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Zum Bedrucken eines Bedruckstoffs z.B. eines Einzelblattes oder eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers aus verschiedensten Materialien, z.B. aus Papier oder dünnen Kunststoff- oder Metallfolien, ist es bekannt, auf einem Ladungsbildträger, z.B. einem Fotoleiter, bildabhängig Ladungsbilder zu erzeugen, die den zu druckenden Bildern, bestehend aus einzufärbenden und nicht einzufärbenden Bereichen, entsprechen. Die einzufärbenden Bereiche der Ladungsbilder werden auf dem Ladungsbildträger mit einer Entwicklerstation durch elektrisch geladene Tonerpartikel als Tonerbilder sichtbar gemacht. Anschließend wird das dadurch erzeugte Tonerbild in einer Transfereinheit auf den Aufzeichnungsträger umgedruckt und dort fixiert.
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Zum Einfärben der Ladungsbilder kann dabei ein Entwicklergemisch mit Trockentoner oder ein zumindest geladene Tonerpartikel und Trägerflüssigkeit aufweisender Flüssigentwickler verwendet werden. Mögliche Trägerflüssigkeiten sind z.B. Kohlenwasserstoffe oder Flüssigentwickler auf Basis von Silikonöl. Im Folgenden soll als Entwicklergemisch Flüssigentwickler herangezogen werden, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
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Ein Verfahren zu einem derartigen elektrophoretischen Druck bei digitalen Drucksystemen ist z.B. aus
WO 2005/013013 A2 (
US 2006/0150836 A1 ,
DE 10 2005 055 156 B3 ) bekannt. Nachdem die Ladungsbilder der zu druckenden Bilder auf dem Ladungsbildträger erzeugt worden sind, werden diese durch eine Entwicklerstation mit Tonerpartikeln zu Tonerbildern eingefärbt. Dabei wird hier als Flüssigentwickler eine Silikonöl enthaltende Trägerflüssigkeit mit darin dispergierten Farbpartikeln (Tonerpartikeln) verwendet. Die Zufuhr des Flüssigentwicklers zum Ladungsbildträger kann durch eine Entwicklerwalze erfolgen, der der Flüssigentwickler durch eine Einfärbewalze zugeführt wird. Der bei der Entwicklung auf dem Ladungsbildträger erzeugte Bildfilm aus in Trägerflüssigkeit eingebetteten Tonerbildern wird anschließend durch eine Transfereinheit vom Ladungsbildträger übernommen und in einer Umdruckzone auf den Aufzeichnungsträger übertragen.
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Bei diesen Druckverfahren unter Verwendung von Flüssigentwickler wird somit der Prozess der Elektrophorese zur Übertragung von Tonerpartikeln in der Trägerflüssigkeit über ein in der Transfereinheit angeordnetes Transferelement, z.B. eine Transferwalze oder ein Transferband, zum Aufzeichnungsträger verwendet. Die festen elektrisch geladenen Tonerpartikel wandern dabei durch die Trägerflüssigkeit als Transportmittel zum Aufzeichnungsträger, wobei der Transport durch ein elektrisches Feld zwischen dem Transferelement und dem Aufzeichnungsträger gesteuert werden kann. Das elektrische Feld wird dabei zwischen einer Gegendruckwalze und einem die Partikel transportierenden mittel als Gegenpol, z.B. der Transferwalze, erzeugt, zwischen denen ein Nip besteht, durch den der Aufzeichnungsträger hindurch geführt wird. Dazu wird an die Transferwalze und die Gegendruckwalze eine elektrische Spannung angelegt, deren Polung so gewählt wird, dass die Tonerbilder sicher auf den Aufzeichnungsträger übergehen. Die Höhe der notwendigen elektrischen Felder hängt unter anderem von der Tonermenge, der Beschichtung der Walzen, dem Umgebungsklima des Druckers usw. ab. Dabei besteht die Gefahr, dass bei großen elektrischen Feldern im Nip zwischen der Transferwalze und der Gegendruckwalze eine Corona-Entladung entsteht, wenn ein zu großer elektrischer Strom zum Nip fließt. Diese Corona-Entladung kann z.B. die Tonereigenschaften oder die Walzeneigenschaften unerwünscht verändern.
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Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Walze insbesondere bei einem elektrografischen Druckgerät anzugeben, die derart aufgebaut ist, dass auch bei größeren elektrischen Feldern zwischen der Walze und einem elektrisch geladene Partikel transportierenden Mittel im Nip zwischen der Walze und dem Mittel keine Corona-Entladung auftreten kann.
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Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit der Walze kann die Bewegung von elektrisch geladenen Partikeln von einem die Partikel führenden Mittel in Richtung zur Walze mit Hilfe einer an das Mittel und die Walze angelegten elektrischen Spannung gesteuert werden. Die Walze kann von innen nach außen gesehen einen elektrisch leitenden Grundkörper vorsehen, an der die elektrische Spannung anliegt. Auf dem Grundkörper kann eine Halbleitersperrschichtanordnung und auf der Halbleitersperrschichtanordnung eine Deckschicht vorgesehen werden. Die Halbleitersperrschichtanordnung kann derart ausgeführt und angeordnet werden, dass bei angelegter Spannung die Halbleitersperrschichtanordnung als Sperrschicht wirkt und nur ein durch die Werkstoffe der Halbleitersperrschichtanordnung festgelegter Sperrstrom zwischen dem Grundkörper und Deckschicht fließen kann.
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Die Halbleitersperrschichtanordnung kann eine erste Halbleiterschicht und daran angrenzend eine zweite Halbleiterschicht aufweisen. Dabei kann die erste Halbleiterschicht einen ersten Werkstoff vorsehen, bei dem die Austrittsarbeit für Elektronen groß ist und die zweite Halbleiterschicht einen zweiten Werkstoff vorsehen, bei dem die Austrittsarbeit für Elektronen im Verhältnis zum ersten Werkstoff klein ist.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Walze kann insbesondere bei einem elektrofotografischen Druckgerät eingesetzt werden, um den Transport von elektrisch geladenen Tonerpartikeln von einer Walze zu einer weiteren Walze, z.B. in der Entwicklerstation, oder den Übergang von Tonerbildern auf einen Aufzeichnungsträger in der Transfereinheit zu steuern. Bei beiden Einsatzfällen werden die Tonerpartikel über einen Nip z.B. zur nächsten Walze oder zum Aufzeichnungsträger mit Hilfe eines elektrischen Feldes bewegt. Das elektrische Feld wird dabei durch eine elektrische Spannung erzeugt, die an das die Partikel transportierende Mittel und auch an die Walze angelegt wird. Dabei fließt ein Strom über die Walze zum Nip, wobei bei zu großem Strom die Gefahr besteht, dass im Nip eine Corona-Entladung verursacht wird. Mit der erfindungsgemäßen Walze kann eine solche Corona-Entladung unterbunden werden. Dazu weist die Walze die Halbleitersperrschichtanordnung auf, die bezogen auf die an die Walze angelegte Spannung als Sperrschicht wirkt, so dass nur ein kleiner Sperrstrom zum Nip fließen kann. Bei einer Spannung von z.B. 1kV bis 10kV kann der Sperrstrom auf kleiner als 1mA begrenzt werden. Das elektrische Feld wird dabei nicht beeinflusst.
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Das erfindungsgemäße Druckgerät weist damit folgenden Vorteil auf:
Der Stromfluss zum Nip wird durch die Halbleitersperrschichtanordnung in der Walze auf Werte begrenzt, bei denen keine Corona-Entladung im Nip auftreten kann.
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An Hand eines Ausführungsbeispiels, das in schematischen Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert. Dabei wird bei der Erläuterung als Beispiel einer Walze die mit einer Transferwalze in einer Transfereinheit zusammenwirkende Gegendruckwalze herangezogen, ohne dass die Erfindung auf diesen Anwendungsfall beschränkt werden soll.
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Es zeigen:
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1 eine prinzipielle Darstellung eines elektrografischen Druckwerkes;
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2 eine prinzipielle Darstellung eines Ausschnitts einer Walze in Längsrichtung im Schnitt;
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3 eine prinzipielle Darstellung eines Schnitts durch die Walze nach 2.
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Der prinzipielle Aufbau eines Druckwerks 1 ist in der 1 dargestellt. Ein solches Druckwerk 1 basiert auf dem elektrofotografischen Prinzip, bei dem ein latentes Bild auf einem fotoelektrischen Bildträger 6 z.B. mit Hilfe eines Flüssigentwicklers mit geladenen Tonerpartikeln eingefärbt wird und das so entstandene Bild auf einen Aufzeichnungsträger 5 übertragen wird.
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Das Druckwerk 1 besteht im Wesentlichen aus einer Elektrofotografiestation 2, einer Entwicklerstation 3 und einer Transferstation 4.
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Kern der Elektrofotografiestation 2 ist ein fotoelektrischer Bildträger 6, der an seiner Oberfläche eine fotoelektrische Schicht aufweist (im Folgenden Fotoleiter 6 genannt). Dieser Fotoleiter 6 ist hier z.B. als Walze ausgebildet. Der Fotoleiter 6 dreht sich an den verschiedenen Elementen zum Erzeugen eines Druckbildes vorbei (Drehung in Pfeilrichtung). Der Fotoleiter 6 wird zunächst von allen Verunreinigungen gereinigt. Hierzu ist eine Löschlichteinrichtung 7 vorhanden, die noch auf der Oberfläche des Fotoleiters 6 verbliebene Restladungen löscht. Nach der Löschlichteinrichtung 7 reinigt eine Reinigungseinrichtung 8 den Fotoleiter 6 mechanisch ab, um gegebenenfalls noch auf der Oberfläche des Fotoleiters 6 vorhandene Tonerpartikel, gegebenenfalls Schmutzpartikel und verbliebene Trägerflüssigkeit, zu entfernen. Die abgereinigte Trägerflüssigkeit wird einem Sammelbehälter 9 zugeführt. Die Reinigungseinrichtung 8 weist vorzugsweise eine Rakel 10 auf, die an der Mantelfläche des Fotoleiters 6 in einem spitzen Winkel anliegt, um die Oberfläche mechanisch abzureinigen.
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Anschließend wird der Fotoleiter 6 durch eine Aufladeeinrichtung 11, im Ausführungsbeispiel eine Korotroneinrichtung 11, auf ein elektrostatisches Aufladepotenzial aufgeladen. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Korotrone 12 vorhanden, wobei die Korotrone 12 z.B. zumindest einen Draht 13 aufweisen, an dem eine hohe elektrische Spannung anliegt. Durch die Spannung wird die Luft um den Draht 13 ionisiert. Als Gegenelektrode kann ein Schirm 14 vorgesehen werden. Der Strom, der über den Schirm 14 fließt, ist einstellbar, so dass die Aufladung des Fotoleiters 6 steuerbar ist.
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Nach der Aufladeeinrichtung 11 ist eine Entladeeinrichtung, hier ein Zeichengenerator 15, an dem Fotoleiter 6 angeordnet, der über optische Strahlung den Fotoleiter 6 je nach gewünschtem Druckbild z.B. pixelweise entlädt. Dadurch entsteht ein latentes Ladungsbild, das später mit Tonerpartikeln eingefärbt wird (das eingefärbte Bild entspricht dem Druckbild). Z.B. kann ein LED-Zeichengenerator 15 verwendet werden, bei dem eine LED-Zeile mit vielen einzelnen LEDs über die gesamte axiale Länge des Fotoleiters 6 feststehend angeordnet ist. Die LED’s können einzeln zeitlich und bezüglich ihrer Strahlungsleistung gesteuert werden.
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Das durch den Zeichengenerator 15 auf dem Fotoleiter 6 erzeugte latente Bild wird durch die Entwicklerstation 3 mit elektrisch geladenen Tonerpartikeln eingefärbt. Die Entwicklerstation 3 weist hierzu eine sich drehende Entwicklerwalze 16 auf, die eine Schicht Flüssigentwickler an den Fotoleiter 6 heranführt. Zwischen der Oberfläche des Fotoleiters 6 und der Oberfläche der Entwicklerwalze 16 besteht ein Entwicklungsnip 20, über den die geladenen Tonerpartikel von der Entwicklerwalze 16 zu einer Entwicklungsstelle 17 auf dem Fotoleiter 6 in den Bildstellen aufgrund eines elektrischen Feldes wandern. In den Nichtbildstellen gehen keine Tonerpartikel auf den Fotoleiter 6 über.
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Das eingefärbte Bild dreht sich mit dem Fotoleiter 6 bis zu einer Transfereinheit 4, durch die das Tonerbild auf einen Aufzeichnungsträger 5 umgedruckt wird. Die Transfereinheit 4 zum Umdruck des Bildfilms mit den entwickelten Ladungsbildern auf den Aufzeichnungsträger 5 weist ein Transferelement 18, z.B. eine elastische Transferwalze oder ein Transferband, und ein Gegendruckelement 19, z.B. eine Gegendruckwalze, auf, die zusammen einen Nip 21 bilden, durch den der Aufzeichnungsträger 5 hindurch geführt ist. Die Transfereinheit 4 übernimmt den Bildfilm an einer Transferstelle vom Ladungsbildträger 6 und transportiert diesen zum Aufzeichnungsträger 5. An einer Umdruckzone im Nip 21 wird der Bildfilm auf bekannte Weise unter Verwendung eines elektrischen Feldes und unter Druck auf den Aufzeichnungsträger 5 übertragen. Das elektrische Feld zwischen der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19 wird mit Hilfe einer an die Transferwalze 18 und die Gegendruckwalze 19 angelegten elektrischen Spannung gesteuert. Außerdem drückt die Gegendruckwalze 19 mit hoher mechanischer Kraft gegen die relativ weiche Transferwalze 18, wodurch die Tonerpartikel auch aufgrund der Adhäsion an dem Aufzeichnungsträger 5 haften bleiben.
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Im elektrofotografischen Prozess können somit elektrische Felder zwischen Walzen an verschiedenen Stellen auftreten. Z.B. zwischen der Entwicklerwalze 16 und der Fotoleiterwalze 6 oder der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19. Im Folgenden werden die Verhältnisse im Nip 21 zwischen der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19 als Beispiel behandelt, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
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Zum Umdruck der Tonerbilder auf den Aufzeichnungsträger 5 werden somit elektrische Felder eingesetzt. Die Stärke dieser elektrischen Felder hängt neben der elektrischen Spannung zwischen der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19 von weiteren Faktoren ab, z.B. von der Tonermenge auf dem Druckbild, von der Beschichtung der Gegendruckwalze 19, von klimatischen Umgebungsbedingungen für das Druckgerät. Wenn dabei große elektrische Felder eingesetzt werden, ist es möglich, dass im Nip 21 zwischen der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19 eine Corona-Entladung auftreten kann, mit der Folge, dass dadurch die Eigenschaften der Transferwalze 18 und der Gegendruckwalze 19 oder des Toners unerwünscht verändert werden können. Eine derartige Corona-Entladung sollte darum vermieden werden.
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Die Corona-Entladung im Nip 21 kann erfindungsgemäß dadurch verhindert werden, dass eine der Walzen 18 oder 19, im Folgenden als Beispiel die Gegendruckwalze 19, derart aufgebaut wird, dass ein Elektronenfluss oder Strom über den Nip 21 begrenzt wird, z.B. bei einer elektrischen Spannung über den Nip 21 von 1kV bis 10kV nur ein Strom kleiner als 1mA fließen kann.
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Der Aufbau einer Walze, die diese Erfordernisse erfüllt, ist in 2 und 3 gezeigt; dies kann im Ausführungsbeispiel die Gegendruckwalze 19 sein. Nach den 2 und 3 ist die Gegendruckwalze 19 schichtweise aufgebaut. Auf einen Grundkörper 22 aus elektrisch leitenden Material folgt eine Halbleitersperrschichtanordnung HS und darauf eine funktionelle Deckschicht 25 z.B. bezogen auf Härte, elektrische Leitfähigkeit oder Relaxation. Die Halbleitersperrschichtanordnung HS weist zwei aneinander grenzende Halbleiterschichten 23, 24 auf, die aus Werkstoffen bestehen, bei denen die Austrittsarbeit für Elektronen unterschiedlich gewählt ist. Die Halbleitersperrschichtanordnung HS wird nun derart zwischen dem Grundkörper 22 und der Deckschicht 25 angeordnet, dass unter Berücksichtigung der an die Walzen 18, 19 angelegten elektrischen Spannung nur ein durch die Werkstoffe der Halbleiterschichten 23, 24 bestimmter minimaler Strom, der Sperrstrom, fließen kann. Diese von der Halbleitersperrschichtanordnung HS einzunehmende Reihenfolge der Halbleiterschichten 23, 24 bezogen auf den Grundkörper 22 und damit deren Sperrrichtung hängt dann von der Polung der Spannung an den Walzen 18, 19 und damit davon ab, ob die Tonerpartikel positiv oder negativ geladen sind.
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Die Halbleiterschichtanordnung HS umfasst somit
- – eine erste Halbleiterschicht 23 mit einem ersten Werkstoff, bei dem die Austrittsarbeit für Elektronen hoch ist, z.B. größer als 4,5eV gewählt ist, z.B. im Bereich von 4,5eV bis 6,3eV liegt. Werkstoffe, die dieses Erfordernis erfüllen sind z.B. Nickel, Platin, Oxide;
- – eine zweite Halbleiterschicht 24 mit einem zweiten Werkstoff, bei dem die Austrittsarbeit für Elektronen kleiner im Vergleich zur ersten Halbleiterschicht 23 gewählt ist, z.B. kleiner als 3eV gewählt ist, z.B. im Bereich von 3eV bis 1eV liegt. Werkstoffe, die dieses Erfordernis erfüllen, sind z.B. Rubidium, Cäsium, Kalium, Barium, Lithium.
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Als äußerste Schicht kann dann als Deckschicht 25 eine Schicht z.B. aus a-C:H (amorpher Kohlenstoff: wasserstoffhaltig), Oxidkeramik wie z.B. Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid, Chromoxid, Titanoxid, Bariumtitanat, oder eine Elastomerschicht vorgesehen werden.
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Die Reihenfolge der Halbleiterschichten 23, 24 in der Halbleitersperrschichtanordnung HS vom Grundkörper 22 aus gesehen hängt somit von der Polung der Spannung an der Gegendruckwalze 19 ab:
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a) Fall 1:
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Wenn die Gegendruckwalze 19 im Vergleich zur Transferwalze 18 ein negatives Potenzial aufweist, z.B. der Toner positiv geladen ist, dann ist folgender Schichtenaufbau der Gegendruckwalze 19 von innen nach außen vorgesehen:
- 1. Grundkörper 22
- 2. Schicht mit großer Austrittsarbeit für Elektronen (erste Halbleiterschicht 23)
- 3. Schicht mit kleiner Austrittsarbeit für Elektronen (zweite Halbleiterschicht 24)
- 4. Deckschicht 25
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Für diesen Fall 1 bildet die Halbleitersperrschichtanordnung HS eine Sperrschicht für den Elektronenfluss von dem Grundkörper 22 zur Deckschicht 25 und zum Nip 21. Es fließt nur ein durch die Wahl der Werkstoffe der Halbleiterschichten 23, 24 in der Höhe bedingter Sperrstrom, bei dem keine Corona-Entladung im Nip 21 auftreten kann.
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Fall 2:
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Wenn die Gegendruckwalze 19 im Vergleich zur Transferwalze 18 ein positives Potenzial aufweist, z.B. der Toner negativ geladen ist, dann ist folgender Schichtenaufbau der Walze 19 von innen nach außen vorgesehen:
- 1. Grundkörper 22
- 2. Schicht mit kleiner Austrittsarbeit für Elektronen (zweite Halbleiterschicht 24)
- 3. Schicht mit großer Austrittsarbeit für Elektronen (erste Halbleiterschicht 23)
- 4. Deckschicht 25
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Für diesen Fall 2 bildet die Halbleitersperrschichtanordnung HS eine Sperrschicht für den Elektronenfluss von der Deckschicht 25 zum Grundkörper 22. Es fließt nur ein durch die Wahl der Werkstoffe der Halbleiterschichten 23, 24 in der Höhe bedingter Sperrstrom, bei dem keine Corona-Entladung im Nip 21 auftreten kann.
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Die Erfindung ist für eine Gegendruckwalze 19 bei einer Transfereinheit beschrieben worden. Sie kann jedoch bei allen Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen elektrisch geladene Partikel mit Hilfe eines elektrischen Feldes von einem ersten Mittel zu einem zweiten Mittel übertragen werden sollen, z.B. zwischen Walzen, zwischen einer Walze und einem Aufzeichnungsträger oder zwischen Walzen und Bändern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckwerk
- 2
- Elektrofotografiestation
- 3
- Entwicklerstation
- 4
- Transferstation
- 5
- Aufzeichnungsträger
- 6
- Fotoleiterwalze
- 7
- Löschlicht
- 8
- Reinigungsstation
- 9
- Auffangwanne
- 10
- Rakel
- 11
- Aufladeeinrichtung
- 12
- Korotron
- 13
- Korotrondraht
- 14
- Korotronschirm
- 15
- Zeichengerator
- 16
- Entwicklerwalze
- 17
- Entwicklungsstelle
- 18
- Transferwalze
- 19
- Gegendruckwalze
- 20
- Entwicklungsnip
- 21
- Nip der Umdruckzone
- 22
- Grundkörper der Walze
- 23
- erste Halbleiterschicht
- 24
- zweite Halbleiterschicht
- 25
- Deckschicht
- HS
- Halbleitersperrschichtanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/013013 A2 [0003]
- US 2006/0150836 A1 [0003]
- DE 102005055156 B3 [0003]
