DE102012103338A1 - Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers und zugehöriger Digitaldrucker mit Mischbehälter - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers (10) umfasst mehrere Entwicklerstationen (EWS1, EWS2), die aus einem Mischbehälter (130) mit Flüssigentwickler versorgt werden. Die Anzahl der am Drucken beteiligten Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) ist vom jeweiligen Druckbetriebsmodus (A, B, C) abhängig. Abhängig von diesem Betriebsmodus (A, B, C) wird der Füllstand (FL) von Flüssigentwickler im Mischbehälter (130) durch eine Regeleinrichtung konstant gehalten und der Regeleinrichtung wird ein unterschiedlicher Betriebsmodus-Sollwert (FLset1 bis FLset5) für den Füllstand (FL) vorgegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Tonerpartikel, die mit Hilfe eines Flüssigentwicklers aufgetragen werden, insbesondere einen Hochgeschwindigkeitsdrucker zum Bedrucken von bahn- oder bogenförmigen Aufzeichnungsträgern. Ferner betrifft die Erfindung einen Digitaldrucker zum Ausführen des Verfahrens.
• Bei solchen Digitaldruckern wird ein latentes Ladungsbild eines Ladungsbildträgers mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mittels Elektrophorese eingefärbt. Das so entstandene Tonerbild wird mittelbar über ein Transferelement oder unmittelbar auf den Aufzeichnungsträger übertragen. Der Flüssigentwickler weist in einem gewünschten Verhältnis Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit auf. Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise Mineralöl verwendet. Um die Tonerpartikel mit einer elektrostatischen Ladung zu versehen, werden dem Flüssigentwickler Ladungssteuerstoffe hinzugefügt. Zusätzlich werden weitere Additive zugegeben, um beispielsweise die gewünschte Viskosität oder ein gewünschtes Trocknungsverhalten des Flüssigentwicklers zu erhalten.
• Solche Digitaldrucker sind schon lange bekannt, beispielsweise aus DE 10 2010 015 985 A1 , DE 10 2008 048 256 A1 oder DE 10 2009 060 334 A1 .
• Aus dem Dokument US 2011/0286757 A1 (entsprechend DE 10 2010 017 005 A1 ) ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Tonerkonzentration und die Füllhöhe in einem Mischbehälter durch eine Regelanordnung auf entsprechende Sollwerte geregelt werden. Der Sollwert für die Füllhöhe ist für alle Betriebsmodi des Druckers gleich und hat bezogen auf die maximale Füllhöhe des Mischbehälters einen relativ hohen Wert. Der Mischbehälter muss beispielsweise auch im Betriebsfall ohne aktive Entwicklerstation die gesamte Entwicklerflüssigkeit der an ihm angeschlossenen Entwicklerstationen aufnehmen können, wozu er in seinem Volumen relativ groß ausgelegt sein muss. Bei unterschiedlichen Betriebsmodi müssen zudem große Volumina an Entwicklerflüssigkeit mit Hilfe der Regelanordnung umgepumpt werden, was für den gesamten Regelvorgang, die Tonerkonzentrationsregelung und damit für die Druckqualität problematisch sein kann.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen Digitaldrucker anzugeben, bei dem für unterschiedliche Betriebsmodi eine gleichmäßige Versorgung der Entwicklerstationen mit Entwicklerflüssigkeit und ein qualitativ hochwertiges Druckergebnis erreicht werden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
• Beim Verfahren nach der Erfindung zum Betreiben eines Digitaldruckers zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mit Tonerpartikel werden diese mit Hilfe eines Flüssigentwicklers aufgetragen. Ein solcher Digitaldrucker umfasst als Hochgeschwindigkeitsdrucker ein oder mehrere Entwicklerstationen jeweils gleicher Tonerfarbe, die aus einem gemeinsamen Mischbehälter mit Flüssigentwickler übereinstimmender Tonerfarbe versorgt werden. Während des Betriebs des Digitaldruckers ist der Füllstand im Mischbehälter konstant zu halten, so dass stabile Betriebsbedingungen für die erforderliche Tonerkonzentrations-Regelung und die gleichmäßige Versorgung der angeschlossenen Entwicklerstationen erreicht wird. Aus dem Mischbehälter werden aus wirtschaftlichen Gründen eine oder mehrere Entwicklerstationen gespeist, wobei die Anzahl der am Drucken beteiligten Entwicklerstationen vom jeweiligen Druckbetriebsmodus abhängig ist. Je nach dem, wie viele Entwicklerstationen zum Drucken benötigt werden, ändert sich der Füllstand im Behälter, da der nicht am Druckprozess beteiligte Flüssigentwickler in den Mischbehälter über ein Rohrsystem zurückgepumpt werden muss. Der Füllstand im Behälter ist am höchsten, wenn keine Entwicklerstation im Betrieb ist und am niedrigsten, wenn alle angeschlossenen Entwicklerstationen aktiv sind. Auch dann, wenn keine Entwicklerstation aktiv ist, ist eine Füllstandsregelung sinnvoll, denn in diesem Zustand wird häufig die Tonerkonzentration über die Zuführung von Tonerkonzentrat eingestellt, wozu der Füllstand einen vorbestimmten Wert einhalten soll. Das Volumen des Mischbehälters muss so ausgelegt werden, dass der in allen angeschlossenen Entwicklerstationen befindliche Flüssigentwickler aufgenommen werden kann.
• Gemäß der Erfindung werden für die verschiedenen Betriebsmodi unterschiedliche Betriebsmodus-Sollwerte für den Füllstand der Regeleinrichtung vorgegeben. Wenn alle Entwicklerstationen am Druckbetrieb teilnehmen und somit alle aus dem Mischbehälter mit Flüssigentwickler versorgt werden müssen, so reicht ein niedriger Sollwert für den Füllstand aus. Dieser sollte noch so hoch sein, dass der Mischbehälter auch bei hohem Flüssigentwicklerverbrauch nicht leer läuft oder Luftbläschen in das Rohrsystem gelangen. Wenn keine der angeschlossenen Entwicklerstationen aktiv ist, so ist der Sollwert auf den höchsten Füllstand einzustellen, bei dem sichergestellt ist, dass der Mischbehälter nicht überläuft und Flüssigentwickler verschwendet wird. Bei einer Änderung des Betriebsmodus wird gemäß der Erfindung der Betriebsmodus-Sollwert an die aktuelle Betriebssituation angepasst, so dass die Regeleinrichtung den Füllstand für diesen Betriebsmodus einregelt. Auf diese Weise sind die Regelbewegungen und das Umpumpen von Flüssigentwickler minimiert, wodurch die Qualität der erforderlichen Tonerkonzentrationsregelung und damit die Druckqualität verbessert ist.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel folgt der eingestellte Betriebsmodus-Sollwert während einer Übergangszeit einer Führungsgröße, durch die ein abrupter Übergang des Füllstandes zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsmodi vermieden wird. Das Verhalten der Führungsgröße über die Zeit wird so gewählt, dass ein Überschwingen der Regelung des Füllstandes und/oder eine Überlastung der Stellglieder, im allgemeinen Pumpen und Ventile, vermieden wird. Vorzugsweise wird die Führungsgröße so eingestellt, dass sich ein zeitoptimales Einschwingen der Füllhöhe auf den neuen Sollwert ergibt.
• Es ist vorteilhaft, wenn die Führungsgröße einem zeitlichen Verlauf in Form einer Rampe mit vorgegebener konstanter Steigung oder konstanter Neigung je Zeiteinheit folgt. Die Steigung oder Neigung der Rampe kann durch Einmessen beim Betrieb des Digitaldruckers ermittelt werden. Hierbei kann das Zeitverhalten der Pumpen und der Ventile berücksichtigt werden.
• Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Steigung und/oder die Neigung der Rampe abhängig vom vorherigen Betriebsmodus und des aktuellen Betriebsmodus eingestellt wird. Die zu den verschiedenen Betriebsmodi gehörenden Betriebsmodus-Sollwerte können unterschiedliche Differenz-Füllstände haben. Die genannten Maßnahmen berücksichtigen dies bei der einzustellenden Steigung und/oder Neigung der Rampe beim Übergang zu einem neuen Betriebsmodus unter Berücksichtigung der maximalen Pumpleistung des Stellgliedes.
• Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abweichung von Istwert und Führungsgröße während der Übergangszeit ermittelt wird und bei Überschreitung eines voreingestellten Maximalwerts der Abweichung ein Warnsignal erzeugt wird. Beispielsweise beim Ausfall einer Pumpe kann das Stellglied innerhalb der Regeleinrichtung nicht mehr in der vorgegebenen Zeit den für den eingestellten Betriebsmodus zugehörigen Betriebsmodus-Sollwert erreichen, so dass sich eine Abweichung einstellt. Wenn der Maximalwert der Abweichung überschritten wird, so lässt sich dies als ein Fehler im System deuten und kann als Warnsignal signalisiert werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Digitaldrucker zum Drucken eines Aufzeichnungsträgers angegeben. Die mit diesem Digitaldrucker erzielbaren technischen Wirkungen entsprechen denen, die weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben worden sind.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Ansicht eines Digitaldruckers bei einer beispielhaften Konfiguration des Digitaldruckers,
• 2 einen schematischen Aufbau eines Druckwerks des Digitaldruckers nach 1,
• 3 ein Blockschaltbild für die Füllstandsregelung mit Sollwertumschaltung,
• 4 schematisch einen Betriebsmodus mit inaktiven Entwicklerstationen,
• 5 einen Betriebsmodus mit nur einer aktivierten Entwicklerstation,
• 6 einen Betriebsmodus mit zwei aktivierten Entwicklerstationen,
• 7 den Verlauf von Führungsgrößen, Sollwerten und Istwerten bei verschiedenen Betriebsmodi,
• 8 den Verlauf von Führungsgröße, Sollwert und Istwert beim Ausfall einer Pumpe, und
• 9 eine Tabelle, die Sollwerte und Parameter beim Umschalten auf verschiedene Betriebsmodi zeigt.
• Gemäß 1 weist ein Digitaldrucker 10 zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers 20 ein oder mehrere Druckwerke 11a–11d und 12a–12d auf, die ein Tonerbild (Druckbild 20'; siehe 2) auf den Aufzeichnungsträger 20 drucken. Als Aufzeichnungsträger 20 wird – wie dargestellt – ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 20 von einer Rolle 21 mit Hilfe eines Abwicklers 22 abgewickelt und dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In einer Fixiereinheit 30 wird das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert. Anschließend kann der Aufzeichnungsträger 20 auf eine Rolle 28 mit Hilfe eines Aufwicklers 27 aufgewickelt werden. Eine solche Konfiguration wird auch als Rolle-Rolle-Drucker bezeichnet.
• In der in 1 dargestellten, bevorzugten Konfiguration wird der bahnförmige Aufzeichnungsträger 20 mit vier Druckwerken 11a bis 11d auf der Vorderseite und mit vier Druckwerken 12a bis 12d auf der Rückseite vollfarbig bedruckt (eine sogenannte 4/4-Konfiguration). Hierzu wird der Aufzeichnungsträger 20 von dem Abwickler 22 von der Rolle 21 abgewickelt und über ein optionales Konditionierwerk 23 dem ersten Druckwerk 11a zugeführt. In dem Konditionierwerk 23 kann der Aufzeichnungsträger 20 mit einem geeigneten Stoff vorbehandelt oder beschichtet werden. Als Beschichtungsstoff (auch als Primer bezeichnet) können vorzugsweise Wachs oder chemisch gleichwertige Stoffe verwendet werden.
• Dieser Stoff kann vollflächig oder nur auf die später zu bedruckenden Stellen des Aufzeichnungsträgers 20 aufgetragen werden, um den Aufzeichnungsträger 20 für das Bedrucken vorzubereiten und/oder das Saugverhalten des Aufzeichnungsträgers 20 beim Aufbringen des Druckbildes 20' zu beeinflussen. Damit wird verhindert, dass die später aufgebrachten Tonerpartikel oder die Trägerflüssigkeit nicht zu sehr in den Aufzeichnungsträger 20 eindringen, sondern im Wesentlichen an der Oberfläche verbleiben (Farb- und Bildqualität wird dadurch verbessert).
• Anschließend wird der Aufzeichnungsträger 20 zunächst der Reihe nach den ersten Druckwerken 11a bis 11d zugeführt, in denen nur die Vorderseite bedruckt wird. Jedes Druckwerk 11a–11d bedruckt den Aufzeichnungsträger 20 üblicherweise in einer anderen Farbe oder auch mit anderem Tonermaterial, wie z.B. MICR-Toner, der elektromagnetisch gelesen werden kann.
• Nach dem Bedrucken der Vorderseite wird der Aufzeichnungsträger 20 in einer Wendeeinheit 24 gewendet und den restlichen Druckwerken 12a–12d zum Bedrucken der Rückseite zugeführt. Optional kann im Bereich der Wendeeinheit 24 ein weiteres Konditionierwerk (nicht dargestellt) angeordnet sein, durch das der Aufzeichnungsträger 20 für den Rückseitendruck vorbereitet wird, wie beispielsweise ein Anfixieren (teilweises Fixieren) oder sonstiges Konditionieren des zuvor bedruckten Vorderseitendruckbildes (bzw. der gesamten Vorderseite oder auch Rückseite). Somit wird verhindert, dass das Vorderseitendruckbild beim weiteren Transport durch die nachfolgenden Druckwerke mechanisch beschädigt wird.
• Um einen Vollfarbendruck zu erzielen, werden zumindest vier Farben (und damit zumindest vier Druckwerke 11, 12) benötigt, und zwar beispielsweise die Grundfarben YMCK (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz). Es können auch noch weitere Druckwerke 11, 12 mit speziellen Farben (z.B. kundenspezifische Farben oder zusätzliche Grundfarben, um den druckbaren Farbraum zu erweitern) verwendet werden.
• Nach dem Druckwerk 12d ist eine Registereinheit 25 angeordnet, durch die Passermarken, die auf den Aufzeichnungsträger 20 unabhängig vom Druckbild 20' (insbesondere außerhalb des Druckbildes 20') gedruckt werden, ausgewertet werden. Damit lässt sich der Quer- und Längspasser (die Grundfarbpunkte, die einen Farbpunkt bilden, sollten übereinander oder örtlich sehr nahe beieinander angeordnet sein; dies wird auch als Farbpasser oder Vierfarbpasser bezeichnet) sowie das Register (Vorderseite und Rückseite müssen örtlich genau übereinstimmen) einstellen, damit ein qualitativ gutes Druckbild 20' erzielt wird.
• Nach der Registereinheit 25 ist die Fixiereinheit 30 angeordnet, durch die das Druckbild 20' auf den Aufzeichnungsträger 20 fixiert wird. Bei elektrophoretischen Digitaldruckern wird als Fixiereinheit 30 vorzugsweise ein Thermotrockner verwendet, der die Trägerflüssigkeit weitgehend verdampft, damit nur noch die Tonerpartikel auf dem Aufzeichnungsträger 20 verbleiben. Dies geschieht unter Einwirkung von Wärme. Dabei können auch die Tonerpartikel auf den Aufzeichnungsträger 20 aufgeschmolzen werden, sofern sie ein infolge Hitzeeinwirkung schmelzbares Material, wie beispielsweise Harz, aufweisen.
• Nach der Fixiereinheit 30 ist ein Zugwerk 26 angeordnet, das den Aufzeichnungsträger 20 durch alle Druckwerke 11a–12d und die Fixiereinheit 30 zieht, ohne dass ein weiterer Antrieb in diesem Bereich angeordnet ist. Denn durch einen Friktionsantrieb für den Aufzeichnungsträger 20 bestünde die Gefahr, dass das noch nicht fixierte Druckbild 20' verwischt werden könnte.
• Das Zugwerk 26 führt den Aufzeichnungsträger 20 dem Aufwickler 27 zu, der den bedruckten Aufzeichnungsträger 20 aufrollt.
• Zentral bei den Druckwerken 11, 12 und der Fixiereinheit 30 sind sämtliche Versorgungseinrichtungen für den Digitaldrucker 10 angeordnet, wie Klimatisierungsmodule 40, Energieversorgung 50, Controller 60, Module des Flüssigkeitsmanagements 70, wie Flüssigkeitssteuereinheit 71 und Vorratsbehälter 72 der verschiedenen Flüssigkeiten. Als Flüssigkeiten werden insbesondere reine Trägerflüssigkeit, hochkonzentrierter Flüssigentwickler (hoher Anteil von Tonerpartikeln im Verhältnis zur Trägerflüssigkeit) und Serum (Flüssigentwickler plus Ladungssteuerstoffe) benötigt, um den Digitaldrucker 10 zu versorgen, sowie Abfallbehälter für zu entsorgende Flüssigkeiten oder Behältern für Reinigungsflüssigkeit.
• Der Digitaldrucker 10 ist mit seinen baugleichen Druckwerken 11, 12 modular aufgebaut. Die Druckwerke 11, 12 unterscheiden sich mechanisch nicht, sondern lediglich durch den darin verwendende Flüssigentwickler (Tonerfarbe oder Tonerart).
• Der prinzipielle Aufbau eines Druckwerks 11, 12 ist in der 2 dargestellt. Ein solches Druckwerk basiert auf dem elektrofotografischen Prinzip, bei dem ein photoelektrischer Bildträger mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mit geladenen Tonerpartikeln eingefärbt wird und das so entstandene Bild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird.
• Das Druckwerk 11, 12 besteht im Wesentlichen aus einer Elektrofotografiestation 100, einer Entwicklerstation 110 und einer Transferstation 120.
• Kern der Elektrofotografiestation 100 ist ein photoelektrischer Bildträger, der an seiner Oberfläche eine fotoelektrische Schicht aufweist (ein sogenannter Fotoleiter). Der Fotoleiter ist hier als Walze (Fotoleiterwalze 101) ausgebildet und weist eine harte Oberfläche auf. Die Fotoleiterwalze 101 dreht sich an den verschiedenen Elementen zum Erzeugen eines Druckbildes 20' vorbei (Drehung in Pfeilrichtung).
• Der Fotoleiter wird zunächst von allen Verunreinigungen gereinigt. Hierzu ist ein Löschlicht 102 vorhanden, das noch auf der Oberfläche des Fotoleiters verbliebenen Ladungen löscht. Das Löschlicht 102 ist abgleichbar (lokal einstellbar), um eine homogene Lichtverteilung zu erzielen. Damit kann die Oberfläche gleichmäßig vorbehandelt werden.
• Nach dem Löschlicht 102 reinigt eine Reinigungseinrichtung 103 den Fotoleiter mechanisch ab, um gegebenenfalls noch auf der Oberfläche des Fotoleiters vorhandene Tonerpartikel, gegebenenfalls Schmutzpartikel und verbliebene Trägerflüssigkeit zu entfernen. Die abgereinigte Trägerflüssigkeit wird einem Sammelbehälter 105 zugeführt. Die gesammelte Trägerflüssigkeit und Tonerpartikel werden aufbereitet (gegebenenfalls gefiltert) und je nach Farbe einem entsprechenden Flüssigkeitsfarbvorrat, d.h. einem der Vorratsbehälter 72 zugeführt (vgl. Pfeil 105').
• Die Reinigungseinrichtung 103 weist vorzugsweise eine Rakel 104 auf, die an der Mantelfläche der Fotoleiterwalze 101 in einem spitzen Winkel (etwa 10° bis 80° zur Auslaufoberfläche) anliegt, um die Oberfläche mechanisch abzureinigen. Die Rakel 104 kann sich quer zur Drehrichtung der Fotoleiterwalze 101 hin- und herbewegen, um die Mantelfläche möglichst verschleißarm auf der gesamten axialen Länge zu reinigen.
• Anschließend wird der Fotoleiter durch eine Aufladevorrichtung 106 auf ein vorbestimmtes elektrostatisches Potenzial aufgeladen. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Korotrone (insbesondere Glasmantelkorotrone) vorhanden. Die Korotrone bestehen aus zumindest einem Draht 106', an dem eine hohe elektrische Spannung anliegt. Durch die Spannung wird die Luft um den Draht 106' ionisiert. Als Gegenelektrode ist ein Schirm 106'' vorhanden. Die Korotrone werden zusätzlich mit Frischluft umspült, die durch spezielle Luftkanäle (Zuluftkanal 107 zur Belüftung und Abluftkanal 108 zur Entlüftung) zwischen den Schirmen zugeführt wird (siehe auch Luftströmungspfeile in 2). Die zugeführte Luft wird dann am Draht 106' gleichmäßig ionisiert. Dadurch wird eine homogene, gleichmäßige Aufladung der benachbarten Oberfläche des Fotoleiters erreicht. Mit trockener und erwärmter Luft ist die gleichmäßige Aufladung noch zu verbessern. Über die Abluftkanäle 108 wird Luft abgeführt. Gegebenenfalls entstandenes Ozon kann ebenfalls über die Abluftkanäle 108 abgesaugt werden.
• Die Korotrone sind kaskadierbar, d.h. es sind dann zwei oder mehr Drähte 106' pro Schirm 106'' bei gleicher Schirmspannung vorhanden. Der Strom, der über den Schirm 106'' fließt, ist einstellbar und dadurch ist die Aufladung des Fotoleiters steuerbar. Die Korotrone können unterschiedlich stark bestromt werden, um eine gleichmäßige und ausreichend hohe Aufladung auf dem Fotoleiter zu erreichen.
• Nach der Aufladevorrichtung 106 ist ein Zeichengenerator 109 angeordnet, der über optische Strahlung den Fotoleiter je nach gewünschtem Druckbild 20' pixelweise entlädt. Dadurch entsteht ein latentes Bild, das später mit Tonerpartikeln eingefärbt wird (das eingefärbte Bild entspricht dem Druckbild 20'). Vorzugsweise wird ein LED-Zeichengenerator 109 verwendet, bei dem eine LED-Zeile mit vielen einzelnen LEDs über die gesamte axiale Länge der Fotoleiterwalze 101 feststehend angeordnet ist. Die Anzahl der LEDs und die Größe der optischen Abbildungspunkte auf dem Fotoleiter bestimmen unter anderem die Auflösung des Druckbildes 20' (typische Auflösung liegt bei 600 × 600 dpi). Die LEDs können einzeln zeitlich und bezüglich ihrer Strahlungsleistung gesteuert werden. Somit können zum Erzeugen von Rasterpunkten (bestehend aus mehreren Bildpunkten oder Pixeln) Multilevelverfahren angewendet werden oder Bildpunkte zeitlich verzögert werden, um Korrekturen, beispielsweise bei nicht korrektem Farbpasser oder Register elektrooptisch durchzuführen.
• Der Zeichengenerator 109 weist eine Ansteuerlogik auf, die aufgrund der Vielzahl von LEDs und deren Strahlungsleistung gekühlt werden muss. Vorzugsweise wird der Zeichengenerator 109 flüssigkeitsgekühlt. Die LEDs können gruppenweise (mehrere LEDs zu einer Gruppe zusammengefasst) oder getrennt voneinander angesteuert werden.
• Das durch den Zeichengenerator 109 erzeugte latente Bild wird durch die Entwicklerstation 110 mit Tonerpartikeln eingefärbt. Die Entwicklerstation 110 weist hierzu eine sich drehende Entwicklerwalze 111 auf, die eine Schicht Flüssigentwickler an den Fotoleiter heranführt (die Funktionsweise der Entwicklerstation 110 wird weiter unten näher erläutert). Da die Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 relativ hart ist, die Oberfläche der Entwicklerwalze 111 relativ weich ist und die beiden gegeneinander gedrückt werden, entsteht ein dünner, hoher Nip (ein Spalt zwischen den Walzen), in dem die geladenen Tonerpartikel elektrophoretisch von der Entwicklerwalze 111 auf den Fotoleiter in den Bildstellen aufgrund eines elektrischen Feldes wandern. In den Nichtbildstellen geht kein Toner auf den Fotoleiter über. Der mit Flüssigentwickler gefüllte Nip weist eine Höhe (Dicke des Spalts) auf, die abhängig vom gegenseitigen Druck der beiden Walzen 101, 111 und der Viskosität des Flüssigentwicklers ist. Typischerweise liegt die Höhe des Nips im Bereich größer als etwa 2 µm bis etwa 20 µm (je nach Viskosität des Flüssigentwicklers können sich die Werte auch ändern). Die Länge des Nips beträgt etwa einige wenige Millimeter.
• Das eingefärbte Bild dreht sich mit der Fotoleiterwalze 111 bis zu einer ersten Transferstelle, bei der das eingefärbte Bild auf eine Transferwalze 121 im Wesentlichen vollständig übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich an der ersten Transferstelle (Nip zwischen Fotoleiterwalze 101 und Transferwalze 121) in dieselbe Richtung und vorzugsweise mit identischer Geschwindigkeit wie die Fotoleiterwalze 101. Nach dem Transfer des Druckbildes 20' auf die Transferwalze 121 kann das Druckbild 20' (Tonerpartikel) optional mittels einer Ladeeinheit 129, wie z.B. einem Korotron, nachgeladen oder aufgeladen werden, um die Tonerpartikel danach besser auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen zu können.
• Der Aufzeichnungsträger 20 läuft in Transportrichtung 20'' zwischen der Transferwalze 121 und einer Gegendruckwalze 126 hindurch. Der Berührungsbereich (Nip) stellt eine zweite Transferstelle dar, in der das Tonerbild auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen wird. Die Transferwalze 121 bewegt sich im zweiten Transferbereich in dieselbe Richtung wie der Aufzeichnungsträger 20. Auch die Gegendruckwalze 126 dreht sich in diese Richtung im Bereich des Nips. Die Geschwindigkeiten der Transferwalze 121, der Gegendruckwalze 126 und des Aufzeichnungsträgers 20 sind an der Transferstelle aufeinander abgestimmt und vorzugsweise identisch, damit das Druckbild 20' nicht verschmiert wird. An der zweiten Transferstelle wird das Druckbild 20' aufgrund eines elektrischen Feldes zwischen der Transferwalze 121 und der Gegendruckwalze 126 elektrophoretisch auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen. Außerdem drückt die Gegendruckwalze 126 mit hoher mechanischer Kraft gegen die relativ weiche Transferwalze 121, wodurch die Tonerpartikel auch aufgrund der Adhäsion an dem Aufzeichnungsträger 20 haften bleiben.
• Da die Oberfläche der Transferwalze 121 relativ weich und die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 relativ hart ist, entsteht beim Abrollen ein Nip, in dem der Tonertransfer stattfindet. Unebenheiten des Aufzeichnungsträgers 20 können damit ausgeglichen werden, so dass der Aufzeichnungsträger 20 lückenlos bedruckt werden kann. Ein solcher Nip ist auch gut geeignet, um dickere oder unebenere Aufzeichnungsträger 20 zu bedrucken, wie es beispielsweise beim Verpackungsdruck der Fall ist.
• Das Druckbild 20' sollte zwar vollständig auf den Aufzeichnungsträger 20 übergehen; dennoch können unerwünschterweise wenige Tonerpartikel auf der Transferwalze 121 verbleiben. Ein Teil der Trägerflüssigkeit verbleibt immer auf der Transferwalze 121 infolge der Benetzung. Die eventuell noch vorhandenen Tonerpartikel sollten durch eine der zweiten Transferstelle nachfolgende Reinigungseinheit 122 nahezu vollständig entfernt werden. Die noch auf der Transferwalze 121 befindliche Trägerflüssigkeit kann auch vollständig oder bis zu einer vorbestimmten Schichtdicke von der Transferwalze 121 entfernt werden, damit nach der Reinigungseinheit 122 und vor der ersten Transferstelle von der Fotoleiterwalze 101 auf die Transferwalze 121 gleiche Bedingungen durch eine saubere Oberfläche oder eine definierte Schichtdicke mit Flüssigentwickler auf der Oberfläche der Transferwalze 121 vorherrschen.
• Vorzugsweise ist diese Reinigungseinheit 122 als Nasskammer mit einer Reinigungsbürste 123 und einer Reinigungswalze 124 ausgebildet. Im Bereich der Bürste 123 wird Reinigungsflüssigkeit (beispielsweise kann Trägerflüssigkeit oder eine eigene Reinigungsflüssigkeit verwendet werden) über eine Reinigungsflüssigkeitszufuhr 123' zugeführt. Die Reinigungsbürste 123 dreht sich in der Reinigungsflüssigkeit und "bürstet" dabei die Oberfläche der Transferwalze 121. Dadurch wird der auf der Oberfläche haftende Toner gelockert.
• Die Reinigungswalze 124 liegt auf einem elektrischen Potenzial, das der Ladung der Tonerpartikel entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird der elektrisch geladenen Toner durch die Reinigungswalze 124 von der Transferwalze 121 entfernt. Da die Reinigungswalze 124 die Transferwalze 121 berührt, nimmt sie auch auf der Transferwalze 121 verbliebene Trägerflüssigkeit zusammen mit der zugeführten Reinigungsflüssigkeit ab. Am Auslauf aus der Nasskammer ist ein Konditionierelement 125 angeordnet. Als Konditionierelement 125 kann – wie dargestellt – ein Rückhalteblech verwendet werden, das in einem stumpfen Winkel (etwa zwischen 100° und 170° zwischen Blech und Auslaufoberfläche) zur Transferwalze 121 angeordnet ist, wodurch Reste von Flüssigkeit auf der Oberfläche der Walze in der Nasskammer nahezu vollständig zurückgehalten werden und der Reinigungswalze 124 zum Entfernen über eine Reinigungsflüssigkeitsabfuhr 124' zu einem nicht dargestellten Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter (bei den Vorratsbehältern 72) zuführt.
• Statt dem Rückhalteblech kann auch eine nicht dargestellte Dosiereinheit dort angeordnet sein, die beispielsweise eine oder mehrere Dosierwalzen aufweist. Die Dosierwalzen haben einen vorbestimmten Abstand zur Transferwalze 121 und nehmen soviel Trägerflüssigkeit ab, dass sich eine vorbestimmte Schichtdicke nach den Dosierwalzen infolge des Abquetschens einstellt. Die Oberfläche der Transferwalze 121 wird dann nicht vollständig abgereinigt; es verbleibt vollflächig Trägerflüssigkeit einer vorbestimmten Schichtdicke. Abgenommene Trägerflüssigkeit wird über die Reinigungswalze 124 zurück zum Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter geführt.
• Die Reinigungswalze 124 selber wird durch eine nicht dargestellte Rakel mechanisch sauber gehalten. Abgereinigte Flüssigkeit inklusive Tonerpartikel werden für alle Farben durch einen zentralen Sammelbehälter aufgefangen, gereinigt und dem zentralen Reinigungsflüssigkeitsvorratsbehälter zur Wiederverwendung zugeführt.
• Die Gegendruckwalze 126 wird ebenfalls durch eine Reinigungseinheit 127 gereinigt. Als Reinigungseinheit 127 können eine Rakel, eine Bürste und/oder eine Walze Verschmutzungen (Papierstaub, Tonerpartikelreste, Flüssigentwickler, etc.) von der Gegendruckwalze 126 entfernen. Die gereinigte Flüssigkeit wird in einem Sammelbehälter 128 gesammelt und dem Druckprozess gegebenenfalls gereinigt über eine Flüssigkeitsabfuhr 128' wieder zur Verfügung gestellt.
• Bei den Druckwerken 11, die die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 gegen die nicht bedruckte Seite (und somit noch trockene Seite) des Aufzeichnungsträgers 20.
• Dennoch können sich auf der trockenen Seite bereits Staub-/Papierpartikel oder andere Schmutzpartikel befinden, die dann von der Gegendruckwalze 126 entfernt werden. Hierzu sollte die Gegendruckwalze 126 breiter als der Aufzeichnungsträger 20 sein. Infolgedessen können auch Verschmutzungen außerhalb des Druckbereichs gut abgereinigt werden.
• Bei den Druckwerken 12, die die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedrucken, drückt die Gegendruckwalze 126 direkt auf das noch nicht fixierte, feuchte Druckbild 20' der Vorderseite. Damit das Druckbild 20' nicht von der Gegendruckwalze 126 abgenommen wird, muss die Oberfläche der Gegendruckwalze 126 Antihaft-Eigenschaften bezüglich Tonerpartikel und auch bezüglich der Trägerflüssigkeit auf dem Aufzeichnungsträger 20 aufweisen.
• Die Entwicklerstation 110 färbt das latente Druckbild 20' mit einem vorbestimmten Toner ein. Hierzu führt die Entwicklerwalze 111 Tonerpartikel an den Fotoleiter heran. Um die Entwicklerwalze 111 selber mit einer vollflächigen Schicht einzufärben wird zunächst einer Vorratskammer 112 Flüssigentwickler von einem nicht dargestellten Mischbehälter (innerhalb der Flüssigkeitssteuereinheit 71) über eine Flüssigkeitszufuhr 112' mit einer vorbestimmten Konzentration zugeführt. Aus dieser Vorratskammer 112 wird der Flüssigentwickler einer Vorkammer 113 im Überfluss zugeführt (eine Art nach oben offener Wanne). Zur Entwicklerwalze 111 hin ist ein Elektrodensegment 114 angeordnet, das einen Spalt zwischen sich und der Entwicklerwalze 111 bildet.
• Die Entwicklerwalze 111 dreht sich durch die nach oben offene Vorkammer 113 und nimmt dabei Flüssigentwickler mit in den Spalt. Überschüssiger Flüssigentwickler läuft aus der Vorkammer 113 zurück zur Vorratskammer 112.
• Durch das durch die elektrischen Potenziale gebildete elektrische Feld zwischen dem Elektrodensegment 114 und der Entwicklerwalze 111 wird der Flüssigentwickler in dem Spalt in zwei Bereich aufgeteilt, und zwar ein Schichtbereich in der Nähe der Entwicklerwalze 111, in dem sich die Tonerpartikel konzentrieren (aufkonzentrierter Flüssigentwickler) und einen zweiten Bereich in der Nähe des Elektrodensegments 114, der an Tonerpartikeln verarmt ist (sehr niedrig konzentrierter Flüssigentwickler).
• Anschließend wird die Schicht des Flüssigentwicklers weiter zu einer Dosierwalze 115 transportiert. Die Dosierwalze 115 quetscht die obere Schicht des Flüssigentwicklers ab, so dass danach eine definierte Schichtdicke an Flüssigentwickler von etwa 5 µm Dicke auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt. Da sich die Tonerpartikel im Wesentlichen nahe der Oberfläche der Entwicklerwalze 111 in der Trägerflüssigkeit befinden, wird im Wesentlichen die außen liegende Trägerflüssigkeit abgequetscht oder zurückgehalten und letztendlich zu einem Sammelbehälter 119 zurückgeführt, aber nicht der Vorratskammer 112 zugeführt.
• Infolgedessen wird überwiegend hochkonzentrierter Flüssigentwickler durch den Nip zwischen Dosierwalze 115 und Entwicklerwalze 111 gefördert. Es entsteht somit eine gleichförmig dicke Schicht an Flüssigentwickler mit etwa 40 Masseprozent Tonerpartikel und etwa 60 Masseprozent Trägerflüssigkeit nach der Dosierwalze 115 (je nach Druckprozessanforderungen können die Masseverhältnisse auch mehr oder weniger schwanken). Diese gleichförmige Schicht Flüssigentwickler wird in den Nip zwischen der Entwicklerwalze 111 und der Fotoleiterwalze 101 transportiert. Dort werden dann die Bildstellen des latenten Bildes mit Tonerpartikeln elektrophoretisch eingefärbt, während im Bereich von Nichtbildstellen kein Toner auf den Fotoleiter übergeht. Ausreichend Trägerflüssigkeit wird unbedingt zur Elektrophorese benötigt. Der Flüssigkeitsfilm spaltet sich nach dem Nip etwa mittig infolge Benetzung auf, so dass ein Teil der Schicht an der Oberfläche der Fotoleiterwalze 101 haften bleibt und der andere Teil (für Bildstellen im Wesentlichen Trägerflüssigkeit und für Nichtbildstellen Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit) auf der Entwicklerwalze 111 verbleibt.
• Damit die Entwicklerwalze 111 wieder unter gleichen Bedingungen und gleichmäßig mit Flüssigentwickler beschichtet werden kann, werden verbliebene Tonerpartikel (diese stellen im Wesentlichen das negative, nicht übertragene Druckbild dar) und Flüssigentwickler durch eine Reinigungswalze 117 elektrostatisch und mechanisch entfernt. Die Reinigungswalze 117 selber wird durch eine Rakel 118 gereinigt. Der abgereinigte Flüssigentwickler wird dem Sammelbehälter 119 zur Wiederverwendung zugeführt, dem auch der von der Dosierwalze 115 beispielsweise mittels einer Rakel 116 abgereinigte und der von der Fotoleiterwalze 101 mittels der Rakel 104 abgereinigte Flüssigentwickler zugeführt werden.
• Der in dem Sammelbehälter 119 gesammelte Flüssigentwickler wird dem Mischbehälter über die Flüssigkeitsabfuhr 119' zugeführt. Dem Mischbehälter werden auch frischer Flüssigentwickler und reine Trägerflüssigkeit bei Bedarf zugeführt. In dem Mischbehälter muss immer genügend Flüssigkeit in gewünschter Konzentration (vorbestimmtes Verhältnis von Tonerpartikeln zu Trägerflüssigkeit) vorhanden sein. Die Konzentration wird in dem Mischbehälter ständig gemessen und abhängig vom Zufuhr von der Menge des abgereinigten Flüssigentwicklers und dessen Konzentration sowie von der Menge und Konzentration von frischem Flüssigentwickler bzw. Trägerflüssigkeit entsprechend geregelt.
• Hierzu können aus den entsprechenden Vorratsbehältern 72 höchstkonzentrierter Flüssigentwickler, reine Trägerflüssigkeit, Serum (Trägerflüssigkeit und Ladungssteuerstoffe, um die Ladung der Tonerpartikel zu steuern) sowie abgereinigte Flüssigentwickler diesem Mischbehälter getrennt zugeführt werden.
• Der Fotoleiter kann bevorzugt in Form einer Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Es kann dabei ein amorphes Silizium als Fotoleitermaterial oder ein organisches Fotoleitermaterial (auch als OPC bezeichnet) verwendet werden.
• Statt eines Fotoleiters können auch andere Bildträger, wie magnetische, ionisierbare, etc. Bildträger verwendet werden, die nicht nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeiten, sondern denen nach anderen Prinzipien latente Bilder elektrisch, magnetisch oder auf sonstige Weise aufgeprägt werden, die dann eingefärbt und letztendlich auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen werden.
• Als Zeichengenerator 109 können LED-Zeilen oder auch Laser mit entsprechender Scann-Mechanik verwendet werden.
• Ebenso kann das Transferelement als Walze oder als Endlosband ausgebildet sein. Das Transferelement kann auch entfallen. Dann wird das Druckbild 20' unmittelbar von der Fotoleiterwalze 101 auf den Aufzeichnungsträger 20 übertragen.
• Unter dem Begriff „Elektrophorese" ist die Wanderung der geladenen Tonerpartikel in der Trägerflüssigkeit infolge der Einwirkung eines elektrischen Feldes zu verstehen. Bei jedem Transfer von Tonerpartikel gehen die entsprechenden Tonerpartikel im Wesentlichen vollständig auf ein anderes Element über. Der Flüssigkeitsfilm wird nach dem Berühren der beiden Elemente etwa hälftig infolge der Benetzung der beteiligten Elemente gespalten, so dass etwa eine Hälfte auf dem ersten Element haften bleibt und der restliche Teil an dem anderen Element haften bleibt. Das Druckbild 20' wird übertragen und in dem nächsten Teil dann weitertransportiert, um im nächsten Transferbereich wiederum eine elektrophoretische Wanderung der Tonerpartikel zuzulassen.
• Der Digitaldrucker 10 kann ein oder mehrere Druckwerke für den Vorderseitendruck und gegebenenfalls ein oder mehrere Druckwerke für den Rückseitendruck aufweisen. Die Druckwerke können in einer Linie, L-förmig oder U-förmig angeordnet werden.
• Statt dem Aufwickler 27 können auch nicht dargestellte Nachverarbeitungseinrichtungen nach dem Zugwerk 26 angeordnet sein, wie Schneider, Falzer, Stapler, etc., um den Aufzeichnungsträger 20 in die endgültige Form zu bringen. Beispielsweise könnte der Aufzeichnungsträger 20 so weit bearbeitet werden, dass am Ende ein fertiges Buch entsteht. Die Nachverarbeitungsgeräte können ebenfalls in Reihe oder abgewinkelt davon angeordnet sein.
• Der Digitaldrucker 10 kann – wie zuvor als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben – als Rolle-Rolle-Drucker betrieben werden. Es ist auch möglich, den Aufzeichnungsträger 20 am Ende in Bögen zu schneiden und die Bögen anschließend zu stapeln oder in geeigneter Weise weiterzuverarbeiten (Rolle-Bogen-Drucker). Ebenso ist es möglich, einen bogenförmigen Aufzeichnungsträger 20 dem Digitaldrucker 10 zuzuführen und am Ende die Bögen zu stapeln oder weiter zu verarbeiten (Bogen-Bogen-Drucker).
• Wird nur die Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 bedruckt, so wird zumindest ein Druckwerk 11 mit einer Farbe benötigt (Simplexdruck). Wird auch die Rückseite bedruckt, so wird noch zumindest ein Druckwerk 12 für die Rückseite benötigt (Duplexdruck). Abhängig vom gewünschten Druckbild 20' auf Vorder- und Rückseite enthält die Druckerkonfiguration entsprechende Anzahl von Druckwerken für Vorder- und Rückseite, wobei jedes Druckwerk 11, 12 immer nur für eine Farbe oder eine Art von Toner ausgelegt ist.
• Die maximale Anzahl der Druckwerke 11, 12 ist nur technisch bedingt durch die maximale mechanische Zugbelastung des Aufzeichnungsträgers 20 und die freie Zuglänge. Typischerweise sind beliebige Konfigurationen von einer 1/0-Konfiguration (nur ein Druckwerk für die zu bedruckende Vorderseite) bis zu einer 6/6-Konfiguration möglich, bei der je sechs Druckwerke für Vorder- und Rückseite des Aufzeichnungsträgers 20 vorhanden sein können. Die bevorzugte Ausführungsform (Konfiguration) ist in der 1 dargestellt (eine 4/4-Konfiguration), mit der der Vollfarbendruck für Vorder- und Rückseite mit den vier Grundfarben bewerkstelligt wird. Die Reihenfolge der Druckwerke 11, 12 bei einem Vier-Farben-Druck geht vorzugsweise von einem Druckwerk 11, 12, das hell (Gelb) druckt zu einem Druckwerk 11, 12, das dunkel druckt, also beispielsweise wird der Aufzeichnungsträger 20 in der Farbreihenfolge Y-C-M-K von hell nach dunkel bedruckt.
• Der Aufzeichnungsträger 20 kann aus Papier, Metall, Kunststoff oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren Materialien hergestellt sein.
• Die nachfolgende Beschreibung betrifft insbesondere das in 1 dargestellte Modul des Flüssigkeitsmanagements 70, insbesondere die Flüssigkeitssteuereinheit 71, welche auf Vorratsbehälter 72 zugreift, die Trägerflüssigkeit, hochkonzentrierten Flüssigentwickler und Serum (Flüssigentwickler und Ladungssteuerstoffe) umfassen. Zumindest zwei Druckwerke 11, 12 davon drucken auf der Vorderseite des Aufzeichnungsträgers 20 und auf seiner Rückseite mit gleicher Tonerfarbe. Die zugehörigen Druckwerke können im Hinblick auf die Versorgung mit Flüssigentwickler aus einem gemeinsamen Mischbehälter 130 (3) versorgt und mit einer gemeinsamen Steuerung betrieben werden. Beispielsweise kann das Druckwerk 11a die Farbe Y (Yellow) drucken. Entsprechend kann das Druckwerk 12a ebenfalls die Farbe Y drucken und die zugehörigen Entwicklerstationen können aus einem gemeinsamen Mischbehälter mit Toner der Farbe Y versorgt werden. Zum Digitaldrucker 10 in 1 kann ein baugleicher Digitaldrucker in Parallelanordnung vorgesehen sein. In diesem Fall wäre es denkbar, drei oder vier Entwicklerstationen aus einem gemeinsamen Mischbehälter mit Flüssigentwickler zu versorgen.
• 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Regelanordnung zur Regelung des Füllstandes FL in einem Mischbehälter 130. Diesem Mischbehälter 130 wird aus den Vorratsbehältern 72 reine Trägerflüssigkeit TF und hochkonzentriertes Flüssigentwicklerkonzentrat FK zugeführt, welches einen hohen Anteil von Tonerpartikeln im Verhältnis zur Trägerflüssigkeit hat. Weiterhin wird über ein Stellglied 131 wiederaufbereitete Trägerflüssigkeit TF1 zugeführt, welche im Sammelbehälter 119 (2) über die Flüssigkeitsabfuhr 119‘ rückgeführt ist. Im Mischbehälter 130 wird die reine Trägerflüssigkeit TF, die rückgeführte Flüssigkeit TF1 und das Flüssigentwicklerkonzentrat FK gemischt und eine zum Drucken erforderliche Konzentration (vorbestimmtes Verhältnis von Tonerpartikeln zu Trägerflüssigkeit) durch Regelung eingestellt. Diese Regelung der Tonerkonzentration ist in der DE 10 2010 017 005 A1 beschrieben, deren Inhalt dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung hinzuzurechnen ist.
• Der Ist-Füllstand FList wird mit Hilfe eines Sensors 132 gemessen und in entsprechende elektrische Signale gewandelt und einem Summierglied 133 zugeführt. Diesem wird als Sollwert über einen Umschalter 134 einer der Werte FLset1 bis FLset5 über eine elektrische Filtereinheit 135 zugeführt. Diese Werte FLset1 bis FLset5 sind abhängig von einem durch die Steuerung des Digitaldruckers 10 eingestellten Betriebsmodus. In der Praxis ist der Umschalter 134 softwaretechnisch durch Zuweisung des entsprechenden Wertes auf eine Variable realisiert. Der Betriebsmodus- Sollwert FLset1 wird bei der gezeigten Stellung des Umschalters 134 der Filtereinheit 135 zugeführt, deren Zeitverhalten durch Parameter Param1 bis Param5 beeinflusst wird. Diese Werte werden über einen weiteren Umschalter 136 der Filtereinheit 135 zugeführt. Der weitere Umschalter 136 ist in der Praxis ebenfalls als Softwarefunktion realisiert. Die Filtereinheit 135 erzeugt aus den Betriebsmodus-Sollwerten FLset1 bis FLset5 unter Berücksichtigung der Werte Param1 bis Param5 eine Führungsgröße FG, die während einer Übergangszeit einen solchen Verlauf hat, dass sie erst nach Ablauf der Übergangszeit den eingestellten Betriebsmodus-Sollwert erreicht. Das Zusammenwirken der Betriebsmodus-Sollwerte FLset1 bis FLset5 und der Werte Param1 bis Param5 mit der Filtereinheit 135 wird weiter unten näher erläutert.
• Am Summierglied 133 wird die Regelabweichung RA aus der Differenz von Führungsgröße FG bzw. Betriebsmodus-Sollwert FLset1 bis FLset5 und Füllstands-Istwert FList gebildet, die einem Regler 139 mit einem einstellbaren Regelverhalten, beispielsweise PID-Verhalten, zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Reglers 139 steuert ein Stellglied 131 an, im allgemeinen Pumpen und/oder Ventile, welches dem Mischbehälter 130 Trägerflüssigkeit TF1 zuführt, wodurch der Füllstand erhöht wird, oder Entwicklerflüssigkeit über die Leitung 137 entnimmt, um die angeschlossenen Entwicklerstationen zu versorgen und den Füllstand FL vermindert. Zu diesem Stellglied 131 gehören auch Stellelemente (nicht dargestellt), die den Zufluss von Trägerflüssigkeit TF und das Flüssigentwicklerkonzentrat steuern.
• Die 4, 5 und 6 zeigen drei Betriebsmodi, wobei zwei Entwicklerstationen EWS1 und EWS2 aus dem Mischbehälter 130 mit Entwicklerflüssigkeit zu versorgen sind. 4 zeigt den Betriebsfall A, bei dem alle Entwicklerstationen EWS1 und EWS2 nicht aktiv und entleert sind. Ventile V1 und V2, über die die Entwicklerstationen EWS1 bzw. EWS2 versorgt werden, sind geschlossen. Eine Rücklaufpumpe 138 pumpt die Entwicklerflüssigkeit in den Mischbehälter 130, der einen hohen Füllstand hat, weil sich die gesamte Entwicklerflüssigkeit in diesem Mischbehälter 130 befindet. Die Versorgungspumpe 140 ist in diesem Zustand abgeschaltet, denn eine Zuförderung von Entwicklerflüssigkeit ist nicht erforderlich.
• 5 zeigt den Betriebsfall B, bei dem die Entwicklerstation EWS1 nicht aktiv ist und Ventil V1 geschlossen ist. Die Versorgungspumpe 140 ist eingeschaltet und fördert Flüssigentwickler über das Ventil V2 zur aktiven Entwicklerstation EWS2. Die Rücklaufpumpe 138 fördert im Druckbetrieb zurückgewonnenen Flüssigentwickler TF1 zurück in den Mischbehälter 130. Ausgehend vom Betriebsfall A in 4 wird über die Versorgungspumpe 140 und das geöffnete Ventil V2 Flüssigentwickler aus dem Mischbehälter 130 herausgefördert, so dass der Füllstand im Mischbehälter 130 zeitverzögert absinkt auf einen niedrigeren Füllstand FL2.
• Der geringste Füllstand (Füllstand FL3) ergibt sich, wenn alle Entwicklerstationen (im vorliegenden Fall zwei Entwicklerstationen EWS1 und EWS2) gleichzeitig aktiv sind und über die Versorgungspumpe 140 Flüssigentwickler erhalten. In den 4, 5 und 6 sind als Elemente des Stellglieds 131 in der Regelanordnung nach 3 Pumpen 138, 140 und Ventile V1, V2 gezeigt. Dies ist nur als einfaches Beispiel zu verstehen; weitere Elemente und unterschiedliche Anordnungen sind von der Erfindung umfasst.
• Gemäß der Erfindung wird für jeden Betriebsfall A, B, C durch die Steuerung des Druckers 10 ein geeigneter Betriebsmodus-Sollwert FLset1 bis FLset5 vorgegeben, auf den dann nach Ablauf der Übergangszeit die Regelanordnung nach 3 den Füllstand FL konstant regelt. Beim vorliegenden einfachen Beispiel sind nur drei Sollwerte erforderlich; zusätzliche Sollwerte können jedoch für weitere mögliche Betriebszustände und für weitere Entwicklerstationen vorgesehen sein.
• Gemäß 3 wird der abhängig vom Betriebsmodus eingestellte Sollwert in seinem zeitlichen Verhalten durch die Filtereinheit 135 beeinflusst, wobei deren Verhalten durch die Parameter Param1 bis Param5 festgelegt werden. Die Filtereinheit 135 erzeugt die Führungsgröße FG, die sich während einer Übergangszeit dem eingestellten Betriebsmodus-Sollwert annähert. Auf diese Weise wird ein abrupter Übergang des Füllstandes zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsmodi vermieden.
• 7 zeigt in einem zeitlichen Verlauf über verschiedene Betriebsmodi die Wirkung der Filtereinheit 135. Entlang der X-Achse als Abszisse ist die Zeit t aufgetragen und verschiedene Betriebsfälle A, B und C (wie zuvor erläutert) sind für bestimmte Dauern vorgesehen. Die zugehörigen Sollwerte für die drei Betriebsmodi A, B, C sind auf der Ordinate als FLset1, FLset2 und FLset3 eingezeichnet. Beim Umschalten von Betriebsmodus A auf Betriebsmodus B ist der Füllstand FL im Mischbehälter 130 von FLset1 auf FLset2 zu ändern. Ein abruptes Ändern würde möglicherweise den Regelkreis zum Schwingen bringen und/oder die Elemente der Stellglieder (Ventile, Pumpen) überlasten. Aus diesem Grund wird auf das Summierglied 133 nicht direkt der neue Betriebsmodus-Sollwert FLset2 gegeben, sondern die Führungsgröße FG. Diese Führungsgröße FG hat in der Übergangszeit t1, nämlich vom Einstellen des neuen Betriebsmodus B bis zum Erreichen des zu diesem Betriebsmodus B gehörenden Sollwertes FLset2, den Verlauf einer Flanke R1 mit einer vorgegebenen konstanten Neigung. Diese Neigung ist so festgelegt, dass sie dem realen Verlauf des Füllstandes bei einer reinen Steuerung der Elemente der Stellglieder (Pumpen, Ventile) entspricht. Die Neigung der Rampe R1 wird durch den eingestellten Parameter Param1 bis Parm5 erreicht. Der eingestellte Wert, z.B. Param1, ist auf die tatsächlich mit den verwendeten Stellelementen (Pumpen, Ventile, Rohrsystem) erreichbare Sinkgeschwindigkeit des Füllstandes und damit auf den Volumenstrom für den Flüssigentwickler abzustimmen. Nach Verstreichen der Übergangszeit t1 und Erreichen des Sollwertes FLset2 wird der Füllstand FL durch die Regelanordnung (3) für die Dauer des Betriebsmodus B konstant gehalten. Während der Übergangszeit t1 folgt der Füllstand-Istwert Fist der Führungsgröße FG mit einer kleinen Regelabweichung RA.
• Bei einem Übergang von Betriebsmodus B (eine Entwicklerstation EWS1 ist aktiv) auf Betriebsmodus A (keine Entwicklerstation ist aktiv) wird entsprechend vorgegangen, wobei jedoch die Führungsgröße FG eine Flanke R2 mit vorgegebener konstanter Steigung während der Übergangszeit t2 hat. Der Verlauf der Flanke R2 wird mittels der Werte Param1 und Param5 eingestellt. Nach Ablauf der Übergangszeit t2 stellt sich der Sollwert FLset1 ein. Der Istwert Fist folgt aufgrund des Regelverhaltens von Regler, Stellglied und Sensor nicht exakt der Führungsgröße FG. Durch Variation der Werte Param1 bis Param5, der Steigung bzw. der Neigung der Flanke R2 kann ein Optimum der Regelabweichung erreicht werden.
• Beim Übergang vom Betriebsmodus A zu Betriebsmodus C hat die Führungsgröße FG während der Übergangszeit t3 ebenfalls den Verlauf einer Flanke R3 mit einer konstanten Neigung. Nach Ablauf der Übergangszeit t3 wird der Füllstand FG im Mischbehälter 130 auf den Sollwert FLset3 konstant geregelt.
• Zum Ermitteln günstiger Betriebsmodus-Sollwerte FLset1 bis FLset5 und der die Filtereinheit 135 beeinflussenden Parameter Param1 bis Param5 ist ein Einmessvorgang vorteilhaft. Die Betriebsmodus-Sollwerte FLset1 bis FLset3 sollen Füllständen entsprechen, die sich einstellen, wenn ein günstiger Betriebszustand durch manuelle oder teilautomatische Steuerung erreicht wird. Zum Ermitteln dieser Sollwerte sollen alle Zu- oder Abflüsse gesperrt sein, d.h. die Füllstandsregelung als auch eine mögliche Tonerkonzentrationsregelung sollen ausgeschaltet sein. Die Werte für Param1 bis Param5 können durch eine Zeitmessung bestimmt werden, wobei für jede Pumpe bzw. jedes Ventil zu ermitteln ist, wie schnell der Füllstand pro Zeiteinheit ansteigt oder abfällt. Auf diese Weise kann die gesamte Regelanordnung für die Füllstandsregelung für einen optimalen Betrieb bei unterschiedlichen Betriebsmodi eingestellt werden.
• Eine weitere einfache Möglichkeit der Vermeidung eines abrupten Übergangs des Füllstandes FL zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betriebsmodi ist noch zu erwähnen, bei der die Führungsgröße FG einen Tiefpassverlauf hat. Die Zeitkonstanten für diesen Tiefpass für den Übergang zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi kann durch Einmessen ermittelt werden.
• Wenn die Führungsgröße FG so gewählt ist, dass sie realen Bedingungen beim Umschalten von einem Betriebsmodus auf einen anderen genügt, d.h. das Abfallen der Führungsgröße FG oder ihr Ansteigen ist so gewählt, dass die Elemente des Stellglieds (Pumpen, Ventile, Leitungssystem) und das Regelverhalten der Regeleinheit (Regler, Sensor) unter normalen Betriebsbedingungen dieser Führungsgröße FG während der Übergangszeit t1, t2, t3 folgen können, dann kann unter diesen Voraussetzungen die Regelabweichung RA zwischen Istwert FList und Führungsgröße FG oder nach Ablauf der Übergangszeit t1 bis t3 der Betriebsmodus-Sollwert FLset1 bis FLset3 zur Überwachung und Fehlererkennung verwendet werden. Hierbei wird die Abweichung von Istwert und Führungsgröße bzw. Betriebsmodus-Sollwert ermittelt und bei Überschreitung eines Maximalwerts der Abweichung wird ein Warnsignal erzeugt.
• 8 zeigt hierfür ein Beispiel. Ausgehend von einem Betriebsmodus A (vgl. 4) erfolgt gesteuert durch die Steuerung des Digitaldruckers 10 ein Umschalten auf den Betriebsmodus C. Die zugehörigen Betriebsmodus-Sollwerte sind FLset1 bzw. FLset3. Während der Übergangszeit ist die Führungsgröße FG in Form der abfallenden Rampe R3 mit einer durch einen der Parameter Param1 bis Param5 festgelegten Neigung wirksam. Der Istwert Fist folgt diesem Verlauf der Führungsgröße FG zunächst. Aufgrund eines Ausfalls einer Pumpe entfernt sich der Istwert Fist von der Führungsgröße FG und der Abfall des Füllstandes FL verlangsamt sich. Diese Abweichung RA wird ermittelt. Wenn diese Abweichung RA einen einstellbaren Maximalwert überschreitet, meldet die Steuerung einen Fehler. Durch Einmessen des Systems bzw. durch Erfahrung wird der Maximalwert der Abweichung festgelegt.
• 9 zeigt anhand einer Tabelle konkrete Werte für Betriebsmodus-Sollwerte und zugehörige Parameter für die Filtereinheit 135, welche die Führungsgröße FG ermittelt. Die angegebenen Werte für die Parameter sind in Prozentualwerte je Sekunde angegeben und definieren die Steigung bzw. die Neigung der Flanke für die Führungsgröße FG während der Übergangszeit. Die Betriebsmodus-Sollwerte FLset sind in Prozent des maximalen Füllstandes des Mischbehälters 130 angegeben. Wie in den 4 bis 6 dargestellt, werden mit einem Mischbehälter 130 beim gewählten Beispiel maximal zwei Entwicklerstationen EWS1 und EWS2 mit Flüssigentwickler versorgt. Bei diesem Betriebsmodus C beträgt der Füllstand des Mischbehälters 130 etwa 15 % der maximalen Füllhöhe des Mischbehälters 130. Typischerweise liegt der Istwert FList für den Betriebsmodus C zwischen 10 % und 20 % und wird entsprechend der Regeleinheit auf den Sollwert FLset = 15 % geregelt. Bei niedrigeren Füllständen als angegeben besteht die Gefahr, dass der Mischbehälter 130 leer läuft und Luft ins Rohrleitungssystem gelangt.
• Im Betriebsmodus A (keine Entwicklerstation ist aktiv) steigt die Füllhöhe im Mischbehälter 130 auf den maximalen Wert. Ein solcher Betriebsmodus A kann z.B. dann vorliegen, wenn Wartungsarbeiten an den Entwicklerstationen auszuführen sind. Typischerweise liegt der Istwert FList im Mischbehälter 130 dann in einem Bereich von 70 % bis 90 % der maximalen Füllhöhe. Als Sollwert für diesen Betriebszustand wird FLset = 85 % vorgegeben, um ausreichende Reserven zu haben. Bei einem höheren Füllstand besteht die Gefahr, dass der Mischbehälter 130 bei ungünstigem Regelverhalten überläuft und Entwicklerflüssigkeit als Abfall entsorgt werden muss.
• Beim Betriebsmodus B (nur eine Entwicklerstation ist aktiv) liegt der typische Istwert Fist des Füllstands etwa in der Mitte des Mischbehälters 130 und der Sollwert FLset bei 50 %.
• In der Tabelle nach 9 sind für die Übergänge der verschiedenen Betriebsmodi geeignete Werte für den Betriebsmodus-Sollwert FLset und den Parameter Param in %/s bezogen auf den maximalen Füllstand angegeben. Z.B. ist die Flanke beim Übergang von Betriebsmodus A nach Betriebsmodus B durch FLset = 85 % und Param = 2 %/s und die Flanke für den Übergang von Betriebsmodus A nach Betriebsmodus C durch FLset = 85 % und Param = 4 %/s definiert.
• Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ergeben sich erhebliche technische Vorteile. Bei den verschiedenen Betriebsmodi werden die jeweiligen Sollwerte nahe realer Betriebspunkte gelegt, die sich bei einer reinen Steuerung einstellen würden. Auf diese Weise arbeitet die Füllstandsregelung in einem realistischen Füllstandsbereich, wodurch sich die Genauigkeit einer Regelung der Tonerkonzentration verbessert, durch die beim Druckprozess verbrauchter Toner nachgeführt wird.
• Durch die Erfindung ist es möglich, eine Anzahl von Entwicklerstationen mit einem einzigen Mischbehälter und einer einheitlichen Regeleinrichtung zu betreiben, obgleich die Füllstände für verschiedene Betriebsmodi stark unterschiedlich sein können. Zwischen den verschiedenen Betriebsmodi kann relativ schnell umgeschaltet werden, weil die Füllstandsregelung nur an das Minimum angenäherte Flüssigkeitsmengen zuführen bzw. abführen muss.
• Das Fassungvermögen des Mischbehälters kann verringert und auf die maximale Flüssigkeitsmenge im gesamten System begrenzt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit steigt. Bei Verwendung nur eines einzigen Sollwertes, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, muss der Mischbehälter überdimensioniert werden, um beim Leerpumpen des gesamten Systems die gesamte Flüssigkeitsmenge aufnehmen zu können.
• Bezugszeichenliste

10

Digitaldrucker

11, 11a–11d

Druckwerk (Vorderseite)

12, 12a–12d

Druckwerk (Rückseite)

20

Aufzeichnungsträger

20'

Druckbild (Toner)

20''

Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers

21

Rolle (Eingabe)

22

Abwickler

23

Konditionierwerk

24

Wendeeinheit

25

Registereinheit

26

Zugwerk

27

Aufwickler

28

Rolle (Ausgabe)

30

Fixiereinheit

40

Klimatisierungsmodul

50

Energieversorgung

60

Controller

70

Flüssigkeitsmanagement

71

Flüssigkeitssteuereinheit

72

Vorratsbehälter

100

Elektrofotografiestation

101

Fotoleiterwalze

102

Löschlicht

103

Reinigungseinrichtung (Fotoleiter)

104

Rakel (Fotoleiter)

105

Sammelbehälter (Fotoleiter)

105'

Pfeil

106

Aufladevorrichtung (Korotron)

106'

Draht

106''

Schirm

107

Zuluftkanal (Belüftung)

108

Abluftkanal (Entlüftung)

109

Zeichengenerator

110

Entwicklerstation

111

Entwicklerwalze

112

Vorratskammer

112'

Flüssigkeitszufuhr

113

Vorkammer

114

Elektrodensegment

115

Dosierwalze (Entwicklerwalze)

116

Rakel (Dosierwalze)

117

Reinigungswalze (Entwicklerwalze)

118

Rakel (Reinigungswalze der Entwicklerwalze)

119

Sammelbehälter (Flüssigentwickler)

119'

Flüssigkeitsabfuhr

120

Transferstation

121

Transferwalze

122

Reinigungseinheit (Nasskammer)

123

Reinigungsbürste (Nasskammer)

123'

Reinigungsflüssigkeitszufuhr

124

Reinigungswalze (Nasskammer)

124'

Reinigungsflüssigkeitsabfuhr

125

Konditionierelement (Rückhalteblech)

126

Gegendruckwalze

127

Reinigungseinheit (Gegendruckwalze)

128

Sammelbehälter (Gegendruckwalze)

128'

Flüssigkeitsabfuhr

129

Ladeeinheit (Korotron an Transferwalze)

FL

Füllstand

130

Mischbehälter

TF

Trägerflüssigkeit

FK

Flüssigentwicklerkonzentrat

TF1

wiederaufbereitete Trägerflüssigkeit

FList

Ist-Füllstand

131

Stellglied

132

Sensor

133

Summierglied

134

Umschalter

FLset1 bis FLset5

Betriebsmodus-Sollwert

135

Filtereinheit

Param1 bis Param5

Parameter

136

weitere Umschalter

FG

Führungsgröße

RA

Regelabweichung

139

Regler

EWS1, EWS2

Entwicklerstationen

A, B, C

Betriebsmodi

V1, V2

Ventile

138

Rücklaufpumpe

140

Versorgungspumpe

FL1, FL2, FL3

Füllstände

t

Zeit

t1, t2, t3

Übergangszeit

R1, R2, R3

Rampen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010015985 A1 [0003]
• DE 102008048256 A1 [0003]
• DE 102009060334 A1 [0003]
• US 2011/0286757 A1 [0004]
• DE 102010017005 A1 [0004, 0079]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Digitaldruckers (10), der mehrere mit Flüssigentwickler arbeitende Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) aufweist, die aus einem Mischbehälter (130) mit Flüssigentwickler einer Farbe versorgt werden, bei dem die Anzahl der am Drucken beteiligten Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) vom jeweiligen Druckbetriebsmodus (A, B, C) abhängig ist, während des Betriebs keiner Entwicklerstation, mindestens einer Entwicklerstation (EWS2) oder allen an den Mischbehälter (130) angeschlossenen Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) Flüssigentwickler zugeführt wird, abhängig vom Betriebsmodus (A, B, C) der Füllstand (FL) von Flüssigentwickler im Mischbehälter (130) durch eine Regeleinrichtung konstant gehalten wird, und bei dem abhängig vom Betriebsmodus (A, B, C) der Regeleinrichtung ein unterschiedlicher Betriebsmodus-Sollwert (FLset1 bis FLset5) für den Füllstand (FL) vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während einer Übergangszeit (t1, t2, t3) eine Führungsgröße (FG) als Sollwert für die Regeleinrichtung zugeführt wird, durch die ein abrupter Übergang des Füllstandes (FL) zwischen aufeinander folgenden Betriebsmodi (A, B, C) vermieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Führungsgröße (FG) ein Tiefpaßverhalten aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Führungsgröße (FG) einen zeitlichen Verlauf in Form einer Flanke (R1, R2, R3) mit vorgegebener Steigung oder Neigung aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Steigung und/oder die Neigung der Rampe abhängig vom vorherigen Betriebsmodus (A, B, C) und des aktuellen Betriebsmodus eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die Abweichung (RA) von Ist-Wert (FList) und Führungsgröße (FG) ermittelt wird und bei Überschreitung eines Maximalwerts der Abweichung ein Fehlersignal erzeugt wird.
7. Digitaldrucker (10) zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers (20), wobei der Digitaldrucker mehrere mit Flüssigentwickler arbeitende Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) enthält, die aus einem Mischbehälter (130) mit Flüssigentwickler versorgt werden, die Anzahl der am Drucken beteiligten Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) vom jeweiligen Druckbetriebsmodus (A, B, C) abhängig ist, Mittel vorhanden sind, die während des Betriebs keiner Entwicklerstation, mindestens einer Entwicklerstation (EWS2) oder allen an den Mischbehälter (130) angeschlossenen Entwicklerstationen (EWS1, EWS2) Flüssigentwickler zuführen, eine Regeleinrichtung abhängig vom Betriebsmodus (A, B, C) den Füllstand (FL) von Flüssigentwickler im Mischbehälter (130) durch eine Regeleinrichtung konstant hält, und wobei abhängig vom Betriebsmodus (A, B, C) der Regeleinrichtung ein unterschiedlicher Betriebsmodus-Sollwert (FLset1 bis FLset5) für den Füllstand (FL) vorgegeben wird.
8. Digitaldrucker nach Anspruch 7, bei dem eine Filtereinheit (135) während einer Übergangszeit (t1, t2, t3) eine Führungsgröße (FG) ermittelt, durch die ein abrupter Übergang des Füllstandes (FL) zwischen aufeinander folgenden Betriebsmodi (A, B, C) vermieden wird.
9. Digitaldrucker nach Anspruch 8, bei dem die Führungsgröße (FG) einen zeitlichen Verlauf in Form einer Flanke (R1, R2, R3) mit vorgegebener Steigung oder Neigung hat.
10. Digitaldrucker nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem eine Abweichung (RA) von Ist-Wert (FList) und Führungsgröße (FG) ermittelt wird und bei Überschreitung eines Maximalwerts der Abweichung (RA) ein Fehlersignal erzeugt wird.

Images