DE1572363A1

DE1572363A1 - Tonernachfuelleinrichtung zur Verwendung in einer elektrostatischen Kopiermaschine

Info

Publication number: DE1572363A1
Application number: DE19671572363
Authority: DE
Inventors: Weiler Ernest August Horst; Stillings William Keith
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1967-04-28
Publication date: 1970-03-26
Also published as: GB1177232A; US3376853A

Description

Dipl. Ir- F. We- ■ . „ .-;. .\. ?'.: .!:.-. -.I₁₁ 1572363

Dipl.Ing. H. We c' :.,-·: f.'/.L'r.L
8 München 27, ttjlilstrdöa 22

RANK XEROX,ITD.

Rank Xerox House
338, Euston Road

London NW1
!England:

Tonernachfülleinrichtung zur Verwendung in einer elektrostatischen Kopiermaschine

Die Erfindung bezieht sich auf Tonernachfüll- bzw. Tonerzuführungseinrichtungen und insbesondere auf die automatische Steuerung dieser Einrichtungen, um während der Herstellung von xerografischen Kopien die Bilddichte konstant zu halten.

Die Erfindung vermeidet die bei der Handsteuerung der Zuführung von Tonerteilchen zum beim xerografischen Verfahren benutzten Entwicklermaterial auftretenden Nachteile. Dieses Steuerungsverfahren beruht auf dem Eindruck des Bedienenden, der die Qualität der Kopien dauernd beobachten muß, um einen Kopierablauf zu erreichen, bei dem die Bilddichte ziemlich konstant ist. Bei automatischen xerografischen Verfahren mit großer HersteUungage-

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schwindigkeit ist zur Erzielung einer guten Steuerunf ein erfahrener Bedienender erforderlich.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tonerzuführung»einrichtung zur Verwendung in einer elektrostatischen Kopiermaschine, bei der zur Erzeugung eines Pulverbildes Entwicklermaterial auf das belichtete Bild auf einer elektrostatischen Bildplatte gebracht wird. Sie ist gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Zuführung von Toner aus einem Tonerbehälter in eine Entwicklungsvorrichtung, um das von dieser auf die Bildplatte zu bringende Entwicklermaterial mit Toner aufzufüllen; durch eine Betätigung»einrichtung zur Steuerung der Tonerzuführung; durch Auswerteeinrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Ladung de» Toners in der Entwicklungsvorrichtung und durch mit den Auswerteeinrichtungen zusammenwirkende Betätigungsvorrichtungen zur Betätigung der Betätigungseinrichtung, um der Entwicklungsvorrichtung Toner zuzuführen, wenn die bestimmte elektrische Ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Die Figuren zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
FLg. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine typische xerografische Einrichtung, in der die Erfindung angewendet * ist.

Fig. 2 zeigt scheraatisch eine Tonerzuführungseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung mit der zugehörigen Schaltung. 009813/1450

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Zum besseren Verständnis eines typischen xerografischen Verfahrena gemäß der Erfindung werden anhand der Pig. 1 verschiedene Teile eines typischen Systems beschrieben. Wie bei allen xerografisehen Verfahren wird das zu kopierende Bild zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes auf die empfindliche

φ·

Oberfläche einer xerografischen Platte projeziert. Danach wird das latente Bild zur Herstellung eines dem latenten Bild entsprechenden Pulverbildes auf der Plattenoberfläche mit entgegengesetzt aufgeladenes Entwicklermaterial entwickelt. Das Pulverbild wird dann elektrostatisch auf eine Bildträgerfläche übertragen, wo es mit Hilfe einer Schmelzeinrichtung geschmolzen wird. Dadurch haftet das Pulverbild dauerhaft auf der Bildträgerfläche .

Bei dem hier beschriebenen Verfahren sind verkleinerte Datenkarten in einem Kartenmagazin angeordnet, aus dem sie nacheinander zu einem Kartenhalter in einer Kartenauswerteeinrichtung 11 befördert werden. Pur den Kartenhalter sind geeignete Antriebseinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe er die Karte an der optischen Achse einer Lichtprojektionsvorrichtung entlangbewegt, um die verkleinerten Daten während eines Durchlaufes abzutasten. Die beleuchtete Karte wird mit Hilfe einer Linsenanordnung 12 nach unten und durch eine veränderbare Schlitzöffnungsvorrichtung 13 auf die Oberfläche der aus der Trommel 14 bestehenden xerografischen Platte projeziert.

Die xerografische Trommel 14 ist löshar auf der Achse SH-1 be-

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festigt, die von geeigneten Halterungen im Rahmen der Maschine gehalten und im Gegenuhrzeigersinn mit konstanter Geschwindigkeit von einem Motor gedreht wird. Die Geschwindigkeit ist proportional der Abtastgeschwindigkeit für die Datenkarten, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Trommeloberfläche gleich der Geschwindigkeit der Bewegung des reflektierten Lichtbildes ist. Die Trommeloberfläche enthält eine Schicht aus fotoleitfähigem Material auf einer leitenden Unterlage. Die Schicht wird vor der Belichtung mit Hilfe einer Koronaladeeinrichtung 15 aufgeladen.

Die Belichtung der Trommel mit dem Lichtbild entlädt die vom Licht getroffenen Bereiche der fotoleitfähigen Schicht, wobei auf der Trommel ein latentes elektrostatisches Bild entsteht, das dem von der verkleinerten Datenkarte projezierten Lichtbild entspricht. Wird die Trommeloberfläche weiterbewegt, so bewegt sich das latente elektrostatische Bild durch die Entwicklungsstation A, in der eine Entwicklungsvorrichtung mit einem Gehäuse 16, das zur Sammlung von Entwicklermaterial einen unteren oder Auffangteil hat, angeordnet ist. Ein Becherförderer mit geeigneten Antriebseinrichtungen dient zum Fördern des Entwicklermaterials in den oberen Teil des Gehäuses, von wo es über eine Füllrinne auf die xerografische Trommel gestreut wird.

Wenn das Entwicklermaterial auf die xerografische Trommel ge streut wird, werden Tonerteilchen von den Trägerteilchen des Entwicklermaterials weggezogen und zur Bildung eines Pulverbil-

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ab
des auf der Trommel/gelagert, während die Trägerteilchen von der . Trommel in den Auffangteil des Gehäuses fallen. Werden Tonerpul-, verbilder hergestellt, so müssen dem Entwicklermaterial entspre-. chend der auf der Trommel abgelagerten Tonermenge zusätzliche Tonerteilchen zugesetzt werden. Dazu wird eine Tonerzuführungseinrichtung 17 benutzt, die dem Entwicklermaterial die genaue Tonermenge zusetzt. Obwohl irgendeine bekannte Zuführungseinrichtung für körniges oder pulveriges Entwicklermaterial benutzt werden kann, ist die dargestellte TonerZuführungseinrichtung von der Art, wie sie in der US-Patentschrift 3 062 109 von Mayo u.a. beschrieben wurde.

Dicht neben der Entwicklungsstation ist die Bildübertragungsstation B angeordnet, die einen Blattzuführungsmechanismus zum aufeinanderfolgenden Zuführen von Papierblättern zum entwickelten Bild auf der Trommel an der Übertragungsstation aufweist. Dieser Blattzuführungsmechanismus 18 enthält ein Blattlager, beispielsweise die Platte 20, für eine Mehrzahl Blätter aus geeignetem Übertragungsmaterial, üblicherweise Papierblätter o.a., sowie eine Trennrolle zur Zuführung des oberen Blattes des Stapels zu Zuführungsrollen, die das Blatt in Berührung mit der rotierenden Trommel bringen, wobei die Geschwindigkeit des Blattes vorzugsweise etwas größer als die Geschwindigkeit der Trommeloberfläche .und mit dem Erscheinen des entwickelten Bildes in der Übertragungsstation koordiniert ist. Auf diese Weise wird das Blatt zwischen die Zuführungsrollen und zur richtigen Zeit und in der richtigen Lage in Berührung mit der rotierenden Trommel ge-

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bracht, um das entwickelte Bild aufzuzeichnen.

Die Übertragung des xerografischen Pulverbildes von der Trommeloberfläche auf das Übertragungsmaterial erfolgt mit Hilfe einer Koronaladeeinrichtung 21, die am oder unmittelbar hinter dem Berührungspunkt von Übertragungsmaterial und rotierender Trommel ar geordnet ist. Die Ka?oronaladeeinrichtung 21 ähnelt im wesentlichen der Koronaladeeinrichtung 15. Sie enthält eine Reihe von einer oder mehreren Koronaentladeelektroden, die von einer geeigneten Hochspannungsquelle unter Spannung gesetzt werden und die sich über die Oberfläche der Trommel erstrecken. Sie sind zum großen Teil von einer Abschirmung umgeben.

Im Betrieb drückt das von der Koronaladeeinrichtung erzeugte elektrostatische Feld das Übertragungsmaterial elektrostatisch auf die Trommeloberfläche, wobei das Übertragungsmaterial während der Berührung synchron mit ihr bewegt wird. G-leichzeitig mit dem Andrücken bewirkt das elektrostatische Feld, daß die das xerografische Pulverbild bildenden Tonerteilchen von der Trommeloberfläche gezogen werden und elektrostatisch auf der Oberfläche des Übertragungsmaterials haften.

Unmittelbar auf die Bildübertragungsstation folgend ist eine Übertragungsmaterial-Abstreifvorrichtung oder Papierabi richtung 22 angeordnet. Sie entfernt das Übertragungsmaterial von der Trommeloberfläche und führt es auf eine ein endloses Band 24 enthaltende Fördervorrichtung 25, durch die das Blatt

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zur aus einer Schmelzanordnung 25 bestehenden Fixiervorrichtung gebracht wird, in der das entwickelte und übertragene xerografische Pulverbild auf dem Blatt dauerhaft fixiert wird.

Nach dem Schmelzen wird die fertige Kopie vorzugsweise aus der Maschine an einer zur Sammlung außerhalb der Maschine geeigneten Stelle ausgegeben.

Die nächste und letzte Station in der Einrichtung ist die Trommelreinigungsstation G, die eine der Koronaladeeinrichtung 15 ähnelnde Koronavorreinigungseinrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Trommel enthält. Dadurch läßt sich das restliche haftende Pulver entfernen. Dies erfolgt mit der aus einer rotierenden Bürste 26 bestehenden Trommelreini- ' gungseinrichtung, mit der das noch vorhandene Pulver entfernt wird.

Ganz allgemein erfolgt das elektrostatische Aufladen der Trommel als Vorbereitung der Belichtung und das elektrostatische Aufladen der Bildträgerfläche zur Übertragung mit Hilfe von Koronaladeeinrichtungen, wobei in beiden Fällen eine elektrostatische Ladung τοη etwa 500 bis 600 V auf die jeweilige Fläche gebracht wird. Obwohl irgendeine Koronaladeeinrichtung benutzt werden kann, wird sowohl für die Koronaladeeinrichtung 15 als auch für die Koronaübertragungseinrichtung 21 eine Einrichtung benutzt, wie sie von Yyverberg in der US-Patentschrift 2 836 725 beschrieben wurde. Beide Koronaladeeinrichtungen sind in geeigneten Rah-

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menteilen der Maschine befestigt und mit geeigneten elektrischen Schaltungen verbunden. '

Die in Fig. 2 dargestellte Tonerzuführungseinrichtung 17 besteht aus einem Behälter 30 für die zuzuführenden Tonerteilchen. Obwohl der Behälter 30 irgendeine Form und Größe haben kann, hat er in diesem Fall die Form eines rechteckigen Kastens mit;vertikalen Seiten- und Endwänden.

Die Bodenwand des Behälters 30 enthält eine Schlitzlöcher aufweisende Platte 31, die in Richtung der Länge des Behälters verschoben werden kann, um den Strom des Toners aus dem Behälter einzustellen. Der so zugeführte Toner wird im Entwicklergehäuse 16 mit dem Entwicklermaterial gemischt, um so sofort im Entwicklungsvorgang wirksam zu werden. Die Einstellung mit Hilfe der Platte 31 wird durch eine mechanische Einrichtung 32, beispielsweise eine Kurvenscheibe oder ein Gelenksystem, durch die eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umgesetzt wird, gesteuert. Vorzugsweise erzeugt eine einzige Umdrehung des Drehelementes in der Einrichtung 32 eine Hin- und Herbewegung der Platte 31, wodurch die Zuführung einer bestimmbaren Tonermenge sichergestellt wird.

Beim Betrieb der Tonerzuführungseinrichtung wird eine Menge Tonerteilchen in den Behälter gebracht, dessen Wände und Platte einen Vorratsbehälter für die Tonerteilchen bilden. Durch Hin- und Herbewegen der Platte 31 durch die Einrichtung 32 rieselt

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eine abgemessene Menge Tonerteilchen durch die Öffnungen der 'Platte und fällt in den Auffangteil des Gehäuses 16.

Da die Tonerzuführungseinrichtung 17 De vorgegebener Größe der Verschiebung der Platte 31 eine gleichförmige Menge Toner zuführt, ergibt sich, daß die Menge des von der Zuführungseinrichtung gelieferten Toners entweder durch die Größe der Verschiebung oder durch die Anzahl der Bewegungen pro Betätigung der Einrichtung 32 verändert werden kann.

In Pig. 2 sind Einzelheiten einer automatischen Tonersteuerungseinrichtung zur Steuerung der Tonerzuführung durch die Tonerzuführungseinrichtung 17 dargestellt. Diese Steuereinrichtung dreht das Drehelement in der Einrichtung 32 in einzelnen Drehungen Schritt für Schritt in Abhängigkeit von der Dichte des entwickelten Bildes auf der Trommel 14. Die automatische Tonerzuführungseinrichtung enthält eine im Gehäuse 16 befestigte Leiterplatte 40, die von den sie umgebenden Teilen elektrisch isoliert ist, sowie einen über der Platte 40 befestigten Zuführungsbehälter Dieser ist unter den sich nach oben bewegenden Bechern 42 des Förderers für den Entwickler 16 angeordnet und nimmt etwas von dem aus jedem Becher fallenden Entwicklermaterial auf. Zu diesem Zweck sind in den Bechern kleine Löcher vorgesehen. Die Platte 40 ist unter einem Winkel, etwa 45°, zur Senkrechten geneigt und derart unter dem Zuführungsbehälter 41 angeordnet, daß das herunterfallende Entwicklerraaterial auf sie fällt.

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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Platte 40 über eine Leitung 43 mit dem Schaltkontakt 44 eines einpoligen Einregelschalters verbunden, dessen anderer Kontakt 45 elektrisch auf Erde liegt. Der Schaltkontakt 44 ist mechanisch mit dem Schaltkontakt 46 eines zweipoligen Einregelschalters verbunden, der einen elektrisch mit dem Schaltkontakt 44 verbundenen Kontakt 47 und einen elektrisch mit einem Signalauswerter 50 verbundenen Kontakt 48 aufweist.

Zwischen dem Kontakt 45 und dem Schaltkontakt 46 liegt ein Kondensator 52 mit großer Kapazität, der eine Aufladezeit von etwa 8 see oder mindestens von der Zeit, die die Trommel 14 für eine volle Umdrehung benötigt, hat. Der Schaltkontakt 44 und damit auch der Schaltkontakt 46 werden durch die mechanisch mit der Achse SH-1 der Trommel 14 verbundene rotierende Nockenscheibe mechanisch in ihre jeweiligen Steuerstellungen gebracht. Bei dieser Anordnung dreht sich die Nockenscheibe 53 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Trommel und betätigt bei jeder Drehung die beiden Schalter. Wie Pig. 2 zu entnehmen ist, berührt der Schaltkontakt 46 den Kontakt 47, wenn der Schalter 44, 45 geöffnet ist. Schaltet die Nockenscheibe den Schaltkontakt 44 auf den Kontakt 45, so wird der Schaltkontakt 46 vom Xontakt 47 auf den Kontakt 48 geschaltet. Statt der beschriebenen Schalteranordnung kann auch ein zweipoliger Wechselschalter benutzt werden, wenn * die elektrischen Verbindungen den dargestellten entsprechen.

Der Signalauswerter 50 ist elektrisch mit einem Verstärker 55

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verbunden, der die vom Signalauswerter 50 erzeugten Signale verstärkt. Diese "betätigen das Relais 56, das einen Arbeitskontakt S-1 in Reihe mit einem Ruhekontakt S-2 hat. Die Kontakte S-1 und S-2 liegen in Reihe mit einem Motor M und sind mit einer geeigneten Spannungsquelle, beispielsweise eine übliche 220 V-Steckdose, verbunden. Bei Betätigung des Relais 56 wird der Kontakt S-1 geschlossen, um den Motor M unter Spannung zu setzen. Die Achse des Motors H oder die mechanische Einrichtung 32 kann eine Nockenanordnung (nicht gezeigt) aufweisen, die den Ruhekontakt S-2 für den größeren Teil jeder Umdrehung der Achse des Motors M öffnet. Wird das Relais 56 während des zu gering getönten Zustandes des Bildes auf der Trommel "14 dauernd unter Spannung gesetzt, so wird der Motor M intermittierend unter Spannung gesetzt, um die mechanische Einrichtung 32 intermittierend zu betätigen.

Der Motor M ist in der Lage, sich nach Abschalten der Spannung durch Öffnen des Kontaktes S-2 soweit weiterzudrehen, daß der den Kontakt S-2 wieder schließt. Steht der Motor'M still, so ist der Kontakt S-2 in der Stellung, um beim Schließen des Kontaktes S-1 den Motor wieder unter Spannung zu setzen.

Während des normalen Betriebs der automatischen Tonerzuführungseinrichtung trifft ein Teil des von den Bechern aufwärts beförderten Bntwicklermaterials vor dem Streuen auf die Trommeloberfläche auf die leiterplatte 40. In der Leiterplatte wird eine Ladung induziert, deren Polarität entgegengesetzt zu der de» im Entwicklenaaterial benutzten Toners ist. Die Menge dieser Ladung

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ist proportional der Tonermenge im System. Ist das latente Bild zu schwach getönt, so ist die Tonermenge im Gehäuse klein, was _t eine entsprechende Verringerung der auf der Leiterplatte 40 an-₍ gesammelten Ladung unter einen festgesetzten in der Maschine für . eine bestimmte Tonerdichte programmierten Wert zur Folge hat.

Die auf der Leiterplatte 40 aufgebaute Ladung wird im Kondensator 52 gespeichert, wenn der «Schaltkontakt 46 den Kontakt 47 berührt.· Schaltet die rotierende Nockenscheibe 53 den Schaltkontakt 46 auf den Kontakt 48, so wird die im Kondensator 52 gespeicherte Ladung in den Signalauswerter 50 gegeben. Dieser kann derart ausgebildet sein, daß bei Zuführung eines Signals, beispielsweise der Kondensatorentladung, großer Amplitude oberhalb eines vorbestimmten,' einstellbaren Wertes kein Ausgangssignal erzeugt wird, während bei einem Eingangssignal unterhalb des vorbestimmten Wertes von dem Signalauswerter ein Ausgangssignal erzeugt wird, Das Zuführen des Toners erfolgt in kleinen gleichmäßig unterteilten Mengen, wodurch die Dichte des entwickelten Bildes in wenigen Zuführungsvorgängen verändert wird.

Die Tonerzuführungseinrichtung 17 siebt Tonermaterial auf das bereits im Gehäuse vorhandene Entwicklermaterial. Um eine gleichmäßige Verteilung des neuen Toners zur Erzeugung des Toner-Träger-Verhältnisses auf den gewünschten Wert in kurzer Zeit sicherzustellen, erstreckt sich die Tonerzuf ührungseinrichtung horizontal über die sich nach oben bewegenden Becher, die Toner über die ganze Breite der Trommeloberfläche streuen.

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Etwas von dem neu zugeführten Toner lagert sich auf geeigneten PrelLplatten ab. Um diese Teilchen mit dem übrigen Entwicklermaterial zu mischen und dabei eine ausreichende Mischung mindestens eines Teils des neuen Toners sicherzustellen, sind in diesen Prellplatten schmale Schlitze vorgesehen, wodurch ein Teil des auf diesen Prellplatten rutschenden Materials durch diese Schlitze und auf die Oberfläche des Entwicklermaterialvorrates am Boden des Gehäuses fällt.

Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht auf dieses beschränkt, sondern es sind Abwandlungen und Änderungen möglich. Beispielsweise können andere Vorrichtungen zur Betätigung der mechanischen Einrichtung 32 oder für die Art der Zuführung durch die Zuführungseinrichtung 17 vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche

( 1J Tonernachfülleinrichtung zur Verwendung in einer elektrostati- ^-^ sehen Kopiermaschine, bei der zur Erzeugung eines Pulverbildes Entwicklermaterial auf ein belichtetes Bild auf einer elektrostatischen Bildplatte gebracht wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen (31) zum Nachfüllen von Toner aus einem Tonerbehälter (30) in eine Entwicklungsvorrichtung (16), um das von dieser auf die Bildplatte (14) zu bringende Entwicklermaterial mit Toner aufzufüllen, durch eine Betätigungseinrichtung (32) zur Steuerung der Tonerzuführung, durch Auswerteeinrichtungen (40, 43» 44» 45, 46, 47, 48, 50, 52, 53, 55) zur Bestimmung der elektrischen ladung des Toners in der Entwicklungsvorrichtung (16) und durch mit den Auswerteeinrichtungen (40, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 52, 53, 55) zusammenwirkende Betätigungsvorrichtungen (56, S-1, S-2, M) zur Betätigung der Betätigungseinrichtung (32), um der Entwicklungsvorrichtung (16) Toner zuzuführen, wenn die bestimmte elektrische ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne unter einem vorbestimmten Wert liegt.
2. Tonernachfülleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte einrichtungen (40, 43, 4*4, 45, 46, 47, 48, 50, 52, 53, 55) innerhalb der Entwicklungsvorrichtung (16) eine leiterplatte (40) und Vorrichtungen (41) enthalten, die etwas Entwicklermaterial auf die leiterplatte (40) bringen, wodurch auf dieser eine der Tonermenge in der Entwicklungsvorrichtung (16)

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entsprechende Ladungsmenge erzeugt wird.
3. Tonernachfülleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtungen (40, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 52, 53, 35) eine Ladevorrichtung (43, 44, 45, 46, 47, 52 53) zum periodischen Speichern der bestimmten elektrischen Ladung und Vergleichseinrichtungen (50) zum Vergleich der gespeicherten Ladung"mit einem vorbestimmten Wert enthalten.
4. Tonernachfülleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtungen (40, 43, 44, 45, 46, 47» 48, 50, 52, 53, 55) einen Kondensator (52) enthalten, der entsprechend der Tonermenge in der Entwicklungsvorrichtung (16)
aufgeladen wird.
5. Tonernachfülleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (52) periodisch umgeladen wird, wodurch die
Tonermenge in der Entwicklungsvorrichtung (16) periodisch überprüft wird.

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