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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Fixierrolle für
eine Druckmaschine mit innen liegenden Heizelementen, die einen
zylinderförmigen
Korpus aufweist, der seitlich mit Flanschen abgeschlossen ist.
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In einer Druckmaschine, beispielsweise
innerhalb einer elektrophotographischen Druckmaschine, wird über Farbwerke
Toner auf einen Bedruckstoff übertragen.
Zur Fixierung des Toners in dem Bedruckstoff wird er mittels Wärmeeintrag
bei gleichzeitigem Andruck verflüssigt,
so dass er in den Bedruckstoff hineinläuft und dort vernetzt.
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Für
den gleichzeitigen Eintrag von Wärme und
Druck wird der Bedruckstoff mit Transportmitteln in den Nip zwischen
einer beheizbaren Fixierrolle und einem Gegendruckzylinder transportiert.
Bei dem Bedruckstoff handelt es sich häufig um Bögen. Diese Bögen bestehen
meist aus Papier, das so gestaltet sein kann, dass es die Aufnahme
des Toners begünstigt.
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Bei einer Fixiereinrichtung dieser
Art wird die Fixierrolle erhitzt und gleichzeitig werden sie und
der Gegendruckzylinder aneinander gedrückt. Dabei kann die Fixierrolle
fest installiert sein und der Gegendruckzylinder so bewegbar sein,
dass er nur für den
Zeitraum, während
dessen sich ein Bedruckstoff in dem Bereich zwischen Fixierrolle
und Gegendruckzylinder befindet, gegen die Fixierrolle gedrückt wird.
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Die Erhitzung der Fixierrolle erfolgt
in den meisten Fällen
von innen heraus. Als Wärmequelle wird
dabei in der Regel ein Infrarotstrahler verwendet.
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Die Fixierrolle besteht aus einem
hohlen, zylinderförmigen
Metallkern, der je nach Fabrikation und Verwendungsgebiet unterschiedlich
beschichtet sein kann. Die Beschichtung soll dabei dem Druck des
Gegendruckzylinders zumindest teilweise nachgeben können. Auf
diese Weise kann innerhalb des Nips zwischen Gegendruckzylinder
und Fixierrolle eine längere
Verweilzeit des Toners gewährleistet werden.
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Innerhalb der Fixierrolle befindet
sich die Wärmequelle.
Sie erhitzt, vorwiegend berührungslos, den
zylinderförmigen
Korpus der Fixierrolle. An den Stirnflächen des Korpus befinden sich
Flansche. Die Verbindung der Flansche mit dem Korpus wird üblicherweise
durch Presspassung oder durch Verschweißung mit anschließendem Überdrehen
von Flansch und Korpus erreicht. Es handelt sich hierbei um starre
Verbindungen.
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Der Korpus der Fixierrolle und seine
Beschichtung sind so ausgeprägt,
dass sie einen möglichst
guten Wärmetransfer
von innen nach außen gewährleisten.
Innerhalb des Nips zwischen Fixierrolle und Gegendruckzylinder erreicht
die Oberfläche der
Fixierrolle im Betrieb eine Temperatur zwischen 150°C und 220°C. Diese
Temperatur reicht aus um den Toner auf der Oberfläche des
Bedruckstoffes zu schmelzen und ihn dann mit Unterstützung des
ausgeübten
Druckes in den Bedruckstoff einzuarbeiten, wo er später nach
einer Abkühlung
fixiert.
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Bei einer Erhitzung der Fixierrolle
entstehen durch Ausdehnungen Verspannungen an den Verbindungsstellen
zwischen dem Korpus und den Flanschen. Die Auswirkungen hiervon
können
z.B. Störungen
des Rundlaufverhaltens der Fixierrolle sein. Auch werden die Verbindungen
zwischen Korpus und Flanschen belastet, so dass sich für sie eine
geringere Haltbarkeitsdauer ergibt. Durch Verwertungen an der Oberfläche der
Fixierrolle kann es zu Qualitätseinbußen in den
Fixiereigenschaften der gesamten Fixiereinrichtung kommen.
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In der Patentschrift
DE 69219962 T2 wird ein Zylinderaufbau
für einen
Zylinder innerhalb einer Druckmaschine vorgeschlagen. Hierbei werden
an die Stirnseiten eines Zylinderkorpus Flansche mit dem Zylinderkorpus
verbunden, indem Endabschnitte des Zylinderkorpus geschnitten und
in passende Vertiefungen des Flansches hineingepresst werden. In
dieser Patentschrift wird sich im Wesentlichen auf fotosensitive
Walzen bezogen, wobei z.B. Fixierrollen aber auch auf diese Art
mit Flanschen verbunden werden können,
die wiederum mit entsprechenden Drehmomentübertragungselementen verbunden sein
können.
Auf Auswirkungen, die Hitze und der Druck innerhalb einer Fixiereinrichtung
auf diese Verbindung haben könnte
wird hier nicht eingegangen.
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In der Patentschrift
DE 3837554 C2 wird eine Verbindung
eines Zylinderkorpus mit einer Übertragungswelle
vorgeschlagen, die weniger anfällig
für, durch
Hitze entstehende Abnutzungserscheinungen sein soll. Es handelt
sich insbesondere um eine Verbesserung gegenüber Zylinder, bei denen der
Korpus über
ein Mitnahmeelement mit einer Kupplung verbunden ist, die an der Übertragungswelle
anliegt. Diese Kupplung liegt an einer Stirnseite des Korpus an
und kann hier als Flansch verstanden werden. Eine Verbindung mit
dem Korpus erfolgt ausschließlich über das
Mitnahmeelement und einer korpusseitigen Aufnahmenut. In der Verbesserung
wird hier ein Abstandselement zwischen der Kupplung und dem Korpus
und eine Verstärkung
der Aufnahmenut vorgeschlagen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, die Haltbarkeit der Verbindungen der Flansche mit
dem zylinderförmigen
Korpus einer von innen beheizten Fixierrolle zu verlängern und
das Auftreten von Verwertungen und Verspannungen wenigstens zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung
in Vorrichtungshinsicht durch eine Fixierrolle der eingangs genannten
Gattung gelöst,
die eine Verbindung zwischen Korpus und Flansch aufweist, die wenigstens
ein rollbewegliches Verbindungselement aufweist.
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Die Verbindung zwischen Korpus und Flansch
ist an beiden Stirnseiten des Korpus gegeben, die Erfindung kann
dabei alle Verbindungsstellen betreffen. Zur besseren Beschreibung
wird im Folgenden nur eine Verbindung zwischen Flansch und Korpus
beschrieben. Ebenso können
erfindungsgemäß mehrere
Verbindungselemente an der Verbindung beteiligt sein, insbesondere
kann es vorgesehen sein, dass innerhalb des gesamten Verbindungsbereichs
zwischen Flansch und Korpus erfindungsgemäße Verbindungselemente vorliegen.
Es wird im Folgenden nur ein Verbindungselement beschrieben, ohne
dass die Erfindung auf das Vorhandensein nur eines Verbindungselements
beschränkt sein
soll.
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Vorteilhafterweise ist es durch ein
rollbewegliches Verbindungselement zwischen Korpus und Flansch möglich, dass
Verspannungen abgebaut werden und eventuelle Verwerfungen von Flansch und/oder
Korpus ausgeglichen oder vermieden werden. Indem das rollbewegliche
Verbindungselement den herrschenden Kräften nachgibt, wird die Verbindung
neuen geometrischen Verhältnissen
von Flansch und Korpus angepasst und die sich im Bereich der Verbindung
aufbauende Verspannungsenergie wird minimiert.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verbindungselement
im Wesentlichen etwa kugelförmig
ist.
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Eine Kugelform des Verbindungselements gewährleistet
eine möglichst
reibungsarme Bewegung des Verbindungselements innerhalb der Verbindungsstelle
zwischen Flansch und Korpus. Die Gefahr einer Verkantung des Verbindungselements
wird verringert. Das kugelförmige
Verbindungselement ist vorteilhafterweise in der Lage etwaige Größenordnungsänderungen
von Korpus und Flanschen rollenderweise in jeder Richtung auszugleichen,
indem es seine Position entsprechend ändert.
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Erfindungsgemäß ist es weiter vorgesehen, dass
die etwa kugelförmigen,
rollbeweglichen Verbindungselemente in Form von Ringsegmenten angeordnet
sein können.
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Durch diese Anordnung kann es vorteilhaft ermöglicht werden,
dass die auf das Verbindungselement einwirkenden Kräfte gleichmäßig über eine
relativ große
Fläche
auf das Element verteilt werden. Bei der Verwendung von exakt kugelförmigen Verbindungselementen
würden
diese jeweils nur mit einem Punkt eine Verbindung zum Flansch und
zum Korpus eingehen. Über
diesen einen Punkt würden
dann auch die Kräfte
auf das Verbindungselement einwirken, die z.B. durch Längenänderungen
von Korpus und/oder Flansch auf Grund von Wärmeeintrag auf die Fixierrolle
entstehen. Der resultierende Druck wäre dann entsprechend groß.
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Zur Herstellung der Verbindung von
Flansch und Korpus ist es erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass
der Korpus eine Ringnut mit einem halbkreisförmigen Querschnitt im Umfeld
des Verbindungsbereichs von Flansch und Korpus aufweist, die das
Verbindungselement aufnimmt. Diese Ringnut kann erfindungsgemäß auf der
Innenseite des Korpus liegen und einen Kreis um die Achse des Korpus herum
bilden.
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Durch diese Ringnut ist eine Formgebung des
Korpus gewährleistet,
die eine nahezu formschlüssige
Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement
gewährleistet.
Das etwa ringförmige
Verbindungselement kann in so eine Ringnut eingepasst werden. Es
ist daher erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Ringnut einen Durchmesser aufweist, der wenigstens an den
Querschnitt des Verbindungselements angepasst ist.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung
ist es vorgesehen, dass der Flansch stirnseitig in das Innere des
Korpus einführbar
ist.
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Dadurch wird mit Vorteil eine maßgenaue Verbindung
zwischen Flansch und Korpus ermöglicht,
die relativ flexibel in Hinsicht auf Querschnitts- oder Längenänderungen,
insbesondere des Korpus, ist. Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen,
dass sich ein Teil des Flansches hinter dem rollbeweglichen Verbindungselement
befindet. Das Verbindungselement liegt dabei in der vorgesehenen
Ringnut. Für
den Fall einer Querschnitts- oder Längenänderung des Korpus, die z.B.
auf Grund von Wärmeeintrag
erfolgen kann, kann sich das Verbindungselement so bewegen, dass
es den Ausdehnungsbewegungen von Flansch und Korpus rollend folgt
und immer noch eine Verbindung zwischen den Beiden gewährleistet,
wobei immer noch nahezu ein Formschluss zwischen Verbindungselement
und Ringnut des Korpus gegeben ist.
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Bevorzugt ist, eine Federscheibe
zum Anlegen an die Außenseite
der Stirnfläche
des Korpus vorgesehen. Mit dieser kann der in den Korpus eingeführte Flansch
fixiert werden.
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Hierbei soll sich wenigstens ein
Teil des Flansches, wie oben beschrieben auf der dem Inneren des
Korpus zugewandten Seite des Verbindungselements befinden. Das Verbindungselement
selber befindet sich innerhalb der Ringnut und gewährleistet so
die Verbindung zwischen Flansch und Korpus. Durch die erfindungsgemäße Federscheibe
kann ein Hineinrutschen des Flansches in den Korpus vermieden werden.
Sie ist dabei fest, z.B. über
Schrauben mit dem Flansch verbunden und liegt an der Stirnseite
des Korpus auf. Auf diese Weise ist eine abschließende Verbindung
zwischen Korpus und Flansch erreichbar, die den Innenraum der Fixierrolle
abdichtet.
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Durch die Verwendung einer Federscheibe ist
der Vorteil einer flexiblen Verbindung zwischen Flansch und Korpus
gewährleistet.
Durch sie wird auf den Flansch ein gewisser Zug in Richtung der
Stirnseite der Fixierrolle ausgeübt.
Durch diesen Zug wird der Flansch von der Innenseite der Fixierrolle
aus gegen das Verbindungselement gepresst. Kommt es dann zu geometrischen Änderungen
der Verbindung, z.B. auf Grund von Hitze, so kann die Federscheibe eine Anpassung
der Verbindung an diese neuen Bedingungen zumindest unterstützen. Dehnt
sich z.B. der Korpus in Bezug zu seiner ursprünglichen Position aus, so befindet
sich die Ringnut im Verhältnis
zu ihrer alten Position nun weiter in einer Richtung zur Stirnseite
der Fixierrolle. Das Verbindungselement folgt dann der Position
der Ringnut, in der es sich befindet. Daher wird dann der Flansch
durch den Zug der Federscheibe nachgezogen, so dass sich seine Position
den geänderten
geometrischen Bedingungen der Verbindung anpassen kann.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Flansch an seinem, der
Stirnseite des Korpus zugewandten Rand, einen viertelkreisförmigen Absatz
aufweist, der an die Form des Verbindungselements angepasst ist.
Dieser Absatz befindet sich an dem, über das Verbindungselement
herausragenden Teil des Flansches und ist dem Verbindungselement
zugewandt.
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Auf diese Weise wird auch in der
Verbindung zwischen Verbindungselement und Flansch nahezu ein Formschluss
erreicht. Das Anpressen des Innenteils des Flansches gegen das Verbindungselement wird
so weniger Reibung verursachen. Die Richtung, in der nun der Flansch
auf das Verbindungselement wirkt, liegt so in einer Richtung die
mehr radial gerichtet ist. Die Stabilität der Verbindung zwischen Flansch
und Korpus, die das Verbindungselement darstellt, wird weiter erhöht.
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Bei einer rein halbkreisförmigen Ringnut
auf Seiten des Korpus und einem rein viertelkreisförmigen Absatz
auf Seiten des Flansches kann es unter Umständen zu einer unerwünschten
Verkantung der Verbindungselemente gegen die Kanten von Ringnut und/oder
Absatz kommen. Dies kann dann zu einem Rundlauffehler der Fixierrolle
führen.
Erfindungsgemäß kann dies
mit Fasen an den Rändern
der halbkreisförmigen
Ringnut und/oder des vierteilkreisförmigen Absatzes verhindert
werden.
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Die Fasen können in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung einen Winkel zwischen 0° und 45° relativ zur Senkrechten aufweisen.
Sie liegen an den beiden Rändern
der halbkreisförmigen
Ringnut und an dem Rand des viertelkreisförmigen Absatz, der dem Verbindungselement
zugewandt ist.
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Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Winkelbereich
zwischen 15° und
20° vorgesehen.
Hier ist die Bewegungsfreiheit des Verbindungselements immer noch
so weit eingeschränkt,
dass praktisch noch von einem Formschluss ausgegangen werden kann. Wird
der Winkel wesentlich geringer, so ist eine Verhinderung eines Rundlauffehlers
eventuell nicht immer zu vermeiden. Bei wesentlich größeren Winkeln kann
es passieren, dass das Verbindungselement aus der Ringnut herausgedrückt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung sind Wärmestrahlung
reflektierende Reflektorelemente an der, dem Korpusinneren zugewandten
Seite des Flansches vorgesehen.
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Die Wärmequelle im Innern der Fixierrolle strahlt
wenigstens teilweise auch in Richtung der Stirnfläche Leistung
ab. Diese Leistung erhöht
die Temperatur der Flansche und wird über sie nach außen abgegeben.
Dieses bedeutet einen Verlust an Leistung und einen nicht gewünschten
Wärmeeintrag in
die Flansche. Dieser Wärmeeintrag
kann zu Verwerfungen der Flansche führen und Verspannungen zwischen
Flansch und Korpus wenigstens begünstigen.
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Durch die erfindungsgemäßen Reflektorelemente
wird diese Leistung wieder in das Innere der Fixierrolle zurückreflektiert.
Auf diese Weise werden die Flansche vor einem ungewünschten
Wärmeeintrag
geschützt
und die reflektierte Leistung kann dem Korpus zugeführt werden.
Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Reflektorelemente
in so einem Winkel zur Ebene des Flansches positioniert sind, dass
die Wärmestrahlung
direkt auf die Innenseite des Korpus der Fixierrolle reflektiert
wird. Auf diese Weise werden die Flansche vor direkter Exposition
durch die Wärmequelle
geschützt
und der Wirkungsgrad der Fixierrolle kann verbessert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die Reflektorelemente als ringförmige Reflektorsegmente an
einer Reflektorscheibe ausgebildet, um günstige Reflexionseigenschaften
zu erzielen.
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Ausführungsbeispiele, aus denen
sich auch weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die
die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, sind in der Zeichnung
dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Fixiereinrichtung innerhalb einer Druckmaschine,
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2 eine
Fixierrolle mit einem zeichnerischen Ausbruch und sichtbarer Wärmequelle,
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3 einen
Ausschnitt aus einem Längsschnitt
durch die Fixierrolle,
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4 eine
größere Darstellung
des Ausschnitts A aus 3,
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4a eine
detailliertere Darstellung des Bereichs IVa aus 4,
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5 einen
Ausschnitt einer Fixierrolle wie in 4 mit
Fasen,
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5a eine
detailliertere Darstellung des Bereichs Va aus 5,
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6 einen
Ausschnitte der Fixierrolle wie in 3 mit
integrierter Reflektorscheibe,
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7 eine
Aufsicht auf die Reflektorscheibe mit teilweiser Darstellung von
Reflektorsegmenten.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Fixiereinrichtung 1 innerhalb
einer Druckmaschine. Es kann sich dabei z.B. um eine elektrophotographische
Druckmaschine handeln.
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Ein Bogen 6 befindet sich
auf einem Transportband 7 und wird in Richtung des Pfeils 8 in
den Nip 9 zwischen einer Fixierrolle 3 und einem
Gegendruckzylinder 2 transportiert.
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Die Fixierrolle 3 und der
Gegendruckzylinder 2 rotieren dabei in die Richtungen der
Pfeile 4 und 5. Sie drehen sich in Bewegungsrichtung
des Bogens 9.
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Im Inneren der Fixierrolle 3 befindet
sich eine Wärmequelle 10,
die sich auf der Achse der Fixierrolle befindet.
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Dieser Aufbau einer Fixiereinrichtung 1 ist prinzipiell,
so weit er hier dargestellt ist, bereits aus dem Stand der Technik
bekannt.
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In 2 ist
die Fixierrolle 3 aus 1 zu
sehen. Es handelt sich um eine seitliche Ansicht, die einen zeichnerischen
Ausbruch der Fixierrolle 3 aufweist, so dass im Inneren
der Fixierrolle 3 die Wärmequelle 10 erkennbar
ist. An den Stirnflächen
der Fixierrolle 3 befinden sich Flansche 11. Die
Flansche 11 sind mit dem Korpus 12 der Fixierrolle 3 verbunden.
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Ein Ausschnitt aus einem Längsschnitt
durch die Fixierrolle 3 zeigt 3. Es ist hier insbesondere eine Verbindungsstelle
zwischen einem Flansch 11 und dem Korpus 12 der
Fixierrolle 3 dargestellt. Eine Verbindungsstelle ist im
Bereich des Ausschnitts A zu sehen.
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Die Verbindung von Flansch 11 und
Korpus 12 wird über
ein Verbindungselement 13 hergestellt. Eine genauere Darstellung
dieser Verbindungsstellung ist in 4 zu
sehen. Der Flansch 11 ist so gestaltet, dass er in den
Korpus 12 hereinragt. Der ins Innere ragende Teil hat dabei
einen Durchmesser, der ausreicht den Hohlraum des Korpus 12 radial praktisch
ausfüllen.
In Richtung der Stirnfläche
des Korpus 12 verringert sich der Durchmesser des Flansches 11.
Zwischen dem Flansch 11 und der Innenseite des Korpus 12 ist
dann ein Freiraum, der ausreicht das Verbindungselement 13 aufzunehmen, wobei
das Verbindungselement 13 insbesondere in einer Ringnut 14 im
Korpus 12 liegt.
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In dem Flansch 11 befinden
sich Bohrungen für
Schrauben 15. Diese Bohrungen sind radial um den Mittelpunkt
des Flansches 11 herum angeordnet. An der nach außen weisenden
Seite des Flansches 11 befindet sich eine Federscheibe 29.
Sie ist über die
Schrauben 15 mit dem Flansch 11 verbunden. Die
Federscheibe 29 liegt auf der Stirnseite des Korpus 12 auf.
Hierfür
ist ein Vorsprung 21 an dieser Stirnfläche vorhanden. Die Federscheibe 29 besitzt in
der hier dargestellten Anordnung eine Aussparung in ihrer Mitte,
damit ein nach außen
vorstehender Teil des Flansches 11 hervorragen kann. Dieses
Außenteil
des Flansches 11 kann z.B. für eine Verbindung mit der restlichen,
hier nicht dargestellten Druckmaschine vorgesehen sein. Die Fixierrolle 3 kann
hierüber
in Rotation versetzt werden oder es können hierüber verschiedene elektrische
Kontakte zwischen der Fixierrolle 3 und der restlichen
Druckmaschine bereitgestellt werden. Damit kann die Wärmequelle 10 innerhalb
der Fixierrolle 3 betrieben werden oder andere hier nicht
dargestellte Elemente, wie Sensoren können geschaltet oder ausgelesen
werden.
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Durch die feste Verschraubung der
Federscheibe 29 mit dem Flansch 11 und dem gleichzeitigen
Aufliegen der Federscheibe 29 auf dem Vorsprung 21 ist
es gewährleistet,
dass der Flansch 11 mit einer gewissen Nachgiebigkeit gegen
ein Verrutschen weiter in das Innere des Korpus 12 gesichert ist.
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Durch die Federscheibe 29 wird
der Flansch 11 mit seinem in das Innere des Korpus 12 hineinragenden
Teil von Hinten an das Verbindungselement 13 gepresst.
Dieses Verbindungselement 13 befindet sich in der Ringnut 14,
so dass der Flansch 11 auch nicht weiter in Richtung der
Stirnfläche
des Korpus 12 bewegbar ist. Durch die angepassten Formen
von Flansch 11, Verbindungselement 13 und Korpus 12 ist
daher eine sehr stabile Verbindung von Flansch 11 und Korpus 12 gegeben.
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Der Kreis A in 3 stellt einen Ausschnitt des Bereichs
dar, indem es zur Verbindung zwischen dem Flansch 11 und
dem Korpus 12 kommt. Hier befindet sich insbesondere das
Verbindungselement 13. Eine Vergrößerung dieses Ausschnitts ist
in 4 dargestellt.
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In 4 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit darauf
verzichtet worden die Federscheibe 29 mit darzustellen.
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Das Verbindungselement 13 befindet
sich in einem Raum zwischen dem Flansch 11 und der Innenseite
des Korpus 12. Der Korpus 12 weist an dieser Stelle
eine halbkreisförmige
Ringnut 14 mit einem Durchmesser, der der Breite des Verbindungselements 13 angepasst
ist, auf. Das Verbindungselement 13 ist hier ein kugelförmiges Element
mit etwa dem gleichen Durchmesser wie die Ringnut 14.
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In anderen Ausführungsformen können auch Verbindungselemente 13 verwendet
werden, die einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen aber eine andere Längsausdehnung besitzen. In
diesen Fällen ist
es vorgesehen, dass der Durchmesser der Ringnut 14 dem
Durchmesser des kreisförmigen
Querschnitts so eines Verbindungselements angepasst ist.
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Die Formgebung des Flansches 11 ist
so gestaltet, dass er sich in dem Bereich, der hinter dem Verbindungselement 13 liegt, über den
gesamten Hohlraum des Korpus 12 erstreckt. Der Abstand
zwischen Flansch 11 und Korpus 12 ist zumindest
so gering, dass auch der Teil des Verbindungselements 13, der über die
Ringnut 14 hinaus ragt nicht dazwischen passen kann.
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Die Form des Flansches 11 ändert sich
in dem Bereich innerhalb des Korpus 12, der näher zur Stirnseite
der Fixierrolle 3 liegt. Hier weist der Flansch 11 an
seiner Seite, in Richtung zum Korpus 12 einen Absatz 25 auf,
so dass er sich so weit verjüngt,
dass nun der Zwischenraum zwischen Flansch 11 und Korpus 12 ausreicht
um das Verbindungselement 13, während es sich in der Ringnut 14 befindet, aufzunehmen.
Der Absatz 25 ist dabei so ausgeprägt, dass er einem Viertelkreis
entspricht, der in etwa einen Radius wie das Verbindungselements 13 besitzt.
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In 4a ist
eine detailliertere Darstellung des Bereichs IVa aus 4 dargestellt. Zusätzlich zur
Darstellung des Bereichs der Verbindung zwischen Flansch 11 und
Korpus 12, der auch in 4 dargestellt
ist, und der einem Zustand bei annähernd Raumtemperatur entspricht,
ist in gestrichelten Linien der Zustand von Flansch 11', Verbindungselement 13' und Korpus 12' dargestellt,
wie er bei einer Metalltemperatur von 220 °C vorliegt. Der beschriebene Zustand
bei Raumtemperatur ist in durchgezogen Linien dargestellt.
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Es ist bei der Änderung des Zustand von Raumtemperatur
zu 220°C
davon ausgegangen worden, dass sich der Flansch 11 um 0,6
mm und der Korpus 12 um 1,0 mm gegenüber dem Zustand bei Raumtemperatur
ausgedehnt hat. Die Ausdehnungen erfolgen dabei sowohl in horizontaler,
als auch in vertikaler Richtung. Insgesamt kommt es also zu einer Änderung
der geometrischen Verhältnisse
der Verbindung von Flansch 11 und Korpus 12. In
vertikaler Richtung dehnt sich der Flansch 11, so dass
er auch den Durchmesser des Korpus 12 ändert. Bei der Längenänderung
des Korpus 12 ist hier von einer Änderung von 1,0 mm ausgegangen
worden, um die sich der Mittelpunkt der Ringnut 14 bewegt.
Der Flansch 11 wird in der neuen Position mit 11' bezeichnet.
Das Gleiche gilt auch für
die Ringnut 14 (14'), den
Korpus 12 (12'),
das Verbindungselement 13 (13') und den Absatz 25 (25').
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Durch eine rollende Bewegung des
Verbindungselements 13 in die Richtung des Pfeils 24 verändert dann
das Verbindungselement 13 seine Position. Durch die angezogene
Federscheibe 29 wird dann der Flansch 11 so weit
in. Richtung der Stirnfläche
des Korpus 12 gezogen, dass er der Positionsänderung
des Verbindungselements 13 folgt. In dieser neuen Position
liegt das Verbindungselement 13' dann immer noch so zwischen dem
Flansch 11' und dem
Korpus 12',
dass diese ohne Zwischenraum mit einander fest verbunden sind. Der
Berührungspunkt zwischen
Verbindungselement 13' und
Absatz 25' verschiebt
sich zu einem Punkt, der unterhalb des höchsten Punktes des Verbindungselements 13' liegt.
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Es ergibt sich daher ein Spalt 23 zwischen dem
obersten Punkt des Verbindungselements 13' und dem Flansch 11'. Zur besseren
Darstellung dieses Spalts 23 wurde hier ein Linie 22 in
die Zeichnung eingeführt,
die eine Tangente zum obersten Punkt des Verbindungselements 13' darstellt.
Eine Linie 26 ist hier zusätzlich eingefügt worden.
Sie stellt eine Verlängerung
der unteren Begrenzung des Flansches 11' hinter dem Verbindungselement 13' dar.
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Die Breite des Spalts 23 ist
von der Temperatur abhängig,
die die Fixierrolle 3 aufweist. Je nach Temperatur ergeben
sich unterschiedliche Geometrieänderungen
der Verbindung. Bei den zu erwartenden Temperaturen während eines
Fixiervorgangs, ist nicht von einer Verschlechterung der Verbindung
von Flansch 11' und 12' durch einen
zu breiten Spalt 23 auszugehen. In einem angenommen Fall
bei einer Längenänderung
des Korpus 12' von
1,0 mm in Richtung der einen Stirnfläche und einer Radiusänderung des
Flansches 11' von
0,6 mm liegt die Breite des Spaltes 23 in einem Bereich
der Größenänderung von
0,1 mm. Bei einer Spaltbreite in dieser Größenordung liegt das Verbindungselement 13' immer noch fest
an dem Flansch 11' an.
Da es gleichzeitig fest in der halbkreisförmigen Ringnut 14' liegt, gewährleistet es
dann immer noch eine feste und stabile Verbindung zwischen Flansch 11' und Korpus 12'.
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In 5 ist
ein Ausschnitt einer Fixierrolle wie in 4 mit einer erfindungsgemäßen Erweiterung
der Erfindung durch Fasen 16 und 17 dargestellt.
Wie bei 4 beschrieben
befindet sich auch hier das Verbindungselement 13 innerhalb
der Ringnut 14 zwischen dem Flansch 11 und dem
Korpus 12. Der Flansch 11 weist auch hier einen
Absatz 25 auf, der im Wesentlichen viertelkreisförmig ist.
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Der Unterschied der hier dargestellten
Ausführungsform
zu der in 4 beschriebenen,
liegt in der Formgebung der Ringnut 14 und des Absatzes 25.
Hier liegen nun jeweils Fasen 16 und 17 vor.
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Die Fase 16 befindet sich
im Bereich des Absatzes 25 und liegt in Richtung des Inneren
der Fixierrolle 3. Im Bereich der Ringnut 14 liegen
Fasen 17 an beiden Kanten vor.
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Die Fasen 16 und 17 schließen jeweils
einen Winkel von vorzugsweise 15 bis 20° mit der jeweiligen Flächennormalen
ein. Dieser Winkel kann erfindungsgemäß zwischen 0 und 45° liegen.
Zur besseren Darstellung der Fasen 16 und 17 ist
hier auf eine exakte Winkelrichtigkeit verzichtet worden. Der hier dargestellte
Winkel ist willkürlich
und deutlich größer gewählt worden,
so dass die Fasen 16, 17 klar zu erkennen sind.
Ein Winkel der Fasen 16, 17 von 0° würde dabei
bedeuten, dass keine Fasen 16, 17 vorliegen, sondern
die Ringnut 14 und der Absatz 25 jeweils eine
Kante mit einem rechten Winkel zur jeweiligen Fläche aufweisen.
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Die Fasen 16, 17 erlauben
ein leichteres Abrollen des Verbindungselements 13 auf
den Flächen der
Ringnut 14 und des Absatzes 25. Hierdurch kann ein
mögliches
Verkannten des Verbindungselements 13 an der Kante der
Ringnut 14 oder des Absatzes 25 und ein daraus
eventuell resultierendes Unrundlaufen der Fixierrolle 3 vermieden
werden.
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In 5a ist
eine detailliertere Darstellung des Bereichs Va aus 5 dargestellt. Wie in 4a ist hier zusätzlich zum Zustand der Verbindung
von Flansch 11 und Korpus 12 bei Raumtemperatur
ein Zustand bei 220°C
dargestellt. Der Zustand bei Raumtemperatur ist dabei mit durchgezogenen
Linien dargestellt und der Zustand bei 220°C mit gestrichelten Linien.
Es handelt sich hierbei um eine schematische Darstellung, die die
Zustandänderungen darstellen
soll. Sie ist nicht maßstabsgetreu.
Die Objekte beim Zustand bei 220°C
werden auch hier durch gestrichene Bezugszahlen gekennzeichnet.
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Bei gleichen Verschiebungen von Flansch 11 und
Korpus 12 wie in 4a kommt
es hier auch zu einem Spalt 23. Die Spaltbreite nimmt hier
etwa um 13% gegenüber
derjenigen bei einer Ausführungsform
ohne Fasen 16,17 zu und beträgt in einem realen Fall bei
einer Längenänderung
des Korpus 12' um 1,00
mm und einer Ausdehnung des Flansches 11' um 0,60 mm etwa 1,13 mm.
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Bei dieser Ausdehnung von Flansch 11' und Korpus 12' liegt das Verbindungselement 13' immer noch
an der Fase 16' des
Absatzes 25' an.
Auch bei noch größeren Ausdehnungen
ist ein entsprechendes Anliegen immer noch gewährleistet, ohne dass es zu
einem Verkanten des Verbindungselements 13' an der Kante des Absatzes 25' kommt. Durch
die wirkenden Kräfte,
insbesondere durch die Zugkraft der Federscheibe 29 wird
der Flansch 11' immer
so an das Verbindungselement 13' gepresst, dass die Wirkrichtung
einen Winkel von 90° zur
Fläche
des Absatzes 25',
bzw. zu der Fase 16' des
Absatzes 25' aufweist.
Das Gleiche gilt für
die weitere Kraftübertragung
von Verbindungselement 13' auf
die Fase 17' der
Ringnut 14'.
Der Kraftübertrag
ist hierbei linear durch das Verbindungselement 13' hindurch, so
dass es zu keinem Drehmoment um eine Kante herum kommen kann.
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Im Falle einer Anordnung wie bei 4 oder 4a kann es unter Umständen zu einem resultierenden
Drehmoment auf das Verbindungselement 13' kommen. Das Verbindungselement 13' liegt hier
immer auf der Kante der Ringnut 14' auf. Durch die wirkenden Kräfte kommt
es zu einer Kraft senkrecht zu einer Trägheitsachse des Verbindungselements 13', wobei diese
Achse hier senkrecht zur Kante der Ringnut 14' liegt. Durch
dieses Drehmoment kann ein Verkannten des Verbindungselements 13' nicht immer
vermieden werden. Eine weitere rollende Anpassung des Verbindungselements 13' kann dadurch verhindert
werden und die Verbindung zwischen Flansch 11' und Korpus 12' kann beeinträchtigt werden,
wenigsten kann ein Unrundlaufen nicht immer ausgeschlossen werden.
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Ein Ausschnitt einer Seite der Fixierrolle 3 mit
einer Erweiterung um eine integrierte Reflektorscheibe 18 ist
in 6 zu sehen. Es handelt
sich dabei um einen Ausschnitt wie er auch in 3 gezeigt wird. Gleiche Bezugszahlen,
die die gleichen Objekte wie in 3 bezeichnen
sind hier der Einfachheit halber weggelassen worden. Ergänzend befindet
sich hier im Inneren der Fixierrolle 3 an der nach innen weisenden
Seite des Flansches 11 eine Reflektorscheibe 18.
Zur Befestigung der Reflektorscheibe 18 ist in dem Flansch 11 eine
Bohrung 20 vorgesehen, in die die Reflektorscheibe 18 mit
einem Passstück 19 eingepasst
ist.
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Dieses Passstück 19 kann dabei z.B. über ein
Gewinde in die Bohrung 20 eingepasst sein.
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Durch die Einpassung der Reflektorscheibe 18 mittels
eines Passstücks 19 in
den Flansch 11 ist es auf einfache Weise möglich eine
evtl. Auswechslung der Reflektorscheibe vorzunehmen.
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Auf der Reflektorscheibe 18 sind
einige der vorhandenen Reflektorsegmente 27 dargestellt.
Die einzelnen Reflektorsegmente 27 schließen mit
der Ebene der Reflektorscheibe 18 einen Winkel ein, so dass
sie immer zur Außenseite
der Fixierrolle 3 hin ausgerichtet sind. Auf diese Weise
wird Wärmestrahlung 28,
die von der Wärmequelle 10 in
Richtung des Flansches 11 abgestrahlt wird direkt an die
Außenseite
des Korpus 12 reflektiert und kann so zur Erhitzung der äußeren Beschichtung
der Fixierrolle 3 und damit zur Fixierung von Toner auf
einem Bogen 6 beitragen.
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In 7 ist
eine Aufsicht auf die Reflektorscheibe 18 mit teilweiser
Darstellung von Reflektorsegmenten 27 dargestellt. Die
Reflektorsegmente 27 sind Kreissegmente, die konzentrisch
um den Mittelpunkt der Reflektorscheibe 18 herum angeordnet sind.
Der Mittelpunkt der Reflektorscheibe 18 soll hier mit dem
Mittelpunkt des Flansches 11 zusammenfallen. Zur besseren Übersicht
sind nicht alle Reflektorsegmente 27, die auf der Reflektorscheibe 18 angebracht
sind dargestellt, sondern nur eine Auswahl.
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Die Einführung des Flansches 11 in
den Korpus 12 und der Aufbau der Verbindung von Flansch 11 und
Korpus 12 soll erfindungsgemäß so erfolgen, dass zunächst der
Flansch 11 in den Korpus 12 eingeführt wird.
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Der Bereich des Flansches 11 mit
der größten Ausdehnung
bis hin zu dem Absatz 25 soll dann hinter der Ringnut 14 liegen.
Auf diese Weise ist es möglich
als nächstes
die Verbindungselemente 13 in den Bereich zwischen Flansch 11 und
Korpus 12 einzuführen.
Dabei soll darauf geachtet werden, dass die Verbindungselemente 13 schließlich alle
in der Ringnut 14 liegen.
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Nun kann die Federscheibe 29 auf
den Vorsprung 21 an der Stirnseite des Korpus 12 gelegt werden.
Mit den Schrauben 15 soll eine Verbindung zwischen der
Federscheibe 29 und dem Flansch 11 hergestellt
werden. Durch anziehen dieser Schrauben 15 wird der Absatz 25 des
Flansches 11 an die Verbindungselemente 13 gepresst.
Da die Verbindungselemente 13 innerhalb der Ringnut 14 liegen werden
sie dadurch eingeklemmt, wobei die Federscheibe 29 eine
gewisse Nachgiebigkeit zulässt.
Dieses gilt sowohl für
die Konstruktion mit, als auch ohne Fasen 16 und 17.
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Die Federscheibe 29 gewährleistet
daher durch die Verschraubung mit dem Flansch 11, dem Aufliegen
auf dem Vorsprung 21 und dem Andruck an die Verbindungselemente 13 innerhalb
der Ringnut 14 eine stabile Verbindung zwischen Flansch 11 und Korpus 12 der
Fixierrolle 3.
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Bei einer Erhitzung der Fixierrolle 3 dehnen sich
Flansch 11 und Korpus 12 aus. Die Verbindungselemente 13 können dann
rollenderweise in die neuen Positionen der Ringnut 14' und des Absatzes 25' nachrücken. Da
dann der Flansch 11' durch
die Federscheibe 29 dieser Änderung folgt kann so weiter eine
stabile Verbindung gewährleistet
werden. Dieses gilt insbesondere für den hier beschriebenen Fall einer
Temperatur von 220°C,
die das Metall der Fixierrolle 3 auch tatsächlich während des
Betriebs annehmen kann. Es ist ersichtlich, dass sogar noch Spielraum
für höhere Temperaturen
vorhanden ist.
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Insbesondere bei der Ausführungsform
mit Fasen 16 und 17 an dem Absatz 25 und
der Ringnut 14 ist ein Andruck des Flansches 11 an
die Verbindungselemente 13 und damit an den Korpus 12 gewährleistet,
der nicht zu einer Verkantung der Verbindungselemente 13 mit
einem resultierenden Unrundlaufverhalten der Fixierrolle 3 führen kann.
Es kann in diesem Fall auch zu keinem Drehmoment kommen, dass auf
die Verbindungselemente 13 wirkt, da der Berührungspunkt
zwischen Verbindungselement 13 und Ringnut 14 innerhalb
der Fläche
der Fase 17 liegt. In der Ausführungsform ohne Fasen 16,17 würde die
Kante der Ringnut 14 als Berührungspunkt dienen, wodurch
hierum ein Drehmoment auftreten könnte.
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Durch die vorliegende Erfindung ist
es damit gewährleistet
ein stabile Verbindung zwischen Flansch 11 und Korpus 12 einer
Fixierrolle 3 herzustellen, die auch bei Erhitzung der
Fixierrolle 3 auf für den
Fixiervorgang notwendige Temperaturen von z.B. 220°C stabil
bleibt und nicht zu Verspannungen innerhalb der Verbindung führt. Da
die Verbindungselemente 13 den Ausdehnungen folgen können und der
Flansch 11 diesen Änderungen
durch die Federscheibe 29 folgt, können die Ausdehnungen von Flansch 11 und
Korpus 12 ungehindert erfolgen ohne entsprechende Kräfte auf
einander auszuüben,
die zu Verspannungen oder Verwerfungen führen könnten.
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Es kann dadurch eine bessere Oberflächenstruktur
der Fixierrolle 3 auch bei höheren Temperaturen und zumindest
auch ein verbessertes Laufverhalten erreicht werden.
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Durch die Vermeidung von Spannungen
innerhalb der Verbindung wird deren Haltbarkeit verlängert.