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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff
des Anspruches 1 erläuterten
Art, für
die Zufuhrbewegung einer Menge eines Partikelmaterials aus einem
Bunker in einen Behälter.
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Eine
Vorrichtung dieser Art ist in der
US
2 142 990 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung ist ein
Mehlpacker, der eine Leitung mit einem porösen, rohrförmigen Bereich mit einem im
Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist, der sich von einem
Bunker zu einer Auslassöffnung
zum Befüllen von
Säcken
oder Beuteln erstreckt. Innerhalb der Leitung ist ein Schneckenförderer angeordnet,
der an der Auslassöffnung
der Leitung endet. An die poröse Wand
der Leitung ist eine Vakuumquelle angeschlossen, die in einer Weise
gesteuert wird, dass sie eingeschlossene Luft aus der Strömung des
Partikelmaterials entfernt, um dicht packen zu können. Das Vakuum ist nicht
ausgelegt, um die Strömung
des Partikelmaterials zu stoppen.
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Eine
Vorrichtung zum Befüllen
von Containern mit Partikelmaterial ist in der
EP 0 352 981 A1 beschrieben.
Die Vorrichtung enthält
eine Düse
mit einer Leitung von im Wesentlichen rohrförmiger Gestalt, die einen konstanten
inneren Durchmesser aufweist. Die Leitung erstreckt sich zum Auslass
der Düse
und ist am Düsenauslass,
d. h. an der Stelle, wo Absperrmittel gewöhnlich angeordnet sind, mit
einer Vakuumventileinrichtung versehen, die zum Beenden der Strömung des
Partikelmaterials durch die Düse
ausgebildet ist.
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Die
EP-A-675 041 beschreibt eine Ausgabeeinheit für pulverförmiges Material, um Behälter mit pulverförmigem Material
zu füllen.
Die Vorrichtung enthält
ein Gefäß für pulverförmiges Material,
das unterhalb mit mindestens einem Dispenser versehen ist, der eine
zentrale Zufuhrleitung aufweist, die aus porösem Material gefertigt ist.
Die Zufuhrleitung enthält
einen trichterförmigen
Bereich benachbart des Gefäßes und
einen rohrförmigen
Bereich benachbart dem zu befüllenden
Behälter.
Ein Förderer
ist nicht vorgesehen.
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Wenn
man gegenwärtig
teilchenförmige
Materialien, beispielsweise Toner in Tonerbehälter, füllt, wird der Toner von einem
Toner-Zufuhrbunker in den Behälter
durch eine rotierende Schnecke transportiert. Die Schnecke ist ein
spiralig geformtes, mechanisches Teil, das die Tonerpartikel im
Inneren eines Füllrohrs
durch direkten mechanischen Kontakt drückt. Die Natur dieses mechanischen
Kontaktverfahrens erzeugt wesentliche Begrenzungen im Hinblick auf
die Genauigkeit und die Produktivität des Tonerfüllvorgangs.
Die Geschwindigkeit der Bewegung des Toners im Füllrohr ist proportional der
Geschwindigkeit der Drehung der Schnecke und ist begrenzt durch
die erzeugte Wärme
wegen der Reibung zwischen der Schnecke, dem Toner und dem Tunnel. Eine
hohe Schneckengeschwindigkeit verursacht ein Schmelzen des Toners,
insbesondere bei niedrig schmelzendem Toner, wie beispielsweise
in der U-A 5 227 460, Mahabadi u. a., offenbart.
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Um
für produktiv
effiziente Tonerbehälter
zu sorgen, sind gewöhnlich
die sich drehenden Schnecken, die zum Transport des Toners aus den
Bunkern verwendet werden, relativ groß. Die großen Schnecken sorgen für eine Tonerströmung von
hohem Volumen und verbessern demzufolge die Produktivität in einer
Befülllinie.
Wenn man solche Befülllinien
für kleine,
preiswerte Kopierer und Drucker einsetzt, treten Schwierigkeiten
insofern auf, dass die Öffnungen in
den Tonerbehältern,
die in diesen kleinen Kopierern und Druckern eingesetzt werden,
eine kleine Tonerbefüllöffnung enthalten,
die eine unregelmäßige Gestalt
haben können,
und die eine Befüllöffnung haben
können,
die nicht zentral im Behälter
angeordnet ist. Es bestehen deshalb Probleme beim Anpassen der großen Befüllrohre
und Schnecken mit den kleinen Tonerbefüllöffnungen.
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Die
Probleme beim Befüllen
von Behältern mit
Toner werden dadurch verschärft,
dass die kleinen, preisgünstigen
Kopien in höheren
Mengen erzeugt werden, was sehr effektive Tonerbefüllverfahren
notwendig macht.
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Probleme
mit einem effektiven Tonerbefüllen treten
auch bei niedrig- und mittelpreisigen Druckern und Kopierern für mehrfarbiges
Markieren oder vollfarbiges Drucken auf. Die Tonerbehälter für Farbtoner
sind gewöhnlich
kleiner als die für
schwarzen Toner und haben ebenfalls gewöhnlich eine unregelmäßige Form.
Ferner wurden Farbtoner mit einer geringeren Partikelgröße von beispielsweise
7 μm oder kleiner
entwickelt. Diese kleinen Toner fließen schwerer durch die Tonerbunker
und sind schwerer entlang der Schnecke zu transportieren.
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Tonerbehälter für Niedrigpreisdrucker
und -kopierer haben gewöhnlich
eine kleine Öffnung,
in die der Toner eingefügt
werden muss. Weiterhin haben die Tonerbehälter oft unregelmäßige Formen zum
Anpassen an den zur Verfügung
stehenden Raum innerhalb des Kopiergeräts. Es wird deshalb schwierig,
die Tonerbehälter
zu befüllen,
da einerseits ein kleines Rohr erforderlich ist, um in die kleine Tonerbehälteröffnung zu
passen und da zweitens es schwierig ist, den gesamten Toner innerhalb
des Behälters
vollständig
auf die entfernten Bereiche des Behälters zu befüllen, bevor
der Behälter überfließt.
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Die
mit der Steuerung des Befüllens
von Tonerbehältern
zusammenhängenden
Probleme beruhen primär
auf den Eigenschaften des Toners. Toner ist das bildformende Material
in einem Entwickler, das zur sichtbaren Aufnahme wird, wenn es durch das
Feld einer elektrostatischen Aufladung abgelegt wurde. Es gibt zwei
unterschiedliche Arten von Entwicklungssystemen, bekannt als Einkomponenten- und
Zweikomponenten-Systeme.
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In
Einkomponenten-Entwicklungssystemen ist das Entwicklermaterial ein
Toner aus Partikeln eines magnetischen Materials, gewöhnlich Eisen,
eingepackt in ein schwarzes Kunstharz. Das Eisen bewirkt, dass der
Toner magnetisch aufladbar ist. In Zweikomponenten-Systemen besteht
das Entwicklermaterial aus Toner, der aus schmalen Polymer- oder Kunstharzpartikeln
und einem Farbstoff sowie einem Träger besteht, der aus nahezu
kugelförmigen Partikeln
oder Kügelchen
besteht und aus Stahl hergestellt ist. Ein elektrostatische Aufladung
zwischen dem Toner und den Trägerkügelchen
bewirkt, dass sich der Toner an den Träger im Entwicklungsprozess
anhängt.
Die Steuerung der Strömung
dieser kleinen, abrasiven und leicht aufgeladenen Partikel ist sehr
schwierig.
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Die
Einkomponenten- und Zweikomponenten-Systeme verwenden Toner der
sehr schwierig fließt.
Dies betrifft insbesondere den Toner, der in Zweikomponenten-Systemen verwendet
wird, trifft jedoch auch auf Toner für Einkomponentensysteme zu.
Die Toner tendieren zum Zusammenbacken und zur Brückenbildung
innerhalb des Bun kers. Dies begrenzt die Strömung des Toners durch die schmalen Röhren, die
erforderlich sind, um den Toner durch die Öffnung des Tonerbehälters zuzuführen. Auch
dürfte diese
Tendenz zum Zusammenbacken und Brückenbilden die Ausbildung von
Luftspalten im Behälter verursachen,
was zu einem teilweisen Befüllen
des Behälters
führt.
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Versuche,
den Fluss des Toners zu verbessern, wurden auch unter Verwendung
eines externen Vibrationsgerätes
durchgeführt,
um den Toner innerhalb des Bunkers zu lockern. Diese Vibratoren
sind energieintensiv, kostenintensiv und nicht vollständig effektiv
und überzeugend.
Ferner tendieren sie dazu, den Toner aufzuwirbeln, was die Ansammlung
von Schmutz um den Befüllvorgang
verursacht.
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Auch
traten Schwierigkeiten beim schnellen Anfahren und Abschalten der
Tonerströmung
aus dem Bunker auf, wenn der Behälter
mit Toner in einer Hochgeschwindigkeits-Produktionsbefüllanlage befüllt wurde.
Es wurde ein elektromagnetisches Tonerventil entwickelt, wie es
in den US-Patenten 5 685 348 und 5 839 485 beschrieben wurde. Das
elektromagnetische Ventil ist begrenzt auf die Verwendung mit magnetisierbarem
Toner, wie er für
die Verwendung mit Einkomponenten-Entwicklungs-Systemen beschrieben
wurde.
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Versuche
wurden durchgeführt,
um Tonerbehälter
mit schmalen Tonerbefüllöffnungen
zu befüllen unter
Verwendung von Adaptern, die am Ende der Tonerfüllschnecke angeordnet wurden,
die einen Einlass aufweisen, der der Größe der Schnecke entspricht
und einen Auslass enthalten, der der Öffnung im Tonerbehälter entspricht.
Ein Verstopfen des Toners, besonders dann, wenn versucht wurde,
die Tonerströmungsraten
zu erhöhen
und wenn Toner mit geringer Partikelgröße verwendet wurden, beispielsweise
Farbtoner mit einer Partikelgröße von 7 μm oder weniger,
machte die Sache kompliziert. Die an die Schnecke angepassten Adapter
tendierten deshalb dazu, mit Toner zu verstopfen. Die Strömungsraten
durch solche Adapter sind unakzeptabel niedrig.
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Ferner
könnte
die Verwendung dieser Adapter Probleme beim Aufrechterhalten einer
reinen Atmosphäre
frei von Tonerstaub beim Befüllen
verursachen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die obigen Probleme wird hier eine Vorrichtung wie
in Anspruch 1 definiert geschaffen.
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Bevorzugt
wird bei der Vorrichtung des Anspruches 1 das komprimierte Gas der
porösen
Düse kontinuierlich
während
der Befüllvorgänge und
zwischen den Befüllvorgängen zugeführt.
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Bevorzugt
umfasst die Leitung ferner einen porösen Rohrbereich, wobei der
poröse
Rohrbereich durch eine Kammer mit einer Vakuumöffnung umgeben ist, wobei das
Vakuum durch das poröse
Rohr aufgebracht wird, um darin die Strömung des Teilchenmaterials
zu stoppen.
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Bevorzugt
ist ein Bereich des Förderers
innerhalb des porösen
Rohrbereichs der Leitung angeordnet.
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Bevorzugt
ist der Förderer
eine Schnecke.
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Zeichnungen
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Andere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Fortschreiten
der nachfolgenden Beschreibung und unter Hinweis auf die Zeichnungen,
wobei:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer Hochgeschwindigkeitsdüse
für Entwicklungsmaterial
ist;
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2 eine Seitenansicht eines
Behälterbefüllsystems,
teilweise im Schnitt, unter Verwendung der Düse der 1 ist, die den Abweiser in seiner Verwendung
zum Verteilen des Entwicklermaterials innerhalb des Befüllsystems
in der Befüllposition zeigt;
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3 eine Seitenansicht eines
Behälterbefüllsystems,
teilweise im Schnitt, unter Verwendung der Düse der 1 ist, die den Abweiser bei der Verwendung
zum Zerstreuen des Entwicklermaterials innerhalb des Befüllsystems
in der Registrierungsposition zeigt;
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4 eine Seitensicht des Behälterbefüllsystems
der 2 ist;
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5 eine Ansicht eines Behälterbefüllsystems,
teilweise im Schnitt, für
die Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial der 1 ist, nachdem der Behälter befüllt ist;
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6 eine Ansicht des Behälterbefüllsystems
zur Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial der 1 ist, vor dem Befüllen des
Behälters;
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7 eine Ansicht eines Behälters zur
Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse der 1 ist, ohne den Abweiser, und darstellend
das Befüllen
des Behälters;
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8 eine Ansicht eines Behälters zur
Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse der 1 ist, die den Abweiser in der Verwendung
zum Verteilen des Entwicklermaterials zeigt;
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9 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer weiteren Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial ist, die
eine abgeschrägte Schnecke
zeigt, wobei die Schnecke von der Düse entfernt ist;
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10 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer weiteren Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial ist, die
eine abgeschrägte Schnecke
verwendet, wobei die Schnecke in der Düse installiert ist;
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11 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer zweiten abgewandelten Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial
ist, die mit einer Düse
mit einer Luftbegrenzung zum Reduzieren der Reibung verwendet wird;
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12 eine schematische Querschnittsdarstellung ähnlich dem
Ausführungsbeispiel
der 11 ist, mit einem
elektromagnetischen Ventil zum Stoppen der Strömung der magnetischen Partikel;
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13 eine schematische Querschnittsdarstellung ähnlich dem
Ausführungsbeispiel
in 12 ist, mit einem
Spalt, der zwischen der Düse
und dem Behälter
beim Befüllen
ausgebildet ist;
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14 eine schematische Querschnittsdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist, ähnlich
dem Ausführungsbeispiel gemäß 11, mit einer Vakuumventileinheit
zum Stoppen der Strömung
der Teilchen.
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Die 1 bis 13 beziehen sich auf Ausführungsbeispiele
die nicht Teil der beanspruchten Erfindung sind.
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Einzelbeschreibung
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In 2 ist eine Vorrichtung 10 zum
Unterstützen
einer Pulverbefüllung
gezeigt. Die Vorrichtung 10 zum Unterstützen der Pulverbefüllung wird verwendet,
um Pulver 12 in Form eines Toners zur Verwendung in einem
Kopierer oder einem Drucker von einem Bunker 14 in einen
Behälter 16 zu
fördern. Die
Pulverbefüllvorrichtung 10 ist
in einer Befülllinie 20 montiert,
bevorzugt um das Befüllen
von großen Produktionsmengen
von Behältern 16 zu
gestatten, wobei der Behälter 16 bevorzugt
auf einer Trageinrichtung 22 montiert ist. Die Einrichtung 22 ist
in Richtung sowohl des Pfeiles 24 als auch 26 bewegbar. Die
Trageinrichtung 22 dient dazu, die Mittellinie 30 des
Behälters
in Ausrichtung mit der Mittellinie 32 der Vorrichtung zu
positionieren.
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Die
Vorrichtung 10 zum Unterstützen der Pulverbefüllung enthält eine
Düse 34,
die verwendet wird, um das Pulver 12 in den Behälter 16 zu
leiten. Die Düse 34 ist
mit dem Bunker 14 über
eine Leitung 36, bevorzugt in Form einer hohlen Röhre oder
eines Tunnels verbunden.
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Wie 2 zeigt, ist der Bunker 14 oberhalb des
Behälters 16 angeordnet,
wodurch die Schwerkraft die Strömung
des Pulvers 12 in Richtung auf den Behälter 16 unterstützt. Um
die Strömung
des Pulvers 12 in Richtung auf den Behälter 16 zu optimieren,
enthält
die Pulverbefüllvorrichtung 10 ferner einen
Förderer 40,
der zumindest teilweise innerhalb der Leitung angeordnet ist, um
die Strömung
des Pulvers 12 zu unterstützen. Der Förderer 40 liegt bevorzugt
in Form eines Spiralförderers
oder einer Schnecke vor. Beispielsweise kann die Schnecke 40 in Form
einer spiralförmigen
Schnecke ausgebildet sein, die verschiedene geometrische Ausgestaltungen
enthält,
wie beispielsweise eine gerade oder abgeschrägte wendelförmige Schraube. Bevorzugt ist die
Schnecke eng an die Leitung angepasst.
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Bevorzugt
ist die Düse 34 in
die Öffnung 42 des
Behälters 16 einsetzbar.
Das Einsetzen der Düse 34 in
die Öffnung 42 kann
durch jede bekannte Methode durchgeführt werden. Beispielsweise
kann die Trageinrichtung 22 und demgemäss der Behälter 16 nach oben
in Richtung des Pfeiles 44 bewegbar sein, um mit der Düse 34 in
Eingriff zu treten, und kann nach unten in Richtung des Pfeiles 46 bewegbar sein,
um von der Öffnung 42 freizukommen.
Die nach oben und nach unten gerichtete Bewegung der Einrichtung 22 und
des Behälters 16 gestattet
es, dass der Behälter 16 in
Richtung der Pfeile 24 und 26 eingestellt wird.
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Um
das Befüllen
einer Anzahl von Behältern 16 zu
gestatten, muss die Strömung
des Pulvers 12 aus dem Bunker 14 während der
Registrierungsbewegung eines befüllten
Behälters 16 aus
der Befüllposition
und während
der Registrierungsbewegung eines ungefüllten Behälters 16 in die Befüllposition angehalten
werden. Wie 2 zeigt,
kann die Strömung
des Pulvers 12 durch das Anhalten der Schnecke 40 innerhalb
der Leitung 36 angehalten werden. Die Schnecke 40 kann
durch jedes bekannte Verfahren angetrieben werden, beispielsweise
durch einen Motor 50 der operativ mit der Schnecke 40 verbunden
ist. Der Motor 50 ist mit einer Steuerung 52 verbunden,
die ein Signal an den Motor 50 sendet, um die Drehung der
Schnecke 40 während
der Registrierungsbewegung der Trageinrichtung 22 anzuhalten. Es
soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Strömung des
Pulvers 12 durch die Leitung 36 weiterhin durch
die Verwendung eines Ventils (nicht gezeigt) gesteuert werden kann.
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Es
sind bevorzugt Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass
die Befülllinie 20 frei
von luftgetragenem Pulver 12 ist, das zwischen der Düse 34 und
der Öffnung 42 des
Containers 16 während des
Befüllvorganges
und insbesondere während
der Registrierungsbewegung der Trageinrichtung zum Anordnen eines
unbefüllten
Behälters 12 in
der Pulverbefüllvorrichtung 10 austritt.
Ein Rein-Befüllsystem 54 ist
in 2 zur Verwendung
mit der Vorrichtung 10 gezeigt. Das Rein-Befüllsystem 54 enthält bevorzugt
ein Gehäuse 56.
Das Gehäuse 56 ist
sowohl in der Befülllinie 20 als
auch an der Leitung 36 befestigt.
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Das
Gehäuse 56 kann
mehreren Zwecken dienen. Beispielsweise kann das Gehäuse 56 verwendet
werden, um den Schieber 60 zu lagern. Der Schieber 60 ist
mit einem Tablett 61 verbunden, das gleitend zwischen der
Düse 34 und
der Öffnung 42 eingepasst
ist. Das Tablett 61 kann jede geeignete Form aufweisen
und, wie in 2 gezeigt,
kann die Form einer Tonertropfplatte haben. Das Tablett 61 hat
eine erste Stellung, in der das Tablett 61 das Pulver 12 daran
hindert, aus der Düse 34 auszutreten.
In dieser ausgeschobenen Position verhindert das Tablett 61 das Überlaufen
von Pulver 12 während
der Registrierungsbewegung des Behälters 16. Das Tablett 61 hat weiterhin
eine zweite, zurückgezogene
Position, um dem Pulver 12 zu gestatten, während des
Befüllens in
den Behälter 16 zu
fließen.
Das Gehäuse 56 dient weiterhin
einem zweiten Zweck, nämlich
die Leitung 36 und die Düse 34 zu tragen.
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Das
Gehäuse 56 umgibt
weiterhin die Düse 34 und
schafft einen Hohlraum oder eine Kammer 62, die abgedichtet
ist, wenn sich das Tablett 61 in seiner geschlossenen Position
befindet. Die Kammer 62 wird bevorzugt unter einem Vakuum
gehalten. Die Kammer kann unter einem Vakuum in unterschiedlicher
Weise gehalten werden, beispielsweise kann die Kammer 62 mit
einer Tonerstaub-Vakuumleitung 64 mit einer Vakuumquelle 66 verbunden
sein. Die Vakuumquelle 66 kann in Form einer Tonerbergungszelle
ausgebildet sein.
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Das
Gehäuse 56 kann
bevorzugt eine zusätzliche
Funktion übernehmen.
Das Gehäuse 56 dient
als Ausrichtungsführung
zum Leiten der Düse 34 in
die Öffnung 32.
Wie in 2 gezeigt, enthält das Gehäuse 56 ein
abgeschrägtes
Ende 70, das die Öffnung 42 kontaktiert,
wenn sich der Behälter 16 in Richtung
des Pfeiles 44 bewegt, um die Pulverfüllungs-Unterstützungsvorrichtung 10 mit
dem Behälter 16 in
Registrierung zu bringen und auszurichten. Bevorzugt ist das Gehäuse 56 gleitend
an der Leitung 36 montiert, so dass das Gehäuse 56 sich
nach oben in Richtung des Pfeiles 72 und nach unten in Richtung
des Pfeiles 74 bewegen kann. Es soll darauf hingewiesen
werden, dass die Gleitbewegung des Gehäuses 56 durch die
Schwerkraft oder durch Federn oder auch durch einen Motor oder einen
anderen Mechanismus bewirkt werden kann. Beispielsweise kann das
Gehäuse 56 nach
oben in Richtung des Pfeiles 72 dadurch bewegt werden,
dass sich der Behälter 16 in
Richtung des Pfeiles 44 nach oben bewegt. Die Düse 34 tritt
dabei in die Öffnung 42 ein, was
ein Befüllen
gestattet.
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Gleichzeitig
mit dem Anheben des Behälters 16,
um ihn mit der Düse 34 in
Eingriff zu bringen, wird das Tablett 61 nach links in
Richtung des Pfeiles 76 bewegt, damit das Pulver 12 durch
die Düse 34 und in
den Behälter 16 fließen kann.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass das Tablett 61 in
irgendeiner Weise betätigt
werden kann, beispielsweise durch einen Motor oder andere Mechanismen,
bevorzugt wird das Tablett 61 jedoch, wie in 2 gezeigt, durch einen Nockenmechanismus 80 betätigt, der
mit dem Gehäuse 56 verbunden
ist, so dass dann, wenn sich das Gehäuse 56 in Richtung
des Pfeiles 72 bewegt, sich das Tablett 61 in
Richtung des Pfeiles 76 bewegt, was die Kammer 62 zur
Verbindung mit dem Behälter 16 öffnet.
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2 zeigt die Pulverfüll-Unterstützungsvorrichtung 10 in
der Position mit heraufgefahrenem Behälter, um den Behälter 16 zu
befüllen.
Die Düse 34 ist
in der Öffnung 42 des
Behälters
angeordnet und das Tablett 61 ist in die Position des Pfeiles 76 zurückgezogen,
um den Durchfluss des Toners 12 zu gestatten.
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In 3 ist die Pulverfüll-Unterstützungsvorrichtung 10 in
einer Position gezeigt, in der sich der Behälter in seiner unteren Position
befindet, um das Ausrichten der Trageinrichtung 22 zu gestatten.
Die Trageinrichtung 22 richtet den befüllten Behälter aus der Befüllposition
heraus und leitet den ungefüllten Behälter in
die Befüllposition
hinein. Die Düse 34 ist in
dieser Position von der Öffnung 42 des
Behälters 16 entfernt.
Das Tablett 61 ist in die Kammer 62 vorgeschoben,
um irgendwelche abtropfenden Tonerreste einzufangen.
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In 1 ist die Düse 34 in
weiteren Einzelheiten gezeigt. Die Düse 34 kann aus jedem
geeigneten dauerhaften Material hergestellt werden, beispielsweise
einem Kunststoff oder einem Metall, die chemisch mit dem Pulver 12 nicht
reagieren. Beispielsweise kann die Düse 34 aus einem rostfreien Stahl
hergestellt sein.
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Die
Düse kann
jede geeignete Form aufweisen, enthält jedoch einen Einlass 82 benachbart
der Leitung 36 und außerdem
einen Auslass 84, dem Einlass 82 gegenüberliegend.
Die Düse 34 ist
an der Leitung 36 in jeder geeigneten Weise befestigt.
Beispielsweise, wie in 1 gezeigt,
sitzt die Düse 34 in einem
Presssitz über
der Leitung 36. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass
die Düse
mit der Leitung durch Befestigungseinrichtungen, Klebstoff oder durch
Schweißen
befestigt werden kann. Vom Auslass 34 nach innen weisend
sind bevorzugt Leitlaschen 86 vorgesehen, die dazu dienen,
die Düse 34 in
die Öffnung 42 des
Behälters 16 zu
leiten. Zwischen dem Einlass 82 und dem Auslass 84 der
Düse 34 befindet
sich ein mittlerer Bereich 90 der Düse. Der mittlere Bereich 90 hat
bevorzugt eine hohle, im Wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt
oder eine trichterförmige
Gestalt.
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Der
mittlere Bereich 90 hat bevorzugt eine hohle, im Wesentlichen
kegelstumpfförmige
Gestalt oder eine trichterförmige
Gestalt.
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Um
den Fluss des Pulvers 12 im Inneren der Düse 34 zu
unterstützen,
ist der mittlere Bereich 90 der Düse 34 bevorzugt am
inneren Umfang 92 der Düse 34 mit
einer Beschichtung 94 beschichtet. Die Beschichtung 94 ist
bevorzugt aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
hergestellt. Ein Reibungskoeffizient von weniger als 0,25 ist bevorzugt.
Für diesen
Anwendungszweck ist insbesondere Polytetrafluoräthylen gut geeignet.
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Die
Schnecke 40 ist innerhalb der Leitung 36 drehend
befestigt. Die Schnecke 40 kann innerhalb der Leitung 36 schwimmend
gelagert sein oder kann innerhalb der Leitung 36 an ihren äußeren Enden
unterstützt
werden. Die Schnecke 40 kann jede besondere Ausgestaltung
aufweisen, ist jedoch bevorzugt eine Spiralschnecke. Die Schnecke 40 dreht
sich mit einer geeigneten Geschwindigkeit, um den Fluss des Pulvers 12 durch
die Düse 34 zu
optimieren.
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So
hat beispielsweise für
eine Leitung 36 mit einem Durchmesser D von 31,75 mm (1,25
Zoll) die Schnecke 40 bevorzugt einen Schneckendurchmesser
A von etwa 25,4 mm (1,0 Zoll). Bei einer Schnecke mit einem Schneckendurchmesser
A von 25,4 mm (1,0 Zoll), kann die Schnecke 40 mit einer
Drehgeschwindigkeit von etwa 500 U/min rotieren. Bei der Schnecke
mit einem Schneckendurchmesser A von 25,4 mm (1,0 Zoll) kann die
Schnecke 40 eine Steigung oder einen Abstand zwischen benachbarten Blättern der
Schnecke von etwa 25,4 mm (1,0 Zoll) aufweisen. Es sollte darauf
hingewiesen werden, dass die optimale Drehgeschwindigkeit der Schnecke
40 vom Wert der Steigung P abhängt.
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Wie
in 1 gezeigt, endet
die Schnecke 40 am Einlassbereich 82 der Düse. Die
Erfindung kann auch ausgeführt
werden, wenn der zentrale Bereich 90 der Düse 34 einen
leeren Hohlraum oder Kammer 96 enthält.
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Die
Düse 34 ist
so gestaltet, dass die Düse einen
Einlassdurchmesser IND am Einlass 82 aufweist, der größer als
der Auslassdurchmesser OUD ist, so dass der Pulverfluss für eine vorgegebene Schnecke
und Drehgeschwindigkeit maximiert werden kann. Es sollte darauf
hingewiesen werden, dass unterschiedliche Pulver unterschiedliche
Dichten aufweisen und demzufolge die Abmessungen von IND und OUD
verändert
werden müssen
für einen
optimalen Pulverfluss. Beispielsweise, wie in 1 gezeigt, ist für einen Toner mit einer Partikelgröße von etwa
7 μm und
bei Verwendung einer Schnecke 40 mit einer Drehgeschwindigkeit
von 500 U/min, der Einlassdurchmesser IND etwa 31,75 mm (1,25 Zoll) und
der Auslassdurchmesser OUD ist etwa 22,22 mm (0,875 Zoll). Für eine Düse mit einem
Abstand zwischen dem Einlass und dem Auslass oder einer Höhe H des
zentralen Bereichs von etwa 17,78 mm (0,7 Zoll), beträgt der eingeschlossene
Winkel α des inneren
Umfangs 92 der Düse 34 etwa
20°.
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Wenn
die Düse 34 verwendet
wird, um Behälter
zu befüllen,
die eine Öffnung
aufweisen, die nicht konzentrisch mit dem Behälter ausgerichtet ist, ist
die Verwendung eines Ab weisers 100 bevorzugt. Der Abweiser 100 ist
bevorzugt mechanisch mit der Schnecke 40 verbunden und
rotiert mit ihr. Wie in 1 gezeigt
ist der Abweiser 100 mit einem Halter 102 verbunden.
Der Halter 102 ist an der Schnecke 40 durch geeignete
Mittel befestigt. Beispielsweise kann der Halter 102 an
der Schnecke 40 durch Gewinde 104 befestigt sein.
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Der
Abweiser 100 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt
sein. Beispielsweise kann der Abweiser aus Kunststoff oder Metall
hergestellt sein. Der Abweiser 100 kann aus rostfreiem
Stahl hergestellt sein. Wie in 2 gezeigt,
liegt der Abweiser 100 in Form von Abweiserblättern vor.
Während
der Abweiser 100 aus einem einzigen Blatt hergestellt sein
kann, enthält
der Abweiser 100 bevorzugt eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten
Blätter
um den Halter 102. Wie in 1 gezeigt,
hat das Abweiserblatt eine Breite W von etwa 15,24 mm (0,6 Zoll) für eine Verwendung
mit einer Düse 34,
die einen OUD von 22,22 mm (0,875 Zoll) aufweist.
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Bevorzugt
erstreckt sich der Auslass 84 in Richtung des Pfeiles 103 entlang
der Achse 32 mit einem Abstand L von 5,08 mm (0,2 Zoll),
um zu ermöglichen,
dass die Düse 34 mit
der Öffnung 42 des
Behälters 16 (s. 2) in Eingriff tritt.
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4 zeigt eine Tonerfüll-Unterstützungseinrichtung 10,
die in Eingriff mit einem Tonerbehälter 16 steht. Wie
in 4 gezeigt, ist die
Düse 34 in
den Tonerbehälter 16 durch
die darin vorgesehene Öffnung 42 eingetaucht.
Der Abweiser 100 ist innerhalb der Kammer 106 des
Behälters 16 angeordnet.
Der Abweiser 100 dient dazu, das Pulver 12 innerhalb des
Containers 16 abzulenken, um einen Bereich mit luftvermischtem
Toner 108 im oberen Bereich des Behälters zu bilden. Wenn sich
der mit Luft vermischte Toner 108 absetzt, verteilt sich
der abgesetzte Toner 110 gleichmäßig innerhalb des Behälters 16,
was ein durchgehendes Befüllen
des Behälters 16 sicherstellt.
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In
den 7 bis 8 ist der Vorteil der Verwendung
des Abweisens 100 gezeigt. In 7 ist die Düse 34 gezeigt, ohne
dass sich der Abweiser 100 an seinem Platz befindet. Die
Düse 34 richtet
das Pulver 12 in einen Haufen, der entlang der Mittellinie 32 der
Düse zentriert
ist. Wie 7 zeigt, wird
ein Luftspalt 112 innerhalb der Patrone 16 ausgebildet, was
zu einem teilweise gefüllten
Tonerbehälter 16 führt.
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In 8 ist die Düse 34 mit
dem darin befestigten Abweiser 100 gezeigt. Der Abweiser 100 dient dazu,
den Toner zu zerstreuen, so dass sich ein lufthaltiger Toner 108 bildet,
der sich als Toner 110 absetzt, der gleichmäßig innerhalb
des Tonerbehälters 16 verteilt
ist.
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5 zeigt eine Seitenansicht
eines sich bewegenden Behälters 16 entlang
eines Registrierungsförderers 170 relativ
zur Düse 34,
was für
alle Ausführungsformen
zutrifft. Jeder der Behälter
ist in einer Trageinrichtung 22 positioniert, auch als
Puck bekannt. Jeder Puck ist speziell ausgebildet und gebaut für jeden
Typ eines Tonerbehälters,
wobei der Puck unterschiedliche Behälterbreiten und -höhen aufnimmt.
Ein Puck wird deshalb verwendet, damit das gleiche Förder- und
Hebesystem mit unterschiedlichen Typen von Tonerbehältern verwendet werden
kann. Wenn sich der Behälter
in seiner Position unter der Befüllröhre befindet,
drückt
der Hebemechanismus 174 den Puck mit dem Container darin aufwärts, bis
der Hebemechanismus voll ausgefahren ist. Wenn der Hebemechanismus
voll ausgefahren ist, befindet sich der Behälter in seiner korrekten Füllbeziehung
mit dem Füllrohr.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass der Behälter auf einem Förderer ohne
einen Puck angeordnet werden kann, insbesondere wenn die Befülllinie
eine speziell angepasste Linie ist, und wenn der Behälter eine
selbsttragende Form aufweist, die den Behälter nicht leicht kippen lässt.
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6 zeigt den Behälter in
der korrekten Befüllbeziehung
mit dem Füllrohr,
wobei die Behälteröffnung 42 das
Ende der Düse 34 aufnimmt.
Die Menge des Toners, der in den Behälter eingeladen wird, ist vorbestimmt
basierend auf der Größe des Behälters, und
die Strömung
des Toners wird durch eine bestimmte Anzahl von Zyklen des Hochgeschwindigkeitsbefüllers gesteuert.
Nachdem eine vorbestimmte Menge an Toner durch das Füllrohr in
einer bestimmten Anzahl von Zyklen des Hochgeschwindigkeitsbefüllers hindurchgetreten
ist, ist der Behälter gefüllt und
der Befüllvorgang
wird gestoppt, so dass der Behälter
von seinem Platz unterhalb des Füllrohrs
wegbewegt werden kann.
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In 9 ist eine erste alternative
Düse als Düse 234 gezeigt.
Die Düse 234 ist ähnlich der
Düse 34 der 1 bis 7. Die Düse 234 ist an der
Leitung 236 befestigt. Die Leitung 236 ist ähnlich der
Leitung 36 der 1 bis 7. Eine Schnecke 240 ist
drehend innerhalb der Leitung 236 eingepasst und dient
dazu, das Pulver 12 in Richtung des Pfeiles 220 entlang
der Achse 232 vorzuschieben. Die Schnecke 240 enthält einen
zylindrischen Bereich 222, der eng an die Leitung 236 angepasst
ist. Der zylindrische Bereich 222 weist einen Durchmesser
DL auf, der geringfügig kleiner
als der Durchmesser DC der Leitung ist. Ein abgeschrägter Bereich 224 der
Schnecke 240 erstreckt sich vom zylindrischen Bereich 220 der Schnecke 240 nach
unten. Der abgeschrägte
Bereich 224 ist zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums 296 eingepasst,
der innerhalb des inneren Umfangs 292 des zentralen Bereichs 290 der
Düse 234 ausgebildet
ist. Die Düse 234 ist
am Einlass 282 an der Leitung 236 befestigt. Ein
Auslass 284 erstreckt sich vom mittleren Bereich 290 der
Düse 234 nach
unten. Der Einlass 282 und der Auslass 284 sind ähnlich dem
Einlass und dem Auslass 82 und 84 der Düse 34 der 1 bis 7.
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In 10 ist die Schnecke 240 in
ihrer Position innerhalb der Düse 234 gezeigt.
Der zylindrische Bereich 222 der Schnecke 240 ist
in die Leitung 236 eingepasst, während der abgeschrägte Bereich 224 der
Schnecke 240 teilweise innerhalb des Hohlraums 296 eingepasst
ist. Die Düse 234, ähnlich wie
die Düse 34 der 1 bis 7, weist einen Einlassdurchmesser DI
und einen Auslassdurchmesser DO auf. Bei einer Schnecke 240 mit
einem Durchmesser von etwa 31,75 mm (1,25 Zoll) ist der Einlassdurchmesser
DI bevorzugt etwa 31,75 mm (1,25 Zoll) und der Auslassdurchmesser
DO ist bevorzugt 22,22 mm (0,875 Zoll). Die Einlass- und Auslassdurchmesser sind
in Richtung der Mittellinie 232 um einen Abstand NL von etwa 17,78
mm (0,7 Zoll) voneinander beabstandet. Der innere Umfang 292 des
mittleren Bereichs 290 bildet demzufolge einen Einschlusswinkel β von etwa
20°. Bevorzugt
hat der abgeschrägte
Bereich 224 der Schnecke 240 einen Einschlusswinkel Θ gleich
dem Winkel β des
inneren Umfangs 292 des mittleren Bereichs 290 der
Düse 234.
Bevorzugt enthält
der innere Umfang 292 der Düse 234 eine darauf angeordnete
Beschichtung 294, die ähnlich
der Beschichtung 94 der Düse 34 ist. Der abgeschrägte Bereich 224 der
Schnecke 240 ist bevorzugt von der Beschichtung 294 in
einem Abstand C beabstandet, der ausreicht, um dazwischen ein Arbeitsspiel
zu erzeugen. Eine Abmessung C von etwa 1,27 mm (0.05 Zoll) ist ausreichend.
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Wahlweise
kann die Schnecke 240 einen vorspringenden Bereich 226 enthalten,
der sich vom abgeschrägten
Bereich 224 der Schnecke 240 nach unten erstreckt.
Der vorstehende Bereich 240 erstreckt sich um einen Abstand
BB unterhalb der unteren Ober fläche 230 der
Düse 234.
Es wurde festgestellt, dass ein Abstand BB von etwa 5,08 mm (0,2 Zoll)
ausreichend ist. Der vorspringende Bereich 226 dient dazu,
ein Verstopfen des Pulvers innerhalb der Düse 234 zu verhindern
und darüber
hinaus ein Verfahren zu schaffen, die Tonerpartikel abzuweisen,
um den Behälter
gleichmäßig zu befüllen.
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In 11 ist eine zweite alternative
Düse als Düse 334 gezeigt.
Die Düse 334 ist
an der Leitung 336 befestigt und erstreckt sich von ihr
nach unten. Die Leitung 336 ist ähnlich der Leitung 36 der 1 bis 7. Die Schnecke 340 ist bevorzugt
drehbar innerhalb der Leitung 336 eingepasst. Die Schnecke 340 ist ähnlich der
Schnecke 40 der 1 bis 7. Wie 11 zeigt, erstreckt sich die Düse 334 von
der Leitung 336 nach unten. Die Düse 334 enthält einen
abgeschrägten
Bereich 390, der eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige, hohle
Form aufweist. Der abgeschrägte
Bereich 390 gemäß 11 hat eine konkave oder
schüsselförmige Form.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass der abgeschrägte Bereich 390 gleichermaßen eine
konvexe oder einen neutrale Form aufweisen kann. Der abgeschrägte Bereich 390 hat
einen inneren Durchmesser DNI am Düseneinlass 382 und
einen Durchmesser DNO am Düsenauslass 384,
der kleiner als der Düseneinlassdurchmesser
DNI ist. Die Düse 334,
wie in 11 gezeigt, ist
aus einem porösen
Material gefertigt. Die Düse 334 kann
aus jedem geeigneten, dauerhaften Material, beispielsweise einem
porösen
Kunststoffmaterial, hergestellt sein. Ein derartiges poröses Kunststoffmaterial
ist bei Porex Technologies Corporation, Fairburn Georgia, USA, erhältlich und
wird als poröse Kunststoffe
Porex® verkauft.
Die Verwendung von Polyäthylen
hoher Dichte mit einer Porengröße von etwa
200 μm ist
für diesen
Anwendungszweck geeignet.
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Um
die Strömung
des Toners 12 zu unterstützen und ein Beschichten des
inneren Umfangs 392 der Düse 334 mit einer Beschichtung
zu vermeiden, die dazu tendieren könnte, schnell zu verschleißen, enthält die Düse 334 eine
Grenzschicht aus fließender
Luft 232, die innerhalb des inneren Umfangs 392 der
Düse 334 angeordnet
ist. Die Grenzschicht aus fließender
Luft 334 kann durch jede geeignete Maßnahme erzeugt werden. Beispielsweise
ist, wie in 11 gezeigt,
die Düse 334 von
einem Gehäuse 330 umgeben.
Das Gehäuse 330 ist
an der Leitung 336 und am Bodenbereich der Düse 334 befestigt. Das
Gehäuse 330 bildet
dadurch einen äußeren Hohlraum 362 zwischen
dem Gehäuse 330 und
der Düse 334.
Bevorzugt ist der äußere Hohlraum 362 mit
einer Druckluftquelle 364 verbunden, wodurch Druckluft
durch die poröse
Düse 334 gedrückt wird. Die
Druckluftquelle 364 dient deshalb dazu, die Grenzschicht
aus fließender
Luft 332 zwischen der Düse 334 und
dem Pulver 12 zu schaffen. Die Druckluftquelle kann ein
Ventil (nicht gezeigt) enthalten, um die Luftmenge zu regulieren,
um eine geeignete Grenzschicht aus fließender Luft 232 zu
erzeugen, um die Strömung
des Toners 12 durch die Düse 334 zu optimieren.
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12 ist ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 11. Eine Düsenanordnung 430 ist
an einer Leitung 436 befestigt und erstreckt sich von dieser
nach unten. Die Leitung 436 ist ähnlich der Leitung 336 und
die Schnecke 440 ist ähnlich
der Schnecke 340. Das Gehäuse 56 der 2 und 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig.
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Mindestens
ein Bereich der inneren Oberfläche
der Leitung 436 ist beschichtet oder plattiert mit einem Überzug 438,
der aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
und einer niedrigen Oberflächenspannung
an der Oberfläche,
die in Kontakt mit dem Teilchenmaterial steht, hergestellt ist.
Beispielsweise kann die Oberfläche
des Überzugs 438,
die das Partikelmaterial berührt,
einen Reibungskoeffizienten aufweisen, der im Bereich zwischen etwa
0,10 bis etwa 0,25 liegt. Beispiele von bevorzugten Überzugsmaterialien
sind Polytetrafluoräthylen,
Nylon, und dgl., nicht haftenden Materialien. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
befindet sich eine Hülse,
ein Überzug
oder eine Beschichtung mit niedriger Reibung mindestens an einem
Bereich der inneren Oberfläche
der Leitung 436 und benachbart der Düseneinrichtung 430,
bevorzugt über
die Länge
des zylindrischen Bereichs der Leitung 436, wie gezeigt.
Wenn elektrostatisches Partikelmaterial verwendet wird, wie das
bei Tonern der Fall ist, ist es wünschenswert, dass der Überzug weiterhin
aus einem niedrig triboelektrisch aufladendem Material hergestellt
ist, um zu verhindern, dass die elektrostatischen Partikel an der
Leitung 436 anhaften. Der Überzug 438 macht die
Notwendigkeit für
zusätzliche Bewegungseinrichtungen überflüssig, die
erforderlich waren, um die Strömung
in bestimmten Geräten des
Standes der Technik aufrechtzuerhalten. Der Überzug 438 reduziert
weiterhin die Wärmeerzeugung
durch Reibungskräfte,
wenn das Partikelmaterial durch die Schnecke 440 bewegt
wird.
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Wie
in 12 gezeigt, erstreckt
sich die Düsenanordnung 430 von
der Leitung 436 nach unten. Die Düsenanordnung 430 ist ähnlich der
Düse 334, jedoch
hat der abgeschrägte
Bereich oder die poröse Düse 490 gerade
kegelstumpfförmige
Seiten statt der konkaven Form der Düse 334. Der abgeschrägte Bereich 490 hat
einen Durchmesser DNI am Düseneinlass 482 und
einen Durchmesser DNO am Düsenauslass 484,
der kleiner als der Einlassdurchmesser DNI der Düse ist. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der DNI am Düseneinlass 482 mindestens doppelt
so groß wie
der Durchmesser DNO am Düsenauslass
DNO. Die poröse
Düse 490 gemäß 12 ist aus einem porösen Material
hergestellt, das ähnlich
dem des abgeschrägten
Bereichs 390 ist.
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Die
Abmessungen der Düseneinrichtung 430 sind
so ausgewählt,
dass sie für
ein Verhältnis
der Querschnittsfläche
des Einlasses zur Querschnittsfläche
des Auslasses in einer Weise führen,
dass die Strömung
des Partikelmaterials nicht gebremst wird, wenn es sich durch die
Vorrichtung in Verbindung mit der Funktion der Schnecke, dem Überzug und
der Düseneinrichtung
vorwärts
bewegt, während
die Transportrate des Partikelmaterials maximiert wird. Die poröse Düse 490 ist
bemessen und geformt bezüglich
des Füllrohrs 436 und
der Schnecke 440 in einer Weise, dass die Partikel 12,
die durch das Füllrohr 436 und
die poröse
Düse 490 fließen, im
Wesentlichen konstant bleiben, während
die Schnecke 440 arbeitet. Die Schnecke 440 nimmt
ein bestimmtes Volumen V440 innerhalb des
Füllrohrs 436 auf, was
dem Teilchenmaterial 12 gestattet, durch die Teilchenbereiche 442 des
Füllrohrs
mit einem Volumen V442 hindurchzutreten,
d. h. die Bereiche innerhalb des Füllrohrs 436, wo keine
Schnecke 440 vorgesehen ist. Das Volumen des Teilchenmaterials 12 innerhalb
des Füllrohrs 436 wird
bestimmt durch Subtraktion des Volumens V440 der
Schnecke 440 vom Volumen V436 des Füllrohrs 436.
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Während des
Befüllvorgangs
kann die Zufuhrrate des Partikelmaterials 12 zur porösen Düse 490 berechnet
werden, indem man die Art der verwendeten Schnecke, die Geschwindigkeit
der Schnecke, die Schüttdichte
des Partikelmaterials, das Volumen der Schnecke und das Volumen
V436 des Füllrohrs 436 berücksichtigt.
Die Schüttdichte wird
durch die Masse von pulverförmigem
oder granuliertem, festem Material pro Volumeneinheit definiert.
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Partikelmaterial,
gefördert
pro Umdrehung der Schnecke: BDpart × (V436 – V440) = (BDpart × V442)/Umdrehung.
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Teilchenmaterial
transportiert pro Minute: (BDpart) × V442)/Umdrehung × (Umdrehungen/Minute) = (BDpart) × V442)/Minutewobei BDpart =
die Schüttdichte
des Teilchenmaterials ist.
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Der
Einlassdurchmesser DNI der Düsenanordnung 430 ist
der gleiche wie der Auslassdurchmesser des Füllrohrs 436. Der Auslassdurchmesser DNO
der Düseneinrichtung 430 wird
bestimmt durch die Menge der Komprimierung, die erforderlich ist, um
die Schüttdichte
des Teilchenmaterials zu erhöhen,
und ist nicht größer als
der Durchmesser der Behälteröffnung 18.
Die poröse
Düse 490 ist
bemessen und geformt in einer Weise, dass die Rate, unter der das
Teilchenmaterial 12 in den Düseneinlass 482 eintritt,
im Wesentlichen die gleiche Rate ist, unter der das Teilchenmaterial 12 den
Düsenauslass 484 verlässt. Das
untere Ende der Düseneinrichtung 430 enthält bevorzugt
ein Düsenende 496 (unten
beschrieben). Es ist wünschenswert,
die Schüttdichte des
Teilchenmaterials 12, wenn es die Düseneinrichtung 430 verlässt, zu
maximieren, um die Masse pro Zeiteinheit des Teilchenmaterials 12,
die dem Behälter 16 zugeführt wird,
zu maximieren. Die maximale Schüttdichte
des Teilchenmaterials 12 wird begrenzt, um das Teilchenmaterial
am Fließen
zu halten.
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Die
poröse
Düse 490 enthält eine
Grenzschicht aus fließender
Luft 432, die innerhalb des inneren Umfangs 492 angeordnet
ist. Der Zweck der Luftgrenzschicht 432 ist es, eine im
Wesentlichen reibungsfreie Oberfläche zu schaffen, so dass das
Teilchenmaterial 12 nicht an der inneren Oberfläche der porösen Düse 490 anhaftet.
Die Grenzschicht aus fließender
Luft 432 kann auf jede geeignete Weise vorgesehen werden,
es ist jedoch wichtig, dass die Schüttdichte des Partikelmaterials 12,
das an der Luftgrenzschicht 432 vorbei fließt, nicht
durch die Luftgrenzschicht 432 beeinflusst wird. Dies sichert, dass
die maximale Schüttdichte
an Partikelmaterial dem Behälter 16 zugeführt wird.
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Beispielsweise
ist, wie 12 zeigt, die
poröse
Düse 490 durch
ein Düsengehäuse 494 umgeben.
Das Düsengehäuse 494 ist
an der Leitung 436 und mit dem Bodenbereich der Düseneinrichtung 430 verbunden.
Das Gehäuse 494 bildet
einen Düsenverteiler 462 zwischen
dem Gehäuse 494 und
der porösen
Düse 490.
Bevorzugt ist der Düsenverteiler 462 mit
einer Druckluftquelle 464 über einen Düseneinlass 466 verbunden,
wodurch Druckluft durch die poröse
Düse 490 gedrückt wird.
Die Druckluftquelle 464 dient dadurch zum Erzeugen der
Grenzschicht fließender
Luft 432 zwischen der porösen Düse 490 und dem Partikelmaterial 12.
Die Druckluftquelle 464 kann ein Ventil (nicht gezeigt)
enthalten, um die Menge der Luft zu regulieren, um eine korrekte
Grenzschicht aus fließender
Luft 432 auszubilden, um den Durchfluss des Toners 12 durch
die Düseneinrichtung 430 zu
optimieren. Wenn beispielsweise das Partikelmaterial 12 ein
Toner ist, liegt die verwendete Grenzschicht-Luftströmung im
allgemeinen zwischen etwa 500 bis etwa 3000 ml/min und wird kontinuierlich
aufgebracht. Die Strömung
des Partikelmaterials 12 und die Luftströmung werden
eingestellt, um sicherzustellen, dass die Luftgrenze 432 nicht
in das Partikelmaterial 12 eintritt und dieses mit Luft
vermischt. Bevorzugt wird die Druckluftquelle 464 kontinuierlich
betrieben, um die Luftgrenzschicht 432 zu erzeugen. Während des
Befüllvorgangs,
wenn der Förderer 440 arbeitet,
sichert eine kontinuierliche Zufuhr von Druckluft den gewünschten
Teilchenfluss durch die (Düseneinrichtung 430,
und wenn der Förderer 440 stillsteht,
sichert sie, dass das Teilchenmaterial 12 sich nicht in
der Düseneinrichtung 430 festsetzt,
da sich das Teilchenmaterial 12 nicht am porösen Düsenumfang 492 festsetzt.
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Die
Schüttdichte
des Partikelmaterials 12 ist im Bunker 14 im Wesentlichen
die gleiche wie am Düsenende 496.
So wurde beispielsweise während
des Befüllvorganges
mit einem magnetischen Toner mit 7 μm die Schüttdichte des Toners im Bunker
mit 0,80 g/cm3 gemessen und die Schüttdichte
des Toners am Düsenende 496,
wenn der Toner die Düseneinrichtung 430 verlässt, wurde
mit 0,78 g/cm3 gemessen. Bevorzugt befindet
sich das Partikelmaterial 12 in einem feststoffähnlichen
Zustand, im Gegensatz zu einem flüssigkeitsähnlichen Zustand, wenn es das
Düsenende 436 verlässt. Das
austretende Partikelmaterial 12 ist ähnlich einer Paste und befindet
sich in einer halbfesten Form, so dass das Partikelmaterial 12 seien
Form behält
und nicht auseinander fließt,
wenn es auf einer Oberfläche
abgelegt wird.
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Das
untere Ende der Düseneinrichtung 430 enthält bevorzugt
ein Düsenende 496 und
eine Vakuumöffnung 470 zum
Eingriff für
eine Vakuumquelle 472, so dass der Behälter 16 kontinuierlich
evakuiert werden kann, während
die Düseneinrichtung 430 in Eingriff
mit dem Behälter
steht. Das Vakuum aus der Vakuumquelle 472 unterstützt Füllraten
durch Eliminierung einer Ansammlung von positivem Druck im Behälter während des
Befüllvorgangs.
Es ist weiterhin daran gedacht, die Grenzschichtluft 432,
die das Düsenende 496 zusammen
mit dem Partikelmaterial 12 verlässt, zu entfernen, so dass
die Grenzschichtluft nicht in den Behälter 16 gelangt. Die
Vakuumöffnung 470 verbindet
einen negativen Vakuumdruck aus der Vakuumquelle 472 mit
dem Behälter 16.
Die Vakuumquelle 472 beschleunigt die Befüllrate des Behälters, während sie
alle verbleibenden oder verstreuten, mit Luft gemischten Teilchen
entfernt, wodurch sie eine Teilchenkontamination verhindert und die
Notwendigkeit eines zusätzlichen
Reinigungsschrittes verhindert. Der Vakuumdruck aus der Vakuumquelle 472 kann
beispielsweise zwischen etwa 24,91 Pa bis etwa 2,49 × 103 Pa (etwa 0,1 bis 10 Zoll Wassersäule) betragen.
Obwohl die Vorrichtung befriedigend ohne die Hilfe eines Vakuums
arbeitet, ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Vakuum mit
einem negativen Druck von bevorzugt zwischen etwa 747,27 Pa bis
etwa 245,44 Pa (etwa 3 bis etwa 5 Zoll Wassersäule) aufgebracht. Der negative
Druck aus der Vakuumquelle 472 wird so eingestellt, dass das
Vakuum die Strömung
des Teilchenmaterials nicht stört,
wodurch die Schüttdichte
des Partikelmaterials 12, wenn es dem Behälter 16 zugeführt wird, aufrechterhalten
wird.
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Das
Düsenende 496 ist
am unteren Ende der porösen
Düse 490 angeordnet.
Das Düsenende 496 ist
zylindrisch und unporös.
Das Düsenende 496 ist bevorzugt
zylindrisch geformt, was das Ausrichten des Partikelstroms nach
unten in den Behälter 16 unterstützt. Da
das Düsenende 496 nicht
porös ist, überlagert
sich die Vakuumquelle 496 nicht mit dem Partikelmaterial 12 bis
es das Düsenende 496 verlassen
hat. Die Vakuumquelle 472 ist gegen den Düsenverteiler 462 isoliert
und steht nicht mit ihm in Verbindung.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel,
bei dem das Partikelmaterial 12 magnetische Partikel enthält, wie beispielsweise
bei einem Toner, der ein Kunstharz und einen Farbstoff enthält, oder
bei einem Entwickler, der eine Mischung aus magnetischen und nicht magnetischen
Toner- und magnetischen Trägerpartikeln
enthält,
kann ein elektromagnetisches Ventil verwendet werden, um die Strömung des
Partikelmaterials 12 zu stoppen. Die elektromagnetische
Ventileinrichtung 498, die im US-Patent 5 839 485 beschrieben
ist, ist so montiert, dass sie die Düseneinrichtung 130 überlagert
und die Leitung 436 umgibt. Wenn betätigt, hält das elektromagnetische Ventil 438 die
magnetischen Partikel 12 fest, indem eine magnetische Kraft
aufgebracht wird, die ausreichend ist, die auf die Partikel einwirkende
Schwerkraft zu überwinden.
Das elektromagnetische Ventil 438 wird vor dem Befüllen eines
Behälters
und nach dem ein Behälter
befüllt
wurde eingeschaltet, so dass das magnetische Partikelmaterial 12 nicht
herabfällt
und die Außenseite
des Behälters 16 verschmutzt,
wenn der Behälter
aus der Düseneinrichtung 430 entfernt
wird. Während
des Befüllvorganges
ist das elektromagnetische Ventil ausgeschaltet, wodurch die magnetischen
Partikel 412 sich durch die Leitung 436 und die Düseneinrichtung 430 in
den Behälter 16 bewegen können. Das
elektromagnetische Ventil 498 sorgt für ein schnelles Starten und
Anhalten der Strömung
des Partikelmaterials durch die Befülleinrichtung 410.
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13 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich wie 12, jedoch hat dieses Ausführungsbeispiel hier
einen Düsen/Behälter-Spalt 450 zwischen
der Düseneinrichtung 430 und
der Behälteröffnung 18. Statt
den Behälter
in und aus einem Befüllverhältnis von
einem Förderband
bewegen zu lassen, wie in den 5 und 6 gezeigt, kann der Behälter 16 auf dem
Förderer 170 während des
Befüllvorganges
verbleiben. Der Spalt 450 kann zwischen der Düseneinheit
und der Behälteröffnung 18 durch
die Dichte des Teilchenmaterials 12 verbleiben, wenn es
die Düseneinrichtung 430 verlässt. Wenn
das Partikelmaterial 12 ein Toner ist, hat das Partikelmaterial 12 eine
pastenähnliche
Konsistenz, wenn es die Düseneinrichtung 430 verlässt, was
bedeutet, dass das Partikelmaterial 12 sich weiter nach
unten in den Behälter 16 bewegen
wird, statt sich am Spalt 450 zu zerstreuen. Gestattet
man dem Behälter 16 auf
dem Förderer 170 zu
verbleiben, so wird der Befüllvorgang
vereinfacht, was zu einem sehr viel schnelleren Befüllvorgang
führt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
kann die Vakuumquelle 472 wahlweise vorgesehen sein, ihre Verwendung
ist jedoch bevorzugt, so dass das Partikelmaterial 12 die
Außenseite
des Behälters
oder den Bereich um die Vorrichtung 410 nicht verschmutzt.
Das elektromagnetische Ventil 498 ist ebenfalls wahlweise
vorgesehen, im Falle von magnetischem Teilchenmaterial gestattet
es jedoch ein schnelleres Befüllen
durch die zusätzliche
Steuerung der Strömung
des Teilchenmaterials 12 aus der Vorrichtung 410.
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14 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das ähnlich
den 12 und 13 ist, in diesem Ausführungsbeispiel
ersetzt jedoch eine Vakuumventileinrichtung 500 die elektromagnetische
Ventileinrichtung. Die gleiche Bezugszeichen kennzeichnen die gleichen
Elemente wie bei den 12 und 13.
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Die
Vakuumventileinrichtung 50 funktioniert durch Evakuierung
der Luft zwischen den Partikeln des Partikelmaterials 12,
die sich nahe der Spitze der Schnecke 440 am Ende des Befüllzyklus
befinden. Die Vakuumventileinrichtung 500 enthält ein Gehäuse 510 für die Vakuumventileinrichtung,
das eine Vakuumventilkammer 512 umgibt. Die Vakuumventilkammer 512 wiederum
umgibt das poröse
Rohr 514 und ist mit einer Vakuumventilquelle 520 über eine Vakuumventilöffnung 516 verbunden.
In Abwesenheit von Luft, wenn die Vakuumventilquelle 520 aufgebracht
wird, überbrückt das
Partikelmaterial 12 effektiv und positiv jede Durchflusspassage
zum Behälter 16.
Dies erzeugt eine Blockade für
andere Teilchenmaterialien 12 innerhalb des Systems, was
das Partikelmaterial 12 daran hindert, aus dem System herauszufallen.
Die Anordnung der Vakuumventileinrichtung 500 oberhalb
der Düseneinrichtung 430 ist insofern
vorteilhaft, da die Düse 430 frei
von kompaktiertem Partikelmaterial bleibt, während die Vakuumquelle 520 aufgebracht
wird.
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Das
poröse
Rohr 514 kann aus vielen Arten von Material hergestellt
sein, wie beispielsweise Polyäthylen,
rostfreier Stahl oder spärischen
Partikeln einer Kobaltlegierung, die in einer Form teilweise zusammengeschmolzen
wurden, um die benötigte Form
anzunehmen, mit Dimensionen und einer Porosität zwischen 40 und 60%. Die
Poren des porösen Rohres 514 sollten
kleiner als das Partikelmaterial 12 sein, so dass das Partikelmaterial 12 nicht
in das poröse
Rohr 514 eindringt, wenn die Vakuumventilquelle 520 aufgebracht
wird, jedoch wirkt, selbst bei einer großen Porengröße, das Zusammenbacken von
Toner an der Oberfläche
des porösen
Rohrs dahingehend, dass Material daran gehindert wird, in die Vakuumkammer 512 zu
gelangen. Das poröse
Rohr 514 ist lang genug, um sicherzustellen, dass ein angemessenes
Vakuum nahe der Spitze der Schnecke 440 aufgebracht wird,
so dass die Strömung
des Partikelmaterials positiv gestoppt wird, wenn das Vakuum aufgebracht
wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
für einer
Tonerströmung,
liegt die Vakuumventilquelle 520 bei etwa 6,77 × 103 bis 33,86 × 103 Pa
(2 bis 10 Zoll Quecksilbersäule)
und die Länge des
porösen
Rohres ist die Länge
einer Steigung der Schnecke.
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Das
Vakuum zur Vakuumventileinrichtung 500 wird abgeschaltet,
wenn sich der nächste
Behälter
in der Befüllposition
befindet und unmittelbar vor dem Start des nächsten Befüllzyklus. Ein kurzer Stoß von Druckluft,
zugeführt
durch die Vakuumventil-Druckluftquelle 530 über den
Vakuumventil-Drucklufteinlass 532 zur Vakuumventilkammer 512 kann verwendet
werden, um das Vakuumventil zwischen den Zyklen oder periodisch,
wie erforderlich, zu reinigen. Dieses System sichert die Vorteile
eines nicht-mechanischen,
positiven Abschaltventils für nicht-magnetische
Partikelanwendungen zwischen Befüllvorgängen, während es
gestattet, dass das Partikelmaterial fließt, wenn der Befüllvorgang
einmal beginnt.
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf viele Partikelförder-, -ausgabe-, und -befüllvorgänge anwendbar,
beispielsweise für
Tonerbefüllvorgänge und
zum zuverlässigen
Kombinieren von Toner und dgl. Bestandteile in beispielsweise Prä-Extrusions-
und Extrusionsvorgängen.
Dadurch kann die Aufnahme oder das Behälterteil ausgewählt werden
aus beispielsweise einem Extruder, eine Schmelzenmischeinrichtung,
eine Klassifiziereinrichtung, einem Mischer, einer Siebeinrichtung,
einer Tonerbefülleinlage
mit variabler Rate, einer Flasche, einer Patrone, einem Behälter für teilchenförmigen Toner
oder Entwicklermaterial und dgl. statische oder dynamische Teilchenaufnahmen.
Es ist leicht einzusehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
Toner und Entwicklermaterialien begrenzt ist, und dass sie gut geeignet
ist für
andere Pulver oder Partikelmaterialien, beispielsweise für Zement,
Mehl, Kakao, Herbizide, Pestizide, Mineralien, Metalle, Arzneimittel
oder dgl. Materialien.
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Die
vorliegende Erfindung gestattet es, dass Partikelmaterial, einschließlich Toner,
ausgegeben, gemischt und transportiert werden kann, genauer und
schneller als bei Systemen des Standes der Technik, und kann weiterhin
sicherstellen, dass beispielsweise ein Schmelzmischgerät oder ein
Tonerbehälter
genau, schnell, sauber, vollständig
und mit dem exakten Anteil gefüllt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Befüllung für Toner/Entwickler-Patronen,
beispielsweise mit magnetischen und nicht-magnetischen Tonermaterialien,
die im Wesentlichen vollständig
sind, d. h. bis zur vollen Kapazität gehen, da die Befülleinrichtung
den Transport einer dichteren Tonermasse mit einem hohen Niveau
von manueller oder automatischer Steuerung über die Menge des ausgegebenen Toners
gestattet. Komplett befüllte
Tonerpatronen, wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen werden,
weisen eine Anzahl von Vorteilen auf, beispielsweise eine verbesserte
Kundenbefriedigung und eine verbesserte Produktakzeptanz, eine reduzierte
Ansammlung von Wegwerfabfall der Patronen, da in den befüllten Patronen
mehr Material enthalten ist, und reduzierte Versandkosten, basierend
auf dem reduzierten Leervolumen. Das bestimmte Volumen, das in die
Behälter
eingefüllt
werden kann, ist etwa konstant, d. h. es befindet sich die gleiche
Menge der Befüllung
in jedem Behälter,
mit beispielsweise einer Füllgewichtsvariablen
von weniger als 0,1 bis etwa 0,2 Gew.-%. Die vorliegende Erfindung
kann Behälter
im Wesentlichen bis zur vollen Kapazität mit wenig oder keinem Leervolumen
zwischen der Tonermasse und dem Verschluss befüllen. Die Behälter können beispielsweise
mit von etwa 10 bis etwa 10000 g an Partikelmaterial mit einer Geschwindigkeit
von etwa 10 bis etwa 1000 g pro Sekunde befüllt werden, und in Ausführungsformen
bevorzugt zwischen etwa 20 bis etwa 525 g pro Sekunde. Die Behälter können leicht
befüllt
werden innerhalb von etwa 0,01 bis etwa 0,1 Gew.-% eines vorbestimmte Werts,
bevorzugt auf weniger als etwa 1 Gew.-%, und insbesondere bevorzugt
auf weniger als 0,1 Gew.-% eines vorbestimmten Ziels oder eines
spezifischen Werts. Ein vorbestimmter Zielbestimmungswert wird leicht
sichergestellt, indem man beispielsweise das zur Verfügung stehende
Volumen, die Volumen-Variationsbreite der ausgewählten Behälter und die Beziehung des
gewünschten
Füllgewichts
zum zur Verfügung
stehenden Volumen berücksichtigt.
Die Menge an ausgegebenen Partikelmaterial kann festgesetzt oder
eingestellt werden in die Nähe
des Zielwerts, indem man beispielsweise die Geschwindigkeiten der
Schnecke, beispielsweise unter Verwendung eines Steuerungsalgorithmus
in Verbindung mit einem Schneckenmotor-Kontrollkreis reguliert.
Die Schneckeförderergeschwindigkeiten
können
beispielsweise zwischen etwa 500 bis etwa 3000 Umdrehungen pro Minute
betragen.
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Das
Ausgeben des Partikelmaterials aus der Quelle, beispielsweise zur
Verwendung bei Toner- oder Entwickler-Befüll- und Verpackungsvorgängen, erfolgt
bevorzugt durch ein Ausgeben und Füllen durch das Gewicht oder
die Schwerkraft. Alternativ kann das Ausgeben des Partikelmaterials
aus der Quelle ausgewählt
werden, um sowohl kontinuierlich und einzeln zu sein, beispielsweise
zur Verwendung bei einer Tonerextrusion oder bei Schmelzmischanwendungen.
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Zusammenfassend
ist zu sagen, dass ein Hochgeschwindigkeits-Tonerbefüller für Entwicklermaterial
beschrieben wurde, als verbessertes Verfahren zum Maximieren der
Tonerströmung
zum Befüllen
von Tonerbehältern
mit kleinen Öffnungen.
Das Verfahren gestattet es, dass der Toner genauer und schneller
als bei Systemen des Standes der Technik bewegt wird, und sichert
weiterhin, dass der Tonerbehälter
schnell, vollständig
und sauber gefüllt
wird.
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Es
ist deshalb klar, dass hier gemäß der beanspruchten
Erfindung ein Hochgeschwindigkeits-Tonerbefüller vorgeschlagen wurde, der
die Ziele und Vorteile, wie sie oben erläutert wurden, erreicht.