DE102010004707B4

DE102010004707B4 - Walzenanordnung mit einer in zumindest einer Platine elektrisch isoliert gelagerten Walze und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE102010004707B4
Application number: DE102010004707.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Maier Stefan; Otto Ferber
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2030-01-16
Also published as: DE102010004707A1

Abstract

Walzenanordnung mit einer zumindest in einer Platine elektrisch isoliert gelagerten Walze, bei der zwischen Walze (11) und der jeweiligen Platine (12, 13) als Lagerstelle (9, 10) jeweils ein Kugellager (17, 26) vorhanden ist, das Kugeln (17b, 26b), einen Käfig (17e, 26e) für die Kugeln (17b, 26b), einen Kugellageraußenring (17a, 16a) und einen Kugellagerinnenring (17c, 26c), zwischen denen der Käfig (17e, 26e) mit den Kugeln (17b, 26b) angeordnet ist, aufweist, wobei die Kugeln (17b, 26b) und der Käfig (17e, 26e) aus elektrisch isolierendem Material hergestellt sind, bei der das Kugellager (17, 26) durch zwischen dem Kugellageraußenring (17a; 26a) und dem Kugellagerinnenring (17c, 26c) beidseits angeordneten Dichtscheiben (17d, 26d) aus elektrisch isolierendem Material abgeschlossen ist, bei der der Kugellagerinnenring (17c, 26c) des Kugellagers (17, 26) an der Walze (11) mit Hilfe eines Druckrings (19, 25), der den Kugellagerinnenring (17c, 26c) an einer Ausnehmung der Walze (11) verspannt, befestigt ist, bei der der Kugellageraußenring (17a, 26a) des Kugellagers (17, 26) an der Platine (12, 13) auf der einen Seite mit einer an dem Kugellageraußenring (17a, 26a) anliegenden Dichtung (24) und auf der anderen Seite mit einem Haltemittel (21, 22) befestigt ist.

Description

Walzenanordnung mit einer in zumindest einer Platine elektrisch isoliert gelagerten Walze und ihre Verwendung Elektrografische Druck- oder Kopiergeräte sind bekannt, siehe z. B. WO 98/39691 A1 . 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.
Bei den elektrografischen Druckgeräten wird der Toner durch elektrische Feldkräfte bewegt und auf den Oberflächen von Transportwalzen gehalten. Durch mechanischen Kontakt oder über Luftspalte wird der Toner transportiert und schließlich auf Papier umgedruckt. Die an diesem Prozess beteiligten Transportwalzen müssen ein definiertes elektrisches Potential an ihrer Oberfläche aufweisen. Dieses Potential wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung, oftmals einer Hochspannung, erzeugt. Da die Transportwalzen z. B. in Platinen als Teil eines Gehäuses gelagert sind, z. B. des Gehäuses einer Entwicklerstation, sollte ein unerwünschter Übergang eines elektrischen Stroms von der Transportwalze auf die Platinen verhindert werden.
Bei der folgenden Erläuterung wird eine Walze mit Lagerung als Walzenanordnung bezeichnet.
Die Walzen sind in der Regel in Wälzlagern drehbar gelagert, in Platinen positioniert und nehmen oft erhebliche Kräfte auf. Die Platinen sind meist aus Metall hergestellt, die Walzen werden oftmals angetrieben. Bei derartigen Walzenanordnungen besteht das Problem, dass ein Stromfluss zwischen Walze und Platine verhindert werden muss, d. h. es ist eine elektrische Isolation zwischen Platine und Walze erforderlich.
In US 5,485,331 A sind Lösungsmöglichkeiten für die elektrische Isolation zwischen Walze und Platine beschrieben. Diese bestehen in der Regel aus elektrisch nicht leitenden Zwischenteilen, die z. B. aus Kunststoff oder Keramik gefertigt sind. Z. B. kann die Walze mit einem Kugellager in einer Platinen seitigen Kunststoffbuchse gelagert werden. Ebenso ist es möglich, eine Kunststoffbuchse Walzen seitig vorzusehen, auf der ein Kugellager montiert ist. Schließlich wird noch vorgeschlagen, die Kugeln des Kugellagers aus Keramik oder Kunststoff herzustellen. Die verschiedenen Lösungen können auch kombiniert werden. Ein Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass die mit diesen Lösungen erreichbare elektrische Isolation zwischen Walze und Platine dann nicht ausreichend ist, wenn an die Walze eine Hochspannung angelegt wird, wie dies bei Transportwalzen für Toner in elektrografischen Druckgeräten der Fall ist. Bei US 5,485,331 A werden für derart hohe Spannungen elektrische Isolationen auch nicht angestrebt, da über die Lagerung statische Ladungen abgebaut werden sollen.
DE 690 16 321 T2 beschreibt ein elektrisch isolierendes Lager mit einem Wälzelement, das zwischen einem Außenring und einem Innenring angeordnet ist. Das Wälzelement besteht aus Innenring, Außenring, Käfig und Kugeln, die jeweils aus Metall hergestellt sind. Um den Anker vom Motor elektrisch zu isolieren, ist zwischen Außenring und Motor ein isolierender Dünnfilm angeordnet. Der Dünnfilm umschließt den Außenring des Wälzelements.
US 7 071 834 B2 offenbart eine Anordnung zur Überprüfung der Arbeitsbedingungen einer Lagerstelle mit einem Kugellagers bezüglich des Vorliegens von Schmiermittel im Lager. Die Bestandteile des Kugellagers, das zwischen einem Gehäuse und einer Spindel angeordnet ist, können aus Keramik oder Metall gefertigt sein. An die Lagerstelle wird eine elektrische Spannung angelegt und der Widerstand über die Lagerstelle wird geprüft. Der Widerstand ist groß, wenn genügend Schmiermittel in der Lagerstelle vorhanden ist.
US 6 710 487 B2 beschreibt einen Präzisionsmotor z. B. für ein Galvanometer. Die Lagerstellen des Motors weisen Kugellager auf, deren Bestandteile aus Keramik bestehen. Dadurch weist die Lagerstelle nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf.
Aus US 1 579 798 A ergibt sich eine Lagerstelle mit einem Kugellager mit Außenring, Innenring, Käfig und Kugeln. Um Geräusche aus der Lagerstelle zu dämpfen, ist im Innenring und Außenring eine Schicht aus dämpfendem Material angeordnet.
Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Walzenanordnung mit einer zumindest in einer Platine gelagerten Walze anzugeben, bei der zwischen Walze und Platine ein elektrischer Widerstand von mindestens 10⁹ Ohm bestehen bzw. ein elektrischer Überschlag bis 5 kV sicher ausgeschlossen sein soll. Eine solche Walzenanordnung soll insbesondere die Anforderungen erfüllen, die beim Tonertransport bei elektrografischen Druckgeräten auftreten.
Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Walzenanordnung sieht eine Lagerstelle zwischen Walze und der jeweiligen Platine bevorzugt mit einem Kugellager vor, die derart ausgeführt ist, dass die Walze von der Platine elektrisch isoliert ist und dabei über die Lagerstelle ein elektrischer Widerstand von größer 10⁹ Ohm zwischen Walze und Platine vorliege, und ein elektrischer Überschlag über bestehende Luftspalte bis 5 kV ausgeschlossen ist. Das Kugellager kann dazu aus elektrisch isolierendem Material hergestellt sein.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Walzenanordnung hat folgende Vorteile.

– Es sind keine zusätzlichen Bauteile aus isolierendem Material erforderlich, es werden nur die für die Lagerstelle, insbesondere für das Kugellager, erforderlichen Bauteile verwendet.
– Es wird darum kein zusätzlicher Bauraum für die Lagerstelle benötigt, eine kompakte Konstruktion ist möglich.
– Es werden hohe mechanische Tragfähigkeiten erzielt.
– Es werden höhere Genauigkeiten erreicht.
– Probleme durch unterschiedliche thermische Ausdehnung und ein Fließen unter Belastung treten nicht auf.
– Zusätzlich Bauteile und deren Montage entfallen, somit ist eine Kostenersparnis gegeben.
– Das Kugellager kann einen handelsübliche Kugellagerinnenring und Kugellageraußenring aufweisen, damit ist auch ein kostengünstiger Aufbau der Lager gegeben.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Walzenanordnung, bei der eine Walze in zwei Platinen gelagert ist,
2 der Aufbau der Lagerung der Walze in einer von zwei Platinen;
3 der Aufbau der Lagerung der Walze in der anderen Platine, wobei auf dieser Seite zusätzlich ein Motorantrieb für die Walze angeordnet ist.
Aus 1 ergibt sich eine prinzipielle Darstellung einer Walzenanordnung mit einer Walze 11, die im Ausführungsbeispiel in Platinen 12, 13 gelagert ist; eine Lagerung in nur einer Platine wäre auch möglich. Die Walze 11 wird im Ausführungsbeispiel durch einen Antriebsmotor 14 über eine Kupplung 15 angetrieben. Die Walze 11 ist in Lagerstellen 9, 10 gelagert, die jeweils unter Verwendung von Kugellagern 17, 26 ausgeführt sind. Die Walze 11 ist zudem an ein elektrisches Potential über einen Schleifkontakt 16 gelegt, wobei der Schleifkontakt 16 an der Platine 12 durch ein Befestigungsteil 18 befestigt ist.
2 zeigt die Lagerstelle 9 in der Platine 12. Als Lagerstelle 9 ist ein Kugellager 17, eine Tellerfeder 21, eine Scheibe 22 und einen Dichtung 24 vorgesehen. Das Kugellager 17 weist Kugeln 17b, einen Käfig 17e, einen Kugellageraußenring 17a, einen Kugellagerinnenring 17c und Dichtscheiben 17d auf. Zusätzlich ist in dem Kugellager 17 Schmierstoff 17f vorgesehen.
Das Kugellager 17 ist beidseits durch die Dichtscheiben 17d abgeschlossen. Der Kugellageraußenring 17a ist in der Platine 12 befestigt. Dazu verspannen Tellerfedern 21 über eine Scheibe 22 den Kugellageraußenring 17a in der Platine 12. Mit einem Druckring 19 und der Kontaktschraube 20 wird der Kugellagerinnenring 17c auf der Walze 11 festgelegt. Dazu weist die Walze 11 eine Ausnehmung auf, gegen deren Rand der Kugellagerinnenring 17c gespannt wird. Das elektrische Potential wird über das Befestigungsteil 18 dem Schleifkontakt 16 zugeführt, der an der Kontaktschraube 20 anliegt, die in die Walze 11 eingeschraubt ist. Um einen elektrischen Kontakt zur Platine 12 zu vermeiden, ist zwischen Befestigungsteil 18 und Platine 12 eine elektrische Isolation 23 eingefügt.
Um eine elektrische Isolation zwischen Platine 12 und Walze 11 zu erreichen, d. h. um zu verhindern, dass ein elektrischer Strom zur Platine 12 fließt, ist die Lagerstelle 9 elektrisch isolierend ausgeführt:

– Die Materialien und die Lage der Bestandteile der Lagerstelle 9 sind so realisiert, dass mechanisch verbundene metallische Teile unterschiedlicher Spannung durch elektrisch isolierende Bauteile (Keramik, Kunststoff) getrennt sind, die eine Durchschlagfestigkeit von mindestens 5 kV sicher stellen. Hierfür sollte der elektrische Widerstand mindestens 10⁹ Ohm betragen.
– Nicht verbundene metallische Teile unterschiedlicher Spannung müssen einen hinreichend großen Abstand voneinander einhalten, so dass ein elektrischer Überschlag über Kriechstrecken in Luft bis 5 kV sicher ausgeschlossen ist. Der Abstand könnte z. B. größer 5 mm in Luft betragen.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die Lagerstelle 9 mit dem Kugellager 17 folgendermaßen ausgeführt:

– Der Kugellageraußenring 17a und der Kugellagerinnenring 17c können aus Metall bestehen; über die Baugröße des Kugellagers kann eine elektrische Entladung durch die Luft bis 5 kV ausgeschlossen werden.
– Die Kugeln 17b sind aus elektrisch isolierendem Material z. B. Keramik hergestellt.
– Die Dichtscheiben 17d und der Kugellagerkäfig 17e sind elektrisch isolierend, z. B. in Kunststoff, ausgeführt.
– Der Schmierstoff ist elektrisch isolierend.

Weiterhin ist die Scheibe 22 elektrisch isolierend ausgeführt, zudem der Druckring 19. Somit ist ein Stromfluss über die Tellerfedern 21 und die Scheibe 22 zur Platine 12 ausgeschlossen. Zusätzlich ist ein elektrischer Überschlag durch die Luft zum Kugellagerinnenring 17c dadurch unterbunden worden, dass ein Luftspalt zum Kugellagerinnenring 17c vorgesehen ist.
Elektrisch isolierend heißt, dass diese Teile einen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁹ Ohm aufweisen. Damit ist der elektrischer Stromfluss durch das Kugellager 17 ausgeschlossen.
Die auf der anderen Seite des Kugellagers 17 zu dessen Abdichtung angeordnete Dichtung 24 ist ebenfalls aus elektrisch isolierenden Material hergestellt.
Damit ist für die Lagerstelle 9 gewährleistet, dass kein elektrischer Stromfluss über die Lagerstelle 9 möglich ist. Dabei werden insbesondere nur die Bestandteile des Kugellagers 17 herangezogen und keine zusätzlichen Bestandteile verwendet.
3 zeigt die Lagerstelle 10 in der Platine 13. Die Lagerstelle 10 weist ein Kugellager 26 und eine Dichtung 24 auf. Das Kugellager 26 ist entsprechend dem Kugellager 17 in 2 ausgeführt. Es weist als Bestandteile einen Kugellagerinnenring 26c, einen Kugellageraußenring 26a, Kugeln 26b, einen Käfig 26e und Dichtscheiben 26d auf. Diese Bestandteile 26a bis 26d sind entsprechend den Bestandteilen 17a bis 17d realisiert, auf 2 wird insofern verwiesen. Über die Kupplung 15 und ein Abstandsrohr 25 wird der Kugellagerinnenring 26c auf der Walze 11 festgelegt. Ein Unterschied zu 2 liegt somit darin, dass statt eines Druckrings 19 das Abstandsrohr 25 verwendet wird, das wegen des Antriebsmotors 14 und der Kupplung 15 erforderlich ist. Das Abstandsrohr 25 ist derart eingefügt, dass es einen hinreichend großen Abstand zur Platine 13 hat, so dass ein elektrischer Überschlag durch die Luft zur Platine 13 verhindert wird. Der Kugellageraußenring 26a liegt in einer Ausnehmung der Platine 13. Das Kugellager 26 ist durch die Dichtung 24 aus elektrisch isolierendem Material abgedichtet.
Die Erfindung ist für den Fall beschrieben worden, dass die Walze 11 in zwei Platinen 12, 13 gelagert ist. Die Lagerung der Walze in nur einer Platine ist ebenso möglich, z. B. nur in der Platine 12 oder 13.
Statt eines Kugellagers kann z. B. als Lager auch ein Gleitlager oder Pendellager verwendet werden.
Bezugszeichenliste

9: Lagerstelle
10: Lagerstelle
11: Walze
12: Platine
13: Platine
14: Antriebsmotor
15: Kupplung
16: Schleifkontakt
17: Kugellager
17a: Kugellageraußenring
17b: Kugeln
17c: Kugellagerinnenring
17d: Dichtscheibe
17e: Kugellagerkäfig
17f: Schmierstoff
18: Befestigungsteil
19: Druckring
20: Kontaktschraube
21: Tellerfeder
22: Scheibe
23: Isolation
24: Dichtung
25: Abstandsrohr
26: Kugellager
26a: Kugellageraußenring
26b: Kugeln
26c: Kugellagerinnenring
26d: Dichtscheibe
26e: Kugellagerkäfig
26f: Schmierstoff

Claims

Walzenanordnung mit einer zumindest in einer Platine elektrisch isoliert gelagerten Walze, bei der zwischen Walze (11) und der jeweiligen Platine (12, 13) als Lagerstelle (9, 10) jeweils ein Kugellager (17, 26) vorhanden ist, das Kugeln (17b, 26b), einen Käfig (17e, 26e) für die Kugeln (17b, 26b), einen Kugellageraußenring (17a, 16a) und einen Kugellagerinnenring (17c, 26c), zwischen denen der Käfig (17e, 26e) mit den Kugeln (17b, 26b) angeordnet ist, aufweist, wobei die Kugeln (17b, 26b) und der Käfig (17e, 26e) aus elektrisch isolierendem Material hergestellt sind, bei der das Kugellager (17, 26) durch zwischen dem Kugellageraußenring (17a; 26a) und dem Kugellagerinnenring (17c, 26c) beidseits angeordneten Dichtscheiben (17d, 26d) aus elektrisch isolierendem Material abgeschlossen ist, bei der der Kugellagerinnenring (17c, 26c) des Kugellagers (17, 26) an der Walze (11) mit Hilfe eines Druckrings (19, 25), der den Kugellagerinnenring (17c, 26c) an einer Ausnehmung der Walze (11) verspannt, befestigt ist, bei der der Kugellageraußenring (17a, 26a) des Kugellagers (17, 26) an der Platine (12, 13) auf der einen Seite mit einer an dem Kugellageraußenring (17a, 26a) anliegenden Dichtung (24) und auf der anderen Seite mit einem Haltemittel (21, 22) befestigt ist.
Walzenanordnung nach Anspruch 1, bei der das Haltemittel (17, 26) eine Scheibe (22) aus elektrisch isolierendem Material und Tellerfedern (21) vorsieht, wobei die in der Platine (12) abgestützten Tellerfedern (21) mittels Federkraft die Scheibe (22) gegen den Kugellageraußenring (17a) andrücken.
Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der einer der Druckringe (15) durch eine Kontaktschraube (20) abgestützt ist.
Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der als Haltemittel eine Ausnehmung in der Platine (13) vorhanden ist, an der sich der Kugellageraußenring (26a) des Kugellagers (26) abstützt.
Walzenanordnung nach Anspruch 4, bei der einer der Druckringe (25) ein Abstandsrohr ist.
Walzenanordnung nach Anspruch 3, bei der in der einen Platine (12) ein elektrisch isolierter mit einer Spannungsquelle verbundener Schleifkontakt (16) angeordnet ist, der an der in der Walze (11) angeordneten Kontaktschraube (20) federnd anliegt.
Walzenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der im Kugellager (17, 26) Schmierstoff (17f, 26f) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist.
Walzenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zwischen Walze (11) und der jeweiligen Platine (12, 13) vorgesehene Lagerstelle (9, 10) derart ausgeführt ist, dass die Walze (11) von der Platine (12, 13) elektrisch isoliert ist und dabei über die Lagerstelle (9, 10) ein elektrischer Widerstand von größer 10⁹ Ohm zwischen Walze (11) und Platine (12, 13) vorliegt und ein elektrischer Überschlag über bestehende Kriechstrecken in Luft zwischen Walze (11) und Platine (12, 13) bis 5 kV ausgeschlossen ist.
Verwendung der Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Transportwalze für Toner beim Druckprozess eines elektrografischen Druckgeräts.