WO1994009410A1 - Wärmefixiereinrichtung für druck- oder kopiergerät mit einem niedertemperaturvorwärmsattel - Google Patents

Wärmefixiereinrichtung für druck- oder kopiergerät mit einem niedertemperaturvorwärmsattel Download PDF

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WO1994009410A1
WO1994009410A1 PCT/EP1993/002806 EP9302806W WO9409410A1 WO 1994009410 A1 WO1994009410 A1 WO 1994009410A1 EP 9302806 W EP9302806 W EP 9302806W WO 9409410 A1 WO9409410 A1 WO 9409410A1
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recording medium
saddle
heating
preheating
fixing device
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PCT/EP1993/002806
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French (fr)
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Edmund Creutzmann
Andreas Eckardt
Joachim Hoffmann
Walter Kopp
Josef Windele
Original Assignee
Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat

Definitions

  • Heat fixing device for printing or copying machine with a low temperature preheating saddle
  • heat-fixing devices are used in printing or copying devices, which have a preheating saddle with a subsequent fixing zone comprising a heated fixing roller and 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 then via the
  • Heating elements in the direction of the paper outlet the amount of heat emitted is reduced.
  • the paper inlet is therefore 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 recording medium off the saddle immediately when the printer stops, in order to prevent burning of the paper. 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 can flutter in the area of the saddle. As a result, the paper partially lifts off the saddle, which worsens the heat transfer.
  • paper contains a relatively high proportion of water which 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 passing through the fixing device.
  • Another object of the invention is to provide a heat-fixing device which, without fluctuations in the fixing quality, makes it possible to fix recording media of various widths and to avoid warping and deformation of the fixed recording medium.
  • the saddle is designed as a low-temperature saddle with the greatest possible length, so that the temperature difference between the recording medium and saddle is as small as possible, and if the saddle is further divided into individually adjustable, uniformly heated heating zones in the direction of the recording medium, then the heating zones can be separated 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.
  • Heating zones transverse to the direction of the recording medium which can be controlled as a function of the width of the recording medium.
  • 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 generating a vacuum. 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, they can be easily replaced and the saddle itself can be manufactured 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 recording medium on the saddle surface, stabilizes the recording medium guidance and thus leads to an improved heat transfer.
  • peripheral input means e.g. provided in the form of a keyboard, by means of which the heating power of the fixing device is automatically adapted to these parameters by inputting operating parameters such as paper weight, fixing temperature, etc.
  • 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 illustration 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.
  • the polymeric material e.g. The polyester, existing toner image is heated via a heated fixing roller into the melting area 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. In this area must and 'the toner can be achieved without excessive heating of the fusing temperature, so that it connects with the recording medium or adheres to this gentle. If the recording medium has a substantially lower temperature than the toner during 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 range, which is between 90 * - 125 "for polymeric toner, the toner is attached to the
  • the record carrier In printing and copying machines that work with continuous paper, the record carrier is usually preheated via a preheating saddle, over which the record carrier slides with its non-stressed side and so 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 is part of this application.
  • 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 heat 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 tempera The coefficient of increase in temperature measured in degrees Kelvin per second denotes a limit value for a permissible temperature increase per second when the recording medium is heated. It is a material-dependent value that can be determined by tests.
  • the temperature coefficient is therefore an essential parameter when dimensioning the length of the preheating zone or the preheating saddle used for heating. If one has determined the heating power to be supplied as a function of the melting temperature to be set and the heaviest recording medium used and other parameters such as printing speed, the required heating zone length or sliding surface length on the preheating saddle can be observed while observing the other boundary conditions, such as Determine constant specific power distribution (watts per cm) or uniform heat energy flow (watts per area) along the saddle with minimal temperature difference between the saddle surface and the recording medium.
  • the upper surface temperature of the recording medium when entering the saddle surface and when leaving the saddle surface with the heaviest recording medium is measured with the highest permissible printing speed and the temperature rise per second is determined therefrom. Optimization is possible by comparison with the previously determined temperature increase coefficient of the recording medium, the overall length having to be dimensioned at least such that the temperature rise is below the temperature rise coefficient.
  • the temperature rise coefficient is a statistical limit value, beyond which a permanent quantitative change in the material structure occurs, which is noticeably noticeable.
  • the saddle length can be maintained for other lighter papers.
  • an input keyboard for inputting operating parameters such as 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 power and sets it on the heating elements of the heating zone.
  • the output is evenly distributed over the length of the heating and preheating saddle.
  • An electrophotographic printing device for printing on continuous paper contains a heat-fixing device shown schematically in FIG.
  • the heat fixing device is designed as a thermal pressure fixing device. It contains a heating roller 11 heated by radiators 10 and a pressure roller 12 which can be pivoted and pivoted to 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 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 in front of the rollers in the direction of recording medium transport, which serves to preheat a recording medium 17 designed as an endless paper and, in the preheated state, to feed the actual fixing gap between the rollers 11 and 12. 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 stationary preheating saddle 21 and a heating saddle 23 which can be pivoted about a pivot point 22.
  • the preheating saddle 21 and heating saddle 23 form viewed in the paper running direction two separate 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 arched with a curvature radius which is 700 mm in the example shown. 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. This also jeopardizes the stability of the paper run on the saddle.
  • the saddles 21 and 23 have elongated depressions 25 transversely to the paper running direction, which 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, connected. The record carrier becomes due to the negative pressure
  • Paper is sucked onto the sliding surfaces 24 of the saddles and the water vapor released by the preheating is sucked off.
  • the saddles 21 and 23 are heated by electrical resistance elements in the form of replaceable arranged heating cartridges 28.
  • the saddles 21 and 23 have through holes 29. In the event of a defect, these bores enable each individual heating cartridge 28 to be exchanged.
  • the saddles 21 and 23 can be produced 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). This
  • Cross heating zones 30/1 to 30/3 serve 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 recording medium width.
  • 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 transversely to the paper running direction approximately in the middle of the respective heating zones. When viewed in 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.
  • 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 arranging the heating cartridges 28 in the bores 29. This is as follows:
  • 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 central zone 30/2 is inserted into the second bore.
  • 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 is regulated 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. Gel section 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 predefinable target temperature TS and regulates it as a function of the control deviation to the target temperature TS.
  • 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 adapted 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 weight per unit area of the recording medium, the desired outlet temperature on the preheating saddle, etc.
  • the control panel stands in connection with a computer-controlled arrangement which is part of the control system . rdnu ⁇ g 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, by means of which, after the corresponding parameters have been entered via the control panel 43, the corresponding electrical values of the preheating saddle to be controlled and regulated are assigned. 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, it is also necessary to adjust the heating output.
  • 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.
  • Pl is in the curve the temperature profile is shown on the paper or recording medium.
  • the curves VD and VS denote the temperature profile on the saddle surface of the preheating saddle 21 in the printing mode VD and in the standby mode VS.
  • the curves HD and HS show the temperature profile in the printing mode HD and standby mode HS on the heating saddle surface.
  • the positions of the sensors of the preheating saddle and the heating saddle are designated 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, specifically if only this heating zone 30/1 is active, ie a recording medium with a minimal width sweeps over the saddle . If the recording medium of a different width is used, a similar temperature profile applies when the heating zones 30/2 or 30/3 are additionally 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 saddle temperature being via the control panel 43 the exit temperature of the paper can be entered after leaving the saddle.
  • 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 the 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. arranges and regulates so that the heat energy flow per surface from the saddle to the paper along the saddle is constant.
  • the length of the saddle is basically determined so that the temperature difference AT between the saddle surface (sliding surface) and paper becomes constant and as small as possible.
  • the length of the saddles is limited by the maximum structural length available 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.
  • Paper or with paper in standby state removes heat 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.
  • the preheating saddle to a temperature of about 80 * and the
  • Heating saddle has a temperature of about 130 °. This results in the temperature profile shown in FIG. 6.
  • the preheating saddle has the temperature of 80 "over its entire area in accordance with curve VS and the heating saddle over its entire area has the temperature of 130 ° in accordance with curve HS.
  • the temperature curve tilts around Sensor positions SV and SH, so that the steady-state temperature curve represented by the curves VD and HD is set in printer operation
  • Heating zones is increased. However, this leads to additional effort. As shown, the condition can also be reached approximately with a saddle which has two heating zones, namely preheating saddle and heating saddle.
  • the regulation process is as follows:
  • 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.
  • the controller 42 of the device is informed of the operational readiness of the fixing station.
  • heat is removed from the saddle via the paper, 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.
  • This disturbance variable influence is symbolically represented in the control circuit of FIG. 3 as disturbance variable SG.
  • the actual temperature resulting after subtracting the disturbance variable is detected by 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.
  • the heating saddle 23 of the preheating saddle 15 can be pivoted arranged in the device.
  • the heating saddle is mounted so that it can be pivoted 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 stepping 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. out
  • 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 an angle 49 that is as large as possible, 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 been found to be advantageous, the smoothing effect also occurring to a limited extent even at 5 ⁇ or 6 ⁇ deflection angles.
  • 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 required preheating saddle length is also reduced. 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, when the printing speed is increased, the preheating saddle length 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.
  • the gentle warming up during fixation means that the advantageous fixation properties Cross-linked toner shafts still 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-containing polymer or a polymer consisting of styrene groups, which is covalently or ionically cross-linked to such a degree that the melting range of the toner particles is increased by at least 10% compared to corresponding toner particles with non-cross-linked polymer.
  • microprocessor-controlled control device 40 analog-to-digital converters

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Abstract

Eine Wärmefixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger (17) eines elektrofotografischen Druck- oder Kopiergerätes enthält eine Thermodruckfixierstation (11, 12) sowie eine in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung der Thermodruckfixierstation vorgelagerten beheizten Vorwärmsattel (15). Der Vorwärmsattel (15) ist als Niedertemperatursattel mit möglichst großer Baulänge ausgebildet, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger (17) und Satteloberfläche (24) möglichst gering ist. Er weist in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung mehrere Heizzonen (21, 23) auf. Eine Regeleinrichtung regelt die Heizzonen (21, 23) derart, daß sich längs des Vorwärmsattels (15) ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß an der Satteloberfläche (24) auf den Aufzeichnungsträger (17) einstellt. Zur Anpassung des Vorwärmsattels (15) an verschiedene Aufzeichnungsträgerbreiten ist der Vorwärmsattel quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in einzeln ansteuerbare Querheizzonen (30/1 bis 30/3) unterteilt.

Description

Wärmefixiereinrichtung für Druck- oder Kopiergerät mit einem Niedertemperaturvorwärmsattel
Zum Thermodruckfixieren von Tonerbildern auf einem meist aus Papier bestehenden Aufzeichnungsträger werden in Druck- oder Kopiergeräten Wärmefixiereinrichtungen ver- wendet, die einen Vorheizsattel mit nachgeschalteter Fi¬ xierzone aus beheizter Fixierwalze und Andruckwalze auf¬ weisen.
Derartige Wärmefixiereinrichtungen sind zum Beispiel aus der US-A-4147922 oder Japan-Abstract Vol. 13 , Nr. 120, arch 24, 1989 (JP-A-63-292177) bekannt.
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 Papier¬ einlaufes des Vorheizsattels die größte Wärmemenge an den Aufzeichnungsträger abgegeben wird und daß dann über die
Heizelemente in Richtung Papierauslauf die abgegebene Wär¬ memenge reduziert wird. Damit ist der Papiereinlauf der re¬ lativ heißeste Bereich des Sattels.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein schnelles Auf¬ heizen 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 Pa- pieres 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.
Ein schnelles Aufheizen erfordert außerdem eine hohe spe¬ zifische Heizleistung mit leistungsstarken Heizelementen und eine aufwendige Regelung. Wegen der hohen Heizleistung ist es deshalb notwendig, bei Druckerstop den Aufzeich¬ nungsträger sofort von dem Sattel abzuheben, um ein Ver- brennen des Papieres zu verhindern. Dies macht umfangrei¬ che Steuerungseinrichtungen notwendig, was das Papierhand- ling insgesamt verschlechtert.
Bei modernen elektrofotografischen Druckeinrichtungen wer- den außerdem im selben Gerät Aufzeichnungsträger unter¬ schiedlichster 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.
Eine derartige Temperaturverteilung hat erhebliche Nach¬ teile. Das Papier wird ungleichmäßig aufgeheizt, was zu Schwankungen in der Fixierqualität führt und auch Papier- laufprobleme verursachen kann. Die maximale Heizsattel¬ temperatur muß vermindert werden, da die Gefahr der Über¬ hitzung der Heizelemente besteht und die Lebensdauer der Heizelemente sich dadurch verkürzt. Die Energieverluste sind relativ groß und der Innenbereich des Gerätes wird unnötig aufgeheizt.
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 Druckge- schwindigkeiten und bei der Verwendung von vorgefalteten bzw. ungleichmäßig dicken Papieren kann es zu Flatterbe¬ wegungen des Papiers im Bereich des Sattels kommen. Da¬ durch hebt das Papier partiell vom Sattel ab, was den Wärmeübergang verschlechtert. Außerdem enthält Papier ei¬ nen 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.
Ziel der Erfindung ist es deshalb eine Wärmefixiereinrich¬ tung und ein Verfahren zum Fixieren bereitzustellen, bei dem der Aufzeichnungsträger beim Durchlauf durch die Fi¬ xiereinrichtung einer möglichst geringen Wärmebelastung ausgesetzt wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Wärmefixier¬ einrichtung bereitzustellen, die es ohne Schwankungen der Fixierqualität ermöglicht, Aufzeichnungsträger unter¬ schiedlichster Breite zu fixieren und bei der Verwerfungen und Verformungen des fixierten Aufzeichnungsträgers ver¬ mieden werden.
Diese Ziele werden bei einer Wärmefixiereinrichtung der genannten Art gemäß den Merkmalen der Hauptansprüche ge¬ löst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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 Auf¬ zeichnungsträgerlaufrichtung in einzel regelbare, gleich¬ mäßig beheizte Heizzonen, dann lassen sich die Heizzonen so regeln, daß sich längs des Sattels ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß vom Sattel auf den Aufzeichnungsträger einstellt.
Durch diese Maßnahme wird die Wärmebelastung für den Auf¬ zeichnungsträger sehr gering. Trotzdem läßt sich die Wär¬ mefixiereinrichtung auch in Druckeinrichtungen verwenden mit hoher und sehr hoher Druckgeschwindigkeit.
Von Vorteil ist außerdem die Aufteilung des Sattels in
Heizzonen quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung, die in Abhängigkeit von der Breite des Aufzeichnungsträgers an¬ steuerbar sind.
Damit läßt sich das Heizverhalten des Sattels unmittelbar an die Breite des durchlaufenden Aufzeichnungsträgers an¬ passen, was eine konstante Fixierqualität unabhängig von der Breite des verwendeten Aufzeichnungsträgers garan¬ tiert.
Um einen guten Kontakt zwischen Aufzeichnungsträger und Gleitfläche des Sattels unabhängig von Druckgeschwindig¬ keit und verwendetem Papier zu ermöglichen, können bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf der Gleitfläche Öffnungen angeordnet sein, die mit einer Un¬ terdruck 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 abge- saugt.
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. 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 Aufzeichnungs- trägers an der Satteloberfläche, stabilisiert die Auf¬ zeichnungsträgerführung und führt somit zu einem verbes¬ serten Wärmeübergang.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wär- mefixiereinrichtung sind am Gerät periphere Eingabemittel, z.B. in Form einer Tastatur vorgesehen, über die durch Eingabe vom Betriebsparametern, wie Papiergewicht, Fixier¬ temperatur etc., die Heizleistung der Fixiereinrichtung diesen Parametern automatisch angepaßt wird.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarstelltung einer Wär¬ mefixiereinrichtung für eine elektrofotografische Druck¬ einrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines in der Wärme- fixiereinrichtung 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 Druckein¬ richtung an einem Drehstromnetz nach US-Norm, Figur 5 eine schematische Darstellung der Beschaltung der Heizelemente bei einem Betrieb der Druckeinrichtung an ei¬ nem 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.
Bei der Wärmefixierung eines Aufzeichnungsträgers mit dar¬ auf angeordnetem Tonerbild wird in einem Fixierspalt unter Druck und Wärme das aus polymerem Material, z.B. Poly¬ ester, bestehende Tonerbild über eine beheizte Fixierwalze bis in den Anschmelzbereich hinein erhitzt und so mit dem Aufzeichnungsträger verbunden.
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 niedere Temperatur als der Toner, wird der Grenzfläche über den Aufzeichnungsträger Wärme entzogen, was zu einer fehler¬ haften 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 Tempe¬ ratur 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 kleb- rig, was die eigentliche Fixierung im Fixierspalt erleich¬ tert. Bei Druck- und Kopiergeräten, die mit Endlospapier arbeiten, wird der Aufzeichnungsträger üblicherweise über einen Vorwärmsattel vorgewärmt, über den der Aufzeich- nungsträger mit seiner nichtbetonerten Seite gleitet und so Wärme aufnimmt. Dabei besteht das Problem, daß die Wär¬ me auf der Toner abgewandten Seite aufgenommen wird, so daß damit erst nach Erwärmung des eigentlichen Aufzeich¬ nungsträgers eine Erwärmung der Grenzfläche zum Toner stattfindet. In Abhängigkeit von der Dicke des Aufzeich¬ nungsträgermaterials und seiner Struktur und der Druckge¬ schwindigkeit erfordert dies eine schnelle Zuführung von Heizleistung über den Vorwärmsattel. Die Vorgänge bei der Wärmefixierung werden ausführlich in der US-A-3938992 be- schrieben, deren Offenbarung Bestandteil dieser Anmeldung ist.
Zum Vorwärmen des Aufzeichnungsträgers auf eine Temperatur im Anschmelzbereich des Tonermaterials muß dem Aufzeich- nungsträger in der Vorheizzone ein im wesentlichen von der Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittstem¬ peratur und der Wärmekapazität des Aufzeichnungsträgers abhängige Heizleistung zugeführt werden.
Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer zu schnellen und ungleichmäßigen Zuführung der Heizleistung durch einen auftretenden Temperaturschock im Aufzeichnungsträger blei¬ bende Verformungen auftreten, in Form von Wellen oder Wöl¬ bungen, die den Fixiervorgang insgesamt und insbesondere die Nachverarbeitung des bedruckten Aufzeichnungsträgers negativ beeinflussen. Deswegen ist es günstig, den Auf¬ zeichnungsträger 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 Tempera- turanstiegskoeffizient gemessen in Grad Kelvin je Sekunde bezeichnet einen Grenzwert für einen zulässigen Tempera¬ turanstieg je Sekunde beim Aufheizen des Aufzeichnungs¬ trägers. 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 festge¬ stellt, daß der Temperaturanstiegskoeffizient vom Flä- chengewicht abhängt. Je schwerer das Papier ist, um so geringer ist der Koeffizient. Das bedeutet, um Verwer¬ fungen zu vermeiden, müssen schwere Papiere langsamer er¬ hitzt werden als dünne leichte. Werden aber in einem Druck- oder Kopiergerät unterschiedliche Papiersorten ver- arbeitet, muß die Geometrie und die Art der Vorheizung der Wärmefixiereinrichtung entsprechend dieser schwersten Pa¬ piersorte ausgelegt sein. Der Temperaturanstiegskoeffi-
2 zient des Papieres beträgt bei 160 gr/m Flächengewicht
120 K/sec; bei 70 gr/m2 Flächengewicht 155 K/sec.
Der Temperaturkoeffizient ist damit ein wesentlicher Para¬ meter bei der Bemessung der Länge der Vorheizzone bzw. des der Erwärmung dienenden Vorwärmsattels. Hat man in Ab¬ hängigkeit von der einzustellenden Anschmelztemperatur und des verwendeten schwersten Aufzeichnungsträgermaterials und anderer Parameter, wie Druckgeschwindigkeit, die not¬ wendige zuzuführende Heizleistung ermittelt, läßt sich die erforderliche Heizzonenlänge bzw. Gleitflächenlänge auf dem Vorwärmsattel unter Einhaltung der sonstigen Randbe- dingungen, wie konstante spezifische Leistungsverteilung (Watt je cm) bzw. gleichmäßiger Wärmeenergiefluß (Watt je Fläche) längs des Sattels bei minimaler Temperaturdiffe¬ renz zwischen Satteloberfläche und Aufzeichnungsträger, ermitteln. Hierzu wird beispielsweise ausgehend von einer errechneten Sattellänge in einem konkreten Versuchsaufbau über berührungslos arbeitende Infrarotmeßgeräte die Ober- flächentemperatur des Aufzeichnungsträgers beim Eintritt auf der Satteloberfläche und beim Verlassen der Sattel¬ oberfläche bei schwerstem Aufzeichnungsträger mit höchster zulässiger Druckgeschwindigkeit gemessen und daraus der Temperaturanstieg je Sek. ermittelt. Durch Vergleich mit dem vorher ermittelten Te peraturanstiegskoeffizieπten des Aufzeichnungsträgermaterials ist eine Optimierung möglich, wobei die Baulänge mindestens so bemessen sein muß, daß der Temperaturanstieg unter dem Temperaturanstiegskoeffi- zienten liegt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es sich bei dem Temperaturanstiegskoeffizienten um einen sta¬ tistischen Grenzwert handelt, bei dessen Überschreitung eine bleibende quantitative Materialstrukturveränderung auftritt, die sich störend bemerkbar macht.
Hat man so für den Worse-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 Aufzeich- nung des dünneren Aufzeichnungsträgers erforderlichen re¬ duzierten Heizleistung diese entsprechend anzupassen. Da¬ mit 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 Geräte¬ steuerung angeordnete rechnergesteuerte Einrichtung ermit¬ telt dann automatisch die erforderliche Heizleistung und stellt sie an den Heizelementen der Heizzone ein.
Bei einem Vorwärmsattel, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, der aus einem Vorheizsattel und einem Heizsattel zu¬ sammengesetzt ist, ergab sich folgende Beziehung für die Berechnung der gesamten Heizsattelleistung. Pmax = PPap + PH20 + PH20Dampf + PKonvekt
Pmax = GPap.max x vPap x bPap.max x cPap x TPap. + (GH20max ' A#) x vPap x bPap.max x CH20 x
TH20x + (qH20 x GH20Darnpf) / 200fJ Blatt + pκonvekt. p mmaa.x„ = 5895 W + 1343 W + 1608 W + 300 W
PmmaQxV = 9146 W
Beschreibung der Parameter und ihre Werte:
Diese Werte gelten für die ungünstigsten Bedingungen (schwerstes Papier, breitestes
Papier, maximaler Wasseranteil)
Temperatur der Papiervorwärmung
Geschwindigkeit der Papierbahn o maximales, spezifisches Papiergewicht maximale Papierbreite spezifische Wärme von Papier maximaler H20-Anteil pro 2000 Blatt
Erwärmungstemperatur des H20 verdampfter H20-Anteil pro 2000 Blatt
Verdampfungswärme von H20 spezifische Wärme von H20
Laufzeit für 2000 12-Zoll-Blatt
Fläche einer 2000 12-Zoll-Blatt langen Papierbahn
Figure imgf000012_0001
Die Leistung ist gleichmäßig über die Länge von Heiz- und Vorwärmsattel verteilt.
Das bedeutet, daß bei einer Länge des Heizsattels von 300 mm und einer Länge des Vorheizsattels von 240 mm sich eine spezifische Leistungsverteilung in Papierlaufrichtung von 169 W/cm ergibt.
Eine elektrofotografische Druckeinrichtung zum Bedrucken von Endlospapieren enthält, eine in der Figur 1 schematisch dargestellte Wärmefixiereinrichtung. Die Wärmefixierein¬ richtung ist als Thermodruckfixiereinrichtung ausgebildet. Sie enthält eine über Strahler 10 beheizte Heizwalze 11 und eine elektromotorisch an die Heizwalze 11 an- und ab¬ schwenkbare Andruckwalze 12. Die Heizwalze besteht aus einem Aluminiumzylinder mit darauf angeordneter wärmebe¬ ständiger Beschichtung, die Andruckwalze besteht ebenfalls aus einem Aluminiumzylinder mit einer Beschichtung aus
Silikon. Die Heizwalze 11 wird elektromotorisch angetrie¬ ben. Der Heizwalze 11 ist eine Beölungseinrichtung 13 zum Auftragen von Trennöl auf die Heizwalze zugeordnet. In Aufzeichnungsträgertransportrichtung den Walzen vorgela- gert ist ein beheizter Vorwärmsattel 15 mit zugehöriger Unterdruckbremse 16, der dazu dient, einen als Endlospa¬ pier ausgebildeten Aufzeichnungsträger 17 vorzuwärmen und im vorgewärmten Zustand dem eigentlichen Fixierspalt zwi¬ schen 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.
Eine den Walzen 11 und 12 in Papierlaufrichtung nachgeord- nete Kühleinrichtung 18 sorgt für eine Kühlung des erwärm¬ ten Papieres. Hierzu enthält die Kühleinrichtung 18 eine mit Öffnungen versehene Kühlfläche 19, die von dem Auf¬ zeichnungsträger 17 überstrichen wird, wobei über einen Luftzuführungskanal 20 zugeführte kalte Luft aus den Öff¬ nungen strömt und ein kühlendes Luftpolster unter dem Auf¬ zeichnungsträger 17 entsteht. Gleichzeitig wird über ein gegenüberliegendes Profil Luft auf die betonerte Seite des Aufzeichnungsträgers geblasen. Bei der beschriebenen Wärmefixiereinrichtung erfolgt die Vorwärmung des Endlospapiers 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 Papier¬ laufrichtung 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 sei- ner tonerfreien Seite auf Gleitflächen 24 des Vorheizsat¬ tels 21 bzw. Heizsattels 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 aus¬ gebildet mit einem Wölbungsradius, der bei dem dargestell¬ ten Beispiel 700 mm beträgt. Durch die Wölbung der Gleit¬ flächen 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 gefähr¬ det. 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 Unterdruckka¬ nal verläuft unterhalb der Sättel und ist mit einer Unter¬ druck erzeugenden Einrichtung, z.B. einer Pumpe, verbun- den. Durch den Unterdruck wird der Aufzeichnungsträger
(Papier) an die Gleitflächen 24 der Sättel angesaugt und der durch die Vorwärmung freiwerdende Wasserdampf abge¬ saugt.
Die Beheizung der Sättel 21 bzw. 23 erfolgt durch elektri¬ sche Widerstandselemente in Form von auswechselbar ange- ordneten Heizpatronen 28. Zur Aufnahme der Heizpatronen 28 weisen die Sättel 21 bzw. 23 durchgehende Bohrungen 29 auf. Diese Bohrungen ermöglichen bei einem Defekt das Aus¬ tauschen jeder einzelnen Heizpatrone 28. Außerdem können damit die Sättel 21 bzw. 23 kostengünstig aus Aluminium- strangpreßprofil hergestellt werden.
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 Sät¬ tel an verschiedene Aufzeichnungsträgerbreiten. Die erste Heizzone 30/1 wird an einer Seite begrenzt durch die fest¬ stehende Papierlaufkante 31. Diese Heizzone 30/1 ist so breit wie die minimale Aufzeichnungsträgerbreite. Der restliche Bereich der Sättel bis zur maximalen Aufzeich¬ nungsträgerbreite 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 Rege- lung der Heizzonen auf. Er befindet sich jeweils quer zur Papierlaufrichtung etwa in der Mitte der jeweiligen Heiz¬ zonen. In Papierlaufrichtung gesehen wird die Sensorposi¬ tion 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 Regel¬ temperatur 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 Drit¬ tel der Sättel herausgestellt.
Erzeugt werden die Heizzonen 30/1 bis 30/3 durch die An- Ordnung der Heizpatronen 28 in den Bohrungen 29. Diese ist wie folgt:
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 zwei¬ te 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.
Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, werden die Heizpa- troneπ 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 Heiz- patronen paarweise in Reihe (Fig. 5) (europäisches Dreh¬ stromnetz) oder parallel (Fig. 4) (Drehstromnetz USA) an¬ geschlossen.
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 er¬ sten 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.
Geregelt wird die Oberflächentemperatur der Sättel und da- mit die Temperatur des Aufzeichnungsträgers mit Hilfe ei¬ ner Regelanordnung, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist.
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 Re- gelstrecke 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 um¬ gesetzt und in einem nachfolgenden Verstärker 37 ver- stärkt. Eine Regelanordnung 39 vergleicht die Ist-Tempera¬ tur mit einer vorgebbaren Soll-Temperatur TS und regelt in Abhängigkeit von der Regelabweichung auf die Soll- Temperatur TS.
Die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 enthält einen Analog-Digital-Wandler 40 mit zugehörigem programm¬ gesteuerten Zweipunktregler 41. Sie weist weiterhin eine Zentraleinheit CPU auf, die mit entsprechenden Speicher¬ bereichen SP1 und SP2 in Verbindung steht. Gekoppelt ist die mikroprozessorgesteuerte Regelanordnung 39 außerdem mit dem Controller 42 der Druckeinrichtung, der in übli¬ cherweise aufgebaut ist mit einem Bedienfeld 43 am Gerät. Die gesamte Regelanordnung kann Bestandteil der Geräte¬ steuerung des Gerätes sein. Ein zusätzliches Niederspaπ- nungsnetzteil 44, das mit dem eigentlichen Netzteil 34 gekoppelt ist, sorgt für die Stromversorgung der Geräte¬ steuerung und damit der mikroprozessorgesteuerten Regelan¬ ordnung 39.
wie bereits eingangs erläutert, muß bei der Verwendung von Aufzeichnungsträgern mit unterschiedlicher Materialstruk¬ tur, insbesondere unterschiedlichem Flächengewicht, die Heizleistung, die dem Vorwärmsattel zugeführt wird, ent¬ sprechend angepaßt werden. Ähnliches gilt für die Anpas- sung der Sattelaustrittstemperatur an den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger. Um diese Heizleistung bzw. sonstige Parameter am Vorwärmsattel, wie z.B. die Austrittstempera¬ tur einstellen zu können, enthält das Gerät ein Bedienfeld 43 zur Eingabe verschiedener Betriebsparametern, wie Flä- chengewicht des Aufzeichnungsträgers, gewünschte Aus¬ trittstemperatur am Vorwärmsattel usw. Das Bedienfeld steht mit einer rechnergesteuerten Anordnung in Verbin¬ dung, die Teil der Regelaπo.rdnuπg 39 sein kann und die eine Zentraleinheit CPU enthält, die mit entsprechenden Speichern SP1 und SP2 in Verbindung steht.
In den Speichern SP1 bis SP2 sind Zuordnungstabellen oder Kennlinien gespeichert, über die nach Eingabe der ent¬ sprechenden Parameter über das Bedienfeld 43 die entspre¬ chenden zu steuernden und regelnden elektrischen Werte des Vorwärmsattels zugeordnet werden. Diese Werte werden dann der Regelanordnung 39 als Sollwert zugeführt. Bei dem dar¬ gestellten 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 Ein¬ trittstemperatur des Papiers in die Fixierzone zwischen den Walzen 11 und 12. Die Angabe der Betriebsparameter war nur beispielhaft. Bei einer Änderung der Druckgeschwindig¬ keit oder bei einer Änderung der Papierbreite ist eben- falls eine Anpassung der Heizleistung notwendig. Dies ge¬ schieht automatisch durch entsprechende Zuschaltung der einzeln ansteuerbar ausgestalteten, quer zur Aufzeich¬ nungsträgerlaufrichtung 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 Druckeinrich¬ tungen, die mit Endlospapier arbeiten, mit einer konstan¬ ten Aufzeichnungsträgervorschubgeschwindigkeit (Druckge- schwindigkeit) gearbeitet.
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 Pl ist dabei der Temperaturverlauf auf dem Papier bzw. Aufzeichnungs¬ träger dargestellt. Die Kurven VD und VS bezeichnen dabei den Temperaturverlauf auf der Satteloberfläche des Vor¬ heizsattels 21 im Druckbetrieb VD und im Standby-Betrieb VS. Die Kurven HD und HS den Temperaturverlauf im Druck¬ betrieb HD und Standby-Betrieb HS auf dar Heizsattelober¬ fläche. Die Positionen der Sensoren des Vorheizsattels und des Heizsattels ist mit SV und SH in den Kurven bezeich¬ net. Dabei ist anzumerken, daß das Diagramm den Temperatur- verlauf innerhalb der Heizzone 30/1 sowohl des Vorheiz¬ sattels als auch des Heizsattels darstellt und zwar wenn nur diese Heizzone 30/1 aktiv ist, d.h. ein Aufzeichnungs¬ träger mit minimaler Breite den Sattel überstreicht. Wer¬ den Aufzeichnungsträger anderer Breite verwendet, gilt bei zusätzlicher Aktivierung der Heizzonen 30/2 bzw. 30/3 ein ähnlicher Temperaturverlauf.
Geregelt wird durch die Regelanordnung die Satteltempera¬ tur des Vorwärmsattels 15 und zwar durch Regelung der Heiz- zonen, nämlich dem Heizsattel 23 und dem Vorheizsattel 21. Ziel der Regelung ist dabei eine konstante Soll-Satteltem¬ peratur, wobei als Satteltemperatur über das Bedienfeld 43 die Austrittstemperatur des Papiers nach Verlassen des Sattels eingebbar ist. Die mikroprozessorgesteuerte Regel- anordnung 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 Ge¬ rätes 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 ange- ordnet 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 grund¬ sätzlich so bestimmt, daß die Temperaturdifferenz A T zwischen Satteloberfläche (Gleitfläche) und Papier kon¬ stant und möglichst gering wird. Die Länge der Sättel ist jedoch durch die zur Verfügung stehende maxmiale Bau¬ länge begrenzt und kann von Gerät zu Gerät variieren. An¬ gestrebt wird jedoch eine möglichst große Länge, damit eine möglichst schonende Aufheizung des Papiers erreicht wird.
Ein Problem ist dabei das dynamische Verhalten des Tempe¬ raturverlaufes beim Übergang von der Standby- bzw. Start- phase auf den Druckbetrieb. In der Startphase, d.h. ohne
Papier oder mit aufgelegtem Papier im Standby-Zustand fin¬ det 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.
Dabei wird sowohl im Standby-Betrieb als auch im Druckbe¬ trieb 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 ge¬ samte Fläche die Temperatur von 80" entsprechend der Kurve VS und der Heizsattel über seine gesamte Fläche die Tempe¬ ratur von 130° entsprechend der Kurve HS. Nach Aufnahme des Druckbetriebes kippt der Temperaturverlauf um die Sen¬ sorpositionen 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 Sattel- Oberfläche und Papier entlang der Satteloberfläche etwa konstant.
Eine noch exaktere Einstellung der konstanten Temperatur- differenz ist möglich, wenn die Anzahl der geregelten
Heizzonen erhöht wird. Dies führt jedoch zu einem zusätz¬ lichen Aufwand. Wie dargestellt, ist die Bedingung nähe¬ rungsweise 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 Solltempera- tur TS eingegeben. Die mikroprozessorgesteuerte Regelan¬ ordnung 39 schaltet über das Stellglied 33 die Heizpatro¬ nen 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 Ab¬ hängigkeit von der Papiertemperatur, dem Papiergewicht, der Druckgeschwindigkeit, der Papierdicke, der Oberflä¬ chenbeschaffenheit des Papieres und der Breite des Papie- res dem Sattel über das Papier Wärme entzogen. Dieser Störgrößeneinfluß ist im Regelkreis der Figur 3 als Stör¬ größe SG symbolisch dargestellt. Die nach Abzug der Stör¬ größe resultierende Isttemperatur wird über die Tempera¬ tursensoren 32/1 bis 32/3 erfaßt und in Form von elektri¬ schen Signalen der mikroprozessorgesteuerten Regelanord- nung 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.
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 eingangs- seitigen Ende über ein Lager 22 in dem Gerätegestell lös¬ bar verschwenkbar gelagert. Er weist etwa mittig eine am Heizsattel drehbar gelagerte Nockenrolle 45 auf, die mit einer im Gerätegestell beweglich gelagerten Exzenter¬ schnecke 46 zusammenwirkt. Angetrieben wird die Exzenter¬ schnecke 46 über eine Nockenwelle 47, die mit einem hier nicht dargestellten Schrittmotor in Verbindung steht. Durch Drehen der Exzenterschnecke 46 verschwenkt der Heiz¬ sattel 23 um den Drehpunkt 22. Damit kann er in Abhängig¬ keit von den Betriebszuständen des Gerätes in unterschied¬ liche Positionen positioniert werden, nämlich in eine dem Fixierbetrieb zugeordnete Betriebsposition (Position A; in der Figur 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt) mit an¬ geschwenkter Andruckwalze 12 und in eine dem Standby-Be¬ trieb zugeordnete Bereitschaftsposition (Position B; in der Figur 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt) mit ab¬ geschwenkter Andruckwalze 12. In der Bereitschaftsposition ist der Aufzeichnungsträger 17 von der heißen Fixierwalze 11 abgeschwenkt. Er liegt jedoch weiterhin auf dem beheiz¬ ten Vorwärmsattel 15 auf.
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 Ef¬ fekte wie Wasserverlust etc. der Aufzeichnungsträger schrumpft, was zu einer gewissen Breitenreduzierung führt. Damit treten beim Übergang in den nicht beheizten Papier¬ laufbereich kleine Wellen oder Verwerfungen auf.
Dieser Effekt ist insbesondere im Standby-Betrieb zu be¬ obachten, 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 Aufzeich¬ nungsträger im Fixierspalt zwischen Fixierwalze und An¬ druckwalze zugeführt, werden die entstandenen Verwerfungen beim Durchlauf durch den Fixierspalt durch Druck und Wärme in den Aufzeichnungsträger eingebügelt, was das Druckbild empfindlich stört.
Um dies zu verhindern, weist der Heizsattel 23 an seinem dem Fixierspalt zugeordneten Ende eine Glättungskante 48 auf, die als relativ scharfkantige Verrundung der Gleit¬ fläche 24 ausgebildet ist. Umschlingt die Aufzeichπungs- trägerbahn diese am Vorwärmsattelauslaufbereich angeordne¬ te 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 Sattel¬ kante 48 geglättet.
Die Heizsattelkante bzw. Glättungskante 48 sollte dabei möglichst nahe am Fixierspalt positioniert sein. Als vor¬ teilhaft hat sich ein Umlenkwinkel von mindestens sieben Winkelgraden oder größer herausgestellt, wobei der Glät- tungseffekt im beschränkten Umfange auch schon bei 5β oαer 6β Umlenkwinkel auftritt. Als Umlenkwinkel 49 wird der
Winkel bezeichnet, um die sich die Laufrichtung des Auf¬ zeichnungsträgers 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 Zu- laufrichtung des Aufzeichnungsträgers zum Fixierspalt zwi¬ schen Glättungskante 48 und Fixierspalt.
Damit sich die Glättungskante 48 in Bereitschaftsstellung (Standby-Betrieb) nicht in den Aufzeichnungsträger 17 ein- prägt, wird der Heizsattel 23 im Standby-Betrieb soweit abgeschwenkt, daß der Aufzeichnungsträger 17 nicht auf der Glättungskante 48 aufliegt bzw. von dieser umschlungen wird.
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 Vor¬ wärmsattel 15 aus Heizzonenmodulen zusammenzusetzen, z.B. aus einem ortsfesten Heizzonenmodul "Vorheizsattel" und einem verschwenkbaren Modul "Heizsattel" oder aber bei¬ spielsweise aus einem den Heizsattel bildenden Modul und mehreren den Vorwärmsattel bildenden Modulen, die zusam¬ mengesetzt dann den Vorwärmsattel 15 bilden. Auf diese Weise können Vorwärmsättel für verschiedene Gerätevarian- ten mit z.B. unterschiedlicher Druckgeschwindigkeit in einfacher Weise aufgebaut werden. Ist z.B. die Druckge¬ schwindigkeit und damit die Aufzeichnungsträgerlaufge- schwindigkeit 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 ei¬ ner Erhöhung der Druckgeschwindigkeit die Vorwärmsattel¬ länge durch Hinzufügen von weiteren Heizzonenmodulen ver- längern.
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- Schäften 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 Styrol- gruppen aufweisenden oder einem aus Styrolgruppen be¬ stehenden Polymer aufweist, das bis zu einem solchen Grade kovaleπt oder ionisch quervernetzt ist, daß der Anschmelz¬ bereich der Tonerteilchen um mindestens 10 % im Vergleich zu entsprechenden Tonerteilchen mit nichtquervernetztem Polymer erhöht ist.
Bezugszeichenliste
10 Strahler
11 Heizwalze, Fixierwalze
12 Anruckwalze
13 Beölungseinrichtung
15 Vorwärmsattel
16 Unterdruckbremse
17 Aufzeichnungsträger
18 Kühleinrichtung
19 Kühlfläche
20 Luftzuführungskanal
21 Vorheizsattel
22 Drehpunkt, Lagerpunkt
23 Heizsattel
24 Gleitfläche
25 längliche Vertiefung, Schlitz, Öffnung
26 Bohrung
27 Unterdruckkanal
28 Heizpatrone, Heizelement
29 Bohrungen für Heizpatronen 30/1 erste Querheizzone
30/2 zweite Querheizzone
30/3 dritte Querheizzone
31 feststehende Papierlaufkante
32/1 Temperatursensor
32/2 Temperatursensor
32/3 Temperatursensor
R, S, T, N Phasen eines Drehstromnetzes
33 Stellglied
34 Netzteil
35 Regelstrecke
36 Summationsglied
37 Verstärker
39 mikroprozessorgesteuerte Regeleinrichtung 40 Analog-Digital-Wandler
41 Zweipunkt-Regler
42 Controller
43 Bedienfeld
TS Solltemperatur
44 Niederspannungsnetzteil X Position in Millimetern
Y Temperatur in Grad Celsius
Pl Temperaturverlauf auf dem Aufzeichnungsträger
VD Temperaturverlauf im Druckerbetrieb auf der Oberfläche des Vorheizsattels
VS Temperaturverlauf im Stand-By-Betrieb auf der Oberfläche des Vorheizsattels
HD Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heiz¬ sattels im Druckbetrieb
HS Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Heiz¬ sattels im Stand-By-Betrieb T Temperaturdifferenz zwischen Aufzeichnungsträger und Satteloberfläche
SG Störgröße
GS Gerätesteuerung
CPU Zentraleinheit
SP1, SP2 Speicher
45 Nockenrolle
46 Exzenterschnecke
47 Nockenwelle
48 Glättungskante
49 Umlenkwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Wärmefixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger (17) in einem Druck- oder Kopiergerät mit
- einer Ther odruckfixiereinrichtung (11, 12) zum Thermo- druckfixieren der Tonerbilder auf dem Aufzeichnungs¬ träger (17),
- einem in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung der Thermo- druckfixiereinrichtung (11, 12) vorgelagerten, beheizten Vorwärmsattel (15) zum Vorwärmen und Führen des Auf¬ zeichnungsträgers (17) mit folgenden Merkmalen:
- der Vorwärmsattel (15) ist in Aufzeichnungsträger¬ laufrichtung in mehrere Heizzonen (21, 23) unterteilt, wobei die Heizzonen Heizelemente (28) aufweisen, die mindestens innerhalb der Heizzonen (21, 23) eine den Aufzeichnungsträger (17) aufnehmende Gleitfläche (24) gleichmäßig beheizen,
- es ist eine den Heizzonen (21, 23) zugeordnete Regel- anordnung vorgesehen, die die in Abhängigkeit von Be¬ triebsparametern des Gerätes, wie Aufzeichnungsträ¬ germaterial, Aufzeichnungsträgerflächengewicht, Druck¬ geschwindigkeit und einzustellende Aufzeichπungsträ- gertemperatur am Sattelauslauf vorgegebene Heizlei- stung der Heizzonen (21, 23) derart regelt, daß sich längs des Vorwärmsattels (15) ein etwa konstanter Wärmeenergiefluß von den Gleitflächen (24) auf den Aufzeichnungsträger (17) einstellt und
- der Vorwärmsattel (15) ist als Niedertemperatursattel ausgebildet mit einer Mindest-Gesa tlänge der beheiz¬ ten Gleitflächen (24) bei der bei der vorgegebenen Heizleistung der Heizzoneπ (21, 23) ein Aufzeich¬ nungsträgermaterial abhängiger Temperaturanstiegsko¬ effizient im Aufzeichnungsträger (17) nicht über- schritten wird.
2. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Auf¬ zeichnungsträger (17) aus Papier- oder papierähnlichem Material und einem Temperaturanstiegskoeffizient im Auf¬ zeichnungsträger (17) von höchstens 180" Kelvin pro Sekunde.
3. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regelanordnung aufweist: Einen jeder Heizzone (21, 23) zugeordneten Temperatursensor (32/1, 32/2, 32/3) der die Oberflächentemperatur des Vorwärmsattels (17) umfaßt und in Form eines elektrischen Signales einer Vergleichsein¬ richtung (39) zuführt, die die Ist-Oberflächentemperatur mit einer den Heizzonen (30/1 bis 30/3) zugeordneten Soll- Oberflächentemperatur vergleicht und daß dann in Abhängig- keit von dem Vergleich eine elektrische Ansteuerung der Heizelemente (28) erfolgt.
4. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 3 mit einem in den Heizzonen (21, 23) in Aufzeichnungsträgerlaufrichtung in einem Bereich etwa mittig bis zum letzten Drittel des
Vorwärmsattels (15) angeordneten Sensor (32/1, 32/2, 32/3).
5. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4 mit einem Vorwärmsattel (15) mit einer als Vorheizsat- tel (21) ausgebildeten ersten Heizzone niederer Temperatur und einer in Papierlaufrichtung nachgeordneten, als Heiz¬ sattel (23) ausgebildeten zweiten Heizzone höherer Tempe¬ ratur.
6. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5 mit im Sattel angeordneten Bohrungen (26) zur austausch¬ baren Aufnahme von Heizelementen (28).
7. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mehreren in Abhängigkeit von der Breite des Auf¬ zeichnungsträgers (17) einzeln ansteuerbar ausgestalteten, quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung auf dem Sattel (15) angeordneten Querheizzonen (30/1, 30/2, 30/3).
8. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 7 mit einem jeder Querheizzone (30/1 bis 30/3) zugeordneten Sensor (32/1 bis 32/3) der quer zur Aufzeichnungsträgerlaufrichtung etwa mittig zu jeder Querheizzone (30/1 bis 30/3) angeordnet ist.
9. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder
8 mit einer, einer minimalen Aufzeichnungsträgerbreite zugeordneten ersten Querheizzone (30/1) sowie sich an die erste Querheizzone (30/1) anschließenden weiteren etwa gleich breiten zweiten und dritten Querheizzonen (30/2, 30/3).
10. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
9 mit auf den Gleitflächen (24) der Heizzonen (21, 23) an¬ geordneten Öffnungen (25) die mit einer Unterdruck erzeu- genden Absaugeinrichtuπg (27) in Verbindung stehen.
11. Wärmefixiereinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Öffnungen (25) als sich über die Breite der Heizzonen (21, 23) erstreckende schlitzförmigen Vertiefungen mit seitli- chen Absaugöffnungen (26) ausgebildet sind.
12. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11 mit einem Vorwärmsattel (15) mit gewölbter Gleitfläche (24), wobei die Gleitfläche einen Wölbungsradius auf¬ weist, der derart bemessen ist, daß der Aufzeichnungs¬ träger (17) im Fixierbetrieb über die gesamte Sattel¬ länge auf der Gleitfläche (24) aufliegt.
13. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12 mit einem Vorwärmsattel (15), der an einem der Thermodruck- fixiereinrichtung (11, 12) zugewandten Ende eine Glät¬ tungskante (48) aufweist, über die der Aufzeichnungs¬ träger (17) aus einer durch die Gleitfläche (24) im Bereich der Glättungskante (48) bestimmten Laufrichtung in eine Zulaufrichtung zur Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) umgelenkt wird, wobei der Umlenkwinkel (49) derart bemessen ist, daß ein Glättungseffekt auf den Aufzeichnungsträger (17) ausgeübt wird.
14. Warmefixiereinrichtung nach Anspruch 13 mit einem Um¬ lenkwinkel von mindestens sieben Winkelgraden.
15. Wärmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit einer der Thermodruckfixiereinrichtung (11, 12) zuge¬ ordneten beheizten Fixierwalze (11) und einem Vorwärmsattel (15) der in Aufzeichnungsträger¬ laufrichtung vor der Fixierwalze (11) derart ver- schwenkbar angeordnet ist, daß in einem Fixierbetrieb zugeordnetem Betriebszustand der Aufzeichnungsträger der Fixierwalze (11) über die Glättungskante (48) zuge¬ führt und in einem, einem Bereitschaftsbεtrieb zuge¬ ordneten Zustand von der Fixierwalze (11) abgehoben wird, wobei keine Umlenkung über die Glättungskante (48) erfolgt.
16. Warmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit _ einem Vorwärmsattel (15) der aus selbständig einbauba¬ ren Heizzonenmodulen zusammengesetzt ist, die als orts¬ fest einbaubare Vorheizmodule oder als verschwenkbar einbaubare Heizmodule ausgebildet sind, wobei jedem Heizzonenmodul mindestens eine Heizzone (21, 23) zuge- ordnet ist.
17. W rmefixiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit
- peripheren Eingabemitteln (43) am Gerät zur Eingabe von den die Heizleistung des Vorwärmsattels (15) beeinflus¬ senden Betriebsparametern und
- einer den peripheren Eingabemitteln (43) am Gerät zuge¬ ordnete rechnergesteuerte Anordnung (CPU, SP1, SP2) zur Einstellung der Heizleistung am Vorwärmsattel (15) in Abhängigkeit von den eingegebenen Betriebsparametern.
18. Druck- oder Kopiergerät mit einer Wärmefixiereinrich¬ tung nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Auf- zeichnungsträger (17) mit folgenden Verfahrensschritten:
- Vorwärmen des Aufzeichnungsträgers (17) entlang einer beheizten Vorheizzone (15) auf eine einem Anschmelzbe¬ reich des Tonerbildermaterials zugeordnete Anschmelz¬ temperatur, wobei die zum Erwärmen des Aufzeichnungs- trägers (17) erforderliche Heizleistung dem Aufzeich¬ nungsträger (17) längs der Vorheizzone (15) derart zuge¬ führt wird, daß sich längs der Vorheizzone (15) ein etwa gleichmäßiger Wärmeenergiefluß auf den Aufzeichnungs¬ träger (17) einstellt und daß ein vom Aufzeichnungsträ- germaterial abhängiger Temperaturanstiegskoeffizient nicht überschritten wird
- Fixieren der Tonerbilder auf dem vorgewärmten Aufzeich¬ nungsträger (17) durch Druck und durch Erwärmen der To¬ nerbilder auf eine dem Anschmelzbereich des Tonerbilder- materials zugeordnete Anschmelztemperatur.
20. Verfahren nach Anspruch 19 mit einem Anschmelzbereich des Tonermaterials von 100 bis 140° C.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20 mit To¬ nerbildern die Wärmefixierbare Tonerteilchen aus einer polymeren Verbindung enthalten, wobei mindestens 25 % Ge- wichtsaπteile der Tonerteilchen aus einem Polyester- oder einem Styrolgruppen aufweisenden kovalenten oder ionisch quervernetzten Polymer bestehen.
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