Fixiereinheit Funktion und Geschichte

Die Geschichte der Fixiereinheit und des Laserdrucks



Das Prinzip des Laserdrucks wurde schon in den 1930er Jahren entwickelt und zum Patent angemeldet. Das damalige Verfahren nutzte auf umständliche Weise mehrere geladene Platten, in einem anderen Verfahren mit geladenen Rollen und Walzen, um Tonerpulver in Form der Ladung auf ein Papier zu übertragen. Die eigentliche Übertragung, also gewissermaßen das Drucken, klappte durchaus. Allerdings haftete der Tonerstaub nicht ohne weiteres am Papier, wodurch keine brauchbaren Endergebnisse gewonnen werden konnten. Erst in den 60er Jahren hat die Firma Xerox ein wirklich praktikables Verfahren auf den Markt gebracht, mit dem sich Tonerpulver dauerhaft durch die Einwirkung von Hitze fixieren lässt. Das damals verwendete Verfahren unterscheidet sich in der Umsetzung jedoch ganz massiv von heutigen Technologien, denn der gesamte Druck und die Fixierung funktionierten auf analoger Basis. Grundlagen waren eine große Anordnung von Spiegeln und Linsen und mehr als eine Fotokopie konnte auf diese Weise nicht erstellt werden.

Echten Laserdruck gab es dann Ende der 60er Jahre. Echt heißt in diesem Fall, dass keine optische Vorlage nötig ist, sondern das zu druckende Bild direkt von einem Rechner geliefert werden kann. Der Rechner steuert dann den fokussierten Laser und zugehörige Spiegel und zeichnet das Bild Zeile für Zeile auf die Drucktrommel auf. 1976 kommt der erste kommerzielle Laserdrucker auf den Markt und stellt selbigen auch schon sehr bald auf den Kopf. Bislang genutzte Nadel- und Kugelkopfdrucker verschwinden aus den Büros und machen dem Laserdruck Platz. Die Entwicklung schreitet kontinuierlich voran, die Druckbilder werden besser, die Ergebnisse durch optimierte Fixiereinheiten gefälliger und die Druckgeschwindigkeit schließlich immer höher. 1993 beginnt das Zeitalter des Farblaserdrucks. Im Prinzip wird hier im Vergleich zum Schwarzweiß-Laserdrucker vierfach gedruckt. Einmal in bekanntem Schwarz, in Gelb, in Magenta und in Blau. Die vier Farben werden dann pro Druckeinheit so nebeneinander platziert, dass sich für das menschliche Auge die jeweils gewünschte Farbe ergibt. Damit der Farbdruck überhaupt das werden kann, was er später ist, funktioniert auch hier wieder nichts ohne die Fixiereinheit.

Grundlagen des Laserdrucks

Jeder Laserdrucker setzt sich grundsätzlich aus der Bildentwicklung und aus der Fixiereinheit zusammen. In diesen beiden grob genannten Baugruppen spielen zahlreiche Aspekte eine tragende Rolle, ohne die es nicht möglich wäre auch nur ansatzweise ein fertiges Bild auf ein Blatt Papier zu übertragen. Los geht es bei der Entwicklereinheit, die (gern auch in der Tonerkartusche integriert) das eigentliche Tonerpulver auf die geladene Bildtrommel überträgt. Diese Bildtrommel oder Fotoleitertrommel ist eine in der Regel grün oder blau beschichtete Rolle, die sozusagen das Herz der Bildentwicklung darstellt. Hier entsteht nun das Bild, das wenige Momente später auf dem Papier landen soll. Der PCR-Roller (Korona-Walze) lädt die Bildtrommel komplett mit Elektronen auf, ein Laser entlädt je nach gewünschtem Bild einzelne Bildpunkte wieder. Den Laser darf man sich nicht mehr als großes Gerät mit viel Glas vorstellen, heute verrichten kleine, aber sehr effiziente Laserdioden diesen Dienst. Der von den Dioden erzeugte Laserstrahl tastet die Fototrommel zeilenwese ab und wird dabei punktgenau ein- und ausgeschaltet. An jedem Punkt, an dem der Laser auftritt, entlädt er die Bildtrommel. Es entsteht ein vorerst unsichtbares Negativ des Druckbildes. Der Magnetroller überträgt dann den Toner auf die Bildtrommel. Die Punkte, die noch Ladung haben, ziehen nun den Toner an. Der Toner auf der Trommel wird bis auf eine bestimmte Dicke abgestreift, sodass eine bestimmte Tonerdicke zurückbleibt. Im gleichen Moment wird das Papier elektrisch geladen und die Tonerpartikel wandern von der Bildtrommel auf das Papier. Für einen kurzen Moment liegen sie lose auf, dann kommt die Fixiereinheit ins Spiel, die den Toner letztlich am Papier haften lässt.

Die Besonderheiten der Fixiereinheit

Die zweite wesentliche Baugruppe eines jeden Laserdruckers ist dann die Fixiereinheit. Ohne sie wäre die bislang geleistete Arbeit nichts wert, denn der auf das Papier aufgebrachte Toner würde nach dem Entladen des Papiers einfach vom Blatt fallen. Die Fixiereinheit hat jetzt die Aufgabe, Toner und Papier unwiderruflich miteinander zu verbinden. Einfach gesagt besteht die Fixiereinheit aus zwei Walzen, die mit einer besonderen Beschichtung ausgestattet sind. Oft geht es hier um Materialien wie Silikon oder Teflon. Eine oder sogar beide Walzen tragen im Innern einen Heizstab, der die Walze auf rund 180 °C aufheizt. Der Effekt liegt nun darin, dass die hohe Temperatur den Toner schmilzt und sich mit dem Papier dauerhaft verbinden lässt. Damit der Toner auf dem Papier bleibt und keinesfalls an den Walzen anhaftet, sorgen zum einen die Beschichtungen der Walzen und zum anderen eine leichte elektrische Ladung der Walzen. Die obere Walze ist so geladen, dass sie Toner abstößt, die untere Walze hingegen zieht ihn an. Diese Methoden helfen zwar, dass sich Toner nicht ungewollt an den Walzen absetzt, können den ungewollten Effekt aber auch nicht ganz vermeiden. Reinigungswalzen oder Vlies können diese Reste dann aufnehmen. Je nach Beschaffenheit und Druckermodell erreichen Fixiereinheiten Kapazitäten zwischen 40.000 und 400.000 Druckseiten.

Moderne Drucker setzten natürlich verstärkt auf niedrigen Energieverbrauch. In der Fixiereinheit macht sich das vor allem durch die Beheizung nur noch einer Walze bemerkbar. Das Erhitzen übernimmt ein Induktionsfeld, die Gegenseite arbeitet mit einer antihaftbeschichteten Oberfläche, die um einen Zylinder rotiert und somit nicht aufgeheizt werden muss. Die nötige Temperatur zum Fixieren ist auf diese Weise besonders schnell erreicht und kann nach Gebrauch auch schneller wieder herunterkühlen.

Eine andere Alternative zum Fixieren setzt auf deutlich niedrigere Temperaturen von nur rund 70 °C. Dafür wird der Druck beim Fixieren deutlich erhöht. Das Verfahren ist durchaus praktikabel und lohnend, aber auch recht aufwändig in der Umsetzung und nicht unbedingt preiswert in der Umsetzung. Daher ist diese Variante eher den professionellen Druckermodellen vorbehalten. Heimgeräte bzw. Geräte für kleinere Büroanwendungen sind daher in der Regel klassisch ausgestattet. Niedrige Temperaturen beim Fixieren bringt im Umfeld professioneller Anwendungen noch weitere Vorteile mit sich: Fixieren mit kleinen Temperaturen lässt generell auch das Bedrucken von empfindlicheren Materialien zu. Ferner ist der Ausstoß von eventuell gesundheitsschädlichen Emissionen geringer.

Zum Schluss der Resttoner

Was an Toner nach dem Fixieren übrig bleibt, wird von der finalen Trommel mit Abstreifern aufgenommen. Große Druckermodelle haben einen Resttonerbehälter, in dem der restliche Toner gesammelt wird, bei kleinen Geräte sind diese Resttonerbehälter oft mit in der eigentlichen Tonerkartusche enthalten.

Probleme, die bei der Fixiereinheit auftreten können

Entscheidend für das korrekte Arbeiten der Fixiereinheit ist die hohe Temperatur, damit Toner und Papier zu einer Einheit verschmelzen können. Damit diese Temperatur erreicht wird, sind innerhalb der heizenden Rolle Heizelemente (beispielsweise in Form einer Halogenlampe oder eines Keramikelements) eingebaut. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile. Die Halogenlampe ist recht preiswert und daher für günstige Druckermodelle ideal. Allerdings ist die Lebensdauer überschaubar und ein Defekt tritt schneller auf, als beim Keramikelement. Das Keramikelement ist wesentlich langlebiger und heizt zudem die entsprechende Rolle merklich zügiger auf. Der Nachteil hier: Dieses Heizelement ist kostspielig und verursacht bei einem nötigen Tausch hohe Kosten. Wenn sich erste Defekte an der Fixiereinheit einschleichen, dann lässt sich das meist am Druckbild feststellen. Der Toner haftet dann nicht mehr richtig am Papier und löst sich sehr leicht ab. Nicht unbedingt flächendeckend, meist zunächst partiell. Sind die Beschichtungen der beiden Walzen oder ist die Beschichtung einer der beiden Walzen beschädigt, kommt es vor, dass der Toner nicht mehr korrekt auf das Papier fixiert wird. In diesem Fall löst sich der Toner wieder vom Papier, aber immer in gleichen Abständen. Der Abstand entspricht dann dem Umfang der betreffenden Walze. Ursache für den sich lösenden Toner ist ein zu geringer Anpressdruck. Gibt es beschädigte Stellen an den Walzen, dann ist punktuell der Druck nicht ausreichend gegeben. Es entstehen gewissermaßen „Löcher“. Letztlich kann auch das Heizelement selbst der Grund dafür sein, dass der Toner nicht mehr ausreichend am Papier haftet. Lässt die Leistung des Heizelements nach, reicht die Temperatur nicht mehr aus, um den Toner mit dem Papier dauerhaft zu verbinden. In diesem Fall tritt das Fehlerbild dann großflächig auf dem Druckbild auf.

Die Lebensdauer der Fixiereinheit

Eine klare Definition zur Lebensdauer einer Fixiereinheit kann gar nicht getroffen werden. Die Konstruktion der Einheit selbst entscheidet darüber, die verwendeten Materialien, die Beschichtungen und natürlich das Heizelement. Sollte ein Tausch nötig werden, dann muss die defekte Fixiereinheit zunächst abkühlen. Andernfalls besteht beim Wechsel Verbrennungsgefahr. Je nach Druckermodell lassen sich Tonerkartuschen und Fixiereinheiten bequem und separat austauschen und wechseln. Die Fixiereinheit kann mit wenigen Handgriffen ausgebaut und durch eine neue Einheit ersetzt werden.


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