DE2232513A1

DE2232513A1 - Verfahren und vorrichtung zur uebertragung eines ladungsmusters

Info

Publication number: DE2232513A1
Application number: DE19722232513
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Phys Dr Bock; Helmut Jahn
Original assignee: Kalle GmbH and Co KG
Current assignee: Kalle GmbH and Co KG
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1972-07-03
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR2191161B1; DE2232513B2; NL7308738A; JPS50101035A; GB1418385A; AU5758173A; FR2191161A1; AU476550B2; DE2232513C3

Description

K 2l4O/Gbm 582¹ FP-Dr.Gr-cr 29. Juni 1972

Beschreibung
zur Anmeldung von

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrich.

für ein Patent auf ein

Verfahren und Vorrichtung zur übertragung eines Ladungsmusters

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung eines Ladungsbildes von einer dünnen, isolierenden Trägerbahn, insbesondere einer Photoleiterbahn, die eine metallisch leitende Rückseite aufweist, auf die gut elektrisch isolierende Seite eines blatt- oder bandförmigen Aufnahmematerials, bei dem die Trägerbahn und das Aufnahmematerial in einer Bewegungsbahn geführt werden, in der die isolierenden Seiten der Trägerbahn und des Aufnahmematerials

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längs einer bestimmten Strecke in virtuellem Kontakt miteinander stehen und- anschließend wieder voneinander getrennt werden.

Es sind bereits zahlreiche derartige Verfahren, insbesondere in der Technik der Elektrophotographie, bekannt geworden. Bei den meisten Verfahren dieser Art wird zur Ladungsübertragung ein äußeres elektrisches Feld angewandt. Demgegenüber ist in der DOS 1 810 757 ein Verfahren beschrieben worden, bei dem ohne äußeres elektrisches Feld gearbeitet wird. Bei dem in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Verfahren ist bevorzugt, die Ladung aufnehmende Bahn auf der Rückseite vor und hinter der Kontaktstrecke mit Hilfe geerdeter Metallwalzen zu führen (vgl.Anspruch 2 und die Fig. der genannten Offenlegungsschrift). Bei diesem bekannten Verfahren kann auch ohne die Metallwalzen gearbeitet werden, jedoch leidet die Bildqualität darunter. Insbesondere erfolgt nur eine minimale Ladungsübertragung.

Weiterhin hat sich bei den Ladungsübertragungsverfahren herausgestellt, daß die einzelnen Parameter des gesamten elektrophotographischen Verfahrens in kritischer Weise in die Ladungsübertragungsstufe eingehen und daß häufig innerhalb der einzelnen Kopie Bereiche mit hohem Grund und Bereiche mit geringem Grund vorhanden sind. Aus diesem Grunde haben die Ladungsübertragungsverfahren bisher noch keine breite industrielle Anwendung gefunden.

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Ein Grund hierfür besteht darin, daß man bisher glaubte, es müsse eine Mindestspannung der auf dem Photoleiter sitzenden Ladungen vorhanden sein, damit diese überhaupt auf ein aufnehmendes isolierendes Material übertragen werden. Diese Mindestspannung lag in der Größenordnung von 500 Volt. Erst von dieser Mindestspannung auf dem Photoleiter an erfolgte eine Ladungsübertragung. Da es sich hierbei um einen scharfen Übergang handelt, wie im folgenden noch näher erläutert wird, ergab sich eine recht scharfe Gradation, dh. der übergang von Ladungsbereichen, die einer weiße.n Bildstelle und solchen, die einer schwarzen Bildstelle . entsprachenj erfolgte in einem sehr schmalen Bereich, so daß die SpannungsSchwankungen sowie die MaterialVeränderungen Kopien in reproduzierbarer Qualität verhinderten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ladungsübertragung der oben genannten Art zu schaffen, das insbesondere in elektrophotographischen Reproduktionsmaschinen in industriellem Bereich anwendbar ist, eine erhebliche Steigerung der Kopiequalität ermöglicht, zu einer für die Reprotechnik günstigen Gradation führt und einfach und preiswert in der Durchführung ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das sich dadurch auszeichnet,

daß die Rückseite des Aufnahmematerials im Bereich des Beginns der Strecke virtuellen Kontakts in Berührung mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement geführt wird, das elektrisch (gegebenenfalls über eine Spannungsquelle) mit der metallisch leitenden .Rückseite der Trägerbahn verbunden ist und daß die Rückseite des Aufnahmematerials im Bereich des Endes der Strecke virtuellen Kontakts möglichst gut gegenüber der Rückseite der Trägerbahn bzw. dem leitfähigen Verbindungselement elektrisch isoliert geführt wird.

Es wurde gefunden, daß sich bei einem Ladungsübertragungsverfahren der oben beschriebenen Art die auf dem Aufnahmematerial erzielte Spannung durch die Verbindung zwischen der Rückseite des Trägermaterials und der Rückseite des Aufnahmematerials am Beginn der virtuellen Kontaktstrecke und die möglichst weitgehende elektrische Isolierung der Rückseite der Trägerbahn und des Aufnahmematerials im Bereich des Endes der virtuellen Kontaktstrecke sehr erheblich steigern läßt. Zugleich wurde überraschenderweise gefunden, daß die Ladungsübertragung auch bei sehr kleinen Photoleiterspannungen noch möglich war. Im Gegensatz hierzu war eine Ladungsübertragung bei im Bereich der Auftrennstelle geerdeter Rückseite des Aufnahmematerials erst von einer einige hundert Volt betragenden Photoleiterspannung an aufwärts möglich.

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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der Rückseite des Aufnahmematerials einen Kompromiß folgender Art zu schließen:

Einerseits soll der Widerstand der Rückseite des Aufnahmematerials möglichst gering gehalten werden, damit am Beginn der Strecke virtuellen Kontakts ein hoher Influenzstronr zur Rückseite der elektrisch isolierenden. Schicht des Aufnahmematerials fließen kann. Hierzu ist ja ein möglichst geringer Kontaktwiderstand erforderlich. Andererseits soll der Widerstand der Rückseite des Aufnahmematerials wiederum möglichst groß sein-, damit aus dem Bereich der Auftrennstelle kein Influenzstrom über das Verbindungselement, das am Beginn der Strecke virtuellen Kontakts mit der Rückseite des Aufnahmematerials in Berührung steht, fließen kann. Dieser Kompromiß wird dadurch ermöglicht, daß zwar einerseits der Widerstand des Aufnahmematerials an der Rückseite gegenüber der gut elektrisch isolierenden Vorderseite einen um-einige Zehnerpotenzen kleineren Wert aufweist, daß jedoch andererseits die

Strecke des virtuellen Kontakts so lang und der Widerstand der Rückseite damit noch so groß gewählt wird, daß während der Auftrennung möglichst kein elektrischer Strom zwischen der Auftrennstelle und dem elektrischen Verbindungselement fließt.

Sehr zufriedenstellende Ergebnisse, wurden dabei im Falle eines

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organischen Photoleiters als Trägerbahn des zu übertragenden Ladungsbildes und eines Papierbandes als Aufnahmematerial erzielt, wobei das Papierband mit einer dünnen hochohmigen

11 Schicht mit einem Oberflächenwiderstand von etwa 10 bis

10 Ohm sowie einer dünnen Rückseitenschicht erzielt, die den elektrischen Strom wesentlich besser als das innen-

liegende Papier leitet (Oberflächenwiderstand von etwa 10 bis 10⁹ Ohm).

Die Verbindung zwischen der Rückseite des Aufnahmematerials und der elektrisch metallisch leitenden Rückseite der Trägerbahn (zB. des Photoleiters) läßt sich dadurch erzielen, daß man beide Rückseiten erdet. Die besten Werte einer Ladungs- . übertragung wurden erhalten, wenn man die Rückseite des Aufnahmematerials im Bereich der Auftrennung möglichst vollständig elektrisch von dem leitfähigen Verbindungselement isoliert, so daß die Verbindung nur noch über das Aufnahmematerial selbst besteht. Dabei ist es zweckmäßig, die Rückseite des Aufnahmematerials von der Stelle der Berührung mit dem leitfähigen Verbindungselement an längs einer Strecke berührungsfrei zu führen, die zumindest etwa doppelt so lang ist wie die Strecke des virtuellen Kontakts.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche sich dadurch auszeichnet, daß sie eine Trommel aufweist, die zumindest teilweise von

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einem Photoleiter umschlungen ist, wobei eine Metallwalze achsparallel zu dieser Trommel und gegen den Photoleiter und die Trommel drückend angeordnet ist und eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die den Träger über den gewünschten Umschlingungswinkel gegen den auf der Trommel aufliegenden Photoleiter spannt, wobei diese Führungsvorrichtung gegen das mit der Metallwalze verbundene Potential isoliert oder mit diesem über einen hohen ohmschen Widerstand verbunden ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren der Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Versuchsaufbaues und ein Diagramm der gemessenen elektrischen Papierspannung U₂ gegenüber der Photoleiterspannung Ui,

-Fig. 2 eine schematische Darstellung eines abgewandelten Versuchsaufbaues mit einem entsprechenden Diagramm,

Fig. 3 Diagramme, die die Photoleiterspannung und die Papierspannung in Abhängigkeit von der Lichtmenge zeigen,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Anordnung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung für den Betrieb mit Einzelblättern.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen.

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Ein auf eine Trommel gespannter Photoleiter 1 wird über einen Umschlingungswinkel von 90° mit einer Papierbahn 2 in Kontakt gebracht. Am Anfang und am Ende der Kontaktstrecke 3 steht die Rückseite der Papierbahn 2 mit jeweils einer geerdeten Metallwalze 4 bzw. 5 in Berührung. Der Photoleiter wird von einer Korona 6 aufgeladen, und die Photoleiteroberflächenspannung wird durch eine Meßeinrichtung 7 gemessen. Die elektrische Spannung der Photoleiteroberfläche wird im folgenden stets mit IL bezeichnet. Spannung soll stets elektrische Spannung bedeuten. Die elektrische Oberflächenspannung der Papierbahn 2, die sie durch Übertragung der Ladung des Photoleiters erhalten hat, wird mit Hilfe einer entsprechenden Meßeinrichtung 8 gemessen. Diese Spannung der Ladung aufnehmenden Oberfläche des Papiers 2 wird mit Up bezeichnet. Unter der schematischen Darstellung des Versuchsaufbaues ist in Fig. 1 zunächst in Form eines Diagramms dargestellt, wie die gemessene Spannμng U„ der Papieroberflache 2 mit der Spannung des Photoleiters U^ zusammenhängt. Die Darstellung zeigt, daß das Papier 2 überhaupt erst ab einer bestimmten Spannung U₁₀ des Photoleiters Ladung von diesem empfängt. Von diesem Punkt U^₀ an steigt die Spannung der Papieroberfläche in etwa linear mit der Spannung U. des Photoleiters an.

In Fig. 3 sind die Abhängigkeit der Photoleiterspannung U. sowie die der Papieroberflächenspannung U₂ von der Belichtung

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dargestellt. Die erste.Kurve (IL) stellt die übliöhe Abhängigkeit der Photoleiterspannung von der Belichtung dar. Die Steilheit dieser Kurve ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Photoleiters. Die zweite Kurve (U_?) zeigt, daß die elektrische Spannung auf der Papieroberfläche entsprechend der Belichtung des Photoleiters rasch abnimmt und bei dem Wert der Belichtung 0 beträgt, bei dem die Spannung der Photoleiteroberfläche U ^ den Wert U₁₀ erreicht hat.

Bevor auf die Konsequenzen dieser Darstellung für die Elektrophotographie eingegangen wird, soll zunächst das ■Vergleichsexperiment beschrieben werden, bei dem überraschenderweise gefunden wurde, daß sich ein grundsätzlich anderer und für die Elektrophotographie bedeutend günstigerer Zusammenhang . der Ladungsübertragung als bei dem geschilderten erreichen läßt. Wie der Vergleich der schemtaischen Darstellungen in Fig. 1 und in Fig. 2 zeigt, unterscheiden sich die Anordnungen lediglich dadurch, daß bei der Anordnung gemäß Fig. 2 das Ladung aufnehmende Papier 2 am Anfang der Kontaktstrecke 3 auf der Rückseite durch die Walze 4 mit Erde verbunden ist, dagegen am Ende der Kontaktstrecke 3 keine derartige Erdung mehr vorhanden ist. Die Walze 5 fehlt also in Fig. 2.

Das überraschende Ergebnis, das durch diese Abwandlung erhalten wird, ist im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Zwei

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Dinge fallen bei diesem Diagramm besonders auf. Zum einen ist die elektrische Spannung an der Oberfläche der Papierbahn 2 bei gleicher Photoleiterspannung von 1000 Volt um rund ein Drittel höher als bei dem Verfahren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Spannung U„ beträgt nämlich im Falle der Arbeitsweise, wie sie in Fig. 2 dargestellt wird, bei einer Photoleiterspannung von 1000 Volt 160 Volt. Demgegenüber beträgt die elektrische Spannung an der Papieroberfläche U_? ebenfalls bei 1000 Volt Photoleiterspannung und der Arbeitsweise gemäß Fig. 1 nur 120 Volt.

Das zweite überraschende Ergebnis besteht darin, daß keine Grenzspannung U₁₀ mehr festgestellt wird. Vielmehr erfolgt eine meßbare Aufladung der Ladung aufnehmenden Oberfläche der Papierbahn 2 bereits bei sehr kleinen Photoleiterspannungen.

In dem dritten Diagramm der Fig. 3 ist das Ergebnis bezüglich der Belichtung dargestellt. Bei dieser Kurve in Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Spannung U„ der Ladung aufnehmenden Oberfläche der Papierbahn 2 mit steigender Belichtung ebenso asymptotisch gegen 0 geht wie die Spannung U^ des Photoleiters.

Zu Pig. 4: Die Rückseite des Photoleiters 1 ist geerdet. Die Papierbahn 2 hat eine hochohmige Oberfläche 9. Die darunter liegende Papierbahn 10 ist im Vergleich zu dieser

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Oberfläche 9 verhältnismäßig niederohmig. Es handelt sich um holzfreies Normalpapier (70 g/m ), dessen Leitfähigkeit erhöht würde. Auf der Rückseite weist die Papierbahn 2 einen nieder'ohmigen Rückstrich 12 von etwa h ,u Dicke und einen

quadratischen Oberflächenwiderstand von etwa 2-10.10^ Ohm auf.

Ein Ladungsfluß im Bereich der Auftrennstelle A wird verhindert, da der Widerstand R, der sich aus einer Parallelschaltung der beiden in Fig. 4 angeordneten Widerstände R^ und R„ ergibt, sehr groß ist. Walze 21 stellt eine weitere Papierführungswalze dar, und soll gemeinsam mit seinem Widerstand R- .den Ladungsübertragungsprozeß möglichst wenig beeinflussen, dh. Rp soll nicht klein gegenüber R. werden. Im übrigen sind für eine theoretische Erklärung der Erscheinung noch die Kapazi tätsänderungen bei der Auftrennung zu berücksichtigen.

Bei der Methode, bei der mit zwei geerdeten Metallwalzen gearbeitet wird (Fig. 1), ist die Kurve U_g eine ziemlich steile Kurve, die die Abszisse an der Stelle schneidet, an der die Spannung des Photoleiters IL· auf den Wert U abgesunken ist. Man erkennt an diesem Zusammenhang deutlich, daß der Übergang zwischen weeißen Bildbereichen und schwarzen Bildbereichen kein glatter, stetiger Übergang ist, sondern daß an der Schnittstelle der Kurve Up mit der Abszisse ziemlich schlagartig eine recht steile Gradationskurve beginnt. Demgegenüber stellt die

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Kurve U₂ bei dem erfindungsgemaßen Verfahren einen glatten, gleichförmigen und stetigen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung des hochohmigen Papieres und der Belichtung dar. Die im Bereich hoher Belichtung (weiße Bereiche) bei diesem Verfahren verbleibende Papierspannung kann mit Hilfe einer Entwickelelektrode kompensiert werden, so daß auf den Kopien kein Grund vorhanden ist. Die Entwickelelektrodenspannung wird dabei zweckmäßigerweise so gering gewählt, daß eine Schwankung der Belichtungs- oder Spannungswerte auf die Kopie ohne sichtbaren Einfluß bleibt. Man arbeitet also mit einer Gegenspannung Ub (vgl. Fig. 3), die in einem Bereich der Kurve U„ liegt, der schon ausreichend flach ist.

Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren ist erstmals die Möglichkeit geschaffen, in wirtschaftlicher Weise ein zuverlässig arbeitendes Ladung übertragendes Gerät zu schaffen. Das Gerät weist dabei natürlich alle Vorteile auf, die ein Ladungsübertragungsgerät hat, insbesondere also den Vorteil, daß jede Reinigung des Photoleiters entfällt. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren indessen die Herstellung von Kopien in reproduzierbarer Qualität und ohne übertriebenen elektronischen Aufwand.

Bei den bisher beschriebenen Einrichtungen zur Durchführung

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des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde von Papierbahnen als Aufnahmematerial ausgegangen. Falls man Einzelblätter verwenden will, was insbesondere im Falle von Kopiergeräten inter-'essant ist; kommt eine Vorrichtung in Frage, wie sie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Falle wird das Einzelblatt mit.Hilfe eines endlosen umlaufenden Bandes 15 gegen die Photoleitertrommel 1 gedrückt.· Das Band wird dabei um drei Rollen 16, 17 und 18 geführt, und es besteht aus. einem Kunststoff, dessen Leitfähigkeit den oben genannten Bedingungen genügt.

Das Blatt wird mittels geeigneter Vorrichtung, zB. Finger, die in eine Nut am Rande der Trommel unter das Blatt greifen, abgehoben und von der Trommel getrennt. Mit Hilfe zweier weiterer Walzen 19 und 20 wird das Papierblatt 2 in eine nicht dargestellte Entwicklungsstation, beispielsweise eine mit Flüssigentwickler gefüllte Wanne, geführt.

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Claims

Paten t'ansprüche

Cl.j Verfahren zur Übertragung eines Ladungsbildes von einer dünnenj isolierenden Trägerbahn, insbesondere einer Photoleiterbahn, die eine metallisch leitende Rückseite aufweist, auf die gut elektrisch isolierende Seite eines blatt- oder bandförmigen Aufnahmematerials, bei dem die Trägerbahn und das Aufnahmematerial in einer Bewegungsbahn geführt werden, in der die isolierenden Seiten der Trägerbahn und des Aufnahmematerials längs einer bestimmten Strecke in virtuellem Kontakt miteinander stehen und anschließend wieder voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Aufnahmematerials im Bereich des Beginns der Strecke virtuellen Kontakts in Berührung mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement geführt wird, das elektrisch leitend (ggf. über eine Spannungsquelle) mit der metallisch leitenden Rückseite der Trägerbahn verbunden ist, daß jedoch die Rückseite des Aufnahmematerials im Bereich des Endes der Strecke virtuellen Kontakts gegenüber der Rückseite der Trägerbahn bzw. dem elektrisch leitfähigen Verbindungselement möglichst gut elektrisch isoliert geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmematerial verwendet wird, dessen Rückseite

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gegenüber der gut elektrisch isolierenden Vorderseite einen um einige Zehnerpotenzen kleineren Widerstand aufweist, daß jedoch die Strecke des virtuellen Kontakts so lang und der Widerstand der Rückseite so groß gewählt wird, daß während der Auftrennung kein störender elektrischer Strom zwischen der Auftrennstelle und dem leitenden Verbindungselement fließen kann.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur übertragung des Ladungsbildes von einem organischen Photoleiter als Aufnahmematerial ein Papier mit einer dünnen hochohmigen Schicht mit einem Oberflächenwiderstand von etwa

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10 bis 10 Ohm (quadratisch) und mit einer dünnen Rückseiteschicht j die den elektrischen Strom wesentlich besser als das innenliegende Papier leitet (Oberflächenwiderstand

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etwa 10 bis 10^y Ohm (quadratisch) als Aufnahmematerial verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet j daß sowohl die leitfähige Rückseite der Trägerbahn als auch das Verbindungselement mit Erdpotential verbunden werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Aufnahmematerials von

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der Stelle der Berührung mit dem leitfähigen Verbindungselement an längs einer Strecke berührungsfrei geführt wird, die zumindest etwa doppelt so lang ist wie die Strecke virtuellen Kontakts.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man als Ladung aufnehmendes Material Einzelblätter verwendet und daß man die Einzelblätter an den Ladung abgebenden Träger durch die elektrostatischen Kräfte führt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Trommel aufweist, die zumindest teilweise von einem Photoleiter (1) umschlungen ist, daß eine an einem bestimmten Potential liegende Metallwalze (4) mit zur Achse der Trommel paralleler Achse gegen den Photoleiter (1) und die Trommel drückend angeordnet ist, daß eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die im Betrieb den Ladung aufnehmenden Träger (2) über den gewünschten Um-

schlingungswinkel gegen den auf der Trommel aufliegenden Photoleiter (1) spannt und daß die Führungsvorrichtung hoehohmig mit dem Potential der Metallwalze verbunden oder

isoliert angeordnet ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwalze (4) geerdet ist.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsvorrichtung eine isoliert angeordnete Metallwalze vorgesehen ist, die am Ende- der Berührungsstrecke (3) zwischen dem das Ladungsmuster tragenden Material (1) und dem das' Ladungsmuster aufnehmenden Träger (2) achsparallel zu der unmittelbar an dem gewünschten Potential liegenden Metallwalze (4) und gegen das Material (1) drückend angeordnet ist und daß diese Metallwalze über einen hochohmigen Widerstand mit dem Potential der ersten Metallwalze (4) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung als ein hochohmiges Walzenpaar ausgebildet ist, die so angeordnet sind, daß der Träger von dem Walzenpaar tangential von dem Photoleiter an der gewünschten und durch den Umschlingungswinkel festgelegten Stelle abgezogen wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurbh gekennzeichnet, daß ein um Rollen geführtes, endloses hochohmiges Band vorgesehen ist, das den Träger über einen gewünschten Bereich am Ladung abgebenden Material führt.

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