DE102009009297B4 - Walze zur Beeinflussung der Temperatur eines Bedruckstoffs bei einem Digitaldrucker - Google Patents
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Abstract
– 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 kreisbogenförmigen 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) miteinander verbindbar sind, und
– bei der die Kanäle (2) sich über die Breite der Hohlwalze (1) erstrecken und jeweils aus den Segmenten (5) der Walzenhülle (6) und zwischen den Schenkeln (8) des jeweiligen Segments (5) eingespannten Abdeckblechen (9) aufgebaut sind.
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 kannWO 98/39691 A1 - 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 Öffnung 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. - Aus
US 2008/0267651 A1 - Aus
DE 102 27 953 A1 ergibt sich eine Transferwalze, die gekühlt werden kann. Die Transferwalze weist eine Hohlwalze mit innen liegenden Rippen auf. Durch die Hohlwalze wird zur Kühlung ein Luftstrom hindurchgeführt. Die Hohlwalze mit den Rippen ist ebenfalls in einem Stück gefertigt. -
US 4 127 764 A beschreibt eine Heizwalze. Diese besteht aus einer Hohlwalze, die auf einer Welle gelagert ist. Zwischen der Hohlwalze und der Welle sind Rippen angeordnet, die an den Enden entgegengesetzt ausgerichtete Flansche aufweisen, die derart gestaltet sind, dass die Rippen aneinander anliegend angeordnet werden können. Die Rippen dienen dazu, Wärme von der Welle zur Hohlwalze zu führen. - 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 eingespannt 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 Strömungsgeschwindigkeiten 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 dannQ = 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, bedeutet 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 Hohlwalze1 gelagert ist (2 ). - Die einzelnen Bestandteile der Walze KW werden nachfolgend an Hand der
3 bis6 erläutert. - Der Aufbau der Hohlwalze
1 kann3 entnommen werden. Diese weist auf - – Segmente
5 , die die Walzenhülle6 bilden und Kreisbogen förmig ausgeführt sind. Die Walzenhülle6 ist aus Segmenten5 zusammengesetzt, z. B. hier aus vier Segmenten5 . Die Segmente5 erstrecken sich über die Breite der Hohlwalze1 , sie sind derart gestaltet, dass sie sich lückenlos aneinander fügen lassen. Die Segmente5 sind im Ausführungsbeispiel mit Rippen7 versehen. Die Segmente5 enden auf beiden Seiten in Schenkeln8 , die sich ebenfalls über die Breite der Hohlwalze1 erstrecken. - – Die
Schenkel
8 eines Segments5 sind so ausgeführt, dass sie sich an den Schenkel8 des benachbart liegenden Segments5 lückenlos anlegen lassen und sie sind so ausgebildet ist, dass die Schenkel8 der benachbart liegenden Segmente5 fest miteinander verbunden werden können (5 ). - – Die
Schenkel
8 der Segmente5 sind weiterhin derart ausgeführt, dass ein Abdeckblech9 zwischen die Schenkel8 jedes Segments5 eingespannt werden kann. Damit werden Kanäle2 gebildet bestehend aus einem Segment5 mit den Schenkeln8 und dem Abdeckblech9 . Bei der Ausführungsform der3 sind somit vier Segmente5 mit jeweils einem Kanal2 vorgesehen, wobei jeder Kanal2 getrennt mit einem Wärmetransportmedium versorgt werden kann. - Den Aufbau eines Segments
5 zeigt4 . Ein Segment5 bildet jeweils einen Abschnitt der Walzenhülle6 . An dem Segment5 können Rippen7 angeordnet sein, die in4 unterschiedliche Länge haben. An den beiden Enden des Segments5 sind Schenkel8 angeordnet, von denen der eine Schenkel8 einen Zapfen10 aufweist, der mit einer Nut11 des benachbart liegenden Segments5 zusammenwirkt und der andere Schenkel8 eine Nut11 vorsieht, die mit einem Zapfen10 eines benachbarten Segments5 zusammenwirkt. Weiterhin weist jeder Schenkel8 einen Steg12 auf, an dem das Abdeckblech9 eingespannt werden kann. Zudem endet jeder Schenkel8 in einem Schraubkanal13 . In die Schraubkanäle13 können Schrauben eingeschraubt werden, z. B. um die Segmente5 mit den Seitenflanschen3 verschrauben zu können. - Aus
5 ergibt sich, wie zwei Segmente5.1 und5.2 miteinander verbunden werden können. Dazu wird nach5 ein Nut und Feder-System verwendet bestehend aus der Nut11 eines Segments5 und einem Zapfen10 des benachbart angeordneten Segments5 . Dazu ist nur erforderlich, dass die benachbart liegenden Segmente5.1 und5.2 ineinander geschoben werden. Weiterhin ist an dem Steg12 das Abdeckblech9 eingespannt, um den Kanal2 zu bilden. Die Schenkel8 enden in Schraubkanälen13 , in die Schrauben zur Befestigung der Seitenflansche3 eingeschraubt werden können. -
6 zeigt eine Hälfte der Walze KW im zusammengebauten Zustand. Die Hohlwalze1 aus Segmenten5 ist seitlich abgeschlossenen durch Seitenflansche3 , die durch Schrauben14 , die in die Schraubkanäle13 eingeschraubt sind, mit den Schenkeln8 der Segmente5 verbunden sind. Dadurch entsteht eine Walze KW aus einer Hohlwalze1 , den Segmenten5 , den Abdeckblechen9 und den Seitenflanschen3 . Die Seitenflansche3 sind derart ausgeführt, dass sie die Kanäle2 frei lassen. Somit kann ein Wärmetransportmedium durch die Kanäle2 geführt werden. Als Wärmetransportmedium kann z. B. Umgebungsluft verwendet werden, die z. B. durch einen Lüfter in die Kanäle2 geblasen wird. - Eine fertig montierte Walze KW zeigt die
2 . Die Walze KW ist auf einer Welle4 über Kugellager15 gelagert. Der sonstige Aufbau der Walze KW kann6 entnommen werden. - Die Herstellung der Walze KW kann in folgenden Schritten erfolgen:
- – die
Segmente
5 werden im Strangpressverfahren hergestellt; - – die
Segmente
5 werden zur Walzenhülle6 zusammengefügt; - – die
Abdeckbleche
9 werden an den Stegen12 der Schenkel8 der Segmente5 eingespannt, um die Kanäle2 zu erzeugen; - – die
Seitenflansche
3 werden mit den Schenkeln8 verschraubt; - – die
Hohlwalze
1 wird auf die Welle4 geschoben. - Somit müssen nur die Segmente
5 durch das Strangpressverfahren erzeugt werden. Dabei können die Segmente5 kleine Abmessungen aufweisen, also in kleiner Wandstärke hergestellt werden. Weiterhin können die Rippen7 filigran ausgeführt werden. Eine Verformung der Segmente5 nach Verlassen der Matrize tritt auch bei kleinen Abmessungen nicht mehr auf. - Bezugszeichenliste
-
- 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
Claims (13)
- 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 kreisbogenförmigen 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 ) miteinander verbindbar sind, und – bei der die Kanäle (2 ) sich über die Breite der Hohlwalze (1 ) erstrecken 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 einem 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 kreisbogenförmige Segmente (
5 ) durch ein 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.
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