CN106575743A - 用于间歇式涂层的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于对运动的基底进行间歇式涂层的装置,该基底相对于装置沿运输方向U运动,该装置包括具有至少两个喷嘴颚的喷嘴主体,其中,在喷嘴颚之间设置具有凹口的嵌入膜,其中,在嵌入膜中的凹口形成在喷嘴主体之内的喷嘴缝,并且喷嘴缝横向于基底的运输方向U并且平行于基底延伸地在排出缝隙中终止,其中,排出缝隙经由喷嘴缝与输入通道流动连接,并且至少一个喷嘴颚设有至少两个通孔,其在输入通道和排出缝隙之间串联地通入喷嘴缝中并且分别借助可弹性变形的元件相对于喷嘴缝流体密封地闭合,其中,每个可弹性变形的元件一方面与喷嘴缝中的涂层材料并且另一方面与朝喷嘴缝的方向作用的致动器连接,其中,喷嘴颚的通孔依次朝涂层材料的流动方向q从输入通道到排出缝隙地布置。

Description

用于间歇式涂层的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于对运动的基底进行间歇式涂层的方法和装置。
背景技术
日本专利公开文献JP 2001 191 005 A公开一种用于将粘结剂间歇式涂敷到连续运行的主体上的装置。在此公开了一种方法,将热熔体输送给喷嘴并且涂敷到连续运行的基底上。描述了在无需制造涂层时,中断给喷嘴输送热熔体。通过重复该过程,对基底进行间歇式涂层。
可替代地,通过以下方式实现间歇式涂层,通过借助每次涂层中断增大在喷嘴和基底之间的涂层缝隙。但是存在的涂层材料的空载润湿喷嘴唇部,这在重新靠近基底(导电体膜)时导致起始边缘过高。
在该文献中不利的还有,通过喷嘴的运动以及把润湿喷嘴唇部放在基底上,引起在基底中的振动,该振动又影响喷嘴凸起与基底的间距。与此相应地,不能够实现连续的湿膜厚度。
二次锂离子电池基于多个电化学电芯的布置。在电化学电芯中的电极分别具有活性材料,在电化学电芯运行期间锂离子从活性材料中嵌入电极中。在负电极(阴极)中使用含锂的复合氧化物、优选LiCoO2、LiFePO4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM)或LiNi0,8Co0,15Al0,05O2(NCA)、介孔二氧化钛作为活性材料,并且在正电极(阳极)中使用导电炭黑、炭黑、石墨等作为活性材料。
DE 10 2004 012 476 A1公开了合适的涂层材料和其制造,并且对此通过引用也包括在本申请中。
在其中提出的涂层方法中,溶解阴极和阳极涂层量(涂层材料)所要求的聚合物粘合剂,例如在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中加入并分散5-10%含氟弹性体均聚物或共聚物,以及所得到的具有阴极和阳极的特定的添加剂的聚合物溶液,如可嵌入锂的金属氧化物或可嵌入锂的碳(导电碳黑、碳黑、石墨等)。然后用薄膜涂层技术将该分散物涂敷到基底上,在此为集电器或如膜、带、网等这样的集电体。
可替代地,也可使用聚偏二氟乙烯作为在阴极侧的粘合剂并且在阳极侧使用苯乙烯-丁二烯橡胶,以改善机械强度,并且具有导电炭黑(导电性炭黑),以增加导电性。与此相应地,活性材料以浆料(涂层材料)形式在使用溶剂以及羧甲基纤维素作为增稠剂的情况下涂敷到基底或金属导体材料上。
由于多孔的微粒的层形态的导电性能差,所涂敷的电极层(湿膜)的放电率特性不好。为了提高集电能力,因此必须使涂敷的电极层实施得尽可能得薄,该电极层涂敷在导电性基底(集电体、电极)上。优选地在此半月板的湿膜厚度力求在10μm(高功率)和850μm(高容量)之间。
从M.Schmitt et al.,,,Slot-die processing of lithium-ion batteryelectrodes—Coating window characterization(锂离子电池电极涂层的夹缝式挤压生产方法窗口表征)“,Chemical Engineering and Processing:ProcessIntensification,Volume 68,June 2013,Pages 32-37以及M.Schmitt et al.,,Slot die coating oflithium-ion battery electrodes:investigations on edge effect issues forstripe and pattern coatings(锂离子电池电极的夹缝式挤压型涂布:对条纹和图案涂覆的边缘效应问题的调查)“,Journal of Coatings Technology and Research January2014,Volume 11,Issue 1,pp 57-63中得知一种用具有缝隙喷嘴涂覆膜电极的合适方法以及用于实施该方法的关于合适装置的几何尺寸的最佳运行条件,并且对此作为参考引用包含在该申请中。
为了获得层或涂层区段的准确的(薄膜)起始和(薄膜)终止边缘或涂层部分的边缘,已经从DE10246327A1中已知,该涂层材料在断开(闭合)输入通道之后抽回,这种效应的已知被称为所谓的“吸回”。在锁定装置制之后并在排出之前,涂层材料通过反向于初始流动方向的低压而停止并且回移。
对此,US2002/0017238A1公开了一种备选方案,在其中公开了一种装置,该装置将间歇式涂层涂敷到运动的基底上,其中,没有由于通过锁定装置闭锁联合吸回而在排出前引起涂层中断,而是通过缝隙喷嘴的内部容积的改变与吸回效应的结合。这通过由调节单元使得柔性元件主动地来回运动而在喷嘴颚中引起。主动的容积增加引起拉回效应,由此吸回作用到排出缝隙中的涂层材料上。与此相应地,流动方向和在涂层材料中的剪切应力τ的方向反向。在此,在涂敷在基底上之前,涂层材料间或地存储在用低压加载的腔中或在柔性容积中。存储的涂层材料之后在接下来的涂层循环期间进行涂敷。
但是已经显示,由此在系统中出现不期望的压力波动或压力峰值,其恰好在涂层过程开始时引起干扰。通过突然的打开锁定装置(阀)出现压力峰值。而且由于柔性内部容积的减小,其中存储在腔中的涂层材料再次输送给输送体积流,形成在喷嘴缝中的未定义的启动流。对此的原因是,输送体积流的剪切应力τ具有与通过吸回而拦截的部分体积流不同的方向。因此,首先必须迫使拦截的部分体积流的剪切应力的方向改变,从而获得足够高的静止的朝向喷嘴出口的方向的剪切力或剪切应力τ。与此相应地,启动流显现过低并且在产生的涂层上形成不期望的横条和竖条。
此外,涂层材料的用于制造锂离子电芯的电极层的流动特性和加工特性对于装置和方法的设计是重要的。在此,涂层材料的剪切速度(剪切速率)达到最高100000s-1。剪切速度由在两个相邻的液体层的速度差和间距之间的比例计算得出。在数学上,剪切速度是速度区间的梯度。
在恰好对这里需要使用的涂层材料来说是重要的,因为其表现为结构粘性或剪切稀释。因此在剪切应力τ在最小剪切应力τf(屈服极限)之上作用时才使用体积流。
由现有技术已知的装置的另一缺点是,该装置仅涂敷间歇式顺序的涂层。不能同时涂敷依次的多个层。
发明内容
在此基础上,本发明的目的是,提出一种装置和一种方法,其在湿膜厚度恒定的情况下并且在保持精确的薄膜边缘的情况下确保对运动的基底的间歇式涂层,并且因此避免由现有技术已知的缺陷和限制。
关于产生精确的薄膜起始边缘和薄膜终止边缘,通过用于对运动的基底进行间歇式涂层的装置实现上述目的,该装置具有根据权利要求1的特征,并且关于该方法,通过根据相应的权利要求5、6和7的方法步骤实现上述目的。该装置或该方法的扩展方案或优选的实施方式在从属权利要求中给出。
为了实现该目的,提出一种装置,该装置包括具有至少两个喷嘴颚(Düsenbacken)的喷嘴主体。在相对而置的喷嘴颚之间设置具有至少一个凹口的嵌入膜(Einlagefolie)。在嵌入膜中的凹口形成在喷嘴主体之内的至少一个喷嘴缝(Düsenschlitz)。喷嘴缝横向于基底相对于喷嘴主体的运输方向U并且平行于基底作为喷嘴主体的排出缝隙终止,其中,排出缝隙经由喷嘴缝与输入通道流动连通。至少一个喷嘴颚设有至少两个通孔,其通入喷嘴缝中并且分别借助可弹性变形的元件与遮盖部和密封元件连接相对于喷嘴缝并且相对于环境闭合。每个可弹性变形的元件一方面与喷嘴缝中的涂层材料并且另一方面与致动器连接。喷嘴颚的通孔在涂层材料的流动方向q上、从输入通道到排出缝隙依次地布置。
根据权利要求5,用于对运动的基底进行间歇式涂层的方法包括以下方法步骤,其中,涂层材料的输送体积流q在所有的方法步骤中保持恒定:
借助泵将涂层材料从输入通道经由喷嘴缝以恒定的输送体积流q输送到排出缝隙。通过减小对应的致动器的力或反作用力造成最靠近排出缝隙的柔性元件去负荷(第一开关位置)以及通过提高对应的致动器的反作用力造成同时加载最靠近输入通道的柔性元件(第二开关位置)来中断将涂层材料涂敷到基底上。对致动器的加载和卸载在此称为开关状态,其中,在每个开关状态中通过致动器施加到柔性元件上的力的方向没有改变而是仅改变施加力的数值。
通过提高对应的致动器的反作用力造成加载最靠近排出缝隙的柔性元件以及通过减小对应的致动器的反作用力造成同时对最靠近输入通道的柔性元件去负荷而再次建立将涂层材料涂敷到基底上。
根据权利要求4,用于对运动的基底进行间歇式涂层的方法包括下列方法步骤,其中一种或多种涂层材料输送的输送体积流qa和qb在所有方法步骤中保持恒定并且涂层区段重叠:
借助一个或两个泵将一种或两种涂层材料A、B从对应的输入通道经由相应的喷嘴缝输送到对应的排出缝隙。通过减小对应的致动器的反作用力(第一开关位置)导致同时地对最靠近相应的排出缝隙的柔性元件去负荷以及通过提高对应的致动器的反作用力(第二开关位置)导致同时加载最靠近相应的输入通道的柔性元件来中断使涂层材料A、B或涂层材料涂敷到基底上。
通过提高对应的致动器的反作用力(第二开关位置)导致同时加载最靠近相应的排出缝隙的柔性元件以及通过减小对应的致动器的反作用力(第一开关位置)导致同时对最靠近相应的输入通道的柔性元件去负荷而再次建立将涂层材料涂敷到基底上。
根据权利要求5,用于对运动的基底进行间歇式涂层的方法包括下列方法步骤,其中,涂层材料的输送体积流qa和qb在所有方法步骤中保持恒定并且涂层区段没有重叠:
借助泵将涂层材料从对应的输入通道经由相应的喷嘴缝输送到对应的排出缝隙。通过减小对应的致动器的反作用力(第一开关位置)导致对在喷嘴颚中的最靠近相应的排出缝隙的柔性元件去负荷以及通过提高对应的致动器的反作用力(第二开关位置)导致同时加载最靠近输入通道的柔性元件来中断通过喷嘴缝隙将涂层材料涂敷到基底上。
同时在相对而置的喷嘴颚中,通过提高对应的致动器的反作用力(第二开关位置)导致加载最靠近排出缝隙的柔性元件以及通过减小对应的致动器的反作用力(第一开关位置)导致同时对最靠近输入通道的柔性元件去负荷而建立将涂层材料涂敷到基底上。
然后以相反的顺序重复该方法。
附图说明
下面根据实施例和附图详细描述本发明。在此:
图1a示出了在涂层阶段期间的根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
图1b示出了在排出缝隙处的几何关系的示意图。
图1c示出了在中断阶段期间开始时根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
图1d示出了在中断阶段结束期间和/或在涂层阶段开始时的根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
图2a示出了根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图,该装置具有双缝隙。
图2b示出了在根据本发明的具有双缝隙的装置的排出缝隙处的几何关系示意图。
具体实施方式
接下来参考附图根据构造并且必要时也根据所示本发明的作用方式阐述本发明。
图1a示出了在涂层阶段期间的根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
在图1a中示出了根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层100的装置的剖视图。在两个喷嘴颚101、102之间借助具有凹口(未示出)的嵌入膜108调节喷嘴缝103。嵌入膜108在喷嘴颚101、102的整个长度和宽度上延伸并且优选由厚度在0.01mm和3.00mm之间、优选在0.05mm和1.0mm之间、特别优选在0.3mm和0.5mm之间的金属制成。在装配状态下,凹口(未示出)形成腔,所述腔从输入通道107延伸直至排出缝隙130。在此,该装置的排出缝隙130横向于基底170的运输方向U并且平行于基底170地定位。
在喷嘴出口130之前,在喷嘴颚101中设有通孔123,其中,在通孔123中集成有调节单元120a。该组件包括柔性元件121a,其中,在此柔性定义为可伸缩的或易弯曲的,包括密封元件122a、致动器124a、对应的平面的顶部部件(Aufsatz)125a和遮盖部126a。对此,通过密封元件122a和遮盖部126a使得可弹性变形的元件121a在通孔123a中的边缘区域上固定并且密封在喷嘴颚101中的凸起部上的位置中。通过可弹性变形的元件121a可改变喷嘴缝103的高度并因此改变喷嘴缝103的总体积。为了监控柔性元件121a的变形以及在喷嘴缝103中的可变体积,在遮盖部126a中集成合适的传感装置(未示出)。
在柔性元件121a的中央区域中设有致动器124a。致动器124a通过顶部部件125a与柔性元件121a接触,并且可由此控制柔性元件121a的变形。柔性元件121a(从喷嘴缝以输送泵的压力加载柔性元件)通过致动器124a的反作用力或提升的反作用力(第二开关位置)保持在其位置中或保持其形状,即,致动器朝喷嘴缝130的方向压柔性元件121a,但是在此没有使喷嘴缝130收缩。
额外地,另一调节单元120b同样集成在同一喷嘴颚103中,其中,另一调节单元定位在调节单元120b和输入通道107之间。由此,在喷嘴缝103中的容积同样可变,其中,通过调节单元120b没有意在增大喷嘴缝103的容积。压力在喷嘴主体100或喷嘴缝103之内从输入通道107开始直至排出缝隙130持续下降。剪切应力τ在整个喷嘴缝103上处于屈服极限(Flieβgrenze)τf之上。
图1b示出了在排出缝隙处的几何关系的示意图。
在图1b中再次描述了在排出缝隙130处的几何关系的示意图。喷嘴缝103横向于基底170的运输方向U并且平行于基底170并且作为喷嘴主体100的排出缝隙130终止(参见图1a),其中,排出缝隙130经由喷嘴缝103与输入通道107流动连接(参见图1a)。在此,排出缝隙165的宽度相应于嵌入膜108的厚度并且限定在上游的喷嘴唇部(Düsenlippe)131和下游的喷嘴唇部132之间的间距。在排出缝隙130或两个喷嘴唇部(131、132)和运动的基底170之间,在涂层过程期间形成液体桥160。液体桥的厚度165大于期望的湿膜厚度164。
图1c示出了在中断阶段期间根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
在图1c中示意性地示出了在中断阶段的开始时根据本发明的装置。在此由于停用致动器124a,柔性元件121a仅通过系统压力p的作用变形,这使得在喷嘴缝103的该区段中的体积增大。
如此设定在该区段中的体积增大在时间上的变化,即,进一步流入的涂层材料容纳到喷嘴缝103的可变容积中。在喷嘴缝103之内朝排出缝隙130方向的压力由此同时立即降低到近似环境压力。由此中断在喷嘴缝103上的液体桥160(参见图1b)。与此相应地,朝排出缝隙130的剪切应力τ处于屈服极限τf之下。但是剪切应力τ在其朝排出缝隙130的方向上保持不变并且大于0。同时以这样的方式通过激活致动器124b使柔性元件121b变形,使得这导致喷嘴缝103减小。由此产生在喷嘴缝103中的收缩部,收缩部带来局部的压力提升。在此在涂层材料中的剪切应力τ提高并且在该区段中的流动速度增加。因此产生局部的压力波动,该压力波动直接影响局部的流动速度以便最佳地调控涂层过程。
图1d示出了在中断阶段结束期间或在涂层阶段开始期间根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图。
在随后的涂层阶段开始时,通过调节单元120a使得排出缝隙130或在柔性元件121a的区域中的可变的内部容积变小。
在涂层材料中的很小的体积改变和由此所引起的提高的压力足以超过涂层材料的屈服极限τf。在排出缝隙130和柔性区域124a周围的区域之间的在喷嘴缝103中的涂层材料中的还存在的剪切应力τ降低所需的初始脉冲。可变的内部容积此时分布在整个涂层阶段上地连续地变小或柔性元件121变形成使得喷嘴缝103在尺寸上变小,但是不小于通过嵌入膜108设定的缝隙宽度133。
在此,已经存在于可变的内部容积中的涂层材料被输送给输送体积流q。对于限定的湿膜厚度164,输送的涂层材料的速度适应于基底速度。该适应相应地通过运动速度或通过由致动器124a在时间上变化的反作用力来完成。
图2a示出了根据本发明的具有可变的内部容积的用于间歇式涂层的装置的示意图,该装置具有双缝隙。
根据图2a,装置200的喷嘴颚101、102与调节单元120a和120b以及120c和120d一起关于优选楔形的隔离板104镜像地布置。
与此相应地通过在隔离板104和喷嘴颚102之间的额外嵌入膜108得到另一喷嘴缝103。
由此,一方面能够实施两种不同的涂层材料同时涂层并且另一方面以双倍速度实施用同种涂层材料进行涂层。此外,可在两个层中进行涂层。
图2b示出了在根据本发明的具有双缝隙的装置的排出缝隙处的几何关系示意图。
在图2b中示出在排出缝隙130处的几何关系的示意图。喷嘴缝103分别横向于基底170的运输方向U并且平行于基底170地作为喷嘴主体200的排出缝隙130终止,参加图2b,其中,相应的排出缝隙130经由相应的喷嘴缝103与相应的输入通道107流动连接,参加图2。
相应的排出缝隙133的宽度在此相应于嵌入膜108的厚度并且限定在上游的喷嘴唇部131和下游的喷嘴唇部132之间的间距。在其之间布置隔离板104。
因此得到另一排出缝隙133,其运送不同的涂层材料。在相应的排出缝隙130或两个喷嘴唇部131、132和运动的基底170之间,在涂层过程期间形成液体桥160。但是在此该液体桥160不同于在图1b中的液体桥,液体桥160的厚度由两个部分流qa和qb得出。与此相应地,由涂层材料A的湿膜厚度166和涂层材料B的湿膜厚度167得到湿膜厚度164。
附图标记列表
100、200 用于间歇式涂层的装置
101 喷嘴颚
102 喷嘴颚
103 喷嘴缝
104 隔离板
105 喷嘴颚铣除的部分
107 输入通道
108 嵌入膜
120 调节单元
121 柔性元件
122 密封元件
123 通孔
124 致动器
125 致动器的点状或线状或面状的顶部部件
126 遮盖部
130 排出缝隙
131 上游的喷嘴唇部
132 下游的喷嘴唇部
133 宽的排出缝隙
160 液体桥
161 在基底上的湿膜、液体膜
162 终止边缘、薄膜终止边缘
163 起始边缘、薄膜起始边缘
164 湿膜厚度
165 液体桥160的厚度
166 涂层材料A的湿膜厚度
167 涂层材料B的湿膜厚度
170 基底
U 基底的运动方向
q、qa、qb 输送体积流
p 压力

Claims (7)

1.一种用于对运动的基底进行间歇式涂层的装置,所述基底相对于所述装置沿运输方向U运动,所述装置包括
具有至少两个喷嘴颚(101、102)的喷嘴主体(100),其中,在所述喷嘴颚(101、102)之间设置具有凹口的嵌入膜(108),其中,在所述嵌入膜(108)中的凹口形成在所述喷嘴主体(100)之内的喷嘴缝(103),并且所述喷嘴缝(103)横向于所述基底(170)的运输方向U并且平行于所述基底(170)延伸地在排出缝隙(130)中终止,其中,所述排出缝隙(130)经由所述喷嘴缝(103)与输入通道(107)流动连通,并且至少一个喷嘴颚(101、102)设有至少两个通孔(123a、123b),其在所述输入通道和排出缝隙(130)之间串联地通入所述喷嘴缝(103)中并且分别借助能弹性变形的元件(121a、121b)朝所述喷嘴缝(103)流体密封地闭合,其中,每个能弹性变形的元件(121a、121b)一方面与所述喷嘴缝(103)中的涂层材料并且另一方面与朝所述喷嘴缝(103)的方向作用的致动器(124a、124b)连接,其中,所述喷嘴颚(101、102)的通孔(123a、123b)在涂层材料的流动方向q上从所述输入通道(107)到所述排出缝隙(130)依次地布置。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述喷嘴颚(101、102)之间布置隔离板(104),并且在每个喷嘴颚(101、102)和所述隔离板(104)之间分别设置具有凹口的嵌入膜(108),其中,相应的所述嵌入膜(108a、108b)分别形成所述喷嘴主体(200)之内的喷嘴缝(103a、103b)。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述嵌入膜(108)的厚度在0.01mm和3.00mm之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,所述通孔(123a、123b)仅布置在一个喷嘴颚(101)中并且相对而置的喷嘴颚(102)不具有通孔。
5.用于借助根据权利要求1、2或3所述的装置对运动的基底进行间歇式涂层的方法,
其中,所述输送体积流q在所有的方法步骤中保持恒定,该方法包括下列方法步骤:
a)将涂层材料从输入通道(107)经由喷嘴缝(103)连续地输送到排出缝隙(130),
b)通过停用致动器(124a)对通孔(123a)中的柔性元件(121a)去负荷,
c)通过激活致动器(124b)同时加载所述通孔(123b)中的柔性元件(121b),
d)通过激活致动器(124a)加载通孔(123a)中的柔性元件(121a),
e)通过停用致动器(124b)对通孔(123b)中的柔性元件(121b)去负荷。
6.用于借助根据权利要求2或3所述的装置对运动的基底进行间歇式涂层的方法,
其中,所述输送体积流qa、qb在所有的方法步骤中保持恒定,该方法包括下列方法步骤:
a)将涂层材料从输入通道(107a、107b)经由喷嘴缝(103a、103b)连续地输送到排出缝隙(130a、130b),
b)通过停用致动器(124a、124c)对通孔(123a、123c)中的全部柔性元件(121a、121c)去负荷,
c)通过激活致动器(124b、124d)同时加载所述通孔(123b、123d)中的全部柔性元件(121b、121d),
d)通过激活致动器(124a、124c)加载通孔(123b、123d)中的全部柔性元件(121a、121c),
e)通过停用致动器(124b、124d)同时对通孔(123b、123d)中的全部柔性元件(121b、121d)去负荷。
7.用于借助根据权利要求2或3所述的装置对运动的基底进行间歇式涂层的方法,
其中,所述输送体积流qa、qb在所有的方法步骤中保持恒定,该方法包括下列方法步骤:
a)将涂层材料从输入通道(107a、107b)经由喷嘴缝(103a、103b)连续地输送到排出缝隙(130a、130b),
b)通过停用致动器(124a)对通孔(123a)中的柔性元件(121a)去负荷,
c)通过激活致动器(124b)同时加载所述通孔(123b)中的柔性元件(121b),
d)通过激活致动器(124c)加载通孔(123c)中的柔性元件(121c),
e)通过停用致动器(124d)同时对通孔(123d)中的柔性元件(121d)去负荷,
f)通过停用致动器(124c)对通孔(123c)中的柔性元件(121c)去负荷,
g)通过激活致动器(124d)同时加载所述通孔(123d)中的柔性元件(121d),
h)通过激活致动器(124a)加载通孔(123b)中的柔性元件(121a),
i)通过停用致动器(124b)同时对通孔(123b)中的柔性元件(121b)去负荷。
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