Drucken mit Nadel, Tinte oder Laser

Merkmale unterschiedlicher Systeme

Drucker

Die Charakterisierung eines Druckers entwickelt sich aus der Trennung von Soft- und Hardware, wobei die Software als Betriebssystem des Druckers zu verstehen ist. 

Die Hardware definiert sich aus dem mechanischen Aufbau und dem Funktionsprinzip des Druckers.

Grundsätzlich unterscheidet man Zeilen- und Seitendrucker. Zeilendrucker geben, wie der Name schon vermuten läßt, den Text oder die Grafik Zeile für Zeile auf das Papier aus. Zu den Zeilendruckern zählt man folgende Druckprinzipien:

T Typenraddrucker

T Matrixdrucker

Seitendrucker bauen die zu druckende Seite erst komplett im eigenen Arbeitsspeicher auf und drucken diese dann in einem Vorgang aus. Zu den Seitendruckern gehören folgende Druckprinzipien:

T Laserdrucker

T LED-, LCS- und Ionendrucker

T Thermotransferdrucker

T Satzbelichtungsmaschinen

Diese Aufzählung umfaßt zwar nicht alle Drucktechniken, gibt aber schon einen Überblick über die gebräuchlichsten Techniken im privaten und technischen Bereich. An dieser Stelle wollen wir auf die, im privaten Bereich, gebräuchlichsten Systeme eingehen, wozu die Matrix- und Laserdrucker gehören.

Matrixdrucker

Matrixdrucker sind durch ihre Funktionsweise sehr flexibel, und haben sich dadurch zur gebräuchlichsten Druckerart entwickelt. Ob Listing-Ausdruck oder Geschäftsbrief der Matrixdrucker paßt sich durch seine Text- und Grafikfähigkeiten weitgehend allen Aufgaben an. Durch die standardisierte Ansteuerung wird der Matrixdrucker von allen gängigen Programmen unterstützt, kann aber auch bei Bedarf über Steuerbefehle programmiert und gesteuert werden.

Seine Text- und Grafikfähigkeiten verdankt der Matrixdrucker dem Umstand, das die einzelnen Zeichen nicht wie bei Typenraddruckern fest auf einer Type eingraviert sind, sondern das sich jedes Zeichen aus vielen einzelnen Punkten zusammensetzt, einer sogenannten Matrix. Bei den Matrixdruckern unterscheidet man drei Funktionsprinzipien:

T Nadeldrucker

T Tintenstrahldrucker

T Thermodrucker

Für jeden Punkt kann man nun einzeln bestimmen, ob er am Papier erscheinen soll oder nicht. Durch die Größe der Matrix ist die Ausgabequalität und Auflösung der einzelnen Zeichen bestimmt. Je mehr Punkte in der Matrix vorhanden sind, desto besser ist die Qualität.

Die Matrix ist in einem sogenannten Druckkopf untergebracht, der horizontal über die ganze Papierbreite gefahren wird, dadurch wird jede Zeile in einem Vorgang gedruckt. Für die nächste Zeile wird das Papier um eine Zeile auf der Druckwalze vorgeschoben.

Das Papier - Management bei Matrixdruckern sieht vor, daß sowohl Endlospapier als auch Einzelblätter verarbeitet werden können. Endlospapier kann über zwei unterschiedliche Systeme in den Drucker gelangen, zu einem durch einen Schubtraktor, der das Papier in den Drucker hinein schiebt, und zum andern über einen Zugtraktor, der das Papier aus dem Drucker herauszieht. Die Traktoreinheit besteht aus zwei Stachelräder, die in einen, extra dafür vorgesehenen Lochstreifen an den Seiten des Endlospapiers greifen. Damit wird das Papier ohne Walzendruck vor oder zurück bewegt. Der Vorteil eines Schubtraktors ist, das dieser das Papier mit dem Anfang direkt an den Druckkopf fahren kann. Man sollte aber nur sehr dünnes Papier benutzen, da ansonsten ein Papierstau vor der Druckerwalze entstehen kann.

Dieses Problem hat man bei einem Zugtraktor nicht. Dafür verschwendet diese Technik immer das Stück Papier, welches oberhalb des Druckkopfes ist.

Bei Verwendung von Einzelblätter muß eine zusätzliche Einzelblattzuführung angeschafft werden, die mit wenigen Hangriffen an den Drucker montiert wird. Diese Zuführung ermöglicht ein automatisches arbeiten des Druckers, da er auf Wunsch selbständig ein Blatt bis zum Druckkopf fahren oder es auswerfen kann. Man kann diese Zuführung auch zusätzlich zum Endlospapier benutzen allerdings nur bei einem Schubtraktor da ansonsten das Endlospapier nicht weit genug zurück gefahren werden kann, um den Weg für das Einzelblatt frei zu machen. Hier ist wieder zu beachten, daß das Papier nicht zu dick ist. Es kann sich ansonsten wieder aufstauen.

Nadeldrucker

Unter den Matrixdruckern ist der Nadeldrucker das erfolgreichste Modell. Auf

Grund seines günstigen Preises und seiner großen Flexibilität hat er sich sowohl im Heim- als auch im Bürobereich durchgesetzt. Im Druckkopf eines Nadeldruckers sind mehrere extrem dünne Nadeln senkrecht übereinander angeordnet. Die Nadeln werden durch Feder und Elektromagnetische Kräfte nach vorne gepreßt, die das Farbband auf das Papier drücken.

Der große Vorteil der Nadeldrucker liegt in dem Umstand, daß Papier mit Durchschlägen bedruckt werden kann. Ein normaler Nadeldrucker schafft meistens drei Durchschläge (plus Original). Deshalb sind Nadeldrucker für die Formularbearbeitung geradezu prädestiniert. Es gibt jedoch auch Nadeldrucker die zehn bis zwölf Durchschriften korrekt erzeugen. Um dieses zu ermöglichen bedarf es eines sehr hohen Kraftaufwandes, der dazu führt das beim Drucken eine hohe Lautstärke auftritt.

Die Auflösung des Druckbildes eines Nadeldruckers wird von der Anzahl der Nadeln bestimmt. Das Spektrum der Nadeldrucker reicht von 7-, 8-, und 9-Nadeldrucker über 18- und 24- bis hin zu 48-Nadeldrucker. Auch ein 28-Nadeldrucker, ein Mittelding zwischen zwei verschiedenen 18-Nadeldrucktechniken, ist erhältlich. Die 7- und 8-Nadler gehören zur ersten Druckergeneration und spielen heutzutage, wegen ihrer geringen Ausgabequalität, keine Rolle mehr.

Durch die Verwendung eines Farbbandes mit mehreren Farbspuren können viele Nadeldrucker farbige Grafiken und Texte zu Papier bringen. Vorteilhaft am Nadelfarbdruck sind im Vergleich zu anderen Drucktechniken die geringen Seitenkosten und der niedrige Anschaffungspreis eines Farbnadeldruckers. Allerdings sind die Farben nicht so brillant, und die Auflösung ist geringer als bei Tintenstrahl- oder Thermotransferdruckern.

Der technische Aufbau des Druckkopfes kann prinzipiell in zwei Arten gegliedert werden: das Klappanker - Verfahren und das Stored - Energy Prinzip.

Das Klappanker-Verfahren

Beim Klappanker-Verfahren wird eine Spule unter Strom gesetzt, die daraufhin ein Magnetfeld aufbaut und eine Seite des drehbar gelagerten Klappankers anzieht. Folglich schlägt die andere Seite des Klappankers auf die frei liegende Druckernadel, die dadurch gegen das Papier geschleudert wird. Auf diesem Weg wird eine Feder gespannt, welche die Nadel anschließend wieder in ihre Ruhestellung zurückschnellen läßt. Nach der Unterbrechung des Stromflusses durch die Spule fällt das Magnetfeld zusammen, und der Klappanker bewegt sich wieder in seine Ausgangsstellung zurück.

Das Stored energy-Prinzip

Die Stored energy-Technik (gespeicherte Energie) sorgt für eine um ein Drittel erhöhte Geschwindigkeit gegenüber dem Klappanker-Verfahren. Weiterhin arbeiten Nadeldrucker mit Stored energy-Technik erheblich leiser und leben länger als herkömmliche Druckköpfe.

Beim Stored energy-Prinzip wird eine Feder von einem Dauermagneten ständig gespannt gehalten. Wieder sorgt ein Stromimpuls durch eine Spule dafür, daß ein Magnetfeld aufgebaut wird. Das Spulenmagnetfeld kompensiert, aufgrund seiner entgegengesetzten Polung, das Feld des Dauermagneten. Da kurzzeitig an der Feder keine magnetischen Kräfte angreifen, schnellt die an der Feder angebrachte Drucknadel zum Papier. Sofort wird die Nadel wieder zurückgezogen, da der Dauermagnet, aufgrund des nun fehlenden Spulenfeldes, wieder wirksam ist.

Im Vergleich zum Klappanker-Verfahren arbeitet die Stored energy-Technik mit der Federenergie statt gegen sie. Dadurch läßt sich eine höhere Energieausbeute erzielen. Die Folge ist eine Steigerung der Druckfrequenz auf das Doppelte. Beim Klappanker-Verfahren sind maximal 1200 Nadelbewegungen pro Sekunde möglich. Die Grenzen beim Stored energy-Prinzip liegen um 2400 Nadelstiche pro Sekunde. Nur mit dem Stored energy-Prinzip ist es möglich, 24-Nadeldrucker zu konstruieren, die mehr als 100 cps in LQ-Qualität erreichen.

9-Nadeldrucker

Bei den 9-Nadeldruckern wird ein Zeichen, in der sogenannten Draft-Qualität (EDV-Schrift), aus einer Matrix von 11 * 9 Punkten zusammengesetzt. Diese Schrift läßt die einzelnen Punkte (Nadeldurchmesser 0,3 mm) noch deutlich erkennen, ist aber für Probe- oder Listingausdrucke ausreichend. Für gehobenere Ansprüche besitzen die meisten 9-Nadel-Geräte den sogenannten NLQ-Modus (NLQ: Near Letter Qualität = annähernd Korrespondenzqualität). Um diese Qualität zu erreichen, wird ein Zeichen aus 23 * 18 Punkten zusammengesetzt. Dabei verwenden die Drucker einen kleinen Trick: Der Druckkopf fährt mit der halben Geschwindigkeit am Papier vorbei und erreicht somit in der Horizontalen die doppelte Auflösung. Bei diesem Druckvorgang wird zuerst nur die erste, dritte, fünfte, und siebzehnte Reihe des Zeichens gedruckt. Am Ende der Zeile führt der Drucker einen Zeilenvorschub von nur einem halben Nadeldurchmesser (1/216 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm)) aus. Anschließend wird dann die zweite vierte, sechste, und achtzehnte Reihe der Zeile gedruckt. Dadurch verschmelzen die einzelnen Punkte zu einem kompletten Zeichen. Der große Nachteil bei dieser Druckart ist jedoch, daß sich die Druckgeschwindigkeit auf ein Viertel reduziert (halbe Geschwindigkeit des Druckkopfs und zwei Durchgänge pro Zeile). Diese Schriftart ist aber für viele, besonders private Anwendungszwecke durchaus ausreichend.

Darüber hinaus bieten Nadeldrucker in den meisten Fällen verschiedene Schriftkombinationen und -arten. Die Schriftbreite läßt sich von 5 bis 20 cpi                 (cpi: characters per inch = Zeichen pro Zoll) variieren. Jede Schrift kann mit unterschiedlichen Schriftattributen versehen werden.

Neben den verschiedenen Schriften besitzen alle Nadeldrucker auch Grafikfähigkeiten. Dadurch kann man Tabellen oder Diagramme leicht in den Text einfügen. 9-Nadeldrucker bringen die Grafik in einer Auflösung von 60 dpi bis 240 dpi (dpi: dots per inch = Punkt pro Zoll) in der Horizontalen und von 72 bis 216 dpi in der Vertikalen auf das Papier.

Die 9-Nadeldrucker zählen zu den günstigsten Geräten auf dem Markt schaffen jedoch fast nie mehr als 250 cps (cps: characters per second = Zeichen pro Sekunde).

18-Nadeldrucker

Für einige Anwendungsgebiete ist ein 9-Nadeldrucker zu langsam. Teilweise wird ein schnellere NLQ-Schrift gewünscht, und manchmal verlangt man nach einer schnelleren Draft-Schrift. Die Konstrukteure entwickelten deshalb zwei verschieden Varianten eines 18-Nadeldruckers.

18-Nadeldrucker mit versetzten Nadelreihen

Bei diesen Geräten sind im Druckkopf zwei Reihen von je 9 Nadeln angeordnet. Die zweite Reihe ist jedoch um einen halben Punkt nach unten versetzt. Auf diese Weise überlappen sich die Abdrücke der Nadeln. Dadurch ist ein 18-Nadeldrucker in der Lage, einen geschlossenen, senkrechten Strich in einem Durchgang auf das Papier zu bringen. So ergibt sich eine Geschwindigkeitssteigerung der NLQ-Schrift auf das vierfache (im Vergleich zu einem entsprechenden 9-Nadeldrucker): Es fällt der zweite Zeilendurchgang weg, und der Drucker erzeugt wegen der zweiten Reihe die doppelte horizontale Information. Der Ausgabedurchsatz der Draft-Schrift erhöht sich bei dieser Drucktechnik nicht.

18-Nadeldrucker mit parallelen Nadelreihen

Im Bürowesen müssen oft eine Menge von Formularen ausgefüllt werden. Dazu wird meistens nur die Draft-Schrift verwendet, da der Druckgeschwindigkeit mehr Bedeutung zugemessen wird als der Ausgabequalität. Deshalb wurde eine weitere Variante eines 18-Nadeldruckers entwickelt, die diesen hohen Geschwindigkeitsansprüchen genügen. Dazu beherbergt der Druckkopf zwei Reihen zu je 9 Nadeln, wobei beide Reihen parallel angeordnet sind. Der Vorteil liegt darin, daß nun in Draft-Schrift bei gleicher Zeit die doppelte Menge an horizontaler Information gedruckt wird. Bei der NLQ-Schrift ergibt sich gegenüber einem 9-Nadeldrucker lediglich eine Steigerung um dem Faktor 2. Die typische Druckgeschwindigkeit bei diesen Druckern beträgt 1000cps.

28-Nadeldrucker

Beide Versionen der 18-Nadeldrucker haben Ihre Vor- und Nachteile. Wünschenswert wäre ein Drucker, der nur die Vorteile vereint: sehr schnelle Draft- und NLQ-Schrift. Die Lösung liegt nahe: Man benötigt einen Druckkopf mit drei Reihen, wobei eine Reihe vertikal um einen halben Punkt versetzt ist. Ausgehend von dieser Idee, entwickelten die Konstrukteure von C.Itho einen 28-Nadeldrucker. Dieser Drucker arbeitet immer mit zwei Nadelreihen. Je nachdem, in welchen Modus das Gerät betrieben wird, kommen zwei parallele oder zwei versetzte Nadelreihen zur Anwendung. Diese Drucker bieten auch die Möglichkeit den Papiertransport von der Rückseite (Endlospapier) und von der Vorderseite (Einzelblatt)  zu betreiben. Das Papier wird hier nicht über eine Walze, sondern gerade durch den Drucker transportiert.

24-Nadeldrucker

Ein anderer Trend der Druckentwicklung war die Verwendung von 24 Nadeln. 24-Nadeldrucker weisen gegenüber den 9- und 18-Nadeldruckern eine Geschwindigkeits- und Qualitätssteigerung auf. Darüber hinaus sind sie kaum teurer als ihre Konkurrenzprodukte mit weniger Nadeln. Sie besitzen in ihrem Druckkopf zwei Reihen zu je 12 Nadeln, wobei die zweite Reihe um einen halben Punkt nach unten versetzt ist. Durch diesen Trick entfällt der zweimalige Druckvorgang und die halbe Geschwindigkeit des Druckkopfs der 9-Nadler. Da die einzelnen Nadeln im Durchmesser auf 0,2 mm verringert wurden (bei den 9- und 18-Nadeldruckern beträgt er 0,3 mm), ist gleichzeitig eine Auflösungssteigerung erreicht worden. Für das Formularwesen sind 9- und 18-Nadeldrucker jedoch besser geeignet als ein 24-Nadeldrucker, da die dickeren Nadeln auch bis zum letzten Durchschlag deutliche Punkte erzeugen. Die zu druckenden Zeichen werden bei einem 24-Nadeldrucker aus einer 35 * 24 Punktmatrix zusammengesetzt. Die einzelnen Buchstaben und Symbole können nun mit wesentlich mehr Feinheiten entworfen und gedruckt werden. Das gesamte Druckbild wirkt sauberer und feiner. Bei einem 24-Nadeldrucker spricht man nicht mehr von einer NLQ-Schrift, sondern von der sogenannten LQ-Schrift (LQ: Letter Quality = Korrespondenzqualität).

Obwohl die LQ-Schrift durch ihre hohe Qualität überzeugt, entwickelten die Druckerkonstrukteure die SLQ-Schrift (SLQ: Super Letter Qualität = Gesteigerte Korrespondenzqualität). Die Größe des Minimalzeilenvorschubs beträgt dabei 1/360 Zoll, da die Drucknadeln einen Abstand von 1/180 Zoll (ausgehend vom Mittelpunkt der Nadeln) aufweisen. Es sind jedoch nicht alle 24-Nadeldrucker in der Lage, Texte in SLQ-Schrift auszugehen. In der Grafikauflösung wurde mit der neuen Druckergeneration ein gewaltiger Schritt nach vorne gemacht. Sie konnte bei den meisten Geräten auf 360 * 360 dpi gesteigert werden. Einige Geräte erreichen nur 360 * 180 dpi oder 180 * 180 dpi, allerdings ist diese Punktdichte in 90 Prozent der Anwendungsfälle ausreichend. Bei Grafiken mit 360 dpi sind mit dem bloßen Auge fast keine einzelnen Punkte oder die gefürchteten Treppenstufen zu erkennen.

Es wurde schon erwähnt, daß durch die Verwendung von 24 Nadeln eine Geschwindigkeitssteigerung erzielt werden konnte. Bei 24-Nadeldrucker ist eine Geschwindigkeit von 200 bis 300 cps in Entwurfsqualität und 60 bis 120 cps in LQ normal. 9 Nadeldrucker sind im Gegensatz dazu mit 150 cps in EDV-Schrift  und 50 cps in NLQ deutlich langsamer. Die schnellsten Geräte der neuen Gattung schaffen sogar eine Geschwindigkeit bis zu 400 cps.

48-Nadeldrucker

Das Spitzenmodell der Nadeldruckerpalette stellt der Epson TLQ-4800 dar         (TLQ: Top Letter Quality = höchste Korrespondenzqualität). Das Besondere des TLQ-4800 ist, daß er mit 48-Nadeln arbeitet, die einen Durchmesser von 0,17 mm besitzen. Dadurch kann er noch filigraner drucken als ein 24-Nadeldrucker. Dieser Drucker schafft in nur einen Zeilendurchgang die Auflösung 360 * 360 dpi. Damit ist er zwar besser als ein Laserdrucker (300 * 300 dpi), in der Praxis jedoch nicht. Der Durchmesser eines Laserstrahles ist erheblich dünner gegenüber den Drucknadeln. Deshalb erzeugt ein Laserdrucker etwas schärfere Kanten und feinere Linien als dieser Drucker. Ein Vorteil dieses Druckers ist jedoch, daß er bis zu drei Durchschläge drucken kann. Wenn das Schriftbild des 48- mit dem eines 24-Nadeldruckers verglichen wird, kann jedoch kein Unterschied entdeckt werden. Der Unterschied besteht in der Geschwindigkeit. Während der 24-Nadeldrucker zwei Durchgänge pro Zeile benötigt, schafft der 48-Nadeldrucker die gleiche Qualität mit nur einem Durchgang

Tintenstrahldrucker

Tintenstrahldrucker, auch Inkjet-Drucker genannt, arbeiten nach dem gleichen Matrixprinzip wie Nadeldrucker. Bei ihnen wird ein Zeichen jedoch nicht durch Nadeln und Farbband zu Papier gebracht, sondern mit flüssiger Tinte, die der Drucker durch feine Düsen auf das Papier spritzt. Der Vorteil gegenüber den Nadeldruckern ist, daß diese Drucker keinen Lärm erzeugen. Nur ein leises Rauschen ist zu vernehmen, wenn ein Tintenstrahldrucker in Aktion tritt. Selbstverständlich hat diese Druckgattung auch ihre Nachteile. Beispielsweise muß man bei der Papierwahl sehr sorgfältig sein: Ein zu grobes oder rauhes Papier hat zur Folge, daß die Tinte darauf verläuft und das an sich schöne, klare Schriftbild erheblich verschlechtert (Löschpapiereffekt). Ebenso bei zu glatten Papier, auf dem es passieren kann, daß die Tinte nur sehr langsam trocknet und daher leicht verwischt. Mit holzfreiem Kopierpapier oder Papier, dessen Oberfläche mit Talkum (Magnesium-Silikatverbindung) behandelt ist, werden die besten Ergebnisse erzielt. Einer der Hauptnachteile ist jedoch, daß ein Tintenstrahldrucker prinzipiell keine Durchschläge erzeugen kann. Da die meisten Tintenstrahler aber schneller als Nadeldrucker sind, können sie diesen Nachteil wieder wettmachen.

Die Qualität eines Tintenstrahldruckers ist von der Anzahl der Düsen abhängig. Die auf dem Markt befindlichen Geräte besitzen in der Regel zwischen 9 und 64 Düsen. Die maximale Auflösung eines Tintenstrahldruckers beträgt je nach Druckerbetriebssystem bis zu 1440 dpi (dots per inch). Viele Druckerhersteller bieten ihre Tintenstrahldrucker auch in farbiger Ausführung an. Hierbei sind mehrere Düsenreihen nebeneinander angeordnet und mit verschiedenfarbigen Tinten gefüllt. Dadurch können bis zu acht verschiedenen Grundfarben genutzt werden, durch Farbmischung (Rasterung und Übereinanderdruck) sind mehrere tausend Farbnuancen möglich.

Tintenstrahldrucker gibt es in verschiedenen technischen Ausführungen. So existieren Druckköpfe, die mit Hitze arbeiten (Bubble Jet) oder mit Druck (Piezo).  Des weiteren gibt es noch Verfahren mit Festtinte, Flüssigwachs oder Graphitpatronen. Da die drei letzt genannten nicht so gebräuchlich sind sollen sie an dieser Stelle nicht weiter behandelt werden.

Das Bubble Jet-Prinzip

Von den im größeren Umfang eingesetzten Techniken, Tintentröpfchen auf das Papier zu bringen, ist das Bubble Jet-Verfahren das preiswerteste. Bei dieser Technik erhitzt ein Thermoelement in einer Röhre die darüberfließende Tinte. Es bildet sich explosionsartig ein kleines Gasbläschen, das durch seinen Überdruck ein winziges Tröpfchen aus der Düse abgibt.

Bei einigen Druckern wird der Tintenbehälter in den Druckkopf integriert und als ganzes Teil ausgewechselt, wenn der Tintenvorrat verbraucht ist. Mit Hilfe moderner Werkstofftechnik hat man heute trotz der hohen thermischen Belastung der Heizwiderstände eine höhere Lebensdauer erreicht. Deshalb gibt es bereits Bubble Jet-Druckköpfe, die im Drucker verbleiben und eine Lebensdauer von bis zu 200 Millionen Zeichen erreichen.

Das Bubble Jet-Verfahren hat aber auch Nachteile: Die Tröpfchen entstehen aus einer Wechselwirkung bzw. Umformung von Strom in Wärme und kinetischer Energie. Dadurch läßt sich die Größe des ausgestoßenen Tröpfchens nicht mehr zuverlässig steuern. Dementsprechend ist die Gefahr gegeben, daß die Dichte des Druckbildes schwankt, da die Tröpfchengröße nicht gezielt variierbar ist. Ein weiterer kritischer Punkt ist die erreichbare Geschwindigkeit: Das Gasbläschen muß schnell wieder zusammenfallen, bevor ein neues Tröpfchen gebildet werden kann. Die maximale Frequenz beträgt 2000 Hertz. Im Vergleich dazu ist die nachfolgend beschriebene Piezo-Technik erheblich schneller. Immerhin bringen es Tintenstrahler nach dem Bubble Jet-Prinzip auf Druckgeschwindigkeiten von etwa 200 cps (Draft-Qualität), wobei 24 Düsen benötigt werden. Für Schöndruck (LQ-Schrift) halbiert sich die Druckgeschwindigkeit.

Die Piezo-Technik

Das meistverwendete Verfahren, Tinte auf das Papier zu bringen, ist die Verwendung von Piezo-Keramik. Ein elektrischer Impuls verändert die Form eines Piezo Elements. Diese Formveränderung bewirkt ein Druckimpuls im Tintenkanal, der zum Ausstoß eines Tintentropfens an der Düse führt. Die Größe des herausgeschleuderten Tropfens läßt sich über den elektrischen Impuls direkt und sehr genau steuern.

Auch bei Piezo-Elementen zur Tropfenerzeugung gibt es verschiedene Varianten. Die meisten Hersteller verwenden Piezo-Röhrchen, die den Tintenkanal umschließen. Je nach Drucker sind 9, 12, 18, 24 oder mehr solcher Elemente in einem Druckkopf vorhanden.

Zwar ist dieses Verfahren in der Herstellung aufwendiger als bei Bubble Jet-Druckköpfen, doch wird man dafür mit der fast unbegrenzten Lebensdauer der Piezo-Druckköpfe belohnt. Daraus resultieren auch geringere Betriebskosten im Vergleich zum Bubble Jet-Verfahren.

Eine andere Variante der Piezo-Technik ist die Verwendung von Piezo-Scheibchen, da sich diese schneller ansteuern lassen als Röhrchen. Im Ruhezustand steht das Keramik-Scheibchen unter Spannung und ist nach unten gekrümmt. Sobald ein Druckimpuls kommt, fällt die Ladung ab, und das Plättchen entspannt sich nach oben, wobei Tinte angesaugt wird. Zum Ausstoß des Tröpfchens erhält das Piezo-Scheibchen einen Impuls, schnellt nach unten und erzeugt einen Druck in

Tintenkanal. Eine Verengung im Tintenkanal verhindert, daß die Tinte nach hinten entweicht. Folglich tritt das Tintentröpfchen zur Düse aus.

Diese Technik hat den Vorteil, daß sehr hohe Frequenzen (etwa 20000 Hertz) und hohe Druckgeschwindigkeiten (bis 600 cps) erreicht werden. Außerdem kann mit einem großen Tintenvorrat und mit kurzen Kapillaren gearbeitet werden. Der Druckkopf besteht aus Glas und ist damit praktisch verschleißfrei. Seine Lebensdauer beträgt zirka zwei Milliarden Punkte pro Düse. Die Konstruktion der Tintenkammer mit Piezo-Plättchen anstelle der üblichen Röhrchen gewährleistet kurze Kapillarwege und extrem hohe Geschwindigkeiten.

Matrixdruckervergleich

Laserdrucker

Laserdrucker stellen zur Zeit das Non plus Ultra an Druckqualität und Druck- geschwindigkeit dar. Die dabei verwendete Funktionsweise arbeitet analog zu den Fotokopierern. Entscheidend für das Funktionsprinzip ist die Abstoßung elektrischer Felder mit gleicher Polarität.

Hauptbestandteil eines Laserdruckers ist eine negativ geladene Trommel. Der fein gebündelte Laserstrahl wird über mehrere Umlenkspiegel auf die sich drehende Trommel projiziert. Dieser schreibt, von einem schnellen Prozessor gesteuert, Buchstaben und Grafiken pünktchenweise auf die Trommel. Durch den Laserstrahl wird die negative Ladung der Trommel an den bestrahlten Punkten aufgehoben. So zeichnet der Laserstrahl die zu druckende Information Zeile für Zeile auf die Oberfläche der Bildtrommel. Anschließend führt der Laserdrucker die Bildtrommel durch ein ebenfalls negativ aufgeladenes Tonerpulver. An den Stellen die der Laserstrahl entladen hat, haftet der Toner auf der Trommel. Das Druckbild befindet sich jetzt in Form von Tonerpulver auf der Bildtrommel. Im nächsten Schritt wird das Papier positiv aufgeladen und an der Trommel abgerollt, dadurch überträgt sich das Tonermaterial auf das Papier. Da der Toner aber nur lose auf dem Papier aufliegt, wird das Blatt noch durch eine Fixiereinheit transportiert. Die Fixierung erfolgt zwischen zwei aufgeheizten Walzen durch Druck und Wärme. Somit wird der Toner zum Schmelzen gebracht und verbindet sich so dauerhaft mit dem Papier.

Aktuelle Laserdrucker erreichen Auflösungen von 600x600 dpi. Dies allerdings nur wenn sogenannter Microtoner verwendet wird. Die meisten Laserdrucker arbeiten heute noch mit 300x300 dpi.

Während andere Druckverfahren den Druck zeilenweise abarbeiten können, muß der  Laserdrucker, bevor er mit dem Druck beginnen kann, die vollständige Information der zu bedruckenden Seite in seinem Speicher aufnehmen. Aus diesem Grund spricht man auch von einem Seitendrucker. Je nach geforderter Druckauflösung und Speicherbedarf kann es hier schon mal eng werden. Solange die Druckauflösung 300 dpi nicht übersteigt, kommt man mit 1 MByte Arbeitsspeicher ganz gut hin. Für umfangreiche Grafiken und Tabellen ist dennoch eine Speichererweiterung erforderlich. Bei entsprechender Vergrößerung des Laserausdrucks, wirkt dieser wie ein Buchdruck. Dies ist bedingt durch die hohe Positionsgenauigkeit und dem geringen Durchmesser des Laserstrahls. Weiterhin erhält man eine intensive Färbung, filigrane Linien und sehr scharfe Kanten. Mittlerweile gibt es auch farbige Laserdrucker. Sie arbeiten nach dem gleichen Druckprinzip, benutzen allerdings farbigen Toner. Jeder der drei Druckfarben und auch Schwarz erhält eine eigene Bildtrommel. Beim Farbdruck wird das Papier in mehreren Durchgängen bedruckt. Der Zeitaufwand für eine farbige Seite ist verständlicherweise deutlich höher als beim Schwarz-weiß-Druck. Eine Druckauflösung von 300 dpi im Farbdruck ist für heute aktuelle Druckermodelle Standard.

Während Laserdrucker selbst für privaten Bedarf absolut erschwinglich geworden sind, werden Farblaser wohl aus Preisgründen noch eine Weile dem professionellen Anwender vorbehalten sein. Zu beachten ist auch nicht der unerhebliche Aufwand für Tonerkartuschen und übriges Verbrauchsmaterial. Bei vielen Modellen müssen in bestimmten Intervallen die Trommel und die Fixiereinheit ausgetauscht werden. 

Schnittstellen

Für den Anschluß an den PC besitzt ein Drucker mindestens eine manchmal auch mehrere Schnittstellen. Beim Kauf sollte man darauf achten, daß beide Geräte, sowohl Computer als auch Drucker, über den gleichen Schnittstellentyp verfügen. Eine Umrüstung des Druckers ist in den meisten Fällen sehr teuer oder nicht möglich und an den PCs, wenn überhaupt, nur mit Zusatzbaugruppen (Steckkarten). Auch das passende Kabel sollte man sofort beim Händler erwerben, da an den verschiedenen Rechnern und Druckern auch verschiedene Steckerformen verwendet werden.

Grundsätzlich unterscheidet man drei verschiedene Übertragungsverfahren zwischen Computer und Peripherie:

Serielle Schnittstelle (zum Beispiel RS-232C)

Parallele Schnittstelle (zum Beispiel Centronics)

Bussysteme (zum Beispiel Apple Talk)

Jedes dieser Systeme besitzt seine Vor- und Nachteile. Der Druckerkäufer sollte sich gut überlegen, welches System er einsetzen möchte.

Um die Unterschiede der Systeme zu verstehen, muß man zuerst wissen, daß die Informationen über den zu druckenden Text bzw. Grafik immer Byteweise im Computer gespeichert sind. Zur Übertragung von einem Zeichen zum Drucker, müssen jeweils acht Bit über die Schnittstelle transportiert werden. Bei der parallelen Schnittstelle ist das kein Problem. Für jedes Bit ist hier eine Leitung im Kabel reserviert. Somit kann ein komplettes Byte auf einmal übertragen werden. Bei der seriellen Schnittstelle ist für das Byte jedoch nur eine einzelnen Leitung vorhanden. Deshalb müssen die acht Bits nacheinander auf dieser Leitung übermittelt werden. Damit eine Synchronisation zwischen Drucker und Computer gewährleistet ist, werden vor und nach jedem Byte ein oder mehrere sogenannte Start- und Stoppbits gesandt. Deshalb kann es vorkommen, daß für ein zu übertragendes Byte zehn oder elf Bit benötigt werden. Bei größeren Datenmengen summieren sich diese Kontrollbits zu einer beachtlichen Last. Dadurch ist bereits ersichtlich, das serielle Schnittstellen prinzipiell langsamer sind als parallele Schnittstellen.

Im Gegensatz zu seriellen und parallelen Schnittstellen, an denen maximal zwei Geräte angeschlossen sind, kann man mit einer Busstruktur ein richtiges Netzwerk mit Computern und Druckern aufbauen. Bei einem Bus sind nicht zwei Geräte mit einem Kabel verbunden, sondern die Daten- und Steuerleitungen werden an allen anzuschließenden Geräten vorbeigeführt. Selbstverständlich kann in einem Busnetz immer nur ein Gerät aktiv sein. Deshalb variiert die Übertragungsgeschwindigkeit je nach Anzahl der angeschlossenen Geräte und der grundsätzlichen Konzeption des Busses. Auch bei den Bussystemen muß man zwischen serieller und paralleler Datenübertragung unterscheiden. Die Geschwindigkeit reicht von 230 kBit/s (bei Apple Talk) bis zu über 10 MBit/s (bei Ethernet). Der Vorteil dieser Systeme liegt in der vielfältigen Vernetzbarkeit der Geräte. Nachteile resultieren aus der aufwendigen Verdrahtung und höheren Störanfälligkeit. Fällt ein System im Netz aus, kann unter Umständen das gesamte Netzwerk lahmgelegt.

Im Normalfall dürfte die Centronics-Schnittstelle zum Einsatz kommen. Diese ist in der Druckerwelt am meisten verbreitet, wird weitgehend von jedem Programm unterstützt und ist am einfachsten anzuschließen.

Druckerpuffer

Der Druckerpuffer nimmt alle ankommenden Daten auf, und bringt sie anschließend zu Papier. Da der Computer die Daten zumeist schneller sendet, als sie der Drucker verarbeiten kann, fungiert der Druckerpuffer als Zwischenspeicher. Je größer der Druckerpuffer ist, desto schneller wird der Computer vom Druckvorgang entlastet. Es stellt sich nun die Frage, welche Druckerpuffergröße angemessen ist. Bei Seitendruckern sollten mindestens 512 Kbyte vorhanden sein, da diese die Information für eine ganze Seite im Druckerpuffer ablegen müssen. Wollen sie allerdings ganzseitige Grafiken mit 300dpi zu Papier bringen, muß mindesten 1Mbyte an freien Druckerpuffer vorhanden sein. Postscript-Drucker benötigen je nach Gerät 2 bis 3 Mbyte Speicher. Noch speicherhungriger sind die Thermotransferdrucker: Unter 5 Mbyte ist meistens nichts zu machen.

Anders sieht es bei den Zeilendruckern aus, ihr Druckerpuffer ist erheblich kleiner. In der Regel ist er nur einige Kbyte groß. Low-Cost-Drucker begnügen sich mit 2 bis 10 Kbyte, während ausgereifte Modelle zwischen 10 und 128 Kbyte Speicher besitzen.

Druckerbetriebssysteme, Druckersprachen

Ein Druckerbetriebssystem ist für sämtliche Vorgänge, die im Drucker stattfinden, verantwortlich. Es sorgt dafür, daß die ankommenden Daten korrekt interpretiert und verarbeitet werden. Es übernimmt auch die Steuerung der gesamten Mechanik im Drucker. Den Anwender interessiert allerdings nur die Datenschnittstelle zum Betriebssystem, das heißt, wie die einzelnen Bytes vom Drucker verarbeitet werden. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten für das Druckerbetriebssystem, ein Byte zu interpretieren. Entweder handelt es sich um ein druckbares Zeichen, das auf Papier ausgegeben wird, oder um eine Befehl. Dieser veranlaßt den Drucker zu bestimmten Tätigkeiten, beispielsweise Wechsel der Schriftart, Anderung des Zeilenabstandes, Grafikausgabe usw. Ein Druckerbefehl kann dabei auch aus mehreren Bytes bestehen. Fast alle Druckerbetriebssysteme arbeiten mit dem ASCII-Zeichensatz (ASCII: American Standard Code for Information Interchange). Dieser legt fest, welches Zeichen einem Byte zugeordnet wird. Bei Befehlsaufbau und -interpretation jedoch unterscheiden sich die Druckerbetriebssysteme. Zu den wichtigsten Standards zählen folgende sieben Befehlssätze (Druckersprachen):

TTY

ESC/P

NEC

IBM

HP PCL

PostScript

Der Befehlssatz legt die Anwendungsmöglichkeiten eines Druckers fest.. Beispielsweise sind die Grafikfähigkeiten bei PostScript erheblich ausgeprägter als bei HP PCL oder ESC/P. Bei der Wahl des Druckertreibers für eine Anwendungssoftware muß darauf geachtet werden, daß die Kommandos des Druckertreibers mit dem Befehlssatz übereinstimmen.

TTY

Viele Softwarepakete besitzen neben druckerspezifischen Treibern zusätzlich einen sogenannten TTY-Treiber.

TTY ist die Abkürzung für »Teletype«, das englische Wort für Fernschreiber. Diese waren, zu Beginn der PC-Ara, die ersten Drucker, die am Computer angeschlossen werden konnten.

TTY enthält nur druckbare Zeichen und zwei Befehle (»CR«, »LF«). Der begrenzte Vorrat an ansteuerbaren Zeichen ist der Grund dafür, das die TTY-Treiber immer in der Lage sind, einen Drucker mit ASCII-Zeichensatz (7-Bit) zum Ausdruck zu bewegen, natürlich unter Verzicht auf Grafik und alle Sonderzeichen.

ESC/P

Als Ende der 70er Jahre Epson mit Nadeldruckern auf dem Markt kam, schuf dieses Unternehmen einen neunen Standard: ESC/P (Epson Standard Code for Printers). Diese Druckersprache beinhaltet Befehle zur Steuerung der universellen Möglichkeiten von Nadeldruckern. Im Laufe der Zeit wurde ESC/P mehr und mehr erweitert sowie an neue Drucktechnologien angepaßt. Man spricht auch vom »Extended Standard Code for Printers«. Fast alle am Markt befindlichen Nadeldrucker besitzen den ESC/P-Befehlssatz. Auch einige Tintenstrahldrucker (zum Beispiel Epson SQ-Serie) arbeiten mit ESC/P. Es kommt vor, daß manche Druckerhersteller eigene Befehle zu ESC/P hinzufügen, um die besonderen Fähigkeiten ihres Geräts auszureizen. Das führt dann dazu, daß es über 200 druckerspezifische Befehlssätze gibt, die alle ESC/P kompatibel sind.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei ESC/P Standards:

für 9- und 18-Nadeldrucker (EPSON FX-Serie)

für 24- und 48-Nadeldrucker (EPSON LQ-Serie)

ESC/P für 24-Nadeldrucker beinhaltet zwar auch alle Befehle von ESC/P für 9-Nadeldrucker, bietet aber mehr Möglichkeiten bei der Druckerprogrammierung. Die Erweiterungen betreffen hauptsächlich den Grafikbereich und die selbstdefinierten Zeichen. Man kann mit einem 24-Nadeldrucker problemlos Grafiken, die für einen 9-Nadeldrucker geschaffen sind, zu Papier bringen. Der umgekehrte Weg ist aber nicht möglich.

ESC/P ist ein sehr verbreiteter und wichtiger Standard für Matrixdrucker. Außerdem werden ESC/P-Drucker von jeder PC-Software unterstützt.

Ende 1991 stellte Epson eine Erweiterung des ESC/P-Standards vor: ESC/P2. Neu ist dabei der verbesserte Grafikdruck mit 360 * 360 dpi auf 24-Nadeldruckern. Weiterhin stehen jetzt zwei LQ-Schriftarten zur Verfügung, die von 8 bis 32 Punkte (von 2,8mm bis 11,3mm) skalierbar sind. Um die Kompatibilität zu erhalten, sind in ESC/P2 alle bekannten ESC/P-Befehle verfügbar.

NEC

Die Firma NEC ist ein Pionier der 24-Nadel-Drucktecknik. Deshalb definierte NEC, basierend auf ESC/P, den NEC-Standard für 24-Nadeldrucker. Da der NEC-Standard gegenüber  ESC/P nur einige zusätzliche Befehle bietet, ist es möglich, mit Programmen, die auf ESC/P ausgerichtet sind, auch auf NEC-Druckern korrekte Ausdrucke zu erzielen. Die Vorteile, die der NEC-Standard bringt, sind gering, da die wichtigsten neuen Befehle auch im original ESC/P-Standard (nur mit anderer Schreibweise) enthalten sind.

IBM

Während Epson den ESC/P-Standard definierte und erweiterte, entwickelte IBM sein eigenen Standard. IBM-Drucker (IBM Proprinter und IBM Graphics-Printer) besaßen zwar einen ESC/P ähnlichen aber nicht vollständig kompatiblen Befehlssatz. Die Fähigkeiten der beiden Druckersprachen sind gleichwertig. Die meisten anderen Druckerhersteller schlossen sich Epson an und statteten ihre Geräte mit ESC/P aus. Manche Hersteller wollten auf Nummer sicher gehen und integrierten beide Standards in ihre Modelle. Mit einem kleinen DIP-Schalter oder im Konfigurationsmenü läßt sich dann der zu verwendende Befehlssatz auswählen.

Bedingt durch die Existenz von drei Standards für Nadeldrucker spricht man auch von:

Epson-Kompatibilität

NEC-Kompatibilität

IBM-Kompatibilität

Von allen drei Druckersprachen ist ESC/P am meisten verbreitet.

HP PCL

Hewlett Packards Druckersprache PCL (Printer Control Language) entwuchs aus den Käuferansprüchen für Software- und Systemkompatibilität der HP-Druckerpalette. Hewlett Packards Erfahrungen im professionellen Laserdruckermarkt (für Großrechenanlagen) der späten 70er Jahre gab dem Konzern eine Vorstellung davon, wie die Bedürfnisse von Anwendern im unteren Druckermarktsegment mit Non-Impact-Druckern zufrieden gestellt werden können. Hewlett Packard kam auch zu der Erkenntnis, daß eine flexiblere Druckersprache entwickelt werden müsse, als man sie bei Matrixdruckern bereites verwendete.

Weitere Anforderungen an den neuen Standard betrafen ein gewisses Maß an Geräteunabhängigkeit. PCL sollte auf Impact- und Non-Impact-, Tintenstrahl- und Laserdruckern einsetzbar sein. Außerdem muß die Druckersprache Raum für zukünftige Erweiterungen (zum Beispiel: Farb- oder Duplexdruck (Duplex: beidseitig)) unter Beibehaltung der Kompatibilität bieten. Da sie Hewlett Packard zu diesem Zeitpunkt entschloß, verstärkt mit Non-Impact-Drucker in den semiprofessionellen Bereich (für Büros usw.) einzusteigen, wurde für den neuen Befehlssatz ein angemessenes Preis/Leistungsverhältnis gefordert.

Die Antwort auf diese Anforderungen war die Druckersprache HP PCL. Heute ist PCL der in den HP LaserJet, DeskJet und PaintJet Modellen verwendete Befehlssatz. Auch andere Hersteller erkannten die Vorteile von PCL und statteten ihre Geräte mit dieser Druckersprache aus. So wird PCL von vielen Tintenstrahl- und von den meisten Laserdruckern unterstützt.

Im Laufe der Zeit, stellte Hewlett Packard fünf PCL-Versionen vor, die zueinander abwärtskompatibel sind:

PCL 1                    Print and Space

PCL 1 war für eine einfache und bequeme Ausgabe von Einzelplatz-Workstations konzipiert.

PCL 2                    EDP (Electronic Data Processing) / Translation

Es wurden allgemeine Funktionen und Erweiterungen für die Druckausgabe von Mehrplatz-Systemen hinzugefügt.

PCL 3                    Office Word Processing

Die Anderungen betreffen Funktionen für eine Qualitätssteigerung und die Gestaltung von Büro-Dokumenten.

PCL 4                    Page Formatting

Es kamen erweiterte Möglichkeiten hinzu, um Seiten ansprechender sowie einfacher zu gestalten und zu formatieren.

PCL 5                    Office Publishing

Die Erweiterungen betreffend Funktionen, die eine verbesserte und vereinfachte Seitengestaltung ermöglichten (zum Beispiel: skalierbare Schriften). Weiterhin wurde der Plotterstandard HP-GL/2 in PCL 5 integriert.

PCL 1 und PCL 2 werden heute kaum noch eingesetzt. Dagegen findet man PCL 3 bei vielen Tintenstrahldruckern. Laserdrucker verwenden fast ausschließlich PCL 4. Dabei spricht man auch von einer HP LaserJet Series II-Kompatibilität. Als Hewlett Packard Anfang 1990 den neuen LaserJet III vorstellte, wurde gleichzeitig der neueste PCL-Standard geschaffen: PCL 5. Obwohl PCL 5 ziemlich jung ist, existieren bereits Treiber für die wichtigste Standardsoftware. PCL 5 bietet gegenüber dem alten PCL 4 folgende Vorteile:

skalierbare Schriften

Vektor Grafik (aus HP-GL/2)

wählbare Druckrichtung

Während PCL 4 nur 32 Softfonts (das sind Schriften, die vom PC in den Drucker geladen werden) verwaltet und pro Seite nur 16 Softfonts zu Papier bringt, bewältigt PCL 5 problemlos 32769 Schriften je Seite. Auf Grund seiner vielfältigen Erweiterungen wird PCL 5 im Non-Impact-Bereich die Druckersprache der Zukunft sein. Mit der Integration von HP-GL/2 und skalierbaren Schriften ist PCL 5 eine ernstzunehmende Konkurrenz für die Seitenbeschreibungssprache PostScript.

PostScript

PostScript ist eine Seitenbeschreibungssprache, die mit Desktop-Publishing (DTP) in einem Atemzuge genannt wird. Der Vorteil von PostScript liegt in der Hardwareunabhängigkeit und Eindeutigkeit der Dokumente. Im einzelnen heißt das, daß ein PostScript-Dokument auf einem Laserdrucker dieselbe Form annimmt wie auf einer Satzbelichtungsmaschine. PostScript basiert auf der mathematischen Beschreibung einer Seite. Jeder Buchstabe wird bei PostScript durch die Formeln seiner Umrißlinien charakterisiert und ist damit genormt. Deshalb kann man problemlos Buchstaben skalieren und mit Effekten (Schattendruck, Füllmuster, Outline-Druck usw.) versehen. PostScript enthält 35 Standardschriften, und zusätzliche Schriften lassen sich vom Computer in den Drucker laden. Außerdem enthält PostScript Befehle, um Grauraster, Linien, Kreise und ähnliches schnell und problemlos auf Papier zu bringen.

Wer professionelles Desktop Publishing betreibt, kommt um PostScript nicht herum. Jedoch sind PostScript-Laserdrucker durchschnittlich 10.000 bis 20.000 Schilling teurer als herkömmliche PCL-Drucker. Das hat zu einem rechtliche Gründe: PostScript-Erfinder Adobe, ein amerikanischer Softwarehersteller, hat rechtzeitig Schrifttypen und Übersetzungsverfahren der PostScript-Sprache patentieren lassen. Druckerhersteller, die ihre Geräte mit PostScript ausstatten um so konkurrenz- und marktfähig zu bleiben, müssen Lizenzen an Adobe bezahlen. Schließlich ist es der Kunde, der diese Lizenzgebühren übernimmt, da die Druckerhersteller diese auf den Preis aufschlagen. Der zweite Grund für den höheren Preis sind die höheren Hardware-Anforderungen eines PostScript-Druckers. Inzwischen ist auch PostScript 2 auf dem Markt, daß um einige Befehle erweitert wurde. Die Anderungen betreffen vor allem den Farbdruck mit PostScript.

Quellenverzeichnis

Lipp Thomas W.

Der Drucker Workshop

Systhema Verlag, 1991

Ockenfelds R.

Das große PC-Druckerbuch

Data Becker, 1988

Oliver Manstein

Die Bubble-Jet-Story

Stamm Verlag, 1993

Jürgen Ortmann

Das Hardware Einmaleins

Addison-Wesley, 1996

Harald Frater

PC Hardware

Franzis Verlag, 1997

Internet

CANON

LEXMARK

EPSON

HP