DE2130977A1

DE2130977A1 - Elektrostatischer Schreiber

Info

Publication number: DE2130977A1
Application number: DE19712130977
Authority: DE
Inventors: Sloan John David; Marshall Edward William
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1971-12-30
Also published as: US3693181A

Description

Nachgiebigkeit ein weiches, schwammiges Stützkissen angeordnet. Das Schwammkissen kann auch in Zusammenhang mit dem Paserstoff . verwendet werden, um eine erhöhte federnde Nachgiebigkeit zu erzielen.

Erfindungsgebiet

Die .Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Schreiber, insbesondere auf einen verbesserten Ladafeg zwischen den Schreibelektraden und der Gegenelektrode.

Stand der Technik

Bisher wurde die Schreibbahn mittels einer ebenen Stütz-» platte in harter Berührung mit dem Schreibkopf gehalten. Diese Stützplatten standen häufig unter Federspannung, um die Bahn und die Schreibstifte in Berührung miteinander zu pressen. Geringfügige Verformungen, Verwerfungen und falsche Ausrichtungen in Längsrichtung zwischen der Platte und dem Schreibkopf ergaben dabei Flächen hohen Drucks. An diesen Druckflächen bestand die Gefahr, daß der dielektrische Überzug der Bahn sich abrieb, was das Aufzeichnen störte und die Qualität der Kopie beeinträchtigte. Aufgrund der an diesen Druckstellen erzeugten Reibungswärme nutzte sich außerdem der Kunststoffkörper des Schreibkopfes ab, in dem die Schreibstifte eingebettet waren. Verstellungen des Abstands zur Vermeidung derartiger Hochdruckflächen waren angesichts der unterschiedlichen Papierstärken bei verschiedenen Papierrollen und der Ungleichmäßigkeiten innerhalb einer einzigen Papierrolle besonders schwer.

Die oben erwähnten mechanischen Schwierigkeiten wurden teilweise durch die Entwicklung einer ü-förmigen Gegenelektrode gelöst. Die Seitenwände dieser Gegenelektrode bildeten eine Rinne, die den Schreibkopf teilweise umgab, um die Bahn über die gekrümmte Fläche des Kopfes zu führen, wie in Fig. 2 dar-

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gestellt. lie direkte bzw. harte Berührung zwischen Bahn und Kopf wurde ausgeschaltet und durch einen durch Bahnspannung erzeugten weichen Eingriff ersetzt. Durch die U-förmige Gestalt der Pü^rungsrinne ergaben sich jedoch elektrische Probleme. Die die Bahn führenden Seitenwände standen nämlich auch elektrisch in Berührung mit dem leitfähigen Bahnträger bzw. der BahnrUckenschicht„ Diese Seitenwände der Rinne standen notwendigerweise in einigem Abstand von dem Berührungspunkt zwischen Schreibstift und Bahn, um die Bahn führen zu können. Deshalb umfaßte der Ladeweg zwischen dem Schreibkopf und der rinnenartigen Gegenelektrode zwei geringe Längen zusätzlicher Bereiche der Schreibbahn, und zwar je einen zwischen dem Kopf und jeder Seitenwand der Rinne. Der verteilte Widerstand und die Kapazität der zusätzlichen Bahnbereiche im Ladekriiie begrenzten die Geschwindigkeit, mit der die Ladung der 3ahn vom Schreiber niedergelegt werden konnte.

der .Erfindung

Aufgabe d>»r Erfindung ist es daher, einen elektrostatischen Schreiber mit einem wirksameren Bahnladeweg zu schaffen, einen elektrostatischen Schreiber mit minimalem Bahnwiderstand und minimaler Bahnkapazität im Ladeweg zu schaffen, einen schnelleren elektrostatischen Schreiber zu schaffen, der in wirksamer Weise kürzere Ladeimpulee verarbeiten kann, einen elektrostatischen Schreiber mit einer verbesserten Gegenelektrode zu schaffen, der eine erhöhte mechanische Toleranz zwischen dsm Schreibkopf und der Gegenelektrode erlaubt, und einen elektrostatischen Schreiber mit einer verbesserten Gegenelektrode zu schaffen, bei dem ein ungehindertes Hindurchlaufen von Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche der Bahn und kleiner Teilchen von Fremdstoffen, die sich auf der Bahn niedergeschlagen haben, möglich ist.

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- 4 -Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte schematische Perspektivansicht eines elektrostatischen Schreibers und zeigt die Gegenelektrode aus leitfähigem Faserstoff in eine rinnenartige Stützplatte eingebaut;

Fig. 2 ist eine Endansicht einer bekannten Führungsrinne und eines Schreibkopfes ohne den Faserstoff und zeigt die Schreibbahn und die elektrischen Kontaktpunkte, die einen zusätzlichen Bereich der Bahn im Ladeweg einschliessen;

Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung gemäss Fig. 2 und zeigt den verteilten Widerstand und die Kapazität der in dem Ladeweg eingeschlossenen zusätzlichen Schreibbahnbereiche;

Fig. 4 ist eine Endansicht einer U-förmigen Rinne und zeigt eine Abwandlung der Rinne gemäss Fig. 1 mit einem Faserstoff und einem Schwammpolster;

Fig. 5 ist eine Endansicht eines muldenförmigen Ausführungen W beispiels der Führungsrinne mit einer Ausführung der Gegenelektrode aus einem Gewebe und einem Schwammpolster.

Das Schreibersystem

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Schreibers 10 mit Eingangsklemmen 12, die analoge oder digitale Eingangesignale an eine Decodiermatrix 14 anlegen. Die decodierten Signale werden dann von Schreibstift-UND-Gattern 16 weiterverarbeitet, die ausgewählte Schreibelektroden 18 einer Vielzahl von in einem Kunststoffschreibkopf 20 angebrachten oder eingebetteten Schreibelektroden aktivieren. Hier verwendbare, besondere Arten des Adressierens und Aktivierens sind im

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einzelnen in den US-Patentschriften 3 394 383 und 3 465 360 offenbart, iäin Aufzeichnungsmittel bzw. eine Schreibbahn 22 ist in der Nähe des Schreibkopfes 20 mit einem Luftspalt zwischen den beiden gezeigt. Die Bahn 22 hat eine Ladung haltende Fläche bzw·· einen Ladungen haltenden Überzug (dielektrischer Film) über einein leitfähigen Träger (Papierrücken)· Die Bahn 22 ist auf einer Vorratsrolle 24 aufgewickelt und wird mittels eines Paars einander gegenüberliegender Reibungsantriebsräder 26 am Kopf 20 vorbeibewegt. Die Bahn 22 wird mit dem Kopf 20 durch eine Gegenelektrodenanordnung 28 in Eingriff gedrängt, die nachfolgend näher erläutert wird. An der Gegenelektrode 28 liegt normalerweise eine Spannung von ca. 550 V und an jedem Schreibstift 18 normalerweise eine Spannung von ca. 380 V. Dieser Spannungsunterschied von 170 V (die Vorspannung) reicht nicht aus, um ein Schreiben zu veranlassen (Ladungsübertragung auf die Bahn 22). Wenn ein bestimmter Schreibstift 18 vom UND-Gatter 16 gewählt ist, so fällt die Spannung dieses Schreibstifts auf iärdpotential ab. Die dann zwischen dem gewählten Schreibstift und der Gegenelektrodenanordnung 28 auftretenden 550 V (das Schreibpotential) reichen aus, um ein Aufladen bzw. Schreiben auf der Bahn 22 zu verursachen. Das Schreibpotential aktiviert die ausgewählten Schreibstifte, wodurch eine lawinenartige Entladung in dem normalerweise nicht leitfähigen Fluid im Spalt, bei dem es sich normalerweise um Luft handelt, verursacht wird. Es sind auch andere geeignete Fluide verwendbar. Der Schreib- oder Ladeweg verläuft von Erde, durch das UND-Gatter und die ausgewählten Schreibstifte, über die lawinenartige Entladung im Spalt, durch die Bahn 22 und die Gegenelektrodenanordnung 28 und kehrt über eine hier nicht gezeigte 550 V-Spannungsquelle zur Erde zurück. Ladungen sammeln sich auf der Ladungshalteoberflache der Bahn 22 in der Nähe der ausgewählten Schreibstifte an. Die wahlweise Aktivierung von Schreibstiften 18 in Zusammenhang mit der Bewegung der Bahn 22 erzeugt ein Ladungsbild 30 auf der Bahn 22, welches von einer Tonerrinne 32

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zu einem sichtbaren'Bild 34 entwickelt wird. Das Tonungs- bzw. Entwickelverfahren ist im einzelnen in der US-Patentschrift 3 392 706 offenbart. Es können auch andere Verfahren zum Adressieren, Aktivieren, Antreiben und Tonen verwendet werden. Die oben erwähnten Verfahren und Vorrichtungen dienen lediglich als Beispiel.

Die.verbesserte Gegenelektrode

Die Gegenelektrodenanordnung 28 ist vorzugsweise von einer leitfähigen, U-förmigen Rinne 40 mit Seitenwänden 42 und einem Boden 44 gebildet. Ein leitfähiger Faserstoff 46 ist innerhalb der Rinne 40 auf dem Boden 44 angebracht. Die Rinne 40 ist in der Nähe des Kopfes 20 den Kopf teilweise umgebend so angebracht, dass die Seitenwände 42 die Bahn 22 um die Krümmungsfläche des Kopfes 20 fuhren können und dass der Faserstoff 46 die Bahn 22 leicht in Anlage gegen den Kopf 20 drängt. Die federnde Nachgiebigkeit des Fasterstoffes 46 verursacht die sanfte mechanische Anlage der Bahn 22 zwischen dem Stoff 46 und dem Schreibkopf Durch diese Anlage wird ein elektrischer Kontakt zwischen Schreibelektroden 18 und der dielektrischen Oberfläche der Bahn 22 und auch zwischen dem Faserstoff 46 und dem leitfähigen Rücken der Bahn 22 hergestellt.

Als bevorzugter Faserstoff wird ein mit Silber imprägnierter .Nylonstoff verwendet, welcher eine Unzahl von weichen Schlau-" fen oderFlor hatj der von einem textilstoffartigen Unter-, grund^orateht. Der Flor hat gute Rückfederungseigenschaften und,bietet die für die mechanische und elektrische Anlage nötige federnde Nachgiebigkeit. Aufgrund der eng verwobenen bzw. verworrenen Art des Flors wird ein Abrieb oder ein Verkratzen des leitfähigen Bahnrückens vermieden, was bei Verwendung der herkömmlichen steifen Bürsten geschehen würde, die üblicherweise als Kommutatoren verwendet werden. Darüber-

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hinaus erlaubt der eng verworrene Stoff Änderungen in der Bewegungsrichtung der Bahn, während eine Kommutatorbürste die Bahn durchlöchern oder einreissen würde. Der Untergrund des ' Stoffes ermöglicht es, den Faserstoff zu schneiden, vorzulochen oder sogar zu nähen, um ihm auf einfache Weise eine Form zu geben und ihn anzubringen. Vorzugsweise wird der Faserstoff mit leitfähigen Epoxyharzen angebracht; es sind jedoch auch doppelseitige Bänder oder Klebstoff an der leitfähigen Rückseite verwendbar. Der erhabene Flor kann aus einem beliebigen Kunstharz oder Kunststoff hergestellt sein, welcher dem Flor die gewünschte eng verwobene oder verworrene Gestalt und die Halteeigenschaft gibt. Nylon, welches eine Grattungsbezeichnung für beliebige langkettige synthetische Polyamide mit wiederholt auftretenden Ämidgruppen als integralem Bestandteil der Hauptpolymerkette ist, und welches eich zur Bildung von Fäden eignet, wird bevorzugt. Natürlich kann der Faserstoff auch mit anderen Leitern imprägniert sein. Silber und andere Edelmetalle werden aufgrund ihrer antikorrodierenden Eigenschaften bevorzugt.

Die Breite und Stärke des Faserstoffes sind unkritiech. Jedoch lässt sich das Anbringen des Faserstoffes beschleunigen, wenn seine Breitenabmessung der Breite der Stützrinne 40 entspricht. Die Breitenabmessung * erlaubt eine begrenzte Abweichung in der Längsausrichtung sowie ein Verwerfen zwischen dem Schreibkopf 20 und der Stützrinne 40 längs ihren Längsabmessungen. Die federnde Nachgiebigkeit und die Stärke des Faserstoffes machen es möglich, dass Fremdstoffe, beispielsweise Schnipsel von einer Papierschneidemaschine, die sich auf der Bahn abgesetzt haben, am Schreibkopf vorbeibewegt werden, ohne sich dort anzusammeln. Der Faserstoff zeigt selbst nach längerem Betrieb keine Abnutzungserscheinungen und verliert nicht seine federnde Nachgiebigkeit oder seine Leitfähigkeit. Diese Langlebigkeit scheint auf den niedrigen Koeffizienten der Gleitreibung des Faserstoffes zurückzuführen zu sein.

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Fig. 2 zeigt den Ladeweg zwischen dem Schreibkopf 20 und der Stützrinne 40 ohne den Faserstoff genäse der Erfindung. Bei diesem bekannten Aufbau ist ein Längebereich bzw. ein zusätzlicher Bereich der Bahn 22 im Ladeweg eingeschlossen. Der Schreibkopf 20 berührt die Bahn 22 an einem Funkt A, und die Seitenwände 42 der Stützrinne 40 berühren die Bahn 22 an Punkten B₁ und B₂. Die zusätzlichen Bereiche der Bahn 22 zwischen A und B₁ und zwischen A und B₂ bilden parallele Zweige des Ladewegs zwischen dem Kopf 20 und der Stützrinne 40. Diese eingeschlossenen, zusätzlichen Bereiche der Bahn 22 haben eine verteilte Kapazität (C_w) und einen verteilten Widerstand

und R₁J₂)* ^dle echematisch im Ersatzschaltbild des bekannten Ladeweges in Fig.. 3 gezeigt sind. C_w, H₉₁ und R₉₂ schliessen die Kapazität und den Widerstand sowohl des dielektrischen Oberflächenüberzugs als auch des leitfähigen Rückens der Bahn 22 ein. Diese Parameter sind zwar klein, aber sie behindern den Bahnladevorgang und begrenzen die Geschwindigkeit des Schreibers 10. Bei den gegenwärtigen Betriebsgeschwindigkeiten muss jeder gewählte Schreibstift (nach Auslesen der lawinenartigen Entladung) in etwa 3 Mikrosekunden aktiviert sein, und der benachbarte Bereich der Bahn muss in etwa 40 Mikroeekunden geladen sein. Durch Erhöhen des Schreibpotential8 wird diese Ladewegimpedanz zu einem gewissen Grad überwunden, jedoch bestehen Grenzen hinsichtlich der Spannungsbelastbarkeit des UND-Gatters 16 und der Kopfisolierung zwischen benachbarten Schreibstiften 18. Der kleine Zusatzbereich der Bahn 22 ist durch Verwendung einer Gegenelektrode in Form eines Faserstoffes 46 aus dem Ladeweg ausgeschaltet. Der Faserstoff 46 steht mit der Bahn 22 am Berührungspunkt zwischen Bahn und Schreibstift unmittelbar unterhalb der Schreibstifte elektrisch in Berührung. Die Länge der Bahn 22, die im Ladeweg eingeschlossen ist, ist auf ein Minimum eingeschränkt und umfasst nur die Stärke der Bahn 22. Diese Einschränkung der Ladewegimpedanz erhöht die Ladungsmenge, die in der möglichen

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Zeit und bei der möglichen Spannung auf der Bahn abzulagern ist. Bei den zusätzlichen Bereichen im Ladβweg, wie sie Fig» zeigt, sind 100 MikroSekunden zum Niederlegen der gleichen Ladung nötig, die gemäß der Erfindung in nur 40 MikroSekunden bewirkt wird.

Abwandlung des Druckpolstere

Fig. 4 zeigt eine Rinne 40 mit einem Schwammdruckpolster 50 unter dem Faserstoff 46. ... Die Weichheit bzw. niedrigere federnde Nachgiebigkeit des Polsters 50 erlaubt eine größere Verschiebung des Faserstoffes und erhöht die Tolerans für Fluchtungsabweichungen zwischen dem Schreibkopf 20 und der Rinne 40. DarUberhinaus trägt das Vorhandensein des Schwaampolsters 50 zur Gesamtstärke des federnd nachgiebigen Materials in der Rinne 40 bei, was die Fähigkeit der Rinne 40, Fremdstoffe auf der Bahn durchzulassen, rerbessert. Das Polster 50 kann aus einem geeigneten flexiblen, federnd nachgiebigen Stoff, beispielsweise aus Dacronfilz oder einem beliebigen Elastomer mit niedrigem Durometerhärtegrad, hergestellt sein. Polyurethanschaum wird bevorzugt.

Ausführungsbeispiel mit Stoffgewebe

Fig. 5 zeigt einen Nylonstoff 52, der mit einem geeigneten leitfähigen Material, beispielsweise Silber, imprägniert und anstelle des Faserstoffes 46. .. gemäß Fig. 1 verwendet ist. Vorzugsweise ist ein geeignetes Druckpolster 54 in einer Stutzmulde 56 unterhalb des Stoffgewebes 52 vorgesehen, um die federnde Nachgiebigkeit der Gewebegegenelektrode zu verbessern. Das Stoffgewebe hat eine Leitfähigkeit von etwa 1 0hm ca. Das Schwammpolster 54 kann aus einem geeigneten, federnd nachgiebigen Stoff bestehen, beispielsweise aus dem Material» welches bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit Faserstoff und Schwamm verwendet ist. Ea können auch andere leitfähige, federnd nachgiebige Stoffe mit niedriger Reibung als Gegenelektrode verwendet werden. Der angebrachte Faserstoff =·

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oder Stoffgewebe wird bevorzugt» da es eine leichte Umkehr der Schreibbahnbewegung ermöglicht. Ein borstenartiger Stoff, der in anderer Hinsicht geeignet ist, kann der Richtungsänderung der Schreibbahn durch Einstechen in den leitfähigen Träger der Bahn 22 bzw. Verkratzen desselben Widerstand entgegensetzen.

Schluß

Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß die Aufgaben der Erfindung durch Schaffung einer verbesserten Gegenelektrode unter Verwendung eines leitfähigen, federnd nachgiebigen Textilstoff fes mit geringer Reibung gelöst werden. Dadurch, daß die Berührung mit der Bahn in unmittelbarer Nähe des Schreibkopfes erfolgt, wird die Ladewegimpedanz auf ein Minimum eingeschränkt. Der verbesserte Ladeweg überquert die Bahn in im wesentlichen rechtwinkliger Weise, so daß die im Ladeweg eingeschlossenen Bereiche der Bahn auf sin Mindestmaß eingeschränkt sind_o Die ausgewählten Sahreibstifte können bei gleichem Schreibpotential in der kurzen erlaubten Zeit eine größere Ladung auf der Schreibbahn niederlegen. Wegen der federnden Nachgiebigkeit des JSlektrodenstoffes ist das Erfordernis der Ausrichtung zwischen dem Schreibkopf und der Stützrinne nicht so großo Diese Seile brauchen nicht mehr in ihren Längsabmessungen absolut parallel zu liegen. Die federnde Nachgiebigkeit erlaubt außerdem ein stärkeres Hindurchlaufen von Fremdstoffen in nicht -gleichmäßigen Bereichen der Schreibbahn durch die Verengung zwischen dem Schreibkopf und dem Elektrodengewebe·

Natürlich sind im Bereich der Erfindung Abwandlungen des Aufbaus und der einzelnen Ausführungsbeispiele möglich« Zum Beispiel kann anstelle der U-förmigen Rinne gemäß Fig. 1 und 4 die muldenförmige Gestalt gemäß Fig. 5 verwendet werden. Weitere Merkmale und Vorteile jeder Abwandlung können bei anderen abgewandelten Ausführungsbeispielen verwendet werden.

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Claims

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Ansprüche

^j Elektrostatischer Schreiber ram Bilden eines Ladungsbildes auf einem Ladungen haltenden Aufzeichnungsmittel unter Ansprechen auf Eingangssignale, mit einem Schreibkopf mit einer Vielzahl von Schreibelektroden, einer Einrichtung, mittels der ein Ladeweg von der Vielsahl von Schreibelektroden durch das Aufzeichnungsmittel und durch eine Gegenelektrode su einer Stütse für dieselbe gebildet wird, einer Einrichtung, mittels der das Aufzeichnungsmittel am Schreibkopf vorbeibewegt wird, während das Aufzeichnungsmittel in elektrischem Eingriff zwischen den Schreib» elektroden und der Gegenelektrode steht, und einer Einrichtung sum Empfang und Weiterverarbeiten der Eingangesignale sum Adressieren und Aktivieren ausgewählter Schreibstifte, die veranlassen, dass ein Ladestrom durch den Ladeweg flieset, wodurch zusammen mit dem weiterbewegten Aufzeichnungsmittel ein Ladungsbild auf dem Aufzeichnungsmittel erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode eine leitfähige, federnd nachgiebige Gegenelektrode ist, die derartig unmittelbar in der Nähe der Schreibelektroden angebracht ist, dass der Ladeweg das Aufzeichnungsmittel im wesentlichen rechtwinklig überquert und ein Mindestmaß des Aufzeichnungsmittel im Ladeweg einschliesst.

2. Elektrostatischer Schreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode von einem organischen Textilstoff gebildet ist» welcher mit einem leitfähigen Stoff imprägniert ist.

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3. Elektrostatischer Schreiber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode einen verhältnismässig niedrigen Reibungskoeffizienten hat, der ein leichtes Hindurchlaufen des Aufzeichnungsmittels ermöglicht, während es zwischen dem Schreibkopf und der Gegenelektrode \in Eingriff steht.

4. Elektrostatischer Schreiber nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der organische Textilstoff

_fc eine eng verworrene Florstruktur mit guten Rückfederungs-™ eigenschaften hat.

5. Elektrostatischer Schreiber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Textilstoff gewebt ist.

6. Elektrostatischer Schreiber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schreibelektroden in einer länglichen Anordnung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode so breit und so stark ist, dass begrenzte Fluchtungsabweichungen längs der Längsachse erlaubt sind.

7. Elektrostatischer Schreiber gemäss einem der Ansprüche k 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein federnd nachgiebiges Druckpolster zwischen dem Textilstoff und der festen Stütze vorgesehen ist, welches die effektive federnde Nachgiebigkeit der Gegenelektrode erhöht.

ρ ·

Elektrostatischer Schreiber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Stütze die Form einer U-förmigen Rinne hat, wobei die Gegenelektrode in der Vertiefung derselben angebracht ist.

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