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Flüssigkeitsmengendetektor
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge
in einem Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise der Menge an Entwicklerflüssigkeit
in einer Flüssigkeitsentwicklungseinrichtung einer Kopiermaschine.
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Gewöhnlich wird bei Kopiermaschinen mit flüssiger Entwicklung der
Toner in der Entwicklerflüssigkeit beim Kopierprozeß verbraucht, so daß seine Konzentration
abnimmt, während gleichzeitig außerdem die Menge der Trägerflüssigkeit abnimmt,
wodurch die Menge der Entwicklerflüssigkeit in der Entwicklungseinrichtung abnimmt.
Zur Schaffung guter Kopien ist es daher nicht nur wichtig, daß manchmal Toner oder
konzentrierte
Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Konzentration zugeführt wird,
sondern auch daß bei Abnahme der Flüssigkeitsmenge eine Warnung erfolgt oder Trägerflüssigkeit
zugeführt wird, um eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aufrechtzuerhalten.
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Die Ermittlung der Flüssigkeitsmenge im Entwicklerbehälter erfolgte
bisher durch Ermitteln der Position eines Schwinmers auf der Flüssigkeitsoberfläche,
durch direkte optische Erfassung der Flüssigkeitsoberfläche oder durch Messung des
elektrischen Widerstands der Flüssigkeit entsprechend dem Differential der Flüssigkeitsmenge.
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Die Ermittlung unter Verwendung eines Schwimmers war mit Schwierigkeiten
beim Einbau des Schwimmers verbunden, erforderte außerdem einen anderen Schalter
zur Ermittlung der Position des Schwimmers und litt außerdem an Feststellungs-oder
Detektorfehlern infolge der Vibration der Flüssigkeitsoberfläche.
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Die optische Methode der direkten Feststellung des Niveaus der FlUssigkeitsoberfläche
unter Verwendung einer Lichtquelle und eines photoelektrischen Elements im Behälter
erwies sich insofern als problematisch, daß sich Toner- oder andere Staubpartikel
im Falle eines niedrigen Flüssigkeitsstandes auf dem frailiegenden photoelektrischen
Element absetzten und verfestigten'und damit die Detektorgenauigkeit verschlechterten,
oder insofern, daß Detektorfehler durch die Vibration der
Flüssigkeitsoberfläche
hervorgerufen wurden.
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Die Erfassung der Flüssigkeitsmenge über den elektrischen Widerstand
der Flüssigkeit kann die Flüssigkeit elektrisch negativ beeinflussen und ist daher
für die Erfassung der Menge einer Entwicklerflüssigkeit nicht geeignet.
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Wenn sich der Flüssigkeitsstand verringert, tritt gewöhnlich auch
der Fall auf, daß die von einer Pumpe angesaugte Luft in die Entwicklerflüssigkeit
gepumpt wird mit dem Ergebnis, daß sich aus der Luft Blasen bilden und die Luft
mit der Entwicklerflüssigkeit vermischt wird. Wenn der Entwicklungsbetrieb fortgesetzt
wird, während solche Blasen erzeugt werden und in der Flüssigkeit bleiben, ergeben
sich Kopien, die stark unregelmäßig entwickelt sind oder deren Qualität in anderer
Weise verschlechtert ist.
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Diese Nachteile konnten durch keine der bekannten Detektormethoden
schnell überwunden werden.
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Es gibt darüber hinaus eine bekannte Methode zur Ermittlung der Konzentration
von Entwicklerflüssigkeit durch Ermitteln des Durchlässigkeitsgrads der Flüssigkeit
mit Hilfe von die Flüssigkeit durchsetzenden Lichts. Um jedoch die Menge und die
Konzentration von Entwicklerflüssigkeit zu ermitteln und zusätzlich die Menge und
die Konzentration der Flüssigkeit auf bestimmten Werten zu halten, müssen unterschiedliche
Detektoreinrichtungen
in der Entwicklereinrichtung angeordnet werden, was ziemlich lästig ist.
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Aufgabe -der Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsmengendete¢kpr zu
schaffen, der nicht mit den Nachteilen behaftet ist, die dem Stand der Technik eigen
sind, und der kaum an Detektorfehlern aufgrund der Vibration der Flüssigkeitsoberfläche,
an einem Beflecken des Detektorelements oder anderen Faktoren leidet. Der zu schaffende
Flüssigkeitsmengendetektor soll in einem einzigen Detektorelement die Funktionen
der Ermittlung der Konzentration der Flüssigkeit und der Ermittlung der Flüssigkeitsmenge
ausführen. Der zu schaffende Flüssigkeitmengendetektor soll darüber hinaus schnell
eine Verschlechterung der Kopien verhindern können, die infolge der Anwesenheit
von Blasen in der in einer Kopiermaschine verwendeten Entwicklerflüssigkeit auftreten
würden.
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Dabei soll-beim zu schaffenden Flüssigkeitsmengendetektor ein Detektorsignal
für Blasen von einem Detektorsignal für die Konzentration gesteuert werden, um eine
sehr genaue Ermittlung zu erzielen. Ferner soll der zu schaffende Flüssigkeitsmengendetektor
nach Ermitteln einer Abnahme der Flüssigkeitsmenge den Betrieb der Kopiermaschine
oder von etwas Ähnlichem unterbrechen sowie die Tonerzufuhr aufgrund eines Unterscheidungssignals
für eine Konzentrationsabnahme unterbrechen. Schließlich soll der zu schaffende
Flüssigkeitmengendetektor beim Betrieb zur Zufuhr von Toner entsprechend dem Unterscheidungssignal
für die Konzentrationsabnahme noch einen -Alarm erzeugen,
wenn
die Konzentration weiter abnimmt, bis die Flüssigkeit fast transparent wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Gemäß der Erfindung können mit der Flüssigkeit vermischte Blasen,
wenn die Flüssigkeitsmenge abnimmt, von einem scharfen Konzentrationsanstieg (scharfe
Transparenzabnahme) oder von der Wechselstromkomponente des Konzentrationssignals
ermittelt werden, um dadurch zu ermöglichen, daß die Flüssigkeitsmengenabnahme diskriminiert
wird. Die vorliegende Erfindung, die die Bildung von Blasen auffängt, um die Flüssigkeitsmengenermittlung
durchzuführen, ist daher insofern sehr wirksam, daß eine Verschlechterung der Bildqualität
schnell verhindert wird und daß die Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung zur
Ermittlung des Flüssigkeitsstands überflüssig wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt einer FlüssigkeitS-entwicklereinrichtung,
die mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektor versehen ist,
Fig.
2 einen Querschnitt des Detektorteils des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektors,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel des erEindungsgemåßen Detektorteils
von oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche gesehen, Fig. 4(a) und (b) eine perspektivische
Ansicht bzw. einen Querschnitt eines anderen Beispiels des erfindungsgemäßen Detektorteils,
Fig. 5 einen Querschnitt einer Flüssigkeitsentwicklereinrichtung, die mit einem
anderen Beispiel des erfindungsgemäßen Detektorteils versehen ist, Fig. 6(a) und
(b) eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf noch ein anderes Beispiel
des erfindungsgemäßen Detektorteils, Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer anderen
Flüssigkeitsentwicklereinrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektor
versehen ist,
Fig. 8 ein Diagramm, das die Vibration der von einem
Detektorelement im erfindungsgemäßen Detektor empfangenen Lichtmenge, wenn Blasen
in die Flüssigkeit gemischt werden, veranschaulicht, Fig. 9 schematisch ein Beispiel
der Schaltung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektors, Fig. 10 Signalwellenformen
an verschiedenen Anschlußpunkten in Fig. 9, Fig. 11 schematisch ein anderes Beispiel
einer Schaltung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektors, Fig. 12 ein weiteres
Beispiel des Flüssigkeitsmengendetektorsystems vOn Fig. 9, Fig. 13 schematisch eine
zusätzliche Schaltung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet ist und Fig.
14 ein Zeitdiagramm verschiedener Signale in Fig. i3.
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In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Flüssigkeitsentwicklereinrichtung
gezeigt,
in die Entwicklerflüssigkeit hochgepumpt wird. Die Einrichtung enthält einen Entwicklerbehälter
1, eine Entwicklerführungsplatte 2, die die Entwicklerstation bildet, eine Pumpe
3, ein optisches oder akustisches Detektorelement 4 zur Ermittlung von Blasen oder
der Konzentration, ein Entwicklerflüssigkeitsbecken 5 und einen elektrischen Motor
6 zur Drehung der Pumpe. Mit 7 ist ein photoempfindliches Medium bezeichnet, das
um eine Kopiertrommel gewickelt ist.
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Während des Kopierbetriebs füllt die Entwicklerflüssigkeitsmenge,
die mittels der vom Rotor 6 angetriebenen Pumpe 3 ausgepumpt wird, den freien Raum
zwischen der Entwicklerführungsplatte 2 und dem photoempfindlichen Medium 7, um
ein latentes elektrostatisches Bild auf diesem in ein sichtbares Bild zu entwickeln,
worauf die Menge Entwicklerflüssigkeit in den Behälter 1 zurückgeführt wird. Durch
einen solchen kontinuierlich wiederholten Betrieb nimmt der Toner in der Entwicklerflüssigkeit
5 notwendigerweise ab, so daß die Konzentration und die Menge der Flüssigkeit im
Entwicklerbehälter 1 reduziert wird.
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Wenn die Entwicklerflüssigkeit in einer bestimmten Menge bleibt,
dient das Detektorelement 4 als Konzentrationsdetektorelement, dessen Detektorsignal
an eine bekannte Konzentrationsdiskriminatorschaltung angelegt wird. Wenn die Konzentration
unter den festgelegten Wert fällt, betätigt das Detektorsignal ein elektromagnetisches
Ventil zur Zufuhr von frischem Toner.
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Wenn dann die Menge der Entwicklerflüssigkeit abnimmt
und
der Flüssigkeitsstand in der Nähe der Pumpe 3 sinkt, wobei Blasen in die Flüssigkeit
gemischt werden, wirkt das Detektorelement 4 als ein Flüssigkeitmengendetektorelement.
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In diesem Fall arbeitet die Pumpe 3, um die Entwicklerflüssigkeit
auf die Entwicklerführungsplatte 2 zu pumpen, und zwar unabhängig davon, ob der
Pumpenflügel Luft ausgesetzt ist oder unter der Flüssigkeitsoberfläche liegt; daher
gibt die Pumpe eine Kraft ab, die Luft in die Entwicklerflüssigkeit saugt, so daß
sich aus dieser Luft Blasen bilden, die mit der Flüssigkeit in Umlauf gebracht werden.
Um solche Blasen festzustellen, ist das Detektorelement 4 in der Nähe der Pumpe
3 angeordnet.
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Das vom Detektorelement erzeugte Detektorsignal wird als Eingang an
die erfindungsgemäße Diskriminatorschaltung für die Flüssigkeitsmenge angelegt,
deren Ausgang zu einer Anzeige führt oder den Maschinenbetrieb stoppt.
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Die Erzeugung von Blasen aufgrund einer Absenkung des Flüssigkeitsstands
ist bei Flüssigkeitsumlaufsystemen,wie einem Rührflügel, einem Flüssigkeitsversorgungsrohr
etc., die normalerweise unter dem Flüssigkeitsniveau liegen, üblich.
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Das Detektorelement 4, das, obwohl es innerhalb der Flüssigkeit liegt,
dennoch das Absenken des Flüssigkeitsniveaus feststellen kann, wird ständig von
der Flüssigkeit abgewaschen.
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Daher ist das Detektorelement 4 keinerauf ihm stattfindenden Ablagerung
und Verfestigung von Tonerpartikeln ausgesetzt, was zu dem großen Vorteil der Erfindung
führt, daß nur ein
geringer oder gar kein Detektorfehler existiert.
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Fig. 2 zeigt eine spezielle Form des Detektorelements 4 zur Ermittlung
von Blasen und zur Ermittlung der Konzentration im erfindungsgemäßen Flüssigkeitsmengendetektor.
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Das Detektorelement enthält eine Lichtquelle 8, wie eine Lampe oder
ähnliches, und ein lichtempfindliches Element 9, wie eine CdS-Zelle oder ähnliches.
Die Lichtquelle 8 und das lichtempfindliche oder lichtaufnehmende Element 9 sind
gegenüberliegend angeordnet, wobei sich zwischen ihnen der transparente Teil 11
einer Leitung 10 befindet, durch die die Entwicklerflüssigkeit von der Pumpe abgegeben
wird. Das lichtempfindliche Element 9 ist abgeschirmt, so daß kein anderes als das
erforderliche Licht auftreffen kann. Ein Ende der Leitung 10 ist nahe des Flügels
der Pumpe 3 offen, während das andere Ende so angeordnet ist, das, wenn das Flüssigkeitsniveau
in der Nähe der Pumpe 3 absinkt, die angesaugte Luft in Form von Blasen in die Leitung
eingeführt werden kann. Falls die Leitung 10 in der in Fig. 5 gezeigten Weise gebogen
ist, besteht keine Gefahr, daß das lichtempfindliche Element oberhalb des Flüssigkeitsniveaus
freiliegt.
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Das Detektorelement 4 kann alternativ auf einem Rohr 20 angeordnet
sein, das dazu dient, die Flüssigkeit von der Pumpe rauf zur Flüssigkeitsführungsplatte
2 zu fördern.
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Bei einem Zustand der Flüssigkeit, bei dem die
Konzentration
der in die Leitung 10 eingeführten Flüssigkeit abgenommen hat, die Menge der Flüssigkeit
jedoch nicht so weit verringert ist, daß sich Blasen mit ihr vermischen könnten,
liegt das Detektorsignal des lichtempfindlichen Elements 9 in Form einer Widerstandsänderung
entsprechend einem langsamen Anstieg der durch die Entwicklerflüssigkeit laufenden
Lichtmenge vor, wie dies durch die gestrichelte Linie in der Darstellung von Fig.
8 angedeutet ist. Wenn jedoch die Menge der Entwicklerflüssigkeit abnimmt, tauchen
Blasen in der Flüssigkeit auf und werden in d Leitung 10 geführt, wie bereits angegeben.
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Im letzteren Fall wird der Teil der Entwicklerflüssigkeit, der den
Blasen entspricht, eine steile Transparenzzunahme erfahren, so daß das Detektorsignal
des lichtempfindlichen Elements 9 in Form einer Widerstandsänderung vorliegt, die
der scharfen Änderung der durch die Entwicklerflüssigkeit laufenden Lichtmenge entspricht,
wie dies durch die ausgezogene Linie in der Darstellung von Fig. 8 angedeutet ist.
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Wie noch weiter beschrieben wird, werden gemäß der Erfindung Blasen
aus einer steilen bzw. plötzlichen Veränderung des Widerstands des lichtempfindlichen
Elements 9 oder aus einer Widerstandsänderung in Form eines wiederholten Ansteigens
und Abfallens innerhalb einer kurzen Zeit ermittelt und die verringerte Flüssigkeitsmenge
entsprechend des dabei erzeugten Detektorsignals diskriminiert.
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Die Fig. 3 bis 7 zeigen einige Anordnungen des Detektorelements 4
(beispielsweise- die Lichtquelle 8 und das lichtempfindliche bzw. lichtaufnehmende
Element 9), die für die Feststellung der Blasen geeignet sind.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Detektorteil von Fig. 2, gesehen
von oberhalb des Flüssigkeitsniveaus.
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Der transparente-Teil 1i derLeitung 10 ist im Querschnitt reduziert.
Dadurch kann gegenüber der Anordnung von Fig. 2 das von der Lichtquelle 8 ausgehende
und den transparenten Teil durchlaufende Licht wesentlich erhöht werden; dies führt
zu einem erheblichen Anstieg im Verhältnis der Blasen zur Flüssigkeit in diesem
Teil und demgemäß zu einem höheren Detektorausgang des lichtempfindlichen Elements
9.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der das Paar aus Lichtquelle 8 und
lichtempfindlichem Element 9 parallel zur Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist,
wie dies bei (a) gezeigt ist, und zwar auf einem Niveau1 das dem oberen Teil derLeitung
10 entspricht, wie dies in (b) gezeigt ist. Bei einer solchen Anordnung kann die
Erzeugung von Blasen, die sich ursprünglich entlang des oberen Teils der Leitung
10 bewegen, schnell erfaßt werden, und das Verhältnis von Blasen zu Flüssigkeit
kann in diesem Teil höher sein, wodurch der Detektorausgang erhöht wird.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung bei der ein
transparentes
Pufferteil 1.2 zur Speicherung von Blasen in die Leitung 10 eingesetzt-ist, so daß-die
das Pufferteil 12 durchlaufende Lichtmenge vom Detektorelement .4 ermittelt werden
kann. Auf diese Weise kann ein Detektorausgangssignalgeliefert werden, das der Menge
an erzeugten Blasen entspricht, so daß dementsprechend die Ermittlung einer Blasenerzeugung
leichter und mit höherer Genauigkeit durchgeführt- werden kann.
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Die im Pufferteil 12 gespeicherte Luft kann durch manuelles öffnen
eines Steckers oder ähnlichem nach Auffüllen der Flüssigkeit abgelassen werden.
Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, daß das Pufferteil 12 in eine Stellung
entgegengesetzt der in Fig. 5 gezeigten verschoben wird, d.h. in eine Stellung,
in der es unter der Leitung 10 liegt.
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Die Fig. 6(a) und (b) sind eine perspektivische Ansicht bzw. ein
Horizontalquerschnitt einer Anordnung, bei der die Leitung 10 außerhalb des Entwicklerbehälters
1 verläuft und mit einem transparenten Teil 11 versehen ist, so daß die Blasen durch
Zusammenwirken von Lichtquelle 8 und lichtempfindlichem Element 9 erfaßt werden
können. Diese Anordnung erlaubt ein einfaches Auswechseln der Lichtquelle 8, wenn
deren Faden gebrochen ist.
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Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Entwicklereinrichtung,
bei der die vorliegende Erfindung angewendet ist und beidrdas photoempfindliche
Medium 7, das um die Kopiertrommel gewickelt. ist, direkt in die Entwicklerflüssigkeit
5
innerhalb des Entwicklerbehälters 4 eingetaucht ist, um dadurch das latente Bild
zu entwickeln. Ein Flügel 13 dient dazu, die Entwicklerflüssigkeit 5 umzurühren;
das Detektorelement 4 ist nahe des Flügels 13 angeordnet, um bei einer Abnahme der
Entwicklerflüssigkeitsmenge vom Flügel 13 erzeugte Blasen zu erfassen.
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Bei weder der verschiedenen Formen des oben beschriebenen Detektorteils
ist es auch möglich, einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger anstelle
der Lichtquelle 8 bzw. des lichtempfindli¢hen Elements 9 zu verwenden, um die Abnahme
der Entwicklerflüssigkeitsmenge aus einer von den Blasen hervorgerufenen Variation
des Schalldrucks zu ermitteln; ebenfalls ist es möglich, eine Elektrode dazu zu
verwenden, die Änderung der Flüssigkeitsmenge über die von den Blasen hervorgerufene
Änderung der elektrostatischen Kapazität zu ermitteln. Bei jeder der verschiedenen
Formen ist es außerdem möglich, die Stellen der Lichtquelle 8 und des lichtempfindlichen
Elements 9 zu verändern, um-die Änderung der Menge des sohn den Blasen reflektierten
Lichts zu erfassen.
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Im folgenden wird auf die Fig. 9 bis 11 Bezug genommen, um zwei Methoden
der Diskriminierung der Flüssigkeitsmengenabnahme entsprechend einem von der Anwesenheit
der Blasen herüührenden Signal zu erläutern, sowie ein Beispiel einer Schaltung
zur ;zuführung von Toner bei einer festgelegten Konzentiation oder niedriger zu
erläutern. Gemäß Fig. 9 ist ein Anschluß des lichtempfindlichen Elements 9
mit
einem Anschluß 3 eines Operationsverstärkers Q1 und über einen Kondensator C3 mit
einem Transistor Q5 verbunden.
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Wenn die Konzentration der Entwicklerflüssigkeit infolge einer wiederholten
Entwicklung allmählich abnimmt, fällt der Widerstandswert des lichtempfindlichen
Elements 9, wie bereits angegeben, so daß das Eingangspotential am Anschluß 3 des
Operationsverstärkers Q1 ansteigt. Wenn dieses Potential größer als das mittels
eines variablen Widerstands VR am Anschluß 2 des Verstärkers Q1 voreingestellte
potentialwird, ergibt sich am Anschluß 6 des Verstärkers Ql ein Ausgangspotential.
Dieses Ausgangspotential führt dazu, daß ein Signal an den Gate-Anschluß eines Thyristors
Q2 angelegt wird.
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Wenn eine Tonerzuführzeitgeberschaltung SW unter dieser Voraussetzung
geschlossen ist, wird über ein Solenoid SL an den Thyristor Q2 die Spannung einer
Spannungsquelle YDC angelegt, so daß der Thyristor Q2 leitet und das Solenoid erregt.
Durch die Wirkung des so erregten Solenoids wird aus einem nicht dargestellten Tonerauffüllbehälter
oder ähnlichem Toner an die Entwicklerflüssigkeit geliefert. Der Tonerversorgungszeitgeberschalter
SW dient dazu, zu verhindern, daß der Thyristor Q2 gezündet bleibt, und dient außerdem
dazu, den Toner intermittierend zuzuführen, damit eine.übermäßige Zufuhr vermieden
wird. Der Tonerversorgungszeitgeberschalter SW kann aus einem Nocken und einem Mikroschalter
gebildet sein, der an einer Drehscheibe befestigt ist, die ein Folgesteuerelement
in einer Kopiermaschine darstellt. Alternativ kann der Schalter SW durch eine Auflade-Entlade-Schaltung
enthaltend einen Kondensator und
einen Widerstand schaltergesteuert
sein, so daß er bei einem geeigneten Zeitintervall geöffnet und geschlossen wird.
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Wenn die Konzentration der Entwicklerflüssigkeit zugenommen hat,
steigt der Widerstandswert des lichtempfindlichen Elements 9 an, so daß das Eingangspotential
am Anschluß 3 des Operationsverstärkers Ql abfällt. Wenn dieses Potential unter
das Potential am Anschluß 2 des Verstärkers Q1 fällt, nimmt das Potential am Anschluß
6 des Verstärkers Q1 ab, so daß der Thyristor Q2 nicht mehr getriggert wird. Unter
dieser Voraussetzung leitet der Thyristor Q2 auch dann nicht, wenn der Tonerversorgungszeitgeberschalter
SW geschlossen ist, so daß das Solenoid SL nicht erregt wird und daher eine Tonerzufuhr
nicht stattfindet. Bei der oben beschriebenen Konzentrationsveränderung der Entwicklerflüssigkeit
ist es unmöglich, daß der Toner plötzlich abfällt oder ansteigt, so daß die zeitliche
Änderung des Widerstands des lichtempfindlichen Elements 9 klein ist, d.h. die zeitliche
Änderung des Spannungsabfalls am Element 9 ist gering. Wenn jedoch in der Entwicklerflüssigkeit
Blasen erzeugt werden, wird die zeitliche Änderung des Spannungsabfalls am lichtempfindlichen
Element 9 größer, wie in Fig. 8 gezeigt.
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Ein erstes Diskriminatorsystem der Erfindung ist ein solches, das
die Abnahme der Lichtmenge entsprechend einer solchen scharfen oder steilen Änderung
des Detektorausgangs diskriminiert. Das lichtempfindliche Element 9 ist
über
einen Kondensator C3 mit einer Detektorschaltung für die FlüssigkeitnLenge verbunden,
und die Basis eines Transistors Q5 ist mit einem variablen Widerstand VR2 und einem
Transistor Q4 verbunden.
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Die Arbeitsweise wird-im folgenden beschrieben.
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Infolge der steilen Spannungsänderung, die vom scharfen Abfall des
Widerstandswerts des lichtempfindlichen Elements 9 herrührt, wird das Potential
am Verbindungspunkt zwischen dem lichtempfindlichen Element 9 und dem Widerstand
R1 über den Kondensator C3 auf die Basis des Transistors Q5 gegeben. Genauer gesagt,
da die Impedanz des Kondensators C3 für eine zeitlich langsande Änderung des Potentials
an diesem Verbindungspunkt ausreichend groß und für eine steile zeitliche Änderung
des Potentials an diesem Verbindungspunkt ausreichend klein ist, wird eine Spannung
nahe der Versorgungsspannung VDC über den Kondensator C3 an die Basis des Transistors
Q5 angelegt. Der Transistor Q5 wird dadurch leitend und sein Emitterpotential steigt
wegen des Widerstands R11 an. Wenn dieses Potential einen Wert über der Triggerspannung
einer Triggerdiode Q6 errreicht, leitet diese Triggerdiode und legt ein Triggersignal
an den Gate-Anschluß eines Thyristors Q7 an.
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Der Thyristor Q7 wird dadurch leitend und erregt die Spule eines Relais
RL. Mittels eines Kontakts dieses Relais wird eine Flüssigkeitsmengenabnahme angezeigt
oder ein Zuführventil für das Auffüllen der Flüssigkeit betätigt oder der Kopierbetrieb
unterbrochen.
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Die Widerstandswerte der Widerstände R10 und VR2 sind so eingestellt,
daß die Triggerdiode Q6 nicht leitet, solange sich nicht der Kondensator C3 in einem
kurzgeschlossenen Zustand befindet, d.h. solange nicht das lichtempfindliche Element
9 Blasen festgestellt hat.
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Eine aus Widerständen R7, R8, R9, einem Kondensator C2 und Transistoren
Q3, Q4 gebildete Zeitsteuerschaltung dient dazu; zu verhindern, daß das Emitterpotential
des Transistors Q5 infolge eines momentanen Kurzschlußzustands des Kondensators
C3 unmittelbar nach Anlegen der Versorgungsspannung VDc an steigt und die Triggerdiode
Q6 leitend macht.
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Genauer gesagt, befindet sich der Kondensator C2 in der Zeitsteuerschaltung
etwa in kurzgeschlossenem Zustand während einer kurzen Zenit unmittelbar nach Anlegen
der Versorgungsspannung VDc, so daß das Basispotential des Transistor Q3 zu niedrig
ist, um diesen Transistor zu betreiben. Dementsprechendliegtdas Basispotential des
Transistors Q4 nahe der Versorgungsspannung, so daß dieser Transistor arbeitet mit
der Ergebnis, daß das Basispotential des Transistors Q5 etwa Null ist; dadurch steigt
das Emitterpotential des Transistor Q5 nicht an, und es wird verhindert, daß die
Triggerdiode Q6 leitet.
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Fig. 11 zeigt schematisch die Schaltung des Flüssigkeitsmengendiskriminators
eines zweiten Systems der Erfindung. Die Wirkung dieser Schaltung ist graphisch
in Fig. 10 dargestellt.
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Gemäß diesem System wird die wiederholte auf der Anwesenheit von
Blasen beruhende Änderung der Menge des durchlaufenden Lichts wie dargestellt (eine
solche Änderung ist eine Wechselstromkomponente) angelegt, um zu unterscheiden,
ob die Flüssigkeitsmenge auf ihrem Maximalwert ist oder nicht; das Ergebnis wird
ausgegeben. Dieses System ist frei von fehlerhaften Ermittlungen und kann einen
sehr genauen Detektorausgang erzeugen.
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Bei der-vorliegenden Schaltung wird außerdem das von der Wechselstromkomponente
gelieferte Signal mittels eines Signals gesteuert und korrigiert, daß die Durchschnittskonzentration
der Flüssigkeit darstellt, so daß die Flüssigkeitsmengenabnahme über einen weiten
Bereich der Konzentration der Flüssigkeit ermittelt werden kann. Sogar wenn die
Konzentration der Entwicklerflüssigkeit so niedrig geworden ist, daß sie ihre Entwicklerfähigkeit
verloren hat und die Blasenerfassung schwierig auszuführen ist, kann die Flüssigkeitsmengenabnahme
mittels des Korrekturausgangs in Erfahrung gebracht werden, um dadurch den Kopierbetrieb
zu stoppen.
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In Fig. 11 wird zunächst der Konzentrationsdetektorteil beschrieben.
Ein Ende des lichtempfindlichen Elements 9 ist mit dem Anschluß 2 eines Operationsverstärkers
Q24 verbunden, dessen Ausgangsanschluß 6 über einen Widerstand R36 an die Basis
eines Transistors Q28 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Q28 ist über
ein Tonerversorgungssolenoid SL an die Spannungsquelle Vcc angeschlossen.
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In Betrieb nimmt der Widerstand des lichtempfindlichen Elements 9
mit abnehmender Konzentration der Entwicklerflüssigkeit ab, so daß'die Spannung
V1 über dem lichtempfindlichen Element 9 gemäß Darstellung in Fig. 10(a) abnimmt.
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Wenn diese Spannung auf einen Wert unter der Spannung am Anschluß
3, welche mittels eines variblen Widerstands VR3 eingestellt ist, fällt, gibt der
Operationsverstärker Q24 die Versorgungsopannung Vcc ab. Mit diesem Ausgangssignal
wird der Transistor Q28 betätigt, um das Solenoid SL zu erregen, so daß Toner von
einer nicht gezeigten Versorgungsquelle der Entwicklerflüssigkeit zugeführt wird.
Wenn die Konzentration der Entwicklerflüssigkeit infolge dieser Tonerzufuhr ansteigt,
wird das Ausgangssignal des operationsverstärkers Q24 im wesentlichen Null und unterbricht
damit die Tonerzufuhr.
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Steigt die Konzentration der Entwicklerflüssigkeit trotz der Tonerzufuhr
nicht an, bedeutet dies, daß kein Toner in der*Versorgungsquelle vorhanden ist,
so daß die Schaltung von Fig. 13, die später erläutert wird, betätigt wird, um das
Fehlen von Toner anzuzeigen.
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Es wird nun der Teil zur Ermittlung einer Flüssigkeitsmengenabnahme
betrachtet. Das lichtempfindliche Element 9, das mit dem Operatipnsverstärker Q24
für die Konzentrationsdiskriminierung verbunden ist, ist außerdem mit der Basis
eines Transistors Q21 für die Blasenermittlung verbunden und liegt über einen Widerstand
R28 am Anschluß 2 eines Operationsverstärkers
Q23 für die Flüssigkeitsmengendiskriminierung.
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Der Kollektor des Transistors Q21 ist über einen Koppelkondensator
C21 mit der Basis eines Transistors Q22 verbunden, dessen Emitter über eine Integrationsschaltung
an den Eingangsanschluß 2 des Operationsverstärkers Q23 angeschlossen ist.
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Die Integrationsschaltung enthält eine Diode D22, einen Kondensator
C22 und einen Widerstand R27. Ein Widerstand R25, der Kondensator C22 und der Widerstand
R27 zum Aufbringen einer Vorspannung auf die Basis des Transistors Q22 sind mit
einer Zenerdiode ZD7 verbunden. Der Ausgang 6 des Operationsverstärkers Q23 ist
über einen Widerstand R32 mit dem Anhaltesteuersystem der Kopiermaschine und außerdem
mit der Basis eines Transistors Q26 verbunden, dessen Kollektor an eine Lampe PL1
für die Anzeige einer Flüssigkeltsmengenabnahme und über eine Diode D23 an die Basis
eines Transistors Q28 angeschaltet ist.
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Es werden nun die Signalverläufe betrachtet.
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Wenn keine Blase erzeugt wird, verändert sich das Detektorausgangssignal
des lichtempfindlichen Elements 9 in bezug auf die Konzentration wie durch V1 in
Fig. 10(a) angedeutet, und das Eingangssignal des Operationsverstärkers Q23 wird
durch die Widerstände R27 und R28 gewandert, wie dies durch V2 in Fig. 10(a) angegeben
ist. Wenn jedoch Blasen mit der Entwicklerflüssigkeit zum Zeitpunkt t0 vermischt
werden, steigt die Menge des durchlaufenden Lichts momentan und scharf an, wie bereits
in Verbindung mit Fig. 8 angegeben. Für diesen Fall
ändert sich
der Detektorausgang des lichtempfindlichen Elements 9 für eine richtige Konzentration
und für eine sehr schwache Konzentration entsprechend (1) bzw. (2) in Fig. 10(b).
Es ergibt sich daraus, daß das Detektorsignal V1 einem großen steilen Abfall unterliegt,
wenn ein gewisser Konzentrationsgrad. vorhanden ist, jedoch einer geringen Veränderung
unterliegt, wenn die Konzentration sehr schwach ist.
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Wenn beim Betrieb der Schaltung Blasen festgestellt werden, wird
die Signalspannung V1 vom lichtempfindlichen Element 9 mittels des Transistors Q21
verstärkt und seine Gleichstromkomponente durch den Kondensator C21 entfernt, so
daß die Wechselstromkomponente allein als Eingang an die Integrationsschaltung ber
eine den transistor Q22 enthaltende Impedanzwandlerschaltung angelegt wird. Wenn
der Integrationswert eine bestimmte Spannung übersteigt, d.h. wenn die Eingangsspannung
V2 des Operationsverstärkers Q23 kleiner als die am variablen Widerstand VR4 eingestellte
Spannung wird, wird am Anschluß 6 ein Ausgangssignal nahe der Versorgungsspannung
Vcc elrzeugt,-- das den Transistor Q26 durchschaltet. Vom Transistor Q26 wird die
Lampe PL1 erleuchtet-,um die Flüssigkeitsmengenabnahme-anzuzeigen; außerdem wird
das Basispotential des Trans sistors Q28 Null, so daß das Solenoid SL stromlos wird.
Auf diese Weise wird die Ermittlung von Blasen über die Ermittlung einer Wechselstromkomponente
durchgeführt, wodurch jegliche Fehlfunktion infolge der Anwesenheit einiger weniger
Blasen oder einer unregelmäßigen Konzentration verhindert wird und
eine
sehr genaue Ermittlung erzielt wird.
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Bei dieser Schaltung ist darauf hinzuweisen, daß, wenn keine Blase
bei einem die Durchführung der Entwicklung ermöglichenden Konzentrationsgrad der
Entwicklerflüssigkeit vorhanden ist, vom Operationsverstärker Q23 (an dessen Anschluß
2 die in Fig. 10(a) gezeigte Spannung V2 angelegt ist) kein Ausgangssignal geliefert
wird.
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Wenn nun die Konzentration extrem abnimmt, verringert sich die Amplitude
des von den Blasen herrührenden impulsförmigen Signals, wie in Fig. 10(c) gezeigt.
Daher nimmt auch der von der Integrationsschaltung abgegebene Integrationswert ab,
so daß die Eingangsspannung des Operationsverstärkers Q23 die Diskriminierspannung
VA4 übersteigt und somit verhindert wird, daß eine Flüssigkeitsmengenabnahme festgestellt
wird.
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Dadurch jedoch, daß der Wert des Widerstands R28 so eingestellt wird,
daß die Abnahme des Integrationswerts kompensiert wird, kann die Flüssigkeitsmengenabnahme
auch dann gut ermittelt werden, wenn die Konzentration dünn ist. D.h.,eine solche
Abnahme kann dadurch ermittelt werden, daß das Eingangssignal V2 von Fig. 10(d)
mit Hilfe der Spannung VR4 am Anschluß 3 diskriminiert wird. Sogar wenn die Entwicklerflüssigkeit
zur Durchführung der Entwicklung zu dünn geworden ist, kann der Operationsverstärker
Q23 immer noch ein Ausgangssignal zum Anhalten des Maschinenbetriebs abgeben.
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Bei der vorliegenden Schaltung dienen die Widerstände R23, R33, R36
und R37 die an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 6 der Operationsverstärker Q23
und Q24 vorgesehen sind, dazu zu verhindern, daß die Transistoren Q26 und Q28 von
der Offset-Ausgangsspannung des jeweiligen Operationsverstärkers, die in der Größenordnung
von einigen Volt liegtt gesteuert werden. Die Werte dieser Widerstände sind so ausgewählt,
daß die Transistoren Q26 und Q28 durchgesteuert werden, wenn sich die Ausgangsanschlüsse
6 auf einem Potential befinden, das im wesentlichen gleich der Spannung Vcc ist,
wohingegen die. Transistoren zu arbeiten aufhören, wenn der Spannungswert an den
Aúsgangsanschlüssen 6 in die Nähe der Offset-Spannung gefallen ist.
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Die Basen der Transistoren Q25 und Q27 sind mit dem Kollektor eines
Transistors Q2 verbunden, dessen Basis an eine Zenerdiode ZD2 und an eine Zeitsteuerschaltung
enthaltend einen Kondensator C24, einen Widerstand R39 und eine Diode D1 angeschlossen
ist.
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Diese Zeitsteuerschaltung verhindert, daß die Transistoren Q26 und
Q28 während des Schließens eines nicht gezeigten Hauptschalters SW fehlerhaft arbeiten.
Die Arbeitsweise dieser Zeitsteuerschaltung wird nun erläutert.
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Durch Schließen des Hauptschalters gelangt der Kondensator C24 in
einen Kurzschlußzustand, so daß der Transistor Q29 gesperrt bleibt. Daher arbeiten
die Transistoren Q25 und Q27
und legen die Basen der Transistoren
Q26 und Q28 auf Null-Potentional. Dementsprechend bleiben die Transistoren Q26 und
Q28 unabhängig von irgendeinem auf ihre Basis gelangenden Signal gesperrt mit dem
Ergebnis, daß sowohl das Tonerversorgungssolenoid SL als auch die Anzeigelampe PL1
für die Flüssigkeitsmengenabnahme ohne Erregung bleiben. Nachfolgend wird der Kondensator
C24 aufgeladen und der Transistor Q29 bei einem bestimmten Ladungswert des Kondensators
durchgeschaltet, worauf die Transistoren Q25 und Q27 gesperrt werden und die Transistoren
Q26 und Q28 arbeitsfähig machen.
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Wenn der nicht gezeigte Hauptschalter SW geöffnet wird, entlädt sich
der Kondensator C24 über die Diode Di. Normalerweise speichert der Kondensator C24
jedoch eine dem Spannungsabfall an der Diode D1 (ungefähr 0,7 Volt) entsprechende
Ladungsmenge auch, nachdem der Hauptschalter geöffnet wurde, was zu der Möglichkeit
führt, daß der Transistor Q29 bei einem Wiederschließen des Hauptschalters durchgeschaltet
wird. Aus diesem Grund ist an die Basis des Transistors Q29 die Zenerdiode ZD2 mit
einer Zenerspannung in der Größenordnung von einigen Volt angeschlossen.
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Fig. 12 zeigt schematisch ein anderes Beispiel des in Fig. 11 gezeigten
Flüssigkeitsmengendetektorteils.
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Dieses Beispiel erfordert nur eine einfache Schaltungsanordnung, da
es die Flüssigkeitsmengenabnahme ohne Aufteilung des Detektorsignals in ein Gleichstromsignal
für die Konzentration und ein Wechselstromsignal für die Blasen diskriminieren soll.
Das
lichtempfindliche Element 9 ist über einen Transistor Q41 an
eine Integrationsschaltung bestehend aus einem Widerstand R43 und einem Kondensator
C42 angeschlossen. Die Integrationsschaltung ist ihrerseits mit dem Anschluß 3 eines
Diskriminatoroperationsverstärkers Q42 verbunden, dessen Ausgangsanschluß 6 an eine
Schaltung zur Anzeige der Flüssigkeitsabnahme in gleicher Weise wie in Verbindung
mit Fig. 11 beschrieben angeschlossen ist.
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Im Betrieb wird das Detektorsignal des lichtempfindlichen Elements
9 mit seinen Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten vom Transistor Q41 verstärkt
und im Kondensator C42 gespeichert. Wenn der Integrationswert die am variablen Widerstand
VR9 eingestellte Spannung übersteigt, erzeugt der Operationsverstärker Q42 ein Ausgangssignal.
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In den Fig. 10 und 11 kann die Integrationsschaltung durch eine Detektorwellenformschaltung
und einen Zähler ersetzt werden, so daß die von den Blasen herrührenden Impulse
gezählt werden.können und die Flüssigkeitsmengenabnahme über einen bestimmten Zählerstand
ermittelt werden kann. Bei Verwendung der Schaltung von Fig. 11 mit einer solchen
Anordnung kann die Flüssigkeitsmengenabnahme mit einer sehr hohen Genautgkeit ermittelt
werden.
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Fig. 13 zeigt eine Anwendung der vorliegenden Erfindung,die eine
weitere Verbesserung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele darstellt. Es ist
zusätzlich eine Einrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Toner zum-Nachfüllen
vorgevehee pS aFm zu Alarm zu erzeugen, wenn kein
Toner zum Nachfüllen
vorhanden ist. Wenn also die Konzentration der.Fliissigkeit unter einen Optimalwert
abnimmt und diesen niedrigen Wert beibehält, ist es unmöglich, daß die Maschine
weiterarbeitet, bis von der Flüssigkeitsmengendetektorschaltung von Fig. 11 die
Information der Mengenabnahme oder der sehr schwachen Konzentration der Flüssigkeit
erfolgt. Dementsprechend werden im wesentlichen drei Konzentrationsstufen zur Sicherstellung
eines sicheren Betriebs überwacht.
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Die Schaltung von Fig. 13 ist so ausgelegt, daß die Tonerzufuhr als
Antwort auf ein Zeitsteuersignal beginnen kann, das auf den Kopierbetrieb der Kopiermaschine
beruht, und das ferner entsprechend dem Zeitsteuersignal und einem Tonerversorgungssignal
ein Alarm erzeugt wird. Fig. 14 stellt das Zeitdiagramm verschiedener Signale dar.
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In der Schaltung von Fig. 13 ist der Eingang eines Flipflop's FF1
über ein NAND-Glied 51 und einen Inverter 50 an eine erste Differentiationsschaltung
enthaltend einen Kondensator C51 und eine Diode DS1 angeschlossen. Der Ausgang des
Flipflop's FF1 ist über ein UND-Glied 55 und einen Widerstand R51 mit der Basis
eines Transistors Q51 für das Tonernachfüllen verbunden. Der Rückstellanschluß des
Flipflop's FF1 ist über ein UND-Glied Q52 an eine zweite Differentiationsschaltung
bestehend aus einem Kondensator C52 und einer Diode D52 und an einen Anschluß PUR
angeschlossen. Der Eingang eines Flipflop's FF2 ist über ein NAND-Glied 57 und einen
Inverter 56 mit der zweiten Differentiationsschaltung verbunden. Der Ausgang des
Flipflop
's FF2 ist über einen Widerstand R52 an einen alarmerzeugenden
Transistor Q52 angeschlossen. Das Signal Tn, das von einer Konzentrationsabnahme
herrührt ist an die anderen Eingänge des NAND-Glieds 51 und des UND-Glieds 55 angelegt,
während das Tonerzufuhrsignal vom UND-Glied 55 an den anderen Eingang des NAND-Glied
57 angelegt ist.
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Beim Betrieb werden die Flipflops FF1 und FF2 mittels des Signals
PUR (in Fig. 14(d)), das durch Schließen des Hauptschalters erzeugt wird, in ihren
Normalzustand rückgestellt.
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Dies schließt die Möglichkeit aus, daß die Flipflops FF1 und FF2 unmittelbar
nach Schließen des Hauptschalters ihr Ausgangssignal erzeugen. Nachfolgend wird
ein nicht gezeigter Kopierdruckknopf gedrückt, um den Maschinenbetrieb in Gang zu
setzen. Danach wird ein Zeitsteuersignal (Fig. 14(a)) mit jedem Zyklus des Kopierbctriebs
durch die Drehung einer Kopiertrommel oder die Bewegung des Kopiervorlagewagens
erzeugt.
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Wenn ein invertiertes Signal Zeitsteuerung (Fig.
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14(a')) an die ersteDifferentiationsschaltung angelegt wird, wird
an der Führungsflanke des Zeitsteuersignals ein Setz-Signal (Fig. 14(b)) erzeugt.
Wenn ein invertiertes Setz-Signal und Tonerzufuhrsignal Tn wie es in Fig. 14(e)
gezeigt ist, (beispielsweise das Ausgangssignal vom Operationsverstärker 24 in Fig.
11) anstehen, wird ein Signal für den Wert Null an das
Flipflop
FF1 angelegt, das daraufhin einen Wert z abgibt.
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Und daher erregen das in Fig. 14(e) gezeigte Signal Tn und das in
Fig. 14(f) gezeigte Signal von FF1 zusammen das Solenoid SL und bewirken eine Tonerzufuhr
während einer Zeit gemäß Fig. 14(g).
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Wenn das Setz-Signal ausgegeben, jedoch das Tonerzufuhrsignal Tn
(Fig. 14(h) noch nicht ausgegeben sind, wird das Flipflop FF1 nicht gesetzt. Mehr
noch, sogar wenn das Tonerversorgungssignal Tn ausgegeben wird, nachdem das Setz-Signal
ausgegeben wurde, wird das Flipflop FF1 nicht gesetzt und gibt den Wert 1 bzw. ein
dem Wert 1 entsprechendes Signal nicht ab. Jedoch wird das Flipflop FF1 von der
Führungsflanke des Zeitsteuersignals, das sich beim nachfolgenden Kopierzyklus ergibt,
gesetzt, wie in Fig. 14(i) angedeutet, und betätigt das Solenoid SL für eine Zeit
entsprechend 14(j), um die Tonerzufuhr zu bewirken.
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Während ein Setz-Signal und ein Tonerzufuhrsignal Tn ausgegeben wurden,
um das Flipflop FF1 zu setzen und eine Tonerzufuhr zu bewirken, können Fälle auftreten,
bei denen die bestimmte Konzentration auch nach AbLauf der Zeit des Zeitsteuersignals
nicht wiederhergestellt ist. In solchen Fällen wird angenommen, daß der Toner für
die Nachfüllung ausgegangen ist. In diesen Fällen wird das Flipflop FF2 von einem
Rückstellsignal (Fig. 14(c)) gesetzt, das an der Hinterflanke des Zeitsteuersignals
erzeugt wird; dadurch wird die Alarmlampe PL2 erleuchtet (Fig. 14bk), (l), (m) und
(nut.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Zeit für das Zeitsteuersignal
so eingestellt ist, daß sie länger ist als die Zeit van Beginn der Erregung des
Solenoids SL bis zum Zeitpunkt, zu dem die Entwicklerflüssigkeit ihre vorbestimmte
Konzentration wieder annimmt.
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Zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein Flüssigkeitsmengendetektor
geschaffen, der einen Flüssigkeitsbehälter, eine Flüssigkeitsumlaufeinrichtung innerhalb
des Flüssigkeitsbehälters sowie eine Einrichtung zur Ermittlung von Blasen enthält,
die von der Flüssigkeitswnlaufeinrichtung erzeugt werden, wenn das Flüssigkeitsniveau
gesunken ist. Auf diese Weise kann die Flüssigkeitsmengenabnahme entsprechend dem
Detektorsignal vom Detektor ermittelt werden.