Wie funktioniert eigentlich ein Kopierapparat?

Schnell auf „Print“ gedrückt, und wenige Sekunden später halten wir einen Ausdruck in den Händen – heutzutage meist aus einem Laserdrucker. Den Text noch rasch an 20 Leute verteilen, die sich Notizen machen wollen? Kein Problem, dafür gibt es den Kopierapparat. Aber das war nicht immer so …

Kopierapparat

Wie einfach das Fotokopieren heute ist! Jahrtausendelang war die Abschrift von Hand die einzige Möglichkeit, Texte zu vervielfältigen. Bild: CanStockPhoto

Wichtige Dokumente wurden jahrhundertelang von Hand abgeschrieben, bis im 15. Jahrhundert in Europa der Buchdruck aufkam. Rasch und unkompliziert eine Kopie von Papier auf Papier zu machen, ohne einen Fotografen oder Schriftsetzer zu bemühen, war jedoch noch bis Mitte des 20. Jahrhunderts unmöglich. Es war Chester Carlson, dessen Hartnäckigkeit wir letztlich die heutigen Kopiergeräte und Laserdrucker verdanken.

Erfinder unter widrigen Umständen

Chester F. Carlson, 1906 in ärmlichen Verhältnissen geboren, musste schon als Jugendlicher mit kleinen Jobs für den grössten Teil des Familieneinkommens sorgen. Dennoch schaffte er es daneben, mit guten Noten die Schule zu absolvieren, und träumte davon, Erfinder zu werden. Er interessierte sich für Naturwissenschaften und experimentierte mit einer Druckerpresse, die er bei seiner Arbeit für eine Druckerei kennengelernt hatte. Die Idee, wie praktisch ein einfaches Kopierverfahren für den Bürogebrauch wäre, kam ihm schon früh. Als er sich nach seinem Physikstudium zum Patentanwalt weiterbildete und aus Geldmangel zahlreiche Texte aus der Bibliothek von Hand abschreiben musste, wuchs seine Entschlossenheit, ein Kopiergerät zu entwickeln.

Die Elektrofotografie …

Carlsons erste Experimente mit der Elektrofotografie, wie er sie nannte, sorgten für viel Rauch und Gestank in seiner kleinen Wohnung. Im Jahr 1937 reichte er ein vorläufiges Patent dafür ein, doch erst mit der Hilfe des Physikers Otto Kornei, den er als Assistenten einstellte, entstand 1938 ein funktionierender Prototyp. Das Kopierprinzip, das sich Carlson ausgedacht hatte, funktionierte! Dazu wurde eine Zink-Platte mit Schwefel beschichtet und mit einem Tuch durch Reiben elektrostatisch aufgeladen. Ein beschriftetes Glasplättchen wurde auf die aufgeladene Platte gelegt und dann mit Licht bestrahlt. Das Licht entlud die Platte überall – ausser an den Stellen, an denen sich Buchstaben befanden. Dann wurde feines, schwarzes Pulver auf die Platte gestreut, das an den noch elektrisch geladenen Stellen hängenblieb. Darauf wurde ein Wachspapier gedrückt, leicht erwärmt – und das Pulver blieb daran haften und bildete den Schriftzug ab. Fertig war die Kopie! (Ein digitalisiertes Bild dieser allerersten Fotokopie ist hier zu sehen.)

… eine Methode des „Trockenschreibens“

Das Konzept war neu und genial, denn kein photographischer oder drucktechnischer Prozess hatte bisher Kopien „trocken“, also ohne Entwicklerflüssigkeiten und chemische Reaktionen, erzeugen können. Der Machbarkeitsnachweis der Methode, die später „Xerografie“ genannt wurde („trockenes Schreiben“), war gelungen. Es dauerte allerdings noch mehr als zwei Jahrzehnte, bis der „Xerox“ kommerziellen Erfolg hatte.

Der heutige Kopierer

Schemazeichnung eines Fotokopierers
  1. Die Trommel lädt sich statisch auf
  2. Die Kopiervorlage wird belichtet
  3. Das Licht entlädt die Trommel überall dort, wo die Vorlage hell ist
  4. Die noch geladenen Stellen nehmen Toner auf
  5. Das Papier wird ebenfalls statisch aufgeladen
  6. Das Papier wird auf die Walze mit dem Toner gepresst
  7. Der Toner wird mittels Hitze auf dem Papier fixiert

Bild: Sybren van Wayenburg/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Heutige Fotokopierer funktionieren nach dem Prinzip von Carlson und Kornei, auch wenn die Technik natürlich stark weiterentwickelt wurde. Der wichtigste Teil des Kopierers ist eine Trommel oder ein Band mit einer lichtempfindlichen Beschichtung (die heute nicht mehr aus Schwefel besteht). Diese Beschichtung ist im Dunkeln elektrisch nicht leitend, kann jedoch bei Licht Strom leiten. Sie wird nicht mit einem Tuch gerieben, um sie elektrisch aufzuladen; stattdessen wird zu diesem Zweck eine starke Spannung angelegt.

Die Kopiervorlage wird auf eine Glasplatte über dem Band gelegt und eine starke Lichtquelle darüber bewegt. Das Band bewegt sich synchron mit der Lichtquelle und wird überall dort entladen, wo es durch die hellen Stellen der Vorlage belichtet wird. Wo die Vorlage dunkel (also beschriftet) ist, wird das Band nicht belichtet, und es verbleibt ein elektrisch geladenes Abbild der Schrift auf dem Band.

Nun wird der Toner – die pulverförmige Druckfarbe – auf das Band aufgebracht. Der Toner wird nur von den geladenen Stellen des Bandes angezogen, während alle ungeladenen Stellen weiss bleiben. Ein Papier wird auf das Band gepresst und der Toner mit Hilfe von Wärme darauf fixiert. Zuletzt wird das Band im Kopiergerät vollständig entladen und von überschüssigem Toner gereinigt, so dass das Gerät bereit ist für den nächsten Kopierzyklus.

Laserdrucker arbeiten grundsätzlich genauso, nur dass dabei mit dem Licht die Schrift auf das Band „geschrieben“ und nicht der Hintergrund belichtet (und entladen) wird. Der Toner wird dann vom geladenen Hintergrund abgestossen und bleibt an den ungeladenen Stellen haften.

Späte Genugtuung

Chester Carlson, der während des grössten Teils seines Lebens von Geldnöten geplagt war, durfte den Erfolg seiner Erfindung glücklicherweise noch erleben. Er verbrachte seine letzten Jahre in grossem Wohlstand, spendete aber beträchtliche Teile seines Vermögens für wohltätige Zwecke.

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