DE10145025C2 - Einrichtung zum Messen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Dicke einer
Flüssigkeitsschicht nach Anspruch 1.
Bei elektrofotografischen Druckmaschinen wird ein Tonermaterial auf Papierbo
gen aufgebracht und anschließend an den Papierbogen fixiert. Hierzu werden
häufig beheizte Walzen verwendet, die das Tonermaterial mit hohem Druck und
Wärme durch Einpressen wirksam am Papierbogen befestigen, und von unter
halb des Papierbogens an diesen angreifen. Die Gegenkraft von unterhalb des
Papierbogens wird vom Druckzylinder oder einem Zwischenzylinder bereitge
stellt. Problematisch ist bei diesem gewöhnlichen Verfahren, dass zwischen den
beheizten Walzen und dem Bedruckstoff, insbesondere dem Tonermaterial am
Bedruckstoff, Haftkräfte wirken und das Trennen der beheizten Walzen vom Be
druckstoff erschweren. Als Abhilfe wird durch eine Anordnung von beheizten Rol
len, manchmal Metering- und Donor-Rollen genannt, eine Ölschicht aufgebracht,
die ein Lösen der beheizten Walze vom Bedruckstoff nach dem Fixieren des To
nermaterials gewährleistet. Zur Vermeidung von Nachteilen ist zu beachten, dass
die Ölschichtdicke stets innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt und keine zu
großen oder zu kleinen Werte annimmt. Bei zu kleinen Werten der Ölschichtdi
cke sind die vorstehenden Nachteile genannt, bei zu großen Werten der Öl
schichtdicke bestehen die Nachteile im öligen zu stark glänzenden Druckergeb
nis und insbesondere beim Duplexdruck in der Verschmutzung der Druckma
schine durch das verwendete Öl. Daher ist wünschenswert, die Ölschichtdicke an
der beheizten Walze zum Fixieren oder Fixierwalze oder am Metering- oder Do
nor-Roller, welche die Ölschicht auf die beheizte Walze aufbringen, auf bestimm
te Werte einzustellen. Dies wird bisher dadurch gelöst, dass zu Prüfungszwecken
die beheizten Fixierwalzen auf die Papierbogen mit Ölschicht in der Druckma
schine abgewalzt werden und die Ölschichtdicke an diesen Papierbogen im La
bor mittels spektroskopischer Verfahren gemessen wird. Abgesehen von diesem
aufwendigen Prüfungsverfahren wird die Einstellung eines Ölungssystems mit
einer Abgabeeinrichtung und Metering- oder Donor-Rollen zum Aufbringen einer
Ölschicht durch Einschätzen der Ölschichtdicke anhand des Papierbogens und
der Metering- und Donor-Rollen durch die Bedienungsperson vorgenommen. Er
wartet wird, dass eine Ölschichtdicke an der Walze und den Rollen in der Grö
ßenordnung von mehreren Hundert Nanometern die besten Druckergebnisse lie
fert. Die DE 43 23 449 A1 beschreibt eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der
Masse eines Flüssigkeitsfilms auf einer Begrenzungsfläche, wobei in einem Ge
häuse ein piezoelektrisch angeregter Zweimassenschwinger befestigt ist, und ei
ne senkrecht zu deren Oberfläche schwingende Messfläche des Zweimassen
schwingers in die Begrenzungsfläche ragt und vom zu messenden Flüssigkeits
film beaufschlagbar ist, sowie dass eine mit dem Zweimassenschwinger in elekt
rischer Verbindung stehende Einrichtung zur Erfassung der von der Masse des
Flüssigkeitsfilms abhängigen Änderung der Eigenfrequenz des Zweimassen
schwingers vorgesehen ist (s. S. 3, Z. 64- S. 4, Z 9). Diese Sensoreinrichtung ist
für eine Walze einer Druckmaschine nicht verwendbar, die Anordnung der Sen
soreinrichtung würde kein Abrollen der Walzen gegeneinander ermöglichen, eine
in die Flüssigkeitsschicht ragende Messfläche nach der DE 43 23 449 A1 ist bei
Walzen einer Druckmaschine nicht ausführbar.
Aufgabe der Erfindung ist, die Dicke einer Flüssigkeitsschicht, insbesondere ei
nes Ölfilms, an einer Walze auf einfache Weise zeitsparend und kostengünstig
zu bestimmen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer
Flüssigkeitsschicht mit wenigstens einer Messeinrichtung vorgesehen, die we
nigstens einen piezoelektrischen Sensor umfasst, zum Messen der Masse der
Flüssigkeitsschicht und Bestimmen der Dicke der Flüssigkeitsschicht mittels der
gemessenen Masse, wobei die Messeinrichtung in einer Beschichtung einer
Walze einer Druckmaschine eingefügt ist.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen formuliert.
In besonders vorteilhafter Weise ist weiterhin eine Steuerungseinheit zum Steu
ern einer Abgabeeinrichtung zum Abgeben von Flüssigkeit auf der Grundlage der
aus der Masse berechneten Dicke der Flüssigkeit bereitgestellt. Durch Verwenden
eines Drehgebers ist die Position der Walze und die Stelle an der Walze be
stimmbar, an der die Messung der Masse erfolgt. Besonders vorteilhaft werden
mehrere Messeinrichtungen an verschiedenen Stellen der Walze verwendet, so
dass die Masse der Flüssigkeitsschicht an mehreren Stellen der Walze und folg
lich ein Verteilungsmuster der Flüssigkeit bestimmbar ist. Durch das Vertei
lungsmuster ergibt sich die Lösung des wichtigen Problems unterschiedlicher Di
cken der Flüssigkeitsschicht an verschiedenen Stellen der Walze. Um die Ober
flächeneigenschaften der Walze nicht zu beeinträchtigen, ist die Messeinrichtung
in einer Gummibeschichtung der Walze eingefügt. Bei beheizten Walzen umfasst
die Messeinrichtung einen Wärmeschutz. Die folgenden Figuren dienen der Er
läuterung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfin
dung mit einer Walze, einem Ölungssystem, einer Messeinrichtung
und einem Schaltungsblock mit einer Rechnereinheit und einer
Steuerungseinheit,
Fig. 2 eine Variante der Erfindung ähnlich zu Fig. 1 mit einer Vorderansicht
der Walze mit zwei Messeinrichtungen, wobei eine Messeinrichtung
an einem Bereich einer Walze mit Flüssigkeitsschicht und die andere
Messeinrichtung an einem Bereich der Walze ohne Flüssigkeits
schicht angeordnet ist,
Fig. 3 einen Seitenschnitt einer Walze mit mehreren Messeinrichtungen.
Fig. 1 stellt eine schematische Seitendarstellung einer Walze 10 mit einer Abgabe
einrichtung 55 und einer Messeinrichtung 20 zur Messung einer Masse dar. Die
Rechnereinheit 41 und die Steuerungseinheit 42 sind in einem Schaltungsblock
dargestellt und im folgenden zusammengefasst als Rechner- und Steuerungsein
heit 40 bezeichnet. Auf gewöhnliche Weise wird von der Abgabeeinrichtung 55
über einen Donor-Roller 60 und einen Metering-Roller 50, die von der Abgabeein
richtung 55 umfasst sind, der Walze 10 ein Ölfilm als Flüssigkeitsschicht 12
bereitgestellt. Das Öl zum Auftragen auf die Walze 10 zum Fixieren von Toner
material an einen Bedruckstoff befindet sich in einem Behälter der Abgabeein
richtung 55 und wird von der Oberfläche des gummibeschichteten Donor-Rollers
60, der sich in Richtung des Pfeils bewegt, aufgenommen und durch Berühren mit
dem Metering-Roller 50 aus Metall auf diesen abgewalzt. Der Metering-Roller 50,
der sich in einem Ölbad der Abgabeeinrichtung 55 an einem Vliesgewebe dreht,
bewegt sich in Richtung des Pfeils entgegengesetzt zum Donor-Roller 60 und
überträgt durch Kontakt einen Ölfilm auf die Walze 10. Der Ölfilm oder die Flüssig
keitsschicht 12 ist in Fig. 1 zur Verdeutlichung im Verhältnis zur Walze 10 erheb
lich dicker dargestellt. Metering- und Donor-Roller 50 bzw. 60 werden von der
Walze 10 angetrieben, die entweder von einem eigenen Antrieb oder ihrerseits
durch Reibschluss angetrieben ist. Eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen des
Ölfilms auf die Walze 10 besteht darin, dass ein ölgetränktes Tuch an der Walze
10 vorbeigeführt wird. An der Oberfläche der Walze 10 ist eine Messeinrichtung 20
angeordnet. Die Messeinrichtung 20 ist mit der Rechner- und Steuerungseinheit
40 verbunden. Zum Messen der Dicke c der Flüssigkeitsschicht 12, in diesem Fall
des Ölfilms, erfasst die Messeinrichtung 20 die Masse, die durch die an einer Auf
lagefläche oder Messfläche der Messeinrichtung 20 anliegende Flüssigkeit
gegeben ist. Die Messeinrichtung 20 umfasst bei der Ausführung nach Fig. 1 eine
Quarzmikrowaage mit einer dünnen kristallinen Quarzscheibe und zwei Elektro
den. An die Elektroden ist eine elektrische Wechselspannung angelegt, angewen
det wird das Phänomen, dass eine Änderung der Masse an der Quarzmikrowaage
eine Änderung der Frequenz der angelegten Wechselspannung zur Folge hat.
Durch Messen der Frequenz und Bestimmen der Frequenz-änderung im Vergleich
zu keiner an der Quarzmikrowaage anliegenden Masse ist die an der Quarzmikro
waage anliegende Masse bestimmbar. Wenn die Quarzmikrowaage von einer
Gummischicht der Walze 10 bedeckt ist, berechnet sich die Masse der Flüssig
keitsschicht 12 entsprechend aus der Frequenzänderung im Vergleich zu der an
der Quarzmikrowaage anliegenden Masse der Gummischicht, die Masse der
Gummischicht wird also berücksichtigt. Die Änderung der an der Quarzmikro
waage als Messeinrichtung 20 anliegenden Frequenz Δf bezüglich der Masseän
derung Δm an der Quarzmikrowaage ist durch die folgende mathematische
Gleichung gegeben: Δf = -k.Δm, wobei k eine masse-empfindliche Konstante
bezeichnet. Auch Temperatureinflüsse, insbesondere Erwärmung von Fixierwalzen
mit Messeinrichtung 20, führen zu Frequenz-änderungen Δf und zu Messfehlern.
Um diese zu vermeiden, ist die Messein-richtung 20 beispielsweise von einem
schlecht wärmeleitenden Material umgeben. Die Messung der Frequenzänderung
Δf erfolgt zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Messeinrichtung 20 an der höchsten
Stelle an der Walze 10 befindet, wie in Fig. 1 dargestellt, und die Walze 10 ruht,
um die an der Messeinrichtung 20 anliegende Masse fehlerfrei zu bestimmen. Die
höchste Stelle der Walze 10, welche bei Abwicklung der Oberfläche der Walze 10
in einem Diagramm der positiven Amplitude entspricht, wird durch einen Dreh
geber 15 an der Walze 10 bestimmt. Die gemessene Masse oder Masseänderung
Δm wird an die Rechner- und Steuerungseinheit 40 übertragen und dort in eine
der Masse zugeordnete Dicke der Flüssigkeitsschicht 12 umgerechnet. Die Dicke
der Flüssigkeitsschicht 12 ist nun eindeutig bestimmt und wird in der Rechnerein
heit 41 gespeichert. In Fig. 1 beschreibt die Länge c die Dicke der Flüssigkeits
schicht 12. In dem Fall, dass die Dicke der Flüssigkeitsschicht 12 nicht in einem
bestimmten erwünschten Bereich liegt, überträgt die Rechner- und Steuerungs
einheit 40 Steuerungssignale zur Abgabeeinrichtung 55. Die Steuerungssignale
bewirken, dass die Menge der von der Abgabeeinrichtung 55 abgegebenen
Flüssigkeit in Abhängigkeit von den berechneten Dickenwerten der Flüssigkeits
schicht 12 in geeigneter Weise erhöht oder verringert wird und die Dicke der
Flüssigkeitsschicht 12 auf diese Weise gesteuert wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Die zwei Messeinrichtungen 20, 20' sind in der Gummischicht der
Walze 10 angeordnet, daher sind die Umrisse der Messeinrichtungen 20, 20'
gestrichelt dargestellt. Die Walze 10 umfasst an ihrer Welle einen Drehgeber 15.
Das mit einer Einrichtung der Darstellung nach Fig. 2 durchgeführte Verfahren ist
ähnlich zu dem Verfahren nach Fig. 1. Im Gegensatz hierzu werden die
Messungen der Dicke der Flüssigkeitsschicht 12 mit und ohne Flüssigkeit nicht in
verschiedenen Durchläufen nacheinander, sondern mit den Messeinrichtungen 20,
20' gleichzeitig durchgeführt. Zu diesem Zweck ist ein Bereich 16 der Walze 10
nicht mit Flüssigkeit beaufschlagt, während der andere Bereich 14 auf gewöhn
liche Weise mit Flüssigkeit, hier einem Ölfilm, beaufschlagt ist. Wie in Fig. 2
ersichtlich, sind die zwei Bereiche 14, 16 zur Verdeutlichung durch eine ge
strichelte Linie voneinander getrennt. Ein Vorteil bei diesem abgewandelten Ver
fahren besteht darin, dass keine Messungen vor dem Betrieb der Walze 10 und
der Druckmaschine (nicht dargestellt) mit und ohne Flüssigkeitsschicht 12 erfor
derlich sind, das Messverfahren kann vollständig während des Betriebs der Druck
maschine stattfinden. Die ermittelten Massen oder Masseänderungen Δm der
Flüssigkeitsschicht 12 werden über die in Fig. 2 dargestellten Leitungen zur
Rechner- und Steuerungseinheit 40 übertragen, wobei die Rechnereinheit 41 etwa
mittels einer Look-up-Table oder Zuordnungstabelle die erhaltenen Massedaten in
Längedaten umwandelt, welche die Dicke der Flüssigkeitsschicht 12 kennzeich
nen. Jedem ermittelten Massewert wird in eindeutiger Weise ein Längenwert zuge
ordnet. Durch Vergleich von gespeicherten zu den in der Look-up-Table ermittelten
Längedaten wird in der Rechnereinheit 41 weiterhin ermittelt, ob der jeweilige Län
genwert, d. h. eine Dicke der Flüssigkeitsschicht 12, mit den gespeicherten ge
wünschten Längenwerten übereinstimmt. Ergibt sich eine Übereinstimmung mit
den gespeicherten gewünschten Längenwerten, wird die Abgabeeinrichtung 55
unverändert betrieben, ergibt sich jedoch keine Übereinstimmung, steuert die
Rechner- und Steuerungseinheit 40 die Abgabeeinrichtung 55 in der Weise, dass
die Abgabeeinrichtung 55 weniger oder mehr Flüssigkeit oder Öl an die Walze 10
abgibt.
Fig. 3 zeigt einen Seitenschnitt einer Walze 10 einer Ausführungsform der Erfin
dung mit einer elastomeren Beschichtung 11 und mehreren Messeinrichtungen
20-20 VI. Der Walze 10 in Fig. 3 ist ein Drehgeber 15 bei deren Welle zugeordnet,
mit dem der Drehwinkel der Walze 10 exakt bestimmt werden kann. Der Drehge
ber 15 ist mit der Rechner- und Steuerungseinheit 40 verbunden. Mit Hilfe des
Drehgebers 15 werden den Dicken der Flüssigkeit in der Rechner- und
Steuerungseinheit 40 bestimmte Drehwinkel zugeordnet, die entsprechend be
stimmten Stellen an der Oberfläche der Walze 10 zugeordnet sind. Auf diese
Weise sind Verteilungsmuster der Dicken der Flüssigkeit an verschiedenen Stellen
erstellbar, die eine Kontrolle und Steuerung der Verteilung der Flüssigkeit an der
Walze 10 ermöglichen. Diese Variante ist bei der Anwendung in Druckmaschinen
von großer Bedeutung, da die Verteilung der Flüssigkeit an der Walzenoberfläche
oftmals ungleichmäßig ist. Durch das Zusammenwirken des Drehgebers 15 mit
den einzelnen Messeinrichtungen 20-20 VI in der beschriebenen Weise wird die
Abgabeeinrichtung 55 stellenweise gesteuert und gibt an den Stellen oder Be
reichen der Walze 10 mehr oder weniger Flüssigkeit ab, bei denen die Messein
richtungen 20-20 VI eine kleinere bzw. größere Masse der anliegenden Flüssigkeit
der Flüssigkeitsschicht 12 messen. Um die Masse der Flüssigkeit an den Messein
richtungen 20-20 VI korrekt zu messen, wird die Messung exakt zu dem Zeitpunkt
durchgeführt, zu dem sich eine Messeinrichtung 20-20 VI an der höchsten Stelle
der Walze 10 befindet, in Fig. 3 die Messeinrichtung 20. Hierdurch wird die Masse
der anliegenden Flüssigkeit exakt gemessen, da der Massevektor bei dieser Stelle
senkrecht nach unten gerichtet ist. Zusätzlich werden Auswirkungen von unerwün
schten Kräften ausgeschlossen, etwa Fliehkräfte wegen der Walzendrehung, in
dem die Walze 10 bei einem Testlauf anhält und die Messungen in der Ruhestel
lung der Walze 10 durchgeführt werden. In einer Abwandlung läßt sich das be
schriebene Verfahren ferner anwenden, um auf ähnliche Weise die Ölschichtdicke
am Metering- oder Donor-Roller 50 bzw. 60 zu bestimmen und zu steuern. Weitere
Anwendungen der Erfindung sind etwa die Messung und Steuerung der Dicke
einer Farbschicht oder Feuchtmittelschicht in einem Druckwerk einer Druckma
schine.
Claims (11)
1. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) mit
wenigstens einer Messeinrichtung (20-20 VI), die wenigstens einen piezo
elektrischen Sensor umfasst, zum Messen der Masse der Flüssigkeits
schicht (12) und Bestimmen der Dicke der Flüssigkeitsschicht (12) mittels
der gemessenen Masse, dadurch gekennzeichnet, dass die Messein
richtung (20-20 VI) in einer Beschichtung einer Walze (10) einer Druckma
schine eingefügt ist.
2. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine Rechnereinheit (41)
zum Berechnen der Dicke der Flüssigkeitsschicht (12) anhand der gemes
senen Masse.
3. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische
Sensor eine Quarzmikrowaage ist.
4. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Be
schichtung Gummi enthält.
5. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess
einrichtung (20-20 VI) einen Wärmeschutz aufweist.
6. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere an ver
schiedenen Stellen am Umfang und/oder längsseitig zur Walze (10) an
geordnete Messeinrichtungen (20-20 VI)
7. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungs
einheit (42) zum Steuern einer Abgabeeinrichtung (55) auf der Grundlage
der Dicke der Flüssigkeitsschicht (12).
8. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drehgeber
(15) zum Ermitteln von Drehwinkeln der Walze (10).
9. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze
(10) beheizt und Teil einer Fixiereinrichtung zum Fixieren von Toner an ei
nen Bedruckstoff ist.
10. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze
(10) ein Metering- und/oder Donor-Roller (50, 60) zum Übertragen von
Flüssigkeit an eine Fixierwalze ist.
11. Einrichtung zum Bestimmen der Dicke einer Flüssigkeitsschicht (12) nach
einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eines Drehgeber
(15) zum Messen des Drehwinkels der Walze (10), wobei der gemessene
Drehwinkel zu bestimmten Stellen an der Walzenoberfläche zuordnenbar
ist.
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| DE4035240C2 (de) * | 1990-03-30 | 1998-10-15 | Leybold Inficon Inc | Messen und Steuern des Beschichtens auf einem piezoelektrischen Meßkristall |
-
2001
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4035240C2 (de) * | 1990-03-30 | 1998-10-15 | Leybold Inficon Inc | Messen und Steuern des Beschichtens auf einem piezoelektrischen Meßkristall |
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