Wie kommt die Farbe aufs Papier - wir erklären die Funktion von Tonerkartuschen

Sogenannte Tonerkartuschen dienen als Reservoir für den "Toner" - jenes Pulver, dass als Farbträger von Laserdrucksystemen dient. Das sind neben den bekannten Laserdruckern beispielsweise auch Kopierer und Faxgeräte. Anders als bei Tintenstrahldruckern, in dessen Patronen sich tatsächlich eine Form von Tinte befindet, handelt sich bei dem Farbträger von Laserdruckern um ein Pulver, dass sich aus verschiedenen Stoffen zusammensetzt. Auch das technische Zusammenspiel von Laserdruckern und Tonerkartuschen ist mit Tintenstrahldruckern nicht vergleichbar.

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Bestandteile von Tonerpulver und Flüssigtoner

Grundlegend ist zwischen drei verschiedenen Typen von Tonern zu unterscheiden:

• Einkomponententoner
• Zweikomponententoner
• Flüssigtoner (Transferflüssigkeit)

Das sich in Tonerkartuschen befindliche Tonerpulver setzt sich in der Regel aus einem Gemisch feiner ca. 0,1 Mikrometer großer Teilchen zusammen. Die exakte Größe variiert hierbei allerdings. Einige Bauteile von Druckern sind speziell auf die Partikelgröße des zu verwendeten Toners abgestimmt. Davon hängt insbesondere die Druckqualität ab. Diese speziellen Bestandteile sollen für optimale Druckqualität, feine Abstufungen und satte Farbergebnisse sorgen. Dazu gehören u.a. Harze, Entwickler in Form von magnetisierbaren Metalloxiden, Trennmittel und Farbpigmente. Aber wofür braucht man diese Harze und was sind eigentlich "magnetisierbare Metalloxide"?

So kommt die Farbe auf das Papier

Damit das feine, farbgebende Pulver auf dem zu bedruckenden Medium - meist Papier - fixiert werden kann, sind dem Tonerpulver Harze beigemischt, die diese Fixierung sicherstellen. Die unterschiedlichen Farbpigmente sind für die diversen Farben des Ausdrucks zuständig und die Trennmittel sorgen dafür, dass sich die einzelnen Bestandteile nicht "vermischen". Um zu verstehen, was es mit diesen "magnetisierbaren Metalloxiden" bzw. dem Entwickler auf sich hat, müssen wir uns anschauen, wie der Laserdrucker bzw. das Faxgerät oder der Kopierer die Farbe nun genau aufs Papier bringt. Dabei ist in jedem Fall die Kombination aus Toner und jeweiligem Drucker zu betrachten.

Die Kombination aus Toner und Drucker ist entscheidend

Ein Drucker der beispielsweise mit einer Magnetwalze arbeitet, kann nichts mit einem nicht-magnetischen Tonerpulver anfangen - und das Tonerpulver auch nicht mit dem Drucker. Toner kann außerdem Chemikalien enthalten, die zwar kein Problem für den passenden Drucker darstellen, für ein anderes System aber schädlich sind, indem Komponenten und Bauteile davon angegriffen werden. Das jeweilige Tonerpulver muss also speziell auf den Drucker abgestimmt sein. Beim Wiederbefüllen ist allein deshalb schon Vorsicht geboten, wenn man seinen Drucker nicht schaden möchte und überhaupt etwas aufs Papier bringen möchte. Besser ist es, die leere Tonerkartusche fachmännisch recyceln zu lassen und damit in den Materialkreislauf zurückzuführen. Aber zu einer genauen Erklärung, wie das umweltschonende Recycling von Tonerkartuschen funktioniert kommen wir nachher noch.

Der genaue Druckvorgang - das Prinzip der Elektrografie

Grundsätzlich arbeitet ein Laserdrucker mit dem Prinzip der Elektrografie. Dabei wird ein sogenannter Fotoleiter mit dem optischen Abbild einer Vorlage belichtet. Dadurch entsteht aus elektrischen Ladungen ein latentes Bild. An den positiv geladenen Stellen bleibt die Farbe in Form des Tonerpulvers haften. Haften bleibt der Toner durch Druck und Wärme. Dadurch wird die Farbe, oft in Kombination mit den Harzen im Tonerpulver, fixiert.

• Im ersten Schritt wird die Beschichtung der Bildtrommel elektrostatisch negativ geladen.
• Im zweiten Schritt wird die Ladung auf dem Photoleiter durch Belichtung an den Stellen gelöscht, an denen im späteren Prozess der Toner auf die Trommel aufgetragen werden soll.
• Im dritten Schritt dreht hat sich der Photoleiter bereits weiter gedreht und wird in der Entwicklereinheit in die Nähe des Tonerpulvers gebracht, der durch den Kunstharzanteil negativ geladen ist. Somit haftet dieser nur an den neutral geladenen Stellen der Bildtrommel.
• Im vierten Schritt bringt der Photoleiter den Toner in Kontakt mit dem zu bedruckenden Medium. Das geschieht entweder durch direkten Kontakt oder mittels oder zunächst mittels einer Transferwalze oder einem sog. Transferband.
• Im fünften Schritt wird der Toner schließlich fixiert. Das Papier bewegt sich nun weiter zur Fixiereinheit, welche aus zwei Walzen besteht. Mindestens eine der beiden Walzen verfügt in ihrem Inneren über einen Heizstab. Dieser Heizstab erhitzt die Walze auf etwa 180 Grad Celsius. Sobald das Blatt hier hindurchläuft schmilzt der Toner und verklebt mit dem Papier.

Besonderheiten bei Einkomponententoner

Einkomponententoner bestehen aus lediglich einer in sich verschlossenen Tonerkartusche. Der für den Druck notwendige Entwickler ist hier bereits enthalten. Die magnetisierbaren Zusatzstoffe im Einkomponententoner sind für den Aufbau einer sogenannten Tonerbürste zuständig. Die Entwicklerwalze des Druckers ist ein feststehender Metallkern, an dem sich der Toner durch die magnetische Wirkung der Partikel ausrichtet. Durch die Reibung der rotierenden Hülle wird er negativ statisch geladen. Beim Druckprozess berührt diese "Tonerbürste" die Photoleitertrommel des Druckers. Solche Einkomponententoner sind, durch die relativ teuren Entwickler, in der Anschaffung nicht ganz günstig. Ob einem der etwas geringere Aufwand bei der Wartung - es muss nur eine einzige Kartusche gewechselt werden - eines solchen Systems den höheren Preis wert ist, müssen Sie selbst für sich entscheiden.

Besonderheiten bei Zweikomponententoner

Bei Zweikomponententonern sind der Entwickler und der eigentliche Toner voneinander isoliert. Der meist auf Eisen basierende Entwickler wird nicht mit auf das Druckmedium übertragen. Da der Toner somit hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung einfacher aufgebaut sein kann, sind die Preise für solche Toner verhältnismäßig gering. Allerdings sind die Laserdrucker für solche Toner in der Anschaffung deutlich teurer als andere Systeme. Der Druckvorgang wird, verglichen mit dem bei Einkomponententonern, komplexer.

Flüssigtoner / Transferflüssigkeit

Bei dieser Variante dreht sich die belichtete Photoleitertrommel durch die Transferflüssigkeit und nimmt dabei die Partikel des Toners auf. Im Vergleich mit dem Pulver aus Einkomponententonern und Zweikomponententonern ist die Größe der Tonerpartikel hier sehr gering. Das führt zu einer sehr hohen Qualität des jeweiligen Druckergebnisses. Zusätzlich benötigen "Flüssigtoner" keine nachträgliche Fixierung.

Gesundheitliche Gefahren von Tonerpulver

Laut offizieller Gefahrstoffverordnung gilt Toner nicht als ein Gefahrstoff. Allerdings erfordert der feine Staub einen vorsichtigen, ordnungsgemäßen Umgang. Während des Druckvorgangs ist die Freisetzung von organischen Verbindungen möglich. Bei Tonern, die auf Kunstharz basieren, werden durch die entstehende Hitze, bei gleichzeitigen Druck, Styrol und Benzol freigesetzt - zwei Stoffe, die nachgewiesenermaßen an der Entstehung von Krebs beteiligt sein können. Da die genaue Zusammensetzung von Toner zu Toner variiert, kann allerdings keine allgemeingültige Aussage über gesundheitliche Risiken getroffen werden. Dennoch empfiehlt es sich, Räume, in denen Laserdrucker in Verwendung sind, regelmäßig und ausreichend zu lüften. Insbesondere die Freisetzung von Feinstaub ist immer wieder Thema, bei der Diskussion um die gesundheitlichen Risiken von Tonerpulver. Die häufig thematisierte Freisetzung von Feinstaub lässt sich vor allem auf den jeweiligen verwendeten Drucker zurückführen. Sollten am Arbeitsplatz Laserdrucker in Verwendung sein, empfiehlt sich in jedem Falle ein regelmäßiges Lüften der Räumlichkeiten um gesundheitliche Risiken zu minimieren.

Recycling: Rebuilt- und Refill-Toner

Tonerkartuschen stellen, sofern man diese recycelt, das ideale Vorgehen im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes dar. Um Tonerkartuschen in Form von sogenannten Rebuilt-Tonern zurück in den Markt zu bringen, wird das Gehäuse der Tonerkartusche vollständig wiederverwendet, nachdem es sorgfältig und umweltschonend von Tonerrückständen befreit wurde. Die weiteren Bauteile der Kartusche, wie die Belichtungstrommel, der Beladungsroller, Trommel-Abstreifer und die Magnetwalze werden bei dieser Variante anschließend durch Neuteile ersetzt.

Beim einem Refill-Toner handelt es sich um eine komplett wiederverwendete Kartusche. Hier werden nicht wie beim Rebuilt-Toner, gewisse Verschleißteile durch Neuteile ausgetauscht, sondern auch nach dem Recycling weiterhin genutzt. Die zurückgegebene Tonerkartusche wird bei diesem Verfahren lediglich mit neuem Tonerpulver bestückt, welches auf das jeweilige Drucksystem abgestimmt ist. Die Qualität eines solchen Refill-Toners ist in den meisten Fällen mit der eines Rebuilt-Toners vergleichbar.