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Magnetwalze für Kopiergeräte
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetwalze, wie sie für elektrostatische
oder elektrofotografische Kopiergeräte Verwendung findet. Bei derartigen Geräten
ist die Magnetwalze konzentrisch z.B.
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von einem Hohl zylinder aus/Aluminium mit geringem Abstand umgeben.
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Bei diesen Anordnungen bewegt sich der Hohizylinder relativ zur Magnetwalze.
Hierbei wirken die magnetischen Kraftlirlien der Magnetwalze wie eine Magnetbürste,
die den Toner bzw. Entwickler, der eine ferromagnetische Komponente enthält, an
die. Oberflnche des Aluminiumzylinders fördert. Da zwischen der Oberfläche der Magnetwalze
und dem unmagnetischen Alu min iumz yl inder ein Lu ftspalt vorhanden ist, müssen
die aus der Magnetwalze austretenden magnetischen Flußlinien möglichst senkrecht
aus den auf der Oberfläche der Magnetwalze befindlichen Polen austreten, eine relativ
hohe Flußdichte besitzen und außerdem eine ausreichende Steifheit aufweisen.
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Zur Erzielung dieser Eigenschaften ist bereits eine Magnetwalze bekannt
geworden, bei der auf einem unmagnetischen Trägerkörer in Achsrichtung verlaufende,
streifenförmige Dauermagnete vnrgesehen sind, die in radialer Richtung magnetisiert
sind, derart,
daß Pole abwechse3 nder Polarität in Walzenuml aufrichtung
entstehen. An diesen radial magneierten Hauptmagneten liegen an gegenüberliegenden
Seitenflächen Zusatzmagnete an. Diese Zusatzmagnete sind senkrecht zu den Hauptmagneten
magnetisiert, wobei gleiche Pole der Zusatzmagnete an den FIauptmagneten anliegen.
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Obwohl die Zusatzmagnete die magnetische Feldstärke der Hauptmagnete
etwas verstärken, ist die Raumwirkung unbefriedigend.
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Darüber hinaus ist diese Ausführung mit >+elativ hohen Kosten verbunden,
da jede Magnetanordnung aus drei einzelnen streifenförmigen Dauermagneten zusammengesetzt
werden muß.
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(US-PS 3 402 G',i) Es ist auch bereits eine Magnetwalze bekannt geworden,
die aus einem zylinderförmigen Dauermagneten aus einem keramischen Magnetwerkstoff,
wie z.B. Bariumferrit, besteht. Bei dieser Magnetwalze ist lediglich ein Hauptpol
wirksam, dem zwei Nebenpole gleicher Polarität benachbart sind. Die dargestellte
Magnetisierung des Magnetkörpers ist in der Praxis sehr schwierig, wenn überhaupt
durchzuführen. Darüber hinaus ist die Magnetwalze relativ teuer, da sie vollständig
aus hartem,schwer bearbeitbarem Dau erma gn etwerk stoff besteht.
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(DE-AS 24 52 879) Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Magnetwalze der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache Art und Weise
und mit geringen Kosten herstellbar ist und mit der sich ein starkes, sich senkrecht
zur Oberfläche der Magnetwalze
weit in den Raum hinein erstreckendes
Magnetfeld erzielen läßt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die streifenförmigen Dauermagnete,
die auf einem walzenförmigen Trägerkörper befestigt sind, aus jeweils wenigstens
einem Dauermagnetpaar zusammengesetzt und zueinander gegensinnig in Umfangsrichtung
derart magnetisiert sind, daß an den aneinanderliegenden Flächen der Dauermagnetpaare
gleichnamige Pole (N,N und S,S) abwechselnd aneinanderliegen und auf ihren Umfangsflächen
Hauptpole bilden, die von Magnetpaar zu Magnetpaar in Umfangsrichtung in ihrer Polarität
wechseln.
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Es wurde gemäß der vorliegenden Erfindung in überraschender Weise
gefunden, daß bei gleichem Aufwand an Magnetmaterial gegenüber den Magnetwalzen
mit herkömmlicher Magnetisierung eine Erhöhung der Induktion an den Hauptpolen auf
dem Umfang der Magnetwalze um ca. 100 °Ó erzielbar ist.
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Durch die Erfindung wird ferner der Vorteil erreicht, daß die streifenförmigen
Dauermagnete im noch nicht zusammengesetzten Zustand auf einfache Art und Weise
in Richtung ihrcr geringsten Dicke magnetisiert werden können. Sie werden dann auf
dem Träger-.
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körper so zu einem Paar zusammengesetzt, daß sich stets gleichnamige
Pole an den aneinanderliegenden Flächen gegenüberstehen Die aus den Polflächen austretenden
Kraftlinien stoßen einander ab, summieren sich in ihrer Gesamtwirkung und treten
in radialer Richtung aus der Magnetwalze aus, so daß eine sogenannte
Magnetbürste
gebildet wird, die weit in den Raum hinein streut und eine große Steifheit aufweist.
Es lassen sich auf diese Weise auf einem Teil oder auf dem gesamten Walzenumfang
Magnetpaare mit IIIul)tl)olon von in Umfangsrichtung wechselnder Polarität mit so
großer Flußdichte erzeugen, wie sie bisher noch nicht möglich war Die Anordnung
und Befestigung der einzelnen Dauermagnetpaare auf dem walzenförmigen Trägerkörper
kann in verschiedener Weise erfolgen. Es wurde erkannt, daß sich Hauptpole mit höherer
Induktion erzielen lassen, wenn der Trägerkörper nicht aus magnetisch leitendem
Material, sondern aus magnetisch nicht leitendem Material besteht.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Trägerkörper mit radial verlaufenden
Rippen versehen, die auch aus magnetisch nicht leitendem Material bestehen. Zwischen
den Rippen sind die Dauermagnetpaare, die einen segmentförmigen Querschnitt aufweisen,angeordnet
und ggfls. durch an den Rippenenden angeordnete Verankerungsteile gehalten.
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In einer anderen bevorzugten Ausbildung sind auf dem Umfang des walzenförmigen
Trägerkörpers Nuten angebracht, in die die Dauermagnetpaare eingeschoben und z.B.
durch Kleben befestigt sind.
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Man kann die Seitenwände der Nuten auch konisch verlaufend ausbilden,
so daß eine zusätzliche Hai terun g erfolgt.
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Um die Flußdichte an den Polen zu konzentrieren, können zwischen den
einander zugekehrten gleichnamigen Polen jedes Dauermagnetpaares Polplatten aus
magnetisch gut leitendem Werkstoff angeordncl sein.
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Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung erläutert.
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Es zeigen: Fig.l einen senkrechten Schnitt durch die Magnetwalze,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung der halbierten Magnetwalze gemäß Fig.l, Fig.3
einen senkrechten Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Magnetwalze,
Fig.4 den Kurvenverlauf der Induktion B in Beziehung zu den Umfangsstellungen der
Hauptpole der Magnetwalze, Fig.5 ein anderes Ausführungsbeispiel der Magnetwalze
im senkrechten Halbschnitt Die Magnetwalzelgemäß Fig.l besteht aus dem Trägerkörper
2 aus magnetisch nicht leitendem Material, wie z.B Aluminium. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Trägerkörper mit sich in radialer Richtung erstreckenden Rippen 4 versehen,
die an ihren Enden ein Verankerungsteil 5 aufweisen. Zwischen den Rippen sind jeweils
ein Paar streifenförmige Dauermagne Le 3 angeordnet, die einen segmentförmigen Querschnitt
aufweisen. Jeder Dauermagnet ist in Umfangsri cI tung bzw. senkrecht zu den Seitenflächen
der radial
verlaufenden Rippen magnetisiert, wobei die aneinanderliegenden
Flächen 3a der Dauermagnetpaare gleichnamige Pole aufweisen.
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Die Magnetisierungsrichtung ist in Fig.2 durch die Pfeile 7 gek eni
zeichnet. In den Figuren sind die aneinanderliegender Pole der D;lucrrllaynctpaarc
mit den Buchstaben N,N und S,S bezeichnet.
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Die aneinanderliegenden Pole gleicher Polarität bilden auf der Umfangsfläche
9 der paarweise angeordneten streifenförmigen Dauermagnete Hauptpole, die mit den
Buchstaben N und S gekennzeichnet sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wechseln
die Pole in Umfangsrichtung von Magnetpaar zu Magnetpaar ihre Polarität.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Dauermagnetstreifen,
bei der jeweils zwei Pole gleicher Polarität aneinarlder liegen, wird in dem mittleren
Bereich des Dauermagnetpaares eine hohe Induktion erreicht, die senkrecht zur Oberfläche
der Magnetwalze gerichtet ist. Die magnetischen Kraftlinien, die von dem einen Pol
gleicher Polarität austreten, wirken mit dem anderen Pol gleicher Polarität so zusammen,
daß eine verstärkende Gesamtwirkung erreicht wird.
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Im oberen Teil der Fig.l sind anstelle der radial verlaufenden Rippen
4 Polplatte 6 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff in dem Trägerkörper 2 befestigt.
Die segmentförmigen Dauermagnete 3 liegen wiederum mit gleichnamigen Polen an jeder
Polplatte an, so daß an den Stirnflächen der Polplatten, die am WalzenumFang liegen,
die Hauptpole wechselnder Polarität vorhanden sind.
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Die streifenförmigen Dauermagnete 3 bestehen aus einer extrudierten
Mischung von anisotropem Bariumferritpulver und/oder Strontiumferritpulver und thermoplastischem
Bindemittel.
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Die Magnetwalze 1 ist von einem Hohizylinder 10 aus Aluminium mit
geringem Abstand konzentrisch umgeben.
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Aus der perspektivischen Darstellung gemäß Fig.2 ist erkennbar, wie
jeweils zwei streifenförmige Dauermagnete mit ihren gleichnamigen Polen aneinanderliegen
und auf der Umfangsfläche der Walze die Hauptpole-N und S bilden.
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In Fig.3 ist ein walzenförmiger Trägerkörper 2 dargestellt, der auf
seinem Umfang 8 mit Nuten 11 versehen ist, in denen wiederum die streifenförmigen
Dauermagnetpaare 3 so angeordnet sind, daß an ihren aneinanderliegenden Flächen
3a gleichnamige Pole vorhanden sind. In diesem Bereich werden auf dem Walzenumfang
die Hauptpole gebildet, die in der Zeichnung mit N und S gekennzeichnet sind.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hauptpole nicht
auf dem gesamten Umfang gleichmäßig verteilt. Es sind lediglich 6 Hauptpole vorhanden,
die über einen Umfangsbereich von 2700 mit gleichem Abstand vcrteilt sind.
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Es kann auch wünschenswert sein, eine andere Pol zahl oder olanordrlungen
mit unterschiedlichen Abständen und/oder Induktionen zueinander vorzusehen.
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In Fig.4 ist in einem Diagramm der Kurvenverlauf der Induktion B in
Beziehung zu den Umfangsstellungen der Hauptpole der Magnetwalze dargestellt. Auf
der Ordinate ist die Induktion B in Millitesla (mT) und auf der Abszisse der Walzenumfang
in Winkelgraden angegeben.
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Wie man aus dem Kurvenverlauf erkennen kann, liegen die Spitzenwerte
der Induktion an den Hauptpolen, die im Diagramm mit N und S bezeichnet sind, bei
150 mT, im Abstand von 0,3 mm über dem Walzenumfang gemessen. Wie weiterhin aus
dem Diagramm ersichtlich ist, sind am Umfang der Magnetwalze, wo Nord- und Südpole
der streifefiförmigen Dauermagnete aneinanderliegen, Nebenpole, im Diagramm mit
n und s bezeichnet, mit geringer Induktion vorhanden, die den Kopiervorgang nicht
beeinflussen.
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Die Amplituden der Nebenpole bzw. ihre Spitzeninduktionen können durch
Maßnahmen, wie sie in Fig.5 dargestellt sind, noch weiter verkleinert werden.
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Fig.5 zeigt eine ähnliche Ausbildung der Magnetwalze 1, wie sie in
Fig.l dargestellt ist, bei der der Trägerkörper 2 mit sich in radialer Richtung
erstreckenden Rippen 4 versehen ist. Zwischen den Rippen sind jeweils ein Paar streifenförmige
Dauermagnete 3 angeordnet. Die Dauermagnetpaare weisen die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Magnetisierung auf, d.h. an den aneinanderliegenden Flächen 3a sind gleichnamige
Pole vorhanden, die auf der Umfangsfläche 9 die Hauptpole N und S bilden. In dieser
Figur sind auf dem Walzenumfang die Nebenpole durch die Buchsttaben n und s gekennzeichnet
Sie entstehen an den Stellen,
wo die Dauermagnetpaare 3 mit ihren
ungleichnamigen Polen N und 5 aneinander bzw. an den Rippen 4 anliegen.
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Die Magnetwalze weist nun an den Umfangsflächen 13, an denen die Nebenpole
liegen, einen geringeren Radius auf als an den Umfangsflächen 9, an denen die Hauptpole
N und S vorhanden sind.
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Dadurch ergibt sich jeweils eine zu den Nebenpolen hin verlaufende
größere Walzenkrümmung.
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Man kann eine geringere Induktion der Nebenpole auch erreicht, indem,
wie in dem rechten Teil der Fig«5 dargestellt ist, die Dauermagnetpaare 3 im Bereich
der Nebenpole mit Ausnehmungen 12 versehen sind, die eine rechteckige oder abgeschrägte
Form aufweisen können.
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Durch die hohe Induktion der Hauptpole und die außerordentlich geringe
Induktion der Nebenpole, die gemäß der Erfindung erzielt wird, kann ein deutliches
und einheitlich sichtbares Bild erzeugt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausfühvrungsbeispiele
beschränkt. Die im Querschnitt segmer0 tförmi gen, cnL-sprechend der Erfindung magnetisierten
Dauermagnete können mit ihren gleichnamigen und ungleichnamigen Polflächen auch
direkt aneinanderliegen und auf dem Umfang eines naben- oder walzenförmigen Trägerkörpers
befestigt sein.