EP0665964B1 - Thermofixing arrangement for printing or copying machines with a low temperature preheating saddle - Google Patents

Thermofixing arrangement for printing or copying machines with a low temperature preheating saddle Download PDF

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EP0665964B1
EP0665964B1 EP93922940A EP93922940A EP0665964B1 EP 0665964 B1 EP0665964 B1 EP 0665964B1 EP 93922940 A EP93922940 A EP 93922940A EP 93922940 A EP93922940 A EP 93922940A EP 0665964 B1 EP0665964 B1 EP 0665964B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
saddle
heating
recording substrate
preheating
temperature
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93922940A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0665964A1 (en
Inventor
Edmund Creutzmann
Andreas Eckardt
Joachim Hoffmann
Walter Kopp
Josef Windele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wincor Nixdorf International GmbH
Original Assignee
Wincor Nixdorf International GmbH
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Publication date
Application filed by Wincor Nixdorf International GmbH filed Critical Wincor Nixdorf International GmbH
Priority to EP93922940A priority Critical patent/EP0665964B1/en
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat

Definitions

  • heat-fixing devices are used in printing or copying devices, which have a preheating saddle with a downstream fixing zone consisting of a heated fixing roller and a pressure roller.
  • the heating elements are arranged in the preheating saddle in such a way that the greatest amount of heat is emitted to the recording medium at the area of the paper inlet of the preheating saddle and that the amount of heat emitted is then reduced in the direction of the paper outlet via the heating elements. This makes the paper inlet the relatively hottest area of the saddle.
  • Rapid heating also requires a high specific heating output with powerful heating elements and complex control. Because of the high heating power, it is therefore necessary to lift the record carrier off the saddle immediately when the printer stops to prevent the paper from burning. This makes extensive control devices necessary, which worsens paper handling as a whole.
  • the recording medium is guided over a heated sliding surface of the saddle.
  • Direct contact between the paper and the saddle is essential for good heat transfer between the paper and the saddle surface.
  • the paper may flutter in the area of the saddle. As a result, the paper partially lifts off the saddle, which worsens the heat transfer.
  • Paper also contains a relatively high proportion of water that is released when heated. The released water vapor can precipitate in the device and lead to malfunctions or corrosion.
  • the aim of the invention is therefore to provide a heat fixing device and a method for fixing, in which the record carrier is exposed to the lowest possible heat load when it passes through the fixing device.
  • a further object of the invention is to provide a heat-fixing device which makes it possible to fix recording media of various widths without fluctuations in the fixing quality and to avoid warping and deformation of the fixed recording medium.
  • the heating zones can be set regulate in such a way that an approximately constant flow of thermal energy from the saddle to the recording medium is established along the saddle.
  • the heat fixing device can also be used in printing devices with high and very high printing speeds.
  • the heating behavior of the saddle can thus be adapted directly to the width of the continuous recording medium, which guarantees a constant fixing quality regardless of the width of the recording medium used.
  • openings can be arranged on the sliding surface, which are connected to a device that generates negative pressure. Due to the negative pressure, the recording medium is sucked flat onto the sliding surface and at the same time the released water vapor in the paper is sucked out through the openings.
  • heating cartridges as heating elements, which are arranged in through openings of the heating saddle, these can be easily exchanged and the saddle itself can be produced inexpensively from extruded profile.
  • a curved shape of the sliding surface of the saddle provides a force component over the entire length of the saddle that presses the record carrier against the saddle surface. This measure supports the installation of the record carrier on the saddle surface, stabilizes the record carrier guidance and thus leads to improved heat transfer.
  • peripheral input means e.g. provided in the form of a keyboard, via which the heating power of the fixing device is automatically adapted to these parameters by input of operating parameters such as paper weight, fixing temperature, etc.
  • the polymeric material e.g. Polyester
  • existing toner image is heated up to the melting area via a heated fuser roller and thus connected to the recording medium.
  • the recording medium is pressed against the fixing roller via one or more pressure rollers.
  • the interface between the toner particles and the surface of the recording medium is decisive for the fixation.
  • the melting temperature of the toner must be reached gently and without excessive heating, so that it connects to the recording medium or adheres to it.
  • the recording medium has a substantially lower temperature than the toner when fixing in the fixing zone (fixing gap)
  • heat is removed from the interface via the recording medium, which can lead to incorrect fixing.
  • the recording medium with the toner image arranged thereon is preheated before being fed into the fixing gap. It is advantageous if the recording medium is preheated to a temperature that is already in the melting range of the toner material.
  • the toner In this area, which is between 90 ° and 125 ° for polymeric toner, the toner already becomes slightly sticky at the interface with the recording medium, which facilitates the actual fixing in the fixing gap.
  • the recording medium In printing and copying machines that work with continuous paper, the recording medium is usually preheated via a preheating saddle, over which the non-stressed side of the recording medium slides and thus absorbs heat.
  • the problem here is that the heat is absorbed on the side facing away from the toner, so that the interface to the toner is only heated after the actual recording medium has been heated. Depending on the thickness of the recording medium and its structure and the printing speed, this requires a rapid supply of heating power via the preheating saddle.
  • the processes of heat fixation are described in detail in US-A-3938992, the disclosure of which forms part of this application.
  • the recording medium in the preheating zone In order to preheat the recording medium to a temperature in the melting range of the toner material, the recording medium in the preheating zone must be supplied with a heating power which is essentially dependent on the temperature difference between the inlet and outlet temperatures and the thermal capacity of the recording medium.
  • the temperature rise coefficient was determined as an essential criterion for the speed at which the recording medium can be heated without permanent deformation.
  • the temperature rise coefficient measured in degrees Kelvin per second denotes a limit value for a permissible temperature rise per second when the recording medium is heated. It is a material-dependent value that can be determined by experiment. Material samples are dynamically loaded with heat as a function of time and examined for any permanent deformation and warping.
  • the temperature rise coefficient of the paper is 120 K / sec at 160 g / m basis weight; at 70 gr / m basis weight 155 K / sec.
  • the temperature coefficient is therefore an essential parameter when dimensioning the length of the preheating zone or the preheating saddle used for heating. If, depending on the melting temperature to be set and the heaviest recording medium used and other parameters, such as printing speed, the required heating output has to be determined, the required heating zone length or sliding surface length on the preheating saddle can be observed while observing the other boundary conditions, such as constant specific power distribution (watts each cm) or even heat energy flow (watts per surface) along the saddle with a minimal temperature difference between the saddle surface and the record carrier.
  • the surface temperature is determined, for example, based on a calculated saddle length in a concrete test setup using non-contact infrared measuring devices of the record carrier when entering the saddle surface and when leaving the saddle surface with the heaviest record carrier measured with the highest permissible printing speed and the temperature rise per second determined therefrom. Optimization is possible by comparison with the previously determined temperature rise coefficient of the recording medium, the overall length having to be dimensioned at least so that the temperature rise lies below the temperature rise coefficient.
  • the temperature rise coefficient is a statistical limit value, when exceeded a permanent quantitative change in the material structure occurs, which has a disturbing effect.
  • the saddle length can be maintained for other lighter papers.
  • an input keyboard can be provided on the device for entering operating parameters, such as the basis weight of the paper, printing speed, etc.
  • the computer-controlled device arranged as part of the device control then automatically determines the required heating output and sets it on the heating elements of the heating zone.
  • An electrophotographic printing device for printing on continuous paper contains a heat fixing device shown schematically in FIG. 1.
  • the heat fixing device is designed as a thermal pressure fixing device. It contains a heating roller 11 which is heated by radiators 10 and a pressure roller 12 which can be pivoted to and from the heating roller 11 by an electric motor.
  • the heating roller consists of an aluminum cylinder with a heat-resistant coating arranged thereon, the pressure roller likewise consists of an aluminum cylinder with a silicone coating.
  • the heating roller 11 is driven by an electric motor.
  • the heating roller 11 is assigned an oiling device 13 for applying separating oil to the heating roller.
  • a heated preheating caliper 15 with associated vacuum brake 16 is arranged upstream of the rollers in the recording medium transport direction, which serves to preheat a recording medium 17 designed as continuous paper and to supply it to the actual fixing gap between the rollers 11 and 12 in the preheated state. Braked by the vacuum brake 16 and driven by the rollers, the recording medium 17 is guided tightly over the preheating caliper 15. A loose toner image on the recording medium is preheated on the preheating saddle 15 and fixed between the rollers 11 and 12 by heat and pressure.
  • a cooling device 18 arranged downstream of the rollers 11 and 12 in the paper running direction ensures cooling of the heated paper.
  • the cooling device 18 contains a cooling surface 19 provided with openings, which is swept by the recording medium 17, with cold air supplied via an air supply channel 20 flowing out of the openings and a cooling air cushion being created under the recording medium 17.
  • air is blown onto the concrete side of the recording medium via an opposite profile.
  • the continuous paper 17 is preheated via a preheating saddle 15, which consists of two heated saddles connected in series, namely a fixed preheating saddle 21 and a heating saddle 23 that can be pivoted about a pivot point 22 Heating zones.
  • the entire preheating section has a length of approximately 500 mm to 700 mm.
  • the paper 17 slides with its toner-free side on sliding surfaces 24 of the preheating saddle 21 or heating saddle 23.
  • the sliding surfaces or the saddles are curved with a curvature radius which in the example shown is 700 mm. Due to the curvature of the sliding surfaces in connection with the train through the rollers 11 and 12 and the braking by the vacuum brake 16, a force component acts over the entire length of the saddle, which presses the paper 17 against the sliding surfaces 24. It also jeopardizes the stability of the paper run on the saddle.
  • the saddles 21 and 23 have elongated depressions 25 which extend transversely to the paper running direction and extend over the entire width of the saddles. They are connected to a vacuum channel 27 by lateral bores 26.
  • the vacuum channel runs below the saddles and is equipped with a vacuum generating device, e.g. a pump. Due to the negative pressure, the recording medium (paper) is sucked onto the sliding surfaces 24 of the saddles and the water vapor released by the preheating is sucked out.
  • a vacuum generating device e.g. a pump. Due to the negative pressure, the recording medium (paper) is sucked onto the sliding surfaces 24 of the saddles and the water vapor released by the preheating is sucked out.
  • the saddles 21 and 23 are heated by electrical resistance elements in the form of interchangeably arranged ones Heating cartridges 28.
  • the saddles 21 and 23 have through bores 29. These holes allow the replacement of each individual heating cartridge 28 in the event of a defect.
  • the saddles 21 and 23 can be manufactured inexpensively from an extruded aluminum profile.
  • each saddle 21 or 23 is divided into three heating zones 30/1, 30/2 and 30/3 transversely to the direction of paper travel (FIG. 2).
  • These transverse heating zones 30/1 to 30/3 are used to adapt the saddles to different recording medium widths.
  • the first heating zone 30/1 is delimited on one side by the fixed paper running edge 31.
  • This heating zone 30/1 is as wide as the minimum width of the recording medium.
  • the remaining area of the saddles up to the maximum recording medium width is divided into the equally wide heating zones 30/2 and 30/3.
  • Each of the transverse heating zones 30/1 to 30/3 has a temperature sensor 32/1 to 32/3 for regulating the heating zones. It is located approximately in the middle of the respective heating zones across the paper running direction.
  • the sensor position is selected so that the same temperature can be controlled both in the standby state of the printing device (standby) and in the printing mode itself. This simplifies the temperature control.
  • the control temperature and the position of the sensors 32/1 to 32/3 are selected so that the paper temperature at the end of the saddle is just as high during the starting phase as during a longer printing phase.
  • the area from the middle to the last third of the saddles has proven to be a favorable sensor position.
  • the heating zones 30/1 to 30/3 are generated by the arrangement of the heating cartridges 28 in the bores 29.
  • a cartridge for the two outer heating zones 30/1 and 30/3 is inserted into the first hole of a saddle in the direction of paper travel.
  • a heating cartridge 29 for the middle zone 30/2 is inserted into the second hole.
  • the third hole is equipped like the first, etc. There are therefore six heating cartridges 28 in each heating zone 30/1 to 30/3.
  • the heating cartridges 28 of the heating zones 30/1 to 30/3 are operated on phases R, S, T and N of a three-phase network.
  • the heating cartridges are connected in pairs in series (Fig. 5) (European three-phase network) or in parallel (Fig. 4) (three-phase network USA).
  • the surface temperature of the saddles and thus the temperature of the recording medium are controlled with the aid of a control arrangement as shown in FIG. 3.
  • the control arrangement contains an actuator 33, for example in the form of individual relays for coupling the heating cartridges 28 to a power supply unit 34.
  • the control path is connected downstream of the actuator 35 with the heating cartridges 28.
  • the actual temperature is recorded by the temperature sensors 32/1 to 32/3 and converted by the sensors into an electrical control signal and amplified in a subsequent amplifier 37.
  • a control arrangement 39 compares the actual temperature with a predeterminable target temperature ⁇ TS and regulates to the target temperature TS as a function of the control deviation.
  • the microprocessor-controlled control arrangement 39 contains an analog-digital converter 40 with an associated program-controlled two-point controller 41. It also has a central processing unit CPU, which is connected to corresponding memory areas SP1 and SP2.
  • the microprocessor-controlled control arrangement 39 is also coupled to the controller 42 of the printing device, which is usually constructed with a control panel 43 on the device. The entire control arrangement can be part of the device control of the device.
  • An additional low-voltage power supply unit 44 which is coupled to the actual power supply unit 34, provides the power supply for the device control and thus for the microprocessor-controlled control arrangement 39.
  • the heating power that is supplied to the preheating saddle must be adjusted accordingly.
  • the adaptation of the saddle outlet temperature to the record carrier to be printed In order to be able to set this heating power or other parameters on the preheating saddle, such as the outlet temperature, the device contains a control panel 43 for entering various operating parameters, such as the basis weight of the recording medium, the desired outlet temperature on the preheating saddle, etc.
  • the control panel is connected to a computer-controlled arrangement which can be part of the control arrangement 39 and which contains a central processing unit CPU which is connected to corresponding memories SP1 and SP2.
  • Assignment tables or characteristic curves are stored in the memories SP1 to SP2, via which the corresponding electrical values of the preheating saddle to be controlled and regulated are assigned after the corresponding parameters have been entered via the control panel 43. These values are then fed to the control arrangement 39 as a setpoint.
  • the target temperature TS is entered via the control panel 43, the target temperature being the temperature at which the paper leaves the saddle arrangement (preheating saddle 15) or the entry temperature of the paper into the fixing zone between the rollers 11 and 12.
  • the specification of the operating parameters was only an example. If the printing speed changes or the paper width changes, the heating output must also be adjusted.
  • the function of the control device is explained on the basis of the diagram in FIG. 6.
  • the abscissa X of the diagram denotes the position in millimeters from the paper entry on the saddle surface, the ordinate Y the temperature in degrees Celsius.
  • the curves VD and VS denote the temperature profile on the saddle surface of the preheating saddle 21 in the pressure mode VD and in the standby mode VS.
  • the curves HD and HS show the temperature profile in print mode HD and standby mode HS on the heating caliper surface.
  • the positions of the sensors of the preheating saddle and the heating saddle are marked with SV and SH in the curves.
  • the diagram shows the temperature profile within the heating zone 30/1 of both the preheating saddle and the heating saddle, if only this heating zone 30/1 is active, ie a recording medium with a minimal width sweeps over the saddle. If recording media of a different width are used, a similar temperature curve applies if the heating zones 30/2 or 30/3 are activated.
  • the saddle temperature of the preheating saddle 15 is regulated by the control arrangement, specifically by regulating the heating zones, namely the heating saddle 23 and the preheating saddle 21.
  • the aim of the regulation is a constant target saddle temperature, the outlet temperature of the paper after leaving the control panel 43 as the saddle temperature the saddle can be entered.
  • the microprocessor-controlled control arrangement 39 then converts this target saddle temperature into corresponding target temperatures on the preheating saddle 21 and on the heating saddle 23 and controls them together.
  • the level of the target temperature to be set depends on the type and material structure of the recording medium used and the printing speed, ie the paper feed of the device.
  • the paper at the saddle inlet has a temperature of 20 ° and should be heated to a paper outlet temperature of approximately 100 °.
  • the heating cartridges 28 are now arranged along the heating zones 21 and 23 of the saddle 15 and are regulated so that the heat energy flow per area from the saddle to the paper along the saddle is constant.
  • the length of the saddle is basically determined so that the temperature difference ⁇ T between the saddle surface (sliding surface) and the paper becomes constant and as small as possible.
  • the length of the saddles is limited by the available maximum length and can vary from device to device. However, the greatest possible length is aimed at, so that the paper is heated as gently as possible.
  • the temperature of the saddle is kept constant both in standby mode and in pressure mode, the preheating saddle having a temperature of approximately 80 ° and the heating saddle having a temperature of approximately 130 °. This results in the temperature profile shown in FIG. 6.
  • the preheating saddle In standby mode, the preheating saddle has a temperature of 80 ° over its entire surface in accordance with curve VS and the heating saddle over its entire surface has a temperature of 130 ° in accordance with curve HS.
  • the temperature curve tilts around the sensor positions SV and SH, so that the steady temperature curve represented by the curves VD and HD is established in printer mode. In this steady state, the temperature difference is ⁇ T between the saddle surface and paper along the saddle surface about constant.
  • the condition can also be approximately achieved with a saddle that has two heating zones, namely preheating saddle and heating saddle.
  • the detailed procedure is as follows: After inserting the paper into the printer device and threading through the fusing station, the desired temperature TS is entered via the control panel 43 in accordance with the paper used.
  • the microprocessor-controlled control arrangement 39 switches the heating cartridges 28 to the phases of the three-phase network of the power supply unit 34 via the actuator 33. After the target temperature has been reached, the controller 42 of the device is informed of the operational readiness of the fixing station.
  • the heating saddle 23 of the preheating saddle 15 can be pivoted arranged in the device.
  • the heating caliper is detachably pivotably mounted at its input end via a bearing 22 in the device frame. It has a cam roller 45 which is rotatably mounted on the heating saddle approximately in the center and which interacts with an eccentric screw 46 which is movably mounted in the device frame.
  • the eccentric screw 46 is driven by a camshaft 47, which is connected to a stepper motor, not shown here. By rotating the eccentric screw 46, the heating saddle 23 pivots about the pivot point 22.
  • the recording medium 17 When the recording medium 17 is preheated, be it made of paper or paper-like material or e.g. made of plastic, there is the problem that the recording medium shrinks due to the outgassing of the recording medium material or due to other effects such as water loss, etc., which leads to a certain reduction in width. This means that small waves or distortions occur during the transition to the unheated paper run area.
  • the heating saddle 23 has a smoothing edge 48 at its end assigned to the fixing gap, which is designed as a relatively sharp-edged rounding of the sliding surface 24. If the recording carrier web wraps around this heating saddle edge (smoothing edge 48) arranged at the preheating saddle outlet area when leaving the heating saddle 23 at the largest possible angle 49, then these warpage of the recording medium is smoothed over the looped saddle edge 48 before it enters the fixing gap.
  • the heating saddle edge or smoothing edge 48 should be positioned as close as possible to the fixing gap.
  • a deflection angle of at least seven degrees of angle or greater has proven to be advantageous, the smoothing effect also occurring to a limited extent at a deflection angle of 5 ° or 6 °.
  • Deflection angle 49 is the angle by which the running direction of the recording medium 17 changes when leaving the sliding surface 24 of the heating saddle 23. In the exemplary embodiment in FIG. 7 with a curved sliding surface 24 of the heating saddle 23, this is the angle between the sliding surface direction (tangential) in the region of the smoothing edge 48 and the direction in which the recording medium approaches the fixing gap between the smoothing edge 48 and the fixing gap.
  • the heating saddle 23 is pivoted so far in standby mode that the recording medium 17 does not rest on the smoothing edge 48 or is wrapped by it.
  • the preheating saddle 15 consists of a fixed preheating saddle 21 and a pivoting heating saddle 23. Such a division is also useful because only a small saddle mass has to be pivoted over the heating saddle 23.
  • the subdivision also opens up the possibility of assembling the preheating saddle 15 from heating zone modules, e.g. from a stationary heating zone module "preheating saddle” and a pivotable module “heating saddle” or, for example, from a module forming the heating saddle and several modules forming the preheating saddle, which then together form the preheating saddle 15. In this way, preheating saddles for different device variants with e.g. different printing speed can be built up in a simple manner.
  • the printing speed and thus the record carrier running speed of a device variant also reduces the preheating saddle length required. If necessary, the "preheating saddle" module can thus be completely dispensed with and only a swiveling heating saddle module is required as a preheating saddle. On the other hand, if the printing speed is increased, the length of the preheating saddle can be extended by adding further heating zone modules.
  • a cross-linked toner has emerged as the toner material that is particularly well suited for fixing on paper using the heat-fixing device described. Due to the gentle warming up during the fixation, the advantageous fixation properties that are already present become cross-linked toner improved.
  • a crosslinked toner that can be used is, for example, a toner that has at least 25 percent by weight of toner particles made of a polymer consisting of a polyester or a styrene group or a polymer consisting of styrene groups, which is covalently or ionically crosslinked to such a degree that the melting area the toner particles are increased by at least 10% compared to corresponding toner particles with uncrosslinked polymer.

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Abstract

A thermofixing arrangement for fixing toner images on a strip-shaped recording medium (17) of an electrophotographic printing or copying machine has a thermoprinting fixing station (11, 12) and a heated preheating saddle (15) arranged upstream of the thermoprinting fixing station in the direction of transport of the recording medium. The preheating saddle (15) is designed as a low temperature saddle which is as long as possible, so that the temperature difference between the recording medium (17) and the saddle surface (24) is as reduced as possible. It has several heating zones (21, 23) arranged in the direction of transport of the recording medium. A regulating arrangement regulates the heating zones (21, 23) in such a way that an approximately constant thermal energy flow is set along the preheating saddle (15) at the surface (24) of the saddle on the recording medium (17). In order to adapt the preheating saddle (15) to recording media having different widths, the preheating saddle is subdivided into individually controllable transverse heating zones (30/1 to 30/3) which extend across the direction of transport of the recording medium.

Description

Zum Thermodruckfixieren von Tonerbildern auf einem meist aus Papier bestehenden Aufzeichnungsträger werden in Druck- oder Kopiergeräten Wärmefixiereinrichtungen verwendet, die einen Vorheizsattel mit nachgeschalteter Fixierzone aus beheizter Fixierwalze und Andruckwalze aufweisen.For thermal printing fixing of toner images on a recording medium mostly made of paper, heat-fixing devices are used in printing or copying devices, which have a preheating saddle with a downstream fixing zone consisting of a heated fixing roller and a pressure roller.

Derartige Wärmefixiereinrichtungen sind zum Beispiel aus der US-A-4147922 oder Japan-Abstract Vol. 13 , Nr. 120, March 24, 1989 (JP-A-63-292177) bekannt.Such heat fixing devices are known for example from US-A-4147922 or Japan Abstract Vol. 13, No. 120, March 24, 1989 (JP-A-63-292177).

Es ist weiterhin aus der US-A-4,835,573 bekannt, die Temperatur der Fixierstation automatisch der Dicke oder dem spezifischen Gewicht des Papieres anzupassen.It is also known from US-A-4,835,573 to automatically adjust the temperature of the fixing station to the thickness or the specific weight of the paper.

Bei den bekannten Fixiereinrichtungen ist man bisher davon ausgegangen, daß es notwendig ist, über den Vorheizsattel das Papier sehr schnell über eine relativ kurze Strecke vorzuwärmen und dann über die Walzen das Tonerbild auf dem Papier zu fixieren. Zu diesem Zweck sind die Heizelemente im Vorheizsattel so angeordnet, daß am Bereich des Papiereinlaufes des Vorheizsattels die größte Wärmemenge an den Aufzeichnungsträger abgegeben wird und daß dann über die Heizelemente in Richtung Papierauslauf die abgegebene Wärmemenge reduziert wird. Damit ist der Papiereinlauf der relativ heißeste Bereich des Sattels.In the known fixing devices it has previously been assumed that it is necessary to preheat the paper very quickly over a relatively short distance via the preheating saddle and then to fix the toner image on the paper via the rollers. For this purpose, the heating elements are arranged in the preheating saddle in such a way that the greatest amount of heat is emitted to the recording medium at the area of the paper inlet of the preheating saddle and that the amount of heat emitted is then reduced in the direction of the paper outlet via the heating elements. This makes the paper inlet the relatively hottest area of the saddle.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein schnelles Aufheizen des Papiers über eine kurze Strecke zu einer hohen Belastung des Papieres führt. Diese Belastung äußert sich in einer Verformung, einer Versprödung oder Alterung des Papiers und in einem ungleichmäßigem Wasserverlust des Papieres beim Durchlauf durch die Fixierstation. Damit wird eine Nachverarbeitung des Papiers durch Schneiden oder Sortieren erschwert bzw. es kommt zu einer ungleichmäßigen Fixierung der Tonerbildern und damit zu einer Qualitäts-verschlechterung des Druckes.However, it has been found that rapid heating of the paper over a short distance leads to high stress on the paper. This stress manifests itself in deformation, embrittlement or aging of the paper and in an uneven water loss of the paper as it passes through the fuser. This is a post-processing of the paper by cutting or Sorting becomes more difficult or the toner images are fixed unevenly and thus the quality of the print deteriorates.

Ein schnelles Aufheizen erfordert außerdem eine hohe spezifische Heizleistung mit leistungsstarken Heizelementen und eine aufwendige Regelung. Wegen der hohen Heizleistung ist es deshalb notwendig, bei Druckerstop den Aufzeichnungsträger sofort von dem Sattel abzuheben, um ein Verbrennen des Papieres zu verhindern. Dies macht umfangreiche Steuerungseinrichtungen notwendig, was das Papierhandling insgesamt verschlechtert.Rapid heating also requires a high specific heating output with powerful heating elements and complex control. Because of the high heating power, it is therefore necessary to lift the record carrier off the saddle immediately when the printer stops to prevent the paper from burning. This makes extensive control devices necessary, which worsens paper handling as a whole.

Bei modernen elektrofotografischen Druckeinrichtungen werden außerdem im selben Gerät Aufzeichnungsträger unterschiedlichster Breite verarbeitet. Wenn dem Sattel über die gesamte Breite gleichviel Energie zugeführt wird, heizt er sich in dem Bereich, wo kein Papier läuft, stark auf, da in diesem Bereich außer Verluste durch Konvektion keine Energie abgeführt wird.In modern electrophotographic printing devices, recording media of various widths are also processed in the same device. If the saddle is supplied with the same amount of energy over the entire width, it heats up strongly in the area where no paper is running, since in this area no energy is dissipated apart from losses due to convection.

Eine derartige Temperaturverteilung hat erhebliche Nachteile. Das Papier wird ungleichmäßig aufgeheizt, was zu Schwankungen in der Fixierqualität führt und auch Papierlaufprobleme verursachen kann. Die maximale Heizsattel-temperatur muß vermindert werden, da die Gefahr der Überhitzung der Heizelemente besteht und die Lebensdauer der Heizelemente sich dadurch verkürzt. Die Energieverluste sind relativ groß und der Innenbereich des Gerätes wird unnötig aufgeheizt.Such a temperature distribution has considerable disadvantages. The paper heats up unevenly, which leads to fluctuations in the fusing quality and can also cause paper running problems. The maximum heating saddle temperature must be reduced as there is a risk of the heating elements overheating and the life of the heating elements is shortened. The energy losses are relatively large and the interior of the device is unnecessarily heated.

Bei Wärmefixiereinrichtungen mit Vorheizsattel wird der Aufzeichnungsträger über eine beheizte Gleitfläche des Sattels geführt. Wesentlich für einen guten Wärmeübergang zwischen Papier und Satteloberfläche ist der unmittelbare Kontakt zwischen Papier und Sattel. Bei hohen Druckgeschwindigkeiten und bei der Verwendung von vorgefalteten bzw. ungleichmäßig dicken Papieren kann es zu Flatterbewegungen des Papiers im Bereich des Sattels kommen. Dadurch hebt das Papier partiell vom Sattel ab, was den Wärmeübergang verschlechtert. Außerdem enthält Papier einen relativ hohen Anteil an Wasser, das beim Erwärmen freigesetzt wird. Der freigesetzte Wasserdampf kann sich im Gerät niederschlagen und dort zu Störungen bzw. zu Korrosion führen.In heat fixing devices with a preheating saddle, the recording medium is guided over a heated sliding surface of the saddle. Direct contact between the paper and the saddle is essential for good heat transfer between the paper and the saddle surface. At high printing speeds and when using pre-folded or unevenly thick papers, the paper may flutter in the area of the saddle. As a result, the paper partially lifts off the saddle, which worsens the heat transfer. Paper also contains a relatively high proportion of water that is released when heated. The released water vapor can precipitate in the device and lead to malfunctions or corrosion.

Ziel der Erfindung ist es deshalb eine Wärmefixiereinrichtung und ein Verfahren zum Fixieren bereitzustellen, bei dem der Aufzeichnungsträger beim Durchlauf durch die Fixiereinrichtung einer möglichst geringen Wärmebelastung ausgesetzt wird.The aim of the invention is therefore to provide a heat fixing device and a method for fixing, in which the record carrier is exposed to the lowest possible heat load when it passes through the fixing device.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Wärmefixiereinrichtung bereitzustellen, die es ohne Schwankungen der Fixierqualität ermöglicht, Aufzeichnungsträger unterschiedlichster Breite zu fixieren und bei der Verwerfungen und Verformungen des fixierten Aufzeichnungsträgers vermieden werden.A further object of the invention is to provide a heat-fixing device which makes it possible to fix recording media of various widths without fluctuations in the fixing quality and to avoid warping and deformation of the fixed recording medium.

Diese Ziele werden bei einer Wärmefixiereinrichtung der genannten Art gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 17 gelöst.These goals are achieved in a heat fixing device of the type mentioned according to the features of independent claims 1 and 17.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the dependent claims.

Gestaltet man den Sattel als Niedertemperatursattel mit möglichst großer Baulänge, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger und Sattel möglichst gering wird und unterteilt man den Sattel darüber hinaus in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in einzeln regelbare, gleichmäßig beheizte Heizzonen, dann lassen sich die Heizzonen so regeln, daß sich längs des Sattels ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß vom Sattel auf den Aufzeichnungsträger einstellt.If you design the saddle as a low-temperature saddle with the largest possible length, so that the temperature difference between the recording medium and saddle is as small as possible, and if you divide the saddle into individually adjustable, evenly heated heating zones in the direction of the recording medium, then the heating zones can be set regulate in such a way that an approximately constant flow of thermal energy from the saddle to the recording medium is established along the saddle.

Durch diese Maßnahme wird die Wärmebelastung für den Aufzeichnungsträger sehr gering. Trotzdem läßt sich die Wärmefixiereinrichtung auch in Druckeinrichtungen verwenden mit hoher und sehr hoher Druckgeschwindigkeit.This measure makes the heat load on the recording medium very low. Nevertheless, the heat fixing device can also be used in printing devices with high and very high printing speeds.

Von Vorteil ist außerdem die Aufteilung des Sattels in Heizzonen quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung, die in Abhängigkeit von der Breite des Aufzeichnungsträgers ansteuerbar sind.It is also advantageous to divide the saddle into heating zones transverse to the direction of the recording medium, which can be controlled as a function of the width of the recording medium.

Damit läßt sich das Heizverhalten des Sattels unmittelbar an die Breite des durchlaufenden Aufzeichnungsträgers anpassen, was eine konstante Fixierqualität unabhängig von der Breite des verwendeten Aufzeichnungsträgers garantiert.The heating behavior of the saddle can thus be adapted directly to the width of the continuous recording medium, which guarantees a constant fixing quality regardless of the width of the recording medium used.

Um einen guten Kontakt zwischen Aufzeichnungsträger und Gleitfläche des Sattels unabhängig von Druckgeschwindigkeit und verwendetem Papier zu ermöglichen, können bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf der Gleitfläche Öffnungen angeordnet sein, die mit einer Unterdruck erzeugenden Einrichtung in Verbindung stehen. Durch den Unterdruck wird der Aufzeichnungsträger flächig auf die Gleitfläche gesaugt und dabei gleichzeitig über die Öffnungen der freigesetzte Wasserdampf im Papier abgesaugt.In order to enable good contact between the recording medium and the sliding surface of the saddle, regardless of the printing speed and the paper used, in an advantageous embodiment of the invention, openings can be arranged on the sliding surface, which are connected to a device that generates negative pressure. Due to the negative pressure, the recording medium is sucked flat onto the sliding surface and at the same time the released water vapor in the paper is sucked out through the openings.

Verwendet man weiterhin als Heizelemente Heizpatronen, die in Durchgangsöffnungen des Heizsattels angeordnet sind, so lassen sich diese leicht austauschen und der Sattel selbst kann kostengünstig aus Strangpreßprofil hergestellt werden.If one continues to use heating cartridges as heating elements, which are arranged in through openings of the heating saddle, these can be easily exchanged and the saddle itself can be produced inexpensively from extruded profile.

Eine gewölbte Ausformung der Gleitfläche des Sattels sorgt über die gesamte Sattellänge für eine Kraftkomponente, die den Aufzeichnungsträger gegen die Satteloberfläche drückt. Diese Maßnahme unterstützt die Anlage des Aufzeichnungsträgers an der Satteloberfläche, stabilisiert die Aufzeichnungsträgerführung und führt somit zu einem verbesserten Wärmeübergang.A curved shape of the sliding surface of the saddle provides a force component over the entire length of the saddle that presses the record carrier against the saddle surface. This measure supports the installation of the record carrier on the saddle surface, stabilizes the record carrier guidance and thus leads to improved heat transfer.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wärmefixiereinrichtung sind am Gerät periphere Eingabemittel, z.B. in Form einer Tastatur vorgesehen, über die durch Eingabe vom Betriebsparametern, wie Papiergewicht, Fixiertemperatur etc., die Heizleistung der Fixiereinrichtung diesen Parametern automatisch angepaßt wird.In a further advantageous embodiment of the heat fixing device, peripheral input means, e.g. provided in the form of a keyboard, via which the heating power of the fixing device is automatically adapted to these parameters by input of operating parameters such as paper weight, fixing temperature, etc.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

  • Figur 1 eine schematische Schnittdarstelltung einer Wärmefixiereinrichtung für eine elektrofotografische Druckeinrichtung,
  • Figur 2 eine schematische Darstellung eines in der Wärmefixiereinrichtung verwendeten beheizten Sattels mit darin angeordneten Heizpatronen,
  • Figur 3 ein Blockschaltbild einer Regelungsanordnung zur Regelung einer Heizzone des Sattels,
  • Figur 4 eine schematische Darstellung der Beschaltung der Heizelemente im Sattel bei einem Betrieb der Druckeinrichtung an einem Drehstromnetz nach US-Norm,
  • Figur 5 eine schematische Darstellung der Beschaltung der Heizelemente bei einem Betrieb der Druckeinrichtung an einem Drehstromnetz nach Europ. Norm,
  • Figur 6 eine Darstellung des Temperaturverlaufes entlang des Sattels in Papierlaufrichtung,
  • Figur 7 eine schematische Darstellung eines Heizsattels mit einer Glättungskante.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below, for example. Show it
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a heat fixing device for an electrophotographic printing device,
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a heated saddle used in the heat fixing device with heating cartridges arranged therein,
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control arrangement for controlling a heating zone of the saddle,
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the wiring of the heating elements in the saddle when the printing device is operated on a three-phase network according to the US standard,
  • Figure 5 is a schematic representation of the wiring of the heating elements when operating the printing device on a three-phase network according to Europ. Standard,
  • FIG. 6 shows a representation of the temperature profile along the saddle in the paper running direction,
  • Figure 7 is a schematic representation of a heating saddle with a smoothing edge.

Bei der Wärmefixierung eines Aufzeichnungsträgers mit darauf angeordnetem Tonerbild wird in einem Fixierspalt unter Druck und Wärme das aus polymerem Material, z.B. Polyester, bestehende Tonerbild über eine beheizte Fixierwalze bis in den Anschmelzbereich hinein erhitzt und so mit dem Aufzeichnungsträger verbunden.When heat-fixing a recording medium with a toner image arranged thereon, the polymeric material, e.g. Polyester, existing toner image is heated up to the melting area via a heated fuser roller and thus connected to the recording medium.

Dabei wird der Aufzeichnungsträger über eine oder mehrere Andruckwalzen gegen die Fixierwalze gedrückt. Entscheidend für die Fixierung ist die Grenzfläche zwischen den Toner-partikeln und der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers. In diesem Bereich muß schonend und ohne übermäßige Erhitzung die Anschmelztemperatur des Toners erreicht werden, damit sich dieser mit dem Aufzeichnungsträger verbindet bzw. an diesem haftet. Hat der Aufzeichnungsträger beim Fixieren in der Fixierzone (Fixierspalt) eine wesentlich niedrigeve Temperatur als der Toner, wird der Grenzfläche über den Aufzeichnungsträger Wärme entzogen, was zu einer fehlerhaften Fixierung führen kann. Aus diesem Grunde wird der Aufzeichnungsträger mit dem darauf angeordneten Tonerbild vor dem Zuführen in den Fixierspalt vorgewärmt. Dabei ist es günstig, wenn der Aufzeichnungsträger auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die bereits im Anschmelzbereich des Tonermaterials liegt. In diesem Bereich, der bei polymerem Toner zwischen 90° - 125° liegt, wird der Toner an der Grenzfläche zum Aufzeichnungsträger bereits leicht klebrig, was die eigentliche Fixierung im Fixierspalt erleichtert. Bei Druck- und Kopiergeräten, die mit Endlospapier arbeiten, wird der Aufzeichnungsträger üblicherweise über einen Vorwärmsattel vorgewärmt, über den der Aufzeichnungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite gleitet und so Wärme aufnimmt. Dabei besteht das Problem, daß die Wärme auf der Toner abgewandten Seite aufgenommen wird, so daß damit erst nach Erwärmung des eigentlichen Aufzeichnungsträgers eine Erwärmung der Grenzfläche zum Toner stattfindet. In Abhängigkeit von der Dicke des Aufzeichnungsträgermaterials und seiner Struktur und der Druckgeschwindigkeit erfordert dies eine schnelle Zuführung von Heizleistung über den Vorwärmsattel. Die Vorgänge bei der Wärmefixierung werden ausführlich in der US-A-3938992 beschrieben, deren Offenbarung Bestandteil dieser Anmeldung ist.The recording medium is pressed against the fixing roller via one or more pressure rollers. The interface between the toner particles and the surface of the recording medium is decisive for the fixation. In this area, the melting temperature of the toner must be reached gently and without excessive heating, so that it connects to the recording medium or adheres to it. If the recording medium has a substantially lower temperature than the toner when fixing in the fixing zone (fixing gap), heat is removed from the interface via the recording medium, which can lead to incorrect fixing. For this reason, the recording medium with the toner image arranged thereon is preheated before being fed into the fixing gap. It is advantageous if the recording medium is preheated to a temperature that is already in the melting range of the toner material. In this area, which is between 90 ° and 125 ° for polymeric toner, the toner already becomes slightly sticky at the interface with the recording medium, which facilitates the actual fixing in the fixing gap. In printing and copying machines that work with continuous paper, the recording medium is usually preheated via a preheating saddle, over which the non-stressed side of the recording medium slides and thus absorbs heat. The problem here is that the heat is absorbed on the side facing away from the toner, so that the interface to the toner is only heated after the actual recording medium has been heated. Depending on the thickness of the recording medium and its structure and the printing speed, this requires a rapid supply of heating power via the preheating saddle. The processes of heat fixation are described in detail in US-A-3938992, the disclosure of which forms part of this application.

Zum Vorwärmen des Aufzeichnungsträgers auf eine Temperatur im Anschmelzbereich des Tonermaterials muß dem Aufzeichnungsträger in der Vorheizzone ein im wesentlichen von der Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur und der Wärmekapazität des Aufzeichnungsträgers abhängige Heizleistung zugeführt werden.In order to preheat the recording medium to a temperature in the melting range of the toner material, the recording medium in the preheating zone must be supplied with a heating power which is essentially dependent on the temperature difference between the inlet and outlet temperatures and the thermal capacity of the recording medium.

Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer zu schnellen und ungleichmäßigen Zuführung der Heizleistung durch einen auftretenden Temperaturschock im Aufzeichnungsträger bleibende Verformungen auftreten, in Form von Wellen oder Wölbungen, die den Fixiervorgang insgesamt und insbesondere die Nachverarbeitung des bedruckten Aufzeichnungsträgers negativ beeinflussen. Deswegen ist es günstig, den Aufzeichnungsträger möglichst langsam und gleichmäßig in der Vorheizzone zu erwärmen. Als wesentliches Kriterium für die Geschwindigkeit mit der der Aufzeichnungsträger ohne bleibende Verformungen aufgeheizt werden kann, wurde der Temperaturanstiegskoeffizient festgestellt. Der Temperaturanstiegskoeffizient gemessen in Grad Kelvin je Sekunde bezeichnet einen Grenzwert für einen zulässigen Temperaturanstieg je Sekunde beim Aufheizen des Aufzeichnungsträgers. Er ist ein materialabhängiger Wert, der durch Versuche ermittelbar ist. Dabei werden Materialproben zeitabhängig dynamisch mit Wärme belastet und auf evtl. bleibende Verformungen und Verwerfungen hin untersucht. Bei Papier als Aufzeichnungsträgermaterial wurde festgestellt, daß der Temperaturanstiegskoeffizient vom Flächengewicht abhängt. Je schwerer das Papier ist, um so geringer ist der Koeffizient. Das bedeutet, um Verwerfungen zu vermeiden, müssen schwere Papiere langsamer erhitzt werden als dünne leichte. Werden aber in einem Druck- oder Kopiergerät unterschiedliche Papiersorten verarbeitet, muß die Geometrie und die Art der Vorheizung der Wärmefixiereinrichtung entsprechend dieser schwersten Papiersorte ausgelegt sein. Der Temperaturanstiegskoeffizient des Papieres beträgt bei 160 gr/m Flächengewicht 120 K/sec.; bei 70 gr/m Flächengewicht 155 K/sec.It has now been found that if the heating power is supplied too quickly and unevenly due to a temperature shock occurring in the recording medium, permanent deformations occur in the form of waves or curvatures which adversely affect the overall fixing process and in particular the post-processing of the printed recording medium. It is therefore advantageous to heat the recording medium as slowly and evenly as possible in the preheating zone. The temperature rise coefficient was determined as an essential criterion for the speed at which the recording medium can be heated without permanent deformation. The temperature rise coefficient measured in degrees Kelvin per second denotes a limit value for a permissible temperature rise per second when the recording medium is heated. It is a material-dependent value that can be determined by experiment. Material samples are dynamically loaded with heat as a function of time and examined for any permanent deformation and warping. With paper as the recording medium, it was found that the temperature rise coefficient depends on the basis weight. The heavier the paper, the lower the coefficient. This means that to avoid warping, heavy papers have to be heated more slowly than thin, light ones. However, if different types of paper are processed in a printing or copying machine, the geometry and the type of preheating of the heat-fixing device must be designed according to this heaviest type of paper. The temperature rise coefficient of the paper is 120 K / sec at 160 g / m basis weight; at 70 gr / m basis weight 155 K / sec.

Der Temperaturkoeffizient ist damit ein wesentlicher Parameter bei der Bemessung der Länge der Vorheizzone bzw. des der Erwärmung dienenden Vorwärmsattels. Hat man in Abhängigkeit von der einzustellenden Anschmelztemperatur und des verwendeten schwersten Aufzeichnungsträgermaterials und anderer Parameter, wie Druckgeschwindigkeit, die notwendige zuzuführende Heizleistung ermittelt, läßt sich die erforderliche Heizzonenlänge bzw. Gleitflächenlänge auf dem Vorwärmsattel unter Einhaltung der sonstigen Randbedingungen, wie konstante spezifische Leistungsverteilung (Watt je cm) bzw. gleichmäßiger Wärmeenergiefluß (Watt je Fläche) längs des Sattels bei minimaler Temperaturdifferenz zwischen Satteloberfläche und Aufzeichnungsträger, ermitteln. Hierzu wird beispielsweise ausgehend von einer errechneten Sattellänge in einem konkreten Versuchsaufbau über berührungslos arbeitende Infrarotmeßgeräte die Oberflächentemperatur des Aufzeichnungsträgers beim Eintritt auf der Satteloberfläche und beim Verlassen der Satteloberfläche bei schwerstem Aufzeichnungsträger mit höchster zulässiger Druckgeschwindigkeit gemessen und daraus der Temperaturanstieg je Sek. ermittelt. Durch Vergleich mit dem vorher ermittelten Temperaturanstiegskoeffizienten des Aufzeichnungsträgermaterials ist eine Optimierung möglich, wobei die Baulänge mindestens so bemessen sein muß, daß der Temperaturanstieg unter dem Temperaturanstiegskoeffizienten liegt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es sich bei dem Temperaturanstiegskoeffizienten um einen statistischen Grenzwert handelt, bei dessen Überschreitung eine bleibende quantitative Materialstrukturveränderung auftritt, die sich störend bemerkbar macht.The temperature coefficient is therefore an essential parameter when dimensioning the length of the preheating zone or the preheating saddle used for heating. If, depending on the melting temperature to be set and the heaviest recording medium used and other parameters, such as printing speed, the required heating output has to be determined, the required heating zone length or sliding surface length on the preheating saddle can be observed while observing the other boundary conditions, such as constant specific power distribution (watts each cm) or even heat energy flow (watts per surface) along the saddle with a minimal temperature difference between the saddle surface and the record carrier. For this purpose, the surface temperature is determined, for example, based on a calculated saddle length in a concrete test setup using non-contact infrared measuring devices of the record carrier when entering the saddle surface and when leaving the saddle surface with the heaviest record carrier measured with the highest permissible printing speed and the temperature rise per second determined therefrom. Optimization is possible by comparison with the previously determined temperature rise coefficient of the recording medium, the overall length having to be dimensioned at least so that the temperature rise lies below the temperature rise coefficient. However, it should be pointed out that the temperature rise coefficient is a statistical limit value, when exceeded a permanent quantitative change in the material structure occurs, which has a disturbing effect.

Hat man so für den Worst-Case-Fall die Mindestsattellänge und den Sattelaufbau optimiert, kann für andere leichtere Papiere die Sattellänge beibehalten werden. Es ist jedoch gegebenenfalls notwendig, entsprechend der zur Aufzeichnung des dünneren Aufzeichnungsträgers erforderlichen reduzierten Heizleistung diese entsprechend anzupassen. Damit dieser Vorgang automatisch erfolgt, kann am Gerät eine Eingabetastatur zur Eingabe von Betriebsparametern, wie Flächengewicht des Papieres, Druckgeschwindigkeit usw. vorgesehen sein. Eine im Gerät z.B. im Rahmen der Gerätesteuerung angeordnete rechnergesteuerte Einrichtung ermittelt dann automatisch die erforderliche Heizleistung und stellt sie an den Heizelementen der Heizzone ein.Once the minimum saddle length and saddle structure have been optimized for the worst-case scenario, the saddle length can be maintained for other lighter papers. However, it may be necessary to adjust the heating power required to record the thinner recording medium accordingly. In order for this process to take place automatically, an input keyboard can be provided on the device for entering operating parameters, such as the basis weight of the paper, printing speed, etc. One in the device e.g. The computer-controlled device arranged as part of the device control then automatically determines the required heating output and sets it on the heating elements of the heating zone.

Bei einem Vorwärmsattel, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, der aus einem Vorheizsattel und einem Heizsattel zusammengesetzt ist, ergab sich folgende Beziehung für die Berechnung der gesamten Heizsattelleistung.

Figure imgb0001
In the case of a preheating saddle, as shown in FIG. 1, which is composed of a preheating saddle and a heating saddle, the following relationship resulted for the calculation of the total heating saddle power.
Figure imgb0001

Eine elektrofotografische Druckeinrichtung zum Bedrucken von Endlospapieren enthält eine in der Figur 1 schematisch dargestellte Wärmefixiereinrichtung. Die Wärmefixiereinrichtung ist als Thermodruckfixiereinrichtung ausgebildet. Sie enthält eine über Strahler 10 beheizte Heizwalze 11 und eine elektromotorisch an die Heizwalze 11 an- und abschwenkbare Andruckwalze 12. Die Heizwalze besteht aus einem Aluminiumzylinder mit darauf angeordneter wärmebeständiger Beschichtung, die Andruckwalze besteht ebenfalls aus einem Aluminiumzylinder mit einer Beschichtung aus Silikon. Die Heizwalze 11 wird elektromotorisch angetrieben. Der Heizwalze 11 ist eine Beölungseinrichtung 13 zum Auftragen von Trennöl auf die Heizwalze zugeordnet. In Aufzeichnungsträgertransportrichtung den Walzen vorgelagert ist ein beheizter Vorwärmsattel 15 mit zugehöriger Unterdruckbremse 16, der dazu dient, einen als Endlospapier ausgebildeten Aufzeichnungsträger 17 vorzuwärmen und im vorgewärmten Zustand dem eigentlichen Fixierspalt zwischen den Walzen 11 und 12 zuzuführen. Gebremst von der Unterdruckbremse 16 und angetrieben über die Walzen wird der Aufzeichnungsträger 17 straff über den Vorwärmsattel 15 geführt. Ein auf dem Aufzeichnungsträger befindliches loses Tonerbild wird auf dem Vorwärmsattel 15 vorgewärmt und durch Wärme und Druck zwischen den Walzen 11 und 12 fixiert.An electrophotographic printing device for printing on continuous paper contains a heat fixing device shown schematically in FIG. 1. The heat fixing device is designed as a thermal pressure fixing device. It contains a heating roller 11 which is heated by radiators 10 and a pressure roller 12 which can be pivoted to and from the heating roller 11 by an electric motor. The heating roller consists of an aluminum cylinder with a heat-resistant coating arranged thereon, the pressure roller likewise consists of an aluminum cylinder with a silicone coating. The heating roller 11 is driven by an electric motor. The heating roller 11 is assigned an oiling device 13 for applying separating oil to the heating roller. A heated preheating caliper 15 with associated vacuum brake 16 is arranged upstream of the rollers in the recording medium transport direction, which serves to preheat a recording medium 17 designed as continuous paper and to supply it to the actual fixing gap between the rollers 11 and 12 in the preheated state. Braked by the vacuum brake 16 and driven by the rollers, the recording medium 17 is guided tightly over the preheating caliper 15. A loose toner image on the recording medium is preheated on the preheating saddle 15 and fixed between the rollers 11 and 12 by heat and pressure.

Eine den Walzen 11 und 12 in Papierlaufrichtung nachgeordnete Kühleinrichtung 18 sorgt für eine Kühlung des erwärmten Papieres. Hierzu enthält die Kühleinrichtung 18 eine mit Öffnungen versehene Kühlfläche 19, die von dem Aufzeichnungsträger 17 überstrichen wird, wobei über einen Luftzuführungskanal 20 zugeführte kalte Luft aus den Öffnungen strömt und ein kühlendes Luftpolster unter dem Aufzeichnungsträger 17 entsteht. Gleichzeitig wird über ein gegenüberliegendes Profil Luft auf die betonerte Seite des Aufzeichnungsträgers geblasen.A cooling device 18 arranged downstream of the rollers 11 and 12 in the paper running direction ensures cooling of the heated paper. For this purpose, the cooling device 18 contains a cooling surface 19 provided with openings, which is swept by the recording medium 17, with cold air supplied via an air supply channel 20 flowing out of the openings and a cooling air cushion being created under the recording medium 17. At the same time, air is blown onto the concrete side of the recording medium via an opposite profile.

Bei der beschriebenen Wärmefixiereinrichtung erfolgt die Vorwärmung des Endlospapieres 17 über einen Vorwärmsattel 15, der aus zwei hintereinander geschalteten beheizten Sätteln besteht, nämlich einem ortsfesten Vorheizsattel 21 und einen um einen Drehpunkt 22 verschwenkbaren Heizsattel 23. Vorheizsattel 21 und Heizsattel 23 bilden in Papierlaufrichtung gesehen zwei getrennte Heizzonen. Die gesamte Vorheizstrecke hat dabei eine Länge von etwa 500 mm bis 700 mm. Das Papier 17 gleitet bei der Vorwärmung mit seiner tonerfreien Seite auf Gleitflächen 24 des Vorheizsattels 21 bzw. Heizsattels 23.In the heat-fixing device described, the continuous paper 17 is preheated via a preheating saddle 15, which consists of two heated saddles connected in series, namely a fixed preheating saddle 21 and a heating saddle 23 that can be pivoted about a pivot point 22 Heating zones. The entire preheating section has a length of approximately 500 mm to 700 mm. During preheating, the paper 17 slides with its toner-free side on sliding surfaces 24 of the preheating saddle 21 or heating saddle 23.

Um zwischen den Sätteln und dem Papier einen guten Kontakt herzustellen und damit die Temperaturdifferenz klein zu halten, sind die Gleitflächen bzw. die Sättel gewölbt ausgebildet mit einem Wölbungsradius, der bei dem dargestellten Beispiel 700 mm beträgt. Durch die Wölbung der Gleitflächen in Verbindung mit dem Zug durch die Walzen 11 und 12 und das Abbremsen durch die Unterdruckbremse 16 wirkt über die gesamte Sattellänge eine Kraftkomponente, die das Papier 17 an die Gleitflächen 24 drückt. Außerdem wird die Stabilität des Papierlaufes auf dem Sattel dadurch gefährdet. Wie außerdem aus der Figur 2 ersichtlich, weisen die Sättel 21 bzw. 23 quer zur Papierlaufrichtung längliche Vertiefungen 25 auf, die sich über die gesamte Breite der Sättel erstrecken. Sie sind durch seitliche Bohrungen 26 mit einem Unterdruckkanal 27 verbunden. Der Unterdruckkanal verläuft unterhalb der Sättel und ist mit einer Unterdruck erzeugenden Einrichtung, z.B. einer Pumpe, verbunden. Durch den Unterdruck wird der Aufzeichnungsträger (Papier) an die Gleitflächen 24 der Sättel angesaugt und der durch die Vorwärmung freiwerdende Wasserdampf abgesaugt.In order to make good contact between the saddles and the paper and thus to keep the temperature difference small, the sliding surfaces or the saddles are curved with a curvature radius which in the example shown is 700 mm. Due to the curvature of the sliding surfaces in connection with the train through the rollers 11 and 12 and the braking by the vacuum brake 16, a force component acts over the entire length of the saddle, which presses the paper 17 against the sliding surfaces 24. It also jeopardizes the stability of the paper run on the saddle. As can also be seen from FIG. 2, the saddles 21 and 23 have elongated depressions 25 which extend transversely to the paper running direction and extend over the entire width of the saddles. They are connected to a vacuum channel 27 by lateral bores 26. The vacuum channel runs below the saddles and is equipped with a vacuum generating device, e.g. a pump. Due to the negative pressure, the recording medium (paper) is sucked onto the sliding surfaces 24 of the saddles and the water vapor released by the preheating is sucked out.

Die Beheizung der Sättel 21 bzw. 23 erfolgt durch elektrische Widerstandselemente in Form von auswechselbar angeordneten Heizpatronen 28. Zur Aufnahme der Heizpatronen 28 weisen die Sättel 21 bzw. 23 durchgehende Bohrungen 29 auf. Diese Bohrungen ermöglichen bei einem Defekt das Austauschen jeder einzelnen Heizpatrone 28. Außerdem können damit die Sättel 21 bzw. 23 kostengünstig aus Aluminium-strangpreßprofil hergestellt werden.The saddles 21 and 23 are heated by electrical resistance elements in the form of interchangeably arranged ones Heating cartridges 28. To accommodate the heating cartridges 28, the saddles 21 and 23 have through bores 29. These holes allow the replacement of each individual heating cartridge 28 in the event of a defect. In addition, the saddles 21 and 23 can be manufactured inexpensively from an extruded aluminum profile.

Durch die Anordnung der Patronen in den Sätteln wird jeder Sattel 21 bzw. 23 in drei Heizzonen 30/1, 30/2 und 30/3 quer zur Papierlaufrichtung unterteilt (Fig. 2). Diese Querheizzonen 30/1 bis 30/3 dienen zur Anpassung der Sättel an verschiedene Aufzeichnungsträgerbreiten. Die erste Heizzone 30/1 wird an einer Seite begrenzt durch die feststehende Papierlaufkante 31. Diese Heizzone 30/1 ist so breit wie die minimale Aufzeichnungsträgerbreite. Der restliche Bereich der Sättel bis zur maximalen Aufzeichnungsträgerbreite wird in die gleich breiten Heizzonen 30/2 und 30/3 aufgeteilt. Jede der Querheizzonen 30/1 bis 30/3 weist einen Temperatursensor 32/1 bis 32/3 zur Regelung der Heizzonen auf. Er befindet sich jeweils quer zur Papierlaufrichtung etwa in der Mitte der jeweiligen Heizzonen. In Papierlaufrichtung gesehen wird die Sensorposition so gewählt, daß sowohl im Bereitschaftszustand der Druckeinrichtung (Standby) als auch im Druckbetrieb selbst auf die gleiche Temperatur geregelt werden kann. Damit wird die Temperaturregelung vereinfacht. Die Regeltemperatur und die Lage der Sensoren 32/1 bis 32/3 werden so gewählt, daß die Papiertemperatur am Ende des Sattels während der Startphase genauso hoch ist wie während einer längeren Druckphase. Als eine günstige Sensorposition hat sich dabei der Bereich von der Mitte bis zum letzten Drittel der Sättel herausgestellt.By arranging the cartridges in the saddles, each saddle 21 or 23 is divided into three heating zones 30/1, 30/2 and 30/3 transversely to the direction of paper travel (FIG. 2). These transverse heating zones 30/1 to 30/3 are used to adapt the saddles to different recording medium widths. The first heating zone 30/1 is delimited on one side by the fixed paper running edge 31. This heating zone 30/1 is as wide as the minimum width of the recording medium. The remaining area of the saddles up to the maximum recording medium width is divided into the equally wide heating zones 30/2 and 30/3. Each of the transverse heating zones 30/1 to 30/3 has a temperature sensor 32/1 to 32/3 for regulating the heating zones. It is located approximately in the middle of the respective heating zones across the paper running direction. Seen in the direction of paper travel, the sensor position is selected so that the same temperature can be controlled both in the standby state of the printing device (standby) and in the printing mode itself. This simplifies the temperature control. The control temperature and the position of the sensors 32/1 to 32/3 are selected so that the paper temperature at the end of the saddle is just as high during the starting phase as during a longer printing phase. The area from the middle to the last third of the saddles has proven to be a favorable sensor position.

Erzeugt werden die Heizzonen 30/1 bis 30/3 durch die Anordnung der Heizpatronen 28 in den Bohrungen 29.The heating zones 30/1 to 30/3 are generated by the arrangement of the heating cartridges 28 in the bores 29.

Diese ist wie folgt:This is as follows:

In die in Papierlaufrichtung erste Bohrung eines Sattels werden von beiden Seiten je eine Patrone für die beiden äußeren Heizzonen 30/1 und 30/3 eingeschoben. In die zweite Bohrung wird eine Heizpatrone 29 für die mittlere Zone 30/2 eingeschoben. Die dritte Bohrung wird wie die erste bestückt usw. Somit befinden sich in jeder Heizzone 30/1 bis 30/3 sechs Heizpatronen 28.A cartridge for the two outer heating zones 30/1 and 30/3 is inserted into the first hole of a saddle in the direction of paper travel. A heating cartridge 29 for the middle zone 30/2 is inserted into the second hole. The third hole is equipped like the first, etc. There are therefore six heating cartridges 28 in each heating zone 30/1 to 30/3.

Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, werden die Heizpatronen 28 der Heizzonen 30/1 bis 30/3 an Phasen R, S, T und N eines Drehstromnetzes betrieben. In Abhängigkeit von der Art des Drehstromnetzes (USA, Europa) werden die Heizpatronen paarweise in Reihe (Fig. 5) (europäisches Drehstromnetz) oder parallel (Fig. 4) (Drehstromnetz USA) angeschlossen.As shown in FIGS. 4 and 5, the heating cartridges 28 of the heating zones 30/1 to 30/3 are operated on phases R, S, T and N of a three-phase network. Depending on the type of three-phase network (USA, Europe), the heating cartridges are connected in pairs in series (Fig. 5) (European three-phase network) or in parallel (Fig. 4) (three-phase network USA).

Damit befinden sich in jeder Heizzone 30/1 bis 30/3 drei Heizpatronenpaare. Um eine gleichmäßige Belastung aller drei Phasen zu erreichen, erfolgt der Anschluß eines ersten Heizpatronenpaares an die Phasen R, S; eines zweiten Heizpatronenpaares an die Phasen S, T; und der Anschluß eines dritten Heizpatronenpaares an die Phase R, T. Die in den Figuren 4 und 5 angegebene mögliche Beschaltung der einzelnen Heizpatronen 28 läßt sich jedoch in Abhängigkeit des verwendeten Betriebsnetzes beliebig variieren.This means that there are three pairs of heating cartridges in each heating zone 30/1 to 30/3. In order to achieve uniform loading of all three phases, a first pair of heating cartridges is connected to phases R, S; a second pair of heating cartridges to phases S, T; and the connection of a third pair of heating cartridges to phase R, T. However, the possible wiring of the individual heating cartridges 28 shown in FIGS. 4 and 5 can be varied as desired depending on the operating network used.

Geregelt wird die Oberflächentemperatur der Sättel und damit die Temperatur des Aufzeichnungsträgers mit Hilfe einer Regelanordnung, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist.The surface temperature of the saddles and thus the temperature of the recording medium are controlled with the aid of a control arrangement as shown in FIG. 3.

Die Regelanordnung enthält ein Stellglied 33, z.B. in Form von einzelnen Relais zum Koppeln der Heizpatronen 28 an ein Netzteil 34. Dem Stellglied nachgeschaltet ist die Regelstrecke 35 mit den Heizpatronen 28. Die Isttemperatur wird über die Temperatursensoren 32/1 bis 32/3 erfaßt und durch die Sensoren in ein elektrisches Ansteuersignal umgesetzt und in einem nachfolgenden Verstärker 37 verstärkt. Eine Regelanordnung 39 vergleicht die Ist-Temperatur mit einer vorgebbaren Soll-Temperatu< TS und regelt in Abhängigkeit von der Regelabweichung auf die Soll-Temperatur TS.The control arrangement contains an actuator 33, for example in the form of individual relays for coupling the heating cartridges 28 to a power supply unit 34. The control path is connected downstream of the actuator 35 with the heating cartridges 28. The actual temperature is recorded by the temperature sensors 32/1 to 32/3 and converted by the sensors into an electrical control signal and amplified in a subsequent amplifier 37. A control arrangement 39 compares the actual temperature with a predeterminable target temperature <TS and regulates to the target temperature TS as a function of the control deviation.

Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 enthält einen Analog-Digital-Wandler 40 mit zugehörigem programmgesteuerten Zweipunktregler 41. Sie weist weiterhin eine Zentraleinheit CPU auf, die mit entsprechenden Speicherbereichen SP1 und SP2 in Verbindung steht. Gekoppelt ist die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 außerdem mit dem Controller 42 der Druckeinrichtung, der in üblicherweise aufgebaut ist mit einem Bedienfeld 43 am Gerät. Die gesamte Regelanordnung kann Bestandteil der Gerätesteuerung des Gerätes sein. Ein zusätzliches Niederspannungsnetzteil 44, das mit dem eigentlichen Netzteil 34 gekoppelt ist, sorgt für die Stromversorgung der Gerätesteuerung und damit der mikroprozessorgesteuerten Regelanordnung 39.The microprocessor-controlled control arrangement 39 contains an analog-digital converter 40 with an associated program-controlled two-point controller 41. It also has a central processing unit CPU, which is connected to corresponding memory areas SP1 and SP2. The microprocessor-controlled control arrangement 39 is also coupled to the controller 42 of the printing device, which is usually constructed with a control panel 43 on the device. The entire control arrangement can be part of the device control of the device. An additional low-voltage power supply unit 44, which is coupled to the actual power supply unit 34, provides the power supply for the device control and thus for the microprocessor-controlled control arrangement 39.

Wie bereits eingangs erläutert, muß bei der Verwendung von Aufzeichnungsträgern mit unterschiedlicher Materialstruktur, insbesondere unterschiedlichem Flächengewicht, die Heizleistung, die dem Vorwärmsattel zugeführt wird, entsprechend angepaßt werden. Ähnliches gilt für die Anpassung der Sattelaustrittstemperatur an den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger. Um diese Heizleistung bzw. sonstige Parameter am Vorwärmsattel, wie z.B. die Austrittstemperatur einstellen zu können, enthält das Gerät ein Bedienfeld 43 zur Eingabe verschiedener Betriebsparametern, wie Flächengewicht des Aufzeichnungsträgers, gewünschte Austrittstemperatur am Vorwärmsattel usw. Das Bedienfeld steht mit einer rechnergesteuerten Anordnung in Verbindung, die Teil der Regelanordnung 39 sein kann und die eine Zentraleinheit CPU enthält, die mit entsprechenoen Speichern SP1 und SP2 in Verbindung steht.As already explained at the beginning, when using recording media with different material structure, in particular different basis weight, the heating power that is supplied to the preheating saddle must be adjusted accordingly. The same applies to the adaptation of the saddle outlet temperature to the record carrier to be printed. In order to be able to set this heating power or other parameters on the preheating saddle, such as the outlet temperature, the device contains a control panel 43 for entering various operating parameters, such as the basis weight of the recording medium, the desired outlet temperature on the preheating saddle, etc. The control panel is connected to a computer-controlled arrangement which can be part of the control arrangement 39 and which contains a central processing unit CPU which is connected to corresponding memories SP1 and SP2.

In den Speichern SP1 bis SP2 sind Zuordnungstabellen oder Kennlinien gespeichert, über die nach Eingabe der entsprechenden Parameter über das Bedienfeld 43 die entsprechenden zu steuernden und regelnden elektrischen Werte des Vorwärmsattels zugeordnet werden. Diese Werte werden dann der Regelanordnung 39 als Sollwert zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird über das Bedienfeld 43 die Solltemperatur TS eingegeben, wobei als Solltemperatur die Temperatur bezeichnet wird, mit der das Papier die Sattelanordnung (Vorwärmsattel 15) verläßt bzw. die Eintrittstemperatur des Papiers in die Fixierzone zwischen den Walzen 11 und 12. Die Angabe der Betriebsparameter war nur beispielhaft. Bei einer Änderung der Druckgeschwindigkeit oder bei einer Änderung der Papierbreite ist ebenfalls eine Anpassung der Heizleistung notwendig. Dies geschieht automatisch durch entsprechende Zuschaltung der einzeln ansteuerbar ausgestalteten, quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung auf dem Sattel 15 angeordneten Querheizzonen 30/1, 30/2 und 30/3 bzw. durch Erfassung der eingestellten Druckgeschwindkeit, deren Veränderung sich ja insgesamt auf viele Aggregate des Gerätes auswirkt. Im Normalfall wird bei elektrofotografischen Druckeinrichtungen, die mit Endlospapier arbeiten, mit einer konstanten Aufzeichnungsträgervorschubgeschwindigkeit (Druckgeschwindigkeit) gearbeitet.Assignment tables or characteristic curves are stored in the memories SP1 to SP2, via which the corresponding electrical values of the preheating saddle to be controlled and regulated are assigned after the corresponding parameters have been entered via the control panel 43. These values are then fed to the control arrangement 39 as a setpoint. In the illustrated embodiment, the target temperature TS is entered via the control panel 43, the target temperature being the temperature at which the paper leaves the saddle arrangement (preheating saddle 15) or the entry temperature of the paper into the fixing zone between the rollers 11 and 12. The The specification of the operating parameters was only an example. If the printing speed changes or the paper width changes, the heating output must also be adjusted. This is done automatically by appropriately connecting the individually controllable transverse heating zones 30/1, 30/2 and 30/3 arranged transversely to the direction of recording medium on the saddle 15 or by detecting the set printing speed, the change of which affects many units of the device as a whole . Normally, electrophotographic printing devices that work with continuous paper work with a constant record carrier feed speed (printing speed).

Erläutert wird die Funktion der Regeleinrichtung anhand des Diagrammes der Figur 6. Die Abszisse X des Diagrammes bezeichnet dabei die Position in Millimeter ausgehend vom Papiereintritt auf der Satteloberfläche, die Ordinate Y die Temperatur in Grad Celsius. In der Kurve P1 ist dabei der Temperaturverlauf auf dem Papier bzw. Aufzeichnungsträger dargestellt. Die Kurven VD und VS bezeichnen dabei den Temperaturverlauf auf der Satteloberfläche des Vorheizsattels 21 im Druckbetrieb VD und im Standby-Betrieb VS. Die Kurven HD und HS den Temperaturverlauf im Druckbetrieb HD und Standby-Betrieb HS auf der Heizsatteloberfläche. Die Positionen der Sensoren des Vorheizsattels und des Heizsattels ist mit SV und SH in den Kurven bezeichnet. Dabei ist anzumerken, daß das Diagramm den Temperaturverlauf innerhalb der Heizzone 30/1 sowohl des Vorheizsattels als auch des Heizsattels darstellt und zwar wenn nur diese Heizzone 30/1 aktiv ist, d.h. ein Aufzeichnungsträger mit minimaler Breite den Sattel überstreicht. Werden Aufzeichnungsträger anderer Breite verwendet, gilt bei zusätzlicher Aktivierung der Heizzonen 30/2 bzw. 30/3 ein ähnlicher Temperaturverlauf.The function of the control device is explained on the basis of the diagram in FIG. 6. The abscissa X of the diagram denotes the position in millimeters from the paper entry on the saddle surface, the ordinate Y the temperature in degrees Celsius. There is in curve P1 the temperature curve is shown on the paper or record carrier. The curves VD and VS denote the temperature profile on the saddle surface of the preheating saddle 21 in the pressure mode VD and in the standby mode VS. The curves HD and HS show the temperature profile in print mode HD and standby mode HS on the heating caliper surface. The positions of the sensors of the preheating saddle and the heating saddle are marked with SV and SH in the curves. It should be noted that the diagram shows the temperature profile within the heating zone 30/1 of both the preheating saddle and the heating saddle, if only this heating zone 30/1 is active, ie a recording medium with a minimal width sweeps over the saddle. If recording media of a different width are used, a similar temperature curve applies if the heating zones 30/2 or 30/3 are activated.

Geregelt wird durch die Regelanordnung die Satteltemperatur des Vorwärmsattels 15 und zwar durch Regelung der Heizzonen, nämlich dem Heizsattel 23 und dem Vorheizsattel 21. Ziel der Regelung ist dabei eine konstante Soll-Satteltemperatur, wobei als Satteltemperatur über das Bedienfeld 43 die Austrittstemperatur des Papiers nach Verlassen des Sattels eingebbar ist. Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 setzt dann diese Soll-Satteltemperatur in entsprechende Solltemperaturen am Vorheizsattel 21 und am Heizsattel 23 um und regelt diese gemeinsam. Die Höhe der einzustellenden Solltemperatur hängt von der Art und dem Materialaufbau des verwendeten Aufzeichnungsträgers und der Druckgeschwindigkeit, d.h. dem Papiervorschub des Gerätes ab. Bei Normalpapier und einer Druckgeschwindigkeit entsprechend einer Papiervorschubgeschwindigkeit von etwa 0,89 m/sec hat das Papier am Satteleinlauf eine Temperatur von 20° und soll auf eine Papieraustrittstemperatur von etwa 100° aufgeheizt werden. Die Heizpatronen 28 sind nun so entlang der Heizzonen 21 bzw. 23 des Sattels 15 angeordnet und werden so geregelt, daß der Wärmeenergiefluß pro Fläche vom Sattel auf das Papier entlang des Sattels konstant ist. Weiterhin ist die Länge des Sattels grundsätzlich so bestimmt, daß die Temperaturdifferenz Δ T zwischen Satteloberfläche (Gleitfläche) und Papier konstant und möglichst gering wird. Die Länge der Sättel ist jedoch durch die zur Verfügung stehende maxmiale Baulänge begrenzt und kann von Gerät zu Gerät variieren. Angestrebt wird jedoch eine möglichst große Länge, damit eine möglichst schonende Aufheizung des Papiers erreicht wird.The saddle temperature of the preheating saddle 15 is regulated by the control arrangement, specifically by regulating the heating zones, namely the heating saddle 23 and the preheating saddle 21. The aim of the regulation is a constant target saddle temperature, the outlet temperature of the paper after leaving the control panel 43 as the saddle temperature the saddle can be entered. The microprocessor-controlled control arrangement 39 then converts this target saddle temperature into corresponding target temperatures on the preheating saddle 21 and on the heating saddle 23 and controls them together. The level of the target temperature to be set depends on the type and material structure of the recording medium used and the printing speed, ie the paper feed of the device. With normal paper and a printing speed corresponding to a paper feed speed of approximately 0.89 m / sec, the paper at the saddle inlet has a temperature of 20 ° and should be heated to a paper outlet temperature of approximately 100 °. The heating cartridges 28 are now arranged along the heating zones 21 and 23 of the saddle 15 and are regulated so that the heat energy flow per area from the saddle to the paper along the saddle is constant. Furthermore, the length of the saddle is basically determined so that the temperature difference Δ T between the saddle surface (sliding surface) and the paper becomes constant and as small as possible. However, the length of the saddles is limited by the available maximum length and can vary from device to device. However, the greatest possible length is aimed at, so that the paper is heated as gently as possible.

Ein Problem ist dabei das dynamische Verhalten des Temperaturverlaufes beim Übergang von der Standby- bzw. Startphase auf den Druckbetrieb. In der Startphase, d.h. ohne Papier oder mit aufgelegtem Papier im Standby-Zustand findet eine Wärmeabfuhr vom Sattel allein durch Konvektion statt. Trotzdem muß sichergestellt sein, daß das Papier in der Start bzw. Standby-Phase nicht übermäßig aufgeheizt wird. Dies wird durch den beschriebenen Sattelaufbau und durch die Regelung sichergestellt.One problem is the dynamic behavior of the temperature profile during the transition from the standby or start phase to printing. In the starting phase, i.e. without paper or with paper on standby, heat is removed from the saddle solely by convection. Nevertheless, it must be ensured that the paper is not overheated in the start or standby phase. This is ensured by the described saddle structure and by the regulation.

Dabei wird sowohl im Standby-Betrieb als auch im Druckbetrieb die Temperatur des Sattels konstant gehalten, wobei der Vorheizsattel eine Temperatur von etwa 80° und der Heizsattel eine Temperatur von etwa 130° hat. Damit ergibt sich der aus der Figur 6 ersichtliche Temperaturverlauf. Im Standby-Betrieb hat der Vorheizsattel über seine gesamte Fläche die Temperatur von 80° entsprechend der Kurve VS und der Heizsattel über seine gesamte Fläche die Temperatur von 130° entsprechend der Kurve HS. Nach Aufnahme des Druckbetriebes kippt der Temperaturverlauf um die Sensorpositionen SV und SH, so daß sich der durch die Kurven VD und HD dargestellte eingeschwungene Temperaturverlauf im Druckerbetrieb einstellen. In diesem eingeschwungenen Zustand ist die Temperaturdifferenz Δ T zwischen Satteloberfläche und Papier entlang der Satteloberfläche etwa konstant.The temperature of the saddle is kept constant both in standby mode and in pressure mode, the preheating saddle having a temperature of approximately 80 ° and the heating saddle having a temperature of approximately 130 °. This results in the temperature profile shown in FIG. 6. In standby mode, the preheating saddle has a temperature of 80 ° over its entire surface in accordance with curve VS and the heating saddle over its entire surface has a temperature of 130 ° in accordance with curve HS. After the start of printing, the temperature curve tilts around the sensor positions SV and SH, so that the steady temperature curve represented by the curves VD and HD is established in printer mode. In this steady state, the temperature difference is Δ T between the saddle surface and paper along the saddle surface about constant.

Eine noch exaktere Einstellung der konstanten Temperaturdifferenz ist möglich, wenn die Anzahl der geregelten Heizzonen erhöht wird. Dies führt jedoch zu einem zusätzlichen Aufwand. Wie dargestellt, ist die Bedingung näherungsweise auch mit einem Sattel erreichbar, der zwei Heizzonen, nämlich Vorheizsattel und Heizsattel aufweist. Im einzelnen ist der Regelungsablauf wie folgt:
Nach Einlegen des Papiers in die Druckereinrichtung und Durchfädeln durch die Fixierstation wird entsprechend dem verwendeten Papier über das Bedienfeld 43 die Solltemperatur TS eingegeben. Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 schaltet über das Stellglied 33 die Heizpatronen 28 an die Phasen des Drehstromnetzes des Netzteiles 34. Nach Erreichen der Solltemperatur wird dem Controller 42 des Gerätes die Betriebsbereitschaft der Fixierstation mitgeteilt. Nach Aufnahme des Druckbetriebes wird in Abhängigkeit von der Papiertemperatur, dem Papiergewicht, der Druckgeschwindigkeit, der Papierdicke, der Oberflächenbeschaffenheit des Papieres und der Breite des Papieres dem Sattel über das Papier Wärme entzogen. Dieser Störgrößeneinfluß ist im Regelkreis der Figur 3 als Störgröße SG symbolisch dargestellt. Die nach Abzug der Störgröße resultierende Isttemperatur wird über die Temperatursensoren 32/1 bis 32/3 erfaßt und in Form von elektrischen Signalen der mikroprozessorgesteuerten Regelanordnung 39 zugeführt. Diese aktiviert in entsprechender Weise das Stellglied 33, bis die vorgegebene Solltemperatur erreicht ist und sich das aus der Figur 6 ersichtliche Temperaturprofil einstellt.
An even more precise setting of the constant temperature difference is possible if the number of controlled heating zones is increased. However, this leads to additional effort. As shown, the condition can also be approximately achieved with a saddle that has two heating zones, namely preheating saddle and heating saddle. The detailed procedure is as follows:
After inserting the paper into the printer device and threading through the fusing station, the desired temperature TS is entered via the control panel 43 in accordance with the paper used. The microprocessor-controlled control arrangement 39 switches the heating cartridges 28 to the phases of the three-phase network of the power supply unit 34 via the actuator 33. After the target temperature has been reached, the controller 42 of the device is informed of the operational readiness of the fixing station. After the start of printing, depending on the paper temperature, the paper weight, the printing speed, the paper thickness, the surface quality of the paper and the width of the paper, heat is removed from the saddle via the paper. This influence of disturbance is symbolically represented in the control circuit of FIG. 3 as disturbance SG. The actual temperature resulting after subtracting the disturbance variable is recorded via the temperature sensors 32/1 to 32/3 and supplied to the microprocessor-controlled control arrangement 39 in the form of electrical signals. This activates the actuator 33 in a corresponding manner until the predetermined target temperature is reached and the temperature profile shown in FIG. 6 is established.

Wie eingangs im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben, ist der Heizsattel 23 des Vorwärmsattels 15 verschwenkbar im Gerät angeordnet. Zu diesem Zwecke ist - wie aus der Figur 7 ersichtlich - der Heizsattel an seinem eingangsseitigen Ende über ein Lager 22 in dem Gerätegestell lösbar verschwenkbar gelagert. Er weist etwa mittig eine am Heizsattel drehbar gelagerte Nockenrolle 45 auf, die mit einer im Gerätegestell beweglich gelagerten Exzenterschnecke 46 zusammenwirkt. Angetrieben wird die Exzenterschnecke 46 über eine Nockenwelle 47, die mit einem hier nicht dargestellten Schrittmotor in Verbindung steht. Durch Drehen der Exzenterschnecke 46 verschwenkt der Heizsattel 23 um den Drehpunkt 22. Damit kann er in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Gerätes in unterschiedliche Positionen positioniert werden, nämlich in eine dem Fixierbetrieb zugeordnete Betriebsposition (Position A; in der Figur 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt) mit angeschwenkter Andruckwalze 12 und in eine dem Standby-Betrieb zugeordnete Bereitschaftsposition (Position B; in der Figur 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt) mit abgeschwenkter Andruckwalze 12. In der Bereitschaftsposition ist der Aufzeichnungsträger 17 von der heißen Fixierwalze 11 abgeschwenkt. Er liegt jedoch weiterhin auf dem beheizten Vorwärmsattel 15 auf.As described at the beginning in connection with FIG. 1, the heating saddle 23 of the preheating saddle 15 can be pivoted arranged in the device. For this purpose - as can be seen from FIG. 7 - the heating caliper is detachably pivotably mounted at its input end via a bearing 22 in the device frame. It has a cam roller 45 which is rotatably mounted on the heating saddle approximately in the center and which interacts with an eccentric screw 46 which is movably mounted in the device frame. The eccentric screw 46 is driven by a camshaft 47, which is connected to a stepper motor, not shown here. By rotating the eccentric screw 46, the heating saddle 23 pivots about the pivot point 22. It can thus be positioned in different positions depending on the operating states of the device, namely in an operating position assigned to the fixing operation (position A; shown in solid lines in FIG. 2). with the pressure roller 12 swung in and into a standby position assigned to standby mode (position B; shown in broken lines in FIG. 2) with the pressure roller 12 swung out. In the standby position, the recording medium 17 is pivoted away from the hot fixing roller 11. However, it still lies on the heated preheating saddle 15.

Bei der Vorwärmung des Aufzeichnungsträgers 17, sei er nun aus Papier oder papierähnlichem Material oder z.B. aus Kunststoff, besteht das Problem, daß durch die Ausgasung des Aufzeichnungsträgermateriales oder durch andere Effekte wie Wasserverlust etc. der Aufzeichnungsträger schrumpft, was zu einer gewissen Breitenreduzierung führt. Damit treten beim Übergang in den nicht beheizten Papierlaufbereich kleine Wellen oder Verwerfungen auf.When the recording medium 17 is preheated, be it made of paper or paper-like material or e.g. made of plastic, there is the problem that the recording medium shrinks due to the outgassing of the recording medium material or due to other effects such as water loss, etc., which leads to a certain reduction in width. This means that small waves or distortions occur during the transition to the unheated paper run area.

Dieser Effekt ist insbesondere im Standby-Betrieb zu beobachten, bei dem bei kontinuierlich beheiztem Heizsattel der unbewegte Aufzeichnungsträger sehr lange der Wärme des Heizsattels ausgesetzt ist. Wird dann bei einer erneuten Aufnahme des Druckbetriebes der Sattel durch Anschwenken in Betriebslage gebracht und der vorgeheizte Aufzeichnungsträger im Fixierspalt zwischen Fixierwalze und Andruckwalze zugeführt, werden die entstandenen Verwerfungen beim Durchlauf durch den Fixierspalt durch Druck und Wärme in den Aufzeichnungsträger eingebügelt, was das Druckbild empfindlich stört.This effect can be observed in particular in standby mode, in which the immobile recording medium is exposed to the heat of the heating saddle for a very long time when the heating saddle is continuously heated. Will then with another Starting the printing operation of the saddle by swiveling it into the operating position and feeding the preheated recording medium into the fusing gap between the fusing roller and the pressure roller, the resulting warpage is ironed into the recording medium by pressure and heat as it passes through the fusing gap, which sensitively disturbs the printed image.

Um dies zu verhindern, weist der Heizsattel 23 an seinem dem Fixierspalt zugeordneten Ende eine Glättungskante 48 auf, die als relativ scharfkantige Verrundung der Gleitfläche 24 ausgebildet ist. Umschlingt die Aufzeichnungs-trägerbahn diese am Vorwärmsattelauslaufbereich angeordnete Heizsattelkante (Glättungskante 48) beim Verlassen des Heizsattels 23 in einem möglichst großen Winkel 49, so werden diese Verwerfungen des Aufzeichnungsträgers vor dem Einlaufen in den Fixierspalt über die umschlungene Sattelkante 48 geglättet.To prevent this, the heating saddle 23 has a smoothing edge 48 at its end assigned to the fixing gap, which is designed as a relatively sharp-edged rounding of the sliding surface 24. If the recording carrier web wraps around this heating saddle edge (smoothing edge 48) arranged at the preheating saddle outlet area when leaving the heating saddle 23 at the largest possible angle 49, then these warpage of the recording medium is smoothed over the looped saddle edge 48 before it enters the fixing gap.

Die Heizsattelkante bzw. Glättungskante 48 sollte dabei möglichst nahe am Fixierspalt positioniert sein. Als vorteilhaft hat sich ein Umlenkwinkel von mindestens sieben Winkelgraden oder größer herausgestellt, wobei der Glättungseffekt im beschränkten Umfange auch schon bei 5° oder 6° Umlenkwinkel auftritt. Als Umlenkwinkel 49 wird der Winkel bezeichnet, um die sich die Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers 17 beim Verlassen der Gleitfläche 24 des Heizsattels 23 ändert. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 7 mit einer gewölbten Gleitfläche 24 des Heizsattels 23 ist dies der Winkel zwischen der Gleitflächenrichtung (tangential) im Bereich der Glättungskante 48 und der Zulaufrichtung des Aufzeichnungsträgers zum Fixierspalt zwischen Glättungskante 48 und Fixierspalt.The heating saddle edge or smoothing edge 48 should be positioned as close as possible to the fixing gap. A deflection angle of at least seven degrees of angle or greater has proven to be advantageous, the smoothing effect also occurring to a limited extent at a deflection angle of 5 ° or 6 °. Deflection angle 49 is the angle by which the running direction of the recording medium 17 changes when leaving the sliding surface 24 of the heating saddle 23. In the exemplary embodiment in FIG. 7 with a curved sliding surface 24 of the heating saddle 23, this is the angle between the sliding surface direction (tangential) in the region of the smoothing edge 48 and the direction in which the recording medium approaches the fixing gap between the smoothing edge 48 and the fixing gap.

Damit sich die Glättungskante 48 in Bereitschaftsstellung (Standby-Betrieb) nicht in den Aufzeichnungsträger 17 einprägt, wird der Heizsattel 23 im Standby-Betrieb soweit abgeschwenkt, daß der Aufzeichnungsträger 17 nicht auf der Glättungskante 48 aufliegt bzw. von dieser umschlungen wird.So that the smoothing edge 48 does not impress in the recording medium 17 in the standby position (standby mode), the heating saddle 23 is pivoted so far in standby mode that the recording medium 17 does not rest on the smoothing edge 48 or is wrapped by it.

Dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmefixiereinrichtung besteht der Vorwärmsattel 15 aus einem ortsfesten Vorheizsattel 21 und einem verschwenkbar angeordneten Heizsattel 23. Eine derartige Unterteilung ist auch deshalb sinnvoll, weil so über den Heizsattel 23 nur eine geringe Sattelmasse verschwenkt werden muß. Die Unterteilung eröffnet außerdem die Möglichkeit, den Vorwärmsattel 15 aus Heizzonenmodulen zusammenzusetzen, z.B. aus einem ortsfesten Heizzonenmodul "Vorheizsattel" und einem verschwenkbaren Modul "Heizsattel" oder aber beispielsweise aus einem den Heizsattel bildenden Modul und mehreren den Vorwärmsattel bildenden Modulen, die zusammengesetzt dann den Vorwärmsattel 15 bilden. Auf diese Weise können Vorwärmsättel für verschiedene Gerätevarianten mit z.B. unterschiedlicher Druckgeschwindigkeit in einfacher Weise aufgebaut werden. Ist z.B. die Druckgeschwindigkeit und damit die Aufzeichnungsträgerlaufgeschwindigkeit einer Gerätevariante reduziert, reduziert sich auch die benötigte Vorwärmsattellänge. Gegebenenfalls kann damit das Modul "Vorheizsattel" vollständig entfallen und es ist nur ein verschwenkbares Heizsattelmodul als Vorwärmsattel notwendig. Andererseits läßt sich so bei einer Erhöhung der Druckgeschwindigkeit die Vorwärmsattellänge durch Hinzufügen von weiteren Heizzonenmodulen verlängern.In the exemplary embodiment of the heat-fixing device shown in FIG. 1, the preheating saddle 15 consists of a fixed preheating saddle 21 and a pivoting heating saddle 23. Such a division is also useful because only a small saddle mass has to be pivoted over the heating saddle 23. The subdivision also opens up the possibility of assembling the preheating saddle 15 from heating zone modules, e.g. from a stationary heating zone module "preheating saddle" and a pivotable module "heating saddle" or, for example, from a module forming the heating saddle and several modules forming the preheating saddle, which then together form the preheating saddle 15. In this way, preheating saddles for different device variants with e.g. different printing speed can be built up in a simple manner. Is e.g. the printing speed and thus the record carrier running speed of a device variant also reduces the preheating saddle length required. If necessary, the "preheating saddle" module can thus be completely dispensed with and only a swiveling heating saddle module is required as a preheating saddle. On the other hand, if the printing speed is increased, the length of the preheating saddle can be extended by adding further heating zone modules.

Als Tonermaterial, das sich besonders gut zum Fixieren auf Papier über die beschriebene Wärmefixiereinrichtung eignet, hat sich ein quervernetzter Toner herausgestellt. Durch die schonende Aufwärmung bei der Fixierung werden die an sich schon vorhandenen vorteilhaften Fixiereigen-schaften von quervernetzten Toner noch verbessert. Als quervernetzter Toner kann z.B. ein Toner verwendet werden, der mindestens 25 Gewichtsprozente Tonerteilchen aus einem Polymer, bestehend aus einem Polyester oder einem Styrolgruppen aufweisenden oder einem aus Styrolgruppen bestehenden Polymer aufweist, das bis zu einem solchen Grade kovalent oder ionisch quervernetzt ist, daß der Anschmelzbereich der Tonerteilchen um mindestens 10 % im Vergleich zu entsprechenden Tonerteilchen mit nichtquervernetztem Polymer erhöht ist.A cross-linked toner has emerged as the toner material that is particularly well suited for fixing on paper using the heat-fixing device described. Due to the gentle warming up during the fixation, the advantageous fixation properties that are already present become cross-linked toner improved. A crosslinked toner that can be used is, for example, a toner that has at least 25 percent by weight of toner particles made of a polymer consisting of a polyester or a styrene group or a polymer consisting of styrene groups, which is covalently or ionically crosslinked to such a degree that the melting area the toner particles are increased by at least 10% compared to corresponding toner particles with uncrosslinked polymer.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
StrahlerSpotlights
1111
Heizwalze, FixierwalzeHeating roller, fixing roller
1212th
AnruckwalzePressure roller
1313
BeölungseinrichtungOiling device
1515
VorwärmsattelPreheating saddle
1616
UnterdruckbremseVacuum brake
1717th
AufzeichnungsträgerRecord carrier
1818th
KühleinrichtungCooling device
1919th
KühlflächeCooling surface
2020th
LuftzuführungskanalAir supply duct
2121
VorheizsattelPreheating saddle
2222
Drehpunkt, LagerpunktPivot point, bearing point
2323
HeizsattelHeating caliper
2424th
GleitflächeSliding surface
2525th
längliche Vertiefung, Schlitz, Öffnungelongated recess, slot, opening
2626
Bohrungdrilling
2727
UnterdruckkanalVacuum channel
2828
Heizpatrone, HeizelementHeating cartridge, heating element
2929
Bohrungen für HeizpatronenBores for heating cartridges
30/130/1
erste Querheizzonefirst transverse heating zone
30/230/2
zweite Querheizzonesecond transverse heating zone
30/330/3
dritte Querheizzonethird transverse heating zone
3131
feststehende Papierlaufkantefixed paper edge
32/132/1
TemperatursensorTemperature sensor
32/232/2
TemperatursensorTemperature sensor
32/332/3
TemperatursensorTemperature sensor
R, S, T, NR, S, T, N
Phasen eines DrehstromnetzesPhases of a three-phase network
3333
StellgliedActuator
3434
Netzteilpower adapter
3535
RegelstreckeControlled system
3636
SummationsgliedSummation element
3737
Verstärkeramplifier
3939
mikroprozessorgesteuerte Regeleinrichtungmicroprocessor-controlled control device
4040
Analog-Digital-WandlerAnalog-to-digital converter
4141
Zweipunkt-ReglerTwo-point controller
4242
ControllerController
4343
BedienfeldControl panel
TSTS
SolltemperaturTarget temperature
4444
NiederspannungsnetzteilLow voltage power supply
XX
Position in MillimeternPosition in millimeters
YY
Temperatur in Grad CelsiusTemperature in degrees Celsius
P1P1
Temperaturverlauf auf dem AufzeichnungsträgerTemperature curve on the record carrier
VDVD
Temperaturverlauf im Druckerbetrieb auf der Oberfläche des VorheizsattelsTemperature curve in printer operation on the surface of the preheating saddle
VSVS
Temperaturverlauf im Stand-By-Betrieb auf der Oberfläche des VorheizsattelsTemperature profile in stand-by mode on the surface of the preheating saddle
HDHD
Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heizsattels im DruckbetriebTemperature curve on the surface of the heating saddle during printing
HSHS
Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heizsattels im Stand-By-BetriebTemperature curve on the surface of the heating saddle in stand-by mode
TT
Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger und SatteloberflächeTemperature difference between record carrier and saddle surface
SGSG
StörgrößeDisturbance variable
GSGS
GerätesteuerungDevice control
CPUCPU
ZentraleinheitCentral unit
SP1, SP2SP1, SP2
SpeicherStorage
4545
NockenrolleCam roller
4646
ExzenterschneckeEccentric screw
4747
Nockenwellecamshaft
4848
GlättungskanteSmoothing edge
4949
UmlenkwinkelDeflection angle

Claims (19)

  1. Thermofixing device for fixing toner images on a strip-shaped recording substrate (17) in a printing or copying machine, having
    - a thermoprinting fixing device (11, 12) for thermoprinting fixing of the toner images on the recording substrate (17),
    - a heated preheating saddle (15), which is located upstream of the thermoprinting fixing device (11, 12) in the recording substrate running direction, for preheating and guiding the recording substrate (17), with the following features:
    - the preheating saddle (15) is subdivided in the recording substrate running direction into a plurality of heating zones (21, 23), the heating zones having heating elements (28), which, at least within the heating zones (21, 23), uniformly heat a gliding surface (24) receiving the recording substrate (17), and having temperature sensors (32/1, 32/2, 32/3) for determining the surface temperature;
    - a control arrangement is provided which is assigned to the heating zones (21, 23), is coupled to the temperature sensors (32/1, 32/2, 32/3) and, taking into account
    a) the desired temperature (TS) entered via peripheral entry means (43),
    b) further operating parameters, such as type of material of the recording substrate, basis weight, printing speed, and
    c) relationships, which are determined empirically and stored in memory elements (SP1, SP2) in the form of allocation tables, between the parameters mentioned under a) and b), on the one hand, and the thermal energy flow or coefficient of temperature rise, on the other hand, controls the surface temperature of the heating zones (21, 23) so that, along the preheating saddle (15), an approximately constant thermal energy flow occurs from the gliding surfaces (24) to the recording substrate (17) and
    - the preheating saddle (15) is designed as a low temperature saddle with a minimum total length of the heated gliding surfaces (24) at which a coefficient of temperature rise in the recording substrate (17) and dependent on the recording substrate material is not exceeded.
  2. Thermofixing device according to Claim 1, having a recording substrate (17) of paper or paper-like material and a coefficient of temperature rise in the recording substrate (17) of a maximum of 180° Kelvin per second.
  3. Thermofixing device according to Claim 1, having a sensor (32/1, 32/2, 32/3) arranged in the heating zones (21, 23) in a region approximately centrally up to the last third of the preheating saddle (15) in the recording substrate running direction.
  4. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 3, having a preheating saddle (15) having a first heating zone of low temperature designed as a preheating saddle (21) and a second heating zone of higher temperature designed as a heating saddle (23) and arranged downstream in the paper running direction.
  5. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 4, having holes (26) arranged in the saddle for the exchangeable accommodation of heating elements.
  6. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 5, having a plurality of transverse heating zones (30/1, 30/2, 30/3), designed to be drivable individually as a function of the width of the recording substrate (17) and arranged on the saddle (15) transversely to the recording substrate running direction.
  7. Thermofixing device according to Claim 6, having a sensor (32/1 to 32/3) assigned to each transverse heating zone (30/1 to 30/3) and arranged transversely to the recording substrate running direction, approximately centrally to each transverse heating zone (30/1 to 30/3).
  8. Thermofixing device according to Claim 6 or 7, having a first transverse heating zone (30/1) assigned to a minimum recording substrate width and further second and third transverse heating zones (30/2, 30/3) of approximately equal width adjoining the first transverse heating zone (30/1).
  9. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 8, having openings (25) arranged on the gliding surfaces (24) of the heating zones (21, 23) and connected to a suction device (27) producing a vacuum.
  10. Thermofixing device according to Claim 9, the openings (25) being designed as slot-shaped depressions having lateral suction openings (26) and extending over the width of the heating zones (21, 23).
  11. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 10, having
    - a preheating saddle (15) with a domed gliding surface (24), the gliding surface having a doming radius which is dimensioned in such a way that, in fixing operation, the recording substrate (17) rests on the gliding surface (24) over the entire saddle length.
  12. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 11, having
    - a preheating saddle (15) which has, at one end facing the thermoprinting fixing device (11, 12), a smoothing edge (48), over which the recording substrate (17) is deflected out of a running direction determined in the region of the smoothing edge (48) by the gliding surface (24) into an approach direction towards the thermoprinting fixing device (11, 12), the deflection angle (49) being dimensioned in such a way that a smoothing effect is exerted on the recording substrate (17).
  13. Thermofixing device according to Claim 12, having a deflection angle of at least seven degrees of angle.
  14. Thermofixing device according to either of Claims 11 and 12, having
    - a heated fixing roller (11) assigned to the thermoprinting fixing device (11, 12) and
    - a preheating saddle (15) which is pivotably arranged in front of the fixing roller (11) in the recording substrate running direction in such a way that, in an operating condition assigned to fixing operation, the recording substrate is fed to the fixing roller (11) over the smoothing edge (48) and, in a condition assigned to a standby operation, is lifted off from the fixing roller (11), no deflection over the smoothing edge (48) taking place.
  15. Thermofixing device according to one of Claims 1 to 14, having
    - a preheating saddle (15) which is composed of heating zone modules which can be built in independently and are designed as preheating modules which can be built in in a fixed position or as heating modules which can be pivotably built in, at least one heating zone (21, 23) being assigned to each heating zone module.
  16. Printing or copying machine having a thermofixing device according to one of Claims 1 to 15.
  17. Process for fixing toner images on a recording substrate (17), having the following process steps:
    - preheating of the recording substrate (17) along a heated preheating zone (15) to a melting temperature assigned to a melting range of the toner image material, the heating power required for heating the recording substrate (17) being supplied to the recording substrate (17) along the preheating zone (15) in such a way that, along the preheating zone (15), an approximately constant thermal energy flow to the recording substrate (17) occurs and that a coefficient of temperature rise, which is dependent on the recording substrate material, is not exceeded
    - fixing of the toner images on the preheated recording substrate (17) by means of pressure and by heating the toner images to a melting temperature assigned to the melting range of the toner image material.
  18. Process according to Claim 17, having a melting range of the toner material of 100 to 140°C.
  19. Process according to Claim 17 or 18; having toner images which contain thermally fixable toner particles of a polymeric compound, at least 25 % by weight of the toner particles comprising a covalent or ionically crosslinked polymer having polyester or styrene groups.
EP93922940A 1992-10-22 1993-10-12 Thermofixing arrangement for printing or copying machines with a low temperature preheating saddle Expired - Lifetime EP0665964B1 (en)

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