Tonertransfermethode: Fixiereinheit aus Laserdrucker statt Laminator

[Markus F. (5volt)]

Hallo,

mal was neues zu der "Tonertransfermethode": Ich habe mal versucht, 
statt eines Laminiergeräts die Fixiereinheit aus einem (defekten) 
Laserdrucker zu verwenden.
So eine Fixiereinheit besteht aus zwei Walzen. Die obere ist aus Metall 
und kann mit einem Halogen-Heizstab beheizt werden.
Die untere ist dick (einige Millimeter) mit Silikongummi ummantelt und 
unbeheizt.
Sie wird mittels starker Federn und über Hebel mit viel Kraft 
(schätzungsweise einige 100N) gegen die obere Walze gepresst.
Der Federweg beträgt aber mehrere Millimeter. Mit etwas Kraftaufwand 
bekommt man da ohne Probleme eine 1,5mm dicke Platine dazwischen.

Normalerweise dient die Fixiereinheit im Laserdrucker dazu, den Toner 
bei ca. 150...210°C (je nach Drucker) mit dem Papier zu verschmelzen.

Klingt doch schon mal ideal für die Tonertransfermethode, oder?

Die obere Walze hat ein Zahnrad, über das man sie mit einem Motor 
antreiben kann.

Wie gesagt, bei der Heizung handelt es sich fast immer um einen 
Halogen-Heizstab (vereinzelt soll es auch Keramik-Heizungen geben).
Die Halogensräbe sind für Netzspannung ausgelegt und haben etliche 100W 
Nennleistung. Meiner hat 875 Watt.
Das Aussehen erinnert stark an eine Stab-Halogenlampe (die Dinger, die 
z.B. in den 500W Halogenscheinwerfern stecken, die für 
Baustellenbeleuchtung o.ä. verwendet werden). Ist ja eigentlich auch nix 
anderes.

Allerdings haben die Halogenstäbe ein starkes PTC-Verhalten. Meiner hat 
im kalten Zustand gerade mal 4 Ohm.
Beim direkten Anschluss an 230V würden also kurz ca. 60A fließen, was 
evtl. die Sicherung rausfliegen lässt. Das ist also nicht 
empfehlenswert, außerdem verkürzt das die Lebensdauer der Heizung.

An der Fixiereinheit ist auch ein Temperaturfühler angebracht, der die 
Temperatur der Walze misst. Bei mir ist das ein NTC mit sehr steiler 
Kennlinie (bei 17°C ca. 400kOhm, bei 100°C 28kOhm, bei 220°C 3,5kOhm).

Die nötige "Hardware" ist also vorhanden.


Wer es ganz einfach haben will:
Man kann die Heizlampe z.B. über einen Stelltrafo (Variac) betreiben. Er 
sollte mindestens ca. 4A Nennstrom haben:
Erstmal ca. 30V anlegen. Das lässt das Heizelement langsam warm werden, 
und der Widerstand steigt.
Nach ein paar Sekunden kann man die Spannung dann erhöhen, im Prinzip 
bis auf 230V.
Dann mit einem Thermometer die Temperatur der Walze messen. Wenn die 
gewünschte Temperatur erreicht ist, die Spannung zurückregeln, so dass 
die Temperatur konstant bleibt.
Statt eines Stelltrafos kann man auch ein Labornetzteil verwenden, 
sofern es mindestens ca. 80V bei 3A bereitstellen kann. Wegen der 
geringeren Spannung dauert das Aufheizen damit aber ein Weilchen.
So habe ich die ersten Testläufe gemacht.
An den Antrieb der Walze kann man ein Rad o.ä. anbringen, um sie von 
Hand drehen zu können und somit die Platine durchlaufen zu lassen.

Das ist aber umständlich und auch wenig reproduzierbar.

Ich habe das Ganze dann also µC-gesteuert gebaut.
Die Walze wird über einen Getriebemotor angetrieben, der vom µC 
(ATMega8) per PWM geregelt wird. Die Drehzahl der Walze wird über eine 
Scheibe mit vielen Spalten (wie heißt das richtig) und einer 
Gabellichtschranke gemessen.
So eine Scheibe und die Gabellichtschranke fanden sich auch in dem 
Drucker, aus dem ich die Fixiereinheit habe.
Die Heizung wird über einen Phasenanschnittregler auch vom ATMega8 
gesteuert. Der Triac dafür (BTA24-600) stammt auch aus dem Laserdrucker.
Er wird über einen Opto-Triac (MOC3023) galvanisch getrennt angesteuert.

Nach dem Einschalten wird der Triac erstmal erst kurz vor dem Ende der 
Halbwelle gezündet. Damit bekommt der Heizstab erstmal nur wenig Saft 
und heizt so langsam vor.
Nach 8s wird (fast) volle Power gegeben. Bei mir sind das so 780 Watt.
Das lässt die Walze in unter einer Minute auf 190°C aufheizen.
Ist die Solltemperatur erreicht, wird die Leistung reduziert, damit die 
Temperatur konstant bleibt. Bei meinem Aufbau sind ca. 120W nötig, um 
die Walze konstant auf 190°C zu halten.

So, nun aber genug der Theorie:
Das Layout habe ich mit einem HP LaserJet 4 mit maximalem Tonerauftrag 
auf Reichelt-Papier gedruckt.
Dann bei 207°C und ca. 20cm/min Vorschub mal in das Gerät gesteckt.
Ergebnis: Nicht extrem schlecht, aber auch nicht gut:
Der Toner auf der Platine hatte feine Poren und haftete auch nicht so 
sehr gut. Manche Leiterbahnen sind aber auch etwas verlaufen.
Das heißt wohl, dass es zu heiß war und die Durchlaufgeschwindigkeit zu 
hoch war.
Also nochmal mit Pinselreiniger abgewischt, Layout nochmal gedruckt und 
machmal versucht, diesmal bei 180°C und ca. 8cm/min.
Diesmal gab es keine Poren, die Leiterbahnen sind aber wieder leicht 
verlaufen. Anscheinend ist das einfach zu viel Toner.
An einer Stelle berührt ein Lötauge eine benachbarte Leiterbahn.
Das kratze ich dann aber einfach per Messer weg, deshalb mache ist nicht 
alles nochmal. Ansonsten ist die Platine nämlich ok.

Und diese Methode ist durchaus brauchbar.
Vorteile gegenüber der Lamimator-Methode:
- Die Fixiereinheit ist für über 180°C ausgelegt, Laminatoren nur für 
100...120°C
- So eine Fixiereinheit ist umsonst zu bekommen (defekter Laserdrucker)
- Starke Heizleistung, daher viel schnelleres Aufheizen (<60s) und 
schnelles Nachheizen, wenn die Walze durch das Kupfer der Platine 
gekühlt wird
- Durch die Silikonwalze gleichmäßigerer Andruck

Nachteile:
- höherer Bastel-Aufwand (kann auch ein Vorteil sein...)
- nur eine Walze beheizt, daher sind doppelseitige Platinen nur in 2 
Durchläufen machbar

Was haltet ihr denn von dieser Methode?
Angehängt habe ich ein Foto von der Fixiereinheit und ein höher 
aufgelöstes Foto von der Platine.
Schaltplan kann ich falls gewümscht noch reinstellen.
Die Firmware von ATMega8 kann ich auch noch posten, ich halte es aber 
nicht für so sinnvoll: Das Verhalten des Temperaturfühlers, der Hezung, 
usw. ist bei jeder Fixiereinheit anders, außerdem verwendet jeder einen 
anderen Motor. Daher dürfte es sinnvoller sein, das selbst zu schreiben.

[Abdul K. (ehydra)]

Das Platinenfoto ist sehr unscharf. Versuche es mal einzuscannen.

Von daher könnte das 'Verlaufen' auch ein Breitdrücken des Toners sein. 
Weil der durch die tendenziell zu dicke Platine gegenüber Papier zu 
stark gepreßt wird.

Du wirst ein optimales Verhältnis zwischen Temperatur und 
Durchlaufgeschwindigkeit finden müssen.

[Bernhard R. (barnyhh)]

Das PTC-Verhalten der Heizstäbe halte ich für unkritisch. Es liegt in 
der gleichen Größenordnung wie das PTC-Verhalten von 
(Halogen-)Glühlampen: der Kaltwiderstand beträgt etwa 1/15 des 
Warmwiderstands. So etwas halten Sicherungen, ... einschließlich des 
Heizelements / der Glühlampe gut aus.

Bernhard

[Markus F. (5volt)]

> So etwas halten Sicherungen, ... einschließlich des Heizelements / der
> Glühlampe gut aus.

Kann sein. Bei einem trägen Sicherungsautomaten (Charakteristik C, z.B. 
auf Baustellen üblich) geht das bestimmt.
Bei Charakteristik B (im Haushalt üblich) schaltet die magnetische 
Auslösung aber schon beim 3- bis 5 fachen Nennstrom ab, beim 
16A-Automaten also bei 48...80 Ampere. Da könnten die 60A Einschaltstrom 
schon zur Auslösung führen.

Durch einen Software-Fehler habe ich den mal versehentlich im kalten 
Zustand mit ca. 50% der Nennleistung eigeschaltet. Das ließ die daneben 
stehende Lampe für einen kurzen Moment etwas dunkler werden.

Eigentlich ist es aber egal: Direkter Betrieb an 230V ist ohnehin 
sinnlos, weil die Heizleistung dafür viel zu hoch ist. Man könnte die 
Heizung allenfalls per Schalter immer wieder ein- und ausschalten 
(vielleicht 1s an und 7s aus). Dabei kommt aber nix Vernünftiges raus...

> Das Platinenfoto ist sehr unscharf. Versuche es mal einzuscannen.
Ja, mache ich noch.

[Alex E. (tecnologic)]

Hi,

Ich verwende schon länger so eine Fixiereinheit für den Toner Transfer.

was ich bis her als kritischten punkt erachte ist das Papier. Das sollte 
möglichst wenig saugen. Das Problem mit dem Anpressdruck habe ich mit 
Gummi noppen unter den Hebeln für die Federn gelößt. dann gehen dort 
auch 1,5mm Platinen durch. Die Temperatursteuerung ist einfach mit einem 
OP der eine Histerese fährt, realisiert. Die Heizung wird dann mit einem 
Ralais geschaltet. Geht problemlos ohne viel Aufwand.

MfG

Tec

[Abdul K. (ehydra)]

Markus F. schrieb:

> Durch einen Software-Fehler habe ich den mal versehentlich im kalten
> Zustand mit ca. 50% der Nennleistung eigeschaltet. Das ließ die daneben
> stehende Lampe für einen kurzen Moment etwas dunkler werden.
>
> Eigentlich ist es aber egal: Direkter Betrieb an 230V ist ohnehin
> sinnlos, weil die Heizleistung dafür viel zu hoch ist. Man könnte die
> Heizung allenfalls per Schalter immer wieder ein- und ausschalten
> (vielleicht 1s an und 7s aus). Dabei kommt aber nix Vernünftiges raus...
>

Die älteren Laserdrucker arbeiten durchweg mit schlichter PWM im 
Hertz-Bereich. Konnte man gut sehen.

Und bei meinem neuen Laserdrucker wird das Licht im Zimmer auch kurz 
dunkler, wenn er beginnt aufzuheizen. Die scheinen keinen Sanftanlauf zu 
benutzen. 800W@CLP-300

Die Lebensdauer des Halogenstabes wäre allerdings durch die geringere 
mechanische Belastung durch Sanftanlauf höher. Lampen sterben meist beim 
Einschalten.

[Markus F. (5volt)]

So, hier wie versprochen noch ein Scan von der Platine.
Sie ist hier schon geätzt und der Toner ist entfernt, da sieht man die 
Ungleichmäßigkeit der Leiterbahnen noch besser.
Manche Bahnen haben sogar ziemliche Risse. Anscheinend ist die 
Andruckkraft der Walze deutlich zu hoch, so dass der Toner richtig 
plattgewalzt wird.
Das muss ich dann wohl nochmal ein wenig umbauen.

Ehe jemand fragt: Ja, diese Platine ist falsch herum.
Ich verwende die jetzt aber trotzdem, die Bauteile werden eben von der 
Lötseite ger eingebaut (ja, so halb SMT...). Ist zwar irgendwie Pfusch, 
das ist mir jetzt aber egal, Hauptsache es funktioniert...

[Abdul K. (ehydra)]

Und die sah nach dem Betonern schon so aus? Macht eher den Eindruck 
einer schlechten Ätzung.

Schiebe doch einfach mal ne dünnere Platine durch. Klar, die wirst du 
bestimmt nicht dahaben. Kosten aber nicht wirklich viel mehr.