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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen von Bildern nach der photoelektrophoretischen
Methode, mit einer ersten, als Bildträger dienenden Elektrode, wenigstens einer weiteren, zumindest teilweise zylindrisch ausgebildeten Elektrode, welche eine zwischen den Elektroden befindliche elektrophoretische
Bildstoffsuspension berührt, einer Spannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den
Elektroden und einer Belichtungsvorrichtung zum Belichten der Suspension mit einer aktinischen elektromagnetischen Strahlung.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 384, 565 ist ein Abbildungsverfahren beschrieben, bei dem eine oder mehrere Arten lichtempfindlicher und strahlungsabsorbierender Teilchen in einer nichtleitenden Trägerflüssigkeit eine Suspension bilden, die zwischen Elektroden als Bildstoffsuspension verwendet wird. Bei Einwirkung einer
Strahlung und eines elektrischen Feldes wandern die Teilchen in einer der Strahlung entsprechenden Verteilung, so dass auf einer oder beiden Elektroden ein sichtbares Bild entsteht. Es werden lichtempfindliche Teilchen verwendet, die bei Einwirkung einer aktinischen Strahlung durch Wechselwirkung mit einer der Elektroden offenbar eine Änderung ihrer Eigenladungspolarität erfahren. Zur Aussonderung verschiedener Bildfarben werden
Mischungen von zwei oder mehr verschiedenfarbigen Teilchenarten mit unterschiedlichen Empfindlichkeits- spektren verwendet.
Die Teilchen solcher Mischungen haben entweder voneinander getrennte oder sich gegenseitig überlappende Empfindlichkeitsspektren und können zur subraktiven Farbsynthese verwendet werden.
Bei einem einfarbigen Abbildungsverfahren wandern die Teilchen, wenn Licht einer beliebigen Wellenlänge innerhalb des panchromatischen Empfindlichkeitsspektrums der Teilchen auf diese einwirkt.
Es können auch andere Verfahren bereits existieren oder aber erfunden werden, die zu ihrer Ausführung
Suspensionen benötigen, die einige oder viele Eigenschaften der hier beschriebenen Suspensionen haben, so dass die Erfindung auch auf diese Verfahren zu deren Verbesserung angewendet werden kann ; eine solche Anwendung liegt daher ebenfalls noch innerhalb des Erfindungsgedankens.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, mit der bessere Bilder auf elektrophoretischem Weg hergestellt werden können. Dabei soll besonders die Hintergrundtönung der photoelektrophoretisch hergestellten Bilder verringert und die Bildqualität verbessert werden.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Einrichtung der einleitend angegebenen Art, die wie schon erwähnt, eine als Bildträger dienende Elektrode und wenigstens eine weitere, zumindest teilweise zylindrisch ausgebildete Elektrode aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen der bzw. jeder der weiteren, zumindest teilweise zylindrisch ausgebildeten Elektroden längs der ersten Elektrode eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die befähigt ist, zugleich mit dieser Längsbewegung eine mit Schlupf behaftete Abwälzbewegung zwischen der Oberfläche der ersten Elektrode und der zumindest teilweise zylindrischen Oberfläche der bzw. jeder der weiteren Elektroden zu erzwingen.
Bei Verwendung dieser Einrichtung wird eine der Elektroden relativ zur andern Elektrode mit einer vorbestimmten Längsgeschwindigkeit bewegt und einer der Elektroden eine zusätzliche Bewegung mit einer solchen Geschwindigkeit überlagert, dass ihr eine gegenüber der vorbestimmten Längsgeschwindigkeit unterschiedliche Oberflächengeschwindigkeit erteilt wird, wodurch auf die Teilchen innerhalb der Suspension von den elektrischen Kräften zwischen den Elektroden unabhängige Kraftwirkungen ausgeübt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der weiteren Elektroden vollzylindrisch ausgebildet und die Antriebsvorrichtung dieser Elektrode weist einen Antrieb für die Erzeugung der Längsbewegung und einen davon unabhängigen Antrieb auf, welcher der Längsbewegung eine Drehbewegung mit solcher Winkelgeschwindigkeit überlagert, dass zwischen den resultierenden Geschwindigkeiten der einander zugekehrten Oberflächen der ersten Elektrode und der vollzylindrischen Elektrode ein Schlupf auftritt.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung dargestellt, an dem die Erfindung und die mit ihr erzielbaren Vorteile näher erläutert werden. Im einzelnen zeigen : Fig. l eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungseinrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 die gemäss der Erfindung in der Abbildungszone erzeugten Kräfte und Fig. 3 eine Einrichtung zur Bewegung einer Elektrode relativ zur andern.
In Fig. l ist eine mit --11-- bezeichnete durchsichtige Elektrode dargestellt, die z. B. aus einer Schicht eines optisch durchsichtigen Glases--12--besteht, das mit einer ebenfalls optisch durchsichtigen Schicht --13-- aus Zinnoxyd überzogen ist und unter der Bezeichnung"NESA-GLAS"von der Pittsburg Plate Glass Co. erhältlich ist. Diese Elektrode wird als injizierende oder auch Bilderzeugungselektrode bezeichnet. Auf der Oberfläche der injizierenden Elektrode--11--wird eine dünne Schicht fein verteilter lichtempfindlicher Teilchen, die in einer elektrisch nichtleitenden Trägerflüssigkeit aufgeschwemmt sind, aufgetragen, die als Suspension oder auch Bildstoffsuspension bezeichnet wird.
Die Bezeichnung "Suspension" soll für eine Substanz gelten, die in einem Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas verteilte feste Teilchen aufweist. Die hier beschriebene Suspension weist in einer Trägerflüssigkeit verteilte feste Teilchen auf. Der Ausdruck "lichtempfindlich" soll die Eigenschaft eines Teilchens angeben, das nach anfänglicher Bindung an der injizierenden Elektrode von dieser unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bei Einwirkung einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung abwandert. über der Suspension--14--ist eine Sperrelektrode--16--angeordnet, die mit dem einen Pol einer Konstantspannungsquelle --17-- über einen Schalter --18- verbunden ist.
Der andere Pol der
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und hat wie auch die sonstige Bilderzeugungsanordnung keine Auswirkung auf den Erfindungsgedanken. Die dargestellte Anordnung ist lediglich als ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung aufzufassen.
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--16-- ausSperrelektrodenmaterials--26--bedeckt, das z. B. Tedlar, ein von der E. I. Du Pont de Nemours and Co. Inc. erhältliches Polyvinylfluorid, oder ein anderes Material ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform einer Bilderzeugungseinrichtung wird die Teilchensuspension mit einem zu reproduzierenden Bild belichtet, während bei geschlossenem Schalter --18-- zwischen der Sperr- und der injizierenden Elektrode ein elektrisches Feld aufgebaut wird.
Die Sperrelektrode--16--rollt über die Oberfläche der injizierenden Elektrode--11--bei geschlossenem Schalter --18-- und andauernder Belichtung. Ein geeigneter Antrieb, z. B. ein Motor-M-l-,
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anzuhaften, wobei ein Teilchenbild auf der Oberfläche der injizierenden Elektrode zurückbleibt, das eine wiedergabe des Originals --21-- ist.
Die zur Bilderzeugung verwendete Suspension kann in jeder geeigneten Weise zwischen die Elektroden
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Die Elektrode --16-- ist als Rolle ausgebildet und läuft über die Elektrode --11-- mit einer Bilderzeugungsgeschwindigkeit. Ein Motor-M-l-bewirkt die Drehung der Rollenelektrode --16-- mit einer solchen Geschwindigkeit, dass der Oberfläche --26-- eine etwas grössere oder etwas kleinere Tangentialgeschwindigkeit erteilt werden kann, als der translatorischen Geschwindigkeit der Rolle über der Suspension entspricht.
Anderseits kann die Elektrode --16-- eine Drehgeschwindigkeit aufweisen, die eine der translatorischen Bewegung über der Elektrode--11--gleiche Oberflächengeschwindigkeit ohne Schlupfwirkung zwischen den
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werden soll, dass die Elektrode vorzugsweise zum Ladungsaustausch mit den lichtempfindlichen Teilchen der Bildstoffsuspension --14-- befähigt ist, wenn diese belichtet wird und damit ein nutzbarer Wechsel in der Eigenladungspolarität der Teilchen auftritt. Die Elektrode--16--wird als Sperrelektrode bezeichnet, womit gemeint ist, dass sie das Bestreben hat, keine Elektronen an die Teilchen der Suspension abzugeben oder von diesen aufzunehmen.
Neben Tedlar, das als Sperrmaterial für die Elektrode verwendet werden kann, kann jedes andere geeignete Material mit einem Widerstand von etwa 107 Ohm/cm2 oder grösser als Sperrmaterial benutzt werden.
Zwischen den Elektroden der Anordnung können innerhalb eines grossen Bereiches wählbare Spannungen angelegt werden. Zur Erzielung guter Bildauflösung, hoher Bilddichte und einer geringen Hintergrundtönung wird vorzugsweise eine Spannung benutzt, die ein elektrisches Feld von mindestens etwa 12 kV/mm über der Bildstoffsuspension erzeugt. Das für die Erzeugung eines so starken elektrischen Feldes erforderliche Potential wird sich natürlich in Abhängigkeit von der Grösse des Elektrodenabstandes, der Stärke und der Art des verwendeten Sperrmaterials auf der Sperrelektrode ändern. Zur Erzielung der höchsten Bildqualitäten beträgt das optimale Feld mindestens 80 kV/mm. Die obere Grenze der Feldstärke wird allein von der Durchbruchsspannung der Suspension und des Sperrelektrodenmaterials bestimmt.
Bilder, die bei Feldstärken unter 12 kV/mm erzeugt werden, haben gewöhnlich eine niedrige und/oder unregelmässige Bilddichte. Das verwendete Feld wird durch Division der zwischen den Elektroden angelegten Spannung durch den gemessenen Elektrodenabstand bestimmt.
Das so bestimmte Feld herrscht dann innerhalb des Elektrodenspaltes. Daher beträgt die bei einem Elektrodenabstand von etwa 0, 025 mm zwischen der Sperrelektrode und der injizierenden Elektrode anzulegende Spannung etwa 300 V. Diese Spannung erzeugt dann zwischen den Oberflächen der beiden Elektroden eine Feldstärke von 300 V/0, 025 mm oder 12 kV/mm.
Die Teilchen in der Bidstoffsuspension sind nicht leitfähig, wenn sie nicht mit aktivierender Strahlung beeinflusst werden. Die negativen Teilchen kommen in Kontakt mit der injizierenden Elektrode --11-- oder nehmen eine Lage nahe ihrer Oberfläche ein und bleiben in dieser Lage unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, bis sie einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden. Die an der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11-- angeordneten Teilchen sind die potentiellen Bilderzeugungsteilchen für das zu
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reproduzierende Bild. Werden sie von einer aktivierenden Strahlung getroffen, so wird diese durch das jeweilige lichtempfindliche Teilchen absorbiert und macht dieses leitfähig, wobei Loch-Elektron-Paare gebildet werden, die als beweglich angesehen werden können.
Diese neu erzeugten Loch-Elektron-Paare innerhalb der Teilchen waren vor ihrer Kombination durch das das jeweilige Teilchen umgebende elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden getrennt. Die negativen Ladungsträger dieser Loch-Elektron-Paare bewegen sich zur positiven Elektrode während die positiven Ladungsträger sich zur Elektrode --16-- bewegen. Die negativen Ladungsträger nahe der Grenzschicht zur Elektrode --11- können sich über den sehr kurzen Zwischenraum zwischen den Teilchen und der Oberfläche --13-- bewegen und verlassen die Teilchen, wodurch diese nach ausreichendem Ladungsübergang eine positive Eigenladung erhalten.
Die jetzt positiv geladenen Teilchen werden von der positiven Oberfläche der Elektrode --11-- abgestossen und von der negativen Sperrelektrode--16-- angezogen. Werden also die Teilchen durch eine aktivierende Strahlung getroffen, für deren Wellenlänge sie empfindlich sind, d. h. bei der sie die Bildung von Loch-Elektron-Paaren ermöglichen, so bewegen sie sich von der Elektrode--11--zur Elektrode--16--und lassen lediglich Teilchen zurück, die nicht ausreichend von elektromagnetischer Strahlung ihres Empfmdlichkeitsbereiches getroffen wurden.
Sind alle Teilchen einer derartigen Anordnung empfindlich für nur eine Lichtwellenlänge und wird eine Belichtung nur mit Licht dieser Wellenlänge vorgenommen, so wird durch Absonderung von Teilchen von der
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verschiedene Teilchenarten unterschiedlicher Färbung und mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsspektren enthalten. Bei einem Einfarbenverfahren haben die in der Suspension--14--verwendeten Teilchen eine beliebige Farbe und erzeugen Bilder mit dieser Farbe, wobei die Lage ihrer Empfindlichkeit innerhalb des Spektrums relativ unwichtig ist, solange sie in einem Bereich des Spektrums liegt, in dem auch eine Lichtquelle der üblichen Art arbeitet.
Bei einem Mehrfarbenverfahren werden die Teilchen so ausgewählt, dass sie entsprechend ihrer unterschiedlichen Färbung auf verschiedene Wellenlängen des sichtbaren Spektrums ansprechen und damit eine Farbentrennung ermöglichen. Unabhängig von der Erzeugung einfarbiger oder mehrfarbiger Bilder sollen vorzugsweise relativ kleine Teilchen verwendet werden, da diese bessere und stabilere Dispersionen bilden und Bilder höherer Auflösung erzeugen, als dies mit grösseren Teilchen möglich wäre.
Bei ihrer Suspension in der Trägerflüssigkeit können die Teilchen eine elektrostatische Ladung annehmen, so dass sie von einer der zwei Elektroden der Bilderzeugungsanordnung abhängig von ihrer Ladungspolarität angezogen werden. Einige der Teilchen in der Suspension können positiv, einige negativ und einige sogar bipolar sein. Die "falsche" Polarität der Teilchen in der Suspension kann das Bild dadurch beeinflussen, dass einige der Teilchen vor der bildmässigen Steuerung der Teilchenwanderung der Anordnung entzogen werden oder eine stärkere Hintergrundtönung entsteht. Mit andern Worten werden einige der suspendierten Teilchen der Anordnung als potentielle Bilderzeugungsteilchen entzogen, andere bleiben dagegen unbeeinflusst und bewirken einen mehr oder weniger gleichmässigen Teilchenrückstand.
Einige weitere Teilchen erhalten während der Belichtung eine Ladung injiziert, jedoch gewinnen sie nur eine schwache positive Ladung. Die elektrischen Kräfte sind zu klein, um die Bindungskräfte, wie z. B. die Van der Waal'schen Kräfte und andere zu überwinden. Die vom Schwingungserzeuger hervorgerufenen Kräfte verschieben jedoch die einzelnen Teilchen, so dass sie unter Einwirkung des elektrischen Feldes wandern können.
Durch die elektrische Vorspannung der zusätzlich über- oder untersetzt angetriebenen Rolle werden die Teilchen mit der "falschen" Polarität aus der Suspension entfernt oder zumindest von der injizierenden Elektrode --11-- abgelöst. Dies bewirkt eine bessere, schnellere, vollständigere und intensivere Bilderzeugung als bisher, wenn während der Belichtung mit einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung die Elektrode --16-- über die Suspension geführt wird.
Es sei ein subtraktives Farbverfahren mit drei verschiedenen Farben betrachtet, bei dem die Bildstoffsuspension purpurrote, gelbe und cyanblaue Teilchen enthält, die gegenüber grünem, blauem bzw. rotem Licht empfindlich sind. Es sei angenommen, dass unter optimalen Bedingungen die elektrisch leitende Glaselektrode, welche die Bildstoffsuspension mit den drei Teilchensorten trägt, mit grünem Licht belichtet wird. Die purpurroten Teilchen absorbieren und die cyanblauen und gelben Teilchen reflektieren das Licht. Durch Absorption des Lichtes werden die Teilchen elektrisch leitend und tauschen mit der Glaselektrode, wie beschrieben, ihre Ladung aus. Die purpurroten Teilchen werden infolge ihrer Aktivierung durch die Belichtung mit grünem Licht positiv und wandern von der injizierenden Elektrode ab.
Die cyanblauen und gelben Teilchen bleiben nichtleitend und werden nicht beeinflusst, da sie nur wenig oder gar nicht im grünen Bereich des Lichtspektrum empfindlich sind. Die purpurroten Teilchen wandern selektiv sowie sie leitend werden, zur negativen Sperrelektrode, wenn diese über die Bildfläche läuft. Auf diese Weise ergibt sich eine Farbreproduktion des grünen Originallichtbildes in bildmässiger Verteilung auf der injizierenden Elektrode durch subraktiven
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Die theoretischen Zusammenhänge der Bilderzeugung und die Vorteile, die durch den zusätzlichen überhöhten oder verringerten Antrieb der sich auf der Suspension bewegenden Elektrode erzielt werden, werden an Hand der Fig. 2 erläutert. Die kleinen Kreise stellen stark vergrössert einzelne in der Suspensionsflüssigkeit - enthaltene Pigmentteilchen dar. Die grossen pfeile --52-- veranschaulichen die aktivierende elektromagnetische Strahlung, die bei idealen Bedingungen die Abwanderung der Teilchen von der injizierenden Elektrode bewirkt. Die Plus-und Minuszeichen in den Teilchen stellen die Eigenladungen der Teilchen innerhalb der Suspension dar. Die kleinen pfeile --54-- stellen einige der Kraftkomponenten der durch den Schlupf der leicht überhöht angetriebenen Rollenelektrode--16--bedingten Kraftwirkungen auf die Teilchen dar.
Diese Kräfte entstehen durch die auf die Suspension ausgeübten dynamischen Spannungen infolge der überhöht angetriebenen Elektrode--16--und wirken auf alle in dem durch Kraftwirkungen beeinflussten Volumenteil der Suspension enthaltenen Teilchen.
Zwischen den beiden Elektroden liegt eine Spannung, so dass die positiv geladenen Teilchen zur Elektrode --16-- wandern und dort anhaften, während die negativ geladenen Teilchen sich auf der Elektrode--11-niederlassen. Trifft die durch die Pfeile --52-- dargestellte elektromagnetische Strahlung die auf der Elektrode - gebundenen Teilchen, so bilden diese Loch-Elektron-Paare, geben das Elektron an die injizierende Elektrode --11-- ab und wandern infolge ihrer dann positiven Ladung zur negativen Elektrode-16-.
Einige der Teilchen im belichteten Bereich, etwa das Teilchen-55-, wandern nicht fort, obwohl sie von der aktivierenden Strahlung beaufschlagt wurden. Diese Teilchen haben eine schwach positive Ladung und werden trotzdem durch Bindungskräfte an der Elektrode --11-- gehalten, die etwas grösser als die auf das schwach positive Teilchen einwirkenden elektrischen Feldkräfte sind. Dennoch müssen auch diese Teilchen von
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die ausreichen, um alle Bindungskräfte der Teilchen zur Elektrode --11-- zu überwinden mit Ausnahme der bei der Bilderzeugung gewollten elektrischen Bindungskräfte.
In Fig. 3 ist eine Einrichtung gezeigt, mit der der Sperrelektrode--16--die gewünschte Bewegung erteilt werden kann, damit diese über die Bilderzeugungselektrode bewegt wird und gleichzeitig eine schleifende Wirkung auf diese ausübt. Die zylinderförmige Elektrode --16-- mit ihrer Fläche-26-aus Sperrmaterial ist in einem Rahmen --60-- gehalten, der gleichzeitig die Beschickungsvorrichtung --28-- für die Suspension trägt.
Beide sind in dem Rahmen --60-- gehalten, damit sie während der Bilderzeugung gemeinsam bewegt werden können.
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und einem Motor--70--zusammen, um die Sperrelektrode--16--über die Bilderzeugungselektrode - führen zu können, wobei ein geeigneter Abstand zwischen beiden Elektroden eingehalten wird.
Die Zahnstange --68-- ist auf einem Maschinenrahmen --71-- befestigt, so dass beim Antrieb des Zahnrades --69-- vom Motor --70-- der gesamte Rahmen --60-- gegenüber der Zahnstange --68-- so verschoben wird, dass er geführt von den Stangen --62 und 63--entlang eines vorbestimmten Weges über die Bilderzeugungselektrode bewegt wird.
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am Rahmen --60-- befestigt. Eine Welle --78-- treibt eine Riemenscheibe--80-, die über einen Treibriemen --84-- eine weitere Riemenscheibe --82-- antreibt.
Die Riemenscheibe --82-- ist dabei fest mit der Welle --73-- verbunden. Eine Drehung der Riemenscheibe --82-- bewirkt daher auch eine Drehung der Rolle-72--.
Die translatorische Bewegung der gesamten Anordnung über der Bilderzeugungselektrode wird durch die
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Führungsstangen --62 und 63-und den über eine Halterung --96-- mit dem Rahmen verbundenen Motor - bewirkt. Durch Drehung des zahnrades --69-- auf der Zahnstange --68-- bewegt der Motor - -70-- die Rollenelektrode --16-- translatorisch über die Bilderzeugungselektrode, während der Motor --74-- eine davon unabhängige Drehung der Elektrode --16- bewirkt, um einen einstellbaren Schlupf zwischen den Oberflächen beider Elektroden hervorzurufen.
Die Differenz beider Längsgeschwindigkeiten an der Berührungsfläche beider Elektroden soll jedoch nicht grösser als etwa 10% betragen, um eine Auflösung des Bildes durch Entfernen von zum Bild beitragenden Teilchen auf der injizierenden Elektrode --11-- zu vermeiden.
Die Speiseleitungen und die elektrischen Spannungsquellen, die zur Ausführung der vorstehend beschriebenen Funktionen erforderlich sind, sind in Fig. 3 nicht dargestellt, da diese von jedem einschlägigen Fachmann sofort angegeben werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Herstellen von Bildern nach der photoelektrophoretischen Methode, mit einer ersten, als Bildträger dienenden Elektrode, wenigstens einer weiteren, zumindest teilweise zylindrisch ausgebildeten Elektrode, welche eine zwischen den Elektroden befindliche elektrophoretische Bildstoffsuspension berührt, einer Spannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und einer Belichtungsvorrichtung zum Belichten der Suspension mit einer aktinischen elektromagnetischen Strahlung,
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zylindrisch ausgebildeten Elektroden (16,19) längs der ersten Elektrode (11) eine Antriebsvorrichtung (M-l, M-2) vorgesehen ist, die befähigt ist, zugleich mit dieser Längsbewegung eine mit Schlupf behaftete Abwälzbewegung zwischen der Oberfläche der ersten Elektrode (11)
und der zumindest teilweise zylindrischen Oberfläche der bzw. jeder der weiteren Elektroden (16,19) zu erzwingen.
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