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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein durchstechbares Verschlusselement
für einen Flüssigkeitsauslass,
insbesondere eine Tintenauslassöffnung
eines Tintenbehälters
für Tintenstrahldruckeinrichtungen,
welches ein ringförmiges
Dichtungsprofil mit einem Durchstechbereich aufweist, der als eine
sich über
den Öffnungsquerschnitt
des Dichtungsprofils erstreckende Membran mit einer geringeren Materialstärke als
der Profilquerschnitt des Dichtungsprofils ausgebildet ist und der
von einer Hohlnadel zur Flüssigkeitsentnahme
durchstechbar ist, wobei die Hohlnadel von dem durchstochenen Dichtungsprofil
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.
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Zur
bedarfsweisen Entnahme von Flüssigkeit,
beispielsweise aus einem Tintenvorratsbehälter, ist es bekannt, die Auslass-
bzw. 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 nach der Tintenbefüllung bei
der Herstellung mit einem derartigen durchstechbaren Verschlusselement
zunächst
verschlossen sind. Der Tintenstrahldrucker weisr eine entsprechende
Hohlnadel auf, welche beim Einsetzen der Tintenkartusche das Verschlusselement
durchsticht und die in der Tintenkartusche enthaltene Tinte dem
Druckkopf zugeführt
werden kann.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 696 05 713
T2 geht ein Tintenbehälter
zur lösbaren
Anbringung in einer Tintenstrahldruckeinrichtung mit einer Tintenauslassöffnung hervor,
die von einem durchstechbaren Verschlusselement verschlossen ist,
sowie ein derartiges Verschlusselement. Darin ist das durchstechbare Verschlusselement
als ringförmiges
Dichtungsprofil mit D-förmigem Querschnitt
ausgebildet mit einer sich über
den Öffnungsquerschnitt
erstreckenden Membran. Die Membran bildet einen Durchstechbereich, der
von der Hohlnadel eines Druckers zur Flüssigkeitsentnahme durchstechbar
ist. In diesem Zustand wird die Hohlnadel von dem durchstochenen
Dichtungsprofil von außen
dichtend umschlossen.
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Die
aus der vorgenannten Druckschrift bekannte durchstechbare Dichtungsanordnung
soll dafür
sorgen, den Behälter
einerseits vor der Benutzung dicht zu verschließen und andererseits bei Aufnahme der
Benutzung die eingestochene Hohlnadel dichtend aufzunehmen. Die
Abdichtung soll durch das ringförmige
Dichtungsprofil (=Dichtring) erfolgen, welches mit der Innenseite
seiner Öffnung,
welche vorher durch die Membran verschlossen war, die Hohlnadel
umlaufend umschließt.
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Ein
Nachteil bei diesem Verschlusselement ist jedoch, dass die Membran
in der Öffnung
genau im Dichtungsbereich angebracht ist, der außen an der eingesetzten Hohlnadel
anliegt. Beim Durchstechen der Membran entsteht dort eine undefinierte Risskante,
welche die Dichtwirkung beeinträchtigt. Teile
der durchstochenen Membran, welche ebenfalls im Dichtungsbereich
zwischen dem Dichtungsprofil und der Hohlnadel eingeklemmt werden,
führen zusätzlich zu
Dichtungsproblemen.
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In
der
DE 199 62 662
A1 ist ein Verschlusselement in Form eines Septums beschrieben,
wie es im medizinischen Bereich zur sterilen Entnahme von Flüssigkeit
aus einem verschlossenen Behälter durch
Einstechen einer Injektions-Hohlnadel bekannt ist. Dieses Dichtungselement
platzt ebenfalls im Bereich der Durchstichstelle unregelmäßig auf,
denn die Hohlnadel verdrängt
das elastische Material des Dichtungselements ebenfalls undefiniert.
Ein ausgeprägtes
Dichtungsprofil mit einem abgegrenzten Durchstechbereich wie bei
der vorangehend genannten
DE
696 05 713 T2 ist nicht vorhanden.
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Angesichts
dessen liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein durchstechbares Verschlusselement
mit den aus der
DE
696 05 713 T2 bekannten Merkmalen dahingehend weiterzubilden,
dass die vorangehend erläuterten
Probleme vermieden werden und eine zuverlässige und verbesserte Dichtwirkung
erreicht wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Dichtungsprofil
(9) bei durchstochenem Durchstechbereich (8) zumindest
teilweise um eine Umfangslinie torusförmig verdrehbar an dem Verschlusselement
(1) angebracht ist, wobei außerhalb des Durchstechbereichs
(8) befindliche Bereiche des Dichtungsprofils (9)
nach innen verschwenkt werden und eine radial innen umlaufende Dichtfläche ausgebildet
wird.
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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.
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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.
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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
dass 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Im
einzelnen zeigen:
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1 einen Querschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Verschlusselement
im geschlossenen Zustand;
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2 eine Detailansicht des
Dichtungselements gemäß 1;
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3 ein Dichtungselement wie
in 2 in durchstochenem
Zustand;
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4 einen Querschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Dichtungselement
in einer zweiten Ausführungsform
in geschlossenem Zustand;
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5 einen Querschnitt durch
das Dichtungselement gemäß 4 in durchstochenem Zustand.
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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 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.
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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 1 und 3 die Einstechrichtung dargestellt,
wenn die Tintenkartusche mit ihrem Flüssigkeitsauslass 2 in
das Tintenstrahldrucksystem eingesetzt wird.
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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.
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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 1 bzw. 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.
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Die
Dichtungssicke 9 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet,
wobei das dadurch gebildete Rinnenprofil zur Innenseite des Flüssigkeitstanks, also
in den Darstellungen von 1 bis 3 nach oben geöffnet ist.
In 2 ist deutlich erkennbar,
dass die Materialstärke
des Durchstechbereichs 8 im wesentlichen dem gebogenen
Teil der Dichtungssicke 9 entspricht.
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Als
zentrale Sollbruchstelle ist von unten in den Durchstechbereich 8 eine
im Querschnitt V-förmige
Vertiefung 10 eingeformt, welche in 1 in der Zeichnungsebene liegt. Dadurch
wird eine Materialverdünnung
ausgebildet.
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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.
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Die
Funktion wird deutlich anhand der Darstellung in 3, welche dieselbe Ansicht wie 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 3 mit dem
Bezugszeichen 8a versehen sind, werden durch die eindringende
Hohlnadel 3 in einer Schwenkbewegung radial nach außen weggedrückt, was
in 3 mit den kleinen
Pfeilen an den Teilbereichen 8a angedeutet ist. Die Darstellung
in 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.
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Die
Funktion der Dichtungssicke 9 ist aus der Zusammenschau
von 2 und 3 deutlich erkennbar. In 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 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.
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Aus
der Darstellung in 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.
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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 4 analog zu 2 wiederum den unbenutzten, d. h. unversehrten Zustand,
während 5 analog zu 3 den Betriebszustand mit einer eingestochenen
Hohlnadel 3 zeigt.
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Das
Verschlusselement 1 umfasst ebenfalls ein rohrabschnittförmiges Befestigungselement 5. Dieser
weist einen durchgehenden Flüssigkeitsentnahmekanal 7 auf,
der in unversehrtem Zustand gemäß 4 durch eine erfindungsgemäße Anordnung
verschlossen ist. Diese hat ein Dichtungsprofil in Form eines Dichtungsrings 14,
der an Stelle der Dichtungssicke 9 gemäß 1 bzw. 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.
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Der
Durchstechbereich 8 kann ebenfalls mit Sollbruchstellen
wie in den Ausführungen
in 1 bis 3 versehen sein, die jedoch nicht explizit
eingezeichnet sind.
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Die
Funktion kann wiederum anhand der aufeinander folgenden Phasen beim
Einstechen der Hohlnadel 3 gemäß 4 und 5 erläutert werden.
In 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.
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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.
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Aus 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 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.
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Die
in 4 und 5 dargestellte Ausführung hat gleich gute Dichteigenschaften
wie die in den 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 4 erkennbar
ist. Dadurch wird die Montage und Herstellung vereinfacht.