Drucker

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Ein Drucker ist ein Gerät, welches Informationen zu Papier bringt.

Es gibt verschiedene Arten von Druckern: Matrixdrucker, Thermodrucker, Thermotransferdrucker, Tintenstrahldrucker, Laserdrucker und Endlospapierdrucker. Je nach Art wird die Information auf unterschiedliche Weise zu Papier gebracht.

Inhaltsverzeichnis

Matrixdrucker

Diese Art der Drucker besitzt Nadeln; diese schießen beim Drucken gegen das Farbband und hinterlassen einen Punkt auf dem dahinter liegenden Papier. Die zu druckenden Zeichen und Grafiken bestehen somit aus vielen einzelnen Punkten. Der Nachteil dieser Druckerart besteht darin, dass er viel Lärm verursacht.

Endlospapierdrucker

Diese Art der Drucker hat in der Regel Nadeln, die das Ergebnis zu Papier bringen. Das besondere dabei ist das Papier. Es wird nicht einzeln eingezogen, sondern fortlaufend. Das Papier liegt meist in einem Karton hinter dem Drucker und wird mit Rädern, die das Papier am Lochrand greifen, durch den Drucker durchgezogen. Den Ausdruck reißt man am Ende ab und muss zusätzlich noch links und rechts vom Papier den Lochrand entfernen.

Thermodrucker

Bei einem Thermodrucker wird wärmeempfindliches Spezialpapier verwendet. Bei einem Druckvorgang wird ein Thermoelement auf dem Thermokopf erhitzt und strahlt die Wärme auf das Papier ab. Dieses verfärbt sich und erzeugt das gewünschte Element.

Thermotransferdrucker

Das Problem bei einem Thermodrucker ist das Papier, es verliert die Lesbarkeit vor allem aufgrund von Lichteinwirkung. Dieses soll das Thermotransferverfahren beheben und es ist kein Spezialpapier mehr nötig.

Dabei findet sich nun zwischen Papier und Thermodruckkopf ein Farbband, welches mit einer farbigen Wachsschicht versehen ist. Soll nun etwas gedruckt werden, so erhitzt sich das Thermoelement auf dem Thermokopf und lässt die farbige Wachsschicht weich werden. Diese löst sich vom Farbband und wird auf das Papier übertragen.

Tintenstrahldrucker

Der Tintenstrahldrucker besitzt kein Farbband mehr. Er arbeitet mit Druckerpatronen, die mit Tinte gefüllt sind.

Bei einem Tintenstrahldrucker zieht ein präziser Schrittmotor das Papier durch den Drucker, während sich zeitgleich der Druckkopf, ebenfalls mit einem Schrittmotor angetrieben, horizontal über das Papier bewegt und aus winzigen Düsen Tinte auf das Blatt spritzt. Hierbei werden Düsen elektronisch angesteuert und "feuern" in schneller Folge Tintentropfen auf das Papier. Mit der kombinierten Bewegung von Papier- und Druckkopf sowie der Anzahl der Tröpfchen und dem Zeitpunkt, an dem jedes einzelne von ihnen abgefeuert wird, ergibt sich das Druckbild.

Man unterscheidet 2 Arten von Tintenstrahlern - den mechanischen Piezodruck und den thermischen Tintendruck.

Piezodrucktechnik

Bereits 1977 wurde der erste Tintenstrahldrucker entwickelt, welcher mit Piezoelementen arbeitete. Dieser Drucker besaß ebenfalls, wie später der thermische Drucker, zwölf Düsen im Druckkopf. Die elektromechanischen Köpfe mit Piezoelementen enthalten mehr Einzelteile. Sie waren (und sind) aufwändiger zu produzieren als die kompakten, in großen Stückzahlen auf Silizium-Wafern herstellbaren Thermo-Druckköpfe. Letztlich ist dieser Aufwand nur vertretbar, wenn die Druckköpfe eine sehr lange Haltbarkeit aufweisen.

Piezodruck steht heute eigentlich unbestritten für Produkte der Firma Epson, die alle ihre Tintendrucker der Stylus-Serie mit entsprechenden, fest montierten Permanentdruckköpfen ausstattet. Andere Hersteller haben sich weitgehend aus diesem Bereich zurückgezogen.

Anstatt mit einem thermischen Element die Tinte zu verdampfen (was in den Düsen zu Ablagerungen führt), funktioniert die Piezodrucktechnik rein mechanisch.

Wie der Name es andeutet, arbeiten die Druckköpfe hier mit Piezokristallen. Diese haben die Eigenschaft, sich beim Anlegen von elektrischer Spannung zu verformen. Diese gewollte mechanische Verformung wird zur Erzeugung des erforderlichen Tintendrucks in den Düsen genutzt.

Epson versieht jede Düse im Druckkopf mit einer Piezoscheibe. Je nach Polarität (positiv oder negativ) der angelegten Spannung, verformt sich die Scheibe in die eine oder andere Richtung. Dabei drückt der Piezokristall gegen eine Membran, die wiederum auf die Tinte im Düsenkanal drückt und dadurch einen Tintentropfen aus der Düse feuert.

Da der Verformungsvorgang nur etwa fünf Mikrosekunden dauert, sind mit Piezodruckköpfen sehr hohe „Feuerfrequenzen“ erreichbar. Dies ermöglicht hohe Arbeits-/Ausgabegeschwindigkeiten.

Thermisches Druckverfahren

Im Druckkopf eines thermischen Tintenstrahldruckers befinden sich mehrere Druckdüsen. Aus diesen Düsenkanälen wird die Tinte in schneller Folge auf das Papier gespritzt.

Je kleiner die Tintenmenge pro abgegebenem Tropfen ausfällt, desto feinere Druckpunkte kann ein Tintenstrahler ausgeben. Daraus resultierend ergibt sich die Fähigkeit, feine Konturen und Bilddetails dazustellen. Von der Anzahl der Düsen im Druckkopf und der Geschwindigkeit, mit der sich einzelne Tröpfchen erzeugen lassen, hängt die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit des Druckkopfes ab – und damit auch letztlich die des Druckers selbst.

Beim Druckkopf des ersten Tintenstrahlers in 1984 waren es noch zwölf Düsen, die jeweils einen Tintentropfen mit 180 pl (Picoliter, billionstel Liter) erzeugen konnten. Der Farbdruckkopf eines aktuellen Tintenstrahlers erzeugt beispielsweise Tröpfchen aus nur fünf Picolitern Tinte und gibt diese über 408 Düsen als kaum noch separat erkennbare Druckpunkte zu Papier.

In jedem Düsenkanal eines thermischen Tintendruckkopfes befindet sich ein Heizelement, das in der Fläche etwa 30 x 30 Mikrometer misst (Mikrometer = millionstel Meter). Wird eine elektrische Spannung an das Heizelement angelegt, erhitzt sich dieses sehr schnell auf Temperaturen um rund 300 °C. Dadurch verdampft die ursprünglich flüssige Tinte explosionsartig und es entsteht eine Dampfblase im Düsenkanal. Als Folge dieser Ausdehnung beim Verdampfen wird schlagartig ein Tintentropfen aus der Druckdüse gefeuert.

Bildet sich die Dampfblase im Düsenkanal zurück (Heizelement schaltet ab), reißt der Tintentropfen von der Düse und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Metern pro Sekunde auf das Papier. Mit dem Abkühlen des Düsenkanals entsteht nunmehr ein Unterdruck, weshalb neue Tinte aus der Tintenkammer nachfließt. Durch das erneute Erhitzen des Heizelementes kann in der Folge der nächste Tropfen abgefeuert werden.

Der gesamte Vorgang, vom Anlegen der Spannung am Heizelement bis zum Nachfließen der Tinte, dauert dabei weniger als 80 Mikrosekunden (Mikrosekunde = Millionstel Sekunde). Diese Dauer bestimmt die sogenannte „Feuerfrequenz“ eines thermischen Druckkopfes, also die maximale Anzahl an Tropfen, die über jede einzelne Düse in einer bestimmten Zeit kontrolliert abgeben werden kann.

Laserdrucker

Im Gegensatz zu Tinten- oder Nadeldruckern, die ihre Daten zeilenweise empfangen und ausdrucken, bereitet ein Laserdrucker eine komplette Seite auf, bevor er sie ausdruckt.

Da ja eine komplette Seite zum Drucker geschickt wird, erklärt dies auch den erhöhten Speicherbedarf eines Laserdruckers gegenüber den "herkömmlichen" Tintenstrahldruckern.

Die nachfolgende Beschreibung der Arbeitsschritte des Druckvorganges gilt, abweichend in der Zahl der unterschiedlichen Tonerkartuschen und somit der Wiederholung dieser Schritte, auch für einen Schwarz-Weiss-Laserdrucker.

Bestandteile eines Farblaserdruckers:

  • Lasereinheit
  • Bildtrommel
  • Bildübertragungswalze oder –trommel
  • 4 Tonerkartuschen ( Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb )
  • Fixiereinheit

Ablauf des Druckvorganges :

Zuerst übersendet der Druckertreiber des PCs die farbigen Bild- oder Text-Daten in einem für den Laserdrucker verständlichen Format. Diese Dateninformation wird durch den Raster Image Prozessor (RIP) des Druckers in ein in die vier Farben zerlegtes Rasterbild umgewandelt.

Danach lädt der Drucker die Trommel elektrostatisch negativ auf und im Anschluss daran wird durch den Laserstrahl das Bild oder der Text auf die Bildtrommel projiziert. Diesen Vorgang nennt man Belichtung.

An den Auftreffstellen des Laserstrahls auf die Bildtrommel neutralisiert sich die negative Ladung. Es befindet sich nunmehr ein nicht sichtbares, spiegelverkehrtes Abbild in der Form eines ersten Farbauszuges auf der Bildtrommel.

Im nächsten Arbeitsschritt wird der erste Farbtoner (in der Regel Cyan) verarbeitet. Durch die ebenfalls negative Aufladung bleibt das Tonerpulver sichtbar an den neutralisierten, d.h. nicht mehr elektrostatisch aufgeladenen Stellen der Bildtrommel haften.

Als nächstes dient ein Transferband bzw. eine Transfertrommel als „Zwischenlager“ für die erste Farbschicht der Bildtrommel.

Der Drucker beginnt nun mit dem zweiten Farbabzug, schreibt alle Magenta-Informationen des Bildes/Textes mit dem Laserstrahl auf die Bildtrommel und überträgt den Toner ergänzend zu dem Cyan-Toner auf das Transferband. Ebenso passiert dies dann mit dem gelben sowie abschließend mit dem schwarzen Toner. Das Transferband enthält nunmehr das spiegelverkehrte Abbild des zu druckenden Bildes/Textes.

Damit das farbige Druckerzeugnis ausgedruckt werden kann, muss es der Drucker auf das Papier übertragen. Hierzu ist, damit der Toner auf dem Papier haften bleibt, noch der Arbeitsschritt der elektrostatisch positiven Aufladung des Papiers erforderlich. Dies geschieht entweder über die Aufladung eines Coronadrahtes oder eine Ladewalze.

Der Drucker legt an den Coronadraht eine Hochspannung an. Das dadurch um den Draht entstehende starke Spannungsfeld versorgt das Papier mit einer positiven Ladung. Anstelle eines Coronadrahtes setzen manche Hersteller auch eine direkt am Papier anliegende Ladewalze ein, wodurch kein Spannungsfeld aufgebaut werden muss. Positiver Nebeneffekt dieser Variante ist die Vermeidung des in dem anderen Falle entstehenden Ozons.

Das Papier wird durch die Mechanik im Drucker an dem Transferband vorbei geführt. Dabei zieht das positiv geladene Papier den negativ geladenen Toner an sich. Der Toner liegt nun lose auf dem Papier und könnte leicht verwischt werden. Daher muss das Papier als letzte Station die Fixiereinheit passieren.

Durch Hitze werden die Tonerpartikel geschmolzen und mit Druck dann auf dem Papier fixiert. Dies gschieht durch das Anheizen eine der beiden teflonbeschichteten Walzen auf rund 200 Grad Celsius und den nötigen Gegendruck der anderen Walze. Endresultat ist dann eine farbig bedruckte Seite, welche noch mehr oder minder warm in der Papierablage liegt.