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Puderaufolabevorrichtung für eine Bürste in I b elektrostatischen
Drucksystemen Die Erfindung betrifft eine Puderaufgabevorrichtung für eine Bürste,
die in solchen elektrostatischen Drucksystemen Verwendung findet, bei denen diese
Bürste einen Puder in ein elektrisches Feld durch eine Bildschirmelektrode hindurch
überträgt. Die Erfindung bezieht sich im einzelnen auf dabei geschaf-fene
Verbesserungen.
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In der USA.-Patentschrift 3 081698 ist ein elektrostatisches
Drucksystem beschrieben, das eine Vorrichtung enthält, bei der auf die Oberfläche
eines ein Bild aufnehmenden Teiles elektroskopische Puderteilchen aufgetragen werden,
wobei das das Bild aufnehmende Teil in einem elektrischen Feld angeordnet ist, das
auf der einen Seite durch ein bilderzeugendes Teil und auf der anderen Seite durch
eine Rückplatte begrenzt ist. Das bilderzeugende Teil kann einen Schirm aufweisen,
der nur die Öffnungen freigibt, die einem Muster des gewünschten Bildes entsprechen.
Die Puderteilchen lassen sich dabei in das elektrische Feld mittels einer Bürste
einbringen, die zuerst den Puder auf ihre Oberfläche aufnimmt und darauf über das
bildbegrenzende Teil gerollt wird, wodurch die Puderteilchen durch die in dem Teil
befindlichen Öffnungen in das elektrische Feld gedrückt werden.
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Es wurde nun gefunden, daß bei der Verwendung einer Bürste für den
oben beschriebenen Zweck dieselben Schwierigkeiten auftreten, die in dem Druckverfahren
entstehen, bei dem nasse Tinte verwendet wird. Die Bürste muß nämlich ständig der
Bildelektrode eine gleichmäßig beladene Oberfläche anbieten. Diese gleichmäßig beladene
Oberfläche muß trotz der ungleichmäßigen Anforderungen aufrechterhalten werden,
die an die Bürste von Bildflächen gestellt werden, die von kleinen Bildern, z. B.
der Kleintype, die einen sehr geringen Prozentsatz der Bürstenfläche bedecken, bis
zu großen, ungeteilten Zonen reichen können, wo fast die ganze Bürstenfläche erforderlich
ist. Wenn der Puder auf der Bürste auf Flächen maximaler Entleerung nicht vollständig
ersetzt wird, so ergeben sich voraussichtlich Schattierungen, d. h., die
nächste Flächenzone, die mit der Oberfläche der Bürste bedruckt werden soll, wird
nicht die volle Druckdichte aufweisen, wobei die Fläche vergleichbar ist mit der
vorher stark beanspruchten Bürstenfläche. Der Abdruck stellt dann nur einen Schatten
des früheren Bildes dar. Bei der Auffüllung der Bürste mit Puder müssen die stark
entleerten Flächen wieder gefüllt werden, ohne daß die benachbarten Flächen, denen
eine sehr kleine Pudermenge entnommen wurde, überladen werden.
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Es wurden schon viele Versuche durchgeführt, um eine richtige Wiederauffüllung
der Bürste. mit Farbstoffp uder zu erreichen, wobei Verfahren Anwendung fanden,
die denjenigen analog sind, die beim Drucken mit nasser Farbe angewendet werden.
Das eine dieser Verfahren besteht darin, den auf der Bürste verbleibenden Puder
mittels schwingender Walzen oder durch Verwendung einer über der Walze befindlichen
Ummantelung mit einer kammartigen Reihe von Flügeln neu zu verteilen, wobei die
Flügel den Puder quer zur Bürste führen, um eine erneute Aufteilung auf der Bürstenoberfläche
zu bewirken. Entlang der ganzen Bürstenlänge wird dann durch eine Vorrichtung, z.
B. einen vibrierenden Aufgabebehälter, der den Puder enthält, eine konstante Pudermenge
zugeführt.
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Diese Verfahren stellen jedoch keine vollständige Lösung des aufgezeigten
Problems dar. Die Verteilungsvorrichtung bewirkt nämlich eine verstärkte
Ab-
nutzung der Bürste und kompensiert nur annähernd die ungleiche Entnahme
des Puders auf der Bürste. Es hat sich auch als schwierig herausgestellt, den neuen
Puder der Bürstenoberfläche mit einer Geschwindigkeit zuzuteilen, die genau den
verschiedenen Mengen entspricht, die längs des Bildschirms infolge der verschiedenen
Bilddichten gebraucht werden, so daß ein allmählich wachsendes Zuviel oder Zuwenig
verhindert wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin,
eine Anordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, den Verbrauch an elektroskopischem
Puder bei einer Bürste im wesentlichen in Mengen zu ersetzen, die erforderlich sind,
um dieses Auffüllen in richtiger Weise zu erreichen, ohne dabei eine übermäßige
Auffüllung oder Entleerung zu bewirken.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der elektroskopische
Puder zuerst von einem Pudervorrat an eine Oberfläche übertragen wird, die aus einem
Material mit derartigen triboelektrischen Eigenschaften besteht, daß der Puder an
dieser Oberfläche haftenbleibt, und wenn er darauf entfernt wird, eine Ladung der
gewünschten Polarität aufgenommen hat. Der Puder wird daraufhin von dieser Oberfläche
entfernt, indem er mit der Bürstenoberfläche in Berührung gebracht wird, die in
wirkungsvoller Weise eine gleichmäßige Puderschicht von dem Material abnimmt. Die
Bürste wird dann gedreht und mit dem Bildschirm in Berührung gebracht, um den Puder
in ein elektrisches Feld, das zwischen dem Schirm und einer rückseitigen Elektrode
besteht, zu überführen. Obgleich die Bürste ständig mit der Oberfläche des triboelektrischen
Materials in Berührung steht, nimmt sie den Puder nicht über eine begrenzte Sättigungsmenge
hinaus auf. Die Pudennenge auf der Bürste bleibt einheitlich, so wie die Pudermenge
auf der Oberfläche des triboelektrischen Materials, an dem die Bürste bis zum Sättigungszustand
beladen wurde, bis der Puder von der Bürste durch die Bildelektrode entfernt wird.
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Die neuartigen charakteristischen Merkmale der Erfindung werden im
folgenden im einzelnen beschrieben. Die Erfindung selbst wird, was ihren Aufbau
und ihre Verfahrensweise anbetrifft, zusammen mit den erzielten Fortschritten in
der folgenden Beschreibung und an Hand der Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i
g. 1 eine isometrische Ansicht der mit der Bürste versehenen Puderaufgabevonichtung
gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Draufsicht der in F i g. 1 gezeigten
Ausführungsforrn, F i g. 3 eine Seitenansicht einer anderen mit einer Bürste
versehenen Puderaufgabevorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 4 noch eine
weitere Anordnung eines mit einer Bürste versehenen Puderaufgabesystems gemäß der
Erfindung und F i g. 5 eine mit einer Bürste versehene Puderaufgabevorrichtung
gemäß der Erfindung, die zur Lieferung von Puder an eine Bürste dient, die über
der Bildschinnelektrode angeordnet ist.
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Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsforin der neuartigen Vorrichtung
wird zur Auffüllung einer Bürste mit elektroskopischen Puderteilchen in einem elektrostatischen
Schreibsystem in der Weise benutzt, daß die Bürste gleichmäßig beladen wird, trotzdem
der Puder auf ihr bleibt. Ein elektrostatisches Drucksystem weist eine Bildformungselektrode
oder einen Bildschrim 10 auf und eine Rückplatte 12, die mit Abstand parallel
zueinander angeordnet sind. Beide sind aus leitfähigem Material, damit sich zwischen
ihnen ein elektrisches Feld aufbaut, wenn sie mit einer Spannungsquelle 14 verbunden
werden.
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In das elektrische Feld, zwischen die beiden Feldelektroden, wird
ein das Bild aufnehmender Körper 16, der ein Papier, Tuch oder Wellpappe
#zein kann, eingeführt. Der Schirm 10 weist durch ihn durchführende öffnungen
auf, die die Form des gewünschten Bildes, sei es ein Buchstabe, eine Ziffer oder
ein Muster, besitzen. Beispielsweise befinden sich auf dem Bildschirm
10 die gezeigten großen Buchstaben 18, kleinen Buchstaben 20 und ein
Muster 22.
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über die Schirmoberfläche wird eine Bürste 24 gerollt. Die Borsten
der Bürste werden mit elektroskopischem Puder bedeckt, und wenn die Bürste über
den Schirm rollt, werden die Puderteilchen, die kleiner sind als die öffnungen,
im Schirm 10 durch die Schirrnöffnungen in das elektrische Feld gedrückt,
das sie zu dem aufnehmenden Körper 16 transportiert. Die Puderteilchen werden
auf dem Untergrund in Form eines Bildmusters abgelagert, das im wesentlichen mit
dem auf dem Schirm vorhandenen Bildmuster identisch ist. Der aufnehmende Körper
16
wird, nachdem die Bürste über die Schirrnfläche gelaufen ist und das Puderbild,
das auf ihm abgelagert wurde, mit bekannten Einrichtungen fixiert worden ist, entfernt.
Diese bekannten Fixierungseinrichtungen können beispielsweise Anordnungen sein,
mit denen der Puder erwärmt oder mit dem Papier verschmolzen wird, oder Einrichtungen,
die ihn besprühen, oder andere Anordnungen. Der zu verwendende Einrichtungstyp hängt
dabei von der Art des Farbstoffpuders ab, der benutzt wird.
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Wie schon erwähnt wurde, ergeben sich infolge der verschiedenen Bildgrößen,
die beispielsweise durch die Schinnbilder 18, 20 und 22 dargestellt werden,
hinsichtlich der sich ändernden Anforderung an die Bürste Probleme, die darin bestehen,
die gleichmäßige Beladung der Bürste mit aufgenommenem Puder aufrechtzuerhalten.
Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Puderübertragungswalze 30 geschaffen,
die innerhalb eines Puderbehälters 32 in der Weise drehbar gelagert ist,
daß der Umfang der Puderübertragungswalze mit der Oberfläche der Bürste 24 in Reibschlußverbindung
steht. Infolge dieser Reibschlußverbindung mit der Oberfläche der Bürste rotiert
deshalb die Puderübertragungswalze 30, wenn die Bürste 24 rotiert. Auf dem
Boden des Puderbehälters 32 befindet sich der Puder 34, und die Walze
30 nimmt den Puder vom Behälterboden auf.
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Um den Puder im Behälter 32 in einem Fließzustand zu halten
und dadurch die Übertragungswalze 30 ausreichend zu ummanteln, wird eine
bekannte Vorrichtung, z. B. eine mit wenig Borsten versehene Bürste 34, vorgesehen.
Die Bürste 36 ist im Behälter 32 drehbar gelagert, und ihr Umfang
steht mit der Puderübertragungswalze 30 im Eingriff, wodurch sie mit umläuft,
wenn die Puderübertragungswalze 30
rotiert. An Stelle dieser Bürste können
auch andere Mittel Verwendung finden., z. B. unter niedrigem Druck durch eine poröse
Bodenplatte in dem Behälter 32 eingeblasene Luft, oder Mittel, die den Behälter
in Schwingung versetzen.
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Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, läßt sich die Bürste
24 unabhängig von einem Motor 40 antreiben, der mit der Welle, auf der die Bürste
24 sitzt, gekuppelt ist. Der Motor 40 wird von einem Rahmen 42 getragen. Auch der
Behälter 32 ist an dem Rahmen 42 befestigt. Der Rahmen 42 ist so angeordnet,
daß er sich über den Schirm 18 hin und her bewegen läßt, so daß die Bürste
24 mit der ganzen Oberfläche des Schirms in Berührung gebracht wird. Die Drehrichtung
der Bürste 24 ist umkehrbar, um dadurch die Geschwindigkeit des Bürstenumfangs relativ
zum
Schirm konstant zu halten, was eine konstante Druckdichte sicherstellt.
Da der Rahmen 42 den neuartigen Bürstenpudernachfüllmechanismus trägt, wird die
Beladung der Bürste mit Puder und dadurch die Puderaufgabe über die ganze Oberfläche
des Schirmes konstant gehalten. Der Rahmen 42 wird von irgendeiner wechselseitigen
Antriebsvorrichtung 44, mit der er verbunden sein kann, hin und her bewegt. Diese
Antriebsvorrichtung kann beispielsweise ein Motor sein, der sich auf einer Zahnstange
46 von geeigneter Länge verschiebt.
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Weiterhin weist die Puderübertragungswalze ein Oberflächenmaterial
auf, das triboelektrische Eigenschaften derart besitzt, daß die elektroskopischen
Puderteilchen im Behälter 32 an seiner Oberfläche haftenbleiben und dadurch,
wenn sie von der Bürste entfernt werden, eine Ladung bestimmten Vorzeichens aufgenommen
haben. Die Walze nimmt infolge ihrer triboelektrischen Eigenschaft eine einheitliche
Puderschicht auf. Beim Umwälzen der Bürste und der Walze wird dieser Puder übertragen
und an der Bürste haftenbleiben, bis die Bürstenoberfläche einen bestimmten Sättigungspunkt
erreicht. Die weitere Berührung führt dann zu keiner wesentlichen Steigerung der
Puderinenge auf der Bürste. Der Puder bleibt sowohl auf der übertragungswalze als
auch auf der Bürste in gleichmäßiger Verteilung, bis der Puder durch die Bildelektrode
von der Bürste entfernt wird. Der Puder wird dann von der Walze an die Bürste und
von dem Behälter an die Walze in einer Menge übertragen, die ausreicht, um das Gleichgewicht
des Systems wiederherzustellen. Auf diese Weise wird die Puderfläche und das Pudervolumen
auf der Bürste entsprechend der Anforderung, die bezüglich der Verteilungsdichte
von dem Bildschirm gestellt wird, ständig wieder aufgefüllt. Beispielsweise wurde
bei einer Ausführungsforin der Erfindung die übertragungswalze aus Polyinethaerylsäureester
hergestellt und in einem Puderbehälter aus demselben Material betrieben. Die Bürstenoberfläche
wurde aus einem Mohairhaartuch gefertigt. Es wurde ein handelsüblicher elektroskopischer
Puder verwendet, der bei Berührung mit der aus Polymethacrylsäure bestehenden Walze
negativ aufgeladen wird. Zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, das die negativ
aufgeladenen Puderteilchen auf den aufnehmenden Untergrund überträgt, wurde die
Bildelektrode bezüglich der Rückplatte negativ geladen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde die Walze
aus Polytetrafluoräthylen hera -
gestellt. Es wurde ein handelsüblicher elektrosko
pischer Puder verwendet, der sich bei Berührung mit der Walze aus Polytetrafluoräthylen
negativ auflädt. Der Behälter bestand aus Aluminium. Der positiv aufgeladene Puder
erfordert für die übertragung durch das elektrische Feld, daß die Bildelektrode
bezüglich der Rückplatte ebenfalls positiv geladen wird. Bei einigen elektroskopischen
Pudem können die Materialien und die Ladungsrichtung beliebig gewählt werden, aber
bei den Pudern, die Ladungen des einen Vorze;chens schneller aufnehmen und halten
als des anderen Vorzeichens, kann die Wahl einer bestimmten Ladungsrichtung eine
verbesserte Arbeitsweise der Vorrichtung mit sich bringen.
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Die Ausgleichswirkungen des erfindungsgemäßen Bürstenbeladungssystens
sollen im folgenden erläutert werden. Die Puderentnahme von der Bürstenfaseroberfläche
hinterläßt auf der Faser eine lokale Ladung, deren Vorzeichen der Ladung der Puderteilchen
entgegengesetzt ist. Diese Ladung ist proportional der Puderinenge, die einer bestimmten
Bürstenfläche entnommen und durch die Bildöffnungen des Schinns transportiert wird.
Die Flächen, von denen große Pudermengen abgezogen worden sind, sind sehr stark
negativ aufgeladen, wohingegen dort, wo kein Puder entnommen wurde, die Ladungen
auf der Bürste durch die darauf befindlichen Puderteilchen ausgeglichen sind. Die
Bürstenoberfläche rollt auf der beladenen Walze ab und steht dabei in unmittelbarer
Berührung mit der auf der Walze anhaftenden Puderschicht, die den Puder an die Bürste
in einer Menge abgibt, die proportional der auf der Bürstenfaseroberfläche vorhandenen
negativen Aufladung ist.
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Die vorhandenen Ladungsunterschiede auf der Bürste lassen sich leicht
dadurch feststellen, indem die zylindrischen Sektoren solch einer Bürste in axialer
Richtung isoliert werden, so daß sie durch ein geeignetes Elektrometer unabhängig
geprüft werden können.
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Der Ladungsabgang von der Bürste an den Schirm und die Atmosphäre
verhindert, daß sich die Bürste zu stark auflädt. Zur Aufrechterhaltung des Systemgleichgewichts
bei großen Druckgeschwindigkeiten ist es notwendig, daß die Bürstenfaser eine relativ
kurze Entladungszeit besitzt.
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Eine für solch eine Bürste geeignete Mohairfaserdecke hat eine Faserlänge
von 4 mm, die, wenn sie zwischen 10 m2 großen Platten auf eine Höhe von
3 mm zusammengepreßt sind, bei einer relativen Feuchte von 40 ID/o einen
Widerstand von 1012 Ohm besitzen.
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Die Aufrechterhaltung des Ladungsgleichgewichts auf der übertragungswalze
hängt offensichtlich gleichermaßen von dem Ladungsabgang an die Luft und den Ladungsverlust
längs der Oberflächen des Materials wie auch von dem Ladungsaustausch an den Bürstenfasem
ab. übertragungswalzen, die nur aus Kunststoff bestehen, wie auch Walzen, bei denen
ein leitender Kern, der geerdet sein kann, mit einer dünnen Kunststoffschicht überzogen
ist, haben in den beschriebenen Einbauarten mit Erfolg gearbeitet.
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Ein triboelektrischer Ladungsaustausch, bei dem mehr als zwei Materialien
beteiligt sind, kann völlig komplex sein. Man stellt dabei fest, daß poliertes Polymethacrylsäureester
sich an einer Mohairfaseroberfläche positiv auflädt. Wenn das Polymethacrylsäureester
jedoch bearbeitet worden ist, lädt es sich an demselben Material negativ auf. Ein
typischer elektroskopischer Puder lädt sich sowohl an einer bearbeiteten oder polierten
Plexiglasfläche als auch an einer Kombination von beiden mit einer Mohairfaseroberfläche
negativ auf.
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Wegen dieses komplexen Austausches zwischen dem elektroskopischen
Puder, der übertragungswalze und dem Bürstenmaterial hat sich als sehr zweckmäßig
herausgestellt, die übertragungskomponenten für den triboelektrischen Puder empirisch
unter Berücksichtigung der Wirksamkeit eines vorhandenen Puders zuwählen.
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Eine weitere Steuerung der Pudermenge, die von der übertragungswalze
aufgenommen wird und dadurch für die Bürste zur Verfügung steht, kann durch Vergrößerung
der Oberfläche des puderübertragenden Walzenmaterials erreicht werden, indem die
Oberfläche der Walze 30 mit geeigneten Nuten oder gleichartigen Einrichtungen
30 a versehen wird.
F i g. 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße
Anordnung, die der Verbesserung des Puderauftrags auf die Bürste dient. Die Einzelteile
dieser Vorrichtung, die gleiche Aufgaben erfüllen wie diejenigen in F i
g. 1, tragen gleiche Bezugszeichen. In F i g. 3 sind die beiden Walzen
50, 52, die ebenso ausgebildet sein können wie die Walze 30, auf jeder
Seite der Bürste 24 drehbar gelagert, wobei sie ebenfalls mit der Bürste 24 in Reibungskontakt
stehen und durch die Rotation der Bürste angetrieben werden. Diese mitlaufenden
Walzen 50, 52 besitzen die Aufgabe, jede örtliche Puderüberladung, die von
Agglomeraten herrühren kann, die durch unzureichende Verwirbelung im Puderbehälter
35 entstehen, aufzugreifen und neu zu verteilen. Der Puderbehälter
36 dieses Ausführungsbeispiels wird durch eine Vibrationsvorrichtung 54 in
Schwingung versetzt, die ein elektromagnetischer Ultraschallerzeuger, z. B. ein
piezoelektrischer Kristall, oder eine magnetostriktive Einrichtung sein kann. Wie
im vorigen schon angedeutet wurde, kann die Vibration des Behälters dazu dienen,
den im Behälter befindlichen Puder zu verwirbeln, so daß eine gleichmäßigere Puderschicht
an der Oberfläche der Walze 30 angelagert werden kann.
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F i g. 4 zeigt eine weitere Art der Ausführungsforrn der Erfindung.
Hierbei wird eine Bürstenwalze 56,
die innerhalb des Behälters 36 drehbar
gelagert ist, infolge des Reibungskontakts mit der Puderübertragungswalze
30 in Drehung versetzt, die ihrerseits durch Reibungskontakt mit dem Umfang
der Bürste 24, wie oben beschrieben, angetrieben wird. Die Bürste 56 nimmt
den Puder aus dem Puderbehälter auf und überträgt ihn an die Puderübertragungswalze
30, die ihrerseits die Bürste 24 belädt, so daß dadurch eine gleichmäßige
Puderzufuhr aufrechterhalten wird.
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In F i g. 5 ist die Verwendung eines endlosen Riemens
60 dargestellt, der aus einem triboelektrischen Material besteht und an Stelle
der Walze 30 verwendet werden kann, um die Bürste 24 zu beladen. Der endlose
Riemen 60 wird von vier geeigneten, mit Ab-
stand angeordneten Leerlaufrollen
62, 64, 66 bzw. 68 getragen. Er steht mit der Oberfläche der
Bürste 24 in Reibungskontakt, so daß diese, wenn sie sich dreht, den Riemen weiterbewegt,
wodurch der Riemen in den Puderbehälter 32 eintaucht, um sich dort mit Puderteilchen
zu beladen, die dann, wie gefordert, auf die Oberfläche der Walze 24 übertragen
werden.
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Vorstehend wurde eine neuartige Anordnung beschrieben, die dazu dient,
einer Bürste in richtiger Weise Puder zuzuführen, der in einem elektrostatischen
Drucksystem verwendet wird, wobei die Bürste immer gleichmäßig, unbeachtet des Puderbedarfs
auf dem Bildschirm, beladen wird, über den sie sich bewegt.