DE3248590A1 - Verfahren und vorrichtung zur niedertemperatur-plasmabehandlung eines textils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur niedertemperatur-plasmabehandlung eines textils

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Matsuo Wakayama Minakata
Joshikazu Wakayama Sando
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Description

O L·H OUO U
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines Textilguts, insbesondere einer Stoffbahn. Das Verfahren soll jedoch außer auf gewirkte, gewebte und sogenannte nicht gewebte Stoffbahnen auch auf Schnüre und Streifen bzw. Riemen anzuwenden sein. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Bei dem industriellen Behandeln von Textilien, insbesondere von Stoffbahnen, werden diese vor dem Färben gebeucht, entschlichtet, carbonisiert oder dergleichen, um am Textilgut anhaftende, wasserabstoßende Fremdmaterialien zu entfernen und das Textilgut hydrophil zu machen. Nach dem Färben wird das Textilgut so ausgerüstet, daß es weich, wasserabstoßend, antielektrostatisch und dergleichen wird. Alle diese bekannten Verfahrensschritte werden unter Zuhilfenahme von Wasser oder anderen Flüssigsystemen ausgeführt.
Beispielsweise beim Beuchen eines Baumwolle enthaltenden Stoffs wird dieser mit einer Zusätze, wie kaustische oder wasserfreie Soda, enthaltenden alkalischen Lösung und einem Beuchmittel durch Kochen oder Dämpfen zum Lösen der im Textilgut enthaltenden wasserabstoßenden Fremdstoffe behandelt. Anschließend wird das Textilgut mehrmals in Wasser gewaschen, um die anhängenden, gelösten Fremdstoffe und Agentien zu entfernen. Schließlich wird das Textilgut getrocknet. Bei der Finish-Appretur wird der Stoff mit einem in Wasser gelösten oder dispergierten und gefilterten Finish-Agens behandelt. Das Wasser wird hierbei durch Trocknen des Textilguts verdampft. Je nach Art der Behandlung ist es nötig, das Finish-Agens mit Hilfe einer Hochtemperaturbehandlung auf dem Textilgut zu fixieren.
In diesem Zusammenhang ist kürzlich vorgeschlagen worden, das Textilgut zum Entschlichten, Beuchen usw. einer Niedertemperatur-Plasmabehandlung auszusetzen. Bei diesem Verfahren wird die Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines langgestreckten, insbesondere bahnförmigen Textil guts ausgeführt, während dieses chargenweise von einem zu einem anderen Wickel umgerollt wird. Das abgerollte Textilgut der Partie befindet sich bei Betrieb jeweils in der Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre. Während die beiden Endstücke des jeweiligen langgestreckten Textilguts immer der Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre ausgesetzt sind, kommt das Innere der Partie zum ersten Mal mit dem Niedertemperatur-Plasma in Berührung, wenn das Textilgut von der einen zur anderen Seite umgerollt wird. Die Verfahrensweise führt daher zu einem ungleichförmigen Behandlungsergebnis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von langgestrecktem Textilgut zu schaffen, die zu einem gleichmäßigen Behandlungsergebnis der Niederternperatur-Plasmabehandlung führt und bei der der Energieaufwand, insbesondere für die Hei zung, und die Belastung des Wassers vermindert werden. Die erfindungsgemäße Lösung wird für das Verfahren ein gangs genannter Art im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens werden in den Patentansprüchen 2 und 3 beschrie■ ben.
ORiGfNAL INSPECTED
Der Kern der Erfindung besteht darin, ein zu behandelndes Textilgut mit gleichförmiger Geschwindigkeit ohne Halt durch eine Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre hindurchzuführen, derart, daß eine entsprechend gleichmäßige Behandlung des Textilguts erhalten wird. Das gelingt dadurch, daß das Textilgut fortlaufend an Elektroden vorbeigeführt bzw. zwischen Elektroden hindurchgeführt wird, die so mit Hochfrequenzspannung zu beaufschlagen sind, daß in ihrer Nähe das zum Behandeln des Textilguts gewünschte Plasma jeweils an Ort und Stelle zu erzeugen ist. Beim Beuchen zum Beispiel werden die an der Oberfläche und innerhalb des textlien Produkts anhaftenden, wasserabstoßenden Fremdstoffe durch die Wirkung des an Ort und Stelle gebildeten Niedertemperatur-Plasmas unter Bildung hydrophiler Produkte zersetzt. Diese Wirkung des Plasmas reicht dabei namentlich beim Beuchen gleichmäßig über die ganze Fläche der Stoffbahn bis in den Kern von deren Bestandteilen. Die Finish-Appretur läßt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Gasphase ausführen, so daß insbesondere Agentien, Wärmeenergie und Wasser gespart werden. Durch die Erfindung wird also auch eine Verminderung der Umweltbelastung und insbesondere des Wasserverbrauchs erreicht.
Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines textlien Produkts ;
Fig. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine weitere Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines textlien Produkts; und
Fig. 4 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 3.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird ein erster Typus einer Vorrichtung zum Niedertemperatur-Plasmabehandeln eines bahnförmigen Textilguts mit zwei Ausführungsbeispielen beschrieben.
In Fig. 1 bedeuten 1 und 1' in einem Unterdruckkessel 2 vorgesehene Reaktionskammern. Der Unterdruckkessel 2 besitzt Öffnungen 4 und 4' zum Ein- und Ausführen des zu behandelnden Textilguts, das beispielsweise in Form einer Stoffbahn 3 vorzulegen ist. Den Öffnungen 4 und 4' werden Deckel 5 und 5' zum Verschließen des Unterdruckkessels 2 zugeordnet. In der Nähe der Öffnungen 4 und 41 innerhalb der Unterdruckkammer 2 werden Wickelwellen 6 und 7 angeordnet. Die Wickelwellen 6 und 7 werden so ausgelegt und gelagert, daß sie abwechselnd in beiden Richtungen zu drehen sind, um wechselweise das Textilgut auf- und abzuwickeln und damit von einer Wickelwelle 6 zur anderen Wickelwelle 7 hin- und herzubewegen.
Durch einen außerhalb des Unterdruckkessels 2 angeordneten Oszillator erzeugte elektrische Hochfrequenz-Wellen werden zum Beispiel auf die Elektrodenplatten 8 und 8' geschaltet, während die anderen Elektrodenplatten 9 und 9' geerdet sein können. Die Richtung von plus nach minus im Elektrodenplat-
ORIGINAL INSPECTED
ten-Paar 8 und 9 ist umgekehrt wie im Elektrodenplatten-Paar 8' und 9'. Die Elektrodenplatten 8, 8' und 9, 9' werden aus Metallmaschendraht oder aus porösen Metallplatten hergestellt, um Gas gleichförmig über die gesamten Plattenflächen verteilen zu können. Daher ist es möglich, auf der gesamten Elektrodenfläche ein überall gleiches Niedertemperatur-Plasma zu erzeugen, und das durch die Hochfrequenzenergie aktivierte Gas bildet einen nahezu gleichförmigen Strom in der Nähe der Elektrodenplatten. Mit Hilfe der Gasdüsen 10 und 10' kann Gas von außerhalb des Unterdruckkessels 2 auf die gesamte Oberfläche der Elektrodenplatten 8 und 81 geblasen werden. Mit Hilfe der Absaugleitungen 11 und 11' kann entsprechend auf der entgegengesetzten Seite des jeweiligen Elektrodenplatten-Paars Gas aus dem Niederdruckkessel nach außerhalb abgezogen werden.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, wird das Textilgut 3 in den Reaktionskammern 1 und I1 abwechselnd von entgegengesetzten Richtungen her mit dem aktivierten Gas beaufschlagt, die Elektrodenplatten 8, 8' und 9, 9' werden vorzugsweise mit Abdeckblechen 12 und 12' umgeben, unter anderem um zu erreichen, daß das an den Elektrodenplatten erzeugte Niedertemperatur-Plasma, statt zu streuen, wirkungsvoll auf die jeweiligen Bereiche des zu behandelnden Textilguts gerichtet wird.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 beschrieben.
Zunächst wird ein Stoffbahnwicke L mit Wickelwelle 6 in den Unterdruckkessel 2 eingesetzt. Das freie Ende der Stoffbahn 3 wird durch die Vorrichtung durchgezogen und an die andere Wickelwelle 7 angelegt, so daß die Stoffbahn bei Betätigung der Wickelwelle 7 auf diese aufzuwickeln ist. Anschließend werden die Deckel 5 und 5' zum Verschließen des Unterdruckkessels 2 auf die Öffnungen 4 und 4' aufgesetzt. Daraufhin wird eine nichtgezeichnete Vakuumpumpe eingeschaltet, um in dem Kessel 2 den gewünschten Unterdruck über die Absaugleitungen 11 und 11' ein zustellen. Dann wird über die Gasdüsen 10 und 10' ein Gas von außerhalb eingelassen, um die Stärke des Unterdrucks im Innern des Unterdruckkessels 2 auf Werte von etwa 0,13 bis 13,3 mbar, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 und 2,7 mbar, einzuregeln. Dann wird zum Erzeugen des' Niedertemperatur-Plasmas eine elektrische Hochfrequenzquelle mit einer Frequenz von z.B. 13,56 MHz auf die Elektrodenplatten geschaltet. Die Wickelwellen 6, 7 werden angetrieben, um die Stoffbahn 3 zwischen den beiden Elektrodenplatten-Paaren hindurch in der Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre zu bewegen. Beim Hindurchbewegen der Stoffbahn durch die Niedertemperatur-Plasmaatmosphäre wird auf diese Weise erreicht, daß das Niedertemperatur-Plasmagas von beiden Seiten her in die Fasern der Stoffbahn eindringt und wirksam bis in den Kern des Stoffs bzw. der Fasern hinein reagiert. Im Falle des Beuchens werden an der Oberfläche und im Kern der Stoffbahn 3 enthaltene Fremdstoffe und ein Teil der Schlichtemittel mühelos zersetzt und zum Teil hydrophil gemacht, so daß sie in Wasser leicht löslich werden und entsprechend viel Waschwasser zu sparen ist.
ORIGINAL INSPKTTED
Die einzelnen Parameter zum Erzeugen und Aufrechterhalten des Niedertemperatur-Plasmas, zum Beispiel die elektrische Leistung, die Art des Gases, die Fließgeschwindigkeit des Gases und die Behandlungszeit, können abhängig von der Art des zu behandelnden Textilguts und dem Grund der Behandlung frei gewählt werden.
Während in Fig. 1 eine Vorrichtung für diskontinuierlichen Betrieb beschrieben wird, ist es auch möglich, die Niedertemperatur-Plasmabehandlung kontinuierlich auf ein Textilgut auszuüben, wenn nämlich eine Vorrichtung nach Fig. 2 verwendet wird. In dieser werden Schleusen 13 und 14 zum Aufrechterhalten des Unterdrucks im Kessel 2 vorgesehen, die aber so ausgebildet sind, daß das zu behandelnde Textilgut 3 kontinuierlich hindurchzuführen ist.
Dieses Ausführungsbeispiel betrifft demgemäß eine Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines Textilguts, zum Beispiel einer Stoffbahn, mit zwei in einem Unterdruckkessel 2 in Reihe angeordneten Reaktionskammern 1, 1', in denen je ein Paar mit elektrischer Hochfrequenzenergie in relativ zueinander entgegengesetzten Richtungen zu beaufschlagende Elektrodenplatten 8, 8' und 9, 9' so anzuordnen sind, daß das durch einen von den Platten aufgespannten Kanal hindurchzuführende Textilgut abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen mit dem Plasma zu beaufschlagen ist. Zu der Vorrichtung gehören ferner in jeder Reaktionskammer eine Gasdüse 10, 10' zum Einblasen von Gas außerhalb des Unterdruckkessels 2 auf die Elektrodenplatten und eine Gasableitung 11, 11' zum Absaugen von Gas und Evakuieren des Unterdruckkessels 2 aus dem Bereich der Elektroden.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das zu behandelnde Textilgut also von beiden Seiten der Wirkung des Niedertemperatur-Plasmas bis in den Kern der einzelnen Faser ausgesetzt. Gegenüber bekannten, durch das erfindungsgemäße Verfahren zu substituierenden Nachbehandlungsmethoden besitzt die erfindungsgemäße Behandlungsweise mit einem Niedertemperatur-Plasma den Vorteil der Ersparnis von Wärmeenergie, Wasser und Behandlungsmitteln. Das Verfahren läßt sich wirtschaftlich ausüben, ohne daß Probleme wegen einer Umweltbelastung auftreten.
Ein zweiter Typus von Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens zum Niedertemperatur-Plasmabehandeln eines Textilguts wird mit zwei Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. ■
Die Reaktionskammer 15 nach Fig. 3 besitzt einen Stoffeinlaß 16 und einen Stoffauslaß 17 zum kontinuierlichen Ein- und Ausführen einer Stoffbahn 3. Der Stoffeinlaß 16 und der Stoffauslaß 17 sind mit Schleusen 18 und 19 kombiniert, die einen kontinuierlichen Durchlaß der Stoffbahn 3 ermöglichen aber das Innere der Reaktionskammer 15 gegenüber der Umgebung so abschirmen, daß ein Unterdruck von etwa 0,13 bis 13,3 mbar, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 und 2,7 mbar, in der Reaktionskammer 15 aufrechtzuerhalten ist. Die Schleusen 18 und 19 wurden vom Patentinhaber entwickelt. Innerhalb der Reaktionskammer 15 werden zwei Trommeln 20 und 20' zum Führen der Stoffbahn 3 mit parallel zueinander stehenden Achsen freidrehbar angeordnet. Die Mantelflächen der Trommeln 20 und 20' werden aus einem nichtleitenden Material mit
ORIGINAL KSPECTED
der Durchlässigkeit eines Netzes hergestellt. In der Achse, d.h. im Drehzentrum, jeder der Trommeln 20, 20' wird ein Absaugrohr 21 vorgesehen bzw. integriert. Das Absaugrohr 21 wird auf eine nichtgezeichnete Vakuumpumpe geschaltet. Das Absaugrohr 21 wird außerdem über leitendes Material geerdet. Außen um die Trommeln 20, 20' werden mit passenden Abständen Elektrodenstäbe 22 angeordnet. Diese Elektrodenstäbe 22 werden auf einen nicht gezeichneten Oszillator geschaltet, der elektrische Hochfrequenzenergie erzeugt. Die Elektrodenstäbe 22 können auch durch Elektrodenplatten ersetzt werden, die als Drahtgitter oder poröse Metallplatten die Trommeln 20, 20' umgeben.
Die Stoffbahn 3 wird über ein Paar von Leitwalzen 23 und 23' auf die Oberfläche der jeweiligen Trommel 20, 20' geleitet und von dieser wieder abgeführt. Zum Verschließen des Raums zwischen den beiden Leitwalzen 23, 23' werden ferner eine Abdichtwalze 24 und ein Abdichtblech 25, letzteres an den Stirnflächen der Walzen 23, 23' und 24, vorgesehen. Dadurch wird der Durchdringungseffekt am mit den Trommeln 20, 20' in Berührung stehenden Stoff erhöht, und das Niedertemperatur-Plasma dringt besser in das Material des Stoffs ein. Mit 26 wird ein Gaseinlaß der Reaktionskammer 15 bezeichnet.
Bei Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 zum Beuchen eines aus 100 % Baumwolle oder einer Mischung von Baumwolle mit Materialien, wie Polyester, Vinylon, Nylon, Wolle, Hanf, Jute, Azetat oder Rayon, bestehenden Textilguts wird eine nicht gebeuchte und getrocknete Stoffbahn 3 kontinuierlich über die rotierenden Trommeln 20 und
20' in der Reaktionskammer 15 geführt. Dann wird die auf die Absaugrohre 21 geschaltete Vakuumpumpe in Betrieb gesetzt, um den Druck im Innern der Reaktiohskammer 15 auf den gewünschten Wert von weniger als etwa 1,3 mbar, vorzugsweise weniger als 0,7 mbar, herabzusetzen. Daraufhin wird definiert Gas über die Zuleitungen 26 in die Reaktionskammer 15 eingelassen. Durch Steuern der Menge des eingelassenen und abgesaugten Gases wird die Stärke des Unterdrucks im Innern der Reaktionskammer 15 so gesteuert, daß sich ein Druck zwischen etwa 0,13 und 13,3 mbar, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 und 2,7 mbar, einstellt.
Der Grund für die Auswahl des Unterdrucks zwischen Werten von 0,13 und 13,3 mbar liegt darin, daß ein Niedertemperatur-Plasma bei Drucken von mehr als etwa 13,3" mbar unstabil wird, und andererseits bei Drucken von weniger als 0,13 mbar nicht nur die Unterhaitungs- und Betriebskosten betreffend die Kapazität der Vakuumpumpe und der Schleusen hoch werden sondern auch die Konzentration des Niedertemperatur-Plasmas so gering wird, daß der Behandlungseffekt entsprechend schwach ausfällt.
Nach Einregeln eines bestimmten Unterdruckwerts in der Reaktionskammer 15 bei einem bestimmten Behandlungsgas werden die Elektroden 22 mit elektrischer Hochfrequenz energie beaufschlagt und dadurch ein Niedertemperatur-Plasma zwischen den Elektrodenstäben 22 und dem geerdeten Absaugrohr 21, d.h. in der Reaktionskammer 15, erzeugt. Die Größe der Frequenz der zum Erzeugen des Niedertemperatur-Plasmas verwendeten elektrischen Hochfrequenzwelle kann im Bereich von Langwellen bis Kurzwellen liegen und soll vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 1 KHz bis 300 MHz eingestellt werden.
Wenn die elektrische Hochfrequenzwelle auf das Gas, zum Beispiel reinen Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas, in der Reaktionskammer 15 bei vermindertem Druck von 0,13 bis 13 mbar wirkt, werden die Sauerstoffmoleküle dazu angeregt, ein Niedertemperatur-Plasma zu bilden. Durch Saugen dieses Gases bzw. Plasmas durch das Absaugrohr 21 wird erreicht, daß das aktivierte Gas auch die über die Trommeln 20 und 20' geführte Stoffbahn passiert, so daß das ein Niedertemperatur-Plasma enthaltende Gas bis in den Kern der Fasern des Stoffs eindringen kann. Durch die Wirkung des Niedertemperatur-Plasmas werden im Stoff enthaltene Fremdmaterialien durch Oxidation zersetzt, wodurch der Stoff wesentlich besser hydophil und durchlässig wird.
Eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 3 wird in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist so ausgelegt, daß die Stoffbahn 3 auf ihrem Weg über die Trommel 20 in Richtung von der rechten zur linken Seite von dem Niedertemperaturplasma durchdrungen wird und auf der anderen Trommel 20' in umgekehrter Richtung mit dem Plasma behandelt wird. Das bedeutet einen im wesentlichen gleichen Einfluß von beiden Oberflächen der Stoffbahn her.
In den Fig. 3 und 4 wird eine Vorrichtung mit zwei Behandlungstrommeln dargestellt. Grundsätzlich kann die Reaktionskammer aber auch nur eine Trommel oder aber mehr als zwei Trommeln enthalten.
V/ie vorstehend im einzelnen ausgeführt wird, betrifft das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 eine Vorrichtung zum Niedertemperatur-Plasmabehandeln eines Textilguts, zum Beispiel einer Stoffbahn, mit einer Reaktionskammer 15 mit Schleusen 18,19 zum Aufrechterhalten eines Unterdrucks innerhalb der Kammer und zum kontinuierlichen Ein- und Ausführen einer zu behandelnden Stoffbahn 3. In der Reaktionskammer 15 befindet sich mindestens eine zum Führen der Stoffbahn 3 geeignete Trommel 20, 20' mit durchlässiger Mantelfläche. Die Reaktionskammer 15 besitzt ferner mindestens einen Gaseinlaß 26 und in jeder Trommel 20, 20', vorzugsweise in dessen Achse, einen Gasauslaß 21, der mit einer Vakuumpumpe zu verbinden ist und um jede der Trommeln 20, 20' werden Elektroden mit passenden gegenseitigen Abständen angeordnet, die mit elektrischer Hochfrequenz-Energie zu beaufschlagen sind. Die Wirkung dieser Vorrichtung ist- dieselbe wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2.
ORIGINAL INSPECTED
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Claims (3)

Dr.-Ing. Reimar König.' - : Dipl.-lng. Klaus Bergen Gecilienallee 76 <4 Düsseldorf 3O Telefon 4SSOCS Patentanwälte 29.Dez. 1982 34 779 B SANDO IRON WORKS CO.,LTD., 4-4-5, Usu, Wakayama-shl, Wakayama-ken, Japan "Verfahren und Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines Textils" Patentansprüche:
1. Verfahren zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines Textils (3), insbesondere einer Stoffbahn, dadurch gekennzeichnet , daß das zu behandelnde Textil (3) durch eine Reaktionskammer (2, 15) geleitet und dort gleichmäßig mit einem Niedertemperatur-Plasma behandelt wird.
2. Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines textlien Produkts, insbesondere einer Stoffbahn, gekennzeichnet durch zwei in einem Unterdruckkessel (2) in Reihe angeordnete Reaktionskammern (1,1'); je ein Paar in den Kammern (1, 1') einander gegenüberliegender und zwischen sich einen Durchgangsweg für das zu behandelnde Textilgut begrenzender Elektrodenplatten (8,8', 9, 9') mit von Kammer zu Kammer wechselnder Polung; eine Gasdüse (10, 10') zum Beaufschlagen der Elektrodenplatten (8,8',9,9') mit Gas von außerhalb des Unterdruckkessels (2); und einen der Gasdüse (10, 10') gegenüberliegenden Absaugkanal (11, 11') zum Absaugen des Gases und Evakuieren des Unterdruckkessels (2) (Fig. 1 und 2).
3. Vorrichtung zur Niedertemperatur-Plasmabehandlung eines Textilguts, insbesondere einer Stoffbahn, gekennzeichnet durch eine Reaktionskammer (15) mit das Hindurchführen des zu behandelnden Textilguts (3) erlaubenden Schleusen (18, 19) zum Aufrechterhalten eines verminderten Drucks in der Reaktionskammer (15); mindestens eine von dem Textilgut zu umschlingende Trommel (20, 20') mit durchlässiger Mantelfläche in der Reaktionskammer (15); einen Gaseinlaß (26) zum Einführen von Gas in die Reaktionskammer (15); mehrere um den äußeren Umfang der Trommel (20, 20') mit Abstand voneinander verteilte Elektroden (22); und einen auf eine Vakuumpumpe zu schaltenden Gasauslaß (21) im Drehzentrum der jeweiligen Trommel (Fig. 3 und Fig. 4) .
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