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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowelleneinrichtung nach Anspruch
1 und auf ein Element nach Anspruch 18.
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Bei
Druckmaschinen wird bei verschiedenen Druckverfahren ein Tonermaterial
auf einen Bedruckstoff aufgebracht. Hierbei ist ein Anliegen, das
Tonermaterial oder den Toner sicher am Bedruckstoff zu befestigen
oder mit diesem zu verzahnen. Nach dem Druckvorgang soll der Toner
fest und ohne zu Verschmieren am Bedruckstoff fixiert sein. Zu diesem Zweck
werden oftmals Fixierwalzen verwendet, welche mit Wärme und
Druck an beiden Seiten des betonerten Bedruckstoffs angreifen und
den auf verschiedene Weise aufgebrachten Toner an den Bedruckstoff
anschmelzen und fixieren. Dies ist mit Nachteilen verbunden, etwa
dem Verschleiß der
Fixierwalzen und der Gefahr der Beschädigung des Bedruckstoffs. Eine
Lösung
besteht in der Verwendung von kontaktlosen Fixiereinrichtungen,
welche den Bedruckstoff beim Fixieren oder Befestigen des Toners
am Bedruckstoff nicht berühren.
Im Stand der Technik wird unter anderem die Fixierung mittels Mikrowellenstrahlung
bei Durchlauf des Bedruckstoffes durch einen Mikrowellenresonator
vorgeschlagen. Bei diesem Lösungsvorschlag
treten jedoch Probleme auf, wenn verschiedene Bedruckstoffe verwendet werden,
wobei der Bedruckstoff nicht gleichmäßig und geeignet erwärmt wird.
Ein Abschlussschieber oder Kurzschlussschieber an einer Mikrowelleneinrichtung
zum Einstellen des Resonanzzustands oder der Resonanzbedingung benötigt eine
gute Kontaktierung, um elektrische Überschläge zu vermeiden und ist für die hohe
Anzahl von Einstellvorgängen
für verschiedene
Bedruckstoffe ungeeignet. Die
DE 102 10 936 C1 bezieht sich auf das Fixieren
von Toner auf einem Bedruckstoff mittels Mikrowellenstrahlung bei Druckmaschinen
und beschreibt ein Verfahren und eine Mikrowelleneinrichtung für das Befestigen
von Toner an einem Bedruckstoff durch Erwärmen, bei dem der Bedruckstoff
durch einen Durch lass in einer Resonatorkammer einer Mikrowelleneinrichtung durchgeführt wird
und wenigstens ein Element zum Abstimmen des Resonanzzustands in
der Resonatorkammer bewegt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher, die Fixierung von Toner an einem Bedruckstoff
schnell und auf einfache Weise zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist, die Fixierung von Toner an verschiedene Arten
von Bedruckstoff auf geeignete Weise anzupassen.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs
18.
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Vorgesehen
ist eine Mikrowelleneinrichtung für das Befestigen von Toner
an einem Bedruckstoff durch Erwärmen,
wobei eine Resonatorkammer mit wenigstens einem Durchlass zum Durchführen des Bedruckstoffs
und wenigstens ein in die Resonatorkammer hineinreichendes Element
zum Abstimmen des Resonanzzustands in der Resonatorkammer, wobei
das Element wenigstens einen ersten Anteil eines Materials mit im
Wesentlichen die Mikrowellenstrahlung nicht absorbierenden Eigenschaften
und einen zweiten Anteil eines Materials mit mechanisch stabilen
Eigenschaften und einer geringfügig
höheren
Absorption der Mikrowellenstrahlung als der erste Anteil umfasst.
Ferner ein Element zum Abstimmen des Resonanzzustands in einer Mikrowelleneinrichtung
zum Eingreifen in eine Resonatorkammer, wobei das Element wenigstens
einen ersten Anteil eines Materials mit im Wesentlichen die Mikrowellenstrahlung
nicht absorbierenden Eigenschaften und einen zweiten Anteil eines
Materials mit mechanisch stabilen Eigenschaften umfasst.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In
der folgenden Beschreibung ist die Erfindung in Ausführungsformen
beispielhaft in Bezug auf die Figuren dargestellt.
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1 zeigt einen schematischen
Schnitt einer Resonatorkammer mit einem speziell ausgebildeten Element,
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2a zeigt einen schematischen
seitlichen Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform
des Elements in einer ersten Position nach 1,
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2b zeigt einen schematischen
seitlichen Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform
des Elements in einer zweiten Position nach 2a,
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2c zeigt einen schematischen
seitlichen Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform
des Elements in einer dritten Position nach 2a,
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3 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform der Erfindung, wobei
das Element einen gitterförmigen zweiten
Anteil des Materials mit mechanisch stabilen Eigenschaften umfasst,
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4 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform der Erfindung, wobei
das Element mit dem zweiten Anteil mit dem Material mit mechanisch
stabilen Eigenschaften Seitenflächen
des Elements umfasst,
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5 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer mit einer Ausführungsform der Erfindung, wobei
das Element mit dem zweiten Anteil mit dem Material mit mechanisch
stabilen Eigenschaften Teile der Achse beim Durchgriff durch die Wand
der Resonatorkammerumfasst,
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6 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer mit einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung, wobei die Achse des Elements von einem Kühlmedium
durchströmt
ist.
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1 zeigt eine schematische
perspektivische Ansicht einer Resonatorkammer 3 einer Ausführungsform
der Erfindung, beispielsweise ein TE 101-Resonator, welcher von
einer Mikrowelleneinrichtung umfasst wird. In der Resonatorkammer 3 wird
eine stehende Mikrowelle ausgeprägt.
Die Resonatorkammer 3 besteht aus zwei Teilen, einem ersten
Teil 7 und einem zweiten Teil 7', die entgegenge setzt zueinander
angeordnet sind, wobei die Innenräume des ersten Teils 7 und
des zweiten Teils 7' gemeinsam
die Kammer der Resonatorkammer 3 bilden mit einem Schlitz
zwischen den Teilen 7, 7', durch welchen ein Bedruckstoff 1 durch
die Resonatorkammer 3 transportiert wird. Das Element 4 befindet
sich im Wesentlichen in der Resonatorkammer 3, die Achse
des Elements 4 greift durch eine Wand 30 des ersten
Teils 7 von außen
in die Resonatorkammer 3. Das Vorhandensein des Elements 4 in
der Resonatorkammer 3 verändert den Resonanzzustand oder
die Resonanzbedingung in der Resonatorkammer 3. Das Element 4 weist
wenigstens einen ersten Anteil 41 eines Materials mit im
Wesentlichen die Mikrowellenstrahlung nicht absorbierenden Eigenschaften
und einen zweiten Anteil 42 eines Materials mit mechanisch
stabilen Eigenschaften auf. Die Position des Elements 4 beeinflusst
die Resonanzbedingung in der Resonatorkammer 3 und stimmt
die Resonanzbedingung auf den jeweils in der Resonatorkammer 3 befindlichen
Bedruckstoff 1 ab. Auf diese Weise wird der sich ändernden
Papier- oder Bedruckstofftemperatur bei unterschiedlichen Papier- oder Bedruckstoffgewichten
bei der Fixierung von Toner Rechnung getragen. Ist der Resonanzzustand oder
die Resonanzbedingung in der Mikrowelleneinrichtung erfüllt, so
koppelt die Mikrowellenstrahlung der Mikrowelleneinrichtung in den
Bedruckstoff ein und erwärmt
diesen. Die Anpassung der Resonanzbedingung an unterschiedliche
Papier- oder Bedruckstoffgewichte mittels einer Drehung des Elements 4 ermöglicht eine
unter den gegebenen Randbedingungen maximale Einkopplung der zur
Verfügung
stehenden Mikrowellenleistung. Da zur Erwärmung von gleichartigen Bedruckstoffen 1 mit
unterschiedlichen Flächengewichten
auf eine bestimmte Temperatur eine unterschiedliche Energiemenge
benötigt
wird, muss auch die Mikrowellenleistung entsprechend angepasst werden.
Ausgeführt
sind Zuordnungstabellen, welche in eindeutiger Weise einem bestimmten
Flächengewicht
eines Bedruckstoffs 1 eine bestimmte Position des Elements 4 genau
derart zuordnen, dass der Bedruckstoff 1 und das Element 4 gemeinsam
eine für
die von der Mikrowellenquelle gelieferte Frequenz optimale Resonanzbedingung
in der Resonatorkammer 3 ergeben. Das Flächengewicht
des Bedruckstoffs 1 ist hierbei in aller Regel in der Steuerungseinrichtung
der Druckmaschine bekannt, insbesondere bei digitalen Druckmaschinen,
bei denen unterschiedliche Bedruckstoffe 1 mit unterschiedlichen
Massen in schneller Ab folge bedruckt werden. Das Element 4 wird
bevorzugt von einer geeigneten Steuerung in Abhängigkeit von den Datenausgaben
der Zuordnungstabelle bewegt. Für
bestimmte Ausführungsformen
des Elements 4 sind dabei vorteilhaft Schrittmotoren einsetzbar.
Eine weitere Möglichkeit
der Bewegung des Elements 4 ist durch Steuerung eines mit
dem Element 4 gekoppelten Magneten gegeben, der elektrisch
angesteuert wird und das Element 4 bewegt. Durch Bewegen
des Elements 4 wird die Resonanzbedingung in der Resonatorkammer 3 stets
derart abgestimmt, dass die Erwärmung
des Bedruckstoffs 1 und des auf diesem aufliegenden Toners
zur Fixierung des Toners am Bedruckstoff 1 in energieeffizienter
Weise erfolgt. Das Element 4 ist in diesem Beispiel als
Variante um seine eigene Achse 40 drehbar ausgeführt. In
diesem Fall umfasst das Element 4 eine Achse 40 mit
mindestens einem Flügel 44,
wobei die Achse 40 des Elements 4 an entgegengesetzten
Seiten der Resonatorkammer 3 durch ihre Wände 30 greift.
Der Flügel 44 des
Elements 4 bewegt sich bei einer Drehung der Achse 40 durch
die Resonatorkammer 3. Die Achse 40 verläuft so weit
wie möglich
in der Nähe
der oberen Begrenzung der Resonatorkammer 3. In 1 ist eine Variante des
Elements 4 in einer ersten Position dargestellt.
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2a zeigt einen schematischen
seitlichen Schnitt der Resonatorkammer 3 mit den zwei Teilen 7, 7' mit einer Ausführungsform
des Elements 4 in einer ersten Position nach 1, wobei der Flügel 44 des
Elements 4 etwa senkrecht nach unten gerichtet ist. Die
erste Position des Elements 4 ist bei diesem Beispiel für das Erwärmen eines
bestimmten Bedruckstoffs 1 mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 eingestellt. Wird die Druckmaschine nach
dem Fixieren des Bedruckstoffs 1 mit einem Flächengewicht von
60 g/m2 mit einem anderen Bedruckstoff 1 betrieben,
beispielsweise mit einem Bedruckstoff 1 mit einem Flächengewicht
von 180 g/m2, so wird mit der Position des
Elements 4 nach den 1 und 2a keine ausreichende Erwärmung erreicht.
Wenn der Mikrowelleneinrichtung in der Druckmaschine ein anderer
Bedruckstoff 1 mit einem Flächengewicht von 180 g/m2 zugeführt
wird, bewirkt ein Schrittmotor eine Drehung der Achse 40 des
Elements 4 in eine zweite Position nach 2b, wie durch den Pfeil dargestellt. Beim
Drehen der Achse 40 des Elements 4 wird der einteilig
mit der Achse 40 verbundene Flügel 44 geschwenkt.
Bei der zweiten Position des Elements 4 wird der Bedruckstoff 1 mit
einem Flächengewicht von
180 g/m2 in geeigneter Weise erwärmt, um
den Toner zu fixieren. Wird Toner bei einem Bedruckstoff 1 mit
einem anderen Flächengewicht
fixiert, beispielsweise 300 g/m2, wird die
Achse 40 weiter geschwenkt und der Flügel 44 nimmt beispielsweise eine
Position nach der 2c an,
bei welcher sich der Flügel 44 etwa
waagerecht im ersten Teil 7 der Resonatorkammer 3 befindet.
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3 zeigt eine schematische
Ansicht ähnlich
zu 1, bei welcher das
Element 4 wenigstens einen ersten Anteil 41 eines
Materials mit im Wesentlichen die Mikrowellenstrahlung nicht absorbierenden Eigenschaften
und einen zweiten Anteil 42 eines Materials mit mechanisch
stabilen Eigenschaften umfasst. Das Material des zweiten Anteils 42 weist
eine etwas höhere
Absorption der Mikrowellenstrahlung in der Resonatorkammer 3 auf.
Weitere Materialanteile sind ausführbar. Der erste Anteil 41 umfasst
beispielsweise Polytetrafluorethylen und umfasst hierbei wesentliche
Teile des Flügels 44.
Der zweite Anteil 42 umfasst beispielsweise Quarzglas,
Steatit, Polyethersulfon, Poly-P-Obenoxate, Polyetherimid, Polysulfon,
Nylatron, Novatron, Polyphenylensulfid, Ketron, Metall oder Kombinationen
hiervon und umfasst Teile des Flügels 44 und
die Achse 40. Der zweite Anteil 42 kann ferner
aus Kompositwerkstoffen ausgebildet sein, etwa Polytetrafluorethylen
mit Kevlar oder Polytetrafluorethylen mit Glasfasern. Die Achse 40 ist
der mechanisch am stärksten
beanspruchte Teil des Elements 4. Der zweite Anteil 42 weist
mechanisch stabile Eigenschaften auf und dient zum Stabilisieren
des Elements 4, welches im Wesentlichen aus dem ersten
Anteil 41 aus einem weniger mechanisch stabilen Material
besteht. Der erste Anteil 41 führt zu sehr geringen Energieverlusten
in der Resonatorkammer 3, weist jedoch den Nachteil auf, dass
sein Material etwa über
längere
Betriebszeiten betrachtet zu unerwünschten Verformungen neigt und
einen hohen Abrieb aufweist. Der zweite Anteil 42 weist
dagegen höhere
Energieverluste als der erste Anteil 41 auf, jedoch wegen
der mechanischen Stabilität
seines Materials kaum Verformungen und Abrieb. In der Resonatorkammer 3 ist
eine stehende Mikrowelle ausgebildet, wobei bei Bereichen beim Element 4 mit
hoher elektrischer Feldstärke
der erste Anteil 41 ausgeführt ist und bei Bereichen beim
Element 4 mit geringerer elektrischer Feldstärke der zweite
Anteil 42 ausgeführt
ist. Ferner kann die gesamte Achse 40 40 aufgrund
ihrer höheren
Absorption von Mikrowellenstrahlung in einem Bereich mit geringer
elektrischer Feldstärke
liegen, damit wenig Erwärmung
der Achse 40 auftritt oder die Erwärmung über die Oberfläche abgegeben
wird. Das verwendete Material des zweiten Anteils 42 wird
je nach Lage der Achse 40 ausgewählt. Auf diese Weise bleiben die
Energieverluste, welche aufgrund des zweiten Anteils 42 auftreten,
gering. Trotzdem werden die gewünschten
stabilisierenden Eigenschaften mittels des zweiten Anteils 42 im
Wesentlichen erreicht. Eine andere Möglichkeit, einen stabilisierenden
zweiten Anteil 42 an das Element 4 anzubringen,
besteht darin, das Element 4 mit einem ersten Anteil 41 auszubilden
und die Seitenflächen
des Flügels 44 des
Elements 4 mit dem zweiten Anteil 42 zu beschichten. Auf
diese Weise wird eine Art Sandwichstruktur gebildet, wobei der zweite
Anteil 42 den ersten Anteil 41 umgibt. Bei dem
vorliegenden Beispiel bilden die zweiten Anteile 42 aus
einem mechanisch stabilem Material beim oberen Teil des Flügels 44 eine
gitterförmige
Struktur, die Bereiche mit dem zweiten Anteil 42 verlaufen
längsseitig
und senkrecht dazu entlang des Flügels 44 des Elements 4 in
parallel zueinander angeordneten Streifen. Bereiche des ersten Anteils 41 wechseln
sich längsseitig
und quer mit Bereichen des zweiten Anteils 42 ab. Diese
gitterförmige
Struktur mit dem zweiten Anteil 42 ist nur im oberen Teil des
Flügels 44 des
Elements 4 ausgebildet, weil dort Bereiche mit niedriger
elektrischer Feldstärke
in der Resonatorkammer 3 herrschen. Der Mikrowellenstrahlung
stärker
absorbierende zweite Anteil 42 wird in diesen Bereichen
nur wenig erwärmt.
In den Bereichen mit höherer
elektrischer Feldstärke,
beim unteren Teil des Flügels 44,
ist ausschließlich
der erste Anteil 41 ausgebildet, welcher die Mikrowellenstrahlung
weniger absorbiert.
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4 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer 3 mit einer Ausführungsform
der Erfindung ähnlich
zu 3, wobei das Element 4 mit dem
Material mit mechanisch stabilen Eigenschaften, dem zweiten Anteil 42,
die Oberseite und Seitenflächen
des Flügels 44 umfasst,
jedoch nicht die Unterseite des Flügels 44, bei welcher
eine hohe elektrische Feldstärke
ausgebildet ist. An der Oberseite und den Seitenflächen des
Flügels 44,
bei dem zweiten Anteil 42, sind Bereiche des Mikrowellenfeldes mit
kleinerer elektrischer Feldstärke
ausgeprägt.
Der zweite Anteil 42 ist hierzu insbesondere bei den Seitenflächen des
Flügels 44 sehr
schmal ausgebildet, da das Mikrowellenfeld von der Seite der Resonatorkammer 3 eine
starke Steigung ausbildet. Im Zentrum des Flügels 44 ist das Element 4 mit
einem ersten Anteil 41 eines Materials mit im Wesentlichen
die Mikrowellenstrahlung nicht absorbierenden Eigenschaften ausgebildet,
während
die Seitenflächen ausgenommen
die Unterseite des Elements 4 einen zweiten Anteil 42 eines
Materials mit mechanisch stabilen Eigenschaften umfasst.
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5 zeigt einen schematischen
Schnitt der Resonatorkammer 3 mit einer Ausführungsform
der Erfindung. Das Element 4 mit dem zweiten Anteil 42 mit
dem Material mit mechanisch stabilen Eigenschaften umfasst hierbei
die Teile der Achse 40 beim Durchgriff des Elements 4 durch
die Wand 30 des ersten Teils 7 der Resonatorkammer 3.
Der zweite Anteil 42 ist aus zwei Stiften ausgebildet,
die jeweils an einer Seite des ersten Teils 7 des Resonatorkammer 3 in
diese hineingreifen und mit der Achse 40 des Elements 4 einteilig
verbunden sind. Die übrigen
Teile des Elements 4, der Flügel 44 und der von
der Wand 30 entfernte Teil der Achse 40 im Innenraum der
Resonatorkammer 3, sind aus dem ersten Anteil 41 ausgebildet.
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6 zeigt eine Variante der
Erfindung mit einem schematischen Schnitt. Das Element 4 ist
aus einer Achse 40 und einem einteilig mit diesem verbundenen
Flügel 44 ausgebildet.
Die Achse 40 umfasst hierbei den mechanisch stabilen zweiten
Anteil 42. Speziell hierbei ist die Achse 40 des
Elements 4 hohl ausgeführt.
Der Achse 40 wird ein Kühlmedium zugeführt, wie
durch den Pfeil in 6 dargestellt. Das
Kühlmedium
ist beispielsweise Luft oder ein anderes geeignetes Medium. Das
Kühlmedium
verlässt die
Achse 40 bei der entgegengesetzten Seite der Resonatorkammer 3 durch
die Wand 30 der Resonatorkammer 3, wie durch den
Pfeil dargestellt. Durch die Kühlung
der Achse 40 aus dem zweiten Anteil 42 wird erreicht,
dass das Material beiden in der Resonatorkammer 3 auftretenden
hohen Temperaturen einer geringeren Belastung ausgesetzt ist. Insbesondere
werden Verformungen des Elements 4 über längere Zeiträume betrachtet wesentlich verringert
Hierdurch wird dem Erfordernis Rechnung getragen, dass nur geringfügige Verformungen
des Elements 4 toleriert werden, an dernfalls könnte das
Element 4 in der Resonatorkammer 3 zum Beispiel
klemmen.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, die Oberfläche
oder Teile der Oberfläche
des Flügels 44 zu
strukturieren und mit einem Kühlmittel
zu umströmen,
etwa Luft. Durch die aufgrund der Strukturierung größere Oberfläche wird
im Vergleich zu einer flachen Oberfläche eine zusätzliche
Kühlwirkung
erzielt.
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Bei
einer speziellen Variante wird der zweite Anteil 42 aus
Metall ausgeführt,
wobei das Metall als besonderes Merkmal aufweist, dass dieses die
Mikrowellenstrahlung stark reflektiert und daher nur in Ausnahmefällen verwendbar
ist.