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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein selbstreinigendes Aufzeichnungsmaterialspendersystem für eine Reproduktionsvorrichtung
wie etwa einen xerografischen oder einen andersartigen Kopierer
oder Drucker – wenngleich
sie nicht auf diese Reproduktionsvorrichtungen beschränkt ist –, wobei
zur automatischen Reinigung des Inneren des Aufzeichnungsmaterialspendebehälters ein
einfaches, preiswertes, selbstreinigendes System mit einer magnetischen
Bürste
bereit gestellt wird.
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Wie allgemein bekannt ist, ist die
Bereitstellung einer Einrichtung wünschenswert, die verlässlich bestimmt,
wann einer Reproduktionsvorrichtung, die während der Blatt- oder Rollendruckvorgänge Aufzeichnungsmaterial
verbraucht, solches zusätzliches
Aufzeichnungsmaterial bereit gestellt oder zugegeben werden muss.
Für xerografische
Kopierer und Drucker wurden verschiedenste „wenig Toner"-, Tonerstand- oder „Toner
ist vorhanden"-Erkennungssysteme
entwickelt und/oder patentiert. Diese Systeme bestimmen, wann die
innere Tonerversorgungsquelle wiederaufgefüllt werden muss, und signalisieren
dies typischerweise auf einem Arbeitsdisplay mit Hilfe eines Hinweises
auf die Notwendigkeit des Wiederauffüllens oder des Austauschens
eines Tonerspendezuführbehälters, wann
immer sich der darin noch nicht verbrauchte Toneranteil einem zuvor
eingestellten, tiefen Stand oder dem „fast-leer"-Zustand nähert. Einige Beispiele werden
in US-A-3 920 155, US-A-4 135 642 und US-A-4 989 754 beschrieben. (Diese
sollte von alternativen oder zusätzlichen
Systemen zur Schätzung
des Tonerverbrauchs, wie sie in US-A-5 349 377 und anderen hierin
zitierten Quellen beschrieben werden, auseinander gehalten werden).
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Es ist wünschenswert, dass der Tonerstand im
Zuführbehälter durch
das Erfassungssystem preiswert und verlässlich bestimmt wird, und dass das
Erfassungssystem nicht von diesem speziellen Tonermaterial oder
etwas Ähnlichem
verdeckt oder verschmutzt wird. Dies ist speziell bei einem optischen
(d. h. Lichtstrahl-)Erfassungssystem ein Problem, da die meisten
Aufzeichnungsmaterialien aufgrund ihrer Wirkungsweise undurchsichtig sind.
Es ist deshalb – wie
auch aus weiteren Gründen – wünschenswert,
dass sich keine oder eben so wenig Komponenten des optischen Erfassungssystems
wie möglich
innerhalb des Aufzeichnungsmaterialspendebehälters selbst befinden. Nicht
nur weil die Komponenten innerhalb des Zuführbehälters aufgrund des Toners und/oder
anderer Aufzeichnungsmaterialien verschmutzen oder verstopfen können, sondern auch
weil es wünschenswert
ist, den Aufzeichnungsmaterialzuführbehälter wiederverwertbar und preisgünstig zu
gestalten. Es ist wünschenswert,
dass die Aufzeichnungsmaterialien der Reproduktionsvorrichtung mit
so wenig Verschütten
oder einer so geringen Verschmutzung der Maschine oder des Nutzers
wie möglich
zugeführt
werden können,
möglichst
durch das Herausnehmen eines einfachen, preiswerten, leeren Aufzeichnungsmaterialzuführbehälters und durch
das Einstecken eines vollen Behälters,
und nicht durch das Schütten
von losem Material in einen offenen Behälter innerhalb der Maschine.
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Von besonderem Hintergrundinteresse
ist US-A-4 135 642, das einen optischen, automatischen Anzeiger
für einen
tiefen Tonerstand zeigt, der eine Lampe und eine Fotozelle besitzt
sowie eine Wischanordnung innerhalb des Spenders, um dessen Fenster
periodisch zu reinigen. Dieses Patent veranschaulicht einige der
oben und anderswo beschriebenen Schwierigkeiten. Falls das Tonerstanderfassungssystem
ein optisches System ist, speziell eines, das auf dem Fernbleiben
der Unterbrechung eines Lichtstrahls durch den Toner im Behälter beruht,
um so anzuzeigen, dass der Tonerstand in dem Behälter unter einen erwünschten
Stand gefallen ist, wird aus US-A-4 135 643 und aus anderen Quellen ersichtlich,
dass die Verschmutzung entweder des Lichtabstrahlers oder des Lichtempfängers oder -sensors
durch das Tonermaterial den dazwischen fallenden Lichtstrahl ebenso
blockieren und somit das optische Erfassungssystem dazu veranlassen kann,
fälschlicherweise
zu signalisieren, dass im Tonerbehälter immer noch ausreichend
Toner zur Verfügung
steht, selbst wenn dies nicht der Fall ist.
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Wie allgemein bekannt ist, sind solche
Tonerstand- oder „wenig
Toner"-Erkennungs- und Anzeigesysteme
wünschenswert,
um den Maschinenbediener mittels visuellen oder anderen Anzeigen
vor dem nahe bevorstehenden völligen
Aufbrauch des Tonervorrats zu warnen und auf die Notwendigkeit des Austauschs
des Toners hinzuweisen. Wenn der Vorrat an Toner fast erschöpft ist,
kann sich die Dichte des entwickelten Bildes wahrnehmbar vermindern und
sich somit die Kopierqualität
verschlechtern (mit unannehmbar hellen Kopien), und es kann eine
lange Erholungszeitspanne dauern bis der eingesetzte, neue Toner
das passende Träger-Entwickler-Verhältnis in
einem Zwei-Komponenten-Entwicklermischsystem
erreicht, und somit wieder die passende Kopierqualität erzielt
wird. Das bedeutet, dass es extrem unerwünscht ist, dass der Reproduktionsvorrichtung
tatsächlich
der Toner ausgeht. Somit ist es besonders wichtig, ein genaues Signal
zu haben, das anzeigt, dass der Tonerstand einen derart niedrigen Stand
im Tonerspendebehälter
erreicht, dass der Toner ausgetauscht werden sollte, d. h. eine „Frühwarnung" vor einer drohenden
Tonererschöpfung.
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Durch die wichtigen Hintergrundinformationen
sind für
unterschiedliche Anwendungen zur Entfernung der Rückstände des
Toners von der Oberfläche
von sich bewegenden Fotorezeptoren nach der Übertragung eines Tonerbildes
verschiedene Reinigungssysteme mit elektrisch vorgespannten, magnetischen
Bürsten
bekannt. Ein Beispiel wird in US-A-4 116 555 beschrieben.
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Durch weiteres Hintergrundwissen
ist zudem bekannt, dass die beispielhafte, zylindrische, rotierende
Tonerspendepatrone, die hierin weiter unten als ein Beispiel für ein Aufzeichnungsmaterialspendesystem
gezeigt wird, sowie ihre Funktionen und die mit ihr verbundenen
Geräte
in anderen Hinsichten der in US-A-5 495 323 enthüllten Patrone ähnlich sein
kann. Somit müssen
deren Merkmale, die nur von hintergründigem Interesse für die vorliegende
Erfindung sind (wie etwa ihr spezieller, drehbarer Antrieb und ihre
interne Integralschnecke zum Ausrichten und zur Beförderung
des darin enthaltenen Toners in Richtung eines Spenderausgangs,
um so eine Entwicklungseinheit eines xerografischen Druckers auf
Befehl einer Steuerung nachzufüllen),
hierin nicht erneut im Detail beschrieben werden. Ein weiteres Beispiel
für eine
rotierende Schnecke in einem zylindrischen Tonerspender wird in
US-A-5 257 077 enthüllt.
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EP-A-0665475 beschreibt ein Entwicklungsgerät, eine
Prozesspatrone, eine Aufzeichnungsausbildungsvorrichtung und ein
Verfahren zum Montieren der Prozesspatrone. Diese Enthüllung beinhaltet einen
Toneraufbewahrungsbehälter
und eine Restmengenerkennungseinrichtung, die die verbliebene Menge
an Toner erkennt, die der Aufbewahrungsbehälter enthält. Die Tonererkennungseinrichtung
wird mit Hilfe eines Licht abstrahlenden Bauteils und eines Licht
empfangenden Bauteils realisiert, die außerhalb des Toneraufbewahrungsbehälters angebracht sind.
Das Licht kann durch Fenster übertragen
werden. Zudem befindet sich innerhalb des Toneraufbewahrungsbehälters ein
drehbar angebrachtes Reinigungselement, das durch das Rotieren des
Reinigungselements die lichtdurchlässigen Fenster mit Hilfe der
Kanten der Wischblätter
reinigt.
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JP-A-59/166976 beschreibt ein Reinigungssystem
in einem Tonerbehälter,
das eine Oberfläche reinigt,
um die verbliebene Menge des Toners zu erkennen. Der Reiniger ist
eine Rührmaschine
mit einem U-förmigen
Arm, der frei drehbar auf einem Schaft sitzt. Der U-förmige Arm
ist mit einem Magneten ausgestattet, so dass er Toner von der Oberfläche entfernen
kann, wenn der U-förmige
Arm gedreht wird.
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JP-A-63/296070 beschreibt eine Tonerkonzentrationserkennungseinrichtung
und ein System von Magneten, die die Reibung gegen die innere Wand
eines Entwicklerträgerrohrs
in einem Erkennungsbereich verstärken,
wodurch die Oberfläche des
Erkennungsfensters gereinigt wird.
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Gemäß eines Aspekts der vorliegenden
Erfindung wird, wie in dem unabhängigen
Anspruch 1 erklärt,
ein Aufzeichnungsmaterialspendesystem bereit gestellt.
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Zum Erkennen der Anwesenheit, der
Abwesenheit und/oder des Pegelstands von Toner oder anderen zu verbrauchenden
Aufzeichnungsmaterialien innerhalb eines Aufzeichnungsmaterialspendebehälters wird
ein von außerhalb
des Behälters
arbeitendes, optisches Erfassungssystem bereit gestellt, wobei zudem
zur automatischen Reinigung eines optischen Fensterbereichs innerhalb
des Aufzeichnungsmaterialbehälters
ein derartiges einfaches, preiswertes, selbstreinigendes System
mit magnetischen Bürsten
bereit gestellt wird, dass ein optisches Erfassungssystem, das sich
außerhalb
des Behälters befindet,
zur optischen Erkennung der Anwesenheit, der Abwesenheit und/oder
des Pegels von zu verbrauchendem Aufzeichnungsmaterial innerhalb
des Behälters
erstellt werden kann.
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Das enthüllte System kann mit herkömmlichen
Steuersystemen für
Reproduktionssysteme verbunden werden und von diesen mittels geeigneter Arbeitsweise
betrieben und gesteuert werden. Es ist allgemein bekannt und sollte
möglichst
auch beachtet werden, dass das Aufzeichnen, das Drucken, der Papiertransport
sowie andere Steuerungsfunktionen und die Steuerlogik mit Softwareanweisungen
programmiert und ausgeführt
werden, die für
Mikroprozessoren für
herkömmliche
oder gängige
Zwecke gelten, so wie es durch zahlreiche frühere Patente und kommerzielle
Produkte gelehrt wurde. Solche Programme oder eine solche Software
können
sich natürlich
abhängig
von den speziellen Funktionen, Softwaretypen und den benutzten Mikroprozessoren oder
den benutzten anderen Computersystemen unterscheiden, werden aber
für funktionale
wie die hierin dargestellten Beschreibungen und/oder für bereits bekanntes
Wissen über
konventionelle Funktionen zusammen mit den Grundkenntnissen über Software-
und Computerwissenschaften verfügbar
oder ohne übermäßiges Experimentieren
aus diesen ohne weiteres ableitbar sein. Alternativ können das
enthüllte
Steuerungssystem oder das enthüllte
Steuerungsverfahren teilweise oder ganz in die Hardware implementiert
werden, indem standardmäßige Logikkreisläufe oder
ein Ein-Chip-VLSI-Design verwendet werden. Die resultierenden Steuersignale
können
auf herkömmliche
Art in programmierten Schritten oder Sequenzen verschiedene herkömmliche,
elektrische Schaltmagnet- oder nockengesteuerte Motoren oder Kupplungen
oder andere Komponenten aktivieren.
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Zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung wird nun – ausschließlich als Beispiel – auf die
begleitenden Zeichnungen verwiesen, von denen
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1 eine
perspektivische Explosionszeichnung eines Tonerspendebehälters für eine xerografische
Reproduktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische Frontalansicht des Behälters aus 1 ist, hier gezeigt als Querschnittsansicht
der Vorderseite und eingesetzt in die Reproduktionsvorrichtung;
und
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3 eine
schematische Unterseitenansicht der Ausführungsform aus 2 ist, bei der der Behälter zur
besseren Sichtbarkeit teilweise im Querschnitt dargestellt ist.
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In der nun folgenden, mit Verweisen
auf die Figuren versehenen, detaillierten Beschreibung dieser beispielhaften
Ausführungsform,
werden nur die relevanten Teile veranschaulicht, da es keinen Grund gibt,
den Rest einer ansonsten konventionellen Reproduktionsmaschine und
ihres Aufzeichnungssystems zu zeigen, wie sie schon in US-A-5 498
323 etc. dargestellt und oben beschrieben wurden.
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Die Reproduktionsmaschine wird, wie
in US-A-5 495 323 oder anderswo beschrieben, auf herkömmliche
Art von einer im Allgemeinen zylindrischen, austauschbaren, sich
drehenden Tonerspendeflasche oder einem dementsprechenden Tonerbehälter 14 mit
einem konventionellen, zu verbrauchenden Toner oder einem Toner
inklusive Träger
(einem Aufzeichnungsmaterial 12) versorgt. Das verbesserte
optische Tonerstanderfassungssystem 20 liefert dem Benutzer
eine einfache, aber genauere Frühwarnung,
dass der Behälter 14 leer
ist oder im Begriff ist auszugehen, und stellt zudem eine interne
selbständige
Reinigungsfunktion bereit.
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Wir verweisen nun auf die 2 und 3. Es wurde herausgefunden, dass ein
optisches 2-Komponenten-Erfassungssystem mit einem Emitter 22 und
einem Detektor 24 auf sich gegenüber liegenden Seiten des Tonerbehälters 14 – um dazwischen
einen effektiven Lichtstrahl 26 an einem bestimmten Pegelstand
durch den unteren Teil des Behälters 14 zu schicken – einen
hohen Signal-Rausch-Abstand liefert. Da sich sowohl der Emitter 22 als
auch der Detektor 24 vollständig außerhalb des Tonerbehälters 14 befinden,
vermeiden beide zudem Probleme durch Tonerverschmutzung, wie sie
oben erläutert wurden.
Somit signalisiert das Erkennen des Lichts von Emitter 22 durch
den Detektor 24 der Maschinensteuerung 100 die
Abwesenheit von genügend
verbliebenem Toner in Behälter 14.
Dementsprechend signalisiert die erfasste Blockade des Lichtstrahls 26 durch
den Detektor 24 (möglichst
mit einer Zeitverzögerung
oder einer Integration) der Steuerung 100 die Anwesenheit
von genügend
verbliebenem Toner im Versorgungsbehälter 14. Verschiedenste
kommerzielle Komponenten können
für den
Lichtemitter 22 und den Detektor 24 des optischen
Tonerstanderfassungssystems 20 benutzt werden. In dieser
beispielhaften Ausführungsform
könnte
zum Beispiel ein kommerzieller, optischer, durchlässiger Sensor 24, wie
etwa das Modell 130K54561 von Optek Technology, Inc. verwendet werden.
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Es wurde jedoch als bedeutendes Problem bei
solchen optischen Tonerstanderfassungssystemen 20 erkannt,
dass Toner, der an der Innenwand/den Innenwänden von Behälter 14 haften bleibt,
die erkennbare optische Strahldichte des Emitters 22 auf
ein Maß unter
der effektiven Empfindlichkeit des Detektors 24 reduzieren
kann, im Besonderen falls das optische Erfassungssystem mit Tonerbehältern 14 verwendet
wird, die recyclet oder erneut verwendet werden. Typische, preiswerte
Reinigungsprozesse entfernen diese Tonerverunreinigungen für diesen
Zweck nicht ausreichend von den In nenseiten des Behälters 14.
Es wird angenommen, dass diese Tonerverunreinigungen der Wände des Behälters 14,
die diese Unterbrechung des Lichtstrahls 26 verursachen,
aufgrund von statischen elektrischen Ladungen und Tonerzugaben zustande kommen.
Diese Tonerverunreinigungen werden durch das Drehen des Behälters 14 per
se oder durch Hämmern,
Klopfen oder andere derartige, typisch mechanische Beeinflussungen
des Tonerbehälters, wie
sie zur Unterstützung
des Tonerspendens verwendet werden, nicht ausreichend entfernt.
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Der hier betrachtete Tonerbehälter ist
ein Behälter
herkömmlicher
Art mit einer relativ dünnen Wand,
der aus einem passenden, konventionellen, lichtdurchlässigen Plastik
gebildet wurde, wie etwa aus Polyethylen mit einer hohen Dichte,
um so für das
optische Erfassungssystem 20 ohne das oben erläuterte Problem
der Tonerverunreinigung ausreichend optisch lichtdurchlässig zu
sein. Es sollte jedoch erwähnt
sein, dass der Behälter 14 nur
in dem Bereich lichtdurchlässig
sein muss, durch den der Lichtstrahl 26 fällt.
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Das vorliegende System liefert einen
automatisch gereinigten Fensterbereich innerhalb des Behälters 14,
um optische Durchlässigkeit
des Lichtstrahls 26 dieses optischen Erfassungssystems 20 durch
beide sich gegenüberliegende
Seiten des Behälters 14 zu
gewährleisten.
Dies wird hier durch einen einfach befestigten, an einer passenden
Stelle angebrachten Magneten 30 erreicht, der mit einem Teil
des Aufzeichnungsmaterials innerhalb des Behälters 14 in Wechselwirkung
steht. Der Magnet 30 wird außerhalb des rotierenden Tonerbehälters 14 – unkritisch,
aber dennoch relativ nah – angebracht. Der
Magnet 30 wird so angebracht, dass er sich entlang der
Achse des Behälters 14 auf
mindestens dem Bereich des Wegs des Lichtstrahls 26 des
optischen Erfassungssystems 20 erstreckt, oder, wie in 3 gezeigt, über die
ganze Länge
des Behälters 14.
Der Magnet 30 hat einen magnetischen Feldfluss, der sich
in den angrenzenden Teil des Behälters 14 erstreckt,
um darin aus einer kleinen Menge des magnetisch anziehbaren Aufzeichnungsmaterials 12 eine magnetische
Bürste 12a zu
bilden. Es gibt bekannte, magnetische 1-Komponenten-Tonersysteme,
bei denen das System angewendet werden kann. In diesem Beispiel
ist der Toner jedoch nicht eisenhaltig und nicht magnetisch anziehbar,
er ist allerdings mit Trägerkügelchen
versetzt, welche eben dies sind. Dieses magnetische Flussfeld kann
das darin enthaltene Trägerkugelmaterial
ausrichten und halten. Dieses Beispiel eines 2-Komponenten-Aufzeichnungsmaterials 12 mit
Stahl, Ferrit oder anderen magnetisch anziehbaren Trägerkügelchen
ist typisch für
ein sogenanntes „Berieselungs-Entwicklungs"-System, bei dem
ein kleiner Prozentsatz eines solchen Trägermaterials dem Tonermaterial
zuvor beigemischt wurde und mit ihm ausgegeben wird, um so auch
den Träger
in der Drucker(10)-Entwicklungseinheit, welcher das Material
von Behälter 14 aus
zugeführt
wird, schrittweise zu ersetzen. Dieses magnetisch anziehbare Material
wird in Richtung des Magneten 30 und somit in Richtung
der Innenseite des Tonerbehälters 14 gezogen – zumindest
im Bereich 14a derselben, der dem Bereich des Magneten 30 entspricht –, und stationär gegen
diese gedrückt.
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Wenn der Behälter 14 rotiert, dann
wischt oder fegt diese magnetische Bürste zumindest einen ringförmigen Bereich 14a des
Fensters mit einer der Länge
des Magneten 30 entsprechenden Breite innerhalb des Behälters 14 sauber.
Dieser gereinigte, „durchsichtige" Fensterbereich 14a liegt
dort, wo der Weg des Lichtstrahls 26 des optischen Erfassungssystems 20 durch
den Behälter 14 verläuft, wodurch das
oben erläuterte
Problem der Tonerverschmutzung des optischen Erfassungssystems 20 behoben wird.
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Die Größe oder Stärke des Magneten 30 ist nicht
kritisch, wird aber empirisch ausgewählt, um eine ausreichend große Anziehungskraft
zu liefern, mit der eine solche Reinigung des optischen Erfassungssystems 20 mit
der magnetischen Bürste 12a ohne übermäßiges Reiben
oder Zerren gewährleistet wird.
Diese variiert natürlich
abhängig
vom jeweiligen Aufzeichnungsmaterial und dem jeweiligen Behälter, etc.
Der Magnet 30 kann wie in 2 gezeigt
angebracht werden, d. h. er wird unterhalb des optischen Detektors 24 und
unter dem Behälter 14 angebracht, um
so die magnetische Reinigungsbürste 12a in
der Nähe
des Bodens von Behälter 14 zu
bilden.
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Es gibt zusätzliche Merkmale und Funktionen
des Magneten 30 oder dessen Alternativen, die sich nicht
auf das Reinigen eines Fensterbereichs für den optischen Sensor beschränken. Der
Magnet 30 kann dazu benutzt werden, sicher zu stellen,
dass das meiste oder fast das gesamte Aufzeichnungsmaterial von
den Innenwänden
des Behälters 14 abgelöst und abgekratzt
wird, wodurch es auf den Boden des Behälters 14 herab fällt und
ausgegeben werden kann. Dies verringert das übermäßige, nicht ausgegebene und
somit verschwendete Material im Behälter, bevor dieser ausgetauscht
wird; Material, das sonst während
des Recyclingvorgangs des benutzten Behälters ausgewaschen und wieder
geborgen werden muss. Zu diesem Zweck könnte der Magnet 30 optional
im Wesentlichen auf die gesamte Achsenlänge des Behälters 14 ausgedehnt
werden, wie es in der Bodenansicht von 3 gezeigt wird, um dadurch auf der vollen
Länge des
Behälterinneren eine
magnetische Reinigungsbürste 12a auszubilden.
Außerdem
kann der Magnet, falls er nur dazu verwendet werden soll zu helfen,
in dieser Art übermäßiges Material
aus dem Behälter
auszuwaschen, in anderen radialen Positionen um die Rotationsachse
angebracht werden.