DE3822890A1 - Kuehlanordnung fuer einen optischen zeichengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für einen optischen Zeichengenerator eines nichtmechanischen Druckers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei modernen nichtmechanischen Druckern, die nach dem Prin­ zip der Elektrofotografie arbeiten, werden Zeichen auf ei­ ner Fotoleitertrommel durch Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden erzeugt. Bei einer hohen Druckleistung des nichtmechanischen Druckers entsteht in dem die Lichtquellen enthaltenden Zeichengenerator eine große Wärmeverlustlei­ stung, die mittels einer Zwangskühlung abgeführt werden muß.

Aus der WO-87/02 162 ist ein Zeichengenerator eines nicht­ mechanischen Druckers bekannt, der eine Vielzahl von Licht­ quellen aufweist und der mit einer Kühlanordnung zur Abgabe der Wärmeverlustleistung versehen ist. Die Kühlanordnung ragt auf der den Lichtquellen gegenüberliegenden Seite aus einem die Lichtquellen aufnehmenden Träger heraus. Die Kühlanordnung kann Rippenkühlkörper aufweisen, die mittels Schrauben, Nieten oder durch Klebung an dem Träger befe­ stigt werden. Diese Verbindungstechnik bewirkt jedoch kei­ nen besonders guten Wärmeübergang, der die Leistungsfähig­ keit der gesamten Kühlanordnung stark beeinträchtigt. Üb­ licherweise weist ein derartiger Zeichengenerator eine Vielzahl von Lichtquellen auf, jedoch steht wegen eines ge­ ringen geforderten Bauvolumens nur eine begrenzte wirksame Oberfläche für die Abgabe der Wärmeverlustleistung zur Ver­ fügung. Die anfallende Wärmeverlustleistung kann deshalb durch herkömmliche Rippenkühlkörper nur sehr schlecht abge­ führt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühl­ anordnung anzugeben, die trotz eines geringen zur Verfü­ gung stehenden Bauvolumens sicherstellt, daß die auftreten­ de Wärmeverlustleistung zuverlässig abgeführt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Kühlanordnung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Kühlanordnung gemäß der Erfindung erfolgt die Ab­ fuhr der Wärmeverlustleistung über Kühlelemente, die bei­ spielsweise als Kühlbleche oder als schlangenförmige Kühl­ gitter ausgebildet sein können und in bestimmten Abständen hintereinander angeordnet sind. Die Kühlelemente werden durch Luftleitbleche umschlossen und durch ein Gebläse mit Kühlluft versorgt. Die Kühlelemente sind derart gestaltet, daß einzelne Kühlstege wie Stifte angeordnet sind. Durch einen Versatz der Kühlstege von benachbarten Kühlelementen wird eine sehr gute Verwirbelung der durchströmenden Luft erreicht. Diese Verwirbelung wird insbesondere dann er­ reicht, wenn die Kühlstege jeweils gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt angeordnet sind. Der Versatz kann dadurch erreicht werden, daß jeweils einander benachbarte Kühlelemente unterschiedlich ausgebildet sind. Vorteilhaf­ terweise sind die Kühlelemente jedoch alle gleichartig ausgebildet und gegeneinander versetzt in Nuten eines Trä­ gers angeordnet. Als Material wird vorzugsweise Kupfer verwendet und die Kühlelemente werden mit dem zu kühlenden Träger des Zeichengenerators stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet. Aufgrund dieser stoffschlüssigen Verbindung wird ein minimaler Wärmewiderstand zwischen den Kühlelementen und dem Träger erreicht. Die Anzahl der hin­ tereinander liegenden Kühlelemente und deren Bauhöhe kann weitgehend frei bestimmt werden. Damit ist es möglich, die am Wärmeaustausch beteiligte wirksame Oberfläche beliebig zu optimieren bzw. auf ein zur Verfügung stehendes Gebläse abzustimmen. Die Kühlelemente sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß die Kühlstege an mindestens einem Ende durch einen Längssteg miteinander verbunden sind, um dem ganzen Kühlkörper die gewünschte Festigkeit zu geben.

Eine derartige Kühlanordnung kann äußerst kostengünstig hergestellt werden, da die Kühlelemente durch einfaches Stanzen der Spaltöffnungen erzeugt bzw. aus einem Draht vorzugsweise aus Kupfer gebogen werden können.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispieles anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen im Querschnitt dargestellten, prinzipiellen Teilaufbau eines elektrofotografischen Druckers zum Erzeu­ gen eines latenten, elektrostatischen Bildes.

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer Kühlanordnung für einen Zeichengenerator des elektrofoto­ grafischen Druckers.

Fig. 3 eine erste Ausführungsform zur Ausbildung einer Kühl­ anordnung für den Zeichengenerator,

Fig. 4 die Anordnung von Kühlelementen der Kühlanordnung im Luftstromkanal.

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform zur Ausbildung einer Kühlanordnung für den Zeichengenerator,

Fig. 6 die Befestigung der Kühlelemente am Träger des Zei­ chengenerators.

Die Fig. 1 zeigt, wie ein Zeichengenerator 1 und eine Um­ drucktrommel 2 in einem Druckergehäuse 3 eines Druckers eingebaut sind. Die Umdrucktrommel 2 ist dazu auf einer im Druckergehäuse 3 rotierbar gelagerten Spindel 20 axial festgelegt. Unterhalb der drehbar gelagerten Umdrucktrommel 2 ist der Zeichengenerator 1 in dem Druckergehäuse 3 befe­ stigt. Der Zeichengenerator 1 ist dazu an seinen beiden En­ den auf justierbaren Befestigungselementen 30, 31 fest montiert.

Der Zeichengenerator 1 enthält eine Vielzahl von Lichtquel­ len, die auf der Umdrucktrommel 2 über eine Abbildungsoptik 10 ein latentes, elektrostatisches Bild erzeugen. Durch die Abbildungsoptik 10 werden Bildpunkte von den Lichtquellen beispielsweise lichtemittierenden Dioden (LEDs) auf die Umdrucktrommel 2 reproduziert. Angeordnet sind diese Licht­ quellen jeweils auf einem Belichtungsmodul 11, das mit dem Steg eines T-förmig ausgebildeten Modulträgers 13 form­ schlüssig verbunden ist. Auf dem Steg des Modulträgers 13 sind weiterhin Anschlagelemente 12 vorgesehen, die ein Verschieben der Belichtungsmodule 11 im Betriebszustand des Zeichengenerators 1 in X-Richtung verhindern. Darüber hin­ aus gliedert sich die Grundfläche des Flansches in zwei Auflageflächen 131, 132 sowie einer von diesen beiden Auf­ lageflächen 131, 132 abgesetzten Stufenfläche 133 auf, auf der mehrere eine Kühlanordnung 14 bildende Kühlelemente 140, 140 a befestigt beispielsweise angelötet sind.

Die Darstellung in Fig. 2 zeigt das Kühlprinzip bei der Kühlanordnung 14. Die Kühlelemente 140, 140 a weisen Kühl­ stege 144 auf, die durch Spaltöffnungen 145 voneinander getrennt sind. Die Kühlelemente 140, 140 a sind derart an­ geordnet, daß die Kühlstege 144 von jeweils einander be­ nachbarten Kühlelementen 140, 140 a versetzt angeordnet sind. Eine optimale Verwirbelung eines durch ein Gebläse 143 erzeugten Luftstroms wird erreicht, wenn der Versatz genau einer Teilung entspricht, d. h. wenn ein Kühlsteg 144 jeweils einer Spaltöffnung 145 eines benachbarten Kühlele­ mentes 140, 140 a gegenübersteht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß auf jedem zweiten Kühlelement 140, 140 a die Kühlstege 144 und die Spaltöffnungen 145 versetzt angeord­ net sind. Zweckmäßigerweise werden jedoch die Kühlelemente 140, 140 a alle gleich ausgebildet und entsprechend versetzt in Nuten des Modulträgers 13 eingebaut.

In Fig. 3 ist der Aufbau einer ersten Ausführungsform der Kühlanordnung 14 schematisch dargestellt. Wie aus der Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die Kühlanordnung 14 bildende, in X-Richtung verlaufende Kühlbleche 140 in im Abstand dy zu­ einander parallel verlaufende Nuten 141 auf der abgesetz­ ten Stufenfläche 133 des Modulträgerflansches in X-Richtung versetzt eingelassen und in diesen Nuten 141 mittels einer Lötverbindung befestigt. Während die Breite der einzelnen Kühlbleche 140 durch die Breite der Nuten 141 fest vorge­ geben ist, orientiert sich die Ausdehnung der Kühlbleche 140 in X- und Z-Richtung zum einen an den im Druckergehäuse 3 zum Einbauen des Zeichengenerators 1 zur Verfügung ste­ henden Einbauraum. Andererseits bestimmt sich die Oberflä­ che der Kühlanordnung aber insbesondere dadurch, welche thermische Verlustleistung Pv der Zeichengenerator 1 im Betriebszustand abgibt. Die beim Zeichengenerator 1 auf­ tretenden Wärmequellen sind trotz der flächenförmigen Aus­ bildung, vor allem die auf den Belichtungsmodulen 11 ange­ ordneten Lichtquellen. Um die Lebensdauer dieser licht­ emittierenden Dioden nicht unnötig herabzusetzen, sollten diese ausreichend gekühlt werden. Dieses wird im vorlie­ genden Fall zum einen dadurch erreicht, daß sowohl die Belichtungsmodule 11 als auch der Modulträger 13 aus mas­ sivem Kupfer hergestellt werden und darüber hinaus die Wärmeübertragung zwischen den im Zeichengenerator 1 auf­ tretenden Wärmequellen und der zur zusätzlichen Kühlung vorgesehenen Kühlanordnung 14 optimiert wird. Eine optima­ le Wärmeübertragung stellt sich dann ein, wenn die Anzahl der Wärmeübergänge beispielsweise zwischen einem festen und einem gasförmigen Medium möglichst minimal ist bzw. der thermische Übergangswiderstand für einen aufgrund der Wär­ meübertragung auftretenden Wärmestrom an dem Wärmeübergang so klein wie möglich ist. Diese Bedingung ist beispielswei­ se durch einen realisierten Luftspalt mit einer Spaltbreite von kleiner als 2 µm zwischen Fügeflächen der Belichtungs­ module 11 bzw. zwischen den Berührungsflächen des Modulträ­ gers 13 und des jeweiligen Belichtungsmoduls 11 weitestge­ hend erfüllt. Das gleiche gilt in diesem Zusammenhang auch für die stoffschlüssige Lötverbindung zwischen den Kühlble­ chen 140 der Kühlanordnung 14 und dem Modulträger 13. Um im folgenden die thermische Verlustleistung des Zeichengenera­ tors 1 noch besser ableiten zu können, wird die Kühlanord­ nung 14 in Y-Richtung mit einer homogenen Luftströmung ver­ sorgt.

Die Fig. 4 zeigt dazu, wie die von dem Gebläse 143 erzeugte Luftströmung in einem von Luftleitblechen 142 umschlossenen Kanal den Kühlelementen 140, 140 a zugeführt wird. Zum Ab­ führen der thermischen Verlustleistung des Zeichengenera­ tors 1 muß die Temperatur der Luftströmung TO niedriger sein als die Temperatur Tm des Modulträgers 13.

Damit die vom Gebläse 143 erzeugte Luft die Kühlbleche 140 in Y-Richtung durchströmen können, sind gemäß der Fig. 3 in Z-Richtung der einzelnen Kühlbleche 140 verlaufende, je­ weils durch einen Kühlsteg 144 voneinander getrennte Spalt­ öffnungen 145 eingelassen, deren Ausdehnung in Z-Richtung jeweils durch einen die Kühlstege 144 verbindenden Längs­ steg 146 begrenzt wird. Um im folgenden eine Verwirbelung der die Spaltöffnungen 145 der Kühlbleche 140 durchdrin­ genden Luftströmung zu erhalten und damit die Verweildauer der Luftströmung zwischen den einzelnen Kühlblechen 140 zu erhöhen, wird jedes zweite Kühlblech 140 um einen halben Kühlstegabstand in X-Richtung in der Nut 141 versetzt.

Die Fig. 5 zeigt darüber hinaus eine zweite Ausführungsform, deren Aufbau vom Prinzip her dem der ersten Ausführungs­ form gleicht. Im Unterschied zu dieser sind die Kühlele­ mente 140, 140 a als schlangenförmige Kühlgitter 140 a ausge­ bildet. Zur Ausbildung dieser Kühlgitter 140 a wird vorzugs­ weise ein Kupferdraht verwendet, der in der abgebildeten Weise geformt und in die Nuten 141 des Modulträgers 13 auf dessen Stufenfläche 133 durch eine stoffschlüssige Verbin­ dung, beispielsweise durch eine Lötverbindung an einem ver­ formten Ende befestigt wird. Aufgrund der schlangenförmigen Ausgestaltung des Kupferdrahtes ergibt sich, daß dieser an den verformten Enden zur Stabilisierung des Kühlgitters 140 a jeweils nur einen Längssteg 146 a aufweist, der mit Kühlstegen 144 a des Kühlgitters 140 a Spaltenöffnungen 145 a bildet.

In Fig. 6 ist ferner dargestellt, wie die Kühlelemente 140, 140 a in die Nuten 141 des Modulträgers 13 mittels eines Lots 200 befestigt sind.

Claims (11)

1. Kühlanordnung für einen optischen Zeichengenerator ei­ nes nichtmechanischen Druckers, wobei der optische Zei­ chengenerator (1) eine Vielzahl von Lichtquellen (113) aufweist, die ein latentes, elektrostatisches Bild auf ei­ ner Umdrucktrommel (2) erzeugen, wobei Kühlelmente (140, 140 a) vorgesehen sind, die auf der den Lichtquellen (113) gegenüberliegenden Seite aus einem Träger (13) des Zei­ chengenerators (1) herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (140, 140 a) eine Vielzahl von Kühlstegen (144) und dazwischenliegenden Spaltöffnungen (145) aufwei­ sen und zueinander äquidistant in Nuten (141) des Trägers (13) befestigt sind, daß die Kühlelemente (140, 140 a) mit dem Träger (13) stoffschlüssig verbunden sind und daß die Kühlstege (144) von jeweils zwei benachbarten Kühlelemen­ ten (140, 140 a) gegeneinander versetzt sind.

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlelemente (140, 140 a) gleichartig ausgebildet sind und daß jeweils zwei benach­ barte Kühlelemente (140, 140 a) gegeneinander versetzt in den Nuten (141) befestigt sind.

3. Kühlanordnung, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühl­ elemente (140, 140 a) derart angeordnet sind, daß die Kühlstege (144) jeweils um eine halbe Teilung versetzt angeordnet sind.

4. Kühlanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühl­ elemente (140) als Kühlbleche ausgebildet sind.

5. Kühlanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühl­ elemente (140 a) als schlangenförmige Kühlgitter ausgebil­ det sind.

6. Kühlanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltöffnungen (145) zueinander äquidistant, senkrecht zur Grundfläche des Trägers (13) schlitzförmig ausgebildet sind.

7. Kühlanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein Ende von durch Spaltöffnungen (145) gebildeten Kühlstegen (144) durch Längsstege (146) miteinander verbunden sind.

8. Kühlanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühl­ elemente (140, 140 a) in einem aus Luftleitblechen (142) gebildeten Luftkanal angeordnet sind.

9. Kühlanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Luftkanal ein Ge­ bläse (143) vorgesehen ist.

10. Kühlanordnung, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (140, 140 a) und der Träger (13) aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt sind.

11. Kühlanordnung, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (140, 140 a) mit dem Träger (13) verlötet sind.