringförmig umlaufenden Dichtungsprofil (9) umgeben ist, welches bei durchstochenem Durchstechbereich (8) zumindest teilweise um eine Umfangslinie torusförmig verdrehbar ist, wobei eine radial innen umlaufende Dichtfläche ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein durchstechbares Verschlusselement für einen Flüssigkeitsauslass, insbesondere eine Tintenauslassöffnung eines Tintenbehälters für Tintenstrahldruckeinrichtungen, welches einen Durchstechbereich aufweist, der von einer Hohlnadel zur Flüssigkeitsentnahme durchstechbar ist, wobei die Hohlnadel von dem durchstochenen Dichtelement von außen dichtend umschließbar ist. Ein Tintenbehälter zur lösbaren Anbringung in einer Tintenstrahldruckeinrichtung mit einer Tintenauslassöffnung, die von einem derartigen durchstechbaren Verschlusselement verschlossen ist, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Zur bedarfsweisen Entnahme von Flüssigkeit, beispielsweise aus einem Tintenvorratsbehälter, ist es bekannt, die Auslassbzw. Entnahmeöffnung mit einem vor Benutzung unversehrten, geschlossenen Verschlusselement flüssigkeitsdicht zu verschließen. Die Entnahme von Flüssigkeit kann mittels einer Hohlnadel erfolgen, welche durch den dafür vorgesehenen Durchstechbereich des Verschlusselements von außen in den gefüllten Behälterinnenraum eingestochen wird. Anwendung finden derartige Verschlusselemente bevorzugt in Tintenstrahldrucksystemen, wo die austauschbaren Tintenbehälter, die sogenannten Tintenkartuschen, an ihrer Tintenauslassöffnung mit einem derartigen durchstechbaren Verschlusselement nach der Tintenbefüllung bei der Herstellung zunächst verschlossen sind. Der Tintenstrahldrucker weist eine entsprechende Hohlnadel auf, welche beim Einsetzen der Tintenkartusche das Verschlusselement durchsticht und die in der Tintenkartusche enthaltene Tinte dem Druckkopf zugeführt werden kann.

Der wesentliche Vorteil eines durchstechbaren Verschlusselements besteht darin, dass dieses vor der ersten Benutzung, d. h. der ersten Perforation durch die Hohlnadel dicht geschlossen ist, so dass die in dem Behälter enthaltene Flüssigkeit weder unkontrolliert aus dem Flüssigkeitsauslass austreten noch verdampfen kann. Dies ist insbesondere bei den Tintenkartuschen von besonderer Bedeutung, da diese nach der Herstellung und der Befüllung mit Tinte in der Regel erst nach einiger Zeit zum Einsatz kommen. Selbst bei längerer Lagerung muss jedoch gewährleistet sein, dass sich weder die Tintenfüllung verringert noch durch Verdampfung die Konsistenz der Tinte nachteilig verändert wird.

Eine Möglichkeit zur Realisierung eines durchstechbaren Verschlusselements besteht in der Anbringung einer flüssigkeits- und dampfdichten Siegelfolie von außen auf der Auslassöffnung. Damit sie leicht durchstechbar ist, d. h. beim Einstechen der zumeist relativ stumpfen Hohlnadel den Auslass freigibt, besteht eine derartige Siegelfolie aus dünnem, relativ wenig elastischem Kunststoffmaterial. Dadurch platzt beim Einstechen der Durchstechbereich vollständig auf und gibt den Auslassquerschnitt frei. Eine derartige Siegelfolie erfüllt jedoch keine Dichtfunktion, so dass in dem Verschlusselement zusätzliche Dichtringe vorgesehen sein müssen, welche gegen den Außenumfang der Hohlnadel abdichten, damit dort entlang der Hohlnadel nicht unkontrolliert Flüssigkeit austreten kann. Derartige Anordnungen wie sie beispielsweise in der EP 1 000 753 A1 beschrieben sind, sind wegen der separaten Dichtelemente relativ aufwendig.

Eine weniger aufwendige Ausführung einer durchstechbaren Dichtung ist ein sogenanntes Septum. Dieses hat einen relativ dicken Durchstechbereich aus Gummi oder thermoplastischem Elastomer. Dieser Durchstechbereich platzt beim Einsetzen der Hohlnadel nicht über seine ganze Fläche unkontrolliert auf, wie eine Siegelfolie, sondern wird im wesentlichen nur im Querschnittsbereich der Hohlnadel durchtrennt. Durch die Elastizität des Gummi- oder Elastomermaterials wird die Grenzfläche des dabei gebildeten Einstichkanals gegen den Außenumfang der Hohlnadel angedrückt, so dass eine gewisse Abdichtung ohne zusätzliche Dichtelemente erreicht wird. Außerdem wird beim Herausziehen der Hohlnadel der Einstichkanal selbsttätig wieder geschlossen. Bei genauer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass beim Einstechen der Hohlnadel das Material des Septums nicht gleichmäßig radial verdrängt wird, sondern ein kleiner länglicher Riss entsteht. Im Bereich der Rissenden können sich jedoch entlang des Einstichkanals zwischen dem Material des Septums und dem .Außenumfang der Hohlnadel zwickelartige Durchgänge bilden. Dadurch sind Leckagen unvermeidlich, insbesondere wenn im Behälter über längere Zeit Flüssigkeit an dem Septum ansteht, wie dies bei Tintenstrahldrucksystemen zunächst der Fall ist. Man hat zwar ebenfalls bereits versucht, in ein Septum einen Durchstechbereich mit verringerter Materialstärke einzuformen. Die Ergebnisse sind jedoch ebenfalls nicht vollständig befriedigend, da die Abdichtung durch die unregelmäßigen Risskanten im Durchstechkanal ebenfalls beeinträchtigt werden kann.

Angesichts der vorgenannten Probleme im Stand der Technik besteht die Motivation der Erfindung darin, eine durchstechbare Dichtungsanordnung sowie einen Tintenbehälter mit einer derartigen Dichtungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche bezüglich der genannten Probleme eine verbesserte Funktionalität hat. Insbesondere soll eine gegenüber dem Septum verbesserte Abdichtung zur Hohlnadel erreicht werden, wobei der Fertigungs- und Montageaufwand möglichst gering sein soll, insbesondere geringer als bei einer mehrteiligen Anordnung mit Dichtungen und separater Siegelfolie.

Zur Lösung der vorgenannten Problematik wird erfindungsgemäß ein Tintenbehälter mit einem durchstechbaren Verschlusselement sowie ein durchstechbares Verschlusselement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem der Durchstechbereich von einem ringförmig umlaufenden Dichtungsprofil umgeben ist, welches bei durchstochenem Durchstechbereich zumindest teilweise um eine Umfangslinie torusförmig verdrehbar ist, wobei eine radial innen umlaufende Dichtfläche ausgebildet wird.

Gemäß der Erfindung wird ein neuartiges Verschlusselement, zur Verfügung gestellt, welches in einem Bauteil klar unterscheidbare Funktionsbereiche hat. Eine Besonderheit gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die beiden Funktionen, nämlich zum einen die Verschlussfunktion durch einen erst bei Bedarf auftrennbaren Durchstechbereich und zum anderen die Dichtfunktion bezüglich der Hohlnadel im eingestochenen Zustand, durch eine funktional verbundene Anordnung des zentralen Durchstechbereichs mit einem besonderen erst beim Durchstechen betätigten bzw. ausgebildeten Dichtungsprofil realisiert wird.

Im Ausgangszustand, bevor das Verschlusselement von einer Hohlnadel durchstochen worden ist, erstreckt sich der Durchstechbereich beispielsweise in Form einer dünnen Membran über den Öffnungsquerschnitt eines ringförmigen Dichtungsprofils, welches seinerseits dicht in eine Auslassöffnung eingesetzt ist, beispielsweise die Tintenauslassöffnung einer Tintenkartusche für eine Tintenstrahldruckeinrichtung. Wird nun von außen eine Hohlnadel in den Durchstechbereich eingestochen, reißt dieser ein bzw. platzt auf, so dass der Flüssigkeitsauslass, beispielsweise zur Tintenentnahme durch die Hohlnadel freigegeben wird.

Wie eingangs ausführlich erläutert, ist davon auszugehen, dass der Durchstechkanal bzw. die Risskanten des Durchstechbereichs allenfalls für eine unbefriedigende Abdichtung der Hohlnadel in der Auslassöffnung sorgen. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht an dieser Stelle darin, dass bei der Auftrennung des Durchstechbereichs und die damit einhergehende radiale Aufbiegung der in ihren äußeren Randbereichen mit dem dort umlaufenden Dichtungsprofil verbundenen getrennten Teile des Durchstechbereichs das Dichtungsprofil freigegeben und zur Abdichtung der Hohlnadel aktiviert wird. Dazu wird das erfindungsgemäße Dichtungsprofil durch das Auftrennen, d. h. das Durchstechen des Durchstechbereichs aktiv betätigt, und zwar derart, dass es an seinem inneren Umfang in Einstichrichtung der Hohlnadel toroidal verdreht wird, d. h., dass bezüglich der Einstichrichtung außenliegende Oberflächenbereiche des Dichtungsprofils in einer bogenförmigen Schwenkbewegung radial nach innen in Richtung der Durchstechöffnung eingeschwenkt werden. Dadurch erfolgt die Betätigung bzw. Ausbildung des Dichtungsprofils in der Weise, dass ringförmige, zunächst weiter außenliegende Oberflächenbereiche des Dichtungsprofils nach innen eingeschwenkt werden, wodurch eine definierte radial innen umlaufende Dichtfläche gebildet wird. Diese kann über den Umfang gleichmäßig an der Oberfläche der eingestochenen Hohlnadel anliegen. Dadurch, dass es sich bei dieser Dichtfläche um einen definierten und insbesondere über seinen Umfang gleichmäßig glatten Oberflächenbereich handelt, ergibt sich eine besonders gute Abdichtung der Hohlnadel. Durch die torusförmige Verbindung werden außerdem die voneinander getrennten Randbereiche des Durchstechbereichs axial von dieser aktiven Dichtfläche des Dichtungsprofils weggeschwenkt, so dass sie die Abdichtung nicht beeinträchtigen können. Dadurch wird ein nachteiliger Effekt vermieden, welcher mitunter bei der Kombination von Siegelfolien mit Dichtringen beobachtet wird, nämlich das Reste der Siegelfolie beim Einstechen zwischen die Dichtung und die Hohlnadel eingezogen werden. Aufgrund der eindeutigen funktionalen Verbindung des Durchstechbereichs mit dem umlaufenden Dichtungsprofil gemäß der Erfindung werden diese Nachteile wirkungsvoll vermieden.

Das erfindungsgemäße Verschlusselement vereinigt somit die Vorteile eines einfachen Septums, nämlich Herstellung und Montage mit geringem Aufwand, mit den Vorteilen einer durchstechbaren Siegelfolie vor einer separaten Dichtungsanordnung, nämlich die Bereitstellung definierter radialer Dichtflächen zur Abdichtung der Hohlnadel. Diese verbesserte Funktionalität resultiert in erster Linie daraus, dass die beim Durchstechen des Durchstechbereichs auftretenden Verformungen bzw. die damit einhergehende Kräfte kontrolliert umgesetzt werden in eine aktive Betätigung bzw. Ausbildung des Dichtungsprofils. Beim Durchstechen des Durchstechbereichs wird praktisch selbsttätig eine optimierte Dichtungsanordnung gebildet.

Das erfindungsgemäße Dichtungsprofil ist bevorzugt als Dichtungssicke ausgebildet. Diese wird durch eine ringförmig umlaufende, im Querschnitt rinnenförmige Einformung gebildet. Diese Dichtungssicke ist bevorzugt bezüglich der Einstechrichtung axial nach innen geöffnet. Von außen, also von der Einstechseite her, bildet die Dichtungssicke dadurch einen vorstehenden Dichtwulst.

Die Dichtungssicke ist so angeordnet, dass der Durchstechbereich mit dem Innenrand der Dichtungssicke verbunden ist, die an ihrem Außenrand mit einem Befestigungselement verbunden ist. Dieses Befestigungselement kann als Rohrabschnitt ausgebildet sein, der in einer Auslassöffnung festlegbar ist. Beispielsweise kann ein derartiges hülsenförmiges Befestigungselement in den ebenfalls rohrförmigen Tintenauslass eines Tintenbehälters eingesetzt und darin festgelegt werden.

In der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird die Dichtungssicke nach dem Durchtrennen des Durchstechbereichs beim Einsetzen der Hohlnadel an ihrem inneren Rand durch die auftretenden Reibungskräfte von den anhängenden Resten des Durchstechbereichs zugleich radial nach außen umgebogen und in Einstechrichtung gezogen. Dadurch wird der ausgewölbte Bodenbereich der Sicke in sich torusförmig verdreht. Insbesondere die Dichtungssicke mit einem U-förmigen Querschnitt nimmt dadurch auf ihrem Innenumfang die Form eines O-Rings an. Durch die Schwenk- und Zugbewegung der aufgetrennten Teile des Durchstechbereichs wird der verengt, so dass eine besonders innere Öffnungsquerschnitt dieser O-Ring-artigen Dichtung außerdem gute radiale Abdichtung der einsteckten Hohlnadel erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht als Alternative zu der vorangehend beschriebenen Dichtungssicke vor, dass das Dichtungsprofil als Dichtungsring ausgebildet ist. Vor der ersten Bennutzung, d. h. dem ersten Einsetzen der Hohlnadel ist die Durchgangsöffnung dieses Dichtungsrings von dem Durchstechbereich verschlossen. Dieser Durchstechbereich ist als membranartige, dünne Folie ausgeführt, welche mit dem Innenrand des Dichtungsrings verbunden ist und eine geringere Materialstärke hat als der Profilquerschnitt des Dichtungsrings. Die Funktion und die daraus resultierenden Vorteile des Dichtungsrings entsprechen im Wesentlichen der Dichtungssicke. Beim Durchstechen wird von der Hohlnadel zunächst der Durchstechbereich durchtrennt, so dass die Durchgangsöffnung des Dichtungsrings freigegeben wird. Durch die beim axialen Einschieben zwischen dem Außenumfang der eingestochenen Hohlnadel und dem Innenumfang des Dichtungsrings wirkenden Reibungskräfte wird dieser Dichtungsring um eine Umfangslinie torusförmig verdreht. Dies hat zur Folge, dass der Innenumfang wo der Durchstechbereich mit dem Dichtring verbunden ist, von der Oberfläche der eingestochenen Hohlnadel weggedreht wird, während zugleich ein umlaufender Dichtungsbereich die Hohlnadel außen dicht umschließend nach innen eingeschwenkt wird.

Um den vorgenannten Effekt zu erreichen, wird der - zunächst mit dem Durchstechbereich verschlossene - Innendurchmesser des Dichtungsrings etwas geringer gewählt als der Außendurchmesser der Hohlnadel. Dadurch wird zum Einen sichergestellt, dass die Reibungskräfte zwischen der Hohlnadel und Dichtungsring beim Einstechen groß genug sind, um den Dichtungsring um eine Umfangslinie torusförmig zu verdrehen. Zum Anderen liegt der aus gummielastischem Material bestehende Dichtungsring in eingestochenem Zustand unter radialer Vorspannung auf der Hohlnadel an, was einer guten Dichtwirkung zu gute kommt.

Der Dichtungsring kann einen runden, bevorzugt kreisrunden Querschnitt haben. Mit dem kreisrunden Querschnittsprofil ergibt sich eine Torusform, welche einem klassischen O-Ring entspricht, der in an sich bekannter Weise gut abdichtend mit einer umlaufenden, linienförmigen Dichtfläche auf der Hohlnadel anliegen kann. Im Einzelfall kann es weiterhin vorteilhaft sein, dass der Dichtungsring eine von der kreisrunden abweichenden, gerundete Form hat, beispielsweise eine Evolventenform. Dadurch können beispielsweise definierte Kräfteverhältnisse zwischen der Hohlnadel und dem Dichtungsring beim Einstechen und nach dem torusförmigen Umrollen im Dichtungszustand erreicht werden.

Der Dichtungsring kann außen über einen umlaufenden, dünnen Steg mit einem Befestigungselement verbunden sein. Das Befestigungselement ist beispielweise wie bei der Dichtungssicke ein rohrförmiger Abschnitt, in dessen Durchgangsquerschnitt das erfindungsgemäße Verschlusselement einstückig eingeformt ist. Der außen umlaufende Steg ist deutlich dünner als der Profilquerschnitt des Dichtungsrings. Dadurch kann dieser beim Einstechen der Hohlnadel leicht um eine im Bereich dieses dünnen Stegs liegende Umfangslinie verschwenkt werden zur Ausführung der erfindungsgemäßen torusförmigen Verdrehung.

In der Ausführung mit dem Dichtungsring kann das Dichtungsprofil bezüglich der Durchstechebene symmetrisch ausgebildet sein. Diese Durchstechebene wird durch den Durchstechbereich definiert. Eine Spiegelsymmetrie zu dieser Fläche ist beispielsweise dann gegeben, wenn das Dichtungsprofil als O-Ring mit kreisrundem Profilquerschnitt ausgebildet ist, wobei die Anbringung an dem Befestigungselement an der äußeren Umfangslinie erfolgt und der Durchstechbereich umlaufend mit dem Innenrand des Dichtungsrings verbunden ist. Die symmetrische Ausführung hat fertigungstechnische Vorteile. Überdies wird die Montage dadurch vereinfacht.

Der Durchstechbereich kann als dünne Membran mit einer geringeren Materialstärke als die des Dichtungsprofils bzw. der Dichtungssicke ausgebildet sein. Alternativ kann der Durchstechbereich im wesentlichen dieselbe Materialstärke wie im Bereich der Dichtungssicke haben, dann jedoch mit eingeformten Sollbruchstellen mit verringerter Materialstärke versehen sein. Diese sind beispielsweise als linien- oder kreuzförmig angeordnete Einformungen ausgebildet.

Bevorzugt hat der Verbindungsbereich zwischen dem Durchstechbereich und dem Dichtungsprofil eine verringerte Materialstärke. Dadurch wird eine Art ringförmig umlaufendes Filmscharnier gebildet, welches gewährleistet, dass die getrennten Bereiche des Dichtungsbereichs beim Einstechen der Hohlnadel in Einstechrichtung aus dem Dichtungsbereich des Dichtungsprofils weggeschwenkt werden, ohne dass das Dichtungsprofil dabei unkontrolliert verformt wird.

Bevorzugt wird das Verschlusselement aus elastischem Material gefertigt, wie natürlichen oder künstlich hergestellten Gummiwerkstoffen oder thermoplastischen Elastomeren. Bevorzugt sind dabei der Durchstechbereich, das Dichtelement und das Befestigungselement einstückig miteinander ausgebildet. Dadurch wird nicht nur eine einfache und kostengünstige Herstellung, sondern auch eine Montage mit geringem Aufwand ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Verschlusselement im geschlossenen Zustand;
Fig. 2: eine Detailansicht des Dichtungselements gemäß Fig. 1 um 90° gedreht;
Fig. 3: ein Dichtungselement wie in Fig. 2 in durchstochenem Zustand;
Fig. 4: einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Dichtungselement in einer zweiten Ausführungsform in geschlossenem Zustand;
Fig. 5: einen Querschnitt durch das Dichtungselement gemäß Fig. 4 in durchstochenem Zustand.

Fig. 1 zeigt einen zentralen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Verschlusselement, welches als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Dieses ist von unten in die Durchgangsöffnung eines rohrförmigen Flüssigkeitsauslasses 2 eingesetzt, welcher bevorzugt den Tintenauslass einer im weiteren nicht dargestellten Tintenkartusche bildet. Diese umfasst einen Tintentank, der sich nach oben an den Flüssigkeitsauslass 2 anschließt und mit Tinte zum Betrieb eines Tintenstrahldrucksystems gefüllt ist. Diese Darstellung sowie die Detailansicht in Figur 2, bei welcher der Schnitt um die Längsachse um 90° gedreht ist, zeigen das durchstechbare Verschlusselement 1 in unbenutztem, d. h. noch nicht zur Flüssigkeitsentnahme durchstochenem Zustand.

Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Hohlnadel zur Flüssigkeitsentnahme bezeichnet, bevorzugt die in einem Tintenstrahldrucksystem installierte Tintenentnahmenadel. Diese ist an ihrer in der Zeichnung oben liegenden Spitze relativ stumpf ausgebildet und mit seitlichen Entnahmeöffnungen 4 versehen. Mit dem Pfeil ist in Fig. 1 und Fig. 3 die Einstechrichtung dargestellt, wenn die Tintenkartusche mit ihrem Flüssigkeitsauslass 2 in das Tintenstrahldrucksystem eingesetzt wird.

Das Verschlusselement 1 ist als Ganzes einstückig mit sämtlichen Bestandteilen aus thermoplastischen Elastomer oder Gummiwerkstoff gefertigt. Es umfasst ein im wesentlichen rohrabschnittförmiges Befestigungselement 5, welches in der Darstellung von unten in den Durchgang des Flüssigkeitsauslasses 2 abdichtend einsetzbar ist und dort mittels umlaufender Rastvorsprünge 6 in entsprechenden Nuten in dem Flüssigkeitsauslass 2 formschlüssig fixiert ist.

Der Aufnahmeraum in dem Verschlusselement 1 , in den die Hohlnadel 3 einstechbar ist, dies ist der durch das Befestigungselement 5 durchgehende Flüssigkeitsentnahmekanal 7, ist im unversehrten Zustand gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 durch eine erfindungsgemäße Anordnung verschlossen. Diese umfasst einen zentralen, kreisscheibenförmigen Durchstechbereich 8, der am Rand mit dem Innenrand einer umlaufenden Dichtungssicke 9 verbunden ist, welche das erfindungsgemäße Dichtungsprofil bildet. Dabei ist der Durchmesser des Durchstechbereichs 8 in etwa gleich groß oder etwas größer als der Durchmesser der Hohlnadel 3 gestaltet. Dadurch gelangt beim Einstechvorgang die Spitze der Hohlnadel 3 zuerst in Kontakt mit der Unterseite des Durchstechbereichs 8, wobei radiales Spiel zur Dichtungssicke 9 besteht.

Die Dichtungssicke 9 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet, wobei das dadurch gebildete Rinnenprofil zur Innenseite des Flüssigkeitstanks, also in den Darstellungen von Fig. 1 bis 3 nach oben geöffnet ist. In Fig. 2 ist deutlich erkennbar, dass die Materialstärke des Durchstechbereichs 8 im wesentlichen dem gebogenen Teil der Dichtungssicke 9 entspricht.

Als zentrale Sollbruchstelle ist von unten in den Durchstechbereich 8 eine im Querschnitt V-förmige Vertiefung 10 eingeformt, welche in Fig. 1 in der Zeichnungsebene liegt. Dadurch wird eine Materialverdünnung ausgebildet.

Im Verbindungsbereich 11, wo der Durchstechbereich 8 an den inneren Rand der Dichtungssicke 9 angeformt ist, ist durch die Abschrägung die Materialstärke verringert, so dass dort eine Art umlaufendes Filmscharnier zwischen dem Material des Durchstechbereichs 8 und der Dichtungssicke 9 gebildet wird.

Die Funktion wird deutlich anhand der Darstellung in Fig. 3, welche dieselbe Ansicht wie Fig. 2 zeigt. Beim Aufsetzen des Flüssigkeitsauslasses 2, wenn beispielsweise eine damit versehene Tintenkartusche in einen Tintenstrahldrucker eingesetzt wird, wird die Hohlnadel 3 in den dargestellten Ansichten in Pfeilrichtung von unten nach oben zunächst bis gegen die Unterseite des Durchstechbereichs 8 bewegt. Die Fortsetzung dieser Einstechbewegung führt dazu, dass der Durchstechbereich 8 an der Vertiefung 10 aufreißt und den Eintritt der Hohlnadel 3 in die Durchgangsöffnung 7 freigibt. Die voneinander getrennten Teilbereiche des Durchstechbereichs 8, welche in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 8a versehen sind, werden durch die eindringende Hohlnadel 3 in einer Schwenkbewegung radial nach außen weggedrückt, was in Fig. 3 mit den kleinen Pfeilen an den Teilbereichen 8a angedeutet ist. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt hierbei deutlich, dass die mit dem Bezugszeichen 12 versehenen Risskanten der Bereiche 8a des Durchstechbereichs 8, welche vorher im Bereich der Vertiefung 10 gelegen haben, nicht zur Abdichtung der Hohlnadel 3 beitragen. Die Abdichtung auf dem Außenumfang der Hohlnadel 3 wird erfindungsgemäß vielmehr dadurch erreicht, dass die Dichtungssicke 9 beim Durchstechvorgang durch das Aufbiegen der Teilbereiche 8a des Durchstechbereichs 8 um eine Umfangslinie torusförmig umrollt wird, d. h. in sich um eine Umfangslinie verdreht wird. Durch diese gezielte Verformung werden auf der Außenseite der Dichtungssicke 9 liegende, als Dichtflächen 13 dienende Bereiche so radial nach innen verschwenkt, dass sie eine ringförmig umlaufende, radial von außen auf dem Umfang der Hohlnadel 3 aufliegende Abdichtung bilden. Anders ausgedrückt, wird erst beim Einstecken der Hohlnadel aus der Dichtungssicke 9 eine O-Ring-artige Dichtanordnung ausgebildet.

Die Funktion der Dichtungssicke 9 ist aus der Zusammenschau von Fig. 2 und Fig. 3 deutlich erkennbar. In Fig. 2 befinden sich die als Dichtflächen 13 dienenden Bereiche auf der Außenseite der Dichtungssicke zunächst außerhalb des Durchstechbereichs 8. Beim Einstechen der Hohlnadel 3 werden diese durch die beschriebene torusförmige Bewegung nach innen verschwenkt, was in Fig. 3 mit den gestrichelten Pfeilen entlang des Außenumfangs der Dichtungssicke 9 angedeutet ist. Dabei verengt sich ebenfalls der Durchgangsquerschnitt innerhalb der Dichtungssicke 9, so dass durch die umlaufende Dichtfläche 13, welche im Gegensatz zu den Risskanten 12 eine definierte, glatte Dichtfläche hat, eine optimierte Abdichtung der Hohlnadel 3 in dem Verschlusselement 1 erreicht wird.

Aus der Darstellung in Fig. 3 geht hervor, dass die Dichtungssicke 9 in eingesetztem Zustand der Hohlnadel 3 im Bereich der Durchstechöffnung etwa die Form eines O-Rings annimmt, welcher eine besonders gute Dichtung für die Hohlnadel 3 bildet. Im Gegensatz zu den vorbekannten durchstechbaren Verschlusselementen, welche in der Anordnung mit einer durchstechbaren Siegelfolie von vornherein mit separaten O-Ringen bestückt sind, bildet sich durch die besondere erfindungsgemäße Formgebung ein O-ring-artiges Dichtelement erst unmittelbar beim Einstechen der Hohlnadel 3 aus. Der Vorteil des erfindungsgemäßen durchstechbaren Verschlusselements 1 besteht darin, dass es einstückig und damit besonders günstig zu fertigen und einfach zu montieren ist. Dabei ist die Abdichtung deutlich gegenüber einem ebenfalls einfach zu fertigenden Septum verbessert.

Fig. 4 und 5 zeigen ein erfindungsgemäßes Verschlusselement 1 in einer zweiten Ausführungsform, wobei für gleiche Funktionselemente die selben Bezugzeichen Verwendung finden wie in den vorangehenden Abbildungen. Dabei zeigt Fig. 4 analog zu Fig. 2 wiederum den unbenutzten, d. h. unversehrten Zustand, während Fig. 5 analog zu Fig. 3 den Betriebszustand mit einer eingestochenen Hohlnadel 3 zeigt.

Das Verschlusselement 1 umfasst ebenfalls ein rohrabschnittförmiges Befestigungselement 5. Dieser weist einen durchgehenden Flüssigkeitsentnahmekanal 7 auf, der in unversehrtem Zustand gemäß Fig. 4 durch eine erfindungsgemäße Anordnung verschlossen ist. Diese hat ein Dichtungsprofil in Form eines Dichtungsrings 14, der an Stelle der Dichtungssicke 9 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 tritt. In der dargestellten Ausführung hat dieser Dichtungsring 14 einen kreisrunden Querschnitt, wodurch er praktisch einen O-Ring bildet. Der Durchstechbereich 8 erstreckt sich als dünne Membran über die Öffnung dieses Dichtrings 14. Dieser ist an seinem Außenumfang über einen umlaufenden dünnen Steg 15 mit dem Innenumfang der Durchgangsöffnung 7 des Befestigungselements 5 einstückig verbunden.

Der Durchstechbereich 8 kann ebenfalls mit Sollbruchstellen wie in den Ausführungen in Fig. 1 bis 3 versehen sein, die jedoch nicht explizit eingezeichnet sind.

Die Funktion kann wiederum anhand der aufeinander folgenden Phasen beim Einstechen der Hohlnadel 3 gemäß Fig. 4 und 5 erläutert werden. In Fig. 4 ist die Durchgangsöffnung 7 in dem Befestigungselement 5 durch den Dichtungsring 14 und den Durchstechbereich 8 sowie den Steg 15 dicht verschlossen. Die Hohlnadel 3 wird in Pfeilrichtung von unten axial eingestochen.

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass der Außendurchmesser der Hohlnadel 3 geringfügig größer ist, als der Innendurchmesser des Dichtungsrings 14, d. h. auch des Durchstechbereichs 8.

Aus Fig. 5 ist entnehmbar, dass der Durchstechbereich 8 beim Einstechen aufplatzt, wobei Teilbereiche 8a am inneren Rand des Dichtungsrings 14 verbleiben. Durch die zwischen dem Außenumfang der Hohlnadel 3 und dem Innenumfang des Dichtungsrings 14 beim Einstechen wirkenden axialen Reibungskräfte wird dieser torusförmig um eine Umfangslinie in sich verdreht, was in Fig. 5 mit den gebogenen Pfeilen angedeutet ist. Dadurch gelangen die als Dichtflächen 13 dienenden Umfangsbereiche des Dichtrings 14 in umlaufenden Dichtungskontakt mit dem Außenumfang der Hohlnadel 3. Zugleich werden die Teilbereiche 8a mit ihren zum Teil unregelmäßigen Risskanten von der Oberfläche der eingestochenen Hohlnadel 3 weggeschwenkt. Dadurch, dass die Hohlnadel 3 einen geringfügig größeren Durchmesser hat, als der Innendurchmesser des Dichtrings 14, liegen die Dichtflächen 13 unter radialer Vorspannung besonders sicher abdichtend an.

Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführung hat gleich gute Dichteigenschaften wie die in den Fig. 1 bis 3 angegebene. Dieser Vorteil resultiert daraus, dass der Dichtungsring 14 ebenfalls erst nach dem Durchstechen des Durchstechbereichs 8 mittels der Hohlnadel 3 in seine endgültige Dichtposition gebracht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der symmetrische Aufbau bezüglich der Durchstechebene, welche durch den Durchstechbereich 8 definiert wird und besonders gut in Fig. 4 erkennbar ist. Dadurch wird die Montage und Herstellung vereinfacht.

Claims

Durchstechbares Verschlusselement für einen Flüssigkeitsauslass, insbesondere eine Tintenauslassöffnung eines Tintenbehälters für Tintenstrahldruckeinrichtungen, welches einen Durchstechbereich aufweist, der von einer Hohlnadel zur Flüssigkeitsentnahme durchstechbar ist, wobei die Hohlnadel von dem durchstochenen Dichtelement von außen dichtend umschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) von einem ringförmig umlaufenden Dichtungsprofil (9) umgeben ist, welches bei durchstochenem Durchstechbereich (8) zumindest teilweise um eine Umfangslinie torusförmig verdrehbar ist, wobei eine radial innen umlaufende Dichtfläche ausgebildet wird.
Tintenbehälter zur lösbaren Anbringung in einer Tintenstrahldruckeinrichtung, mit einer Tintenauslassöffnung, die von einem durchstechbaren Verschlusselement verschlossen ist, welches einen Durchstechbereich aufweist, der von einer Hohlnadel der Tintenstrahldruckeinrichtung zur Tintenentnahme durchstechbar ist, wobei die Hohlnadel von dem durchstochenem Verschlusselement von außen dichtend umschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) von einem ringförmig umlaufenden Dichtungsprofil (9) umgeben ist, welches bei durchstochenem Durchstechbereich (8) zumindest teilweise um eine Umfangslinie torusförmig verdrehbar ist, wobei eine radial innen umlaufende Dichtfläche ausgebildet wird.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsprofil als Dichtungssicke (9) ausgebildet ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssicke (9) bezüglich der Einstechrichtung axial nach innen geöffnet ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssicke (9) einen U-förmigen Querschnitt hat.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) mit dem Innenrand der Dichtungssicke (9) verbunden ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssicke (9) an ihrem Außenrand mit einem Befestigungselement (5) verbunden ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsprofil als Dichtungsring (14) ausgebildet ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (14) einen runden, bevorzugt kreisrunden Querschnitt hat.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (14) über einen außen umlaufenden, dünnen Steg (15) mit einem Befestigungselement (5) verbunden ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) umlaufend mit dem Innenrand des Dichtungsrings (14) verbunden ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsprofil (9, 15) bezüglich der Durchstechebene symmetrisch ausgebildet ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) als Rohrabschnitt ausgebildet ist, der in einer Auslassöffnung (2) festlegbar ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) in einem Tintenauslasskanal (2) eines Tintenbehälters einsetzbar ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) als Membran mit einer geringeren Materialstärke als die des Dichtungsprofils (9) ausgebildet ist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8) eingeformte Sollbruchstellen (10) mit verringerter Materialstärke aufweist.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (11) zwischen dem Durchstechbereich (8) und dem Dichtungsprofil (9) eine verringerte Materialstärke hat.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es aus elastischem Material besteht.
Verschlusselement oder Tintenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchstechbereich (8), das Dichtungsprofil (9) und/oder das Befestigungselement (5) einstückig ausgebildet sind.