DE69409841T2

DE69409841T2 - Zusammengesetzte Welle mit flexiblen Merkmalen

Info

Publication number: DE69409841T2
Application number: DE69409841T
Authority: DE
Inventors: Timothy R Jaskowiak
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1994-01-04
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2014-01-05
Also published as: EP0606140A3; EP0606140B1; MX9307646A; EP0606140A2; US5538475A; BR9400010A; DE69409841D1; JPH06238700A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenanordnung, die bei Vorrichtungen mit verschiedenen mechanischen Komponenten, insbesondere bei elektrostatografischen Wiedergabevorrichtungen anwendbar ist.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, verwenden heute gebräuchliche elektrostatografische Druckvorrichtungen eine fotoleitende isolierende Oberfläche 10, die typischerweise die Oberfläche einer drehbaren Walze ist, die durch einen Aufladungskorotron 12 auf ein gleichmäßiges Potential aufgeladen wird und danach auf einer Belichtungsauflagefläche 16 mit Hilfe einer Belichtungslampe 17 mit dem Lichtbild eines zu reproduzierenden Originaldokuments 15 belichtet wird, wobei die Belichtung die fotoleitende isolierende Oberfläche in den belichteten Bereichen entlädt und in den Hintergrundbereichen ein elektrostatisches Latenzbild auf der fotoleitenden isolierenden Oberfläche des Dokuments erzeugt. Eine in der Vorrichtung vorgesehene Entwicklereinheit 20 enthält Entwicklermaterial zum Entwickeln des elektrostatischen Latenzbildes. Typischerweise enthält das Entwicklermaterial geladene Trägerpartikeln und Tonerpartikeln, die triboelektrisch auf den Trägerpartikeln haften, wobei die Tonerpartikeln während der Entwicklung von den Trägerpartikeln auf die aufgeladenen Bereiche der fotoleitenden, isolierenden Oberfläche gezogen werden. Das entwickelte Bild auf der fotoleitenden lsolationsschicht wird darauffolgend an einer Übertragungsstation 24 auf eine Trägeroberfläche, wie ein Kopierpapier 21, übertragen, das durch eine Zuführung 22 zugeführt wird, um einen engen Kontakt zwischen dem Isolationsbereich und dem Kopierpapier herzustellen. Das Tonerbild auf dem Kopierpapier wird darauffolgend in einer Fixierstation 23 permanent durch die Anwendung von Hitze und/oder Druck auf dem Kopierpapier fixiert. Nach der Übertragung des Tonerbides auf die Trägeroberfläche, wird restlicher auf dem Fotoleiter verbleibender Toner in Vorbereitung für den nächsten Bildzyklus durch eine Reinigungseinrichtung 25 entfernt. Fig. 2 stellt den Zweischalenaufbau dieses Gerätes dar, der sich aus einem unteren Rahmenglied 26a und einem oberen Rahmenglied 26b mit zwei Wellen 27 und 28 im Kopierblattransportsystem zusammensetzt.
Alternativ dazu kann das elektrostatische Latenzbild durch elektronisch gespeicherte oder erstellte Information in digitaler Form erzeugt werden, die danach durch Bilderzeungseinrichtungen, Elektronik und optische Elemente, zu alphanumerischen Bildern konvertiert werden. Für weitere Information über ein derartiges Gerät wird auf U.S.-Patent 4 372 668 und U.S.-Patent 4 660 963 verwiesen.
EP-A-$92 477 beschreibt eine Wellenanordnung, die aus einem länglichen Glied besteht, das hohl ist und mit einem gehärteten Gußmaterial gefüllt ist.
In derartigen Geräten werden Wellen normalerweise verwendet, um eine Vielzahl von Merkmalen vorzusehen, die Funktionen in den Geräten erfüllen. Zum Beispiel sind die Wellen typischerweise mit Getrieben, Walzen, Riemenscheiben oder anderen Antriebsmechanismen verbunden. Außerdem können die Wellen Merkmale zum Halten oder Lokalisieren aufweisen, etwa Schellen, Einpaßelemente oder Stopps, und sie können andere Merkmale aufweisen, wie Lager, Hülsen, Walzen, Zapfen und O-Ringe. Anfänglich wurden die Wellen typischerweise aus soliden Materialien wie Metall, Stahl und Aluminium, hergestellt, wobei die einzelnen Funktionsmerkmale oder -elemente wie Walzen oder Zahnräder individuell auf der Welle montiert und dort befestigt wurden. Typischerweise wurde dieser Montageprozeß manuell vorgenommen, da sich eine automatisierte Montage nicht eignete. Derartige zusammengesetzte Wellen waren einerseits in bestimmter Beziehung zufriedenstellend, sie waren aber andererseits schwer und kostspielig, da die soliden Wellen mehr Metall enthielten und deshalb teuerer waren. Jedes der individuellen Funktionsmerkmale mußte separat hergestellt und separat auf der Wellenanordnung montiert werden, was sowohl die Kosten für das Material wie den Zeitaufwand für die Montage erhöhte, insbesondere wenn die meisten der Funktionsmerkmale mit Hilfe von Schrauben oder anderen Einrichtungen an der Welle angeordnet und befestigt werden mußten. Alternativ dazu wurden Funktionsmerkmale auf einer Metallbasis durch herkömmliche Metallverarbeitungstechniken wie Drehen, Fräsen und Schleifen gebildet. Außerdem verursachte das Gewicht derartiger zusammengesetzter Wellen ein hohes Trägheitsmoment, was erhöhte Anforderungen an die benötigte Antriebskraft stellte.
Weitere Verbesserungen bezüglich der Kosten und des Gewichts der Wellenanordnungen in bestimmten Geräten werden durch die Verwendung von hohlen Antriebswellen mit gegossenen oder in anderer Weise separat hergestellten Funktionsmerkmalen wie Zahnrädem und Walzen erzielt, die dann manuell an der Welle angebracht und in Position befestigt werden
Ein weiteres Problem mit Wellenanordnungen und insbesondere mit Wellenanordnungen mit Funktionsmerkmalen wie Riemenscheiben, Walzen oder Zahnrädem usw., die mit einer anderen Komponente ausgerichtet werden, wird in der Fachsprache als Rundauffehler bezeichnet. Unter Rundlauffehler ist hier typischerweise eine Exzentrizität der Welle, einer der mit der Welle verbundenen Komponenten oder von beiden zu verstehen. Bei einem Papiereinzug, in dem ein Papierblatt durch einen Walzenspalt zwischen zwei Walzen eingezogen wird, von denen eine angetrieben wird, besteht zum Beispiel eine Möglichkeit der Exzentrizität beider Wellen, auf denen die Walzen befestigt sind, sowie beider Walzen. Typische Exzentrizitäten liegen in der Größenordnung von fünf Tausendstel eines Zolis auf einer Länge der Welle von 12 Zoll, wobei der Gesamtrundlauffehler des Blatteinzugs zwanzig Tausendstel eines Zolis betragen kann, wenn beide Wellen und beide Walzen eine derartige Exzentrizität aufweisen. Bei einem derartigen Einzug kann eine der Walzen im Einzug während des Betriebs durchaus den Kontakt mit dem eingezogenen Papier verlieren, was ein schräges Einziehen des Blattes, eine fehlerhafte Führung und/oder einen Fehleinzug zur Folge haben kann. Um dieses Problem zu beseitigen und um die Walzen in Kontakt zu halten, wird typischerweise eine große, komplexe und teuere Vorrichtung verwendet, die Lager, Federn usw. verwendet. Ein weiteres Beispiel für eine Komponente, bei der eine Exzentrizität ein Problem verursachen kann, ist eine Fixierwalze in einem elektrofotografischen Druckgerät, bei dem die Enden oder die Mittellinie perfekt ausgerichtet sein kann, wobei aber die Fixierungsoberfläche keinen perfekten Kreis entlang des Umfangs oder entlang ihrer Länge beschreibt.
Um den Rundlauffehler zu messen, wird die Wellenanordnung in eine V-Block-Befestigung plaziert, wo die Enden der Welle auf der Befestigungsoberfläche eingehängt werden, während ein Indikator mit einer beweglichen Nadel zum Folgen der funktionellen Oberfläche, wie der Oberfläche einer Einzugswalze oder einer Fixierungswalze, plaziert wird. Die funktionelle Oberfläche wird gedreht und die Konzentrizität der verschiedenen Teile des Umfangs der funktionellen Oberfläche wird beobachtet. Die Totale, die der Indikator von Null abliest, also die Differenz zwischen den hohen und niedrigen Punkten auf dem Indikator und damit der Konzentrizität, entspricht dem Rundlauffehler der Wellenanordnung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erflndung, eine leichte und billige Wellenanordnung anzugeben, die leicht hergestellt werden kann und die mit einem Rundlauffehler verbundenen Probleme beseitigen kann. Diese Aufgabe wird durch die Wellenanordnung nach Anspruch 1 gelöst.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Wellenanordnung mit einem länglichen, hohlen und rohrförmiges Glied vorgesehen, das einen Kern aus einem gehärteten Gußmaterial und eine oder mehrere Funktionsmerkmale an der Außenseite der Welle aufweist, wobei die Funktionsmerkmale aus einem gehärteten Gußmaterial hergestellt sind, das über gehärtetes Gußmaterial in einer Öffnung des rohrförmigen Gliedes mit dem Kernmaterial verbunden ist, wobei das rohrförmige Glied ein wendelförmiges Muster aufweist, das in dem Bereich neben der wenigstens einen Öffnung und unter dem wenigstens einen Funktionsmerkmal von der Außenoberfläche zur Innenoberfläche durch das rohrförmige Glied geschnitten ist, um diesen Teil flexibel und formbar zu machen, wenn er unter Druck gegen eine Oberfläche plaziert wird. Das wendelförmige Muster kann entweder nur innerhalb der dimensionalen Grenzen des wenigstens einen Funktionsmerkmals vorgesehen sein oder sich über die dimensionalen Grenzen des wenigstens einen Funktionsmerkmals hinaus erstrecken.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Wellenanordnung mit einem länglichen Glied vorgesehen, das wenigstens einen Teil aufweist, der eine hohle, rohrförmige Hülse mit einer Innenoberfläche, die einen Wellenkern definiert, und einer Außenoberfläche, die eine funktionelle Oberfläche der Welle definiert, ist, wobei der Wellenkern mit einem gehärteten Gußmaterial gefüllt ist und die funktionelle Oberfläche der Welle wenigstens ein Funktionsmerkmal auf ihr aufweist, das aus einem gehärteten Gußmaterial einstückig mit dem gehärteten Gußmaterial im Wellenkern ausgebildet ist. Es ist wenigstens eine Gußöffnung vorgesehen, die sich durch die Welle von der Innenoberfläche zu der Außenoberfläche erstreckt, so daß das Funktionsmerkmal und die gehärtete Masse im Kern durch das gehärtete Gußmaterial in der Gußöffnung miteinander verbunden sind. Die Wellenanordnung kann wenigstens eine zusätzliche Gußöffnung umfassen, die sich von der Innenoberfläche zu der funktionellen Außenoberfläche durch die Welle erstreckt, wobei die zweite Gußöffnung ein gehärtetes Gußmaterial enthält, das ein Funktionsmerkmal aus gehärtetem Gußmaterial auf der funktionellen Oberfläche mit dem gehärteten Gußmaterial im Wellenkern verbindet.
Das gehärtete Gußmaterial kann ein thermoplastisches Harz oder ein thermoplastisches Elastomer sein, das zusätzliches Material enthalten kann, um die Oberfläche des Funktionsmerkmals mit bestimmten ausgewählten Eigenschaften zu versehen.
Der hohle, rohrförmige, hülsenähnliche Teil kann generell einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und aus einem Metall, wie Aluminium, Kupfer, rostfreiem Stahl oder anderen Stahlegierungen hergestellt sein.
Die Welle kann ein oder mehrere darauf einstückig ausgebildete Funktionsmerkmale aufweisen, wobei jedes dieser Merkmale entweder eine Funktion ausüben kann, die sich von wenigstens einem der anderen Merkmale unterscheidet, oder eine gleiche Funktion ausüben kann, wie eines der anderen Merkmale.
Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des hohlen, rohrförmigen, hülsenähnlichen Teils und die Kontraktionsrate des Gußmaterials können derart ausgewählt werden, daß ein enger Kontakt zwischen dem gehärteten Gußmaterial und dem rohrförmigen, hülsenähnlichen Teil hergestellt wird.
Der hohle, rohrförmige, hülsenähnliche Teil kann ein extrudiertes Material mit einem auf seiner Innenoberfläche ausgebildeten Muster sein.
Die Wellenanordnung kann wenigstens ein Funktionsmerkmal aufweisen, das nicht einstückig mit dem gehärteten Gußmaterial im Wellenkern ausgebildet ist, sondern an dem gehärteten Gußmaterial in einer Gußöffnung und im Wellenkern befestigt wird.
Die Wellenanordnung kann ein zusätzliches Operationsmerkmal aufweisen, das auf der Oberfläche wenigstens eines Funktionsmerkmals geformt ist.
Eine Wellenanordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung kann hergestellt werden, indem der hohle, rohrförmige, hülsenähnliche Teil in eine Form plaziert wird, die wenigstens eine Höhlung für wenigstens ein Funktionsmerkmal aufweist, das an der Außenoberfläche oder einem Ende der Welle gebildet werden soll, indem die Form mit einem härtbaren Gußmaterial gefüllt wird, das durch die Öffnung der Welle und in die Höhlung fließt, um das Funktionsmerkmal der Wellenanordnung zu bilden. Dann läßt man das härtbare Material aushärten, worauf man die Wellenanordnung aus der Form nehmen kann.
Das Funktionsmerkmal der Wellenanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann eine zylindrische Walze und in einer besonderen Ausführungsform wenigstens eine von einem Paar von Einzugswalzen sein, die in einem Einzug einen Walzenspalt bilden.
Lediglich beispielhaft werden im folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei;
Fig. 1 (bereits beschrieben) eine schematische Wiedergabe des Querschnitts eines Operationselements eines automatischen Reproduktionsgerätes mit mehreren Wellenanordnungen ist,
Fig. 2 (bereits beschrieben) eine isometrische Ansicht der oberen und unteren Rahmenglieder des Gerätes ist,
Fig. 3A, 3B und 3C Darstellungen eines Verfahrens zum Gießen einer Wellenanordnung sind,
Fig. 4 eine isometrische Ansicht einer Welle mit mehreren einstückig auf ihr ausgebildeten Funktionsmerkmalen ist,
Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer Welle mit einem großen einstückig auf ihr ausgebildeten Kuststoffrahmenglied ist,
Fig. 6 eine Querschnittansicht einer Welle ist, die den hohlen, rohrförmigen, hülsenähnlichen Teil mit einem profilierten Inneren zeigt
Fig. 7 eine Querschnittansicht durch einen Teil der Welle zeigt, in dem das Gußverfahren zweimal angewendet wurde, um eine operative Oberflächenbeschichtung auf dem einstückig gegossenen Funktionsmerkmal anzubringen,
Fig. 8 eine Querschnittansicht durch ein separat hergestelltes Funktionsmerkmal zeigt, das auf einer Welle montiert ist, wobei es durch ein gehärtetes Gußmaterial im Wellenkern und in der Gußöffnung sowie durch einen Befestigungsschlitz in dem separat hergestellten Merkmal in Platz gehalten wird,
Fig. 9A bis 9E Techniken zum Zusammensetzen einer hohlen Welle aus dem Stand der Technik zeigen.
Im folgenden wird auf Fig. 3A bis 3C und Fig. 4 Bezug genommen, um eine allgemeine Übersicht zu einem Gießverfahren zu geben und die dadurch hergestellte Wellenanordnung zu zeigen. Wie hier dargestellt, weist ein Abschnitt des länglichen, Glieds 29 einen hohlen, rohrförmigen, hülsenähnlichen Teil 30 auf, dessen Außenoberfläche 32 eine Vielzahl von darin ausgebildeten Gußöffnungen 31 aufweist. Die Öffnungen 31 erstrecken sich von der Innenoberfläche 42 zur Außenoberfläche 32 durch die Welle und werden zum Beispiel durch einen Laserverarbeitungsschritt gebildet, nachdem das hohle Rohr in eine Form 35 mit den Höhlungen 36 und 37 für zwei Funktionsmerkmale plaziert ist. Die Merkmale werden hier als eine Riemenscheibe 38 und eine Halterung 39 für darauf anzubringende O-Ringe 40 aus Elastomer dargestellt. Mit jeder der Öffnungen 31 ist auch ein wendelförmiges Muster 28 verbunden, das neben der Öffnung von der Außenoberfläche zur Innenoberfläche durchgeschnitten ist, wobei auch hier ein Laserverarbeitungsschritt verwendet werden kann. Die Form 35 wird darauf geschlossen und ein härtbares Gußmaterial wird durch die Düse 41 in die Form gegossen, wobei das härtbare Material durch den durch die Innenoberfläche 42 definierten Kern des hohlen Rohrs und durch die Gußöffnungen 31 und in die Gußhöhlungen 36 und 37 fließt, um die Riemenscheibe 38 und die Halterung 39 für die O-Ringe 39 aus Elastomer zu bilden. Es ist dabei wichtig, zu beachten, daß das härtbare Gußmaterial während des Gießvorgangs flüssig ist, durch den Kern fließt und über die Öffnungen in Flußkommunikation mit der Gußhöhlung steht. Wenn das härtbare Material gehärtet ist, wird die Form geöffnet und die Wellenanordnung wird entnommen. Die Wellenanordnung kann dann mit herkömmlichen Techniken weiter verarbeitet werden. Wie dargestellt, können bei Bedarf zusätzliche Einheiten zu der Anordnung hinzugefügt werden, zum Beispiel ein Elastomerband 44 und die O-Ringe 40 aus Elastomer.
Insbesondere mit Bezug auf Fig. 9A bis 9E, steht dieses Verfahren in scharfem Kontrast zu den Praktiken aus dem Stand der Technik, mit denen einzelne Funktionsmerkmale (die hier als zwei Riemenscheiben 45 dargestellt sind) separat zu der Wellenanordnung hinzugefügt werden und sowohl an Innen- wie Außenseiten mittels zweier Befestigungseinrichtungen 46 befestigt werden. Typischerweise werden alle Schritte dieser Operation separat und manuell vorgenommen.
Fig. 4 stellt eine Welenanordnung 47 mit einer Vielzahl von verschiedenen darauf ausgebildeten Funktionsmerkmalen dar, darunter ein Paar von Antriebswalzen 48 und ein mit Rillen versehenes Halteteil 51 für das darauffolgende Anbringen von drei O-Ringen 50, wobei die Welnanordnung mit dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren hergestellt ist. Zusätzlich können eine Positionsrolle 55 und eine Befestigung 56 hinzugefügt werden, die in Übereinstimmung mit dem in EP-A-0 592 477 (entspricht USSN 07/633 562) darrgestellten Verfahren hergestellt werden können. Dabei ist zu beachten, daß die Merkmale, die zu der Wellenanordnung hinzugefügt werden können, praktisch unbegrenzt sind, wobei die einzige Beschränkung darin gegeben ist, daß sie in der Lage sein müssen, während des Gießvorgangs hergestellt zu werden. Natürlich ist es beim Entwurf jedes Merkmals erforderlich, den Herstellungsvorgang zu überdenken, um zu entscheiden, ob ein Gießen möglich und sinnvoll ist.
In Fig. 4A ist ein Blatteinzug dargestellt, der zwei Paare von drehbarer Walzen aufweist, die dazwischen einen Walzenspalt für den Blatteinzug bilden. Jedes Walzenpaar weist wenigstens eine angetriebene Walze 76 auf, während die andere Walze eine Mitläuferwalze sein kann, die die Antriebswalze kontaktiert. Die zwei Wellenanordnungen 80, 82 können in Übereinstimmung mit einem wie in Fig. 3 dargestellten Verfahren hergestellt werden. Alternativ dazu kann nur eine der Wellenanordnungen, zum Beispiel die Wellenanordnung für die Einzugswalze in Übereinstimmung mit einem derartigen Verfahren hergestellt sein, wobei ein wendelförmiger Schnitt durch das rohrförmige, hohle, hülsenähnliche Glied gemacht wird und die Einzugswalzen einstückig auf dem Glied gegossen werden. Die Wellenanordnung für die Mitläuferwalze kann in Übereinstimmung mit einem Verfahren wie dem in der oben beschriebenen europäischen Patentanmeldung hergestellt werden. Dabei ist zu beachten, daß eine einzige Wellenanordnung sowohl in Übereinstimmung mit dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren einstückig gegossene Funktionsmerkmale als auch wenigstens ein zusätzliches in Übereinstimmung mit einem Verfahren wie dem in der oben genannten europäischen Patentanmeldung beschriebenen umfassen kann. Der Blatteinzug von Fig. 4A, mit der in Übereinstimmung mit dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren hergestellten Wellenanordnung für die Einzugswalze und mit dem im rohrförmigen Glied unter der einstückig gegossenen Walze geschnittenen wendelförmigen Muster, ermöglicht es, daß die Wellenanordnung flexibel ist, sich der anderen Walze anpassen kann, aber trotzdem nicht verformbar ist, wenn sie gegen eine feste oder bewegliche Oberfläche gedrückt wird. Auf diese Weise ist eine konstanter, enger Walzenspalt zwischen der sich drehenden funktionellen Oberfläche vorgesehen, wobei die Antriebswalze in der Lage ist, möglichen Rundauffehler der mit ihr verbundenen Mitäuferwalze zu folgen und sich diesen anzupassen.
Die Wellenanordnungen können fixiert oder drehbar sein, was von der jeweiligen Anwendung abhängt. In der in Fig. 1 und 2 dargestellten besonderen Anwendung, werden die meisten Wellenanordnungen typischerweise verwendet, um Antriebe in den Transporten für die Dokument und die Drucksubtrate vorzusehen, wobei der Betrieb einfach oder komplex sein kann und die Längen der Tranportpfade lang oder kurz sein können, weshalb die Walzen typischerweise drehbar sind. Außerdem können die Walzen besondere Anwendungen in den Reiniger-, Entwickler- und Optikgehäusen haben. Die einstückig gegossenen Merkmale können Antriebsmerkmale, wie Zahnräder, Rollen und Riemenscheiben, Positonierungsmerkmale wie Schnappverbindungsstücke, Löcher oder Stopps oder andere Funktionsmerkmale wie Lager, Hülsen, Walzen, Zapfen, O-Ringe, Flansche, Rahmen usw. sein.
Das längliche Glied mit wenigsten einem hohlen, rohrförmigen und hülsenähnlichen Teil kann praktisch jeden beliebigen Querschnitt aufweisen und aus jedem beliebigen Material hergestellt sein. Typischerweise ist der Querschnitt kreisförmig, wobei er aber jedoch auch dreieckig oder rechteckig sein kann. Es kann ein nahtloses Glied oder ein Glied mit einer Naht sein. Es kann die Form eines extrudierten Materials mit einer oder mehreren Rillen oder geometrischen Haltegliedern im Innern der zusammengesetzten Welle sein. Geeignete Materialien sind Kohlenstoffstahl, Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl, andere Stahlegierungen und Verbundmaterialien oder Kunststoffmaterialien, wie zum Beispiel ein Teflonrohr (Teflon ist ein Warenzeichen von E.I. Dupont de Nemours Co.). Vorzugsweise ist das längliche Glied ein Metall, um die Welenanordnung mit der erforderlichen Stabilität zu versehen. Typischerweise gibt es wenige oder gar keine dimensionalen Beschränkungen hinsichtlich des Innendurchmessers oder des Außendurchmessers von zum Beispiel einem zylindrischen Rohr, genauso wenig wie hinsichtlich der Dicke der Wand, wobei jedoch zu beachten ist, daß es aus praktischen Gründen umso schwieriger ist, sicherzustellen, daß der flüssige Kunststoff den gesamten Kern der Welle, die Öffnungen und die Höhlungen füllt, je kleiner der Innendurchmesser und je länger die Welle ist. Es ist weiterhin zu beachten, daß es möglich ist, den Kunststoff von beiden Enden der Welle oder sogar von einem zentralen Teil der Welle aus einzuspritzen.
Während sich das in das rohrförmige, hülsenähnliche Glied eingeschnittene wendelförmige Muster über die Grenzen, Enden oder dimensionalen Grenzen des Funktionsmerkmals auf der hohlen, rohrförmigen Hülse und sogar über die gesamte Länge der Welle erstrecken kann, ist es vorzuziehen, daß es nur innerhalb der dimensionalen Grenzen des Funktionsmerkmals vorhanden ist. Dadurch werden solide Schnitte an den Enden oder an einer entsprechenden Stelle in der Länge der Welle ermöglicht, um eine starre Oberfläche für Lager, Riemenscheiben usw. vorzusehen.
Das härtbare Gußmaterial kann aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden, die für ein Gießverfahren verwendet werden können und die die Funktionsmerkmale mit bestimmten Eigenschaften versehen, darunter eine hohe oder geringe Reibung, besondere elektrische Eigenschaften, Lubrizität usw. Zu typischen durch Injektion formbaren oder gießbaren Materialien gehören thermoplastische oder wärmehärtbare Harze und thermoplastische Elastomere. Diese formbaren Materialien weisen Eigenschaften auf, die denen von Kautschuk ähnlich sind, wobei sie aber keine Vulkanisation erfordern, wie etwa Santoprene . Zu typischen thermoplastischen Harzen gehören Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Nylon, Polykarbonat ABS und auch bestimmte Fluorkarbone, wie Teflon. Zu typischen wärmehärtbaren Harzen gehören Akryle, Phenole und Polyester. Das formbare Material kann in gefüllter oder nicht gefüllter Form verwendet werden und kann mit Materialien gefüllt werden, um das Funktionsmerkmal oder den Rest der Wellenanordnung mit ausgewählten Eigenschaften wie Feuerbeständigkeit zu versehen. Wenn gewünscht, kann das formbare Material unter Verwendung eines herkömmlichen Treibmittels gebildet werden, wie dies zum Beispiel bei mikrozellularem Polyurethan getan wird. Außerdem kann das formbare Material mit zum Beispiel bis zu 30 Gewichtsteilen Glasfasern pro 100 Gewichtsteile Harz gefüllt werden, und es können weitere Bestandteile für ausgewählte Eigenschaften hinzugefügt werden, etwa Pigmente für eine bestimmte Farbe oder andere Materialien für andere gewünschte Eigenschaften.
Die Gußöffnungen können mit jeder beliebigen Form in der hohlen, rohrförmigen Hülse unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens ausgebildet werden. Typischerweise können sie gebohrt, gestanzt oder geschnitten werden, durch einen Laserverarbeitungsschritt, mit einem Wasserstrahl oder mit einer elektrochemischen Maschine gebildet werden, wobei sie die Form eines runden Loches, eines Öffnungsschlitzes oder eine andere geeignete Form aufweisen können. Es ist wichtig, daß die Löcher, Öffnungen oder Durchlässe ausreichend groß sind und in ausreichender Anzahl vorgesehen sind, um es dem flüssigen Material zu ermöglichen, durch sie hindurch vom Kern in die Höhlung zu gelangen, die das Funktionsmerkmal auf der hohlen, rohrförmigen Hülse bildet. In dieser Hinsicht ist weiterhin zu beachten, daß eine Gußhöhlung ein Funktionsmerkmal an einem Ende der rohrformigen Hülse ausbilden kann. Außerdem ist es, wenn nicht ausschlaggebend, so doch nützlich, wenn die Materialien, aus denen die hohlen, rohrförmigen, hülsenähnlichen Glieder und das gehärteten Material gemacht sind, von der besonderen Anwendung der Wellenanordnung abhängig so gewählt sind, daß der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des hohlen, rohrförmigen, hülsenähnlichen Teils und die Kontraktionsrate des Gußmaterials derart gewählt sind, daß ein enger Kontakt zwischen dem gehärteten Gußmaterial und dem rohrförmigen, hülsenähnlichen Teil vorgesehen ist. Ein einstückiges externes Walzenmerkmal steht zum Beispiel in engem Kontakt zu dem Außendurchmesser des hülsenähnlichen Teils, der in der endgültigen Analyse dazu beitragen kann, die Stabiltiät zu erhöhen.
In Fig. 5 ist eine Welnanordnung 60 dargestellt, die einen großen Kunststoffrahmen oder ein anderes rohrförmiges Glied 61 enthält. Außerdem weist ein Ende der Wellenanordnung einen kleinen soliden Teil 61 auf, der für eine Befestigung nützlich sein kann, während das andere Ende einen anderen Teil 62 aufweist. In Fig. 6 zeigt ein Querschnitt durch die durch Extrusion hergestellte hohle, rohrförmige Hülse 30 ein geometrisches Muster 65, das eine zusätzliche Strukturfestigkeit für die Wellenanordnung vorsehen kann. Die geometrische Form ist vorzugsweise so gewählt, daß die Kontraktionsrate des Kunststoffs genutzt wird, um das Schrumpfen im Kern zu kompensieren und dadurch die Stärke der Wellenanordnung zu erhöhen. Fig. 7 zeigt eine während eines zweiten Gießvorgangs an der Wellenanordnung gebildete Beschichtung 68 im Querschnitt, wobei die Beschichtung, etwa ein gegossenes Elastomer, auf der Oberfläche des ersten einstückig gegossenen Merkmals, etwa der Walze 69, vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, daß die Walze 69 zuvor auf dem hülsenähnlichen Teil 30 gebildet wurde, wobei der Kern und die Gußöffnungen 31 mit härtbarem, flüssigen Material in Übereinstimmung mit einem wie in Fig. 3 dargestellten Verfahren gebildet wurden. Fig. 8 stellt eine andere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt dar, wobei ein separat hergestelltes Merkmal, wie die Walze 72, auf dem hülsenähnlichen Teil 30 plaziert und dort durch das gehärtete Gußmaterial im Kern 29 fixiert wurde, das über die Öffnungen 31 durch die Hülse 30 von der Innenoberfläche 42 zur Außenoberfläche 32 mit den Schlitzen oder Rillen 74 zur Befestigung der Walze in Kommunikation steht. Typischerweise wird dies gemacht, wenn das Gießverfahren verwendet wird, um ein einstückig gegossenes Funktionsmerkmal auf der Wellenanordnung zu bilden. Dabei ist auch zu beachten, daß jedes andere Merkmal, das mit anderen herkömmlichen Verfahren zum Formen von Metall, wie Drehen, Fräsen, Stauchen oder Ausbuchten, gebildet wurde, für die Herstellung dieser Wellenanordnung verwendet werden kann.
Dementsprechend wird eine leichte und billige Wellenanordnung angegeben. Außerdem erleichtert das Herstellungsverfahren die schnelle Herstellung und den schnellen Zusammenbau einer Wellenanordnung mit mehreren Funktionsmerkmalen. Das durch das rohrförmige, hohle, hülsenähnliche Glied geschnittene wendelförmige Muster versetzt die Wellenanordnung in die Lage, sich zu biegen oder zu verformen, so daß sich ein einstückig auf der Welle gegossenes Funktionsmerkmal synchron mit einer entsprechenden mit ihm ausgerichteten Komponente bewegen kann. Weiterhin kann sich das Funktionsmerkmal mit jedem beliebigen Rundlauffehler bewegen bzw. sich diesem anpassen, um mit der mit ihm ausgerichteten Komponente einen kontinuierlichen, engen Walzenspalt vorzusehen. Auf diese Weise können reduzierte Toleranzanforderungen an die mit der Wellenanordnung verbundenen Walzen, Wellen oder Auflagen gestellt werden. Bei einem Einzug zum Beispiel kann weiterhin an Stelle einer komplexen und teueren Lager- und Federanordnung, die die zwei Walzen bei einem Rundlauffehler und verschiedenen Belastungen gegeneinander drückt, ein einfaches Endgehäuse verwendet werden, das eine konstante Belastung vorsieht. Außerdem handelt es sich um ein einfaches Verfahren, bei dem die Anzahl der in der Wellenanordnung verwendeten Teile und das Gewicht der Wellenanordnung beträchtlich reduziert sind. Es konnten Gewichtsreduktionen bis zu 60 Prozent (ohne eine Herabsetzung der Stabilität) mit diesem Herstellungsverfahren erreicht werden, wobei die Herstellungskosten in der Größenordnung von 25 und 30 Prozent gegenüber den ursprünglichen Herstellungskosten reduziert werden konnten.
Während sich die vorstehende Beschreibung auf eine Anordnung bezieht, die in einem elektrostatografischen Druckgerät verwendet werden kann, ist zu beachten, daß sie auch für andere drehbare oder nicht drehbare Wellenglieder in praktisch jedem Gerät angewendet werden kann.

Claims

1. Wellenanordnung mit einem länglichen Glied (30), das wenigstens einen rohrförmigen Teil aufweist, der eine Innenoberfläche, die einen Wellenkern definiert, und eine Außenoberfläche, die eine funktionelle Oberfläche definiert, sowie wenigstens eine Gußöffnung (31) aufweist, die sich von der Innenoberfläche zu der Außenoberfläche erstreckt, wobei der Wellenkern mit einem gehärteten Gußmaterial gefüllt ist, die funktionelle Oberfläche der Welle wenigstens ein Funktionsmerkmal (38, 39) auf ihr aufweist, das aus einem gehärteten Gußmaterial einstückig mit dem gehärteten Gußmaterial im Wellenkern gegossen und mit dem gehärteten Gußmaterial in der Gußöffnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der rohrförmige Teil ein neben der wenigstens einen Öffnung und unter dem wenigstens einen Funktionsmerkmal ein von der Außenoberfläche zur Innenoberfläche durch den rohrförmigen Teil geschnittenes wendelförmiges Muster aufweist, das den Teil flexibel und verformbar macht.

2. Wellenanordnung nach Anspruch 1, wobei das wendelförmige Muster nur innerhalb der dimensionalen Grenzen des wenigstens einen Funktionsmerkmal vorgesehen ist.

3. Wellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gehärtete Gußmaterial ein thermoplastisches Harz ist.

4. Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die funktionelle Oberfläche der Welle mehr als ein einstückig auf ihr ausgebildetes Funktionsmerkmal aufweist.

5. Wellenanordnung nach Anspruch 4, wobei eines der Funktionsmerkmale eine andere Funktion ausübt als wenigstens eines der anderen Funktionsmerkmale.

6. Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des rohrförmigen Teils und die Kontraktionsrate des Gußmaterials derart gewählt sind, daß ein enger Kontakt zwischen dem gehärteten Gußmaterial und dem rohrförmigen, hülsenähnlichen Teil vorgesehen ist.

7. Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der rohrförmige Teil ein hohles extrudiertes Material ist, das an seiner Innenoberfläche ein geometrisches Muster aufweist.

8. Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die wenigstens ein Funktionsmerkmal umfaßt, das nicht einstückig mit dem gehärteten Material im Wellenkern gebildet ist, aber über das gehärtete Gußmaterial auf der Welle befestigt wird.

9. Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die wenigstens ein operatives Merkmal aufweist, das auf wenigstens einem der Funktionsmerkmale gegossen ist.

10. Blatteinzug mit einer Wellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Funktionsmerkmal eine Walze ist, die einen Teil des Walzenspalts des Einzugs bildet.