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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer Trommel auf
einer Seite, insbesondere in einem Drucker oder Kopierer, mit einem
auf einer zur Trommel konzentrischen Welle festgelegten inneren
Ring, und mit einem äußeren Ring,
der auf einer Schulter eine Stirnseite der Trommel trägt. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren unter Nutzung der vorgenannten
Vorrichtung.
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Ein
wichtiger Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung betrifft das
Halten einer Trommel, die eine Mantelschicht hat, auf der ein Tonerbild
zum Drucken oder Kopieren erzeugt werden kann. Die Mantelschicht
kann eine fotoleitende Schicht oder eine magnetooptisch beeinflußbare Schicht
sein. Eine derartige Trommel muß spielfrei
und über
den gesamten Temperaturbereich des Einsatzes zuverlässig fest
in einer Lagervorrichtung eingespannt sein.
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Beim
Betrieb der Trommel können
sich durch lokale Temperaturunterschiede unterschiedliche Ausdehnungen
von Welle und Trommel ergeben. Beispielsweise ergeben sich große Ausdehnungsunterschiede
dann, wenn die Welle zweckmäßigerweise
aus Stahl und die Trommel aus Aluminium gefertigt sind. Wenn nun
die Trommel in einem kalten Zustand in einen noch nicht aufgewärmten Drucker
eingebaut wird, so können
sich in der Aufwärmphase unterschiedliche
Ausdehnungen von Trommel und Welle ergeben. Bei üblichen Abmessungen können die
Dehnungsunterschiede deutlich größer als
0,1 mm sein. Das Halteelement, welches die Trommel auf einer Seite
trägt,
muß dann
um diese Dehnungsdifferenz zurückweichen,
da die infolge Wärmeausdehnung
erzeugten Kräfte
sehr groß sind.
Wenn sich der Drucker und damit die Trommel wieder abkühlt, beispielsweise
nach dem Abschalten, schrumpft die Trommel im allgemeinen stärker als die
Welle – es
ergibt sich ein umgekehrter Vorgang wie bei der Erwärmung. Es
kann nun geschehen, daß das
Halteelement, das die Trommel auf einer Seite hält, die Zurückziehbewegung der Trommel
in axialer Richtung nicht mitmacht, beispielsweise weil die Vorrichtung mit
dem Halteelement bei der Wärmeausdehnung auf
der Welle gewandert ist und eine eventuell vorhandene Rückstellkraft
nicht ausreicht, um die Rückwärtsbewegung
zu erzwingen, besonders dann, wenn zum genauen Zentrieren des Trommelflansches
auf der Antriebswelle zwischen der Antriebswelle und dem Trommelflansch
Spreizelemente vorhanden sind, die sich beim Verschrauben aufspreizen.
Die Folge davon ist, daß die
Stirnseite auf der Vorrichtung locker aufliegt – es kann ein schräger und unrunder
Lauf der Trommel auftreten. Theoretisch wäre es möglich, auf die Vorrichtung
eine so große Rückstellkraft
wirken zu lassen, daß die
Vorrichtung auf der Welle beim Abkühlen die Rückziehbewegung mit ausführt. Diese
Rückstellkraft
muß jedoch
extrem groß sein,
was zu einem hohen technischen Aufwand führt. Wird zum genauen Zentrieren
des Trommelflansches auf der Antriebswelle statt der Spreizelemente
eine enge Passung verwendet, ist ein Verkanten und damit ein Klemmen
der Vorrichtung wahrscheinlich.
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Aus
der
EP 0 345 270 B1 ist
eine spielfreie Lagereinrichtung für eine Fotoleitertrommel in
einem Drucker oder Kopiergerät
bekannt. Die dort beschriebene Fotoleitertrommel ist auf einer Seite
der Antriebswelle fest angeordnet. Das andere freie Ende der Trommel
wird durch einen in axialer Richtung beweglichen Aufnahmeflansch
gehalten. Eine Spannvorrichtung drückt federnd gegen die Trommel.
Zum Zentrieren des Trommelflansches auf der Antriebswelle sind zwischen
der Antriebswelle und dem Trommelaufnahmeflansch sich beim Verschrauben verspreizende
Spreizelemente angeordnet. Auf diese Weise soll bei leichter Austauschbarkeit
der Fotoleitertrommel eine hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht werden.
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Aus
der
DE 43 15 274 C1 ist
eine Befestigungsvorrichtung für
eine Fotoleitertrommel eines elektrografischen Druck- oder Kopiergerätes bekannt.
Die Fotoleitertrommel ist zwischen zwei Trommelflanschen eingespannt,
wobei ein Trommelflansch mithilfe einer auf die Welle aufschraubbaren Spannmutter
lösbar
auf der Welle gehalten ist. Zwischen dem Trommelflansch und der
Spannmutter ist eine Druckfeder wirksam, welche einen der Trommelflansche
gegen die Trommel drückt.
Mithilfe eines Klemmteils werden die Spannmutter und der zugehörige Trommelflansch
lösbar
miteinander verbunden.
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Die
vorgenannten beiden Druckschriften basieren auf Entwicklungen derselben
Anmelderin. Der Inhalt der beiden Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme
in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen.
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Aus
der JP 03-181 983 A mit Abstract ist eine Vorrichtung zum Halten
einer Trommel auf einer Seite in einem Drucker oder Kopierer bekannt,
bei der die Trommel im Haltezustand von der Schulter eines äußeren Rings
getragen wird. Dieser äußere Ring
ist axial verschieblich auf einem inneren Ring angeordnet, der auf
einer konzentrisch zur Trommelachse verlaufenden Welle angeordnet
ist. Dieser innere Ring ist in axialer Richtung beweglich und stützt sich gegen
eine Feder ab. Auf diese Weise wird der äußere Ring in starrer Verbindung
mit dem inneren Ring im Haltezustand der Fotoleitertrommel elastisch
gegen den Rand der Fotoleitertrommel gedrückt.
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Die
JP 62-67580 A mit Abstract beschreibt eine Haltevorrichtung zum
Halten einer Fotoleitertrommel. Eine kegelförmige Abschrägung der
Fotoleitertrommel wird von einer kegelförmigen Gegenfläche eines
Lagerrings gehalten. Der Lagerring ist auf einer Welle in axialer
Richtung frei beweglich und wird mittels einer Feder gegen den Rand
der Fotoleitertrommel gedrückt.
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Die
Dokumente JP 01-254971 A mit Abstract und JP 05-289588 A mit Abstract
betreffen ebenfalls Halterungen für Fotoleitertrommeln. Die jeweiligen Elemente
zum Halten eines Endabschnitts der Fotoleitertrommel sind in axialer
Richtung beweglich auf der konzentrischen Welle angeordnet.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Halten einer Trommel auf einer Seite anzugeben, die bzw. das es
ermöglicht, daß die Trommel
spielfrei über
den gesamten Betriebstemperaturbereich zuverlässig eingespannt ist.
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Diese
Aufgabe wird für
eine Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für ein Verfahren
durch die Merkmale nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
enthält
die Vorrichtung einen auf der Welle festgelegten inneren Ring sowie einen äußeren Ring,
der auf einer Schulter eine Stirnseite der Trommel trägt. Der äußere Ring
ist relativ zum inneren Ring axial verschiebbar. In dem Zustand,
in welchem die Trommel von der Vorrichtung gehalten wird, drückt ein
elastisches Element den äußeren Ring
gegen die Stirnseite der Trommel, wobei sich das elastische Element
auf dem inneren Ring abstützt.
Wenn nun infolge von Temperaturänderungen
sich unterschiedliche Ausdehnungen von Trommel und Welle ergeben,
so werden diese Ausdehnungen vom elastischen Element abgefangen,
wobei sich eine axiale Ver schiebung zwischen äußerem und innerem Ring ergibt.
Es werden somit die bei der Wärmeausdehnung
wirkenden Kräfte
vom elastischen Element sicher abgefangen. Wenn nach erfolgter Ausdehnung
eine Abkühlung
der Trommel und der Welle stattfindet, so bewirkt das elastische Element,
daß der äußere Ring
der Längenschrumpfung
der Trommel folgt, wobei die Einspannkraft auf die Stirnseite der
Trommel erhalten bleibt. Eine Lockerung der Einspannung der Trommel
am äußeren Ring
wird vermieden. Dadurch bleibt die Trommel in allen Temperaturzuständen in
einer definierten konzentrischen Lage zur Welle – ein unrunder oder ein schräger Lauf
der Trommel wird vermieden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Halten einer
Trommel auf einer Seite angegeben. Mithilfe dieses Verfahrens werden
die in Zusammenhang mit der Vorrichtung bereits beschriebenen vorteilhaften
Wirkungen erreicht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin
zeigt
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1 eine
Vorrichtung zum Halten einer Trommel auf einer Seite im montierten
Zustand ohne Welle und Trommel,
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2 die
auf die Welle aufgesetzte Vorrichtung,
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3 einen
Zustand der Vorrichtung, bei der eine äußere sternförmige Feder bereits gespannt
ist,
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4 die
Vorrichtung mit vollkommen gespannter Feder,
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5 eine
Ansicht der sternförmigen
Feder,
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6 eine
Vorderansicht eines radialen Spannelements,
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7 einen
Querschnitt durch das radiale Spannelement einmal im unbelasteten
und einmal im belasteten Zustand, und
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8 eine
perspektivische Explosionsdarstellung wesentlicher Teile der Vorrichtung.
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1 zeigt
in einer Querschnittdarstellung die Vorrichtung zum Halten einer
Fotoleitertrommel im montierten Zustand. Eine solche Fotoleitertrommel
ist in einem Drucker oder Kopierer eingebaut. Ein innerer Ring 10 umfaßt eine
Lagerbuchse 12. Der innere Ring 10 ist mithilfe
einer Schraube 14 mit einem Flansch 16 verbunden.
Mithilfe dieses Flansches 16 ist eine äußere sternförmige Feder 18, deren
Aufbau weiter unten noch genauer beschrieben wird, mit Schrauben 20 und
Klemmstücken 22 an
einem äußeren Ring 24 befestigt
und hält
diesen äußeren Ring 24.
Die Feder 18 dient als elastisches Element. Der äußere Ring 24 hat
eine Schulter 26 mit einer kegelförmigen Fläche.
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Ein
Drehknopf 28 hat ein Innengewinde 30 und stützt sich
mittels eines Kugellagers 32 mit Kugeln 34 am
inneren Ring 10 ab. Eine Druckfeder 36 drückt gegen
eine am inneren Ring 10 ausgebildete Innenschulter 38.
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2 zeigt
die auf einer Welle
40 befestigte Vorrichtung. Zum Befestigen
dienen eine erste Hülse
42 und
eine zweite Hülse
44,
zwischen denen als radiales Spannelement eine innere Sternfeder
46 angeordnet
ist. Die erste Hülse
42 ist
reibschlüssig
mit der Welle
40 verbunden, oder stützt sich mit der Stirnseite
an einer Wellensicherung
41 oder an einer Schulter der
Welle ab; die zweite Hülse
44 ist
in axialer Richtung verschiebbar. Eine Schraube
43a in
einem Langloch
43b legt die Lage der Hülse
44 fest. Wenn
die zweite Hülse
44 in
Richtung der ersten Hülse
42 bewegt
wird, so wird die Sternfeder
46 in radialer Richtung ausgelenkt
und verkeilt die Lagerbuchse
12, so daß diese weitgehend starr mit
der Welle
40 verbunden ist und sich in axialer Richtung
nur bei Aufwenden sehr hoher Kräfte
verschieben kann. Die Sternfeder
46 richtet die Lagerbuchse
12 und
damit den inneren Ring
10 und indirekt wiederum den äußeren Ring
24 konzentrisch
zur Welle
40 aus. Dieser äußere Ring
24 trägt auf der
Schulter
26 die Stirnseite einer Fotoleitertrommel
48.
Diese Fotoleitertrommel
48 ist an ihrer anderen Stirnseite
mit einem Flanschelement verbunden, welches wiederum mit der Welle
40 verbunden
ist. Der Aufbau eines solchen Flanschelementes ist beispielsweise
in den eingangs erwähnten
Dokumenten
EP 0 345
270 B1 und
DE
43 15 274 C1 beschrieben. Die Welle
40 wird angetrieben,
wodurch sich auch die Fotoleitertrommel
48 drehend bewegt.
Die Fotoleitertrommel
48 hat an ihrer Außenseite
eine fotoempfindliche Schicht, durch deren Belichtung ein elektrostatisch
latentes Bild erzeugt werden kann. Dieses latente Bild wird mit
Toner eingefärbt.
Das Tonerbild wird dann in einem Drucker oder in einem Kopierer
auf ein Trägermaterial übertragen.
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Beim
Stand der Technik ist im allgemeinen der äußere Ring 24 und der
innere Ring 10 als eine einzige starre Einheit ausgebildet.
Die dabei auftretenden Probleme sollen anhand der 2 kurz
angesprochen werden. Aus konstruktiven und statischen Gründen ist
die Welle 40 im allgemeinen aus Stahl. Die Fotoleitertrommel 48 besteht
im wesentlichen aus Aluminium. Die beiden Materialien haben einen stark
unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Beim Betrieb der Fotoleitertrommel 48 wärmt sich diese
sowie die Welle 40 auf. Da Aluminium einen größeren Ausdehnungskoeffizienten
hat, würde
der äußere Ring 24 bei
starrer Kopplung mit dem inneren Ring 10 in Richtung rechts
in 2 trotz der Verkeilung mittels der Sternfeder 46 verschoben,
d.h. die Lagerbuchse 12 wird trotz hoher Reibungskräfte an der
Sternfeder 46 nach rechts relativ zur Welle 40 bewegt.
Beim Abkühlen
schrumpft die Fotoleiter trommel 48 in axialer Richtung.
Trotz der Federkraft der Druckfeder 36 würde die
Lagerbuchse 12 und damit der innere Ring 10 und
der starr gekoppelte äußere Ring 24 nicht
zuverlässig
nach links in 2 bewegt, da die Sternfeder 46 eine
axiale Auslenkung verhindert. Die Folge davon wäre, daß die Fotoleitertrommel 48 an
ihrer rechten Stirnseite sich von der Schulter 26 löst und nur
noch locker auf dieser aufliegt. Demgemäß liefe die Fotoleitertrommel
unrund oder schräg
zur Mittelachse, was zu einer Druckbildverschlechterung führte. Zudem
könnte
die Fotoleitertrommel 48 rutschen, d.h., daß die Fotoleitertrommel 48 der
Drehbewegung der Antriebswelle nicht oder nicht voll folgt, was
zu einer unerwünschten
Druckbildverzerrung und/oder einer Druckbildverschiebung führen würde. Wie
weiter unten noch näher
erläutert wird,
wird durch die Aufteilung in einen inneren Ring 10 und
einen äußeren Ring 24,
die über
die sternförmige
Feder 18 verbunden sind, der beschriebene negative Effekt
vermieden.
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Es
ist noch darauf hinzuweisen, daß in 2 der
Zustand gezeigt ist, bei dem der Drehknopf 28 über sein
Innengewinde 30, das mit einem Außengewinde 31 auf
der Welle 40 in Eingriff steht, so weit nach links vorgeschoben
ist, daß die
Stirnseite der Fotoleitertrommel 48 in Kontakt mit der
Schulter 26 gelangt. Zwischen der Stirnseite 50 des
Drehknopfes 28 und der Stirnseite der zweiten Hülse 44,
diese Stirnseite bildet einen Anschlag 52, ist in dem in 2 gezeigten
Zustand noch Spiel vorgesehen.
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3 zeigt
einen Zustand, bei dem der Drehknopf 28 so weit axial nach
links bewegt worden ist, bis das vorgenannte Spiel entfällt; der äußere Ring 24 wird
aufgrund der Anschlagwirkung der Fotoleitertrommel 48 relativ
nach rechts gegen die Kraft der sternförmigen Feder 18 ausgelenkt.
Zu beachten ist, daß die
innere Sternfeder 96 als radiales Spannelement noch nicht
gespannt ist.
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4 zeigt
den Haltezustand der Vorrichtung, bei dem die zweite Hülse 44 durch
Weiterdrehen des Drehknopfes 28 weiter nach links bewegt
ist, wobei die Sternfeder 46 gespannt wird und sich in
radialer Richtung ausdehnt, wodurch die Lagerbuchse 12 mit
der Welle 40 kraftschlüssig
verspannt wird. Zwischen dem Flansch 16 und dem äußeren Ring 24 ist
ein Spiel s vorhanden. Dieses Spiel beträgt mehrere 1/10 Millimeter,
also ein Mehrfaches des Ausdehnungsunterschiedes zwischen Welle 40 und
Fotoleitertrommel 48 bei betriebsbedingten Temperaturwechseln.
Wenn sich die Fotoleitertrommel 48 und die Welle 40 aufwärmen, so
ergeben sich zwar Ausdehnungsunterschiede, die jedoch durch den
Federweg der sternförmigen
Feder 18 aufgefangen werden. Beim Abkühlen der genannten Vorrichtung
federt die Feder 18 zurück,
wodurch die Fotoleitertrommel 48 immer unter Spannung auf
der kegelförmigen Schulter 26 aufliegt.
Die Spannkraft, mit der die Fotoleitertrommel 48 auf der
Schulter 26 gehalten ist, ändert sich zwar abhängig von
der Temperatur etwas. Dies ist jedoch nicht kritisch, solange die
Fotoleitertrommel 48 noch sicher unter Andruckkraft auf
der Schulter 26 aufliegt.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die sternförmige
Feder 18. Sie umfaßt
lamellenartige Federelemente 54, die durch schmale Stege 56 miteinander verbunden
sind. Die Feder 18 ist am inneren Ring 10 an vier
Stellen 58 befestigt. Am äußeren Ring 24 erfolgt
eine Befestigung an ebenfalls vier Stellen 60. Die innere
Befestigung 58 und die äußere Befestigung 60 wechseln
sich jeweils ab. Das an der inneren Befestigung 58 gegenüberliegende äußere Ende
der Feder 18 drückt
nur axial an den äußeren Ring 24; d.h.
die Feder 18 ist diesbezüglich radial frei. In umgekehrter
Weise drückt
das einer äußeren Befestigung 60 gegenüberliegende
innere Ende der Feder 18 nur axial an den inneren Ring 10;
die Feder 18 ist diesbezüglich ebenfalls radial frei.
Lamellen mit einer äußeren Befestigung 60 und
mit einer inneren Befestigung 58 sind über die schmalen Stege 56 verbunden.
Diese schmalen Stege 56 können die Durchmesseränderung,
welche die Feder bei ihrer funktionsmäßig er forderlichen Durchfederung
zwangsläufig
zwischen ihrem Innendurchmesser und ihrem Außendurchmesser erfährt, weitgehend
mit geringer Radialkraft ausgleichen und somit eine Lageänderung
des Außenrings 24 in
bezug auf den inneren Ring 10 weitgehend vermeiden. Bei
Temperaturänderungen
haben diese schmalen Stege 56 ebenfalls eine positive Wirkung,
weil sich die vorzugsweise aus Stahl hergestellte sternförmige Feder 18 weniger stark
ausdehnt, als der vorzugsweise aus Aluminium hergestellte innere
Ring 10 und der äußere Ring 24, mit
denen die Feder 18 verbunden ist.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf die Sternfeder 46, die als radiales
Spannelement dient. Die Sternfeder 46 ist ringförmig. Sie
kann eine Mäanderform
mit Federlamellen nach Art der in 5 gezeigten
sternförmigen
Feder 18 haben.
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7 zeigt
im linken Bildteil einen Querschnitt durch die Sternfeder 46.
Zu erkennen ist, daß der
Ring konvex aufgebogen ist. Im Bildteil rechts ist zu erkennen,
daß bei
einer Quetschung zwischen den beiden Hülsen 42, 44 der
Ring in eine Ebene gedrückt
wird, wobei er sich radial vergrößert. In 7 ist
diese Vergrößerung des äußeren Durchmessers mit
a und die Verkleinerung des inneren Durchmessers mit b bezeichnet.
Aus Gründen
der besseren Übersicht
sind die Verhältnisse
in 7 stark übertrieben
dargestellt. Durch diese radiale Vergrößerung der Sternfeder 46 wird
ein konzentrisches Verklemmen der Lagerbuchse 12 mit der
Welle 40 erreicht.
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8 zeigt
in einer Explosionsdarstellung das Zusammenwirken der Elemente Flansch 16, äußerer Ring 24 und
sternförmige
Feder 18. Der Flansch 16 hat einen Außendurchmesser,
der mit dem Durchmesser des äußeren Rings 24 fast übereinstimmt.
Wie erwähnt,
ist die sternförmige
Feder 18 an ihrem Innendurchmesser mittels des Flansches 16 am
inneren Ring 10 befestigt (vgl. hierzu z.B. 1).
Der äußere Ring 24 kann
mithilfe von Schrauben 62 auch starr mit dem Flansch 16 verbunden
werden. Der äußere Ring 24 ist
dann mit dem inneren Ring 10 und damit mit der Welle 40 starr
verbunden. In diesem Zustand wird der äußere Ring 24 einer
Feinbearbeitung unterzogen, wobei die Schulter 26 im Hinblick
auf Konzentrizität
mit der Welle 40 spanabhebend nachbearbeitet wird. Anschließend wird
die starre Verbindung zwischen Flansch 16 und äußeren Ring 24 wieder
gelöst
und der äußere Ring 24 wird
lediglich durch die sternförmige
Feder 18 in seiner konzentrischen Lage zur Welle 40 gehalten. Durch
dieses Nachbearbeiten wird erreicht, daß die Schulter 26 trotz
der beweglichen Befestigung mittels der sternförmigen Feder 18 am
inneren Ring 10 konzentrisch zur Welle 40 verläuft.
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- 10
- Innerer
Ring
- 12
- Lagerbuchse/innerer
Ring
- 14
- Schraube
- 16
- Flansch
- 18
- sternförmige Feder
- 20
- Schrauben
- 22
- Klemmstücke
- 24
- äußerer Ring
- 26
- Schulter
- 28
- Drehknopf
- 30
- Innengewinde
- 31
- Außengewinde
- 32
- Kugellager
- 34
- Kugeln
- 36
- Druckfeder
- 38
- Innenschulter
- 40
- Welle
- 41
- Wellensicherung
- 42
- erste
Hülse
- 43a
- Schraube
- 43b
- Langloch
- 44
- zweite
Hülse
- 46
- Sternfeder
- 48
- Fotoleitertrommel
- 50
- Stirnseite
- 52
- Anschlag
- 54
- Federelemente
- 56
- Stege
- 58
- innere
Befestigungsstellen
- 60
- äußere Befestigungsstellen
- 62
- Schrauben
- a
- radiale
Vergrößerung
- b
- radiale
Verkleinerung
- s
- Spiel
zwischen Flansch und äußerem Ring