Testsystem für den Thermodruck Damit Thermopapier und Thermodrucker keine Probleme machen

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Der Thermodruck bietet gerade in der Industrie viele Vorteile. Doch muss man im Betrieb einiges beachten. Wir zeigen, was wichtig ist und stellen ein Testsystem für Papier und Thermodrucker vor.

Der Thermodruck wurde bereits in den 1930er Jahren in Europa entwickelt und durch NCR in den 1960er Jahren mit den Thermofarbstoffen zur Anwendungsreife gebracht. Die ersten Thermodruckköpfe hat Texas Instruments im Jahre 1966 entwickelt und es kamen die ersten Komplettgeräte in den Handel. Ab Anfang der 1980er Jahre wurde die Thermodruck-Technik vor allem durch japanische Firmen vorangetrieben, da asiatische Schriftzeichen kleiner dargestellt werden sollten, als mit der damals üblichen, groben Nadeldrucker. Den Marktdurchbruch schaffte der Thermodirektdruck dank der Faxgeräte in den 1980er Jahren. Heute bekannte Anwendungen sind der Druck von Quittungen am Point of Sales, Protokollausdrucke in der Medizin oder Industrie und Fahrscheine oder Tickets im ÖPNV.

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Die farbgebende Substanz ist im Papier selbst vorhanden und Toner oder Tinten muss man nicht nachfüllen. Den Thermodirektdrucker muss man nicht warten. Zudem kommen die Geräte weitestgehend ohne bewegliche Teile aus, weshalb sie eine kompakte Bauform bieten. Es handelt sich um ein leises und schnelles Druckverfahren und Thermodrucker sind zuverlässig und lange betriebsbereit. Sie drucken bis zu 200 km Papier.

Als die ersten Thermodrucker auf den Markt kamen, waren die Thermopapiere noch sehr empfindlich gegenüber UV-Strahlen oder Fett/Lösungsmittel, die den farbgebenden Thermostrich zersetzen können. Mittlerweile gibt es eine Vielzahl an Papiersorten, die durch spezielle Behandlung widrigen Umweltbedingungen Stand halten. Die Papierhersteller entwickelten ihre Produkte stetig weiter, um mit veränderten Thermopapier-Eigenschaften weitere Anwendungsgebiete zu erschließen.

Nach wie vor sind sie eng in den Entwicklungsprozess des Thermodrucks eingebunden. Für ein gutes Druckergebnis müssen alle für den Druckprozess relevanten Parameter zusammenspielen. So muss das benutzte Papier den Umgebungsbedingungen standhalten und gleichzeitig der eingesetzte Thermodrucker sowohl auf das Papier als auch die Umgebung angepasst sein.

Die mechanischen Eigenschaften eines Thermodruckers

In der einfachsten Ausführung besteht ein Thermodrucker aus einem Thermodruckkopf, dem Thermal Print Head, und einer Papiertransportwalze oder auch Platen, die das Thermopapier tangential an den Druckkopf drückt. Bei der am weitesten verbreiteten Flat-Head-Druckkopf-Technik befindet sich über den Heizelementen ein Keramiksubstrat als leitende Schutzschicht (Bild 1).

Dazu kommen in der Regel noch ein Controllerboard, um den Drucker zu betreiben, eine Befestigung und bei einigen Modellen auch noch ein Abschneider. Damit die Energie optimal übertragen wird, muss die Thermozeile tangential auf die sensitive Schicht des Thermopapiers gedrückt werden. Die Andruckkraft wird üblicherweise über eine gefederte Druckkopfaufhängung mit außen liegendem Drehpunkt erreicht.

Um einen thermisch guten Übergangswiderstand zu gewährleisten, sollte die Andruckkraft bei einer Kraft von 5 bis 6 N pro Zoll Druckbreite betragen. Höhere Kräfte verbessern die Wärmeübertragung nicht, sondern erhöhen lediglich den Verschleiß. Der Platen als Gegenlager sorgt für eine gute Friktion gegenüber dem zu transportierenden Papier und besteht häufig aus Elastomeren (Kautschuk) oder Silikon.

Leider steckt der Teufel im Detail. Denn das genau tangentiale Andrücken des Kopfes auf das Papier oder viel mehr auf den Mittelpunkt der Antriebswalze (Aligment) birgt einige Tücken, weil es von sehr vielen Parametern abhängig ist.

• Verschiedene Papierdicken verändern den Drehpunkt der Druckkopfaufhängung, in der Folge ist die Tangentialität nicht mehr gegeben.

• Bei sehr steifem Papier kann die Gegenwalze das Papier nicht mehr ausreichend zum Druckkopf drücken. Abweichungen größer als 0,1 mm von der optimalen Position sind im Ausdruck deutlich sichtbar.

• Schlecht geglättetes Papier verschlechtert die Wärmeübertragung

• Auch der Walzendurchmesser und das Platen-Material haben erheblichen Einfluss auf das Druckergebnis.

In der Praxis lassen sich Abweichungen von der idealen Druckwerksgeometrie dadurch kompensieren, dass die eingebrachte Energie oder der Kopfandruck erhöht wird. Beides birgt ungewünschte Nebeneffekte: 1. Mehr eingebrachte Energie belastet den Kopf thermisch stärker, als es der Fall sein sollte, und es kann zu Ablagerungen kommen, was die Lebensdauer verringert. 2. Mehr Kopfandruck und die dadurch entstehende Verformung der Platens verändern den Andruckwinkel insofern, als dass Walzenmittelpunkt und Thermokopf wieder im Lot stehen. Das Resultat ist eine stärkere Abrasion des Druckkopfes und demzufolge ein erhöhter Verschleiß.

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