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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Befüllung eines
Behälters
mit partikelartigem Material und insbesondere bezieht sie sich auf
eine Füllvorrichtung
mit einem gleichmäßig füllenden
geformten Stutzen zum gleichmäßigen Füllen eines
Behälters
mit partikelartigem Material wie etwa Toner.
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Derzeit
wird beim Befüllen
von partikelartigem Material, beispielsweise von Toner in Tonerbehälter, der
Toner von dem Tonersilo in den Behälter durch einen rotierenden
Förderer
transportiert. Der Förderer
ist ein spiralförmig
geformtes mechanisches Teil, welches die Tonerpartikel innerhalb
eines Füllrohres
durch unmittelbare mechanische Berührung weiterdrückt. Die
Eigenart dieses mechanischen Berührungsprozesses
erzeugt erhebliche Beschränkungen
hinsichtlich Genauigkeit und Produktivität des Tonerfüllbetriebes.
Die Geschwindigkeit der Tonerbewegung in dem Füllrohr ist proportional zu
der Rotationsgeschwindigkeit des Förderers und ist begrenzt durch
Wärmeerzeugung
aufgrund von Förderer/Toner/Trichterreibung.
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Tonerbehälter für kleine,
preiswerte Drucker und Kopierer weisen typischerweise eine kleine Öffnung auf,
in welche der Toner zugeführt
werden muss. Weiterhin weisen Tonerbehälter häufig unregelmäßige Formen
auf, um mit einem begrenzten Einbauplatz innerhalb der Kopiermaschine übereinzustimmen.
Daher wird es schwierig, Tonerbehälter zu füllen, weil ein kleines Einfüllrohr erforderlich
ist, um in die kleine Tonerbehälteröffnung zu
passen und zweitens, dass der gesamte Toner innerhalb des Behälters vollständig und
gleichmäßig die
entfernten Abschnitte des Behälters
auffüllt,
bevor der Behälter überfließt.
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Einige
der mit der Steuerung der Füllung
von derartigen Tonerbehältern
verbundene Probleme bestehen im Wesentlichen aufgrund der Eigenschaften des
Toners. Toner ist das bilderzeugende Material in einem Entwickler,
welches eine sichtbare Aufzeichnung erzeugt, wenn dasselbe durch
das Feld der elektrischen Ladung abgelagert wird. Es gibt zwei verschiedene
Typen von Entwicklungssystemen, welche als Einkomponenten- und Zweikomponentensysteme
bekannt sind.
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Bei
Einkomponentenentwicklungssystemen besteht das Entwicklermaterial
aus Toner, welcher aus Partikeln von magnetischem Material, üblicherweise
Eisen, aufgebaut ist, welches in ein schwarzes Kunststoffharz eingebaut
ist. Das Eisen ermöglicht, dass
der Toner magnetisch geladen wird. Bei Zweikomponentensystemen umfasst
das Entwicklermaterial Toner, welcher aus kleinen Polymer- oder
Harzpartikeln und einem Farbagens besteht, und einen Träger, welcher
aus im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln
oder Klumpen besteht, welche üblicherweise
aus Stahl hergestellt sind. Eine elektrostatische Ladung zwischen
dem Toner und den Trägerklumpen verursacht,
dass der Toner bei dem Entwicklungsprozess an dem Träger anhaftet.
Die Steuerung des Flusses dieser kleinen, scheuernden und leicht
zu ladenden Partikeln ist sehr schwierig.
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Die
Einkomponenten- und Zweikomponentensysteme verwenden Toner, welcher
sehr schwer zum Fließen
gebracht werden kann. Dies ist insbesondere für Toner der Fall, welcher in
Zweikomponentensystemen verwendet wird, jedoch ebenso zutreffend
für Toner
in Einkomponentensystemen. Der Toner neigt dazu, innerhalb des Vorratsbehälters Klumpen
und Brücken
zu bilden. Dies begrenzt den Fluss des Toners durch kleine Rohre,
welche notwendig sind für
die Zugabe von Toner durch die Öffnung eines
Tonerbehälters.
Weiterhin kann diese Neigung, Klumpen oder Brücken zu bilden, dazu führen, dass sich
Luftzwischenräume
in dem Behälter
ausbilden, was eine teilweise Füllung
der Behälter
zur Folge hat.
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Versuche,
den Fluss des Toners zu verbessern, haben ebenso die Verwendung
einer externen Vibrationseinrichtung beinhaltet, um den Toner innerhalb
des Silos zu lockern. Diese Vibratoren sind energieverbrauchend,
teuer und nicht vollständig
wirksam und passend. Weiterhin neigen sie dazu, zu verursachen,
dass der Toner Verschmutzung um den Füllvorgang akkumuliert.
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Weitere
Anstrengungen, um derartige Tonerbehälter wirksam zu füllen, haben
die Verwendung von Adaptern eingeschlossen, welche an dem Ende des
Tonerfüllförderers
angeordnet sind, welcher einen Einlass entsprechend zu der Größe des Förderers
und einen Auslass entsprechend zu der Öffnung des Tonerbehälters aufweist.
Insbesondere wenn versucht wurde, die Tonerdurchflussraten zu erhöhen, und
wenn Toner mit kleinerer Partikelgröße wie etwa Farbtoner mit einer
Partikelgröße von 7 μm oder weniger
verwendet wurden, wurde ein Verklumpen des Toners als ein überraschendes
Problem gefunden. Die Adapter, welche an die Förderer angepasst sind, neigen
daher mit dem Toner zu verklumpen. Die Fördermengen durch derartige
Adapter sind nicht annehmbar klein.
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US 2,360,756 offenbart eine
Vorrichtung gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 und beschreibt einen Material verteilenden Kopf für Behälterfüllmaschinen.
Es wird ein Verteilerkopf beschrieben, welcher einer Zuführdüse einer
Behälterfüllmaschine
zugeordnet ist. Innerhalb der Fülldüse wird
eine Förderschnecke
rotierbar gehalten und ist in der Länge derselben angeglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Befördern von
Pulver von einem Silo in unsymmetrische Behälter zu verbessern. Dieses
Ziel wird durch Bereitstellung einer Vorrichtung gemäß Anspruch
1 erreicht. Ausführungsformen der
Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
festgelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
der nachstehend vorgelegten eingehenden Beschreibung wird auf Zeichnungen
Bezug genommen:
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1 ist
eine Seitenansicht eines Behälterfüllsystems,
teilweise im Querschnitt, wobei das System einen zum gleichmäßigen Füllen geformten
Stutzen aufweist und nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 ist
eine Seitenansicht eines ersten Beispiels eines Behälters, welcher
eine nicht mittig angeordnete Öffnung
aufweist und daher die Verwendung einer ersten Ausführungsform
des zum gleichmäßigen Füllen geformten
Stutzens aufweist, und nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung
ist;
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3 ist
eine Seitenansicht eines ersten Beispiels eines Behälters, welcher
eine Ausführungsform
des zum gleichmäßigen Füllen geformten
Stutzens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt und gerade verwendet wird;
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4 ist
die gleiche Ansicht wie 3 und zeigt die Ausführungsform
des zum gleichmäßigen Füllen geformten
Stutzens der vorliegenden Erfindung in der Verwendung;
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5 bis 7 sind
jeweils Unterseitenansichten des Abgabeendes von verschiedenen Ausführungsformen
des zum gleichmäßigen Füllen geformten
Stutzens der vorliegenden Erfindung.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf 1 wird eine für Pulverfüllung geeignete
Vorrichtung 10 gezeigt. Die für Pulverfüllung geeignete Vorrichtung 10 wird
verwendet, um Pulver 12 in der Form von Toner für die Verwendung in
einem Kopierer oder Drucker von einem Vorratsbehälter 14 in einen Behälter zu
befördern.
Die Pulverfüllvorrichtung 10 ist
an einer Füllstraße 20 angebracht,
um die Füllung
von großen
Herstellungsmengen von Behältern 16 zu
befüllen,
wobei der Behälter 16 an
einer Trägereinrichtung 22 angebracht
ist. Die Einrichtung 22 ist entweder in Richtung des Pfeils 24 oder 26 beweglich.
Die Trägereinrichtung 22 dient dazu,
die Mittellinie 30 des Behälters in Ausrichtung mit der
Mittellinie 32 der Vorrichtung auszurichten.
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Die
für Pulverfüllung geeignete
Vorrichtung 10 schließt
einen gleichmäßig füllenden
Stutzen 34 ein (welche im Einzelnen nachstehend beschrieben wird),
welcher verwendet wird, um das Pulver 12 in den Behälter 16 zu
leiten. Der gleichmäßig füllenden Stutzen 34 ist
mit dem Silo 14 durch eine Leitung 36 in der Form
einer hohlen Röhre
oder Trichter verbunden.
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Gemäß 1 ist
der Vorratsbehälter 14 oberhalb
des Behälters 16 angeordnet,
wobei die Schwerkraft den Fluss des Pulvers 12 zu dem Behälter 16 unterstützen wird.
Um den Fluss des Pulvers 12 zu dem Behälter 16 zu optimieren,
schließt
die Pulverfüllvor richtung 10 weiterhin
einen Förderer 40 ein,
welcher mindestens teilweise innerhalb der Leitung 36 angebracht
ist, um den Fluss des Pulvers 12 zu unterstützen. Der
Förderer 40 weist
die Form eines Spiralförderers
oder einer Förderschnecke
auf. Beispielsweise kann die Förderschnecke 40 in
der Form einer spiralförmigen
Schnecke vorliegen, welche verschiedene Geometrien einschließen kann
wie etwa eine gerade oder angeschrägte spiralförmige Schraube. Die Schnecke
stimmt nahezu mit der Leitung überein.
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Der
gleichförmig
füllende
Stutzen 34 ist in die Öffnung 42 des
Behälters 16 einführbar. Das
Einführen
des gleichmäßig füllenden
Stutzens 34 in die Öffnung 42 kann
durch jedes passende Verfahren erreicht werden. Beispielsweise könnte die
Trägereinrichtung 22 und
daher der Behälter 16 in
die Richtung des Pfeils 44 zum Eingriff mit dem gleichmäßig füllenden
Stutzen 34 nach oben beweglich sein und in die Richtung
des Pfeils 46 zum Lösen
von der Öffnung 42 nach
unten beweglich sein. Die Aufwärts-
und Abwärtsbewegung
der Einrichtung 22 und des Behälters 16 erlaubt,
dass der Behälter 16 abschnittsweise in
Richtung der Pfeile 24 und 26 bewegt wird.
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Um
das Füllen
einer Anzahl von Behältern 16 zu
ermöglichen,
muss der Fluss des Pulvers 12 von dem Vorratsbehälter 14 angehalten
werden, während des
stückweisen
Fortbewegens eines gefüllten
Behälters 16 von
der Füllposition
und während
des stückweisen
Fortbewegens eines ungefüllten
Behälters 16 zu
der Füllposition.
Gemäß der 1 kann der
Fluss des Pulvers 12 durch Stoppen der Schnecke 40 innerhalb
der Leitung 36 angehalten werden. Die Schnecke 40 kann
durch jedes passende Verfahren gedreht werden, d. h. durch den Motor 50,
welcher funktionsweise mit der Schnecke 40 verbunden ist.
Der Motor 50 ist mit einer Steuerung 52 verbunden,
welche ein Signal an den Motor 50 sendet, um die Rotation
der Schnecke 40 während
des stückweisen
Vorrückens
der Trägereinrichtung 22 zu
stoppen. Es ist jedoch anzumerken, dass der Fluss des Pulvers 12 durch
die Leitung 36 weiterhin durch die Verwendung eines Ventils
in derselben (nicht gezeigt) gesteuert werden könnte.
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Es
sind Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass die Befüllungsstraße 20 frei
von schwebendem Pulver 12 ist, welches zwischen dem gleichmäßig füllenden
Stutzen 34 und der Öffnung 42 des
Behälters 16 während des
Füllbetriebes
und insbesondere während
des stückweisen
Vorrückens
der Trägereinrichtung
zur Vorbereitung eines ungefüllten Behälters 16 zu
der Pulverfüllvorrichtung 10 entweichen
könnte.
Ein Füllreini gungssystem 54 für die Verwendung
mit der Vorrichtung 10 ist in 1 gezeigt. Das
Füllreinigungssystem
ist mit der Füllstraße 20 ebenso
wie mit der Leitung 36 verbunden und könnte verwendet werden, um den
Schlitten 60 abzustützen. Der
Schlitten 60 ist mit einer Schale oder Tonertropfplatte
(nicht verzeichnet) verbunden, welche verschiebbar zwischen dem
gleichmäßig füllenden
Stutzen 34 und der Öffnung 42 eingepasst
ist. Die Schale oder Tropfplatte bewirkt in dieser Lage, das Verschütten von
Pulver 12 während
des stückweisen
Fortbewegens des Behälters 16 zu
verhindern. Ein Gehäuse 56,
welches einen Teil des gleichmäßig füllenden Stutzens 34 umgibt,
stellt einen Hohlraum oder eine Kammer 62 bereit, welche
abgedichtet ist, wenn die Schale oder Tropfplatte in der geschlossenen
Position derselben sich befindet. Die Kammer 62 wird über die
Tonerstaub-Vakuumleitung 64 zu einer Vakuumquelle 66 unter
Vakuum gehalten.
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Mit
weiterem Bezug auf die 1 und 2 wird eine
Ausführungsform
des gleichmäßig füllenden
Stutzens 34 gezeigt, welche nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung ist, und welche ein erstes Ende 90, angrenzend
an die Leitung 36 und ebenso ein zweites Ende 200 gegenüberliegend
zu dem ersten Ende 90 zeigt. Der gleichmäßig füllende Stutzen 34 ist
an der Leitung 36 auf jede passende Art befestigt. Wie
gezeigt könnte
beispielsweise das erste Ende 90 des gleichmäßig füllenden
Stutzens 34 auf die Leitung 36 aufgepresst sein.
Zwischen dem ersten Ende 90 und dem zweiten Ende 200 des
gleichmäßig füllenden
Stutzens 34 befindet sich ein mittlerer Abschnitt des Stutzens.
Der mittlere Abschnitt 190 weist eine hohle, im Wesentlichen
kegelstumpfartige Form oder eine trichterartige Form auf.
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Der
gleichmäßig füllende Stutzen 34 ist
ein asymmetrischer Druckstutzen von geringer Reibung, welcher eine
nicht gerade Form aufweist, welche für gleichmäßiges, wirkungsvolles Direktfüllen von
Toner in einen unsymmetrischen Behälter eingerichtet ist. Wie
in 1 bis 4 gezeigt, ist ein nicht-symmetrischer
Behälter 16 ein
Behälter,
bei welchem die Öffnung 42 in
einer Oberseite 18 nicht mittig angeordnet ist in Bezug
auf die Breite und Tiefe der Oberseite 18 und das zu befüllende Volumen 28.
Als solches ist der Behälter
tiefer (wie gezeigt nach links beispielsweise) als derselbe nach
rechts ist. Der gleichmäßig füllende Stutzen 34 stellt
daher immer noch alle Merkmale eines geraden Stutzens ebenso bereit
wie die vorteilhafte Fähigkeit,
einen derartigen Behälter gleichmäßiger zu
füllen.
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Gemäß 2 schließt das zweite
oder Abgabeende 200 eine Abgabeöffnung 202 ein, welche durch
eine Wand festgelegt ist, welche eine erste Seite 204 und
eine zweite, gegenüberliegende
Seite 206 aufweist. Das zweite und gegenüberliegende
Ende 200 schließt
eine beigefügte
Pulverumleitungseinrichtung 207 ein, welche als eine winkelige
Biegung 208 zum Ändern
der Pulverbewegungsrichtung von 209 nach 210 gezeigt
ist, um zu ermöglichen,
dass der nicht-symmetrische Behälter 16 ohne übermäßiges Stauben
und Verschütten
gleichmäßig gefüllt wird.
In einer ersten Ausführungsform
(1 und 2) und einer zweiten Ausführungsform
(3 und 4) umfasst die beigefügte Pulverumleiteinrichtung 207 eine
Winkelbiegung 208 in dem mittigen Abschnitt 190.
In der ersten Ausführungsform
(1 und 2), welche nicht Bestandteil
der vorliegenden Erfindung ist, ist die winkelige Biegung feststehend.
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Mit
nachfolgendem Bezug auf die 3 und 4 wird
eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, welche gerade dabei ist, verwendet
zu werden (3) und welche verwendet wird
(4). Wie gezeigt, ist in dieser Ausführungsform
des gleichmäßig füllenden
Stutzens 34 mindestens der mittige Abschnitt 190 (oder
der gesamte Stutzen 34) dehnbar und die beigefügte Pulverumleiteinrichtung 207 umfasst
eine federnde und biegbare Baugruppe wie etwa eine Spiralfederbaugruppe 220,
welche außen
an dem Stutzenelement 34 angebracht ist. Die Spiralfederbaugruppe 220 ist
aus einer Folge von Spiralfedern 222 aufgebaut, welche
den Stutzen normalerweise in einer senkrechten Position halten,
welche jedoch verbogen werden können,
um den Stutzen (siehe Pfeil 212) zu jeder Seite hin zu
biegen, um den Winkel 208 beispielsweise zu bilden. Als
solches ist der gesamte Stutzen beweglich und/oder derart drehbar,
dass der Winkel 208 erreicht werden kann, um die Richtung
des Tonerflusses von 209 nach 210 zu verändern.
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Der
gleichmäßig füllende Stutzen 34 kann als
solcher vor oder nach dem Einführen
in den Behälter
geändert
werden. Die Position des Stutzens kann beispielsweise durch eine
Einrichtung wie etwa ein aufwärts,
abwärts
und drehbar einstellbares Stoppelement 230 geändert werden,
um teilweise die Ausdehnung der Federn 222 der federnden
Spiralfederbaugruppe 220 so zu hemmen, dass eine variable Winkelbiegung 208 in
dem dehnbaren, mittleren Abschnitt 190 eingeführt wird.
Das Stoppelement 230 kann nach oben und nach unten bewegt
werden zum Positionieren zwischen benachbarten Federn 222, um eine
Länge der
Stutzenspitze innerhalb des Behälters 16 anzupassen.
Es kann ebenso zwischen derartigen Federn von einer Seite zu der
anderen Seite gedreht werden, abhängig von der Richtung des tieferen
Füllvolumens 28 des
Behälters 16.
Als solches wäre
der bewegliche Stutzen in der Lage, den Tonerfluss in Abschnitte
des Behälters
zu leiten, in welche wegen der Tonerdichte der Toner nicht leicht
fließt.
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Gemäß 5 bis 7 könnte die
beigefügte
Pulverumleiteinrichtung 207 (zum Ändern der Tonerbewegungsrichtung)
einfacherweise eine nicht kreisförmige
Pulverumleit-Abgabeöffnung 232, 234 umfassen.
Wie dargestellt kann die nicht kreisförmige Pulverumleit-Abgabeöffnung gemäß 6 elliptisch 232,
oder dieselbe birnenförmig 234 gemäß 7 sein.
Alternativ kann dieselbe einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen,
um den Toner gleichmäßiger in
einem Behälter
zu verteilen, welcher interne Merkmale aufweist, welche zu vermeiden
wären oder
welche Tonerbewegung behindern. Wie im Falle des symmetrischen Stutzens
mit einem kreisförmigen
Querschnitt (5) wären die Stutzen dieser oder
anderer Formen aus porösem
Material gepresst.
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Wie
ersichtlich wurde eine Vorrichtung bereitgestellt zum Leiten von
Toner von einem Silo, welches einen Vorrat von Toner enthält, um einen
unsymmetrischen Behälters
ohne übermäßiges Stauben
und Verschütten
gleichmäßig zu befüllen. Die Vorrichtung
schließt
(a) ein Leitungselement, welches funktionsweise mit dem Silo verbunden
ist und ein Abgabeende aufweist, um zu ermöglichen, dass ein Toner durch
dasselbe bewegt wird; (b) eine Fördereinrichtung,
welche mindestens teilweise innerhalb des Leitungselements angeordnet
ist zum Bewegen des Toners in einer Tonerbewegungsrichtung von dem
Silo zu dem unsymmetrischen Behälter
hin; und (c) ein Stutzenelement zum Leiten des Toners von dem Förderer ein,
um den unsymmetrischen Behälter
gleichmäßig zu füllen. Das
Stutzenelement ist funktionsweise mit dem Abgabeende des Leitungselements
verbunden und weist ein erstes Ende, welches mit dem Leitungselement
verbunden ist, ein zweites und gegenüberliegendes Ende zum Abgeben
des sich bewegenden Toners in den unsymmetrischen Behälter, und
einen mittigen Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem zweiten
und gegenüberliegenden
Ende auf. Das zweite und gegenüberliegende
Ende schließt
eine beigefügte
Tonerumleiteinrichtung ein, zum Ändern
der Tonerbewegungsrichtung, sodass ein gleichmäßiges Befüllen des unsymmetrischen Behälters ohne übermäßiges Stauben
und Verschütten
ermöglicht
wird.