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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fixieren eines Druckmediums auf einem Substrat in einer Mehrfarbendruckmaschine, insbesondere einer elektrofotografischen Druckmaschine mit einer Vielzahl von Druckwerken.
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Beim Fixieren eines Druckmediums, beispielsweise eines Toners, wird dieser, nachdem er auf ein Substrat aufgebracht wurde, über seine Schmelztemperatur erwärmt, d. h. wenigstens teilweise aufgeschmolzen. Nach einem nachfolgenden Abkühlen des Toners wird dann eine gute Verbindung zwischen Substrat und Toner erreicht. Bei einem zweiseitigen Druck, dem sogenannten Duplexdruck, wird zunächst im so genannten Schöndruck eine erste Seite des Substrats bedruckt und anschließend ein dabei aufgebrachtes Druckmedium in der oben beschriebenen Weise fixiert. Anschließend wird das Substrat im so genannten Widerdruck auf der zweiten Seite bedruckt und anschließend das auf eine zweite Seite des Substrats aufgebrachte Druckmedium in der oben beschriebenen Weise fixiert.
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Dabei kann es dazu kommen, dass beim Fixieren des Druckmediums auf der zweiten Seite des Substrats, das Druckmedium auf der ersten Seite erneut aufgeschmolzen wird. Durch dieses erneute Aufschmelzen kann es zu einer Verschlechterung des Druckbildes kommen, da die erste Seite des Substrats zu diesem Zeitpunkt üblicherweise mit einer Transporteinheit zum Transport des Substrats in Kontakt steht.
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Ausgehend von dem oben beschriebenen Vorgang ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fixierung eines Druckmediums auf einem Substrat vorzusehen, bei dem möglichst keine Verschlechterung eines Druckbildes eines zuvor aufgebrachten Druckmediums auftritt.
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Die Druckschrift
DE 103 59 666 A1 zeigt ein Verfahren zum Fixieren von Toner auf einem Bedruckstoff, bei dem der Bedruckstoff im Zustand unterhalb der Glastemperatur des Toners berührend geführt wird und der Bedruckstoff im Zustand oberhalb der Glastemperatur des Toners berührungslos geführt wird. Ferner ist eine Fixiereinrichtung bereitgestellt, bei der wenigstens eine Vorrichtung zum berührenden Führen des Bedruckstoffs im Zustand unterhalb der Glastemperatur des Toners und wenigstens eine Einrichtung zum berührungslosen Führen des Bedruckstoffs im Zustand oberhalb der Glastemperatur des Toners bereitgestellt ist.
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Ferner zeigt die Druckschrift
DE 10 2007 055 661 A1 eine Vorrichtung zum Trocknen eines Druckmediums auf einem bahnförmigen Bedruckstoff in einer Druckmaschine. Die Vorrichtung besitzt einen Mikrowellenapplikator des Resonanztyps mit zwei zueinander gerichteten Applikatorelementen, die dazwischen einen Spalt zur Durchführung des bahnförmigen Bedruckstoffs bilden, wenigstens ein Schutzband, das umlaufend um eines der Applikatorelemente herumgeführt ist und sich durch den Spalt zwischen den Applikatorelementen hindurcherstreckt, und einen Antrieb zum umlaufenden Bewegen des Schutzbandes. Diese Vorrichtung ist insbesondere in Kombination mit einer digitalen Druckmaschine beschrieben.
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Die Druckschrift
DE 26 45 765 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Aufschmelzen und Fixieren eines Tonerbildes auf einem Bildträger in einem elektromagnetischen Strahlungsfeld, mit einem sich über die Bahnbreite des Bildträgers erstreckenden, gleichmäßig abstrahlenden Mikrowellenenergieübertrager, der mit einem Mikrowellengenerator verbunden ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Mikrowellenenergieübertrager aus einer Anzahl diskreter Übertragerelemente besteht, die in mindestens zwei in Laufrichtung des Bildträgers hintereinanderliegenden Reihen angeordnet sind.
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Außerdem zeigt die Druckschrift
DE 14 97 204 A eine kombinierte Tonbildübertragungs- und Fixiereinrichtung zum Übertragen eines auf einer drehbaren Trommel befindlichen Tonerbildes auf ein synchron mit der Trommeldrehung durchlaufendes Bildempfangsmaterial sowie zum Fixieren des übertragenen Tonerbildes, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Hochfrequenzfixiervorrichtung aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 22 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Insbesondere ist ein Verfahren zum Fixieren eines Druckmediums auf einem Substrat vorgesehen, bei dem zunächst das Substrat an ein umlaufend bewegtes Substrat-Transportelement angesaugt wird. Hierdurch wird ein sicherer Transport des Substrats, das insbesondere ein bogenförmiges Substrat sein kann, sichergestellt. Anschließend wird ein Teilbereich des Substrats durch Blasen durch das Substrat-Transportelement hindurch abgehoben, wodurch in diesem Teilbereich ein Kontakt zwischen Substrat und Substrat-Transportelement gelöst wird. Dann werden in den abgehobenen Teilbereich des Substrats mit wenigstens einem Mikrowellenapplikator Mikrowellen eingebracht, was ein rasches Aufschmelzen eines zuvor aufgebrachten Druckmediums führen kann. Da die Mikrowellen in den zuvor abgehobenen Teilbereich eingebracht werden, kommt ein eventuell zuvor aufgebrachter Toner auf der zum Substrat-Transportelement hingewandten Seite nicht damit in Kontakt und wird daher, selbst wenn er aufschmilzt, nicht beeinträchtigt. Im Anschluss wird der abgehobene Teilbereich des Substrats dann wieder an das Substrat-Transportelement angesaugt, womit ein sicherer Weitertransport des Substrats erfolgen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden nacheinander unterschiedliche, quer zur Bewegungsrichtung benachbarte Teilbereiche abgehoben, in die dann Mikrowellen eingebracht werden, und die anschließend wieder an das Substrat-Transportelement angesaugt werden. Dadurch, dass die Teilbereiche nacheinander abgehoben werden, kann über den gesamten Fixiervorgang ein sicherer Halt und Transport des Substrats gewährleistet werden.
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Vorzugsweise wird gleichzeitig eine Vielzahl von unterschiedlichen, quer zur benachbarte und in Bewegungsrichtung versetzte Teilbereiche abgehoben, in die dann Mikrowellen eingebracht werden, und die dann wieder an das Substrat-Transportelement angesaugt werden. Durch das gleichzeitige Abheben der Vielzahl benachbarter Teile entsteht eine Art schräg über das Substrat verlaufende Welle, was dazu führt, dass das Substrat einerseits sicher geführt wird und gleichzeitig gestaffelt über die gesamte Breite des Substrats Mikrowellen eingebracht werden können.
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Vorzugsweise werden alle Bereiche des Substrats wenigstens einmal abgehoben, angesaugt und mit Mikrowellen beaufschlagt.
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Bei dem zuvor genannten Verfahren ist das Druckmedium vorzugsweise ein Toner, der durch das Einbringen der Mikrowellen über seine Schmelztemperatur erhitzt, d. h. wenigstens teilweise aufgeschmolzen wird. Um sicherzustellen, dass ein Toner auf einer zum Substrat-Transportelement weisenden Seite durch das Aufschmelzen und das anschließende Ansaugen des Substrats nicht beeinträchtig wird, kann das Substrat wenigsten nach dem Einbringen der Mikrowellen und vor dem anschließenden Ansaugen aktiv gekühlt werden. Hierbei wird der Toner insbesondere unter seine Schmelztemperatur abgekühlt, um eine Beeinträchtigung desselben durch das Substrat-Transportelement zu vermeiden. Vorzugsweise erfolgt das Kühlen durch Beaufschlagung mit Gas, insbesondere Luft, womit eine effiziente und kostengünstige Kühlung des Substrats zu erzielen ist. Gleichzeitig kann das Gas zum Abheben des Teilbereichs des Substrats verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kühlen des Substrats sowohl durch Blasen von Luft durch das Substrat-Transportelement hindurch als auch durch Blasen von Luft auf einen vom Substrat-Transportelement wegweisenden Bereich des Substrats erfolgen. Diese beidseitige Kühlung des Substrats kann einen schnellen Abtransport der Wärme, die durch das Fixieren entsteht, sicherstellen. Außerdem wird hierbei die Luft, die zum Abheben des Substrats dient und durch das Substrat-Transportelement hindurch geblasen wird, gleichzeitig zum Kühlen des Substrats genutzt.
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In einer Ausführungsform kann das verwendete Gas, insbesondere Luft, konditioniert werden, wobei ein Konditionieren insbesondere ein Trocknen, kühlen und/oder erhitzten des Gases umfassen kann. Durch das Konditionieren des Gases kann einerseits die Kühlung des Substrats verbessert werden und gegebenenfalls ein verbesserter Feuchtigkeitsabtransport sichergestellt werden, wenn die in das Substrat eingebrachten Mikrowellen im Substrat und/oder im Druckmedium befindliche Feuchtigkeit verdampfen. Der verbesserte Feuchtigkeitsabtransport kann eine Bildung von Lichtbögen, die durch das Einbringen der Mikrowellen entstehen könnten, minimieren.
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Vorzugsweise wird benachbart zu dem Bereich, der durch Blasen von Gas durch das Substrat-Transportelement hindurch abgehoben wird, das Gas wenigstens teilweise über Abluftvorrichtungen abgeführt, insbesondere abgesaugt. Hierdurch kann ein gezielter Abtransport des Gases und somit auch darin aufgenommener Feuchtigkeit aus dem Bereich des Substrats erreicht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird in einen abgehobenen Teilbereich des Substrats jeweils nur ein Maximum, der in den wenigstens einen Mikrowellenapplikator eingebrachten Mikrowellen eingebracht. Hierdurch kann eine homogene Verteilung der Energie, die auf das Substrat aufgebracht wird, erreicht werden.
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Vorzugsweise kann eine in einen abgehobenen Teilbereich des Substrats eingebrachte Mikrowellenenergie und eine Luftmenge zum Abheben und/oder Kühlen des Substrats in Abhängigkeit vom Substrat, einer mittleren Druckmediumsbelegung und einer Prozessgeschwindigkeit gesteuert werden. Eine derartige Steuerung gewährleistet eine homogene Fixierung des Druckmediums, sowie ein homogenes Druckbild, und eine ökonomische Durchführung des Verfahrens.
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Das Substrat-Transportelement kann auf eine Temperatur von 30°–40°C temperiert werden, wodurch insbesondere die Bildung von Kondensat auf der Oberfläche des Substrat-Transportelements verhindern werden kann. Gemäß einer Ausführungsform wird das Substrat-Transportelement ferner kontinuierlich bewegt, wodurch eine übermäßige Erhitzung des Substrats und/oder des Substrat-Transportelements durch die eingebrachten Mikrowellen verhindert werden kann.
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Vorzugsweise wird das Substrat, insbesondere in Form eines Bogen, während der Fixierung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt, um eine homogene Verteilung der Mikrowellen und somit ein homogenes Fixierergebnis vorzusehen. Vorzugsweise werden die Mikrowellen über eine Vielzahl gezahnter resonanter Mikrowellenapplikatoren in das Substrat eingebracht. Die Verwendung gezahnter Mikrowellenapplikatoren ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau, da im Bereich des Substrat-Transportelements keine Zu- und/oder Ableitungen für einen Mikrowellenapplikator vorgesehen werden müssen.
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Vorzugsweise kann ein Gas, insbesondere Luft, durch einen Hohlraum, der mit einer Luftauslassöffnung an der Spitze des gezahnten Mikrowellenapplikators verbunden ist, auf das Substrat geblasen werden. Diese Luftauslassöffnungen erzeugen eine gezielte Luftströmung in dem Bereich zwischen dem gezahnten Element und der Substratoberfläche. Hierdurch wird eine Feuchtigkeit in diesem Bereich im Wesentlichen durch die Feuchtigkeit des eingebrachten Gases bestimmt und damit die Möglichkeit der Bildung von Lichtbögen in diesem Bereich hoher Feldstärke minimiert.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats vorgesehen, bei dem ein Toner auf das Substrat aufgebracht wird, und dann nach dem zuvor beschriebenen Verfahren fixiert wird. Hierbei wird der Toner vorzugsweise elektrofotographisch auf das Substrat aufgebracht. Vorzugsweise werden beide Seiten des Substrats nacheinander bedruckt, wobei insbesondere der zuletzt aufgebrachte Toner in der oben beschriebenen Weise fixiert wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Fixieren eines Substrats mit einem darauf befindlichen Druckmedium gelöst, welche ein umlaufend bewegtes Substrat-Transportelement mit Durchlassöffnungen und wenigstens eine, innerhalb des Substrat-Transportelements stationär liegende Saugeinheit aufweist, die zum Ansaugen von Gas durch eine erste Vielzahl der Durchlassöffnungen im Substrat-Transportelement vorgesehen ist. Außerdem weist die Vorrichtung wenigstens eine, innerhalb des Substrat-Transportelements stationär angeordnete Blaseinheit zum Blasen von Gas durch eine zweite Vielzahl der Durchlassöffnungen im Substrat-Transportelement auf. Die Saugeinheit und die Blaseinheit stehen jeweils mit unterschiedlichen, benachbarten Teilbereichen des Substrat-Transportelements in Verbindung. Die Vorrichtung weist weiterhin wenigstens einen Mikrowellenapplikator auf, der so angeordnet ist, dass er Mikrowellen auf einen Teilbereich des Substrat-Transportelements richtet, der in Verbindung mit der Blaseinheit steht. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht das Fixieren eines Druckmediums auf einer Seite eines Substrats ohne Beeinträchtigung eines Druckbildes auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats während des Fixiervorgangs.
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Insbesondere kann der wenigstens eine Mikrowellenapplikator eine Vielzahl von Heizbereichen aufweisen, die quer zu einer Bewegungsrichtung des Substrats benachbart und in Bewegungsrichtung zueinander versetzt sind. Hierdurch kann zum einen ein sicherer Transport des Substrats, sowie durch die Staffelung der Heizbereiche eine homogene Fixierung und somit ein homogenes Druckbild erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Vielzahl der Heizbereiche so angeordnet, dass das Substrat in seiner gesamten Breite mit Mikrowellen beaufschlagbar ist. Insbesondere können die Mikrowellen seitlich vom Substrat-Transportelement in den wenigstens einen Mikrowellenapplikator eingespeist werden. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil eines leicht zugänglichen Substrat-Transportelements.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vielzahl der Heizbereiche quer zur Bewegungsrichtung des Substrats jeweils ungefähr einen Abstand einer halben Hohlleiterwellenlänge auf. Werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zwei ineinander verzahnte Mikrowellenapplikatoren verwendet, so sind die genannten Heizbereiche eines Mikrowellenapplikators um eine ganze Hohlleiterwellenlänge versetzt, wodurch ein gemeinsamer Powersplitter verwendet werden kann, da die Blenden der einzelnen Resonatoren bezogen auf den Powersplitter symmetrisch angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beaufschlagt die Blaseinheit im Innern des Substrat-Transportelements einen Blasbereich des Substrats mit Luft, der sich schräg über die gesamte Breite des Substrats erstreckt. Durch eine derartige Anordnung kann sichergestellt werden, dass das Substrat im Bereich der Heizbereiche der Mikrowellenapplikatoren einerseits vom Substrat-Transportelement abgehoben wird und gleichzeitig eine Kühlung des Substrats im Bereich der eingebrachten Mikrowellen und gegebenenfalls benachbart hierzu erfolgt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Einheit zum Aufbringen von Gas, insbesondere Luft, auf eine vom Substrat-Transportelement weg weisenden Seite des Substrats im Bereich der Heizbereiche vorgesehen. Diese ermöglicht durch das aufgebrachte Gas eine Kühlung des Substrats und/oder einen Abtransport von Feuchtigkeitsdampf, der dadurch entsteht, dass die Mikrowellen im Substrat oder einem Druckmedium befindliche Feuchtigkeit verdampft. Vorzugsweise ist eine Konditioniereinheit vorgesehen, die zum Konditionieren, insbesondere trocknen, kühlen und/oder erhitzen von Gas, insbesondere von Luft geeignet ist, das auf das Substrat geleitet werden kann. Ein derartiges Konditionieren von Gas kann einerseits zu einer verbesserten Kühlung des Substrats führen und zusätzlich die Gefahr der Bildung von Lichtbögen im Bereich hoher Feldstärken der eingebrachten Mikrowellen durch eine Verringerung der Feuchtigkeit in diesem Bereich minimieren.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Abluftvorrichtung zum Abführen von Gas/Luft benachbart wenigstens einem Bereich vorgesehen, in dem Gas auf das Substrat aufgebracht wird. Hierdurch wird ein gezieltes Abführen des aufgebrachten Gases (der Luft) und somit von Wärme und eventuell vorhandener Feuchtigkeit erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Substrat-Transportelement einen eigenen Antrieb auf, sodass es selbst bei einem Stillstand anderer Transportkomponenten bewegt werden kann. Hierdurch kann eine lokale Überhitzung im Bereich der Mikrowellenapplikatoren verhindert werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens der Teilbereich des Substrat-Transportelements, auf den Mikrowellen gerichtet werden, aus Metall. Das elektrisch leitende Metall des Substrat-Transportelements kann hierbei eine Gegenelektrode für den Mikrowellenapplikator und gegebenenfalls einer benachbarten Choke-Struktur vorsehen. Hierfür kann beispielsweise als Metall Aluminium verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat-Transportelement eine mechanisch tragende Konstruktion aus einem beliebigen geeigneten Material auf. Vorzugsweise kann diese tragende Konstruktion aus Metall sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auf die tragende Konstruktion wenigstens eine erste Schicht aus Metall aufgebracht, sofern die mechanisch tragende Konstruktion nicht selbst aus Metall ist. Insbesondere kann diese Metallschicht aus einem beliebigen geeigneten Metall sein, welches in einer ca. 1 Millimeter starken Schicht aufgebracht wird.
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Vorzugsweise kann auf diese erste Schicht eine zweite Schicht aus Kupfer oder Aluminium aufgebracht werden. Diese zweite Schicht kann hierbei eine Dicke von beispielsweise 0,2 bis 0,5 Millimeter aufweisen. Vorzugsweise ist auf diese zweite Schicht eine dritte Verschleißschutzschicht aufgebracht. Diese Verschleißschutzschicht kann insbesondere eine Keramikschicht sein, die unter anderem dazu dienen kann, das Substrat mit einem vorbestimmten Abstand bezüglich der elektrisch leitenden Metallschicht zu beabstanden. Hierdurch kann die Einkopplung der Mikrowellen in das Substrat und/oder das Druckmedium optimiert werden. Vorzugsweise weist die Verschleißschutzschicht eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 Millimeter auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat-Transportelement eine Trommel. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Mikrowellenapplikator gekrümmt ausgeführt, wobei der Krümmungsradius an den Radius der Trommel angepasst ist. Durch einen derartigen Aufbau entsteht zwischen Mikrowellenapplikator und Trommel ein gebogener im Wesentlichen gleich bleibender Schlitz. Der im Wesentlichen gleich bleibende Schlitz kann in Kombination mit einer Abschirmungs- oder Chokestruktur einen Austritt der Mikrowellen, aus dem Bereich, in dem Mikrowellen in das Substrat eingebracht werden, verhindern.
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Insbesondere kann der wenigstens eine Mikrowellenapplikator ein gezahnter, resonanter Mikrowellenapplikator sein. Durch Verwendung eines derartigen Mikrowellenapplikators kann erreicht werden, dass im Bereich der Trommel keine Zu- oder Ableitungen für den Mikrowellenresonator vorgesehen werden müssen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind in einer zur Transportrolle weisenden Spitze des gezahnten Mikrowellenapplikators Gasauslassöffnungen vorgesehen, die über eine Gasversorgung mit Gas, vorzugsweise Luft, beaufschlagt werden können. Insbesondere kann der gezahnte Mikrowellenapplikator einen Hohlraum aufweisen, der mit den Gasauslassöffnungen verbunden ist. Über eine derartige Anordnung kann in dem Bereich, in dem eine hohe Feldstärke zu erwarten ist, ein kontinuierlicher Gasfluss und somit ein Abtransport von Feuchtigkeit erreicht werden, was wiederum die Bildung von Lichtbögen minimieren kann.
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Insbesondere kann der gezahnte Mikrowellenapplikator eine Abschirmstruktur zum Abschirmen der Mikrowellen aufweisen. Eine derartige Abschirmstruktur kann den Austritt von Mikrowellen aus dem Bereich, in dem Mikrowellen in das Substrat eingebracht werden minimieren.
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Des Weiteren sieht die Erfindung eine Druckmaschine mit wenigstens einem Druckwerk zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat und einer Vorrichtung wie oben beschrieben vor. Insbesondere kann das wenigstens eine Druckwerk ein elektrofotographisches Druckwerk sein. Vorzugsweise weist die Druckmaschine einen Duplexpfad auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
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1. eine schematische Seitenansicht einer Mehrfarbendruckmaschine;
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2. eine schematische Seitenansicht eines Substrat-Transportelements mit angedeutetem Duplexpfad;
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3. eine schematische Draufsicht auf zwei verzahnt angeordnete Mikrowellenapplikatoren mit schraffiert hervorgehobenen Heizbereichen;
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4. eine schematische Darstellung von Heizprofilen der Mikrowellenapplikatoren gemäß 3;
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5. eine schematische Abwicklungsdarstellung eines Teils einer Trommeloberfläche eines Substrat-Transportelements.
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In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Orts- bzw. Richtungsangaben beziehen sich primär auf die Darstellungen in den Zeichnungen, und sollten daher nicht einschränkend gesehen werden. Sie können sich aber auch auf eine bevorzugte Endanordnung beziehen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Mehrfarbendruckmaschine 1 mit einem Anleger 3, einer Vielzahl von Druckwerken 5, einer Transporteinheit 7, einer Vorrichtung zum Fixieren eines Druckmediums auf einem Substrat, welche im weiteren Verlauf der Beschreibung als Fixiereinheit 11 bezeichnet wird, einem Duplexpfad 12, und einem Ausleger 13. Solche Mehrfarbendruckmaschinen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt, und 1 stellt nur ein sehr vereinfachtes Beispiel derselben dar.
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Der Anleger 3 dient zur Aufnahme eines Bogenstapels und zum Anlegen vereinzelter Bögen an die Transporteinheit 7 und ist an einem ersten Ende der Druckmaschine 1 liegend dargestellt. Er kann aber auch an einer beliebigen anderen Position angeordnet sein und muss auch die Bögen nicht direkt an die Transporteinheit 7 anlegen, sondern in einen Transportpfad einspeisen, der die Bögen dann beispielsweise über eine Ausrichteinheit an die Transporteinheit 7 liefert, welche die Bögen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird and den Druckwerken 5 vorbei transportiert.
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Die Druckwerke 5 sind eines geeigneten Typs, um jeweilige Farbauszüge auf die durch die Transporteinheit 7 geförderten Bögen zu drucken. In der dargestellten Mehrfarbendruckmaschine 1 sind fünf Druckwerke 5 dargestellt, die beispielsweise mit den Farben Schwarz, Cyan, Magenta, Yellow und einer Sonderfarbe, wie beispielsweise Clear DryInk betrieben werden können. Die Druckwerke 5 sind als elektrophotographische Druckwerke dargestellt, die oberhalb der Transporteinheit 7 angeordnet sind.
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Die Transporteinheit 7 besteht in bekannter Weise aus einem Transportband 15, das umlaufend um entsprechende Führungs- und/oder Antriebsrollen 17 geführt ist, um einen geschlossenen Transportpfad vorzusehen. Im Bereich der Druckwerke 5 sind jeweils Andruckrollen 16 vorgesehen, die das Transportband 15 und gegebenenfalls darauf befindliche Bögen gegen eine Bildübertragungswalze der elektrofotografischen Druckwerke drücken.
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Die Fixiereinheit 11 ist an dem vom Anleger 3 entfernten Ende der Transporteinheit 7, in Umlaufrichtung des Transportbandes 15 stromabwärts bezüglich der Druckwerke 5, angeordnet. Die Fixiereinheit 11 besitzt einen nicht näher dargestellten Mechanismus zur Aufnahme von bedruckten Bögen von dem Transportband 15 und zum Transport derselben dort hindurch. In der Fixiereinheit 11 sind geeignete Mittel zum Fixieren von durch eines der elektrophotographischen Druckwerke aufgebrachten Toners vorgesehen, die im weiteren Verlauf noch näher beschrieben werden.
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In Bewegungsrichtung der Bögen hinter der Fixiereinheit ist eine nicht näher dargestellte Weiche vorgesehen, die Bögen entweder zu dem Duplexpfad 12 oder dem Ausleger 13 lenkt, der zur Aufnahme von bedruckten Bögen dient. Eine solche Weichenfunktion kann aber auch in der Fixiereinheit vorgesehen sein, wie nachfolgend näher erläutert wird.
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Der Duplexpfad 12 weist geeignete Transportmittel auf, um einen Bogen, der zum Beispiel einseitig bedruckt wurde, für das Bedrucken der zweiten Seite zurück zur Transporteinheit 7 zu fördern, und währenddessen zu wenden. Hierzu definiert der Duplexpfad 12 einen Transportpfad 8, welcher sich, beginnend hinter der Fixiereinheit 11, oberhalb der Druckwerke 5 zurück zu einem Anlagebereich der Transporteinheit 7 erstreckt. Entlang des Transportpfades ist eine nicht näher dargestellte Wendeeinheit vorgesehen, die den Bogen während des Transport wendet, um Ihn mit der unbedruckten Seite nach oben weisend an die Transporteinheit 7 anlegen zu können. Durch eine derartige Anordnung des Duplexpfades 12 ist es möglich, einen Bogen nach dem Bedrucken einer ersten Seite und nach dem Fixieren von Toner in der Fixiereinheit 11, zurück zur Transporteinheit 7 zu fördern, um ein Bedrucken einer zweiten Seite des Bogens zu ermöglichen.
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Der Aufbau und die Funktionsweise der Fixiereinheit 11 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 noch näher erläutert. Dabei zeigt 2 eine schematische Seitenansicht eines Fixierbereichs der Fixiereinheit 11 mit einer schematisch bei 19 angedeuteten Mikrowellenapplikationseinheit, einer Luftzirkulationseinheit 20, einem Substrat-Transportelement 40 und innerhalb des Substrat-Transportelements angeordnete Blaseinheiten 50, 55 und 56.
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In 2 ist ferner ein bogenförmiges Substrat 42 dargestellt, wie es in den Bereich des Substrat-Transportelements 40 gelangt, wie durch den Pfeil A dargestellt ist. Ferner sind zwei Transportwege 43, 44, die vom Substrat-Transportelement 40 weg führen, wie durch die jeweiligen Pfeile B, C angezeigt ist, zu erkennen.
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Das Substrat-Transportelement 40 besitzt die Form einer hohlen Trommel 60, mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 62, die in 5 zu erkennen sind, welche eine schematische ebene Abwicklungsdarstellung eines Teils der Trommeloberfläche zeigt. Die Trommel ist über einen nicht näher dargestellten Antrieb drehbar, wie durch den Pfeil D dargestellt ist. Das innere der Trommel ist über eine entsprechende Vorrichtung, wie beispielsweise ein Gebläse mit Unterdruck beaufschlagbar, um über die Durchgangsöffnungen 62 einen Bogen 42 an die Trommel ansaugen zu können. Benachbart zu Teilbereichen der Trommel kann wie dargestellt Innen (oder aber auch Außen) eine Abdeckung 64 vorgesehen sein, die in diesem Bereich die Durchgangsöffnungen abdeckt, um hier einen übermäßiges Ansaugen von Umgebungsluft zu verhindern. Die Trommel 60 besitzt beispielsweise einen Gesamtdurchmesser im Bereich von 50 cm bis 150 cm.
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Die Trommel kann eine nicht näher dargestellte tragende Konstruktion aus Metall besitzen. Alternativ hierzu kann die tragende Konstruktion aus einem beliebigen anderen, geeigneten Material bestehen, dass eine ausreichende Festigkeit für die Trommel vorsieht. In diesem Fall ist jedoch vorzugsweise eine ca. 1 mm starke erste Schicht eines beliebigen, geeigneten Metalls auf der Trommeloberfläche vorgesehen. Auf diese erste Schicht kann eine zweite Schicht eines elektrisch sehr gut leitenden Metalls aufgebracht sein, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, und zwar mit einer Dicke von 0,2 bis 0,5 mm. Auf der zweiten Schicht kann abschließend eine Verschleißschutzschicht aufgebracht sein, beispielsweise mit einer Dicke von 0,05 mm bis 0,5 mm. Die Verschleißschutzschicht sollte möglichst einen geringe Absorptionsfaktor für Mikrowellenstrahlung besitzen, elektrisch isolierend sein und eine hohe mechanische Abriebfestigkeit aufweisen.
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Im Inneren sind wie zuvor angedeutet ferner Blaseinheiten 50, 55 und 56 angeordnet. Die Blaseinheit 50 weist benachbart zu einem Teilbereich des Innenumfangs der Trommel 60 ein Gehäuse 70 auf. Das Gehäuse 70 definiert gemeinsam mit dem Innenumfang der Trommel 60 einen Raum, der über die Durchgangsöffnungen 62 in der Trommel 60 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die Erstreckung des Gehäuses 70 und des Raums ist in 5 durch die Strichpunktierte Linie 70 schematisch angedeutet. Wie zu erkennen ist erstreckt sich das Gehäuse 70 im Wesentlichen in einer schrägen Ausrichtung über die gesamte Breite der Trommel 60. Durch diese schräge Ausrichtung stehen im Bereich der Blaseinheit 50 in einer Richtung quer zur Umlaufrichtung der Trommel 60 jeweils ein Teil der Durchgangsöffnungen mit der Blaseinheit 50 in Verbindung, während ein (oder mehrere) in Querrichtung benachbarte(r) Teil(e) mit dem sonstigen mit Unterdruck beaufschlagbaren Innenraum der Trommel in Verbindung steht/stehen.
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Die Blaseinheit 50 besitzt ferner eine nicht näher dargestellte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Gebläse, zum Liefern einer Gasströmung, insbesondere einer Luftströmung, in den durch Gehäuse 70 und Trommel 60 gebildeten Raum, die über die an den Raum angrenzenden Durchgangsöffnungen 62 aus der Trommel 60 herausströmt.
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Die Blaseinheiten 55 und 56 weisen jeweils benachbart zu einem Teilbereich des Innenumfangs der Trommel 60 ein Gehäuse 80 auf. Das Gehäuse 80 definiert gemeinsam mit dem Innenumfang der Trommel 60 einen Raum, der über die Durchgangsöffnungen 62 in der Trommel 60 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die jeweilige Erstreckung des Gehäuses 80 und des Raums ist in 5 durch die gestrichelten Linien 82 für die Blaseinheit 55 und 83 für die Blaseinheit 56 schematisch angedeutet. Die Blaseinheiten 55, 56 stehen ferner jeweils mit einer nicht näher dargestellte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Gebläse, in Verbindung. Hierüber kann jeweils eine Gasströmung, insbesondere einer Luftströmung in den durch das Gehäuse 80 und die Trommel 60 gebildeten Raum vorgesehen werden, die über die an den Raum angrenzenden Durchgangsöffnungen 62 aus der Trommel 60 herausströmt. Die Blaseinheiten 55 und 56 können mit derselben Vorrichtung zum Liefern der Gasströmung verbunden sein und beispielsweise wechselseitig über eine Ventileinheit mit Gas beaufschlagt werden. Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Blaseinheiten 55, 56 jeweils benachbart zu den Transportwegen 43, 44 angeordnet und dienen dazu, einen auf der Rolle 60 befindlichen Bogen in Richtung des Transportwegs 43 oder 44 abzublasen. Insofern besitzen die Blasvorrichtungen 55, 56 in Kombination mit den Transportwegen 43, 44 eine Weichenfunktion.
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Der Aufbau und die Funktion der außerhalb der Trommel 60 liegende Mikrowellenapplikationseinheit 19 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 näher erläutert. Die Mikrowellenapplikationseinheit 19 besitzt zwei Mikrowellenapplikatoren 21, 31, die am Besten in der Draufsicht gemäß 3 zu erkennen sind. Die Mikrowellenapplikatoren sind des gezahnten bzw. des ridged Typs, mit lang gestreckten Hohlleitern, die Mikrowellenaustrittsbereiche besitzen. Die lang gestreckten Hohlleiter sind derart angeordnet, dass sie sich quer zur Trommel 60 erstrecken und die Mikrowellenaustrittsbereiche zur Trommel hin erstrecken.
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Der Mikrowellenapplikator besitzt ein Hohlleiter 22, der zur Einspeisung von Mikrowellen dient. An den Hohlleiter 22 angrenzend, befindet sich ein Power-Splitter 24 der die eingespeisten Mikrowellen auf drei parallel zueinander angeordnete und zueinander beabstandete Hohlleiter 26, 27 und 28 verteilt. In den jeweiligen Hohlleitern 26, 27, 28 befinden sich jeweils schraffiert dargestellte Mikrowellenaustrittsbereiche, die als Heizbereiche 26a, 27a und 28a des Mikrowellenapplikators 21 dienen. Die Mikrowellenaustrittsbereiche sind jeweils so bemessen, dass sie eine Halbwelle, die im Folgenden als Maximum bezeichnet wird, einer im jeweiligen Hohlleiter 26 bis 28 stehenden Mikrowelle auskoppeln. Im Bereich der Mikrowellenaustrittsbereiche können ferner Gas-Durchlassöffnungen vorgesehen sein, über die gezielt ein Gas, insbesondere Luft in Richtung der Trommel 60 ausgeblasen werden kann. Die Heizbereiche 26a, 27a, und 28a haben in Erstreckungsrichtung der Hohlleiter 26 bis 28 jeweils einen Abstand einer ganzen Hohlleiterwellenlänge.
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Der Mikrowellenapplikator 31 ist im Wesentlichen identisch zu dem Mikrowellenapplikator 21 aufgebaut jedoch um 180° verdreht zu diesem angeordnet. Der Mikrowellenapplikator besitzt ebenfalls einen Hohlleiter 32 zur Einspeisung von Mikrowellen. Angrenzend an den Hohlleiter 32 ist ein Power-Splitter 34 angeordnet. An dem Power-Splitter 34 angrenzend befinden sich drei parallel zueinander erstreckende und voneinander beabstandete Hohlleiter 36, 37 und 38. Die Hohlleiter 36 bis 38 des Mikrowellenapplikators 31 sind verzahnt mit den entsprechenden Hohlleitern 26, 27 und 28 des Mikrowellenapplikators 21 angeordnet. Die Hohlleiter 36, 37, 38 weisen ebenfalls Mikrowellenauskopplungsbereiche aus, die als Heizbereiche 36a, 37a und 38a des Mikrowellenapplikators 31 dienen. Die Mikrowellenaustrittsbereiche sind jeweils so bemessen, dass sie eine Halbwelle, die im Folgenden als Maximum bezeichnet wird, einer im jeweiligen Hohlleiter 36 bis 38 stehenden Mikrowelle auskoppeln. Die Heizbereiche 36a, 37a, und 38a haben wiederum in Erstreckungsrichtung der Hohlleiter 36 bis 38 jeweils einen Abstand einer ganzen Hohlleiterwellenlänge. Die verzahnte Anordnung der Hohlleiter 26 bis 28 mit den Hohlleitern 36 bis 38 erfolgt derart, dass sich die jeweiligen Heizbereiche in Erstreckungsrichtung der Hohlleiter teilweise überlappen und jeweils einen Abstand einer halben Hohlleiterwellenlänge besitzen.
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Wie in 3 zu erkennen ist, ergibt sich dadurch eine gestaffelte Anordnung von sich in Erstreckungsrichtung der Hohlleiter teilweise überlappenden einzelnen Heizbereichen, die einen in 3 angedeuteten effektiven Gesamt-Heizbereich 39 definieren.
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Benachbart zu den Mikrowellenapplikatoren 21, 31 sind nicht näher dargestellte Abschirmstrukturen, so genannte Choke-Strukturen, ausgebildet, die einen seitlichen Austritt von Mikrowellen aus den Mikrowellenapplikatoren 21, 31 minimieren. Die Abschirmstrukturen arbeiten mit der metallischen Schicht der Trommel 60 zusammen, die als Gegenelektrode für die Abschirmstruktur dient.
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Die Überlappung der Heizbereiche ist auch schematisch in 4 dargestellt, die schematisch Heizprofile 52 der einzelnen Heizbereiche darstellt. Durch die Staffelung und die jeweilige Auskopplung jeweils eines Maximums lässt sich über die Breite des effektiven Gesamt-Heizbereichs 39 eine im Wesentlichen gleichmäßige Heizleistung erreichen. Durch die dargestellte Überlappung der Heizprofile 52 kann gezielt ein wiederholtes Aufwärmen, Abkühlen und Wiederaufwärmen eines auf dem Substrat 42 aufgebrachten Toners vermieden werden.
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5 zeigt auch schematisch die Anordnung der Heizbereiche 26a, 27a, 28a, 36a, 37a, 38a, die durch schraffierte Bereiche dargestellt sind. In 5 sind die Heizbereiche 26a, 27a, 28a, 36a, 37a, 38a bezüglich der Oberfläche der Trommel 60 und insbesondere bezüglich der Blaseinheit 50, die durch die Stichpunktierte Linie 70 angedeutet ist, dargestellt.
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In Laufrichtung D der Trommel 60 ist in 5 ferner die Luftzirkulationseinheit 20 mit einer gepunkteten Linie angedeutet. Die Luftzirkulationseinheit 20 besitzt, wie am Besten in 2 zu erkennen ist, einen Blasabschnitt 90, der einen Gasstrom in Richtung auf die Trommel 60 richtet, sowie einen Saugabschnitt 92, der einen Gasstrom weg von der Richtung erzeugt. Insbesondere kann der Blasabschnitt 90 mit einem Gebläse versehen sein, der Gas, insbesondere Luft auf die Trommel 60 bläst. Das Gas kann vorher über eine nicht näher dargestellte Konditioniereinheit konditioniert, insbesondere gekühlt, getrocknet und/oder erwärmt werden. Im Bereich des Saugabschnitts 93 kann in entsprechender Weise ebenfalls ein Gebläse vorgesehen sein, um das über den Blasabschnitt 92 auf die Trommel 60 gerichtete Gas aktiv aus dem Bereich der Trommel 60 abzuleiten. Hierzu kann der Saugabschnitt 93 insbesondere auch mit einer Leitung und gegebenenfalls einem weiteren Gebläse zum Ableiten des Gases aus der Druckmaschine 1 verbunden sein. Der Saugabschnitt 93 ist so bemessen, dass über ihn wenigstens eine über den Blasabschnitt 92 aufgebrachte Gasmenge abgesaugt werden kann.
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Nachfolgend wird nun der Betrieb der Druckmaschine und insbesondere der Fixiereinheit 11 anhand der Figuren näher erläutert. Zunächst wird ein zu bedruckender Bogen 42 vom Anleger 3 an das Transportband 15 übergeben, wo es beispielsweise elektrostatisch fixiert wird. Das Transportband fördert den Bogen 42 dann an den Druckwerken 5 vorbei, in denen jeweils einzelne Farbauszüge eines Tonerbildes auf den Bogen 42 aufgebracht werden, um ein Mehrfaben-Tonerbild auf dem Bogen 42 zu erzeugen.
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Anschließend wird der Bogen mit dem darauf befindlichen Tonerbild an die Fixiereinheit 11 übergeben. In der Fixiereinheit 11 wird der Bogen 42 in geeigneter Weise derart in den Bereich der Trommel 60 gefördert, dass das Tonerbild von der Trommel weg weist. Die Trommel 60 wird gedreht (in Richtung des Pfeils D in 2) und ist im Inneren über eine nicht dargestellte Vorrichtung mit Unterdruck beaufschlagt. Daher wird über die Durchgangsöffnungen 62 Luft angesaugt. Wenn der Bogen 42 in den Bereich der Trommel gelangt wird er an die Trommel 60 angesaugt, und aufgrund der Drehung der Trommel 60 durch sie mitgeführt.
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Der Bogen 42 gelangt dann in den Bereich der Blaseinheit 50. In diesem Bereich wird Luft durch die Durchgangsöffnungen 62 nach außen geblasen statt angesaugt. Hierdurch wird ein Teilbereich des Bogens 42 von der Trommeloberfläche abgehoben. Durch die schräge Anordnung der Blaseinheit 50 bezüglich der Trommeloberfläche (siehe insbesondere 5) wird in Querrichtung zur Drehbewegung (Pfeil D) der Trommel 60 jeweils nur ein Teilbereich des Bogens 42 abgehoben. In einen abgehobenen Teil des Bogen werden dann über die Mikrowellenapplikationseinheit 19 Mikrowellen eingebracht (siehe Heizbereiche 26a, 27a, 28a, 36a, 37a, 38a in 5). Die Heizbereiche 26a, 27a, 28a, 36a, 37a, 38a sind in Transportrichtung der Trommel hintereinander liegend angeordnet und überlappen sich in Querrichtung, sodass sich eine Staffelung hinsichtlich der Einbringbereiche ergibt. Dabei ist die Staffelung so gewählt, dass nach dem vollständigen Vorbeilaufen des Bogens 42 an der Mikrowellenapplikationseinheit 19 alle Bereiche des Bogens 42 im Wesentlichen gleichmäßig mit Mikrowellen beaufschlagt wurden. Die Mikrowellen wirken auf in dem Bogen 42 oder dem aufgebrachten Toner befindliche Feuchtigkeit und verdampfen diese, was zu einem raschen Temperaturanstieg über eine Glastemperatur des Toners in den jeweiligen Heizbereichen 26a, 27a, 28a, 36a, 37a, 38a führt. Sich überlappende Heizbereiche sind in Transportrichtung der Trommel 60 ausreichend nah zueinander angeordnet, dass zwischen ihnen keine wesentliche Abkühlung stattfindet. Der Toner wird aufgeschmolzen, wodurch er unter anderem eine innige Verbindung mit dem Bogen 42 eingeht. Im Anschluss an die Heizbereiche wird dann über die Gaszirkulationseinheit 20 Gas, insbesondere Luft, auf die Oberfläche des Bogens 42 geleitet und benachbart hierzu auch wieder abgeleitet, um einerseits die verdampfte Feuchtigkeit aufzunehmen und gegebenenfalls eine Kühlung vorzusehen. Gas, insbesondere Luft, kann auch schon im Bereich der Mikrowellenapplikationseinheit 19 über geeignete Durchgangsöffnungen in den Mikrowellenapplikatoren 21, 31 auf die Oberfläche des Bogens 42 geleitet werden, um in Bereichen hoher Feldstärke das Auftreten übermäßiger Feuchtigkeit zu vermeiden.
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Durch die Drehung der Trommel 60 kommt der abgehobene Teilbereich aus dem Einflussbereich der Blaseinheit 50 heraus und wird dort dann wieder an die Trommel 60 angesaugt. Im Bereich der Blaseinheit 55 oder 56 wird der Bogen 42 dann über eine entsprechende Ansteuerung der Blaseinheiten 55, 56 in Richtung des Transportpfades 43 oder 44 von der Trommel 60 abgeblasen. Über den jeweiligen Transportpfad 43, 44 wird der Bogen dann aus der Fixiereinheit 11 herausbefördert und beispielsweise dem Ausleger 13 oder dem Duplexpfad 12 zugeführt. Die Blaseinheiten 55, 56 sehen somit eine Weichenfunktion innerhalb der Fixiereinheit 11 vor, die aber auch außerhalb der Fixiereinheit vorgesehen werden könnte, sodass eine der Blaseinheiten 55, 56 und der entsprechende Transportpfad entfallen könnte.
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Wenn der Bogen 42 zum Duplexpfad 12 gelangt, wird er zurück zur Transporteinheit 7 gefördert und auf dem Weg dorthin gewendet, sodass der Bogen derart übergeben wird, dass die zuvor bedruckte Seite zum Transportband 15 weist. Nun wird die zweite Seite des Bogens 42 durch die Druckwerke 5 bedruckt und der derart bedruckte Bogen 42 anschließend an die Fixiereinheit 11 übergeben, in der der oben beschriebene Fixiervorgang für den neu aufgebrachten Toner durchgeführt wird. Beim Aufschmelzen des Toners auf der zweiten Seite kann auch der Toner auf der ersten Seite, der bei der Einbringung der Mikrowellen zur Trommel 60 weist, aufgeschmolzen werden. Dadurch dass die Mikrowellen in den abgehobenen Teil des Bogens 42 eingebracht werden, beeinträchtigt das erneute Aufschmelzen des Toners nicht die Qualität des Druckbildes, da der aufgeschmolzene Toner auf der ersten Seite die Trommel 60 nicht kontaktiert. Der Fixierprozesse ist dabei so abgestimmt, dass der Bogen 42 erst dann wieder an die Trommel 60 angesaugt wird, wenn der Toner auf der ersten Seite des Bogens 42 auf eine Temperatur unterhalb des Glaspunktes des Toners abgekühlt ist. Dies kann unter anderem durch die Drehgeschwindigkeit der Trommel 60, die Kühlleistung des (von Innerhalb oder Außerhalb der Trommel 42) auf den Bogen geleiteten Gases und/oder die eingebrachte Mikrowellenleistung beeinflusst werden.
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Nach dem Fixieren des Toners auf der zweiten Seite des Bogens 42 wird er dann zum Ausleger 13 gefördert.
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Die Erfindung wurde zuvor anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert, ohne auf die konkrete Ausführungsform beschränkt zu sein. Insbesondere kann beispielsweise die Weichenfunktion innerhalb der Fixiereinheit 11 entfallen und der Gesamtaufbau der Druckmaschine 1 kann sich von dem dargestellten unterscheiden. Auch könnte zum Beispiel statt einer Trommel 60 ein anderes umlaufendes Förderorgan, wie beispielsweise ein Saugband vorgesehen sein, dass einen Bogen an der Mikrowellenapplikationseinheit und einer gegenüberliegenden Blaseinheit vorbeiführt. Die Trommel besitzt jedoch den Vorteil durch ihre Krümmung eine Stabilisierung des Bogens vorzusehen. Auch können statt der zwei erläuterten Mikrowellenapplikatoren 21, 31 nur ein oder auch mehr als zwei Mikrowellenapplikatoren vorgesehen sein, die gestaffelte Heizbereiche vorsehen.