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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

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Der Druckvorgang

Der Druckvorgang beim Laserdrucker lässt sich ganz schematisch folgendermaßen gliedern: 1. Der Computer sendet an den Drucker Signale, aus denen hervorgeht, welche Stellen des Papiers bedruckt werden sollen. 2. Im Innern des Laserdruckers laufen geheimnisvolle Vorgänge ab. Von einer Walze (Abbildung 19) werden Tonerpartikel an die richtigen Stellen auf dem Papier befördert und dort zum Haften gebracht. 3. Das bedruckte Papier verlässt, von weiteren Walzen befördert, den Drucker. Abbildung 19: Walze in einem Laserdrucker (Quelle: http://computer.howstuffworks.com/laser-printer2.htm) Physikalisch interessant ist Schritt 2, und zwar deshalb weil es nicht einfach um die Funktion eines beliebigen technischen Geräts geht, sondern weil die Funktionsweise des Laserdruckers in einfacher Weise auf den elementaren Gesetzen der Elektrostatik beruht, die auf diese Weise in der Anwendung gelernt und geübt werden können. Wenn wir das „geheimnisvolle Wirken“ in Schritt 2 noch etwas untergliedern, stellen sich einige Fragen, die physikalisch beantwortet werden können: • Was macht der Laser im Laserdrucker? • Der Toner muss an der Walze haften. Welche physikalische Kraft ist dafür verantwortlich? • Woher weiß der Toner, an welchen Stellen auf der Walze er haften muss? • Wie kommt es, dass der Toner später am Papier und nicht mehr an der Walze haftet? b) Grundlegende Funktionsweise Der grundlegende Prozess beruht auf elektrostatischer Anziehung und Abstoßung und läuft folgendermaßen ab: 26

1. Auf der Walze wird mit Hilfe des Lasers ein Invers-Abbild der zu druckenden Seite aus elektrischen Ladungen erzeugt (Ladungsbild). 2. Geladene Tonerteilchen setzen sich an die ungeladenen Stellen der Walze. 3. Die Tonerteilchen werden von der Walze auf das Papier übertragen und dort thermisch fixiert. Einen Analogversuch kann man mit einer Hochspannungsquelle leicht durchführen (Wittmann 1986; Berthold et al. 2004). An einen Holzgriff wird ein Nagel befestigt, der an den Pluspol einer Hochspannungsquelle angeschlossen wird (Sicherheit beachten). Der geerdete Pol der Hochspannungsquelle wird an eine lackierte Blechplatte angeschlossen (man kann auch eine Overheadfolie ohne Anschluss benutzen). Mit dem Nagel wird ein Buchstabe geschrieben oder ein Bild gemalt. Noch ist nichts zu erkennen. Erst wenn man das Blech mit Korkmehr bestäubt und vorsichtig abschüttelt, sieht man, dass an den Stellen, über die der Nagel gefahren ist, das Korkmehl haftet. Der geladene Nagel hat auf die Unterlage ein „Ladungsbild“ geschrieben. An diesen Ladungen haftet das Korkmehl wie der Toner an der Walze. Abbildung 20: Analogversuch zur Xerografie. Quelle: Berthold et al. (2004): CD-Version 1999 Es existieren zwei Verfahren des Laserdruckens: das sogenannte „write-white“-Verfahren und das „write-black“-Verfahren, die sich darin unterscheiden, wie das Ladungsbild auf der Walze beschaffen ist. Der oben beschriebene Analogversuch entspricht dem „write-white“- Verfahren, bei dem die Stellen der Trommel aufgeladen werden, die später auf dem Papier bedruckt werden sollen. Beim „write-black“-Verfahren dagegen wird ein inverses Ladungsbild auf der Trommel erzeugt, und die nicht aufgeladenen Stellen entsprechen dem zu druckenden Bild. Im Folgenden wird das verbreitetere „write-black“-Verfahren beschrieben (Bloomfield (2001) erläutert das „write-white“-Verfahren). c) Aufladen der Trommel durch Koronaentladung Gehen wir den Druckprozess Schritt für Schritt durch. Als erstes wird die Walze negativ aufgeladen. Wie kann das geschehen? Es gibt drei Möglichkeiten, einen Gegenstand elektrosta- 27

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