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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Feld der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Tonerkonzentrationssensor,
der in einer elektrofotografischen Druckmaschine Verwendung findet.
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2. Beschreibung verwandter
Technik
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US-Patent 6,006,047 offenbart
eine Vorrichtung, die einen elektrischen Parameter einer bildgebenden
Oberfläche überwacht
und steuert. Die Überwachungssteuerungsvorrichtung
schließt
einen Feldgenerator ein, der auf der bildgebenden Oberfläche ein
erstes Kontrollfeld bei einem ersten Spannungsniveau und ein zweites
Kontrollfeld bei einem zweiten Spannungsniveau aufzeichnet. Diese
Vorrichtung schließt
ebenso ein elektrostatisches Voltmeter ein, das Spannungspotentiale
misst, die mit dem ersten und dem zweiten Kontrollfeld verknüpft sind.
Ein Prozessor, der in Kommunikation mit dem Feldgenerator steht,
berechnet elektrische Parameter der bildgebenden Oberfläche aus
gemessenen Spannungspotentialen von den ersten und zweiten Kontrollpaketen.
Der Prozessor bestimmt eine Abweichung zwischen den berechneten
elektrischen Parameterwerten und Einstellwerten.
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Der
Prozessor erzeugt und sendet daraufhin ein Rückkopplungs-Fehlersignal zu
dem Feldgenerator, wenn die Abweichung ein Schwellniveau überschreitet.
Der Feldgenerator zeichnet daraufhin ein drittes Kontrollfeld bei
einem dritten Spannungsniveau auf der bildgebenden Oberfläche in Reaktion auf
den Empfang des Fehlersignals auf. Das elektrostatische Voltmeter
vermisst das dritte Kontrollfeld. Der Prozessor berechnet die elektrischen
Parameter der bildgebenden Oberfläche aus dem gemessenen Spannungspotential
des dritten Kontrollfeldes und bestimmt einen Korrekturfaktor. Die
Ladeeinrichtung, das Belichtungssystem und der Entwickler werden, basierend
auf diesem Korrekturfaktor, eingestellt. Die Abfolge der drei Felder
wird wiederholt, bis eine Konvergenz auf einen gewünschten
Wert erreicht wird.
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US-5,946,524 beschreibt
eine bildgebende Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der
Bilddichte. Es wird ein Testmusterbild auf einer lichtempfindlichen
Trommel ausgebildet und die Dichte des Testmusterbildes wird durch
einen Sensor detektiert. Die Gitterspannung Vg eines elektrisierenden
Laders und die Tonerkonzentration T/C in einem Entwickler werden
gemäß dem Detektionsergebnis
eingestellt, so dass eine Zielbilddichte erreicht werden kann.
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US 5,559,579 beschreibt
eine Entwicklungsregelung in geschlossener Schleife in einem xerografischen
Kopierer oder Drucker. Es werden Bildelementzähldaten mit Reflektionsdaten
eines Tonertestfeldes während
einer kurzen Tonerbeaufschlagung kombiniert, um die Änderungsrate
der Dichte pro Einheitsänderung
in der Tonerkonzentration zu bestimmen. Es werden Tonertestfelder
erzeugt und die Reflektion derselben wird gemessen, um die Änderung in
der Tonerdicht zu bestimmen. Die berechnete TC-Änderung und die Änderung
in der Tonerdichte werden unter Verwendung von linearer Regression verarbeitet,
um die mittlere Änderung
in der Dichtesensorausgabe für
die berechnete Änderung
in TC zu finden.
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US 5,987,272 beschreibt
eine bildgebende Vorrichtung, die eine Einrichtung zur Bildqualitätskompensation
einschließt.
Es wird ein Prüffeldbild ausgebildet
und die Dichte desselben wird detektiert, um die Bildqualität bei einem
konstanten Niveau zu halten. Eine der bildgebenden Bedingungen,
beispielsweise die Entwicklervorspannung der Entwicklungseinheit
innerhalb der bildgebenden Vorrichtung, die als eine Dichtesteuerung
dient und die gemäß dem detektierten
Ergebnis gesteuert wird. Das Tonermischungsverhältnis wird jedoch beibehalten
und weder geändert
noch korrigiert, wenn die Dichte des Prüffeldbildes auf demselben Niveau
verbleibt, so dass die Entwicklungsvorspannung nicht korrigiert wird.
Die Korrektur des Tonermischungsverhältnisses wird weder geändert noch
korrigiert in Reaktion auf die Änderung
allein in der Feuchtigkeit, wodurch ermöglicht wird, einen stabilen
Bildqualitätsstatus
zu erhalten.
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US-Patent Nr. 5,895,141 offenbart
ein Tonerkonzentrations-Steuersystem, das festlegt, wann die Ladung
zwischen den Entwicklermaterialpartikeln, d. h. den Entwicklerpartikeln
und den Trägerpartikeln, schwach
wird. Dies resultiert in anfänglichen
Kopien, die dunkler als erwartet sind. Um festzustellen, wann diese
Bedingung eingetroffen ist, entwickelt dieses System zwei Halbton
gerastete Kalibrationsfelder, die Reflektivitäten von 12 % und 87 % aufweisen
sollen, d. h. ein Feld reflektiert ungefähr 12 % des darauf einfallenden
Lichtes und das andere Feld reflektiert ungefähr 87 % des darauf einfallenden
Lichtes. Die tatsächliche
Reflektion dieser zwei Felder wird durch einen Schwarztoner-Flächenabdeckungssensor
erfasst und aufgezeichnet. Die gemessene Reflektionsdifferenz zwischen
den zwei Feldern, wie etwa beispielsweise 75 % (12 % minus 87 %),
wird berechnet. Eine große
Dif ferenz ist ein gutes Anzeichen, ob die Flächen zu dunkel geworden sind.
Wenn der Reflektionsunterschied (delta) geringer als ein Zielwert ist,
wird die Tribo als innerhalb eines akzeptablen Bereiches erachtet
und es wird nichts getan. Tribo ist die abgekürzte Nomenklatur für die tribo-elektrische
Beziehung zwischen den Tonerträgerpartikeln
und den Tonerpartikeln, d. h. wobei die Tonerpartikel eine Polarität aufweisen,
die verursacht, dass dieselben sich selbst von den Trägerpartikeln
in geladenen Abschnitten der bildtragenden Artikel ablösen und
zu einer fotoleitenden Oberfläche
gezogen werden. Wenn jedoch der Unterschied größer als der Zielwert ist, fährt die
Druckmaschine fort, eine besondere Ruheaufbaueinstellung durchzuführen. Die
Einstellung setzt Toner im System nach oben und nach unten, ausreichend,
um die tribo-elektrische Ladung des Toners zu vergrößern und
das Tonermaterial zu verjüngen.
Das System fährt
daraufhin mit den normalen Einstellungsschritten der Tonerkonzentrationseinstellung
und der elektrostatischen Konvergenz fort. Sobald durchgeführt, kehrt
das System wieder in den Online-Betrieb zurück und ist bereit, gute Kopierqualität zu erzeugen.
Das in
US 5,895,141 offenbarte System
ermöglicht
es, einen Tonerkonzentrationssensor zu vermeiden.
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US-Patent 6,029,021 offenbart
ein bildgebendes System, das ein Entwicklungssystem mit Zweikomponenten-Inversion
aufweist, das ein Tonerfeldbild ausbildet. Das Tonerfeldbild wird
verwendet, um die Tonerkonzentration zu bestimmen und eine Bilderzeugungsbedingung
wie etwa die Tonerkonzentration zu steuern, basierend auf der Dichte
des Tonerfeldbildes. Es werden zwei Felder, ein Feldbild mit relativ
kleinem Punkt und ein anderes Feldbild, ein Bandfeldbild auf dem
Bildträger
ausgebildet. Ein Konzentrationssensor detektiert Licht, das sowohl von
dem Punktfeldbild als auch von dem Bandfeldbild reflektiert wird.
Für jedes
Feld wird ein mittlerer Wert der gelesenen Detektionswerte, die
durch den Konzentrationssensor erfasst werden, berechnet. Für jedes
Feld wird eine Feldbildkonzentration, basierend auf dem Mittelwert
berechnet, der für
jedes Feld detektiert wird und basierend auf dem Verhältnis zwischen
dem Mittelwert und dem Detektionswert auf einer klaren Fläche des
Fotoaufnehmers.
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Es
wird Ladungspotentialsteuerung, basierend auf der Punktfeld-Bildkonzentration,
d. h. Steuerung der Tonerkonzentration, durchgeführt, bevor ein xerografischer
Auftrag durchgeführt
wird, d. h. während
eines Zwischenbildintervalls. Tonerkonzentrationssteuerung, basierend
auf der Bandfeld-Bildkonzentration wird durchgeführt, beispielsweise nach dem
ersten Auftrag, nachdem das bildgebende System hochgefahren wird
oder nach der Ausgabe einer vorbestimmten Anzahl von Blättern, wie
etwa beispielsweise 20 Blätter
nach einem vorhergehenden Konzentrationssteuerungsereignis.
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US-Patent Nr. 6,035,152 offenbart
eine xerografische Druckmaschine, die Prozesssteuerungssysteme und
-verfahren aufweist, die Druckabläufe einstellt, basierend auf
einer Tonerreproduktionskurve, die eingestellt wird, basierend auf
Prüfkontrollfeldern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie
vorstehend erörtert,
betrifft Tonerkonzentrationssteuerung typischerweise die Erstellung eines
einzigen Tonerfeldes auf einem einzigen Ladungsgebiet eines Fotoaufnehmers.
Selbst wenn mehrere Felder ausgebildet werden, wird ein einziges
Ladungsniveau auf den Fotoaufnehmer gegeben. Die Erfinder haben
jedoch festgestellt, dass die Tonerkonzentrationskurve zwischen
der Tonerkonzentration und der relativen Reflektion in hohem Maße abhängig ist
von dem Ladungsniveau, das auf den Fotoaufnehmer gegeben wird.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Kalibration eines Toner-Flächenabdeckungssensors
zu verbessern. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines Verfahrens
zum Kalibrieren eines Toner-Flächenabdeckungssensors
und eines Systems zum Kalibrieren eines Toner-Flächenabdeckungssensors gemäß Ansprüchen 1 und
7 erreicht. Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüche
niedergelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene
beispielhafte Ausführungen dieser
Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen eingehend
beschrieben:
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1 veranschaulicht
ein typisches elektronisches, bildgebendes System, das eine beispielhafte
Ausführung
eines Steuersystems mit Tonerkonzentrationssensor gemäß dieser
Erfindung beinhaltet;
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2 veranschaulicht
verschiedene Entladungspotentialniveaus auf einem Fotoaufnehmer
bei einem bildgebenden Vorgang;
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3 veranschaulicht
eine beispielhafte Ausführung
einer Tonerkonzentrations-Feldauslegung
einer Kalibrationsroutine gemäß dieser
Erfindung;
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4 zeigt
Tonerkonzentrations-Empfindlichkeitskurven, in denen Tonerkonzentration
gegen relative Reflektion gemäß dieser
Erfindung aufgetragen ist; und
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens zur
Kalibrierung eines Tonerkonzentrationssensors gemäß der Erfindung
veranschaulicht.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER
BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGEN
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1 zeigt
die wesentlichen Elemente des gut bekannten Systems mit denen eine
elektrofotografische Druckmaschine 1, ein elektrofotografischer Drucker
oder Laserdrucker 1, digitale Bilddaten verwendet, um ein
trockenes Tonerbild auf frischem Papier zu erzeugen. Wie in 1 gezeigt,
schließt
die elektrofotografische Druckmaschine 1 einen Fotoaufnehmer 10 ein,
der die Form eines Bandes oder einer Trommel aufweisen kann, und
der eine ladungsempfindliche Oberfläche 14 aufweist.
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In
der 1 ist die elektrofotografische Druckmaschine 1 mit
einem Band 10 ausgerüstet, das
eine fotoleitende Oberfläche 12 aufweist,
die auf einem leitfähigen
Substrat 14 abgeschieden ist. Die fotoleitende Oberfläche 12 kann
beispielsweise aus einer Selenlegierung hergestellt sein. Das leitfähige Substrat 14 ist
aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die elektrisch geerdet
ist. Andere geeignete fotoleitende Oberflächen und leitfähige Substrate
können
ebenso angewandt werden. Das Band 10 bewegt sich in der
Richtung eines Pfeiles 16, um aufeinanderfolgende Abschnitte
der fotoleitenden Oberfläche 12 durch
verschiedene Prozessstationen fortzubewegen, die um den Bewegungsweg
des Bandes 10 angeordnet sind. Wie in 1 gezeigt,
wird das Band 10 um eine Anzahl von Walzen 18, 20, 22, 24 geführt. Die
Walze 24 ist mit einem Motor 26 verbunden, der
die Walze 24 antreibt, um das Band 10 in der Richtung
des Pfeiles 16 fortzubewegen. Die Walzen 18, 20 und 22 sind
Freilaufwalzen, die sich frei drehen, wenn sich das Band 10 in
der Richtung des Pfeiles 16 bewegt.
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Anfänglich durchläuft ein
Abschnitt des Bandes 10 eine Ladungsstation A. Bei der
Ladungsstation A lädt
eine Korona erzeugende Einrichtung 28 einen Abschnitt der
fotoleitenden Oberfläche 12 des Bandes 10 auf
ein relativ hohes, im Wesentlichen gleichförmiges Potential auf.
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Als
nächstes
wird der geladene Abschnitt der fotoleitenden Oberfläche 12 durch
eine Belichtungsstation B bewegt. Bei der Belichtungsstation B wird ein
Rasterausgabeabtaster (raster Output scanner: ROS) 36 verwendet,
um den geladenen Abschnitt der fotoleitenden Oberfläche 12 zu
belichten, um ein elektrostatisches, verborgenes Bild auf dem geladenen
Abschnitt der fotoleitenden Oberfläche 12 aufzuzeichnen.
Bei einem Fotokopierer oder digitalen Kopierer wird ein Bildeingabesystem
oder ein Rastereingabeabtaster verwendet, um ein Bild zu erhalten, das
auf der fotoleitenden Oberfläche 12 ausgebildet werden
soll. Für
einen analogen Fotokopierer kann irgendein bekanntes oder später entwickeltes
bildgebendes Eingabesystem verwendet werden, um ein Lichtbild eines
Eingabedokumentes oder Objektes auf die fotoleitende Oberfläche zu projizieren.
Für einen
digitalen Fotokopierer kann ein Rastereingabeabtaster (raster input
scanner: RIS) oder irgendeine bekannte oder später entwickelte Einrichtung
verwendet werden, um ein elektronisches Bild eines Eingabedokumentes
oder Objektes festzuhalten.
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In
verschiedenen beispielhaften Ausführungen kann der Rastereingabeabtaster
Dokumentenbeleuchtungslampen, Optiken, einen mechanischen Abtastmechanismus
und lichtabtastende Elemente wie etwa ladungsgekoppelte Felder (charged
couple device: CCD) enthalten. Der Rastereingabeabtaster erfasst
das gesamte Bild von dem Originaldokument und wandelt dieses in
eine Folge von Rasterabtastzeilen um. Die Rasterabtastzeilen werden
von dem Rastereingabetaster zu dem Rasterausgabeabtaster 36 übertragen.
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In
einem Laserdrucker oder digitalen Kopierer beleuchtet der Rasterausgabeabtaster 36 den
geladenen Abschnitt der fotoleitenden Oberfläche 12, um die Ladung
auf dem beleuchteten Abschnitt der geladenen, fotoleitenden Oberfläche 12 selektiv
zu entladen. In verschiedenen beispielhaften Ausführungen
schließt
der Rasterausgabeabtaster 36 Laser mit rotierenden Polygon-Spiegelblöcken, Festkörpermodulatorbalken
und Spiegel ein. Daraufhin bewegt das Band 12 das elektrostatische,
verborgene Bild, das auf der fotoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet
ist zu einer Entwicklungsstation C.
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In
einem analogen Fotokopierer wird typischerweise ein Lichtlinsensystem
verwendet. Ein Originaldokument kann mit dem Bild nach unten auf einer
transparenten Platte angeordnet werden. Lampen werfen starke Strahlen
auf das Originaldokument. Die von dem Originaldokument reflektierten Strahlen
werden durch eine Linse transmittiert, die ein Lichtbild auf der
leitenden Oberfläche 12 erzeugt. Die
Linse fokussiert das Lichtbild auf den geladenen Abschnitt der fotoleitenden
Oberfläche 12,
um die Ladung auf der leitenden Fläche 12 selektiv zu
dissipieren. Dies zeichnet ein elektrostatisches, verborgenes Bild
auf der fotoleitenden Oberfläche 12 auf,
das den Informationsgebieten entspricht, die in dem Originaldokument
enthalten sind, das auf der transparenten Platte angeordnet ist.
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Unabhängig davon,
wie das verborgene Bild auf der fotoleitenden Oberfläche 12 ausgebildet
wird, wird das verborgene Bild bei der Entwicklungsstation C in
ein Tonerbild durch Anwendung von Tonerpartikeln auf die Abschnitte
der fotoleitenden Oberfläche 12,
die das verborgene Bild enthalten, entwickelt. Es ist zu würdigen,
dass irgendein bekannter oder später
entwickelter Typ vom Entwicklungssystem in der Entwicklungsstation
C verwendet werden kann.
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Nach
der Entwicklung des verborgenen Bildes in ein Tonerbild bewegt das
Band 10 das Tonerbild zu einer Übertragungsstation D weiter.
Bei der Übertragungsstation
D wird ein Blatt von Trägermaterial 46 in
Berührung
mit dem Tonerbild bewegt. Das Blatt aus Trägermaterial 48 wird
bei der Übertragungsstation
D durch eine Blattfördervorrichtung 48 fortbewegt.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Blattfördervorrichtung 48 einen Förderwalze 50 ein,
die das oberste Blatt eines Stapels von Blättern 52 berührt. Die
Förderwalze 50 rotiert,
um das oberste Blatt von dem Stapel 52 in einen Blattschacht 54 fortzubewegen.
Der Blattschacht 54 leitet das sich fortbewegende Blatt
aus Trägermaterial 48 in
eine Berührung
mit der fotoleitenden Oberfläche 12 des
Bandes 10 in einer zeitlichen Abstimmung derart, dass das
Tonerbild, das auf der fotoleitenden Oberfläche 12 entwickelt
ist, das sich fortbewegende Blatt des Trägermaterials 46 bei
der Übertragungsstation
D berührt.
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In
verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Übertragungsstation
D eine Korona erzeugende Einrichtung 56 ein, die Ionen
auf die Rückseite
des Blattes aus Trägermaterial 46 sprüht. Dies
zieht das Tonerbild von der fotoleitenden Oberfläche 12 auf das Blatt
aus Trägermaterial 46.
Nach der Übertragung
läuft das
Blatt aus Trägermaterial 46 weiter
in die Richtung eines Pfeiles 58 zu einem Förderer 60,
der das Blatt aus Trägermaterial 46 zu
einer Schmelzstation E bewegt.
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In
verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Schmelzfixierstation
E eine Schmelzbaugruppe 62 ein, die das Tonerbild dauerhaft
auf dem Blatt aus Trägermaterial
befestigt. In verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Schmelzbaugruppe 62 eine
geheizte Schmelzwalze 64, die durch einen Motor angetrieben wird,
und eine Druckwalze 66 ein. Das Blatt aus Trägermaterial 46 läuft zwischen
der Schmelzwalze 64 und der Druckwalze 66 hindurch,
wobei das Tonerbild die Schmelzwalze 64 berührt. Auf
diese Weise wird das Tonerbild dauerhaft auf dem Blatt aus Trägermaterial 46 befestigt.
Nach dem Schmelzfixieren leitet ein Schacht 68 das sich
fortbewegende Blatt aus Trägermaterial 46 zu
einer Auffangschale 70 für die nachfolgende Entnahme
aus der Druckmaschine 1 durch einen Bediener.
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Nachdem
das Blatt aus Trägermaterial 46 von
der fotoleitenden Oberfläche 12 des
Bandes 10 getrennt wird, haften weiterhin einige restliche
Partikel auf der fotoleitenden Oberfläche 12. Diese restlichen
Partikel werden von der fotoleitenden Oberfläche 12 bei der Reinigungsstation
F entfernt. In verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Reinigungsstation
F einen Vorreinigungs-Koronagenerator, eine drehbar angebrachte
Vorreinigungsbürste 72 ein,
die in Berührung
mit der fotoleitenden Oberfläche 12 steht.
Der Vorreinigungs-Koronagenerator neutralisiert Ladung, die die
Partikel auf die fotoleitende Oberfläche 12 ziehen. Diese
Partikel werden von der fotoleitenden Oberfläche 12 durch die Rotation
der Bürste 72 gereinigt.
Der Fachmann wird würdigen,
dass andere Reinigungseinrichtungen verwendet werden können, wie
etwa ein Klingenreiniger. Nachfolgend auf die Reinigung beleuchtet
eine Entladungslampe die fotoleitende Oberfläche 12, um jegliche
restliche Ladung, die auf der fotoleitenden Oberfläche 12 zurückgeblieben
ist, vor der Ladung der fotoleitenden Oberfläche für den nächsten, nachfolgenden bildgebenden
Zyklus zu dissipieren.
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Ein
Steuersystem koordiniert den Betrieb der verschiedenen Komponenten.
Insbesondere reagiert das Steuersystem
30 auf einen Sensor
32 und
stellt passende Aktuatorsteuersignale für die Korona erzeugende Einrichtung
28,
den Rasterausgabeabtaster
36 und die Entwicklerstation
C bereit. Die Aktuatorsteuersignale schließen Statusvariable, wie etwa Ladespannung,
Entwicklervorspannung, Belichtungsintensität und Tonerkonzentration ein.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungen schließt die Steuerung
30 ein
Expertensystem
31 ein. In verschiedenen beispielhaften
Ausführungen
schließt das
Expertensystem
31 verschiedene logische Routinen ein, um
die gemessenen Parameter in einer systematischen Art zu analysieren
und Schlussfolgerungen für
den Zustand der Maschine
1 zu ziehen, und eine Kombinationsschaltung
oder Applikation, um die hier offenbarten Funktionen durchzuführen, wie
etwa beispielsweise, die Kombination von gemessenen Feldreflektionen.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungen werden die Änderungen
in der Ausgabe, die durch die Steuerung
30 erzeugt werden,
durch einen Toner-Flächenabdeckungssensor
32 (toner area
coverage sensor: TAC) gemessen. Der Toner-Flächenabdeckungssensor
32,
der stromabwärts
von der Entwicklerstation C angeordnet ist, misst die entwickelte
Tonermasse für
Differenz-Flächenabdeckungsfelder,
die auf der fotoleitenden Oberfläche
12 aufgezeichnet
werden. Die Art des Betriebes einer beispielhafte Ausführung eines
Toner-Flächenabdeckungssensors
32 ist
in
US-Patent 4,553,033 beschrieben.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungen ist der Toner-Flächenabdeckungssensor
32 ein
Densitometer vom Typ der Infrarotreflektion, das die Dichte der
Tonerpartikel misst, die auf der fotoleitenden Oberfläche
12 entwickelt
sind.
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Es
ist anzumerken, dass die Bezeichnung Toner-Flächenabdeckungssensor oder "Densitometer" sich auf irgendeine
Einrichtung beziehen soll zur Bestimmung der Dichte von Druckmaterial
auf einer Oberfläche,
wie etwa ein Densitometer für
sichtbares Licht, ein Infrarot-Densitometer,
ein elektrostatisches Voltmeter oder irgendeine andere derartige
Einrichtung, die eine physikalische Messung vornimmt, aus der die
Dichte des Druckmaterials bestimmt werden kann.
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Bevor
der Toner-Flächenabdeckungssensor 32 eine
brauchbare Reaktion auf die relative Reflektion des Feldes bereitstellen
kann, muss der Toner-Flächenabdeckungssensor 32 durch
Messung von reflektiertem Licht von einem nackten oder reinen Bereich 200 der
Oberfläche 12 des
fotoleitenden Bandes für
eine Anzahl von unterschiedlichen Tonerkonzentrationen kalibriert
werden.
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Wie
in 1 gezeigt, schließt die elektrofotografische
Druckmaschine 1 ebenso ein oder mehrere elektrostatische
Voltmeter (electrostatic voltmeter: ESV) 33, einen Feuchte/relative
Feuchtesensor 34 und/oder einen Temperatursensor 35 ein.
Das elektrostatische Voltmeter 33 misst das Spannungspotential
der Prüffelder
auf der fotoleitenden Oberfläche 12 des
Bandes oder der Trommel 10. Der Detektor 34 für Feuchte/relative
Feuchte und der Temperaturdetektor 35 werden verwendet,
um die relative Feuchte und Temperatur der Umgebung zu bestimmen,
Faktoren, die das reproduzierte Tonerbild beeinflussen.
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Die
Systeme und Verfahren dieser Erfindung können verwendet werden, um einen
Tonerkonzentrationssensor eines xerografischen Systems zu kalibrieren,
um den Sensor genau für
ein spezifiziertes Betriebsziel zu kontrollieren. Dies kann beispielsweise
erreicht werden, durch Bilderzeugung unter Verwendung eines Rasterausgabeabtasters,
eines Feldes lichtemittierender Dioden, oder einer anderen Fotoaufnehmer
empfindlichen, kalibrierten Licht quelle, und Entwickeln eines speziellen
Satzes von 100 % Flächenabdeckung/kontinuierliche
Graustufenfelder. Die Tonerfelderbilder für die Tonersteuerung können in
einem Zwischenbildbereich ausgebildet werden, und können als
Teil eines unterschiedlichen Zyklus ausgebildet werden oder als
Teil desselben Zyklus wie die Bilderzeugung ausgebildet wird. Mit
anderen Worten können
die Tonerfelderbilder vor und/oder nach der normalen Bilderzeugung
ausgebildet werden, und/oder können
zur selben Zeit durchgeführt werden,
d. h. in demselben Zyklus der Ausbildung eines Bildes.
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Gemäß den Systemen
und Verfahren dieser Erfindung wird ein geladener Fotoaufnehmer 1 durch eine
Lichtquelle, wie etwa beispielsweise einen Rasterausgabetaster oder
einen Balken von lichtemittierenden Dioden, belichtet werden, so
dass der Bildbereich ein vorbestimmtes Belichtungsbereichspotential
zur Ausbildung eines verborgenen Bildes bekommt. Mit anderen Worten
wird die Lichtquelle ein- und ausgeschaltet, basierend auf den Bildsignalen von
einer Steuerung, so dass ein verborgenes Bild, das dem zu reproduzierenden
Bild entspricht, ausgebildet wird.
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Daraufhin
wird eine Entwicklungsvorspannung auf die Entwicklerwalze der Entwicklungseinrichtung
angewandt, und wenn das verborgene Bild die Entwicklerwalze durchläuft, wird
dieses mit Toner entwickelt und es wird ein Tonerbild sichtbar.
Dieses Tonerbild wird auf ein Aufzeichnungssubstrat, wie etwa beispielsweise
Papier, übertragen,
und wird zu einem Fixierabschnitt weitergeführt, wo das resultierende fixierte
Bild ausgegeben wird. Der auf dem Fotoaufnehmer 1 zurückgebliebene
Toner wird auf dem Fotoaufnehmer 1 durch einen Reiniger
entfernt und gesammelt. Daraufhin wird die Fotoaufnehmerladung durch
eine Löscheinrichtung
für den
nächsten bildausbildenden
Zyklus eliminiert oder gleichförmig gelöscht.
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2 veranschaulicht
beispielhafte Potentialniveaus auf dem Fotoaufnehmer während der
Ausbildung eines Bildes eingeschlossen Tonerfelderbilder. In der 2 wird
der Fotoaufnehmer 10 eingangs geladen auf beispielsweise
ein Oberflächenpotential
VL von –650
Volt. Daraufhin wird der Fotoaufnehmer 10 mit Licht bestrahlt,
das durch ein Bildsignal moduliert wird. Das Potential Ve des Belichtungsgebietes wird daraufhin
irgendwo von –160
bis –110
Volt beispielsweise sein. Daraufhin wird eine Entwicklungsvorspannung
von beispielsweise –500 Volt
auf den Fotoaufnehmer angewandt und Toner, der negativ aufgeladen
ist, wird von der Entwicklerwalze zu einem Belichtungsgebiet auf
dem Fotoaufnehmer 1 gemäß der Spannungsdifferenz
Vem zwischen dem Potential VE des
Belichtungsgebietes und der Entwicklungsvorspannung VD angezogen.
Diese Spannungsdifferenz Vem ist ebenso
als Kon trastpotential bekannt. Das Tonerfeld wird ausgebildet und das
Bild wird mit den Potentialbeziehungen, die ähnlich zu den vorstehend erwähnten sind,
ausgebildet. Vem stellt die Differenz zwischen
der Entwicklungsspannung und der Entladungsspannung dar.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführung
einer Rückkehrfeldauslegung
für Kalibration
von Tonerkonzentration gemäß den Systemen
und Verfahren dieser Erfindung. In einer in 3 gezeigten
beispielhaften Ausführung
bewegt sich die Prozessrichtung von rechts nach links. An der linken
Seite des Fotoaufnehmers ist ein Segment 300 der letzte
Bildbereich auf dem Fotoaufnehmer 10. Das nächste Segment 100 ist
der Beginn eines Zwischenbildbereichs auf dem Fotoaufnehmer 10 und
ist der Bereich auf dem Fotoaufnehmer 10 in dem das Fotoaufnehmer-Vorspannungsniveau
Null ist, d. h. es findet keine Entwicklung statt. Das nächste Zwischenbild-Flächensegment 200 ist
ein nacktes Fotoaufnehmersegment. Ein Densitometer, wie etwa beispielsweise
ein Infrarot-Densitometer wird kalibriert, um die 100 % Reflektionsablesung
zu erhalten. Das Zwischenbildsegment 200 ist ein Segment
auf dem Fotoaufnehmer, wo die Lichtquelle angewandt wird, um ein
nacktes Fotoaufnehmerfeld 201 zu erzeugen, das nicht entwickelt
wird.
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Das
nächste
ist das Gebiet 110, während dem
eine Entwicklungspotentialvorspannung auf den Fotoaufnehmer 10 angewandt
wird. In dem Gebiet 210 wird eine Belichtung vorgenommen,
um ein Graustufenfeld von 100 % Flächenabdeckung zu erhalten.
Die Belichtungsvorspannung ist relativ gering, was eine Differenzspannung
zwischen der angewandten Entwicklungsspannung und der Belichtungsspannung
von zwischen beispielsweise –145 bis –160 Volt
ergibt. Vem ist die Differenz zwischen der Entwicklungsspannung
Vd und der Entladungsspannung Ve aufgrund
des Belichtungslichtstrahles, der auf dem Fotoaufnehmer auftrifft.
Der Vem-Wert für ein Feld von geringem VemHi wäre
ungefähr
zwischen 145 und 160 Volt. In dem nächsten Gebiet, d. h. im Gebiet 120 des
Fotoaufnehmers, wird die Entwicklungsvorspannung auf den Fotoaufnehmer 10 angewandt. Daraufhin
wird im Gebiet 220 ein Feld durch Licht bei einer unterschiedlichen
Vorspannung von beispielsweise zwischen –105 und –120 Volt belichtet. Vem ist die Differenz zwischen der Entwicklungsspannung
Vd und der Entladespannung VE aufgrund
des Belichtungslichtstrahles, der auf dem Fotoaufnehmer auftrifft.
Der Vem – Wert für das Feld mit niedrigem VemLo wäre
ungefähr
zwischen 105 und 120 Volt.
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In
dem nächsten
Gebiet, dem Segment 130, wird keine Entwicklungsvorspannung
angewandt. Daraufhin beginnt in dem nächsten Gebiet, dem Segment 310 der
Zwischenbild- Feldzyklus
in die nächste Routine überzugehen,
was beispielsweise das Belichten und Entwickeln eines Kundenbildes
sein kann. Die Feldniveaus Ve, d. h. die
Entladungsspannungsniveaus, müssen
durch ein elektrostatisches Voltmeter 33 bewertet werden,
um sicherzustellen, dass die vorbestimmten Vem-Ziele,
beispielsweise 120 und 160 Volt, eingehalten werden. Diese Graustufenfelder
werden bei zwei unterschiedlichen Vem Niveaus
erzeugt, wobei das eine VemHi und das andere
VemLo ist. Die resultierenden Felder werden
daraufhin durch ein Densitometer bewertet und die resultierenden
Ablesungen werden gemittelt, um ein Maß für das Tonerkonzentrationsniveau
bereitzustellen. Die Vem-Zielniveaus werden
ausgewählt,
um einen Vorteil zu ziehen aus einer eindeutigen Reaktion der Feldtonerkonzentration
an gegenüberliegenden
Extremen des gewünschten
Messbereichs.
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Wie
in 3 gezeigt, verbleibt die Reflektion eines Feldes
mit niedriger Vem bei geringen Tonerkonzentrationsniveaus
eben und beginnt in einen nützlichen
Tonerkonzentrations-Reaktionsfluss
einzudringen im mittleren Bereich des gesamten Messbereichs. Das
Feld höherer
Vem reagiert, wie in 3 gezeigt,
mit einem nützlichen
Abfall der relativen Reflektion bei niedrigen Tonerkonzentrationsniveaus und
beginnt daraufhin in eine flache, gesättigte Reaktion in den mittleren
Bereich des gewünschten
Messbereichs einzudringen. Durch Mitteln der relativen Reflektionen
dieser beiden Felder wird eine linearere Tonersteuerreaktion erhalten,
die einen erweiterten Tonerkonzentrations-Messbereich bereitstellt.
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4 zeigt
Tonerkonzentrations-Empfindlichkeitskurven, in denen die Tonerkonzentration
entlang der X-Achse und die relative Reflektion einer 100 % Flächenabdeckung
des entwickelten Tonerfeldes auf dem Fotoaufnehmer 10 auf
der Y-Achse aufgetragen ist. Diese Kurven werden durch Entwicklung
von Kalibrationsfeldern unter Verwendung von unterschiedlichen Tonerkonzentrationen
ausgebildet. In der beispielhaften Ausführung der in 4 gezeigten
Tonerkalibrationskurven, wurde die Tonerkonzentration beispielsweise
von ungefähr
3,5 bis ungefähr 7
verändert,
wobei die Tonerkonzentration T/D als das Verhältnis des Tonergewichts in
Gramm dividiert durch das Gewicht des gesamten Entwicklungsmaterials
festgelegt ist. Die oberste Kurve veranschaulicht die Tonerkonzentration
gegen die relative Reflektion des VemHi-Feldes.
In der bestimmten, in 4 veranschaulichten, beispielhaften
Ausführung
wurde die oberste Kalibrationskurve bei einer Differenzspannung
Vem von ungefähr 155 Volt erzeugt. Die unterste Kurve
veranschaulicht die Tonerkonzentration gegen die relative Reflektion
des VemLo-Feldes. In der bestimmten, in 4 veranschaulichten,
beispielhaften Ausführung
wurde die untere Kalibrationskurve bei einer Spannungsdifferenz Vem von ungefähr 115 Volt ausgebildet. Die
mittlere Kalibrationskurve veranschaulicht den Mittelwert der oberen
und unteren Kalibrationskurven. Die oberste Kalibrationskurve neigt dazu,
unterhalb einer Tonerkonzentration von ungefähr 5 in der Sättigung
zu sein. Die untere Kalibrationskurve neigt dazu, oberhalb einer
Tonerkonzentration von ungefähr
5 in einer Sättigung
zu sein. Die mittlere Kalibrationskurve, d. h. die gemittelte Kalibrationskurve,
scheint jedoch eine gute Steigerung über den gesamten Tonerkonzentrationsbereich
zwischen ungefähr
3,5 und 7 aufzuweisen. Daher stellt die mittlere Kalibrationskurve
eine vorhersehbare und im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem
Mittelwert der relativen Reflektion der zwei Tonerfelder und der
Tonerkonzentration bereit. Dies bedingt eine verbesserte Tonerkonzentrationssteuerung.
Es ist anzumerken, dass in der 4 sieben Werte
der Tonerkonzentration verwendet werden, um sowohl die obere als
auch die untere Kalibrationskurve zu bestimmen.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens zur
Bestimmung einer Kalibrationskurve des Tonerkalibrationssensors
gemäß dieser
Erfindung veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt,
beginnt das Verfahren im Schritt S100 und leitet zum Schritt S110
voran in dem die Entwickiungsvorspannung auf "keine Entwicklung" eingestellt wird. Daraufhin wird im
Schritt S120 ein erstes Feld, ein freies Feld, das nicht entwickelt wird,
auf den Fotoaufnehmer abgebildet. Dieses Feld ist das Feld von 100
% Reflektion, das verwendet wird, um den Tonerkonzentrationssensor,
der kalibriert werden soll, zu kalibrieren. Daraufhin wird im Schritt
S130 die Entwicklungsvorspannung angeschaltet und so eingestellt,
dass diese ein Feld von relativ höherer Vem auf
dem Fotoaufnehmer entwickeln/aufzeichnen kann. Die Steuerung schreitet
daraufhin zum Schritt S140.
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Im
Schritt S140 wird ein Graustufenfeld von 100 % Flächenabdeckung
mit der relativ höheren
Vem auf den Fotoaufnehmer abgebildet. Als
nächstes
wird im Schritt S150 die Entwicklungsspannung eingestellt, um eine
Entwicklungsspannung auf dem Fotoaufnehmer anzuwenden, die in der
Lage ist, ein Feld von relativ niedriger Vem zu
entwickeln/aufzuzeichnen. Daraufhin wird im Schritt 160 ein
Grauniveaufeld von 100 % Flächenabdeckung
auf dem Fotoaufnehmer mit der relativ niedrigeren Vem belichtet.
Die Steuerung schreitet daraufhin zum Schritt S170.
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Im
Schritt S170 wird die Entwicklungsvorspannung auf "keine Entwicklung" eingestellt. Daraufhin
werden im Schritt S180 die Tonerfelder bei einer gegebenen Tonerkonzentration
entwickelt. Daraufhin werden im Schritt S190 die relativen Reflektionen
der entwickelten Tonerbilder bei der gegebenen Tonerkonzentration
erhalten. Der Ablauf schreitet daraufhin zum Schritt S200 weiter.
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Im
Schritt S200 wird die Feststellung getroffen, ob eine ausreichende
Anzahl von Tonerfeldern bei einer ausreichenden Zahl von unterschiedlichen Tonerkonzentrationen
entwickelt wurde, um die gewünschte
Anzahl von wichtigen Tonerkonzentrations-Empfindlichkeitskurven
zu bestimmen. Wenn dies nicht der Fall ist, schreitet die Steuerung
zum Schritt S210 weiter, in dem die Tonerkonzentration der Druckmaschine
auf einen unterschiedlichen Wert geändert wird, als derjenige,
der vorher verwendet wurde. Daraufhin springt die Steuerung zum
Schritt S110 zurück.
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Andernfalls,
wenn eine ausreichende Anzahl von Tonerfeldern entwickelt und vermessen
worden ist, schreitet die Steuerung zum Schritt S220 voran. Im Schritt
S220 wird für
jedes unterschiedliche Vem-Niveau eine Kalibrationskurve
aus den Tonerfeldern bestimmt, die bei dem Spannungsniveau für jedes
der unterschiedlichen Tonerkonzentrationsniveaus entwickelt wurden.
Daraufhin wird im Schritt S230 eine kombinierte Kalibrationskurve
aus mindestens einigen aus der Vielzahl von einzelnen Kalibrationskurven
bestimmt. Als nächstes
wird der Betrieb des Verfahrens im Schritt S240 beendet.
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Basierend
auf einer kombinierten Kalibrationskurve, die wie vorstehend beschrieben
erhalten wurde, kann die Steuerung 30 die Parameter variieren,
wie etwa die Tonerkonzentration, die Entwicklungsspannung, eine
springende AC-Spannung, wenn diese verwendet wird, und kann ähnliche
Einstellungen durchführen,
basierend auf Bedingungen der Umgebungstemperatur und der relativen
Feuchte, neben weiteren Faktoren, um die Ausgabe der elektrofotografischen
Druckmaschine 1 zu verbessern.
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Diese
Technik stellt eine Empfindlichkeit über einen weiteren Bereich
der Tonerkonzentration bereit als frühere Einrichtungen, wodurch
eine genauere Angabe bereitgestellt wird, wieweit das System sich
von einem kontrollierten Tonerkonzentrations-Zielbereich entfernt
befindet. Dieses System verwendet ein elektrostatisches Voltmeter
(electrostatic volt meter: ESV) 33 und ein Infrarot-Densitometer
(infrared densitometer: IRD) 34 ebenso wie optionalerweise
einen Feuchte/relative Feuchtesensor 34 und einen Temperatursensor 35.
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Weil
das Potential des Ladungsgebiets in gewisser Weise durch die Umgebung
und die individuellen Unterschiede zwischen Fotoaufnehmern beeinflusst
wird, variiert der Entwicklerladungsbetrag mit Änderungen in der Feuchtigkeit
und mit Verschlechterung des Entwick lers. Wenn beispielsweise Entwicklermaterial
für eine
lange Zeitdauer nicht bewegt wird, beispielsweise für 24 Stunden
oder mehr, wird die Ladung zwischen den Entwicklermaterialpartikeln,
d. h. Toner- und Trägerpartikeln,
schwach. Diese Schwäche
wird insbesondere verstärkt,
wenn die Feuchte ansteigt. Der Nettoeffekt besteht darin, dass anfängliche
Kopien dunkler werden als erwartet, wodurch eine relativ schlechte
Kopierqualität
resultiert. Im Ergebnis stellen die Systeme und Verfahren gemäß dieser
Erfindung ebenso die Messung von Temperatur und relativer Feuchte
bei der Nutzung dieser Faktoren bereit, um die Steuerung der Tonerkonzentration
zu unterstützen.
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Die
Systeme und Verfahren gemäß dieser Erfindung
erreichen eine weitere Komponententoleranz und die Möglichkeit,
hohe Bildqualität
für Drucksysteme
aufrechtzuerhalten. Insbesondere kalibrieren die Systeme und Verfahren
dieser Erfindung einen Tonerkonzentrationssensor durch Betrieb desselben
bei zwei extremen Entwicklungsspannungsniveaus, in denen die Sensoren
die empfindlichsten Daten bereitstellen.
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Die
Systeme und Verfahren gemäß dieser Erfindung
können
verwendet werden, um die Bildqualität sowohl beim Hochfahren als
auch im Post-Run-Mode Cycle-Out Bewertung der Tonerkonzentrationssteuerung
einer xerografischen Druckmaschine zu erreichen.