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Beleuchtungseinrichtung für einen Vervielfältigungsapparat Die Erfindung
bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung für einen Vervielfältigungsapparat
mit mindestens einer Leuchtstoff-Lampe in einem Gehäuse zur Belichtung von zu vervielfältigenden
Originalen während deren optischer Abtastung und mit einem Gebläse zur Erzeugung
eines Kühlluftstromes.
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Die Schaltungsanordnung zur Beleuchtung des Schriftstückes während
dessen Abtastung ist speziell dem Verwendungszweck in einem xerographischen Apparat
angepaßt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in einer Vervielfältigungsmaschine
nach kürzester Zeit eine optimale Lichtausbeute zu erreichen, wodurch die Maschine
sehr schnell verwendbar ist und während der ersten Arbeitsstufen eines Kopiervorganges
kein Verlust an Beleuchtungsstärke entsteht.
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Für eine Kopier- oder Vervielfältigungsmaschine, die nach dem Prinzip
der Xerographie arbeitet, ist eine spezielle Schaltungsanordnung zur Energieversorgung
der Beleuchtungselemente vorgesehen. Diese können -herkömmliche Leuchtstoff-Lampen
sein. Sie dienen zur Beleuchtung eines Schriftstückes während dessen über ein optisches
System erfolgender Abtastung. Die während der Abtastung von dem Schriftstück ausgehenden
Lichtstrahlen werden durch das optische System auf die Fläche einer xerographischen
Platte projiziert. Um zu diesem Zweck eine möglichst hohe Lichtausbeute im Hinblick
auf die kurzen Belichtungszeiten und die hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen,
ist die Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet, daß sie während des Arbeitsganges
einmal eine Vorwärmung der Lampen bewirkt, zum anderen das Heizen und Abkühlen steuert,
wodurch eine optimale Lichtabgabe der Lampen während der jeweiligen Abtastung eines
Schriftstückes erreicht wird.
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Durch diese Vorwärmung wird die Verzögerung, die normalerweise bis
zur maximalen Lichtabgabe der Lampen entsteht, auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Gebläse auf eine Stelle der Lampe
gerichtet ist und daß ein weiteres Gebläse, das eine Heizeinrichtung enthält, und
eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, die das Gebläse für Kühlluft einschaltet,
wenn die Temperatur der Lampe einen bestimmten Wert übersteigt und welche die Heizeinrichtung
einschaltet, wenn die Temperatur der Lampe unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die folgende eingehende
Beschreibung an Hand der Figuren. F i g. 1 zeigt schematisch das Lampengehäuse mit
funktionsmäßig zugehörigen Teilen; F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
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In F i g.1 ist das Lampengehäuse 35 zusammen mit einem Gebläse 81
und dessen Motor 82 gezeigt. Das Gebläsegehäuse 83 steht mit dem Inneren
des Lampengehäuses in Verbindung. Der Motor 82 ist über seine Anschlußklemmen 84
mit einer Stromquelle verbunden, wie im folgenden noch beschrieben wird. Im Ansaugeluftstrom
für das Gebläse 81 ist ein elektrischer Heizwiderstand 85 mit Anschlußklemmen 86
angeordnet. Er wird unabhängig von der Schaltung des Motors 82 mit elektrischer
Energie versorgt. Die Verbindung des Gebläsegehäuses 83 und des Lampengehäuses 35
ist in der Art eines metallischen Kanals oder einer Vielfachleitung ausgeführt,
so daß ein Luftstrom vom Gebläse 81 in das Lampengehäuse 35 zustande kommt und eine
Luftzirkulation um die Lampen und die Platte 22 herum entsteht.
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Mit dem Inneren des Lampengehäuses 35 steht außerdem noch ein zweites
Gebläse 87 in Verbindung,
jedoch ist dessen Luftstrom auf bestimmte
Punkte der Lampen speziell ausgerichtet. Sein Gehäuse ist über ein durch eine Öffnung
des Lampengehäuses geführtes Rohr 89 mit einem kleinen Bereich 90 auf jeder Lampe
LMP im Lampengehäuse verbunden. Diese Bereiche 90 werden während des Betriebes unter
die Lampentemperatur abgekühlt, wodurch eine Kondensation des Quecksilberdampfes
und eine Ablagerung von Quecksilber an diesen abgekühlten Stellen entsteht. Der
Einfachheit halber werden diese Stellen in der folgenden Beschreibung als »Quecksilberfleck«
bezeichnet.
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In F i g. 1 ist zur besseren Übersicht nur eine Lampe mit der entsprechenden
Verbindung zum Gebläsegehäuse 87 dargestellt. In der praktischen Ausführung ist
jede Lampe mit dieser Rohrverbindung versehen, die dann alle in einer Verzweigung
zusammengeführt und mit dem Gebläsegehäuse 87 verbunden sind. Zur Luftförderung
an die Lampen kann auch jede andere Einrichtung verwendet werden. Die Abkühlungsstelle
kann irgendwo auf einer Lampe angeordnet und beliebig ausgebildet sein, und zwar
je nach der Wirkung, die für das Kühlsystem gewünscht wird. Der Motor 88 des Gebläses
87 ist über seine Klemmen 91 mit einer Stromquelle verbunden.
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Mit dem Quecksilberfleck 90 auf einer der Lampen im Lampengehäuse
35 steht ein Heißleiter Rt in Verbindung, der an eine Schaltungsanordnung zur Steuerung
des Gebläsemotors 88 angeschlossen ist, die im folgenden beschrieben wird. Zur besseren
Übersicht ist der Heißleiter an einem anderen Lampenpunkt gezeigt. Tatsächlich steht
er jedoch mit dem Quecksilberfleck 90 in thermischer Verbindung. Seine Beschaltung
erfolgt über die Anschlußklemmen 92.
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Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung steuert die Energieversorgung des
Motors 82. Außerdem werden die Anschaltung des Heizwiderstandes 85 während bestimmter
Zeiträume des Motorlaufes sowie die Speisung des Motors 88 des Gebläses 87 und die
über den Heißleiter Rt ausgewertete Temperatur des Quecksilberflecks 90 durch diese
Schaltung gesteuert. An den Klemmen 93 erfolgt die Verbindung der Schaltungsanordnung
mit einer Stromquelle von 115 V und 60 Hz. An den Leitungen 94 und 95 kann elektrische
Energie abgenommen werden. In die Leitung 94 ist ein Hauptschalter 96 eingefügt,
durch den die Einschaltung erfolgt und der geschlossen ist, wenn die in F i g. 1
gezeigte xerographische Vervielfältigungsmaschine eingeschaltet ist, jedoch bevor
deren Arbeitsablauf beginnt.
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Bei geschlossenem Hauptschalter 96 ist der Motor 82 des Gebläses 81,
der an die Leitungen 94 und 95 angeschaltet ist, mit der Stromquelle verbunden.
Dadurch wird ein kontinuierlicher Luftstrom vom Gebläse 81 in das Lampengehäuse
35 erzeugt, wenn die Vervielfältigungsmaschine eingeschaltet ist. Zur Kühlung und
zur Abführung überschüssiger Wärme bleibt das Gebläse während der gesamten Betriebszeit
der xerographischen Maschine eingeschaltet. Der Motor _ 88 des Gebläses 87 ist gleichfalls
an die Leitungen 94 und 95 angeschlossen, jedoch ist in seinem Stromkreis der Ruhekontakt
1 Cr-1 eines .Relais 1CR angeordnet, dessen Aufgabe noch erldärt wird. Der
Heizwiderstand 85 ist über einen Arbeitskontakt 1CR-2 des Relais 1CR und einen zweiten
im Ruhezustand geschlossenen Schalter SW an die Leitungen 94. und 95 angeschlossen.
Der Schalter SW ist im Stromkreis der Vervielfältigungsmaschine angeordnet und wird
geöffnet, wenn die Maschine anläuft. Daher ist in diesem Zustand der Maschine der
Heizwiderstand 85 abgeschaltet.
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Die Leitungen 94 und 95 führen zu einer Temperaturreglerschaltung,
die in ihrer Gesamtheit-mit 97 bezeichnet ist. An die beiden Leitungen ist die Relaiswicklung
1CR in Reihe mit einem gesteuerten Siliziumgleichrichter SR-1 angeschaltet. Die
Relaisspule 1CR betätigt bei Einschaltung die Relaiskontakte 1 CR-1 und 1 CR-2 derart,
daß der Kontakt 1 CR-1 den Stromkreis des Motors 88 unterbricht und der Kontakt
1 CR-2 den Stromkreis des Heizwiderstandes 85 schließt. Der Relaiswicklung 1CR ist
ein Kondensator C-1 parallel geschaltet. Dieser Parallelschaltung ist der Widerstand
R-1 vorgeschaltet, wodurch für das Relais 1 CR eine Zeitkonstante gegeben ist. Am
Verbindungspunkt der Relaiswicklung und des Gleichrichters SR-1 ist der eine Pol
einer Thyrektordiode SR-4 angeschlossen, deren anderer Pol an der Leitung 95 liegt.
Diese Diode unterdrückt eventuell auftretende Ausgleichsvorgänge, die sich auf den
Gleichrichter SR-1 schädlich auswirken könnten.
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An die Leitungen 94 und 95 ist außerdem noch der Heißleiter Rt mit
seinen Klemmen 92 über den Teilwiderstand eines PotentiometersR-3, einen festen
Widerstand R-4 und. einen Widerstand R-5 mit positivem Temperaturkoeffizienten angeschlossen.
Der WiderstandR-5 kompensiert Änderungen der Steuerspannung des Gleichrichters SR-1,
die durch Änderungen der Außentemperatur verursacht werden. Dem Widerstand R-4 ist
ein Ruhekontakt 1CR-3 des Relais 1CR parallel geschaltet, der diesen Widerstand
im Ruhezustand des Relais 1CR kurzschließt.
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Die Stromversorgung des Relais 1 CR wird durch den Heißleiter Rt gesteuert,
da die Steuerelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters SR-1 mit dem Abgriff
98 des Potentiometers R-3 verbunden ist. Erreicht die Spannung am Abgriff 98 einen
bestimmten Wert, der durch die Summe der Widerstände des HeißleitersRt und des TeilwiderstandesR-3
zwischen Abgriff 98 und Heißleiter bestimmt ist, so wird der Gleichrichter 5R-1
über seine Steuerelektrode aufgesteuert. Das Relais 1CR zieht an und betätigt seine
Kontakte 1 CR-1 und 1 CR-2.
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Die Schaltung 97 wird durch eine Zenerdiode SR-3 vervollständigt,
die an die Leitungen 94 und 95 angeschlossen ist und die in der Schaltung eine Schwell-oder
Bezugsspannung aufrechterhält. Zwischen dem Widerstand R-5 und dem Hauptschalter
96 ist eine Diode SR-2 mit Reihenwiderstand R-2 zur Erzeugung einer Gleichspannung
in die Leitung 94 eingeschaltet.
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Es sei angenommen, daß die xerographische Maschine in F i g. 1 ausgeschaltet
ist und kein Strom durch die Lampen LMP fließt. Wird die Maschine nun durch die
Bedienungsperson direkt oder indirekt eingeschaltet, so wird der Schalter 96 geschlossen
und der Motor 82 eingeschaltet. Er erzeugt einen Luftstrom im Lampengehäuse 35.
Wie noch beschrieben wird, erfolgt gleichzeitig auch die Einschaltung des Heizwiderstandes
85 über den Relaiskontakt ICR-2, der normalerweise geöffnet ist; jedoch zunächst
geschlossen wird, da die Lampen noch kalt sind. Daher wird das Lampengehäuse 35
und damit auch jede Lampe LMP erwärmt: Die durch den Heizwiderstand und das Gebläse
81 gelieferte Wärme muß ausreichend sein, um die Lampen von außen auf eine Temperatur
-zu bringen, die eine für eine optimale Lichtabgabe ausreichende Temperatur der
Queck
.silberflecken ermöglicht. Im allgemeinen erreichen Leuchtstofflampen
ihre maximale Leistung erst nach einer kleinen Verzögerungszeit, wenn die Temperatur
einen optimalen Quecksilberdampfdruck und damit -maximale Ausgangsleistung erzeugt.
Werden die Lampen zur Belichtung einer lichtempfindlichen Fläche verwendet, so entsteht
durch diese Änderung in der Leistung während eines Abtastzyklus eine ungleiche Belichtung.
Durch Vorheizen des Lampengehäuses 35 vor Einschaltung der Lampen und Abtastung
eines Schriftstückes, arbeiten die Lampen praktisch sofort nach ihrem Einschalten
mit maximaler Lichtabgabe, da sie dann schon eine Temperatur besitzen, die am günstigsten
Punkt oder in dessen Nähe liegt. Dadurch wird eine Änderung der Lichtausbeute wesentlich
herabgesetzt. Solche Änderungen würden bei mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen
der Maschine dazu führen, daß bei der ersten Abtastung eines Schriftstückes und
damit auf dem Anfangsteil des auf der xerographischen Trommel 20 erzeugten Bildes
eine geringere Belichtung durchgeführt würde.
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Nach Erreichen der Betriebstemperatur sind gemäß der Erfindung Mittel
zur Einhaltung dieser Temperatur vorgesehen. Bei der beschriebenen Art von Lampen
nimmt die Lichtausbeute wieder ab, wenn die Temperatur ihren optimalen Wert übersteigt.
Dies ist durch ein Ansteigen des Quecksilberdampfdruckes m it bei Dauerbetrieb steigender
Temperatur bedingt, da dieser Druck bei Überschreiten des optimalen Wertes eine
Verminderung der Lichtstärke verursacht.
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Der in F i g. 1 gezeigte Mechanismus und die Schaltungsanordnung gemäß
F i g. 2 dienen zur Steuerung der Lampentemperatur und damit des Quecksilberdampfdruckes,
wodurch die unerwünschte Wirkung der Lampen bei Unter- oder Übertemperatur verringert
oder beseitigt wird. Durch Steuerung des Luftstromes über den Quecksilberfleck 90
wird der Quecksilberdampfdruck einer jeden Lampe bestimmt. Ist der Quecksilberfleck
abgekühlt, so kondensiert eine gewisse Menge Quecksilber, wodurch der Dampfdruck
in der Lampe verringert und die Lichtstärke erhöht wird. Die Lampentemperatur, die
durch den Heißleiter Rt ausgewertet wird, wird durch die Schaltungsanordnung 97
gesteuert und eingehalten.
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Die xerographische Maschine befindet sich nun im »Bereitschaftszustand«
und zum Anlaufen "ist lediglich eine entsprechende Bedienungsmaßnahme erforderlich.
Diese besteht im allgemeinen in der Betätigung eines »Kopie«-Handschalters, wodurch
die Lampen LMP eingeschaltet werden, die Abtastung des Schriftstückes beginnt, die
anderen Bewegungsmechanismen betätigt werden und der Schalter SW
im Stromkreis
des Heizwiderstandes 85 geöffnet wird, wodurch die Vorheizung während des Laufes
der Maschine unterbrochen wird. Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 hat bis zu
diesem Zeitpunkt, d. h. bis zur Einschaltung der Lampen und Abtastbeginn, eine Vorheizung
der Lampen gewährleistet, so daß diese sofort optimale Wirkung haben.
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Bei weiterem Lauf der xerographischen Maschine werden die Lampen LMP
eine unterhalb des Optimalwertes liegende Temperatur annehmen. In diesem Fall wird
der Heißleiter Rt einen großen Widerstandswert haben, der zusammen mit dem in Reihe
geschalteten Teilwiderstand des Potentiometers eine relativ hohe Steuerspannung
an der Steuerelektrode des Gleichrichters SR-1 erzeugt. Dieser Wert reicht aus,
um den Gleichrichter aufzusteuern. Der Ruhekontakt 1CR-1 wird in diesem Zustand
der Schaltung geöffnet und der Gebläsemotor 88 ausgeschaltet, so daß die Lampen
eine größere Wärme entsprechend ihrem normalen Betriebszustand erzeugen können.
Bei Anstieg der Lampentemperatur nimmt der Widerstand des Heißleiters ab. Wird die
Temperatur der maximalen Lichtstärke erreicht, so wird durch den dann geringen Heißleiterwiderstand
der Gleichrichter SR-1 gesperrt. Das Relais 1. CR fällt ab und sein Kontakt 1CR-1
wird geschlossen. Der Gebläsemotor 88 wird eingeschaltet und dadurch ein kühler
Luftstrom auf den Quecksilberfleck 90 gerichtet. Dieser Betriebszustand wird so
lange beibehalten, bis die Lampentemperatur unter den Wert absinkt, der ein Anziehen
des Relais 1CR bewirkt und der Luftstrom abgeschaltet wird. Durch Einstellen des
Potentiometerabgriffes 98 kann die gewünschte einzuhaltende Temperatur eingestellt
werden, da der Widerstand des Potentiometers in Verbindung mit dem Heißleiter die
Steuerspannung für die Steuerelektrode des Gleichrichters SR-1 bestimmt.
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Ist die Zeit zwischen Einschalten und Anlauf der Maschine ausreichend,
so daß der Heizwiderstand 85 die gewünschte Temperatur erzeugt, so wird der Kontakt
1 CR-2 geöffnet und der Kontakt 1 CR-1 geschlossen, während der Schalter SW noch
geschlossen ist. Dies ist der Fall, wenn der Heißleiter Rt am Quecksilberfleck 90
bei Erreichen der gewünschten Temperatur ein Abfallen des Relais 1CR bewirkt. Dadurch
wird der Heizwiderstand 85 abgeschaltet und das Gebläse 87 eingeschaltet. Die Einschaltung
des Heizwiderstandes 85 und die Ausschaltung des Gebläses 87 wird wiederum bewirkt,
wenn die Lampentemperatur unter die vorgegebene Temperatur abfällt. Durch diese
Wirkungsweise der wiederholten Heizung und Abkühlung der Lampen wird die vorgegebene
Temperatur während des Bereitschaftszustandes der Maschine beibehalten.
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Der Schalter SW kann, falls erwünscht, gesondert betätigt werden,
so daß der oben beschriebene Heiz-Kühl-Zyklus während des gesamten Betriebes der
Maschine beibehalten wird.
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Durch Einschalten der Relaiswicklung 1CR wird auch der Kontakt 1CR-3
betätigt, der im geöffneten Zustand eine Einschaltung des Widerstandes R-4, der
einen sehr geringen Widerstandswert besitzt, in dem Stromkreis des Heißleiters Rt
und des Potentiometers R-3 bewirkt. Steigt der Widerstand des Heißleiters genügend
an, um eine Betätigung des Relais zu bewirken, so wird durch das Relais eine sofortige
Widerstandserhöhung in Reihe mit dem Heißleiter bewirkt, wodurch die tatsächliche
Steuerspannung einen etwas höheren Wert annimmt, als die zur Rufsteuerung erforderliche
Spannung. Durch diese Maßnahme wird der Temperaturbereich zwischen Anzug und Abfall
des Relais in sehr geringem Maße vergrößert, wodurch ein Vibrieren des Relais bzw.
Prellen seiner Kontakte verhindert wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung der Schaltungsanordnung zur Lampensteuerung
geht hervor, daß die Lampentemperatur auf zwei integrierte Arten beeinflußt wird,
wodurch man eine Beleuchtungseinrichtung erhält, die als Lichtquelle in einer Vervielfältigungsmaschine
sehr vorteilhaft verwendbar ist. Einerseits werden die Lampen vor der Abtastung
oder im Bereitschaftszustand der Maschine bereits
vorgeheizt. Dadurch
wird eine gleichmäßige Lichtverteilung während des gesamten Abtastvorganges erreicht.
Andererseits wird bei wiederholten Abtastvorgängen die effektive Lampentemperatur
auf einem vorgegebenen Wert gehalten bzw. auf einem Wert, der die maximale Lichtabgabe
der Lampen ermöglicht.