DE102009009297A1

DE102009009297A1 - Walze zur Beeinflussung der Temperatur eines Bedruckstoffs bei einem Digitaldrucker

Info

Publication number: DE102009009297A1
Application number: DE102009009297A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Stresau (FH)
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: US8306449B2; JP2010188728A; US20100209133A1; DE102009009297B4

Abstract

Die Walze (KW) weist eine auf einer Welle gelagerte Hohlwalze (1) auf, in der Kanäle (2) angeordnet sind. Die Walzenhülle (6) der Hohlwalze (1) ist aus Segmenten (5) aufgebaut, die seitlich in Schenkeln (8) enden, wobei die Schenkel derart aufgeführt sind, dass die Schenkel benachbart liegender Segmente lückenlos miteinander verbunden werden können. Die Kanäle sind jeweils aus den Segmenten (5) der Walzenhülle (6) und zwischen den Schenkeln des jeweiligen Segments eingespannten Abdeckblechen (9) aufgebaut. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass nur noch die Segmente (5) im Strangpressverfahren hergetellt werden müssen und nicht die ganze Walzenhülle (6).

Description

Elektrografische Digitaldrucker sind bekannt, siehe z. B. WO 98/39691 A1 (= US 6246856 A ). Bei einem solchen Druck- oder Kopiergerät werden auf einem Ladungsbildträger, z. B. einem Fotoleiterband, durch einen Zeichengenerator Ladungsbilder der zu druckenden Bilder erzeugt. Anschließend wird der Ladungsbildträger an Entwicklerstationen, jeweils eine pro Farbe, vorbeibewegt. Diese transportieren z. B. aus Toner und Träger bestehenden Entwickler zum Ladungsbildträger. Entsprechend den Ladungsbildern auf dem Ladungsbildträger geht der Toner auf den Ladungsbildträger über und färbt diese ein. Die Tonerbilder werden im nächsten Schritt auf einen Bedruckstoff umgedruckt und auf diesem fixiert. Der genaue Ablauf des Druckverfahrens kann WO 98/39691 A1 entnommen werden, deren Inhalt hiermit in die Offenbarung aufgenommen wird.
Zur Fixierung der Tonerbilder auf dem Bedruckstoff wird in der Regel eine Thermofixierung verwendet. Dazu werden z. B. Fixierwalzen, von denen zumindest eine beheizt ist, eingesetzt oder es werden Infrarotstrahler als Wärmequelle herangezogen. Die Thermofixierung der Tonerbilder auf dem Bedruckstoff bedingt, dass der Bedruckstoff beim Verlassen der Fixierstation noch eine Temperatur von z. B. 120°C oder höher aufweist, so dass eine weitere Bearbeitung des Bedruckstoffs schwierig ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bekannt, den Bedruckstoff nach der Fixierstation zu kühlen.
Nach DE 42 35 667 C1 (= US 5557388 A ) wird zur Kühlung des Bedruckstoffs Kühlluft auf den Bedruckstoff geblasen. Die dazu verwendete Kühleinrichtung weist mit Öffnungen versehene Kühlflächen auf. Über einen Luftführungskanal wird kalte Luft den Öffnungen zugeführt, diese strömt aus den Öffnungen unter den Bedruckstoff, dort bildet sich ein kühlendes Luftpolster. Gleichzeitig wird auf die andere Seite des Bedruckstoffs Luft geblasen und zwar entgegen der Laufrichtung des Bedruckstoffs.
Weitere Kühleinrichtungen sind z. B. aus DE 38 38 021 C2 (= US 4959693 A ), EP 0 758 766 B1 (= US 5805969 ), DE 201 19 854 U1 , US 6 907 220 B2 , US 6 567 629 B2 bekannt. Dort werden z. B. Lüfter zur Kühlung eines Bedruckstoffs verwendet oder Walzen, die von außen oder innen gekühlt werden.
Walzen können im Strangpressverfahren z. B. aus Aluminium hergestellt werden. Dabei sollen die Walzen, z. B. Kühlwalzen, einen Durchmesser > 250 mm, z. B. 400 mm, aufweisen. Wenn bei der Herstellung einer solchen Walze im Strangpressverfahren das Material durch die Matrize (Presswerkzeug) gepresst wird und das Rohr der Walze mit diesem Durchmesser erzeugt wird, ist das Rohr nach Verlassen der Matrize noch warm und noch nicht so Form stabil, dass es sein Eigengewicht trägt. Wird dann die Wandstärke erhöht, ist dies ungünstig für die Wärmeleitung, da eine zu dicke Wandstärke die Wärmeleitung behindert. Zudem ist es nicht möglich, dünne Rippen, z. B. Kühlrippen, zu erzeugen, da es durch die geschlossene Form der Matrize keine Möglichkeit gibt, die Rippen zusätzlich abzustützen. Die Rippen müssen aber selbstragend und stabil sein, um die Kräfte beim Extrudieren aufzunehmen. Deshalb sind in der Regel nur dicke und wenige Rippen möglich. Weil der Wärmetransport von der zur Verfügung stehenden Oberfläche des Rohres und der Rippen abhängt, ist bei der beschriebenen Herstellungsmethode die maximal zu übertragende Wärmemenge eingeschränkt. Dieser Nachteil hat z. B. zur Folge, dass in der Praxis mehrere kleinere Walzen oder Wasser gekühlte Walzen verwendet werden, um einen Bedruckstoff nach der Fixierung von Tonerbildern zu kühlen. Die Folge ist, dass die Kosten für die Kühlung eines Bedruckstoffs z. B. am Ausgang einer Fixierstation steigen.
Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Walze anzugeben, bei der bei deren Herstellung die oben geschilderten Probleme nicht auftreten. Die Walze soll zum Kühlen oder Erwärmen eines Bedruckstoffs geeignet sein.
Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Walze nach der Erfindung weist eine auf einer Welle gelagerte Hohlwalze auf, in der Kanäle angeordnet sind, durch die ein Medium transportiert werden kann, das die Temperatur der Hohlwalze beeinflusst. Im folgenden soll dieses Medium Wärmetransportmedium genannt werden. Das Wärmetransportmedium kann z. B. Kühlluft oder erwärmte Luft sein.
Die Walzenhülle (das Rohr) der Hohlwalze ist aus Kreisbogen förmigen Segmenten aufgebaut, die sich über die Breite der Walze erstecken. Die Segmente enden seitlich in Schenkeln, wobei die Schenkel derart ausgeführt sind, dass die Schenkel benachbart liegender Segmente lückenlos mit einander verbunden werden können. Die Kanäle erstrecken sich über die Breite der Hohlwalze und sind jeweils aus den Segmenten der Walzenhülle und zwischen den Schenkeln des jeweiligen Segments eingespannten Abdeckblechen aufgebaut. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass nur noch die Segmente im Strangpressverfahren hergestellt werden müssen und nicht eine ganze Walzenhülle oder ein Rohr.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Kanal kann somit dadurch gebildet werden, dass die Schenkel des jeweiligen Segments über dessen Breite jeweils einen Steg aufweisen, an dem das Abdeckblech einge spannt wird.
Die Seiten der Schenkel können derart ausgeführt sein, dass die Verbindung der Schenkel benachbart liegender Segmente nach dem Nut-Federsystem erfolgen kann. Damit kann die Verbindung der Segmente zur Walzenhülle der Hohlwalze einfach hergestellt werden.
Die Hohlwalze kann auf beiden Seiten an den offenen Enden durch jeweils einen auf der Welle gelagerten Seitenflansch verschlossen werden. Die Seitenflansche können an den Schenkeln der Segmente einfach dadurch befestigt werden, dass in den Seitenflanschen angeordnete Schrauben in Schraubkanäle der Schenkel eingeschraubt werden. Dazu können selbstschneidende Schrauben verwendet werden.
Um der Walze ein Wärmetransportmedium, z. B. gekühlte Luft, von innen zuführen zu können, können die Seitenflansche derart ausgeführt werden, dass sie die Kanäle nicht abdecken.
Der Wärmetransporteffekt kann dadurch erhöht werden, dass die Segmente in die Hohlwalze hinein ragende Rippen aufweisen.
Eine derart aufgebaute Walze kann auf einfache Weise dadurch gefertigt werden, dass die Segmente einzeln im Strangpressverfahren hergestellt werden und die Segmente an einander befestigt werden bis die Walzenhülle der Hohlwalze entsteht. Zwischen die Schenkel der Segmente werden zur Bildung der Kanäle anschließend die Abdeckbleche eingespannt. Die Hohlwalze wird schließlich an den offenen Enden mit den Seitenflanschen durch Verschraubung verschlossen. Die auf diese Weise hergestellte Walze kann auf eine Welle geschoben werden und am Einsatzort eingebaut werden. Bei der Herstellung der Walze müssen nur noch für die Segmente das Strangpressverfahren eingesetzt werden.
Deren Eigengewicht ist aber nicht so groß, dass Probleme nach dem Pressvorgang auftreten. Damit können die Segmente so erzeugt werden, wie es der Einsatz beim Wärmetransport erfordert.
Vorteilhaft einsetzbar ist die erfinderische Walze z. B. als Kühlwalze bei einem elektrografischen Digitaldrucker zur Kühlung des Bedruckstoffs nach der Fixierung von Tonerbildern, wobei die Walze am Ausgang einer Fixierstation angeordnet ist. Hier wird der Walze Kühlluft als Wärmetransportmedium zugeführt.
Vorteilhaft einsetzbar ist die erfinderische Walze zudem bei einem Inkjet-Digitaldrucker, bei dem der Bedruckstoff nach dem Auftragen der Tinte getrocknet werden muss. Hier kann als Wärmetransportmedium erwärmte Luft der Walze zugeführt werden.
Die erfindungsgemäße Walze hat somit die folgenden Vorteile:

– Eine bessere Wärmeleitung ist gegeben, da die Oberflächentemperatur der innen liegenden Wand der Walzenhülle bei gleichem Wärmefluss höher sein kann. Damit ist der Einsatz von Luft als Wärmetransportmedium effektiver.
– Die Rippengestaltung ist filigraner möglich, somit können mehr Rippen auf der Walzenhülle angebracht werden, wodurch die Oberfläche für den Wärmetransport erhöht wird.
– Geringere Herstellkosten der Walzenhülle, da die Segmente dünner sind und somit weniger Material für die Walze erforderlich ist. Ebenso ist die Matrize für die Herstellung kleiner und damit kostengünstiger.
– Da das Profil der Segmente kleiner ist und nicht so große Presskräfte erforderlich sind, kann auf kleineren Strangpressmaschinen gefertigt werden.
– Die Kanäle können kleiner ausgeführt werden. Dadurch sind kleinere Volumenströme bei gleichen Strömungsge schwindigkeiten möglich. Es können leistungsschwächere Lüfter zu Erzeugung eines Stroms aus Wärmetransportmedium eingesetzt werden.

An Hand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen:
1 ein Prinzipbild, das den Wärmetransport durch eine Wand darstellt;
2 einen Schnitt durch eine Walze;
3 eine Darstellung der Hohlwalze;
4 die Ansicht eines Segments;
5 die Verbindung zweier Segmente mit Realisierung der Kanäle;
6 der Aufbau der Walze ohne Welle.
Aus 1 ergibt sich ein Prinzipbild einer Wand W der Breite s, durch die Wärme transportiert werden soll. Für den Wärmetransport durch die Wand W gilt dann Q = λ/s·A(δ1 – δ2)
Wobei gilt:

Q: = Wärmestrom
λ: = Wärmeleitfähigkeit der Wand W
s: = Wanddicke
A: = Fläche der Wand
(δ1 – δ2): = Temperaturdifferenz

Daraus ergibt sich, wie der Wärmetransport durch die Wand W von deren Breite s abhängt. Je breiter die Wand W ausgeführt ist, umso kleiner ist der Wärmetransport durch die Wand W. Übertragen auf eine Walze, die einen Bedruckstoff kühlen oder erwärmen soll, wobei der Walze von innen ein entsprechendes Wärmetransportmedium zugeführt wird, bedeu tet dies, dass die Breite s der Wand W möglichst klein gehalten werden sollte. Dann aber treten bei der Herstellung des Hohlwalzenrohres im Strangpressverfahren die oben aufgeführten Probleme auf.
2 zeigt ein Walze, die nach der Erfindung aufgebaut ist und die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Diese Walze KW weist auf:

– Eine Hohlwalze 1 (3);
– Kanäle 2 (4);
– Seitenflansche 3 (6);
– Eine Welle 4, auf der die Hohlwalze 1 gelagert ist (2).

Die einzelnen Bestandteile der Walze KW werden nachfolgend an Hand der 3 bis 6 erläutert.
Der Aufbau der Hohlwalze 1 kann 3 entnommen werden. Diese weist auf

– Segmente 5, die die Walzenhülle 6 bilden und Kreisbogen förmig ausgeführt sind. Die Walzenhülle 6 ist aus Segmenten 5 zusammengesetzt, z. B. hier aus vier Segmenten 5. Die Segmente 5 erstrecken sich über die Breite der Hohlwalze 1, sie sind derart gestaltet, dass sie sich lückenlos aneinander fügen lassen. Die Segmente 5 sind im Ausführungsbeispiel mit Rippen 7 versehen. Die Segmente 5 enden auf beiden Seiten in Schenkeln 8, die sich ebenfalls über die Breite der Hohlwalze 1 erstrecken.
– Die Schenkel 8 eines Segments 5 sind so ausgeführt, dass sie sich an den Schenkel 8 des benachbart liegenden Segments 5 lückenlos anlegen lassen und sie sind so ausgebildet ist, dass die Schenkel 8 der benachbart liegenden Segmente 5 fest miteinander verbunden werden können (5).
– Die Schenkel 8 der Segmente 5 sind weiterhin derart ausgeführt, dass ein Abdeckblech 9 zwischen die Schenkel 8 jedes Segments 5 eingespannt werden kann. Damit werden Kanäle 2 gebildet bestehend aus einem Segment 5 mit den Schenkeln 8 und dem Abdeckblech 9. Bei der Ausführungsform der 3 sind somit vier Segmente 5 mit jeweils einem Kanal 2 vorgesehen, wobei jeder Kanal 2 getrennt mit einem Wärmetransportmedium versorgt werden kann.

Den Aufbau eines Segments 5 zeigt 4. Ein Segment 5 bildet jeweils einen Abschnitt der Walzenhülle 6. An dem Segment 5 können Rippen 7 angeordnet sein, die in 4 unterschiedliche Länge haben. An den beiden Enden des Segments 5 sind Schenkel 8 angeordnet, von denen der eine Schenkel 8 einen Zapfen 10 aufweist, der mit einer Nut 11 des benachbart liegenden Segments 5 zusammenwirkt und der andere Schenkel 8 eine Nut 11 vorsieht, die mit einem Zapfen 10 eines benachbarten Segments 5 zusammenwirkt. Weiterhin weist jeder Schenkel 8 einen Steg 12 auf, an dem das Abdeckblech 9 eingespannt werden kann. Zudem endet jeder Schenkel 8 in einem Schraubkanal 13. In die Schraubkanäle 13 können Schrauben eingeschraubt werden, z. B. um die Segmente 5 mit den Seitenflanschen 3 verschrauben zu können.
Aus 5 ergibt sich, wie zwei Segmente 5.1 und 5.2 miteinander verbunden werden können. Dazu wird nach 5 ein Nut und Feder-System verwendet bestehend aus der Nut 11 eines Segments 5 und einem Zapfen 10 des benachbart angeordneten Segments 5. Dazu ist nur erforderlich, dass die benachbart liegenden Segmente 5.1 und 5.2 ineinander geschoben werden. Weiterhin ist an dem Steg 12 das Abdeckblech 9 eingespannt, um den Kanal 2 zu bilden. Die Schenkel 8 enden in Schraubkanälen 13, in die Schrauben zur Befestigung der Seitenflansche 3 eingeschraubt werden können.
6 zeigt eine Hälfte der Walze KW im zusammengebauten Zustand. Die Hohlwalze 1 aus Segmenten 5 ist seitlich abgeschlossenen durch Seitenflansche 3, die durch Schrauben 14, die in die Schraubkanäle 13 eingeschraubt sind, mit den Schenkeln 8 der Segmente 5 verbunden sind. Dadurch entsteht eine Walze KW aus einer Hohlwalze 1, den Segmenten 5, den Abdeckblechen 9 und den Seitenflanschen 3. Die Seitenflansche 3 sind derart ausgeführt, dass sie die Kanäle 2 frei lassen. Somit kann ein Wärmetransportmedium durch die Kanäle 2 geführt werden. Als Wärmetransportmedium kann z. B. Umgebungsluft verwendet werden, die z. B. durch einen Lüfter in die Kanäle 2 geblasen wird.
Eine fertig montierte Walze KW zeigt die 2. Die Walze KW ist auf einer Welle 4 über Kugellager 15 gelagert. Der sonstige Aufbau der Walze KW kann 6 entnommen werden.
Die Herstellung der Walze KW kann in folgenden Schritten erfolgen:

– die Segmente 5 werden im Strangpressverfahren hergestellt;
– die Segmente 5 werden zur Walzenhülle 6 zusammengefügt;
– die Abdeckbleche 9 werden an den Stegen 12 der Schenkel 8 der Segmente 5 eingespannt, um die Kanäle 2 zu erzeugen;
– die Seitenflansche 3 werden mit den Schenkeln 8 verschraubt;
– die Hohlwalze 1 wird auf die Welle 4 geschoben.

Somit müssen nur die Segmente 5 durch das Strangpressverfahren erzeugt werden. Dabei können die Segmente 5 kleine Abmessungen aufweisen, also in kleiner Wandstärke hergestellt werden. Weiterhin können die Rippen 7 filigran ausgeführt werden. Eine Verformung der Segmente 5 nach Verlassen der Matrize tritt auch bei kleinen Abmessungen nicht mehr auf.

W: Wand
Q: Wärmetransport
s: Breite der Wand
λ: Wärmeleitfähigkeit der Wand W
A: Fläche der Wand W
Δ: Temperatur
KW: Walze
1: Hohlwalze
2: Kanal
3: Seitenflansch
4: Welle
5: Segment
6: Walzenhülle
7: Rippe
8: Schenkel
9: Abdeckblech
10: Zapfen
11: Nut
12: Steg
13: Schraubkanal
14: Schraube
15: Kugellager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 98/39691 A1 [0001, 0001]
- US 6246856 A [0001]
- DE 4235667 C1 [0003]
- US 5557388 A [0003]
- DE 3838021 C2 [0004]
- US 4959693 A [0004]
- EP 0758766 B1 [0004]
- US 5805969 [0004]
- DE 20119854 U1 [0004]
- US 6907220 B2 [0004]
- US 6567629 B2 [0004]

Claims

Walze zur Beeinflussung der Temperatur eines Bedruckstoffs bei einem Digitaldrucker, – bei der eine auf einer Welle (4) gelagerte Hohlwalze (1) vorgesehen ist, in der Kanäle (2) für ein Wärmetransportmedium angeordnet sind, – bei der die Walzenhülle (6) der Hohlwalze (1) aus Kreisbogen förmigen Segmenten (5) aufgebaut ist, die sich über die Breite der Hohlwalze (1) erstrecken, – bei der die Segmente (5) seitlich in Schenkeln (8) enden, wobei die Schenkel (8) derart ausgeführt sind, dass die Schenkel (8) benachbart liegender Segmente (5) mit einander verbindbar sind, – bei der die Kanäle (2) sich über die Breite der Hohlwalze (1) erstecken und jeweils aus den Segmenten (5) der Walzenhülle (6) und zwischen den Schenkeln (8) des jeweiligen Segments (5) eingespannten Abdeckblechen (9) aufgebaut sind.
Walze nach Anspruch 1, bei der die Schenkel (8) der Segmente (5) derart ausgeführt sind, dass sich die Segmente (5) lückenlos zur Walzenhülle (6) zusammen fügen lassen.
Walze nach Anspruch 2, bei der die Schenkel (8) derart ausgeführt sind, dass die Verbindung der Schenkel (8) benachbart liegender Segmente (5) nach dem Nut-Federsystem erfolgt.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Hohlwalze (1) auf beiden Seiten durch jeweils einen Seitenflansch (3) verschlossen ist.
Walze nach Anspruch 4, bei der die Schenkel (8) Schraubkanäle (13) aufweisen, bei der die Seitenflansche (3) jeweils durch in die Schraubkanäle (13) eingeschraubte Schrauben (14) mit den Schenkeln (8) verbunden sind.
Walze nach Anspruch 5, bei der die Verbindung durch selbstschneidende Schrauben (14) erfolgt.
Walze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die Seitenflansche (3) derart ausgeführt sind, dass sie die Kanäle (2) nicht abdecken.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente (5) in die Hohlwalze (1) hinein ragende Rippen (7) aufweisen.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schenkel (8) des jeweiligen Segments (5) über dessen Breite jeweils einen Steg (12) aufweisen, an dem das Abdeckblech (9) eingespannt ist.
Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente (5) nach dem Strangpressverfahren hergestellt sind.
Verwendung der Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem elektrografischen Digitaldrucker zur Kühlung des Bedruckstoffs am Ausgang einer Fixierstation, wobei der Walze (KW) als Wärmetransportmedium Kühlluft zugeführt wird.
Verwendung der Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei einem InkJet-Digitaldrucker zur Trocknung des Bedruckstoffs nach dem Auftragen von Tinte im Druckprozess, wobei der Walze (KW) als Wärmetransportmedium erwärmte Luft zugeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Walze (KW) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, – bei dem Kreisbogen förmige Segmente (5) durch das Strangpressverfahren hergestellt werden, – bei dem unter die Segmente (5) zur Erzeugung von Kanälen (2) Abdeckbleche (9) eingefügt werden, – bei dem die Segmente (5) zu einer Walzenhülle (6) einer Hohlwalze (1) zusammengefügt werden, – bei dem Seitenflansche (3) mit den Schenkeln (8) der Segmente (5) verschraubt werden derart, dass die Seitenflansche (3) die Hohlwalze (1) seitlich abdecken, wobei die Kanäle (2) frei bleiben und – bei der die Hohlwalze (1) auf eine Welle (4) aufgeschoben wird.