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Wie Funktioniert Ein Kopierer

Wie Funktioniert Ein Kopierer

Sie glauben vielleicht, dass das Fotokopieren eines Dokuments ein einfacher Vorgang ist. Ein grünes Licht leuchtet auf der Glasscheibe eines Fotokopierers auf, wenn Sie ein Dokument darauf legen. Nach einigen Sekunden erscheint ein Duplikat des Dokuments, das Sie auf den Bildschirm gelegt haben, an der Seite des Geräts.

Haben Sie sich jemals gefragt, was hinter dem Glas passiert? Fotokopierer sind komplizierte Geräte; hier ist ein kurzer Überblick über ihre Funktionsweise.

Die Funktionsweise eines Fotokopierers basiert auf den Konzepten der Elektrizität und der Lichtleitfähigkeit. Im Inneren des Geräts zieht ein lichtempfindlicher Fotorezeptor Tonerpartikel an und überträgt sie auf Normalpapier, um eine Kopie eines Dokuments zu erstellen.

Wie genau funktioniert nun ein Fotokopierer?

Nachdem Sie Ihr Blatt Papier (die Vorlage) auf die Glasscheibe des Kopierers gelegt und die große grüne Taste gedrückt haben, durchläuft das Gerät eine Reihe von Vorgängen, bis Ihre Kopie fertig ist.
Das Prinzip “Gegensätze ziehen sich an” gilt auch für Fotokopierer. Toner ist ein Pulver, das im Druckprozess verwendet wird, um Text und Bilder auf Papier zu drucken. Da das Pulver negativ geladen ist, wird es von etwas Positivem, wie dem Papier, angezogen.

Statische Elektrizität wird genutzt, um die Trommel, das Herzstück eines Fotokopierers, positiv aufzuladen.
Mit einem Laser wird ein Bild der Vorlage auf die Trommel übertragen. Die hellen Bereiche des Bildes (die weißen Bereiche auf dem Papier) verlieren ihre Ladung und werden zunehmend negativ, während die dunklen Bereiche des Bildes (wo sich der Text befindet) positiv geladen bleiben.

Der Toner bleibt an den schwarzen Teilen des Bildes auf der Trommel haften, weil er von den positiven Bereichen angezogen wird. Die Trommel zieht den cyanfarbenen, magentafarbenen, gelben und schwarzen Toner für Farbkopien an. Mit nur vier Farben lässt sich eine breite Palette von Farben erzeugen. Der Toner auf der Trommel wird dann auf ein Blatt Papier übertragen, das eine geringere negative Ladung als die Trommel aufweist.

Mit Hilfe von Wärme- und Druckwalzen wird der Toner geschmolzen und haftet auf dem Papier. Schließlich kommt das fotokopierte Dokument aus dem Kopierer. Das Papier, das aus dem Kopierer kommt, ist erhitzt, weil Wärme eingesetzt wird.

Die Grundlagen
Die Erstellung einer Kopie auf menschlicher Ebene beginnt mit einigen einfachen Schritten:

Nehmen Sie den Deckel des Kopierers ab.

Legen Sie das fotokopierte Dokument mit der Vorderseite nach unten auf das Glas.

Wählen Sie Ihre Einstellungen (Anzahl der Seiten, Vergrößerungen, heller/dunkler)

Drücken Sie die Start-Taste, um zu beginnen:

Es ist unglaublich, was in diesem Moment im Inneren des Kopierers passiert! Ein Kopierer funktioniert auf der Grundlage eines einfachen physikalischen Prinzips: Gegensätzliche Ladungen ziehen sich an.
Wahrscheinlich haben Sie schon als Kind mit statischer Elektrizität und Luftballons gespielt. Wenn Sie an einem trockenen Wintertag einen Luftballon an Ihrem Sweatshirt reiben, kann sich der Ballon so stark statisch aufladen, dass eine erhebliche Kraft entsteht. Ein mit statischer Elektrizität aufgeladener Luftballon zieht z. B. kleine Papierschnipsel oder Zuckerkörnchen an.

Ein Kopierer funktioniert auf ähnliche Weise. Im Inneren eines Kopierers befindet sich eine spezielle Trommel. Die Trommel funktioniert ähnlich wie ein Luftballon, da sie mit statischer Energie aufgeladen werden kann.
Der Toner, ein extrem feines schwarzes Pulver, befindet sich ebenfalls im Kopierer.

Die Tonerpartikel können von der Trommel angezogen werden, die mit statischer Elektrizität aufgeladen ist. Die Trommel und der Toner sind für drei Dinge verantwortlich, die es einem Kopierer ermöglichen, seine Magie zu entfalten:

Die Trommel kann selektiv aufgeladen werden, um den Toner nur in bestimmten Bereichen anzuziehen. In einem Kopierer erzeugen Sie mit statischer Elektrizität ein “Bild” auf der Oberfläche der Trommel. Statische Elektrizität wird auf der Trommel dort erzeugt, wo das Originalpapier schwarz ist. Man geht nicht dorthin, wo es weiß ist. Sie wollen, dass die weißen Bereiche des Originalpapiers den Toner nicht anziehen. Um diese Selektivität zu erreichen, wird in einem Kopierer Licht verwendet, weshalb er auch Fotokopierer genannt wird!

Der Toner muss irgendwie auf die Trommel und anschließend auf ein Blatt Papier gelangen. Der Toner wird selektiv von der Trommel angezogen. Durch statische Aufladung des Papiers wird der Toner von der Trommel abgezogen.

Da Toner hitzeempfindlich ist, werden die losen Tonerpartikel, sobald sie die Trommel verlassen, erhitzt und mit dem Papier verschmolzen.

Für die Herstellung der Trommel oder des Bandes wird fotoleitendes Material verwendet. Die genauen Schritte zur Erstellung einer Fotokopie sind wie folgt:
Die Oberfläche der Trommel ist aufgeladen.

Ein heller Lichtstrahl fällt auf das Papier, das Sie auf die Glasplatte des Kopierers gelegt haben. Die weißen Teile des Papiers reflektieren das Licht, das auf die Trommel darunter trifft.

Dort, wo ein Lichtquant auftrifft, werden Elektronen aus den fotoleitenden Atomen der Trommel freigesetzt, die die darüber liegenden positiven Ladungen neutralisieren. Dunkle Bereiche auf dem Original (z. B. Bilder oder Schrift) reflektieren kein Licht auf die Trommel, was zu positiv geladenen Bereichen auf der Oberfläche führt.

Ein schwarzes, negativ geladenes und getrocknetes Pigment, der so genannte Toner, wird dann auf der Oberfläche der Trommel verteilt, und die Pigmentteilchen haften an den verbleibenden positiven Ladungen.

Anschließend wird ein positiv geladenes Stück Papier über die Oberfläche der Trommel geführt, wodurch die Tonerkügelchen von ihr weggezogen werden.

Danach wird das Papier erhitzt und gepresst, um das Tonerbild auf der Papieroberfläche zu fixieren.

Ein Fotokopierer besteht aus den folgenden Teilen:

Ein herkömmliches Fotokopiergerät (manchmal auch als “Xerox-Gerät” bezeichnet) besteht aus folgenden Teilen

Eine Fotorezeptortrommel (oder ein Band) mit einer Schicht aus Halbleitermaterial, wie Selen, Silizium oder Germanium, auf der Oberfläche. Dies ist zweifelsohne der wichtigste Bestandteil des Geräts.

Ein Toner ist eine Flüssigkeit, die gefärbt ist. Ein Toner ist eine trockene Kombination aus kleinen, negativ geladenen Kunststoffteilchen und farbgebenden Zusätzen, die ein Duplikat auf einem Stück Papier erzeugt. Er wird auch als “trockene Tinte” bezeichnet.
Koronadrähte, die ein Feld positiver Ladung auf die Oberfläche der Fotorezeptortrommel und des Kopierpapiers übertragen, wenn sie einer hohen Spannung ausgesetzt werden.

Eine Lichtquelle und zahlreiche Linsen, die einen brillanten Lichtstrahl auf das Originaldokument werfen bzw. eine Kopie des Bildes auf eine bestimmte Stelle konzentrieren.

Eine Fixiereinheit, die das Tonerbild schmilzt und auf das Kopierpapier drückt und dem Duplikat den letzten Schliff gibt, bevor es das Gerät verlässt, und somit die “letzte” Hauptkomponente eines Fotokopierers ist.

So funktioniert es in der heutigen Welt:

Aufladen:

Ein Fotorezeptor ist eine lichtempfindliche Oberfläche, die sich in jedem Kopierer und Laserdrucker befindet. Eine kleine Beschichtung aus fotoleitendem Material wird auf ein flexibles Band oder eine Trommel aufgebracht, um sie zu erzeugen.

Im Dunkeln ist der Fotorezeptor isolierend, aber wenn er Licht ausgesetzt wird, wird er leitend. Er wird im Dunkeln aufgeladen, indem eine hohe Gleichspannung an benachbarte Drähte angelegt wird, wodurch ein starkes elektrisches Feld um die Drähte herum entsteht, das die Luftmoleküle ionisiert. Ionen mit der gleichen Polarität wie die Drahtspannung lagern sich auf der Oberfläche des Fotorezeptors ab und bilden ein elektrisches Feld.

Belichten:

Ein abtastender modulierter Laser oder ein Leuchtdioden-Bildbalken belichtet das Bild auf dem Fotorezeptor in einem digitalen Kopierer oder Drucker. In früheren analogen Kopierern wird reflektiertes Licht von einem beleuchteten Bild auf den Fotorezeptor projiziert. In beiden Fällen werden die lichtempfindlichen Bereiche des Fotorezeptors selektiv entladen, was zu einer Abnahme des elektrischen Feldes führt. Die Ladung bleibt in den dunkleren Bereichen erhalten.

Entwickeln.

Toner ist das farbige Pulver, das zum Entwickeln des Bildes verwendet wird. Tonerpartikel, die sich aus Farbstoff und Kunststoff zusammensetzen, haben elektrostatische Eigenschaften, die genau eingestellt werden können und eine Größe von fünf bis zehn Mikrometern haben. Magnetisierte Trägerkügelchen verbinden sie und laden sie auf, bevor sie in die Wachstumszone transportiert werden.

Durch das Phänomen der Triboelektrizität werden die Partikel aufgeladen (oft als statische Elektrizität bezeichnet). Der geladene Toner haftet aufgrund der elektrostatischen Kraft, die durch das elektrische Feld in Verbindung mit dem Ladungsmuster des Bildes auf dem Fotorezeptor entsteht, auf dem Bild. Ein Drucker mit vier verschiedenen xerografischen Einheiten erstellt und entwickelt einzelne Bilder in Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, um ein Farbdokument zu erstellen. Vollfarbige Papiere werden durch Überlagerung dieser Pulverbilder erstellt.

Übertragung:

Indem das Papier mit dem Toner in Berührung gebracht wird und dann eine Ladung mit der dem Toner entgegengesetzten Polarität aufgebracht wird, wird das Pulverbild vom Fotorezeptor auf das Papier übertragen. Um die Haftung des Pulvers am Fotorezeptor zu überwinden, muss die Ladung stark genug sein. Eine zweite, richtig dosierte Ladung trennt das Papier vom Fotorezeptor, der nun das Bild enthält.

Schmelzsicherung.

Der Toner, aus dem das Bild besteht, wird während des Fixiervorgangs geschmolzen und an das Papier gebunden. Zu diesem Zweck wird das Papier durch ein Walzenpaar geführt. Eine erhitzte Walze schmilzt den Toner, der dann mit Hilfe des Drucks der zweiten Walze mit dem Papier verschmolzen wird.

Sauber:

Da die Tonerübertragung vom Fotorezeptor auf das Papier nicht immer perfekt ist, müssen Tonerreste vor dem nächsten Druckzyklus vom Fotorezeptor entfernt werden. In den meisten Mittel- und Hochgeschwindigkeitskopierern und -druckern wird zu diesem Zweck ein rotierender Bürstenreiniger verwendet.

Die Xerografie ist ein einzigartiges Verfahren, das chemische, elektrische, mechanische und softwaretechnische Kenntnisse erfordert. Das schnelle und kostengünstige Digitaldruckverfahren kann in Schwarzweiß oder Farbe nur einen Abdruck oder Hunderte von ähnlichen Bildern erzeugen.

Noch entscheidender ist, dass die Xerografie mit ihrer Fähigkeit, die Bilder von Seite zu Seite zu verändern, den On-Demand-Druck ganzer Publikationen wie Broschüren und Romane ermöglicht. Der On-Demand-Druck kann dazu beitragen, Zeit und Geld zu sparen und die Veralterung von Dokumenten, Überschreitungen und die Lagerhaltung zu verringern.

Die wichtigsten Konzepte:

Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie ein Fotokopierer die Tinte auf all die Kopien bringt, werden Sie erstaunt sein zu hören, dass es ein wirklich einfacher Prozess ist.
Die meisten Fotokopierer sind so gebaut, dass sich die “Tinte” (in Wirklichkeit ein schwarzes Pulver namens Toner) und die Trommel statisch aufladen, so dass sie sich gegenseitig anziehen. Auch der Einsatz von Licht ist entscheidend für die Entstehung des Bildes auf der Trommel. Schließlich wird der Toner mit Hilfe von Hitze auf einem Blatt Papier fixiert.
Schritt 1: Auf der Trommel wird ein Bild des Originaldokuments erstellt.
Wenn das Dokument auf das Glas gelegt wird, beginnt der Vorgang. Der Kopierer tastet die Oberfläche des Glases ab (das helle Licht). Das Licht wird von den weißen Flächen des Originalpapiers reflektiert und über Spiegel auf die Trommel geworfen, die mit einer positiven elektrischen Ladung versehen ist.
Wenn Licht auf die Trommel fällt, wird sie von einer fotorezeptiven Schicht oder einer speziellen Beschichtung umgeben, die Strom leitet.

Die Trommel leitet dort, wo das Licht einfällt (die weißen Bereiche des Originalblatts), und die elektrostatische Ladung ist verschwunden. Die Trommel leitet nicht und behält ihre positive Ladung dort, wo kein Licht hinfällt (die schwarzen Bereiche des Blattes). Auf der Oberfläche der Trommel entsteht ein Bild, das jedoch aus positiv geladener statischer Elektrizität besteht. Ein Fotokopierer hat seinen Namen von der lichtbasierten Technik, mit der eine Kopie eines Bildes erstellt wird.

Schritt 2: Aufladen und Übertragen des Tonerpulvers auf die Trommel
Der Toner ist ein schwarzes Pulver, das das Gerät zusätzlich auflädt. Dieses Mal ist die Ladung jedoch negativ. Der negative Toner wird aus der Kartusche entnommen und zu den positiven Bereichen der Trommel gezogen, die mit den schwarzen Teilen des Originaldokuments übereinstimmen.

Sie haben nun eine Trommel mit einem schwarzen, feinen Tonerpulverbild, das eine exakte Kopie des Originaldokuments ist. Es ist nun an der Zeit, das Bild auf Papier zu übertragen.

Schritt 3: Übertragen des Bildes auf ein Blatt Papier
Die Trommel rollt nun über ein heißes Blatt Papier. Durch die Hitze wird das Tonerpulver auf das Blatt übertragen und fixiert, ein Vorgang, der als “Fixieren” bezeichnet wird. Wenn das Blatt Papier mit dem fotokopierten Bild aus dem Gerät kommt, ist es noch warm vom letzten Schritt.

Was macht digitale Fotokopierer so einzigartig?

Kopierer wie diese arbeiten mit analoger Technologie: Sie scannen ein Originaldokument ein und geben es als originalgetreue Kopie wieder, wobei nichts weiter als Optik und statische Elektrizität zum Einsatz kommen. Von 1949, als der erste Haloid Xerox-Fotokopierer eingeführt wurde, bis in die frühen 1980er Jahre funktionierten alle Kopierer auf diese Weise. Als Ricoh 1981 einen rudimentären digitalen Fotokopierer entwickelte, änderte sich alles. Ricoh und dann Canon führten einige Jahre später die ersten digitalen Kopierer ein.

Die meisten Kopierer arbeiten heute digital, indem sie ein Dokument mit einem Bildsensorchip (CCD oder CMOS) einscannen, eine digitale Version (in der Regel eine JPG- oder TIFF-Datei) erstellen und dieses digitale Bild auf die gleiche Weise wie ein Tintenstrahl- oder Laserdrucker ausdrucken.

Sie können mit der gleichen Auflösung wie ein High-End-Laserdrucker reproduzieren, da sie sehr hochwertige digitale Bilder scannen (um ein Vielfaches besser als ein analoger Kopierer). Es ist einfach, ein Dokument zu vergrößern oder zu verkleinern, sobald es in ein digitales Format umgewandelt wurde. Darüber hinaus erstellen Digitalkopierer “sauberere” Kopien mit besserer Bilddichte und Kontraststeuerung als analoge Kopierer.

Einen Digitalkopierer kann man sich als eine Kombination aus Scanner und Drucker vorstellen, die von einem eingebauten Computer gesteuert wird. Tatsächlich funktionieren die beliebten All-in-One-Geräte zum Drucken, Scannen, Kopieren und Faxen, die für Heimbüros erhältlich sind, ähnlich, wobei separate “Module” zum Scannen, Drucken und Faxen angeschlossen sind.

Sie beginnen mit einem digitalen Bild (entweder ein gescanntes Dokument, ein über die Telefonleitung empfangenes Fax oder etwas, das über ein USB-Kabel oder eine drahtlose Verbindung – Wi-Fi Direct oder Bluetooth – von einem Computer empfangen wurde), speichern es und drucken es dann. Bei einigen digitalen Geräten können Sie das Dokument vor dem Druck geringfügig verändern.

Bei einigen Modellen können Sie Dokumente auf einer integrierten Festplatte, einem Flash-Laufwerk oder einer SD-Karte speichern, um sie anschließend zu drucken (ohne sie erneut scannen zu müssen). Kopierer mit Speicher erleichtern die Vervielfältigung komplizierter, mehrseitiger Dokumente erheblich, ohne dass jede Seite mehrmals gescannt werden muss.

Obwohl Digitalkopierer multifunktional, schnell und wirtschaftlich sind, birgt ihr Einsatz an Arbeitsplätzen oder anderen gemeinsam genutzten/öffentlichen Räumen erhebliche Bedenken. Die von ihnen analysierten Dokumente werden häufig auf Festplatten gespeichert, was ein Sicherheitsproblem darstellen kann, denn selbst wenn Dokumente zerstört werden, können Spuren wiederhergestellt werden. Um dies zu umgehen, verwenden einige Kopierer eine Verschlüsselung, während andere große Anstrengungen unternehmen, um die Dokumente vollständig von der Festplatte zu löschen.

Sicherheits- und Gesundheitsaspekte bei Fotokopierern

Wie bei allen großen Maschinen gibt es auch bei Kopierern einige Gesundheits- und Sicherheitsaspekte, die während der gesamten Lebensdauer des Geräts beachtet werden müssen. Sie können die Lebensdauer und den Nutzen Ihres Geräts über Jahre hinweg verlängern, wenn Sie die folgenden Richtlinien befolgen.

Belüftung:

Vergewissern Sie sich, dass Ihr Kopierer genügend Bewegungsfreiheit hat und dass die Lüftungsschächte, wenn er an einer Wand steht, genügend Platz zum Entweichen der Luft haben. Wenn der Kopierraum sehr klein ist oder der Arbeitsplatz nicht ausreichend belüftet ist, empfehlen wir den Einsatz von elektrischen Ventilatoren, um eine angenehme Temperatur zu gewährleisten.

Standort:

Neben der Belüftung sollten Sie auch darauf achten, dass Ihr Kopierer in einer angemessenen Höhe aufgestellt ist. Damit ist eine Höhe gemeint, die übermäßiges Bücken und Strecken beim Einlegen/Wechseln von Papier oder beim Einsammeln der fertigen Ausdrucke verhindert.
Lesen Sie die Anleitung:

Wenn Sie einen neuen Kopierer installieren, sollten Sie alle Anstrengungen unternehmen, um die Mitarbeiter, die das Gerät täglich benutzen werden, dazu anzuhalten, das Handbuch zu lesen und sich mit der sicheren Benutzung des Geräts vertraut zu machen. Dies kann bedeuten, dass Sie prüfen, ob vom Gerät Wärme ausgeht, und dass Sie die Glühbirnen und den Toner austauschen. Sie sollten auch dafür sorgen, dass die zuständigen Personen den Kopierer sauber und ordentlich halten, da Staub und Ablagerungen Probleme verursachen und die Lebensdauer des Kopierers verkürzen können.
Das ist alles, was Sie wissen müssen. Sie haben nun ein besseres Verständnis für die Funktionsweise eines Kopierers und einen hervorragenden Diskussionsanstoß für Ihre nächste Firmenveranstaltung!

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