DE2226924A1 - Verfahren und einrichtung zur messung und regelung der tonerkonzentration in elektrophotographischen reproduktionsmaschinen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur messung und regelung der tonerkonzentration in elektrophotographischen reproduktionsmaschinen

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Description

K 2038b PP-Dr.Gr-ur 31, Mai 1972
Beschreibung ■ zur Anmeldung der
KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden~Biebrich
für ein Patent auf
Verfahren und Einrichtung zur Messung und Regelung der Tonerkonzentration in elektrophotographisehen Reproduktion-
masehinen
(Zusatzanmeldung zu Patent . ,,. ,,, / Patentanmeldung P 21 38 105,5),
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und gegebenenfalls Steuerung der Tonerkonzentration des in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine zirkulierenden Entwicklerstoffes nach Patent , ,,·,,« (Patentanmeldung P 21 38 105,5).
in dem Hauptpatent ist ein Verfahren zur Messung bzw, Regelung der Tonerkansentration in einem Entwicklergemisch beschrieben, das aus Trägerteilehon, meist mit
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Kunststoff überzogene Eisenkügelehen, und Tonertellehen, meist mit färbenden Substanzen versehene thermoplastische Partikelchen, besteht. Bei dem in diesem Hauptpatent beschriebenen Verfahren erfolgt die Bestimmung der Tonerkonzentration durch Messung der Schwächung radioaktiver Strahlung in diesem Entwicklergemisch. Diese Messung erfolgt gemäß den dort angegebenen Beispielen, indem eine Schicht Entwicklergemisch konstanter Dicke mit der radioaktiven Strahlung durchstrahlt wird und die von der Tonerkonzentration abhängige Zählrate festgehalten und gegebenenfalls zur Dosierung von Toner verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das in dem Hauptpatent beschriebene Verfahren in der Weise zu verbessern, daß eine größere Unabhängigkeit des Verfahrens von äußeren Parametern erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der oben definierten Art gelöst, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß eine Meßprobe, deren Tonergehalt der Tonerkonzentration des Entwicklers zugeordnet ist, gebildet wird, daß die von der Meßprobe zurückgestreuten ß-Strahlen eines radioaktiven Präparats gemessen werden und daß gegebenenfalls Toner dem Entwickler zugesetzt wird, bis die empfangene
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Strahlung wieder einem Sollwert entspricht. Eine der
einfachsten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, mit einer Meßprobe zu arbeiten, die aus dem zu untersuchenden Entwicklergemisch selbst besteht.
Es wurde gefunden, daß dieses in der Strahlungsmeßtechnik an sich bekannte Verfahren, kleine Anteile von sich in der Ordnungszahl Z unterscheidenden Komponenten nachzuweisen, für die Messung der Tonerkonzentration besonders geeignet ist. Die Empfindlichkeit dieses Rucksoreuverfahrens ist ebenso groß wie die der in dem Hauptpatent beschriebenen Durchstrahlungsmethode. Gegenüber der Durchstrahlung bietet jedoch die Verwendung der Rückstreuung den Vorteil, daß die Bestimmung der Tonerkonzentration nicht vom Rüttelgrad (der Verdichtung durch Rütteln) des Entwicklergemisches vor der Messung abhängig ist. Auch die Abhängigkeit der gemessenen Intensität von der Geometrie der Anordnung ist geringer.
Ferner bietet die Rückstreumethode den Vorteil, daß mit wesentlich geringeren Präparatstärken (geringere Aktivitätsmenge des Präparats) gearbeitet werden kann. Bei
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günstiger Meßanordnung kann die Aktivitätsmenge des radioaktiven Präparats unter der Freigrenze der Strahlenschutzverordnung bleiben, so daß eine bei ß-Strahlen schon an sieh einfache Strahlenschutzabschirmung bei einer solchen Anordnung ganz unterbleiben kann.
Schließlich ist auch der Aufwand für die Strahlenmessung geringer, da die bei der Rückstreumessung verwendeten ß-Strahlen vorzugsweise im Geigerzähler gemessen werden, während für den Nachweis von I -Strahlen ein Szintillationszähler erforderlich ist ( Y -Strahlen werden im Geigerzähler mit einer 100-fach kleineren Zählausbeute gemessen). Zähler und Meßgerät sind bei Verwendung eines Geigerzählers raumsparender und billiger.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem eine Entwicklerschicht kontinuierlich erzeugt wird, die in konstantem Abstand an der Strahlungsquelle und dem Detektor gleichförmig vorbeibewegt wird. Mit diesem kontinuierlichen Verfahren ist es möglich, ein elektrophotographisches Kopiergerät vollautomatisch zu betreiben, indem die gemessene Änderung der Impulsrate zur Steuerung einer Tonernachdosierung verwendet wird. Dabei ist aller-
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ORiQlNAL INSPECTED
dings darauf zu achten, daß bei einer Zählrate, die über einem Normalwert liegt, die Tonerkonzentration unter dem zugehörigen Normalwert liegt. Es ist also immer dann nachzudosieren, wenn die Zählrate einen bestimmten Wert überschritten hat.
Neben der Anwendung des Entwicklergemisches selbst als Meßprobe läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch durchführen, indem als Meßprobe eine Fläche aus ß-Strahlen stark rückstreuendem Material verwendet wird, an dem je nach Tonerkonzentration mehr oder weniger Toner abgeschieden wurde. Die Fläche kann beispielsweise als eine Elektrode aus Kupfer bzw. Eisen oder einem Schwermetall (insbesondere Gold) ausgebildet sein, die an ein bestimmtes elektrisches Potential angeschlossen und mit dem zu untersuchenden Entwickler "entwickelt" wird. Je nach Tonerkonzentration scheidet sich mehr oder weniger Toner an der Schwermetallelektrode ab, und es wird eine entsprechend der Tonermenge geschwächte Intensität der rückgestreuten ß-Strahlung gemessen. Die Verwendung von Schwermetall-Elektroden ist bevorzugt, da die Rückstreuintensität bei diesen besonders hoch ist; damit kann mit schwachen Präparaten gearbeitet werden.
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Besonders bewährt hat sich das Verfahren, wenn als ß-Präparat ein ^C-Präparat verwendet wird. Als Strahlenquellen geeignet sind auch andere Nuklide wie z. B. 9OSr/9OYj I47pm oder 204Tl. Bevorzugt ist indessen das ^C-Präparat.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine an einer Stelle, an der Entwickler zirkuliert, ein endloses, in Umlauf versetzbares und zumindest teilweise mit seiner Oberfläche nach oben gerichtetes Band angeordnet ist,
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Entwicklerschicht konstanter Dicke auf dem nach oben gerichteten Bandoberflächenabschnitt ausbildet,
daß ein ß-Präparat der freien Oberfläche der Entwicklergemischschicht zugewandt in der Vorrichtung angeordnet ist und
daß ein Strahlungsdetektor für die von dem Entwicklergemisch rückgestreuten ß-Strahlen auf derselben Seite der Entwicklergemischschicht wie die Strahlenquelle,
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jedoch so angeordnet ist, daß der Detektor gegen die direkten ß-Strahlen der Strahlenquelle abgeschirmt ist.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Rückstreumessung an einer Elektrode vorgenommen wird, an der Toner in einer der Tonerkonzentration zuzuordnenden Dicke abgeschieden wurde, zeichnet sich-dadurch aus, daß in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine eine Fläche aus einem Metall so ausgebildet und zugeordnet ist, daß sie durc'.i den in der Reproduktionsmaschine zirkulierenden Entwickler entwickelt wird,
daß dieser Metallfläche zugewandt ein aus ß-Quelle und Detektor bestehender Meßkopf angeordnet ist und
daß diese Metallfläche während der Entwicklung auf'einem bestimmten elektrischen Potential liegt.
Bevorzugt ist es dabei, daß an einer Seite eines wiederverwendbaren Photoleiters einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine eine oder mehrere Elektroden vorgesehen sind, die mit dem Photoleiter durch die Entwicklungs- und Reinigungsstation bewegt werden und daß
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in Photoleiterumlaufrichtung gesehen der Elektrode zugewandt gerätefest mit der elektrophotographischen Reproduktionsmaschine verbunden der Meßkopf angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung ersichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch den Meßkopf der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und
Fig. 3 eine weitere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In elektrophotographischen Reproduktionsgeräten wird durch die erzeugte Kopie jeweils eine gewisse Menge Toner aus dem Entwicklervorrat entfernt. Bei Geräten, die mit einem trockenen Zweikomponenten-Entwickler und Tonerbildübertragung arbeiten, fällt verarmtes Entwicklergemisch 8 von einer Photoleiteroberfläche 2 herab. Das
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auf der Photoleiteroberfläche 2 befindliche Tonerbild, wird in einer nicht dargestellten Übertragungsstation auf ein Kopieaufnahmematerial, beispielsweise Papier, übertragen.
Um die Verarmung des Toners in dem Entwicklergemiseh 8 zu bestimmen und dementsprechend dem Entwicklergemiseh durch eine Nachdosierung aus einer Vorrichtung 22 weiteren Toner 51 beizugeben, bedient' man sich des im folgenden näher zu erläuternden Verfahrens,
Eine solche Nachdosiereinrichtung 22 kann beispielsweise einen Vorratsbehälter 6 für den Toner 51 aufweisen, in dessen Boden eine drehbar gelagerte Walze 52 angeordnet ist. Die Walze 52 weist Längsnuten 81 auf. Bei einer
Umdrehung der Walze 52 wird von den Nuten 81 Toner 52 mitgenommen und in den Entwicklervorratsbehälter 21 entleert. Von dort wird das mit neuem Toner versehene Entwieklergemisch beispielsweise mit einem Beeherförderwerk 7 zur Photoleiteroberfläche 2 gebracht, das in Pig. I hinter der Meßeinrichtung dargestellt ist, die im folgenden besehrieben wird.
Um die Tonerverarmung in dem Entwicklergemiseh 8 festzustellen, bedient man sich erfindungsgemäß einer radioaktiven Rückstreumfethode. Der au untersuchende Entwickler
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rieselt von der Entwicklungsstation in einen Stautrichter 26, Unter dem Abgabeende 110 des Stautrichters 26 befindet sich ein um zwei Walzen 38 und 39 in Umlauf versetzbares endloses Band 30. Beim Umlauf des Bandes 30 nimmt dieses Entwicklergemisch in einer solchen Dicke mit, wie es der Abstreifer 36 zuläßt. Über der Schicht aus Entwicklergemisch 8 befindet sich der allgemein mit 116 bezeichnete Meßkopf. Zur näheren Erläuterung des Meßkopfes sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen.
Der Meßkopf besteht aus einem Zählrohr 18, vor dessen Fenster ein ß-strahlendes radioaktives Präparat 16 so angeordnet ist, daß keine direkten, sondern nur rückgestreute ß-Strahlen in das Zählrohrfenster des Zählrohres 18 eintreten können. Dies wird zum Beispiel mit Hilfe einer Abschirmung 118 erreicht. Die durch Striche und Pfeile angedeuteten Wege 120 der ß-Strahlen führen also von dem Präparat 16 zu dem zu untersuchenden Entwicklergemisch 8 und nach Rückstreuung (d.h. einer durch Vielfachstreuung an den Atomkernen der Entwicklersubstanz bewirkten Umkehr) in das Fenster des Zählrohres 18.
Der Abstand (h) des Präparates von der Oberfläche der zu untersuchenden Schicht wird je nach Anordnung des
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Meßkopfes eingestellt. Der Abstand betrug bei der beschriebenen Anordnung einige Millimeter.
Die Intensität der Rückstreuung ist bei geeigneter Anordnung direkt proportional zur Ordnungszahl der rückstreuenden Substanz. Die Bestimmung der Tonerkonzentration durch Rückstreuung beruht also darauf, daß die ß-Strahlen in der im wesentlichen aus C-, Stund O-Atomen bestehenden Tonerschicht schwächer zurückgestreut werden als in der dünnen Kunststoffoberfläche und dem Eisenkern der Trägerkugeln. Je dicker die Tonerschicht ist, desto geringer wird die Intensität der vom Entwicklergemisch zurückgestreuten ß-Strahlung.
Die Rückstreuung findet bei Verwendung nicht zu harter ß-Strahlen nur an der obersten Kugeischicht des Entwicklergemisches statt. Das Rückstreuverfahren ist daher von der Dichte des Entwicklergemisches (und damit auch von der durch Rüttelung hervorgerufenen Verdichtung) unabhängig. Umgekehrt stellt beim Durchstrahlungsverfahren die Änderung der Dichte des Entwicklergemisches mit der Änderung der Tonerkonzentration die Ursache für die Bestimmung der Tonerkonzentration dar (Zunahme
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der durchgelassenen Intensität mit zunehmender
Tonerschichtdicke, und entsprechend abnehmender Dichte)..
Rückstreumessungen mit Kohlenstoff-14 als ß-Strahler
ergaben eine Änderung der Rückstreuungsintensität um
20 % bei Änderung der Tonerkonzentration von 1 Gew.-%
auf 2 Gew.-%. Da 2 % Intensitätsänderung reproduzierbar zu messen sind, kann somit die Tonerkonzentration mittels Rückstreuung bis auf 0,1 Gew.-% (z. B. Änderung von 1,6 auf 1,5 %) bestimmt werden.
Damit ist die Möglichkeit geschaffen, eine sehr exakte
Tonernachdosierung und eine sehr genaue Konstanthaltung der Tonerkonzentration zu ermöglichen.
Fehlmessungen durch ein eventuelles Einstauben von Zählrohrfenster oder Strahlenquelle (insbesondere durch
Tonerstaub) können durch eine der beiden folgenden Maßnahmen vermieden werden: Abzweigen eines LuftStroms aus einem der in elektrophotographischen Reproduktionsmaschinen stets vorhandenen Gebläse zum Abblasen einer sich bildenden Staubschicht oder durch eine dünne Folie zwischen Meßeinrichtung und Entwicklerprobe, die z. B. das Entwicklergemisch begrenzt und durch dieses gereinigt wird, oder die
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ζ. B. von Zeit zu Zeit weitertransportiert wird* So reduziert z. B. eine 8,u dicke Hostaphart^-Folie die Emfindlichkeit der Anordnung auf etwa die Hälfte, womit ein einwandfreies Arbeiten noch gewährleistet ist.
Aus den oben angegebenen Zahlen ist ersichtlich, daß eine Tonernachdosierung immer dann zu erfolgen hat, wenn die Zählrate über einen bestimmten Wert gestiegen ist«, Dann ist nämlich die Tonerkonzentration unter den gewünschten Sollwert abgesunken. Hierzu ist eine allgemein mit 24 bezeichnete elektronische Schaltung vorgesehen, die immer dann eine bestimmte Anzahl Umdrehungen der Tonernachdosierwalze 52 mit Hilfe eines Motors 25 bewirkt, wenn die Zählrate einen bestimmten Wert überstiegen hat. Da derartige elektrische Schaltungen in der radioaktiven Meßtechnik bekannt sind, kann auf eine eingehendere Beschreibung verzichtet werden.
In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in zwei Ansichten dargestellt. Der Photoleiter 2 wird in der Kaskadenentwicklungseinrichtung 5 entwickelt. Seitlich des Photoleiters 2 befindet sich auf demselben Kunststoffbande wie der Photo- -
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leiter ein aus zwei kammförmig ineinander greifenden Streifen 41 und 42 bestehender Elektrodenstreifen. Diese Streifen 4l und 42 bestehen aus aufgedampftem Gold. Die Streifen sind der Übersichtlichkeit halber übertrieben breit dargestellt. -
Diese Elektrodenstreifen können über Schleifkontakte mit einem festen Potential verbunden sein, man kann jedoch auch mit isoliert angeordneten Streifen arbeiten, die durch die Corona (in Fig. 3 nicht dargestellt) auf ein bestimmtes, durch die aufgenommene Ladungsmenge und die Kapazität definiertes Potential gebracht werden.
Die Streifen 4l und 42 werden in der Station 5 mit dem Photoleiter zusammen entwickelt. Je nach Tonerkonzentration scheidet sich an den Streifen eine mehr oder weniger dicke Schicht Toner ab.
Mit dem Meßkopf 116 wird die Intensität der durch die mit Toner bedeckten Streifen 4l und 42 rückgestreuten ß-Strahlen gemessen. Es wurde gefunden, daß die Intensität der Rückstreuung einer blanken, nicht betonerten Eisenoberfläche durch 0,5 mg/cin^ organischen Materials um mindestens 30 % zurückging. Damit ist die hervorragende Eignung des Rüekstreuverfahrens auch für diese Form der Messung gezeigt.
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Claims (15)

Patentansprüche
1.' Verfahren zur Messung und gegebenenfalls Steuerung beziehungsweise Regelung der Tonerkonzentration / des in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine zirkulierenden Entwicklers gemäß Patent . ... ... (Patentanmeldung P 21 38 105.5), dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßprobe, deren Tonergehalt der Tonerkonzentre tion des Entwicklers zugeordnet ist, gebildet wird, da.ä die von der Meßprobe zurückgestreuten ß-Strahlen eines radioaktiven Präparats gemessen werden und daß gegebenenfalls Toner dem Entwickler zugesetzt wird, bis die empfangene Strahlung wieder einem Sollwert entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Entwicklergemisch zurückgestreuten ß-Strahlen eines radioaktiven Präparats gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchende Entwickler von einer Seite her mit ß-Strahlung bestrahlt wird und daß die Intensität der rückgestreuten ß-Strahlen auf derselben' Seite gemessen bzw. festgestellt und ggf. Toner nachdosiert wird.
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4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Entwicklergemischs in konstantem Abstand von der aus Strahlungsquelle und Detektor bestehenden Anordnung vorbeibewegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßprobe eine Fläche aus ß-Strahlen stark zurückstreuendem Material verwendet wird, an der je nach Tonerkonzentration mehr oder weniger Toner abgeschieden wurde.
6. Verfahren nach Anspruch 5S dadurch gekennzeichnet, daß als Fläche eine Elektrode aus Eisen, Kupfer, Gold oder einem anderem Material mit hoher Ordnungszahl Z verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch
lh gekennzeichnet, daß als ß-Präparat ein C-Präparat verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
QQ
dadurch gekennzeichnet, daß als ß-Präparat ein Sr/ Y oder ein Pm- oder ein 2O^T1-Präparat verwendet wird,
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9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrophotographxschen Reproduktionsmaschine an einer Stelle, an der Entwickler (8) zirkuliert, ein endloses, in Umlauf versetzbares und zumindest teilweise mit seiner Oberfläche nach oben gerichtetes Band (30) angeordnet ist, daß eine Einrichtung (26, 36) vorgesehen ist, die eine Entwicklerschicht konstanter Dicke auf dem nach oben gerichteten Bandoberflächenabschnitt ausbildet, daß eine ß-Strahlenquelle (16) der freien Oberfläche der Entwicklerschicht zugewandt angeordnet ist, und daß ein Strahlungsdetektor (18) für die von dem Entwickler (8) zurückgestreuten ß-Strahlen auf derselben Seite des Entwicklergemischs wie die Strahlenquelle (16) jedoch so angeordnet ist, daß der Detektor (18) gegen die direkte ß-Strahlung der Strahlenquelle (16) abgeschirmt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch S3 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausbildung der Entwicklerschicht einen Stautrichter (26) für den Entwickler
(8), zumindest zwei drehbar angeordnete Walzen (38, 39) mit horizontaler Achse, ein unter dem Auslauf des Stautrichters (26) in gleichförmigem Umlauf um die beiden Walzen
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versetzbares Band (30) und ggf. eine Abstreifkante (36) zur Ausbildung einer Entwicklergemischschicht konstanter Dicke aufweist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 5 oder 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine eine Fläche aus einem Metall so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie durch den in der Reproduktionsmaschine zirkulierenden Entwickler entwickelt wird,
daß dieser Metallfläche zugewandt ein aus ß-Quelle und Detektor bestehender Meßkopf angeordnet ist und daß diese Metallfläche während der Entwicklung auf einem bestimmten elektrischen Potential liegt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite eines wiederverwendbaren Photoleiters einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine eine oder mehrere Elektroden vorgesehen sind, die mit dem Photoleiter durch die Entwicklungs- und Reinigungsstation bewegt wird, und daß in Photoleiterumlaufrichtung gesehen vor der Reinigungsstation der Elektrode zugewandt gerätefest mit der elektrophoto-
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graphischen Reproduktionsmaschine verbunden der Meßkopf angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Zählrohr vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor kreisförmig ausgebildet ist und die ß-Quelle im.Zentrum dieses Kreises zwischen dem Detektor und dem Entwickler zum Detektor hin jedoch abgeschirmt angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle auf einem Ring um das Zählrohr angeordnet ist.
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