DE1900802A1 - Entwicklungsvorrichtung fuer latente elektrostatische Bilder - Google Patents

Description

Entwiübungsvorrichtung für latente elektrostatische Bilder

Erfindung "betrifft eine Entwicklungsvorrichtung für auf einer in Aufwärtsrichtung beweglichen fotoleitfähigen Bildfläche erzeugte latente elektrostatische Bilder.

Beim elektrofotografischen "Verfahren, wie es erstmals in der TJS-Pat ent s ohr if t 2 297 691 beschrieben ist, wird eine aus einer leitfähigen Unterlage und einer darauf aufgebrachten fotoleitfähigen Isolierstoffschicht bestehende Bildplatte gleichmäßig aufgeladen und dann mit einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originalbildes belichtet. Die fotoleitfähige Schicht wird unter dem Einfluß des Lichtbildes leitfähig, so daß die elektrostatische Ladung selektiv abgeleitet wird und ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Die BiIdentwioklung wird im allgemeinen durch Aufbringen eines pigmentierten. Kunstharzes auf die Bildflächenteile der Platte verwirklicht. Die jeweils vorhandene Ladung "bestimmt die elektrostatisch angezogene und gebundene Menge art Kunstharzpulver. Die Ladungsmenge kann als proportional zur Bilddichte angesehen werden, weshalb Bildflächenteile geringer Ladungskonzentration mit geringer i'onerdichte, Bildflächenteile mit größerer Ladungskonzentration mit entsprechend größerer

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Tonerdichte entwickelt werden. Eine dauerhafte Aufzeichnung des Originalbildes ergibt sich durch Übertragung des entwickelten Bildes auf einen endgültigen Bildträger, auf dem es fixiert wird.

Eine große Anzahl pigmentierter Kunstharze ist zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder bekannt. Derartige Stoffe werden im allgemeinen als "Toner" bezeichnet* Der Toner wird den Bildflächenteilen unter Verwendung eines grobkörnigen Trägerstoffes zugeführt, dessen Teilchen jeweils eine bestimmte Tonermenge auf ihrer Oberfläche enthalten. Diese beiden Komponenten, nämlich der Toner und der Trägerstoff, sind derart ausgewählt, daß sie in eine elektrostatische Y/echselwirkung zueinander treten» wenn sie in gegenseitige Reibungsberührung gelangen* Dadurch ziehen sie sich reibungselektrisch an. Dieser aus zwei Komponenten bestehende Stoff wird in der elektrofotografischen Technik als Entwickler st off bezeichnet und soll iiu folgenden auch als Zweikomponentenentwickler verstanden werden.

Es sind zwar viele arbeitsfähige elektrofotografische Entwicklungsverfahren bekannt, die meisten sind jedoch im kommerziellen Sinne unpraktisch, da sie entweder zu langsam, zu schwach oder zu kompliziert arbeiten, um sie zur Verwendung in automatischen elektrofotografischen Kopiermaschinen geeignet erscheinen zu lassen. Die in den US-Patentschriften 2 573 881 und 2 990 278 beschriebene Kaskadierungsentwicklung wurde wegen ihrer vielen Vorteile das am meisten angewendete Verfahren zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes. Bei der Kaskadierungaentwicklung wird ein Zweikomponentenentwickler beispielsweise mit Förderfcechern an eine Stelle über einer mit einem latenten Bild versehenen · elektrofotografischen Bildplatte gebracht und dann auf diese geschüttet oder kaakadiert. Durch die in Kombination auftretenden mechanischen und elektrostatischen Kraftwirkungen

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wird der Toner von den Trägerteilchen entfernt und von den Bildflächenteilen der fotoleitfähigen Bildplatte angezogen. Dieses lvaskadierungsverfahren erfordert jedoch eine umfangreiche Entwicklungsvorrichtung, zu deren Größe die notwendigen Fördervorrichtungen o.a. wesentlich beitragen. Durch den relativ heftigen KaskadierungßVorgang treten unerwünschte Pulverwolken auf, wodurch wiederum unerwünschter Toner in Jen Hintergrundflächenteilen des Bildes abgelagert wird, ferner tritt durch den Aufprall des Entwicklerctoffes auf die Bildplattenoberfläche eine Abnutzung auf, durch die sich eine relativ hohe Anzahl Bildplattenfehler ergibt. Ähnlich v/erden fehler in Entwicklerstoff durch Brechen von Trägerteilchen verursacht.

Jm einige dieser Nachteile zu vermeiden, wurde bereits ein elektrofotografisch.es Entwicklungsverfahren vorgeschlagen, bei deia eine sich bewegende fotoleitfähige Bildplatte mit einer Entwicklerstoffmenge in Berührung gebracht wird, die sich in einem Gehäuse befindet. Hierbei wird eine aufwärts gerichtete Bewegung des Entwicklerstoffes im Bereich der Berührung von Bildplatte und Entwicklerstoff durch die dort erzeugte Reibung verursacht· Die Reibungskräfte sind groß genug, um den Entwicklerstoff mit einer ungefähr der Bewegungsgeschwindigkeit der Bildplatte entsprechenden Geschwindigkeit zu bewegen. Man nimmt an, daß die Entwicklung während der Zeit der StrbBonjngsberührung durch Vorgänge erfolgt, wie sie dem in den genannten Patentschriften beschriebenen klassisehen Entwicklungsverfahren entsprechen. Nach Ablösung von der Bildplattenoberfläche kehrt der Entwicklerstoff seine Richtung zur Rückseite des Entwioklungsgehäuses um» wo er vor erneutem Eintritt in die Entwicklungszone aufgefrischt wird. Ein derartiges Entwi cklungs verfahr en ist in der französischen Patentschrift 1 511 809 beschrieben. Diese enthält viele Ausführungsformen, die jedoch alle nach demselben Entwicklungsprinzip arbeiten. Dabei werden zwar viele der oben genannten Nachteile vermieden, jedoch treten

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bei diesem Strömungskontaktverfahren auch noch "bestimmte Nachteile auf. Grundsätzlich handelt es sich dabei um ein langsames Verfahren, da eine relativ geringe Entwioklerstoffmenge während jedes üntv/icklungszyklus bewegt wird. Die Eingabe neuen Toners verursacht größere Probleme, und zwar hauptsächlich durch die extrem geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Entwicklerstoffes. Es zeigte sich, daß der neu eingegebene Toner vorwiegend an entwicklerfreien Stellen und Hohlräumen angesammelt wird und nicht in die Entwicklerströmung eingeleitet wird. Diese Stagnation wird auf die zu geringe Bewegung in der langsamen Entwicklerströmung zurückgeführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Entwicklungsvorrichtung für elektrofotografische latente Bilder zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und die Wirksamkeit der Entwicklung verbessert. Insbesondere soll die Strömungsgeschwindigkeit in einer Strömungskontaktentwicklung erhöht werden, wobei die Eingabe frischen Entwicklerstoffes direkt in diese Strömung ordnungsgemäß möglich sein soll.

Für eine Entwicklungsvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest einem Teil der Bildfläche ein eine Entwicklerstoffmenge enthaltendes Entwicklungsgehäuse derart zugeordnet ist, daß der Entwicklerstoff im Berührungsbereich mit der Bildfläche aufwärts, der restliche Entwicklerstoff abwärts bewegt wird und in den vom aufwärts bewegten Entwicklerstoff vorher eingenommenen Bereich gelangt, daß im Entwicklungsgehäuse eine im wesentlichen senkrecht verlaufende Leitplatte zur Führung des abwärts bewegten Entwicklerstoffes nahe der Bildfläche angeordnet ist und daß eine Nachfülleinrichtung für die Eingabe neuen Entwicklerstoffes in den abwärts bewegten Entwicklerstoff vorgesehen ist.

Ein besaeres Verständnis der Erfindung und ihrer weiteren

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Wesenszüge und Vorteile ergibt sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung an Hand der Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer für eine elektrofotografische Trommel geeigneten erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung, die zur Darstellung ihrer inneren Konstruktion teilweise gebrochen dargestellt ist,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung in teilweiser Schnittdarateilung und

Fig. 3 eine Darstellung der grundsätzlichen Ausbildung bekannter Strömungskontakt-Entwicklungsvorrichtungen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden zunächst die Strömungskontaktentwicklung hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise beschrieben. Eine entsprechende Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt und an einer elektrofotografischen Trommel 10 angeordnet, die in der dargestellten Pfeilrichtung drehbar an einem gebogenen Entwicklungsgehäuse 13 angeordnet ist. Dieses enthält Entwicklerstoff 15» so daß dieser durch die sich bewegende Trommel mitgenommen v/ird. Die zwischen der Tromaeloberfläche und dem Entwicklerstoff erzeugten Reibungskräfte verursachen die Bewegung einer dünnen Entwiclclerstoffmischung an der Tromiaeloberfläche in Aufwärtsrichtung mit ungefährer Trommelgeschwindigkeit. Diese Aufv/ärtsbewegung erzeugt am Boden des Entwicklungsgehäuses einen entwicklerstoffleeren Raum, der wieder gefüllt v/ird, wenn die gesamte restliche Entwicklerstoffmenge sich mehr oder weniger als eine Einheit abwärts bewegt. Auf diese Weise wird innerhalb des Entwicklungagehäuses eine Entwicklerstoffströmung erzeugt.

Der durch die Aufwärtsströmung des Bntwicklerstoffes durchlaufene V/eg bildet an der Trommel oberfläche die aktive Entwicklung sz one. Theoretisch wird aus dem Entwicklerstoffvor-

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rat an. der Rückseite der Vorrichtung richtig geladener und getönter Entwicklerstoff an den Anfang der Eiitwicklungszone gebracht. Der Entwicklerstoff entwickelt ein latentes Bild auf der Trommel während der Berührung der Trommel in der Entwicklungszone. Hierbei wird der Toner elektrostatisch von den Tragerteilchen abgetrennt und von den stärker geladenen Bildflächenteilen angezogen. Wegen der relativ schwachen Wirkung der innerhalb des Entv/icklungs^ehäasea erzeugten Strömung wird nur wenig oder kein Toner von den Trägerteilchen mechanisch entfernt. Der Elitwicklerstoff bewegt sich weiter zusammen mit der Tr om..el oberfläche, ois die ihn festhaltenden Reibungskräfte beispielsweise dadurch überwunden werden, daß sich die Trommel aus dem Kontakt bereich mit dem Entwicklerstoff herausbewegt. Der relativ verbrauchte Bntwicklerstoff wird zur Rückseite der Vorrichtung bewegt, wo er bei seiner Abwärtsbewegung wieder aufgefrischt wird und den durch den aufwärts bewegten Entwicklerstoff gebildeten freien Raum wieder füllt.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Strömungskontaktentwicklung ist nicht durch die Strömung an der Grenzschicht zwischen Trommel und Entwicklerstoff innerhalb der Entwicklungszone begrenzt, sondern vielmehr durch die zur Rückkehr des Eutwicklerstoifes in die aktive Entwicklungszone über die Rückseite der Vorrichtung erforderliche Zeit. Da es sich um einen geschlossenen Kreislauf handext, muß die Strömungsgeschwindigkeit pro Volumeneinheit innerhalb der akxiven Entwicklungszone gleich der Strömungsgeschwindigkeit pro Voluneneinheit auf der Rückseite der Vorrichtung sein. Versuche haben gezeigt, daß eine Strömungsgeschwindigkeit, die um den Faktor 8 bis größer als diejenige bisheriger Vorrichtungen (Fig. 3) ist, mit den Kräften an der Grenzschicht zwischen Trommel und Entwicklerstoff vereinbar ist. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die Strömungsgeschwindigkeit der bisherigen Strömungskontaktvorrichtungen durch die Strömungsgeschwindigkeit an der Rückseite der Vorrichtung begrenzt ist, die wiederum

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durch die Abmessungen der Vorrichtung bestimmt ist. Im Idealfall soll die Bückseite der Entwicklungsvorrichtung möglichst steil verlaufen, um die größtmögliche Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen.

Ungeachtet der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit handelt es sich bei der Strömungskontaktentwicklung um ein sehr wirksames Entwicklungsverfaliren. Ein hoher Wirkungsgrad zeigt sich durch die Tatsache, daß gute elektrofotografische Kopien mit einer Vorrichtung hergestellt werden können, die mit einer Strömungskontaktentwicklung bei einer Strömungsgeschwindigkeit arbeitet, die um den Faktor 200 bis 400 geringer ist als die in vergleichbaren Kaskadierungsentwicklungsvorrichtungen verwendeten Werte. Der extrem hohe Wirkungsgrad zeigt sich ferner an dem Zustand der die Entwicklungszone verlassenden Trägerteilchen, die den überwiegenden Teil ihres Toners während der Entwicklung abgegeben haben.

Obwohl eine erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung für jede Art elektrofotografischer Kopiermaschinen geeignet ist, ist in den Fig. 1 und 2 eine Kopiermaschine mit elektrofotografischer Trommel als Beispiel dargestellt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Trommel 10 auf der Achse 11 im nicht dargestellten Rahmen der Maschine drehbar gelagert. Die wichtigsten elektrofotografischen Verfahrensvorrichtungen sind am Tronuielumfang derart angeordnet, daß sie bei kontinuierlicher Trommeldrehung auf deren Oberfläche einwirken können.

Die verschiedenen elektrofotografischen VerfahrensStationen an der Trommeloberflache werden im folgenden kurz beschrieben:

An der Ladestelle A wird eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel aufgebracht .

An der Belichtungsstelle B wird ein Licht- oder Strahlungsbild des zu reproduzierenden Bildes auf die elektrofotografische

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Ti jBUi'iel projiziert, so daß deren Lsu ^u-A '—- ^ V^lichteten I'ldchenteilen abgeleitet wird und ein latentes elektrostatisches Bild des zu reproduzierenden Bildes entsteht. An der Bntwicklungsstelle C wird ein elektrofotografischer Entwieklerstoff, der Tonerteilchen mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzt derjenigen des latenten Bildes enthält, mit der sich bewegenden Trommeloberfläche in Berührung gebracht, wodurch die Tonerteilchen an dem elektrostatischen latenten Bild anhaften.

An der Bildübertragungsstelle D wird das entwickelte elektrostatische Bild von der Trommeloberfläche auf einen Bildträger übertragen und

an der Trommelreinigungs- und Bntladungsstelle E wird die P Trommeloberfläche zur Entfernung restlicher Tonerteilchen abgebürstet und mit einer relativ starken Lichtquelle zur Ableitung jeglicher Restladungen ausgeleuchtet.

Das Entwicklungsgehäuse 20, das eine Menge eines Zweikomponentenentwicklera enthält, ist in seinem oberen Teil zur teilweisen Aufnahme der drehbaren Trommel XO mit einer Öffnung versehen. Das Gehäuse erstreckt sich zumindest über die gesamte Länge der Trommel, so daß diese mit ihrer gesamten Oberfläche durch den Entwicklerstoff gedreht werden kann. Die Trommel 10 wird mit einer Antriebsvorrichtung 28 durch das Entwicklungsgehäuse in der dargestellten Pfeilrichtung gedreht. Das Gehäuse und \ die Trommel sind derart angeordnet, daß sich die Trommel durch den im Gehäuse enthaltenen Entwickl erst off hindurchbewegt. Wie aus Pig. 2 hervorgeht, verläuft die Berührungszone zwischen Entwioklerstoff und Trommeloberfläche vom Punkt M bis zum Punkt N, also vom Anfangspunkt bis zum Endpunkt der aktiven Entwioklungszone.

Wie bereits erläutert, bewegt die durch den Entwicklerstoff gedrehte Trommel eine dünne Entwioklerstoffschicht an ihrer Oberfläche in Aufwärtsrichtung, eo daß im Entwicklungsgehäuse eine Strömung entsteht.

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Obwohl die Strömungskontaktentwicklung extrem wirksam arbeitet, ist die Auffrischung der· entblößten Tragerteilchen, die aus der Entwicklungszone austreten, mit neuem Toner extrem schwierig. Es zeigte sich, daß frischer Toner, der einfach in das Gehäuse eingebracht wird, seinen Heg in die Entwicklerströmung innerhalb des Gehäuses nicht leicht findet. Ein großer Prozentsatz des neuen Toners stagniert in den nicht an der Strömung beteiligten Bereichen. Andererseits wird derjenige Toner, der in die Strömung eintritt, mit dem Trägerstoff nicht richtig vermischt^ da eine unzureichende Bewegung infolge der geringen Strömungsgeschy/indigkeit auftritt. Eine unzureichende Beschickung der Trägerteilchen mit Toner hat eine übermäßig starke Tonerablagerung in den BiIdhintergrundteilen zur Folge.

Bei der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung ist das Gehäuse 20 in seinem rückwärtigen Teil möglichst steil ausgebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit in Abwärtsrichtung zu erhöhen. Wie aus Pig. 1 und 2 hervorgeht, ist eine vertikale Leitplatte 22 innerhalb des Gehäuses gegenüber der bewegten Trommeloberfläche angeordnet· Die Leitplatte befindet sich zwischen zwei Abschlußplatten, von denen die Platte 25 in Pig. 1 dargestellt ist· Die leitplatte 22 verläuft bis tief in den unteren Teil des Entwieklungsgehäuses 20, so daß der die Entwicklungszone am Punkt H verlassende Entwicklerstoff in vertikaler Richtung abwärts längs der vertikalen Leitplatte geführt wird. Die steile oder vertikale Leitplatte ergibt die schnellstmögliche Euekströmung in der Entwicklungsvorrichtung.

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Ein Tonertrichter 21 ist am Entwickliingsgehäuse 20 angeordnet. Die Hinterplatte 22 des Entwicklungsgehäuses bildet die Vorderseite des Trichters. Die Bückseite des Trichters ist durch eine geneigte Platte 23 gebildet, die über die gesamte Länge des Entwioklungsgehäuses verläuft. An beiden Enden ist der Trichter mit den Endplatten des Entwiaklungsgehäusea abgeschlossen. Am Boden des Tonertrichters befindet sich die über seine ge-

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samte Länge verlaufende Tonernachfülleinrichtung 24. Biese besteht aus einer Grundplatte oder- Nachfüllplatte 30, die den Bodenteil des Tonertrichter3 einschließt. \7ie aus Pig. I hervorgeht, hat diese Platte eine Anzahl Öffnungen 31, durch die der Toner hindurchtreten kann. Ein Bemessungselement ist direkt unterhalb der Platte 30 angeordnet. Es ist auf zwei parallelen Führungsschienen 39 beweglich gelagert, die in den Endplatten des Entwicklungsgehauseo befestigt sind. Das Bemessungselement hat Öffnungen, die den öffnungen in der Nachfüllplatte entsprechen, so daß der i'oner aus dem Trichter austreten kann, wenn die Öffnungen beider Platten aufeinander ausgerichtet sind. Die Steuerung der Tonerein- W gäbe wird durch Bewegung des Bemessungselementes in seitlicher Richtung längs der Führungsschienen bewirkt, so daß die Öffnungen aufeinander ausgerichtet oder gegeneinander verschoben werden. Die vorstehende Beschreibung der Kachfülleinrichtung reicht zum Verständnis ihrer Funktion, aus. Weitere Ausführungen finden sich in der US-Patentochrift 3 013 703.

Die vertikale Leitplatte ist im Gehäuse derart angeordnet, daß zwischen Platte und Gehäuseboden eine Öffnung gebildet ist, durch die der körnige Entwicklerstoff hindurchtreten kann. Beim Betrieb der Vorrichtung bewegt sich der Entwick-) ler an der vertikalen Leitplatte nach unten und sammelt sich am Boden des Gehäuses an. Die an der Öffnung auftretende Entwickler st off menge wirkt in derselben Weise wie Sand, der von einem Kipper abgeladen wird, denn der Stoff breitet sich gleitend in allen Richtungen aus, wenn der Böschungswinkel für den ruhenden Stoff überschritten wj.rd. Y/ie zu erkennen ist, bewegt sich der innerhalb der kontinuierlichen Strömung dauernd an der Öffnung auftretende körnige Stoff unter die Platte 22 in den Bodenbereich des Tonertricfrfeera«

Die Nachfülleinrichtung für den Toner ist im (Erichter so hoch angeordnet, daß der Entwicklerstoff kontinuierlich in beschriebener Weise darunter gelangen kanu. Sein V/eg durch

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der, rüekv/LLrtigen Teil der EntwicklungsVorrichtung ist derart gesteuert, daß der Toner direkt in die Kntwicklerstoffströmung eingegeben wird. Der in diesem Bereich konstanter Bewegung eingegebene Toner wird schnell mit dem Sntwicklerstoff vermischt und in den Hauptströmungsanteil im rückwärtigen Teil der Vorrichtung übernommen. Die Erfindung ermöglicht nicht nur eine Auffrischung eines Strömungskontakt-Entwicklungssyatenis direkt mit neuem Toner, sondern betrifft auch eine Vorrichtung mit Steilstmöglicher Ruckströmung, wodurch die schnellstmögliche Ruckstrümung ohne mechanische Hilfsmittel o.a. erreicht wird.

Die Erfindung wurde an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, ist auf dieses jedoch nicht beschränkt. Alle im Rahmen der folgenden Ansprüche möglichen Ausführungsformen werden gleichfalls mit umfaßt»

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Claims (4)

Patentansprüche t

1. Entwicklungsvorrichtung für auf einer in Aufwärtsrichtung beweglichen fotoleitfähigen Bildfläche erzeugte latente elektrostatische Bilder, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem Teil der Bildfläche (10) ein eine Entwicklerstoff menge enthaltendes Entwicklungsgehäuse (20) derart zugeordnet ist, daß der Entwicklerstoff im Berührungsbereich mit der Bildfläche (10) aufwärts, der restliche Entwicklerstoff abwärts bewegt wird und in den vom aufwärtsbewegten Entwicklerstoff vorher eingenommenen Bereich gelangt, daß im Entwicklungsgehäuse eine im wesentlichen senkrecht verlaufende Leitplatte (22) zur Führung des abwärts bewegten Entwicklerstoffes nahe der Bildfläche (10) angeordnet ist und daß eine Haclifülleinrichtung (21) für die Eingabe neuen Entwicklerstoffes in den abwärts bewegten Entwicklerstoff vorgesehen ist.

2. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche fotoleitfähige Bildfläche die Form einer drehbaren Trommel (10) hat.

3· Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche fotoleitfähige Bildfläche die Form eines endlosen Bandes hat·

4. Entwicklungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachfülleinrichtung (21) als ein dem Entwicklungsgehäuse (20) zugeordnetes zweites Gehäuse ausgebildet ist und eine Menge Entwicklerstoff (24) enthält, daß im unteren Teil der Leitplatte (22) eine Öffnung zur Leitung des abwärts bewegten Entwicklerstoffes durch den Bereich des zweiten Gehäuses vorgesehen ist und daß im zweiten Gehäuse eine Sperrvorrichtung (30, 32) zur wahlweisen Eingabe eines Teils der im zweiten Gehäuse vorhandenen Entwicklerstoffmenge (24) in die abwärts gerichtete Entwicklerstoffströmung dient.

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