Chester Carlson

Chester Floyd Carlson (* 8. Februar 1906 in Seattle, Washington; † 19. September 1968 in New York City) war Physiker und Patentanwalt. Er gilt als Erfinder des modernen Fotokopierers nach dem Prinzip der Elektrofotografie. Ebenfalls verwendet wird der Begriff Xerografie (griechisch für „trocken schreiben“).

Leben Kindheit und Jugend Chester F. Carlson war das einzige Kind von Olof Adolph (* 1870; † 1932) und Ellen Josephine Carlson, geb. Hawkins (* 1870; † 1923). Bedingt durch die Arbeitsunfähigkeit seines an Arthritis und Tuberkulose leidenden Vaters lebte die Familie in bitterster Armut. Auf der Suche nach einem heilsamen Klima zogen die Carlsons oft um, allerdings ohne den erhofften Erfolg. In San Bernardino, Kalifornien, wurde die Familie um 1912 schließlich ansässig und der kleine Chester eingeschult.

Durch seine Armut war der Junge in der Schule ein Außenseiter, der wenig Kontakt zu seinen Mitschülern hatte. Schon ab seinem achten Lebensjahr half Chester durch kleine Jobs mit, den Lebensunterhalt seiner Familie zu bestreiten. Im Alter von zwölf Jahren begann sein Tag bereits um vier Uhr morgens: Vor Schulbeginn arbeitete er zwei bis drei Stunden, putzte Schaufenster und Ladenlokale. Nach der Schule ging die Arbeit weiter, mit einem alten Fahrrad fuhr der Junge von Job zu Job. Er half bei der Ernte, verkaufte Sodawasser und züchtete Meerschweinchen für ein Versuchslabor. Mit vierzehn Jahren besuchte er die High School. Zu dieser Zeit verdiente er rund 60 Dollar im Monat und war der Haupternährer seiner Familie.

Trotz der großen Belastung war Chester Carlson ein guter Schüler, der sich besonders für Naturwissenschaften und Literatur interessierte. Schon mit fünfzehn Jahren fasste er den Entschluss, Erfinder zu werden. Er sah dies als Chance, die Armut seiner Familie zu besiegen und zugleich der Gesellschaft etwas Gutes zu tun. Zu dieser Zeit begann er auch, seine Ideen in Notiz- und Tagebüchern festzuhalten. Dies behielt er bis an sein Lebensende bei; seine gesamten Aufzeichnungen sind auf Mikrofilm in der New York Public Library öffentlich zugänglich.

Der junge Carlson interessierte sich auch für die Drucktechnik, die er als Putzhilfe in einer örtlichen Druckerei kennengelernt hatte. Mit einer ausgemusterten, pedalbetriebenen Druckmaschine publizierte er „The Amateur Chemist Press“, eine Zeitschrift, die er im Alleingang herstellte und seinen naturwissenschaftlich interessierten Mitschülern im Abonnement anbot. Bei diesem Projekt wurde ihm klar, wie viel Arbeit für die drucktechnische Reproduktion erforderlich war, und er machte sich erstmals Gedanken über einfachere Vervielfältigungsmethoden.

Chester Carlsons Mutter starb an Tuberkulose, als er siebzehn Jahre alt war, und Carlson musste sich neben der Schule und seinen Jobs auch noch um die Versorgung seines kranken Vaters kümmern. Dennoch schloss er die High School mit guten Noten ab. Dem Rat seines Onkels Oscar folgend, bewarb sich Carlson um einen Platz am Riverside Junior College. Dort gab es ein Studienprogramm, bei dem die Studenten im sechswöchigen Turnus zwischen Studium und Broterwerb wechselten. So konnten auch Studenten aus armen Familien die Studiengebühren bezahlen. Carlson fand Arbeit in einer Zementfabrik und bezog mit seinem Vater eine Einzimmer-Wohnung in Riverside.

Studium und erste Berufserfahrungen

Er wählte anfangs Chemie als Hauptfach, wechselte aber bald zur Physik. Sein Professor Howard Bliss kümmerte sich intensiv um Carlson und unterstützte den schüchternen jungen Mann mit Rat und Tat. So schaffte es Carlson, sein Grundstudium in drei statt in vier Jahren abzuschließen. Er bewarb sich dann am California Institute of Technology (CalTech) und wurde dort im Herbst 1928 aufgenommen. Mit seinem Vater zog er nach Pasadena und studierte zwei weitere Jahre unter schwierigen finanziellen Verhältnissen. Als er 1930 seinen Abschluss am CalTech machte, herrschte im ganzen Land die Weltwirtschaftskrise und eine steigende Arbeitslosigkeit. Über 80 Bewerbungen, die Carlson in seinem letzten Semester verschickte, brachten kein Ergebnis. Doch zu guter Letzt hatte er Glück und erhielt im Frühjahr 1931 eine Anstellung als Forschungsingenieur in den Bell Telephone Laboratories in New York City. Der Gesundheitszustand seines Vaters hatte sich zum Glück so weit stabilisiert, dass er ihn in San Bernardino in der Obhut eines früheren Nachbarn zurücklassen konnte. Carlson fand eine günstige Mitfahrgelegenheit und erreichte nach einem Monat New York.

Zwei Jahre lang lebte er in Brooklyn, zuerst im YMCA, dann in einem Fremdenheim und bei seiner Tante Ruth in Passaic (New Jersey), immer bestrebt, seine Lebenshaltungskosten möglichst niedrig zu halten, um seine Schulden aus der Studienzeit am CalTech zurückzahlen zu können. Schließlich zog er nach New York, wo er sich ein Einzimmer-Appartement mit Lawrence Dummond teilte, einem Reporter, der nachts für die Daily News arbeitete.

Seine Arbeit bei Bell (er machte Qualitätsstichproben an Kohle für die Sprechmuscheln von Telefonen) empfand Carlson als Sackgasse. Schon während seines Studiums hatte er in seinem Tagebuch notiert, dass er sich wegen seiner Ungeschicklichkeit nicht für Laborarbeit eignete. Nach einem Jahr wechselte er in die Patentabteilung des Unternehmens und wurde dort Assistent eines Patentanwalts. So hoffte er, sich für seinen Traum, Erfinder zu werden, eine bessere Ausgangsbasis zu schaffen. Mehr als 400 Ideen für Erfindungen aus allen Bereichen des täglichen Lebens notierte er in diesen Jahren in seinen Notizbüchern.

1932 verschlechterte sich plötzlich der Gesundheitszustand von Carlsons Vater. Er reiste sofort mit dem Bus nach San Bernardino, doch er kam zu spät. Sein Vater war am Tag zuvor gestorben und so konnte er nur noch dessen Beerdigung arrangieren und die Wohnung auflösen.

Auf Grund der Wirtschaftskrise war sein Arbeitsplatz bei Bell nicht mehr sicher und im Sommer 1933 wurde er, wie viele andere Kollegen, entlassen. Das war ein Tiefpunkt in seinem Leben. Aber Carlson gab nicht auf, sondern fragte bei allen Patentanwälten New Yorks nach Arbeit. Nach sechs Wochen fand er eine neue Anstellung und wechselte nach einem Jahr zu P. R. Mallory, einem bekannten Hersteller von elektrischen und elektronischen Bauteilen.

Für die Arbeit in der Patentabteilung wurden täglich viele Kopien von Texten und Zeichnungen benötigt: Die Patentschriften wurden mit der Schreibmaschine und Kohlepapier vervielfältigt, die Zeichnungen von Dienstleistungsunternehmen fotografisch kopiert. Carlson erkannte den Bedarf für ein einfaches Bürokopiergerät ohne aufwändige fotografische Prozeduren und konzentrierte schließlich seine Erfindertätigkeit auf die Lösung dieses Problems.

Im Herbst 1934 heirateten Chester F. Carlson und Elsa von Mallon. Das Paar bezog eine kleine Wohnung in einem Haus in Jackson Heights, Queens, das Elsas deutschstämmigen Eltern gehörte. Carlson hatte endlich seine Schulden zurückgezahlt, doch sein Verdienst als Patentanwaltsgehilfe war nicht hoch – und er musste nun für zwei sorgen. Hinzu kam, dass ihn seine Schwiegermutter nicht akzeptierte. So wurde für Carlson sein Plan, ein neues Kopierverfahren zu erfinden, zu einer Art fixen Idee, zur idealen Lösung all seiner finanziellen und familiären Probleme. Doch er war diszipliniert genug, um sich auch beruflich weiterzubilden, und besuchte ab 1936 die Abendklasse der New York Law School, um sein Diplom als Patentanwalt zu machen.

Entwicklung des Fotokopierverfahrens

An den Wochenenden studierte er in der New York Public Library (NYPL) die juristische Literatur. Weil er es sich nicht leisten konnte, all diese Bücher zu kaufen, kopierte er lange Textpassagen von Hand. Wieder wurde Carlson bewusst, welche Erleichterung ein einfaches Kopierverfahren bedeuten würde. Die mühevolle Studienarbeit wurde durch Schreibkrämpfe und Rückenschmerzen erschwert, an denen er häufig litt. Besorgt stellte er in dieser Zeit erste Anzeichen von Arthritis bei sich fest, der Krankheit, durch die sein Vater zum Behinderten wurde. Wenn die Schmerzen beim Abschreiben zu stark wurden, dann las er alles, was er in der Bibliothek über Druck, Vervielfältigung und Kopie finden konnte – immer auf der Suche nach einer Anregung, wie er seine Idee eines neuen Kopierverfahrens in die Tat umsetzen könnte.

So verging mehr als ein Jahr, aber außer einigen fruchtlosen Versuchen und vielen Notizen hatte Carlson noch nichts Greifbares erreicht, obwohl er fast seine ganze freie Zeit auf die Lösung des Problems verwandte. Die konventionellen fotografischen Methoden hatte er ebenso als ungeeignet für ein kompaktes Bürokopiergerät abgetan wie seine Idee, mit einem – noch zu erfindenden – universalen chemischen Lösungsmittel Abdrucke von Dokumenten in der Kopierpresse zu erstellen. Er fragte sich, ob es nicht noch andere Reaktionen von Licht und Materie gab als die allgemein bekannten. Da stieß er in der NYPL auf das Buch „Photoelectric Phenomena“ und fand darin die Inspiration, nach der er gesucht hatte: Er würde durch Lichteinwirkung auf geeignete Stoffe Elektrizität erzeugen und diese für eine elektrochemische Reaktion zur Erzeugung von Kopien nutzen.

Sein erster Versuch misslang kläglich: „Ich dachte, wenn ich eine Schicht fotoleitfähigen Materials in engen Kontakt mit einem chemisch sensibilisierten Papier brächte, würde sich letzteres unter dem Einfluss der durch Licht erzeugten elektrischen Spannung verfärben.“ Doch nichts geschah. Carlson war enttäuscht – aber er arbeitete sich tiefer in die komplexen Zusammenhänge der Fotoelektrizität ein und fand schließlich heraus, warum diese Idee nicht funktionieren konnte. Aber eine praktikable Lösung fand er nicht, bis er in einer deutschen wissenschaftlichen Zeitschrift auf einen Aufsatz des ungarischen Physikers Pál Selényi (1884–1954) stieß, in dem dieser über ein Verfahren zur elektrischen Übertragung und Aufzeichnung von fotografischen Bildern berichtete, das er bereits in den späten 1920er Jahren entwickelt hatte. Selényi nannte seine Erfindung „Elektrografie“ und beschrieb unter anderem eine Methode, mit der er die zwecks Fernübertragung in elektrische Impulse zerlegten Bilder wieder sichtbar machen und auf einen Bildträger übertragen konnte. Diese Erfindung gab Carlson den entscheidenden Anstoß, wie er selbst später oft betonte.

Er begann unverzüglich mit der Ausarbeitung eines Kopierverfahrens und der Konzeption eines entsprechenden Fotokopierapparates. Sein Verfahren – er nannte es „Electron Photography“ – und den Fotokopierer meldete er am 8. September 1938 zum Patent an.Möglicherweise reichte er bereits ein Jahr früher eine provisorische Patentanmeldung ein. Siehe David Owen: Copies in Seconds, Seite 91. Anders als Selényi, der z. B. mittels gelenkter Ionen-Emissionen elektrostatische Ladungen zeilenweise auf nichtleitende Oberflächen „schrieb“, wollte Carlson eine flächenhafte fotografische Reproduktion in Form eines elektrostatischen Ladungsbildes erzeugen.

Laut Carlsons Patentschrift (U.S. Patent Nr. 2,221,776) sollten durch die bildmäßige Belichtung einer festinstallierten dünnen Schicht fotoelektrischen Materials in der Kamera des Fotokopierers Elektronen freigesetzt werden, die auf der Oberfläche des elektrisch nichtleitenden Kopierpapiers „eingefangen“, dort entwickelt und schließlich fixiert wurden. Zur Entwicklung diente – wie bei Selényi – ein feines Pulver, das von dem elektrostatischen Ladungsbild auf dem Kopierpapier angezogen und auf diesem beispielsweise durch Wärme dauerhaft fixiert werden sollte.

Die Vorteile im Vergleich zur konventionellen fotografischen Methode waren zum einen die theoretisch unbegrenzte Wiederverwendbarkeit des fotoelektrischen Aufnahmematerials und zum anderen die trockene, schnelle Entwicklung und Fixierung der Kopien. Dass keine teuren Silbersalze benötigt wurden, war ein weiterer Vorteil.

Zusammenarbeit mit Kornei und praktische Umsetzung