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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abziehen einer Bahn aus
Trägermaterial
in einem Drucker oder Kopierer, bei der die Bahn zwischen einer
Antriebswalze und einer Andruckwalze geführt ist. Die Antriebswalze
wird mittels eines Motors angetrieben. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Abziehen einer Bahn.
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich insbesondere bei elektrografischen Druckern und Kopierern einsetzen,
bei denen ein traktorloser Transport der kontinuierlichen Bahn aus
Trägermaterial
erfolgt. Bei einem solchen Drucker oder Kopierer wird das Trägermaterial
zunächst
mit einem Tonerbild versehen und die Bahn zu einer Fixierstation
weiter gefördert.
Im Bereich zwischen dem Umdrucken und der Fixierung darf die Bahn
nicht durchhängen,
sondern muss in einem Spannungszustand straff geführt werden,
damit das noch nicht fixierte Tonerbild auf der Bahn nicht mit anderen
Geräteteilen
in Kontakt kommt und verwischt wird. Zur Erzeugung der Spannung
können
an sich bekannte Schlaufenzieher verwendet werden, die die Bahnspannung
durch das Gewicht einer Tänzerwalze
erzeugen, wobei in der nachgeschalteten Fixierstation Fixierwalzen
die Bahn halten. Bei einem Betriebszustand, in welchem der Drucker
oder Kopierer nicht druckt und die Bahn nicht vorwärts gefördert wird,
kann ein Festhalten der Bahn durch die heißen Fixierwalzen aus Temperaturgründen nicht
erfolgen und die erforderliche Bahnspannung kann nicht mehr aufrechterhalten
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
eine bestimmte Bahnspannung aufrechtzuerhalten besteht darin, die Bahn
mit Hilfe motorbetriebener Andruckrollen fortlaufend abzuziehen.
Der Antrieb erfolgt derart, dass die Andruckrollen unter Schlupf
auf der Oberfläche der
Bahn reiben, wodurch es zu Druckqualitätseinbußen kommen kann.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Lösung für eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Abziehen einer Bahn anzugeben, die die erforderliche
Bahnspannung ohne Schlupf bereitstellen.
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Diese
Aufgabe wird für
eine Vorrichtung durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
ist die Bahn zwischen einer Antriebswalze und einer Andruckwalze
geführt. Die
Antriebswalze ist über
eine elektrisch steuerbare Kupplung durch einen Motor angetrieben.
Die Kupplung wird so angesteuert, dass die Bahn durch die Antriebswalze
mit einer vorbestimmten Zugkraft beaufschlagt ist.
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Durch
das Zwischenschalten einer elektrisch steuerbaren Kupplung mit kontinuierlich über den
zugeführten
Strom änderbaren
Kupplungsgrad kann die Bahnspannung auf unterschiedliche Werte eingestellt
werden. Weiterhin kann die Bahnspannung im Druckbetrieb und auch
bei Stillstand der Bahn so eingestellt werden, dass kein oder nur
ein minimaler Schlupf auftritt. Der Motor selbst kann so betrieben werden,
dass er die Bahn mit einer Geschwindigkeit fördern kann, die größer ist
als die Geschwindigkeit der Bahn bei einem Druckvorgang. Die Reduzierung auf
die Prozessge schwindigkeit beim Drucken oder auf andere Werte, z.
B. bei einem Stillstand der Bahn, erfolgt über die elektrisch steuerbare
Kupplung, wobei sich der Motor weiterdreht.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf das in der Zeichnung
dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel Bezug
genommen, welches anhand spezifischer Terminologie beschrieben ist.
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Die 1 zeigt
als Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Prinzipdarstellung, bei der ein Motor eine Antriebswalze über eine
elektrisch betätigbare Kupplung
antreibt.
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In
dieser 1 ist eine kontinuierliche Bahn 10 eines
bedruckbaren Trägermaterials
zwischen einer Antriebswalze 12 und einer Andruckwalze 14 geführt. Die
Oberfläche
der Antriebswalze 12 ist aus Metall. Die Andruckwalze 14 umfasst
mehrere voneinander beabstandete Zylinder aus hitzebeständigem Kunststoff,
vorzugsweise aus Teflon. Die Hüllen bestehen
somit aus hartem Material, so dass die Bahn 10 nahezu ohne
Umschlingungswinkel zwischen den Walzen 12, 14 geführt ist.
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Die
Antriebswalze 12 und die Andruckwalze 14 sind
in Transportrichtung P1 bei normalem Druckbetrieb in unmittelbarer
Nähe, kurz
hinter einer Fixierstation 16 angeordnet, die ein Fixierwalzenpaar 18 enthält, die
Tonerbilder auf der Bahn 10 unter Anwendung von Druck und
Temperatur fixieren. Im Falle eines Stillstands der Bahn 10 kann
das Fixierwalzenpaar 18 auseinander gefahren werden, so
dass die Bahn 10 nicht der hohen Temperatur und dem Druck ausgesetzt
ist.
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Die
Antriebswalze 12 wird durch einen Motor 20, vorzugsweise
einen Schrittmotor, über
eine elektrisch steuerbare Kupplung 22 angetrieben. Als Kupplung
kann vorzugsweise eine Hysterese-Kupplung oder eine Magnetpulver-Kupplung
eingesetzt werden, wobei der Kupplungswirkungsgrad abhängig vom
zugeführten
Strom I einer Steuerung 24 kontinuierlich einstellbar ist.
Die Magnetpulver-Kupplung ist eine reibschlüssige Kupplung. Im Spalt zwischen
einer Antriebsdruckplatte und einer Abtriebsdruckplatte befindet
sich ein Metallpulver oder Metallgel. Der in einer Druckplatte untergebrachte
Elektromagnet magnetisiert die Metallteilchen und versteift sie.
Dadurch wird eine kraftschlüssige
Verbindung erreicht. Durch Ändern
des zugeführten
Stroms wird eine feste Verbindung oder Schlupf erzeugt. Ohne Strom werden
keine Kräfte übertragen,
weil die Metallteilchen sich durch die Fliehkraft an die Antriebsdruckplatte
legen. Bei der Hysterese-Kupplung ist eine Kupplungshälfte mit
einem Hysterese-Belag bestückt.
Dieses Hysterese-Material
wirkt ähnlich
wie Permanentmagnete, lässt
sich jedoch mit geringem Energieaufwand umpolen. Wenn das Nennmoment der
Kupplung überschritten
wird, beginnt die Kupplung durchzurutschen. Dabei nimmt das Hysterese-Material
durch das ständige
Umpolen durch die vorbeidrehenden Permanentmagnete Energie vom Antriebssystem
auf und wandelt diese in Verlustwärme um, die an die Umgebung
abgegeben wird.
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Ein
Drehzahlsensor 26 erfasst die Drehung der Antriebswalze 12.
Abhängig
von der erfassten Drehung stellt die Steuerung 24 den Strom
I ein.
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Mit
Hilfe der in 1 gezeigten Vorrichtung lassen
sich für
verschiedene Betriebszustände
des Druckers oder Kopie rers unterschiedliche Drehmomente an der
Antriebswalze 12 bzw. Zugkräfte einstellen, welche auf
die Bahn 10 wirken. Die verschiedenen Betriebszustände werden
nachfolgend beschrieben.
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Bei
einem ersten Betriebszustand, welcher die Vorbereitungsphase des
Druckers oder Kopierers mit eingelegter Bahn 10 betrifft,
wird das von der Kupplung 22 zu übertragende optimale Drehmoment Mo
ermittelt. Dieser Wert Mo wird durch folgenden Regelalgorithmus
gefunden. Zunächst
wird der Motor 20 betätigt.
Die elektrische Kupplung 22 wird mit einem Strom I versorgt,
der die Bahn 10 über
die Antriebswalze 12 mit einer maximal zugelassenen Abzugskraft
beaufschlagt. Demgemäß dreht
sich die Abzugswalze 12. Mit Hilfe des Drehzahlsensors 26 wird
die Drehung der Abzugswalze 12 erkannt. Ausgehend von der
maximal zugelassenen Abzugskraft wird der Strom I an der Kupplung 22 so
lange reduziert, bis die Abzugswalze 12 still steht. Bei
der Geschwindigkeit „Null", d. h. Stillstand
der Bahn 10, wird der zugehörige Wert Mo festgehalten.
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Ein
zweiter Betriebszustand betrifft die Beschleunigung der Bahn 10 auf
Prozessgeschwindigkeit, bei der die Bahn fortlaufend bedruckt wird.
Hierzu wird ein Drehmoment Ms eingestellt, welches größer ist
als Mo, so dass bei einer Beschleunigung der Bahn 10 die
Massenträgheiten
der beteiligten Komponenten überwunden
werden. Die Antriebswalze 12 wird bei diesem Betriebszustand
auf die Prozessgeschwindigkeit beschleunigt, bei der ein fortlaufender Druck
auf die Bahn 10 erfolgt. Der Motor 20 wird mit einer
Maximalgeschwindigkeit Vmax betrieben, welche sich aus Vb und Vd
zusammensetzt, d. h. Vmax = Vb + Vd. Vb ist hierin die Geschwindigkeit
der Bahn 10 bei Prozessgeschwindigkeit. Vd ist eine Überschussgeschwindigkeit,
die etwa 2 bis 3% der Geschwindigkeit Vb entspricht.
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Ein
dritter Betriebszustand betrifft den normalen Druckprozess. Das
von der Kupplung 22 auf die Antriebswalze 12 übertragene
Drehmoment verringert sich von Ms auf Md, wobei Md das Drehmoment
bei normalem Druckbetrieb ist. Die Antriebswalze 12 hat
dann die Transportgeschwindigkeit der Bahn 10, welche der
Geschwindigkeit beim Bedrucken der Bahn 10 entspricht.
Der Motor 20 wird mit Maximalgeschwindigkeit Vmax betrieben.
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Ein
vierter Betriebszustand betrifft das Anhalten der Bahn 10 und
das Zurückziehen
der Bahn 10 entgegen der Transportrichtung P1. Dieses Zurückziehen
ist erforderlich, da ein nachfolgendes Bedrucken der Bahn 10 nur
dann erfolgen kann, wenn die Bahn 10 wieder auf Prozessgeschwindigkeit
Vb beschleunigt worden ist. Hierzu ist ein gewisser Vorlauf erforderlich,
welcher das Zurückziehen
der Bahn 10 um einen vorbestimmten Weg notwendig macht. Zunächst muss
die Antriebswalze 12 abgebremst werden, bis sie eine Geschwindigkeit
Null hat. Das hierzu übertragene
Drehmoment entspricht dem zuvor erwähnten Wert Md. Der Motor 20 wird
entsprechend einer rampenförmigen
Anhaltekennlinie auf den Wert Vs heruntergefahren, welcher der Geschwindigkeit
beim Stand-By-Betrieb entspricht, in welcher der Drucker in Bereitschaft
gehalten wird, um mit dem Druckbetrieb nach Erhalt der Druckdaten
zu beginnen. Das Zurückziehen
der Bahn 10 entgegen der Transportrichtung P1 erfolgt mit
einem Drehmoment Mr, wobei Mr sehr viel größer als Md ist. Die Antriebswalze 12 dreht
sich entsprechend einer Rückzugsgeschwindigkeit
Vr. Der Motor 20 dreht sich mit der Stand-By-Geschwindigkeit
Vs.
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Ein
fünfter
Betriebszustand betrifft den Stillstand der Bahn 10. Hierbei
wird von der Kupplung 22 das Drehmoment Mo eingestellt.
Die Geschwindigkeit der Antriebswalze 12 wird gegen Null
geregelt und bleibt auf diesem Wert für die Dauer dieses Betriebszustandes.
Der Motor 20 nimmt die Geschwindigkeit Vs an.
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Ein
sechster Betriebszustand betrifft eine lange Stillstandphase der
Bahn 10. Die Kupplung 22 überträgt das Drehmoment Mo. Die Antriebswalze 12 hat
die Geschwindigkeit Null. Auch der Motor 20 wird auf die
Geschwindigkeit Null geregelt. Im Falle eines Schrittmotors liegt
an ihm ein Haltestrom an.
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Ein
siebter Betriebszustand betrifft ein langsames Vorwärtsbewegen
in Transportrichtung 21 der Bahn 10, beispielsweise
um den Endabschnitt der Bahn 10 aus dem Drucker herauszufahren.
Hierzu wird durch die Kupplung 22 zunächst das maximal zugelassene
Drehmoment Mm eingestellt und anschließend auf Mo eingeregelt. Die
Geschwindigkeit der Antriebswalze 12 wird auf die vorbestimmte
Vorwärtsgeschwindigkeit
eingestellt. Der Motor 20 wird mit Stand-By-Geschwindigkeit Vs
betrieben.
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Ein
achter Betriebszustand betrifft die langsame Rückwärtsbewegung der Bahn 10.
Hierzu wird durch die Kupplung 22 das Drehmoment Mr eingestellt.
Die Andruckwalze 12 dreht sich mit der vorbestimmten Rückwärtsgeschwindigkeit.
Der Motor 20 wird auf Stand-By-Geschwindigkeit Vs eingestellt.
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Mit
Hilfe der beschriebenen Vorrichtung und der verschiedenen Verfahren
kann eine Vielzahl von Betriebszuständen erzeugt werden, die für einen Drucker
oder Kopierer erforderlich sind. Da die Vorrichtung mit hoher Genauigkeit
arbeitet, kann ein maximal mögliches
Drehmoment Mm eingestellt werden, wodurch eine hohe Bahnspannung
für das
Abziehen erreicht wird. In jedem Betriebszustand des Druckers oder
Kopierers kann ein für
diesen Zustand ideales Drehmoment eingestellt werden. Dadurch kann
eine konstante und in jedem Betriebszustand nahezu gleiche Bahnspannung
erzeugt werden.
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Durch
die Verwendung der steuerbaren Kupplung 22 können papierspezifische
Bahnspannungen von einer Bedienperson frei eingestellt werden, oder
es kann auf in Tabellen festgelegte Werte der Bahnspannung zurückgegriffen
werden.
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Infolge
der Aufteilung der Andruckwalze 14 auf eine Vielzahl von
Zylindern stellt sich eine gleichmäßige Bahnspannung auch bei
unterschiedlich breiter Bahn 10 automatisch über die
Breite der Bahn 10 ein. Da die Vorrichtung ohne Schlupf
bzw. mit vernachlässigbarem
Schlupf arbeitet, wird eine Beschädigung des Druckbilds und der
Bahn 10 verhindert. Auch ein Tonerabrieb wird aufgrund
der Antirutschregelung vermieden. Die Vorrichtung sorgt für einen
zuverlässigen
Abzug der Bahn 10 von der Fixierstation 16, so
dass ein Ankleben der Bahn 10 an dem Fixierwalzenpaar 18 verhindert
wird.
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- 10
- Bahn
aus bedruckbarem Trägermaterial
- 12
- Antriebswalze
- 14
- Andruckwalze
- 16
- Fixierstation
- 18
- Fixierrollenpaar
- 20
- Motor
- 22
- Kupplung
- 24
- Steuerung
- I
- Strom
- P1
- Transportrichtung