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Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Konditionieren von Medien. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
betrifft die vorliegende Erfindung das Konditionieren einer sich bewegenden
Bahn aus einem Rezeptormaterial vor der Einführung in einen elektrostatographischen
Drucker. Eine elektrostatographische Druckvorrichtung soll eine
große
Anzahl von Drucken erstellen und findet beispielsweise auf dem Gebiet
Verwendung, in welchem klassische Offsetdruckmaschinen zum Herstellen
von tausenden Drucken in einem einzelnen Durchlauf verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung:
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Elektrostatographisches Drucken arbeitet gemäß den Prinzipien
und Ausführungsbeispielen des
Nicht-Stoßdruckens,
wie oben beschrieben, beispielsweise nach den Prinzipien des Nicht-Stoßdruckens
der Firma Jerome L. Johnson – Palatino
Press – Ivine
CA, 92715 USA. Elektrostatographisches Drucken beinhaltet elektrographisches
Drucken, wobei eine elektrostatische Ladung bildweise auf ein dielektrisches
Aufnahmeteil abgeschieden wird. Gemäß einer weiteren Technik, bezeichnet
als drittes elektrostatisches Drucken (DEP), wie in den Druckschriften
DE-A-4 338 992 und EP-A-0 675 417 beschrieben, werden Tonerteilchen
bildweise auf einem Substrat ohne der Verwendung eines gebundenen elektrostatischen
Bildes abgeschieden. Eine Wolke von Tonerteilchen wird an ein Gitter
von Öffnungen geliefert,
wobei jede Öffnung
ihre eigene Steuerelektrode zum Steuern der Menge des durch die Öffnung auf
das Substrat, auf welchem das Bild gebildet werden muß, bewegten
Toners aufweist.
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Elektrostatographisches Drucken beinhaltet auch
elektrophotographisches Drucken, bei welchem ein insgesamt elektrostatisch
geladenes fotoleitfähiges
dielektrisches Aufnahmeteil bildweise mit einer Strahlung zur Erhöhung der
Leitfähigkeit
belichtet wird, wodurch ein "direktes" oder "umgekehrtes" tonerentwickelbares
Ladungsmuster auf dem Aufnahmeteil erzeugt wird. Das Tonerbild wird
auf ein Druckstockmaterial übertragen,
normalerweise Papier oder ein synthetisches Material, wie beispielsweise
PET (Polyethyleneterephthalat), in Form einer Bahn, auf der das
Tonerbild befestigt ist, woraufhin die Bahn in Blätter geschnitten
wird, welche den gewünschten Druckrahmen
beinhalten. Wie dem Buch "The
Physics and Technology of Xerographic Processes" von E. M. Williams (1984), Kapitel
10, Seiten 204 ff. entnommen werden kann, wird die Übertragung
der entwickelten Tonerbilder auf dem Papier mit Hilfe von elektrischen
Koronaeinrichtungen fortgeführt,
um das erforderliche elektrische Feld zum Anziehen des geladenen
Toners von dem elektrostatograpischen Aufnahmeteil auf das Papier
zu erzeugen. Die Übertragungseffizienz
des Toners auf das Rezeptorpapier oder synthetische Material wird
nicht nur durch den Kontakt des Papiers mit dem toner-beladenen
Aufnahmeteil und der abgeschiedenen Ladung bestimmt, sondern auch
durch die Leitfähigkeit
des Aufnahmeteils und insbesondere durch ihren Wassergehalt. Außerdem kann
die Leitfähigkeit
sehr stark von der Art des Rezeptormaterials abhängen, d. h. der Unterschied
der Leitfähigkeit
zwischen dem Papier und beispielsweise PET kann sehr wichtig sein.
Das Papier ist nicht ein einfaches nichtleitendes Dielektrikum,
somit besitzen die elektrischen Eigenschaften des ebenen Papiers
einigen Einfluss auf die Tonerübertragung.
Experimente mit einer Vielzahl von Papierarten und Dicken (d. h.
Gewichten) haben ergeben, dass schwerere Papiere eine Verbesserung
bei der Übertragungseffizienz
beinhalten.
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Papierarten mit einer hohen Porosität, d. h. einer
hohen Permeabilität
für Gase,
welche mit Ionen durch eine Glimmentladung geladen sind, ermöglichen
keine effiziente Tonerübertragung.
Ein Unterschied in der Gaspermeabilität und -porosität zwischen
verschiedenen Papierarten besitzt seine Ursache in der gesamten
Dicke, Grad der Füllung
mit Ton, der Größenauswahl
und anderer Papierbehandlungssubstanzen. Abgesehen von den Papierfasern und
den Substanzen, welche einen konstanten Faktor für die Gleitfähigkeit
oder die Volumenwiderstandsfähigkeit
bilden, gibt es den Feuchtigkeitsgehalt, welcher mit der Feuchtigkeit
der Umgebung schwankt, insbesondere der Umgebung der Papierspeichereinheit,
welche das Papier auf einer Rolle beinhaltet. Es hat sich herausgestellt,
dass im Falle einer Erhöhung
des Feuchtigkeitsgehaltes von ungefähr 3 bis 10 Gew.-% der Oberflächenwiderstand
eines Kopierpapiers sich ungefähr
um sechs Größenordnungen
verringert. Trockenes Papier besitzt ein sehr gutes elektrisches
Lichtleitungsverhalten derart, dass dadurch durch Glimmentladung
eine äußerst hohe
elektrostatische Ladung vor dem Stattfinden eines Zusammenbruches
abgeschieden werden kann. Durch Verwendung eines Trockenrezeptorpapiers kann
die Toneranziehungskraft, welche durch die elektrostatische Ladung
verursacht wird, mit einer vernünftigen
Glimmentladung aufgebaut werden. Da der Schwund von Ladungen durch
das Rezeptorpapier eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes (der Papierfeuchtigkeit)
ist, ist eine vorsichtige Steuerung des Feuchtigkeitsgehaltes für die Tonerübertragungseffizienz,
die Bildqualität
und die Reproduzierbarkeit in den Tonerdruckergebnissen vorteilhaft.
Ein System zum Steuern des Feuchtigkeitsgehaltes wurde in der Druckschrift
EP-A-0 629 925 vorgeschlagen. Dieses System beinhaltet ein Erwärmungsmittel,
ein Kühlungsmittel
und wenigstens einen Elektrometer zum Herleiten des Feuchtigkeitsgehaltes
aus der elektrischen Leitfähigkeit
der Papierbahn und zum Nachkorrigieren des Erwärmungsmittels auf Grundlage
der Auswertung des Feuchtigkeitsgehaltes. Tests haben ebenfalls
ergeben, dass die gemessene elektrische Leitfähigkeit nicht nur eine Funktion des
Feuchtigkeitsgehaltes alleine ist. Daraus resultierend kann das
Erwärmungsmittel
ferner die Temperatur der sich bewegenden Papierbahn, in dem Versuch
den Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, beeinflussen oder erhöhen, wohingegen
der Feuchtigkeitsgehalt bereits einen optimalen Wert erreicht hat. Dies
zeigt, dass ein zu lösendes
Problem übrig
bleibt. Sogar falls andere Arten von Sensoren zum Bewerten des Feuchtigkeitsgehaltes
der Medien verwendet werden, wie beispielsweise Feuchtigkeitssensoren oder
Direktkontakt-Widerstandssensoren, beeinflussen andere Parameter
immer noch das Verhältnis zwischen
dem gemessenen Wert und dem absoluten Feuchtigkeitsgehalt.
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Ferner soll auf das US Patent 56
004 27 A (Watanabe et al.) hingewiesen werden, welches eine Papierentfeuchtungseinheit
als ein Bild bildende Vorrichtung beschreibt. Zwei untere Erwärmungsteile und
ein Zwischenerwärmungsteil
sind für
mehrere papierzuführende
Steige, welche in dem Papierzuführabschnitt
einer Bildbildungsvorrichtung angeordnet sind, vorgesehen. Die Temperatur
in dem gesamten Papierzuführabschnitt
wird durch eine Stromzufuhr an jedem der Erwärmungsteile gesteuert.
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Ferner wird auf das US Patent
US 47 273 85 (Nishikawa
et al.) hingewiesen, welches eine ein Bild bildende Vorrichtung
mit Entfeuchtungsmittel beschreibt. Die Vorrichtung umfaßt eine
Begrenzung zum Anschließen
einer Zufuhr von ein Bild bildendem Papier und eine Kühlungs-/Entfeuchtungseinheit zum
Kühlen
des Inneren der Begrenzung und zum Kondensieren jeglicher wäßriger Komponenten
in der Luft im Inneren der Begrenzung.
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Aufgaben der Erfindung:
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zum Konditionieren des Feuchtigkeitsgehaltes
von Medien in einer stabilen, vorhersehbaren und reproduzierbaren
Weise vorzusehen.
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Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung
die konditionierten Medien mit konstanten Bedingungen vorzusehen.
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Es ist ein besonderer Aspekt der
vorliegenden Erfindung eine elektrostatographische Druckvorrichtung
mit Mitteln zum Steuern des Zustandes eines Papierrezeptormaterials
bereitzustellen, wodurch eine höhere
Ausbeute des übertragenen
Toners erreicht wird und folglicherweise ein geringerer Tonerverbrauch
entsteht, wodurch eine Verringerung und ein Verhindern von Qualitätsabweichungen
der übertragenen
Tonerbilder und im Falle eines doppelseitigen (Duplex) Druckens
eine verbesserte Leistung als Resultat einer Flußbegrenzung der elektrostatischen
Ladungen durch das Rezeptormaterial erzielt werden können.
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Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zum Konditionieren eines sich bewegenden Papierrezeptormaterials
bereitzustellen, um eine nachfolgende reproduzierbare Herstellung
von übertragenen
trockenen Tonerbilder darauf zu ermöglichen.
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Die oben erwähnten Aufgaben werden durch eine
Vorrichtung mit den spezifischen Merkmalen des Anspruchs 1 und durch
ein Verfahren mit den spezifischen Merkmalen gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere
Merkmale für
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Die Medien können die Form einer Bahn annehmen,
jedoch können
die Medien auch blattförmiges
bzw. bogenförmiges
Material aufweisen, wie beispielsweise A4- oder A3-förmige Papierseiten.
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
bewegt sich das Medium relativ zu dem Erwärmungsmittel und/oder dem Kühlungsmittel,
d. h. einige Elemente können
stationär
sein, einige können
sich bewegen. Das Medium kann Papier aufweisen, vorzugsweise mit
Flächengewichten
von 40, 80, 100 oder 350 g/m2 oder irgendeinem
Wert innerhalb des Bereiches von 40 bis 350 g/m2.
Ein Papierrezeptormaterial kann aus einem Papier bestehen oder kann beispielsweise
Papier mit synthetischen Fasern oder ein mit auf wenigstens einer
Seite mit einen Nichtpapiermaterial beschichtetes Papier aufweisen,
beispielsweise einem synthetischen Polymermaterial. Das Medium kann
auch hauptsächlich
aus einem synthetischen Material wie beispielsweise PET mit vorzugsweise
einer Dicke zwischen 12 und 350 μm bestehen.
Die Medien können
auch Etiketten mit einer Klebeschicht sein oder sie können hauptsächlich aus
PVC (Polyvinylchlorid) oder PE (Polyethylen) bestehen. All diese
Medien können
eine variable Menge von Feuchtigkeit absorbieren oder adsorbieren,
entweder während
der Herstellung oder während
des Kontaktes mit der Umgebungsatmosphäre. Die Vorrichtung und das
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
können
auch während
dem Herstellungsverfahren dieser Medien verwendet werden. Vorzugsweise
besitzen die hergestellten Medien einen konstanten Feuchtigkeitsgehalt
beim Aufwickeln auf eine Rolle von Bahnmaterial oder beim Packen
in einen Stapel von Blättern.
Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung kann der Feuchtigkeitszustand und
der Temperaturzustand innerhalb enger Grenzen gehalten werden.
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Der Sensor des Feuchtigkeitsgehaltes
kann durch einen Sensor zum Messen der relativen Feuchtigkeit realisiert
werden. Der Feuchtigkeitsgehalt kann auch durch indirekte Messung
bewertet werden, das heißt
durch Messen anderer Parameter, die mit dem Feuchtigkeitsgehalt
in Beziehung stehen. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Leitfähigkeit
der Medien nach der Erwärmung
und den Kühlungsschritten
gemessen. Die Leitfähigkeit
der Medien kann durch Positionieren der Medien zwischen zwei eng
benachbart zueinander angeordneten elektrischen Leitern gemessen
werden, die beide in Kontakt mit den Medien sind. Ein Leiter kann
an der Vorderseite der Medien und der andere an der Rückseite
plaziert werden. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
können
beide Leiter nahe benachbart zueinander angeordnet werden, ohne
in direktem Kontakt miteinander zu stehen, wobei jedoch beide die
Medien berühren.
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Die Medien können ein sich bewegendes Papierrezeptormaterial
sein, wobei es für
eine Verwendung in einem elektrostatographischen Drucker geeignet
ist. Das Erwärmungsmittel
besitzt die wichtigste Funktion, den Feuchtigkeitsgehalt des Rezeptormaterials
oder der Medien zu verringern. Vorzugsweise ist das Erwärmungsmittel
in einem Erwärmungsgehäuse mit
einem Rezeptormaterialeingang, einem Rezeptormaterialausgang, Mittel
für die
Einfuhr von Frischluft und Abzugmittel zum Ausstoßen von
feuchter Luft, welche durch die Erwärmung des Rezeptormaterials
erzeugt wird, eingeschlossen bzw. umgeben. Ein Kühlungsgehäuse kann mit Mitteln zum Kühlen des
erwärmten
Rezeptormaterials mit trockener Luft ausgestattet sein, um seine
Temperatur in dem Bereich von 15°C
bis 40°C
vor einem Verlassen der Vorrichtung zu bringen. In einem weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann das Kühlungsgehäuse auch
die Fähigkeit
aufweisen, die Temperatur der Medien weiter zu vergrößern, beispielsweise
des Rezeptormaterials, um eine vorbestimmte Temperatur zu erreichen.
Vorteilhafterweise ist das Erwärmungsgehäuse mit
einem Kühlungsgehäuse verbunden.
Vorzugsweise umfaßt
die Konditioniervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner ein Steuermittel zum Steuern des Erwärmungsmittels,
und wahlweise des Kühlungsmittels, als
Antwort auf den elektrischen Zustand des Rezeptormaterials, welcher
durch die Ermittlungsmittel ermittelt wird. Wahlweise kann der Ausgang
des Ermittlungsmittels an eine visuelle Anzeigeeinrichtung geführt werden,
an welcher der Betreiber die Bedingung des Rezeptormaterials feststellen
und die Feuchtigkeitssteuermittel einstellen kann, um den elektrischen
Zustand des Rezeptormaterials innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
zu bringen.
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Das Erwärmungsmittel kann eine erwärmte drehbare
Trommel oder einen erwärmten
drehbaren Zylinder in Kontakt mit wenigstens einer Seite des Rezeptormaterials
aufweisen, wenn es sich entlang des Rezeptormaterialweges bewegt.
Das Erwärmungsmittel
kann einen Wärmestrahltrockner
mit wenigstens einer Wärmestrahlquelle
aufweisen, welche zum Richten einer infraroten Strahlung auf wenigstens
eine Seite des Rezeptormaterials positioniert ist, wenn es sich
entlang des Rezeptormaterialweges bewegt. Vorzugsweise besitzt der
Wärmestrahltrockner
eine dominierende Energieausgabewellenlänge innerhalb des Bereiches
von 1,5 μm
bis 10 μm.
Gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
oder zusätzlich
kann das Feuchtigkeitssteuermittel wenigstens eine Düse aufweisen,
welche zum Richten eines Stromes heißer Luft auf wenigstens eine
Seite des Rezeptormaterials positioniert ist, wenn dieses sich entlang
des Rezeptormaterialweges bewegt. Das Erwärmungsmittel kann sogar ein dielektrischer
Trockner sein, welcher wenigstens eine Radiofrequenz oder Mikrowellenquelle
beinhaltet, die derart positioniert ist, daß sich das Rezeptormaterial
durch das elektromagnetische Feld der Quelle bewegt, wenn es sich
entlang des Rezeptormaterialweges bewegt. Die Temperatur, auf welche das
Rezeptormaterial durch das Erwärmungsmittel erwärmt wird,
ist vorzugsweise wenigstens 120°C, beispielsweise
ungefähr
140°C oder
180°C. Eine
zu hohe Temperatur kann zu einer Schädigung des Rezeptormaterials
führen.
Das Rezeptormaterial ist auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 bis
2 Gew.-% konditioniert, vorzugsweise bis 1,5 Gew.-%. Vorzugsweise fällt der
Feuchtigkeitsgehalt nicht unter 0,5 Gew.-%, da das Rezeptormaterial,
welches zu trocken ist, in hohe triboelektrische Ladungen resultieren
kann, welche darauf erzeugt werden, deren Entladung in dem Drucker
unerwünschte
Wirkungen haben kann. Das Feuchtigkeitsermittlungsmittel, welches
auch als Feuchtigkeitssensor bezeichnet wird, kann eine Glimmentladungseinrichtung
aufweisen, welche benachbart zu dem Rezeptormaterialweg positioniert ist,
um eine vorbestimmte elektrostatische Ladung auf wenigstens einer
Seite des Rezeptormaterials aufzubauen, und gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
Mittel aufweisen, welche stromabwärts der Glimmentladungseinrichtung
bzw. der Coronaentladungseinrichtung für eine Ermittlung des Levels
der elektrostatischen Ladung positioniert ist, welche auf dem Rezeptormaterial
gehalten wird. Der zu der Glimmentladungseinrichtung geführte Zuführstrom liegt
vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 10 μA/cm, am geeignetsten im Bereich
von 2 bis 5 μA/cm,
abhängig
von den Rezeptormaterialeigenschaften, und wird in einem Abstand
von 3 mm bis 10 mm entfernt von dem Weg des Rezeptormaterials positioniert.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
nämlich
in einem zweiten Ausführungsbeispiel, sind
die Mittel stromabwärts
der Glimmentladungseinrichtung für
ein Ermitteln des Abbaus der elektrostatischen Ladung auf dem Rezeptormaterial
positioniert. Die Mittel zum Erfassen des Abbaus der elektrostatischen
Ladung auf dem Rezeptormaterial können mehrere einander beabstandete
Elektrometer aufweisen, welche benachbart zu dem Rezeptormaterialweg
angeordnet sind, und Mittel zum Vergleichen der Ausgangssignale
von den Elektrometern aufweisen. Vorzugsweise ist eine Entladungseinrichtung
der Rezeptormaterialladung, wie beispielsweise eine A/C-Coronaeinrichtung,
stromabwärts
der Ladungsermittlungseinrichtung für eine Entladung der statischen
Ladung auf dem Rezeptormaterial positioniert, bevor es die Vorrichtung
verläßt. Gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Rezeptormaterial-Konditioniervorrichtung
mit einem elektrostatographischen Drucker zum Bilden eines Bildes
auf einem Rezeptormaterial verbunden. Der Drucker kann wenigstens
ein Tonerbild herstellende elektrostatographische Station mit einem
drehbaren endlosen Flächenmittel,
auf dem ein Tonerbild gebildet werden kann, Mittel zum Befördern des
Rezeptormaterials hinter die Station und Mittel zum Übertragen
des Tonerbildes auf dem drehbaren Flächenmittel auf das Rezeptormaterial
aufweisen. Vorzugsweise wird die Feuchtigkeit der Atmosphäre im Inneren
des elektrostatographischen Druckers gesteuert. Dies wird mit Hilfe
der Aufrechterhaltung der elektrischen Kondition des Rezeptormaterials
innerhalb eines erwünschten
Bereiches durchgeführt.
Gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung besitzt das Rezeptormaterial die Form
einer Bahn, beispielsweise von einer Rolle zugeführt, jedoch ist die Erfindung gleichsam
auf Rezeptormaterialien in der Form von separaten Blättern anwendbar.
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Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Zuhilfenahme der
beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben.
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Die Erfindung wird nun detaillierter
beschrieben, jedoch lediglich exemplarisch unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
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Kurze Beschreibung der
Figuren:
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1 schematisch
einen elektrostatographischen Ein-Weg-Drucker mit mehreren Stationen, geeignet
zum Simplexdrucken;
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2 eine
Querschnittsansicht einer der Druckstationen des in 1 dargestellten Druckers;
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3 eine
Papierbahnkonditioniervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Verwendung mit dem Drucker gemäß 1; und
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4 eine
Modifikation eines Teils der in 3 dargestellten
Vorrichtung, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
im folgenden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben
wird, ist sie selbstverständlich nicht
auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung:
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Drucker 10 dargestellt,
welcher eine Zuführstation 13 aufweist,
in der eine Rolle eines Bahnmaterials 12 mit einer ausreichenden
Quantität
zum Drucken aufgenommen ist, beispielsweise 3 bis 5.000 Abbildungen. Die
Bahn 12 wird von der Zuführstation 13 durch die Papierkonditioniervorrichtung 11 in
ein turmartiges Druckergehäuse 44 geführt, in
welchem eine Trägersäule 46 vorgesehen
ist, in welcher vier ähnliche
Druckerstationen A bis D aufgenommen sind, welche zum Drucken von
gelben, magentafarbigen, zyanfarbigen und schwarzen Bildern angeordnet
sind. Zusätzlich
ist eine weitere Station E vorgesehen, um wahlweise eine zusätzliche
Farbe, beispielsweise eine besondere benutzerdefinierte Farbe, zu
drucken. Die Papierbahn 12 wird in einer nach oben gerichteten
Richtung hinter den Druckstationen wiederum befördert. Die Druckstationen A
bis E sind in einer im wesentlichen vertikalen Konfiguration montiert, was
in einer reduzierten Aufstandsfläche
des Druckers resultiert und zusätzlich
die Wartung leichter macht. Die Säule 46 kann gegen
Schwingungen mittels einer Plattform 48 montiert sein,
welche auf Federn 50, 51 lagert. Nach dem Verlassen
der letzten Druckstation E wird das Bild auf der Bahn mittels einer
Bildbefestigungsstation 16 befestigt und an eine Schneidstation 20 (schematisch
dargestellt) und eine Stapeleinrichtung 53, falls erwünscht, geführt. Die Bahn 12 wird
durch den Drucker mittels zwei Antriebswalzen 22a, 22b befördert, wobei
eine zwischen der Konditionierstation 11 und der ersten Druckstation
A und die zweite zwischen der Bildbefestigungsstation 16 und
der Schneidstation 20 positioniert ist. Die Antriebswalzen 22a, 22b werden durch
steuerbare Motoren 23a, 23b betrieben. Einer der
Motoren 23a, 23b wird mit einer derartigen Drehgeschwindigkeit
gesteuert, um die Bahn durch den Drucker mit einer erforderlichen
Geschwindigkeit zu befördern,
welche beispielsweise ungefähr
125 mm/sec. betragen kann. Der andere Motor ist auf eine derartige
Weise drehmomentgesteuert, dass er eine Bahnspannung von beispielsweise
ungefähr
1 N/cm erzeugt. Im folgenden wird Bezug genommen auf 2, wobei jede Druckstation
eine zylindrische Trommel 24 mit einer fotoleitfähigen äußeren Fläche 26 aufweist.
Umfangsmäßig um die
Trommel 24 herum angeordnet ist eine Ladungseinrichtung 28,
welche die Trommeloberfläche
einheitlich aufladen kann, eine Belichtungsstation 30,
welche bildweise und leitungsweise die fotoleitfähige Trommeloberfläche belichtet,
wodurch die Ladung auf letzteren selektiv ausgebreitet wird, wodurch
eine bildweise Verteilung von elektrischer Ladung zum Verbleiben
auf der Trommeloberfläche
zurückgelassen
wird. Dieses sogenannte "gebundene
Bild" wird durch
eine Entwicklungsstation 32 sichtbar gemacht, welche einen Tonerentwickler
in Berührung
mit der Trommeloberfläche 26 bringt.
Die Tonerpartikel werden durch das gebundene Bild auf der Trommeloberfläche durch das
elektrische Feld zwischen der Trommeloberfläche und dem Entwickler derart
angezogen, daß das gebundene
Bild sichtbar wird. Nach der Entwicklung wird das an der Trommeloberfläche 26 anhaftende Tonerbild
an die sich bewegende Bahn 12 durch eine Übertragungskoronaeinrichtung 34 übertragen.
Die sich bewegende Bahn 12 befindet sich in gegenüberliegenden
Kontakt mit der Trommeloberfläche 26 über einen
Windungswinkel ω von
ungefähr
15°, welcher
durch die Position der Führungsrollen 36 bestimmt
wird. Die Übertragungskoronaeinrichtung, welche
auf der gegenüberliegenden
Seite der Bahn zu der Trommel angeordnet ist und welche ein hohes Potential
mit umgekehrten Vorzeichen zu demjenigen der Ladung auf den Tonerpartikeln
aufweist, zieht die Tonerpartikel von der Trommeloberfläche 26 weg
und auf die Oberfläche
der Bahn 12 hin. Die Übertragungskoronaeinrichtung
besitzt ihren Koronadraht ungefähr
7 mm von dem Gehäuse
weg angeordnet, welches sie umgibt, und 7 mm von der Papierbahn
weg positioniert. Ein typischer Übertragungskoronastrom
beträgt
ungefähr ±3 μA/cm. Die Übertragungskoronaeinrichtung 34 dient
auch einer Erzeugung einer stark haftenden Kraft zwischen der Bahn 12 und
der Trommeloberfläche 26,
wodurch die letztere synchron mit der Bewegung der Wand 12 gedreht
wird. Umfangsmäßig über der Übertragungskoronaeinrichtung 34 ist
eine Bahnentladungskoronaeinrichtung 38 positioniert, welche
durch einen wechselseitigen Strom angetrieben wird. Danach wird
die Trommeloberfläche 26 durch
eine Korona 40 vorgeladen, wodurch jeglicher verbleibender
Toner, welcher immer noch an seiner Oberfläche haften kann, derart gelöst wird,
daß er
an einer zum Stand der Technik bekannten Säuberungseinheit 42 gesammelt
wird. Die Säuberungseinheit 42 umfaßt eine sich
drehende Säuberungsbürste 43.
Nach der Säuberung
ist die Trommelfläche
fertig für
einen weiteren Aufnahmezyklus. Nach einem Passieren der ersten Druckstation
A, wie oben beschrieben wurde, passiert die Bahn sukzessive die
Druckstationen B, C, D und E, in welchen Bildern in anderen Farben
auf die Bahn übertragen
werden. Es ist kritisch, dass die in den aufeinanderfolgenden Stationen
hergestellten Bilder miteinander Register halten. Um dies zu erreichen
muß der
Start des Bildvorgangs an jeder Station kritisch abgestimmt werden.
In der in 3 dargestellten
Konditioniervorrichtung wird die Papierbahn 12 von einer
Zuführrolle 14 abgewickelt
und durch einen Eingangsschlitz 53 in das Erwärmungsgehäuse 54 geführt, wobei
die Papierbahn 12 einem gekrümmten Weg folgt, der durch
mehrere Rollen 100 definiert ist. Zwischen der ersten und
der zweiten Rolle der Rollen 100 ist die Papierbahn in
Kontakt mit einer metallischen Erwärmungstrommel 55,
welche eine rohrförmige
Infraroterwärmungsquelle 56 im
Inneren aufweist. Die Erwärmungstrommel
kann hauptsächlich
aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Temperatur der Erwärmungstrommel 55 durch
einen Temperatursensor 85 erfaßt. Das Signal dieses Temperatursensors 85 kann
an eine elektronische Steuereinrichtung 101 zum Steuern
des Ausgangs der Infraroterwärmungsquelle 56 geführt werden,
insbesondere, wenn die Vorrichtung sich in einen Standby-Status
befindet, d. h. wenn kein Papiertransport stattfindet. Ein Lüfter 57,
der in einer Wand des Gehäuses 54 befestigt
ist, stößt feuchte
Luft aus dem Gehäuse 54 aus,
während
Umgebungsluft durch den Eingangsschlitz 58 eintritt. Die
erwärmte
Papierbahn 12 tritt durch einen Schlitz 59 in
ein Kühlungsgehäuse 60 ein,
wobei mittels Ventilatoren 61 und 62 kalte trockene
Luft entlang beider Seiten der Papierbahn 12 zirkuliert
wird, wie durch die Pfeile 63 und 64 angedeutet
ist. Der Kühlungskasten 65 besitzt
einen engen Eingangsschlitz 66, der durch eine Filzbürste verschlossen
ist, und enthält
Wärmeaustauscher 67 und 68,
in denen zirkulierendes kaltes Wasser (bei einer Temperatur von
beispielsweise 1° bis
7°C) durch Kaltwassereinlässe 69 und - auslässe 70 hindurchläuft. Ein
Reservoir (nicht dargestellt) ist mit den Ablauflöchern 77 des
Kühlungskastens 65 zum
Sammeln von kondensierten Wasser verbunden, welches danach zu einem
Ablauf geführt
wird. Die Papierbahn 12 verläßt den Kühlungskasten 65 über einen
engen Ausgangsschlitz 71 und tritt in ein Gehäuse 78 mit
einem Erfassungsmittel ein. Die Papierbahn 12 folgt einem
gekrümmten
Weg in Kontakt mit einer geerdeten metallischen Trommel 72.
Diese Trommel kann hauptsächlich
aus Eisen oder Stahl bestehen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Trommel 72 auf einer Temperatur gleich derjenigen
der Papierbahn nach der Kühlung
gehalten. Dies kann durch eine Lampe (nicht dargestellt) oder durch Kühlung, Bestrahlung
der Trommel 72 erreicht werden, wo sie nicht durch die
Bahn 12 bedeckt ist. Die Papierbahn 12 folgt dann
der Oberfläche
der Trommel 72, nahe benachbart zu einer DC-Koronaentladungseinheit 73,
auch als Übertragungskorona
bezeichnet. Diese Einheit 73 sprüht elektrische Ladung auf die
Papierbahn 12, von welcher das Papier somit eine vorbestimmte
Koronaladung erhält.
Die Papierbahn 12 passiert dann einen Elektrometerkopf 74, auch als
(kontaktloser) elektrostatischer Spannungssensor bezeichnet, stromabwärts der
Koronaentladungseinheit 73, welcher das übriggebliebene
Ladungslevel als Spannung mißt,
welche im Verhältnis zu
der elektrischen Kondition des Papiers steht. Das Signal von dem
Elektrometerkopf 74 wird über eine Leitung 102 an
die elektronische Steuereinrichtung 101 geleitet. Die Steuereinrichtung 101 bearbeitet das
Signal in Übereinstimmung
mit einer vorherigen Kalibrierung der Vorrichtung und steuert die
Zufuhr der elektrischen Versorgung über die Leitung 103 zu der
Erwärmungsquelle 56,
um automatisch die Erwärmungsenergiezufuhr
in Übereinstimmung
mit dem verbleibenden Ladungslevel einzustellen, welcher durch das
Elektrometer 74 ermittelt wird, um die Kondition des Papiers
innerhalb des gewünschten Bereiches
zu bringen. Wenn der Koronastrom ungefähr 3 μA/cm und die Dicke des Papiers
ungefähr
100 μm beträgt, mit
einem Gewicht von 100 g/m2, sollte für gute nachfolgende
Tonerübertragungsergebnisse das
Elektrometer typischerweise eine Ladungshöhe von wenigstens 500 Volt
erfassen. Der Betrieb der elektronischen Feuchtigkeitssteuereinrichtungen kann
wie folgt erläutert
werden. Die elektrostatische Spannung, welche durch das Elektrometer 74 gemessen
wird, wird geringer sein als die elektrostatische Spannung, welche
auf dem Bahnmaterial an der Stelle der Koronaentladungseinheit 73 erzeugt wird.
Dies liegt an der Tatsache, dass die elektrische Ladung, welche
auf das Bahnmaterial durch die Koronaladungseinheit 73 gesprüht wird,
teilweise über die
geerdete Metalltrommel 72 aufgrund der Berührung der
Trommel abfließt.
Die Menge der abfließenden
Ladung ist eine Funktion der Zeit, in der das Bahnmaterial in Kontakt
mit der Trommel ist. Diese Zeit ist umgekehrt proportional zu der
Winkelgeschwindigkeit der Trommel 72 und proportional zu dem
Abstand zwischen der Koronaentladungseinheit 73 und dem
Elektrometerkopf 74. Die Menge der abfließenden Ladung
ist auch eine Funktion der Leitfähigkeit
des Bahnmaterials. Falls das Bahnmaterial eine hohe Leitfähigkeit
aufweist, wird die Menge der dissipierten Ladung groß sein;
eine geringe Leitfähigkeit
wird dazu führen,
dass eine geringe Menge an elektrischer Ladung an die geerdete Metalltrommel 72 abfließt. Es wurde
jetzt herausgefunden, dass die Leitfähigkeit, oder genauer gesagt
die Menge der abfließenden
Ladung pro Zeiteinheit nicht nur eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes
des gekühlten Bahnmaterials
ist, sondern auch eine Funktion der Temperatur des gekühlten Bahnmaterials.
Es wurde herausgefunden, dass die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur
ansteigt, sogar falls der Feuchtigkeitsgehalt konstant gehalten
wird. Dies verursacht die folgenden Probleme in Systemen gemäß dem Stand
der Technik. Falls die Temperatur des gekühlten Bahnmaterials größer ist
als die Referenztemperatur, beispielsweise 25°C, wird das Elektrometer 74 eine
Spannung beispielsweise niedriger als 360 Volt erfassen, wobei angenommen
wird, dass dies aufgrund des hohen Ladungsabflusses geschieht. Die elektronische
Feuchtigkeitssteuereinrichtung 101 kann diesen hohen Abfluß als einen
hohen Feuchtigkeitsgehalt des Bahnmaterials interpretieren und demgemäß die Strahlungsausgabe
der infraroten Erwärmungsquelle 56 zum
Erhöhen
der Temperatur der Erwärmungstrommel 55 erhöhen. Da
das erwärmte
Medium durch diese Extraenergie wärmer wird, wird das Medium
nach einer Kühlung
in dem Kühlungskasten 65 auch
eine höhere
Temperatur, beispielsweise 31°C
annehmen. Diese höhere
Temperatur des gekühlten
Bahnmaterials erhöht
dramatisch die von dem Elektrometer 74 gemessene Leitfähigkeit,
obwohl der Feuchtigkeitsgehalt aufgrund der höheren Temperatur des erwärmten Bahnmaterials in
dem Erwärmungsgehäuse 74 sich
verringert haben könnte.
Daher könnte
die elektronische Feuchtigkeitssteuereinrichtung 101 eine
noch höhere Strahlungsleistung
für die
infrarote Erwärmungsquelle
in dem Versuch befehlen, die Leitfähigkeit des Bahnmaterials 12 zu
verringern. Es ist klar, dass dieses System von seinem optimalen
und bevorzugten stabilen Arbeitspunkt abweicht. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, dass die Temperatur des gekühlten Bahnmaterials nicht stabil
sein wird, weil es das Gehäuse 78 verläßt. Dies
kann ein Schrumpfen der Papierlänge
bei höheren
Temperaturniveaus oder ein Ausdehnen bei niedrigeren Temperaturniveaus
verursachen, was Probleme für
ein nachfolgendes Registrieren von Teilfarbbildern, welche durch
die Übertragungskoronaeinrichtungen 34 übertragen
werden, oder Papierlängenprobleme
in der Schneidstation 20 verursachen könnte. Aufgrund der Veränderung
der Temperatur kann sich das Verhältnis der Schneidlänge zu der
effektiven Papiergröße folglich
verändern. Um
die obengenannten Probleme zu vermeiden ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Temperatursensor 81 nahe dem gekühlten Bahnmaterial angeordnet,
vorzugsweise nachdem es den Kühlungskasten 65 verlassen
hat. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 81 nahe
der Umfangsfläche
der Trommel 72 angeordnet, wo das Bahnmaterial 12 in
Kontakt mit der Trommel ist. Das durch den Temperatursensor 81 erzeugte
Signal wird über
eine Temperatursensorleitung 82 an eine elektronische Temperatursteuereinrichtung 83 übertragen.
Diese Steuereinrichtung 83 überträgt ein Signal über eine
Signalleitung 84 an den Kühlungskasten 65, um
die Kühlungskraft
des Kühlungskastens 65 zu
erhöhen
oder zu verringern. Die Temperatursteuereinrichtung 83 arbeitet
in einer derartigen Weise, dass die durch den Sensor 81 ermittelte Temperatur
konstant ist oder innerhalb eines engen Temperaturbereiches von
2°C oder
weniger vorgesehen ist. Falls die Steuereinrichtung 83 ein
Temperatursignal erhält,
welches eine Temperatur höher
als der vorbestimmte Bereich anzeigt, weist die Steuereinrichtung 83 dem
Kühlungskasten
an, die Kühlungskraft
zu erhöhen.
Falls die Temperatur des gekühlten
Bahnmaterials zu gering ist, wird die Kühlkraft des Kühlungskastens 65 verringert,
so dass das Bahnmaterial, welches den Ausgangsschlitz 71 verläßt, eine
höhere
Temperatur erhält.
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Durch Erfassen der Temperatur der
gekühlten
Medien und durch Verwendung des Temperatursignals 82 zum
Steuern der Kühlkraft
des Kühlungskastens 65 wird
die Temperatur des Bahnmaterials, welches den Kühlungskasten 65 verläßt, im wesentlichen
konstant gehalten. Dies hat zwei Vorteile. Erstens steht die Leitfähigkeit
oder der elektrostatische Ladungsabfluß in einem engeren Verhältnis zu
dem Feuchtigkeitsgehalt des erwärmten
und anschließend
gekühlten
Mediums. Andererseits ist die Temperatur der das Gehäuse 78 verlassenden
Medien im wesentlichen konstant, so dass andere Verfahrensparameter,
welche stark von der Temperatur der Medien abhängen können, unabhängig von der Temperatur gesteuert
werden können.
Wie oben erläutert wurde,
kann die Länge
und die Breite der Medien durch die Temperatur beeinflußt werden.
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Der Kühlungskasten wird Frigorien
(das heißt "kalte Kalorieren") zum Kühlen des
Bahnmaterials erzeugen. In diesem Prozess werden Kalorien zwangsläufig teilweise
aufgrund des Kühlungsprozesses,
teilweise aufgrund der mechanischen und elektrischen Energieverluste
erzeugt. Gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
können
die durch den Kühlungskasten 65 erzeugten
Kalorien durch den Erwärmungsprozeß zurückgewonnen
werden. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines Peltier-Moduls
durchgeführt
werden, wie beispielsweise in dem Dokument US-A-4 519 389 oder in
dem Dokument EP-A-0 651 308 beschrieben ist. Die kalte Seite oder
die Verbindung des Peltier-Moduls kann die Frigorien für den Kühlungskasten 65 erzeugen, die
heiße
Verbindung kann die Kalorien für
das Erwärmungsmittel 55 erzeugen
oder ein Luftfluß,
welcher die heiße
Verbindung kühlt,
kann zu den Eingangsschlitzen 58 des Erwärmungsgehäuses 54 geführt werden.
Auf diese Weise kann die verlorengegangene oder von dem Kühlungsmittel 65 zurückgezogene
Wärmeenergie
an das Erwärmungsmittel 55 übertragen
werden und die Wärmeenergie
kann zurückgewonnen
werden.
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Eine AC-Entladungskorona 75,
auch als Löschkorona
bezeichnet, welche stromabwärts
des Elektrometerkopfes 74 angeordnet ist, bringt die Papierbahn
zurück
in ihren Grundzustand, bevor es das Gehäuse 78 durch den Ausgangsschlitz 76 verläßt. Diese
Messung wird vorgenommen, um zu verhindern, dass das Bahnmaterial
an der Trommel an dem Punkt kleben bleibt, an welchem das Material
die Trommel zu verlassen hat. Die Papierbahn schreitet von dem Ausgangsschlitz 76 direkt
in den in 1 dargestellten
Drucker. Durch direktes Verbinden der Konditioniereinheit mit dem
Drucker dient der Bahnantrieb für
den Drucker als Antrieb der Papierbahn 12 von ihrer Zuführrolle 14 durch
die Konditioniervorrichtung, wobei die Papierbahn in einem Spannungszustand
durch die auf die Rolle 14 wirkende Bremse 15 gehalten
wird. Das Ausgabesignal von dem Elektrometerkopf 74 und
von dem Temperatursensor 81 kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel oder
zusätzlich
an eine visuelle Anzeigeeinrichtung geliefert werden, mit Hilfe
welcher der Betreiber den Zustand der Papierbahn überprüfen kann.
In einem in 4 dargestellten
weiteren Ausführungsbeispiel sind
zwei voneinander beabstandete Elektrometerköpfe 74a und 74b,
auch als (kontaktlose) elektrostatische Spannungssensoren bezeichnet,
benachbart zu dem Papierbahnweg stromaufwärts der Koronaentladungseinheit 73 angeordnet.
Der Temperatursensor 81 gibt ein Feedback über die
Temperatur der sich bewegenden Papierbahn 12. Diese Information wird
zum Steuern der Kühlleistung
des Kühlungskastens 65 derart
verwendet, daß die
Temperatur des Papiers in dem Gehäuse 78 innerhalb eines
engen Temperaturbereiches gehalten wird. Bei einer solchen nahezu
konstanten Temperatur steht der elektrostatische Ladungsabfluß, welcher
durch die Elektrometer 74a und 74b gemessen wird,
in einem engeren Verhältnis
zu dem Feuchtigkeitsgehalt des gekühlten Papierbahnmaterials.
In diesem Ausführungsbeispiel
vergleicht die Steuereinrichtung (in 4 nicht
dargestellt) die Signale, welche von den beiden Elektrometern 74a und 74b erhalten
werden, um die Rate des Zerfalls der elektrostatischen Ladung auf
der Papierbahn zu bestimmen. Diese Rate des Zerfalls, welche den
elektrischen Zustand der Papierbahn anzeigt, wird dann verwendet,
um automatisch die Wärmeenergiezufuhr
in Übereinstimmung
mit der Rate des Ladungszerfalls, welcher durch die Elektrometerköpfe 74a und 74b erfaßt wird, einzustellen,
um den Zustand des Papiers innerhalb des gewünschten Bereiches zu bringen.
Das in 4 dargestellte
Ausführungsbeispiel
weist den Vorteil über
den in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel auf,
dass eine vorherige Kalibrierung nicht notwendig ist. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann
die Spannung oder der elektrische Strom der Koronaentladungseinheit 73 durch
das Ausgabesignal des ersten Elektrometers 74a auf eine
derartige Weise gesteuert werden, dass die durch den Elektrometer 74a erfaßte elektrostatische
Spannung ein vorbestimmtes konstantes Niveau von ungefähr 500 Volt besitzt.
In einem solchen Fall kann entweder das Ausgabesignal des zweiten
Elektrometers 74b alleine oder ein Differenzsignal von
beiden Elektrometern 74a und 74b an die elektronische
Feuchtigkeitssteuereinrichtung 101 gesendet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Temperatursensor 81 vorzugsweise
zwischen dem ersten Elektrometer 74a und dem zweiten Elektrometer 74b angeordnet.
Gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
kann der Temperatursensor 81 an einer Stelle nahe dem Ort
angeordnet werden, an welchem das Bahnmaterial 12 in Kontakt
mit der Trommel 72 ist.
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Gemäß einer Modifikation, welche
nicht in den Umfang der Ansprüche
fällt,
kann das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 81 andere
Abschnitte des Druckers 10 steuern. Parameter, wie beispielsweise
Länge, Übertragungsstrom
in der Übertragungskoronaeinrichtung 34 und
Bildskalen können
als Funktion der durch den Sensor 81 gemessenen Temperatur
variieren. In einem derartigen Fall kann die Temperatur beispielsweise
zwischen 24°C
und 26°C
oder höher
variieren, ohne einer Korrektur der Kühlleistung des Kühlungskastens 65.
Das Temperatursignal 82 kann dann an die elektronische Feuchtigkeitssteuereinrichtung 101 geführt werden (nicht
dargestellt), um das Feuchtigkeitssignal 102 für die höhere oder
niedriger Temperatur zu korrigieren.