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Die Erfindung betrifft ein Kabel gemäß Patentanspruch 1.
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Im Stand der Technik sind elektrische Kabel bekannt, bei denen die elektrischen Leitungen mit einer elektrischen Schirmung in Form eines Drahtgeflechtes oder einer Folie versehen sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Kabel bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Kabel gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen des Kabels sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Kabel weist den Vorteil auf, dass sowohl eine elektrische Abschirmung der elektrischen Leitung erreicht wird und zudem ein verbesserter mechanischer Schutz der elektrischen Leitung erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass als Abschirmung ein elektrisch leitender Mantel vorgesehen ist, der aus einem elektrisch leitenden und elastischen Dichtmaterial gebildet ist. Auf diese Weise kann ein verbesserter Schutz gegen Staub, Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, Öl oder Benzin oder gegen mechanische Beschädigungen erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der elektrisch leitende Mantel mit einem weiteren Isolationsmantel umgeben. Damit kann für den Isolationsmantel ein anderes Material, insbesondere ein härteres Material gewählt werden, so dass ein zusätzlicher mechanischer Schutz gegeben ist.
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In einer weiteren Ausbildungsform ist der Mantel aus einer Mischung eines elastischen Materials und eines elektrisch leitenden Materials hergestellt. Auf diese Weise kann der Mantel einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel aus einer Mischung eines elastischen Materials und elektrisch leitenden Teilchen hergestellt. Mithilfe dieser Ausführungsform kann eine gute elektrische Leitfähigkeit erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das elastische Material ein elektrisch leitendes Silikongel oder ein trockenes Silikongel. Silikongel eignet sich zur Darstellung der elektrischen Leitfähigkeit und zugleich zur Darstellung der mechanischen Schutzfunktion.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das elektrisch leitende Material in Form von Ruß und/oder Graphit ausgebildet. Die Verwendung von Ruß oder Graphit ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des elektrisch leitenden elastischen Materials.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrisch leitenden Teilchen in Form von metallischen Teilchen, elektrisch leitenden Nanoteilchen und/oder Graphitteilchen, insbesondere Graphitröhrchen ausgebildet. Mithilfe der beschriebenen Teilchen wird eine gute elektrische Leitfähigkeit bei zugleich guter elastischer Eigenschaft des Mantels erreicht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrisch leitendes Teilchen in Form eines Teilchens mit einer elektrisch leitenden Schicht ausgebildet. Dadurch können die Teilchen kostengünstig hergestellt werden. Zudem ist das Gewicht im Vergleich zu rein metallischen Teilchen reduziert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel als Hülse, insbesondere als extrudierte Hülse ausgebildet. Diese Ausbildungsform bietet den Vorteil, dass der Mantel einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, insbesondere direkt auf die elektrische Leitung mithilfe eines Extrusionsverfahrens aufgebracht werden kann. Dadurch wird eine sichere Ummantelung und gute Abdichtung der elektrischen Leitung erreicht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel in Form eines Bandes um die Isolationsschicht der elektrischen Leitung gewickelt, wobei vorzugsweise das Band in einer Schicht gewickelt ist und vorzugsweise Seitenflächen des Bandes aneinander dichtend anliegen und somit eine abgedichtete Mantelschicht erhalten wird. Die Ausbildung des Mantels in Form eines gewickelten Bandes bietet eine kostengünstige und einfache Herstellung. Das Band kann als Vorprodukt hergestellt werden und auf verschiedene elektrische Leitungen aufgewickelt werden. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Fertigung des Kabels ermöglicht. Zudem können mit Hilfe des gewickelten Bandes einzelne Abschnitte der elektrischen Leitung, insbesondere Enden der elektrischen Leitung mit einem elastischen, elektrisch leitenden Mantel versehen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel in Form eines Tapes ausgebildet, das zu einer geschlitzten Hülse gewickelt ist. Diese Ausbildungsform bietet den Vorteil, dass mithilfe des Tapes Hülsen mit verschiedenen Durchmessern einfach hergestellt werden können. Insbesondere bietet sich diese Form an, wenn beispielsweise nur Abschnitte der elektrischen Leitung, beispielsweise Endabschnitte, mit einem elektrisch leitenden elastischen Mantel versehen werden sollen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Kabel an einem Gehäuse angeschlossen, wobei der Mantel an einer Aufnahme des Gehäuses dichtend und elektrisch leitend anliegt, insbesondere axial und/oder radial dichtend und elektrisch leitend anliegt. Dadurch wird eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der elektrischen Leitung erreicht. Somit wird ein guter Schutz der elektrischen Leitung gegenüber dem Eindringen von Staub oder Flüssigkeiten ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine erste Ausführungsform eines Kabels,
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2 den elektrisch leitenden Mantel in Form einer Hülse,
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3 eine zweite Ausführungsform des Kabels,
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4 die Ausbildung des Mantels in Form eines gewickelten Bandes,
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5 die Ausführungsform des Mantels in Form einer geschlitzten Hülse,
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6 ein Kabel, das an ein Gehäuse angeschlossen ist, und
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7 eine Ansicht auf das weitere Gehäuse.
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1 zeigt in einem perspektivischen Querschnitt ein Kabel 1, das mehrere elektrische Leitungen 2 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Paare von elektrischen Leitungen 2 vorgesehen, wobei jeweils zwei elektrische Leitungen 2 von einem Schutzmantel 3 umgeben sind. Der Schutzmantel 3 kann in Form eines Schirmmantels, insbesondere einer elektrisch leitenden Folie ausgebildet sein. Weiterhin sind im Schutzmantel 3 Füllelemente 16 vorgesehen. Zudem ist ein Beidraht 4 vorgesehen. Die elektrische Leitung 2 weist einen elektrischen Leiter 17 auf, der von einer elektrischen Isolationsschicht 20 umgeben ist. Die elektrischen Leitungen 2 mit den Schutzmänteln 3 sind von einem Mantel 5 umgeben, der aus einem elektrisch leitenden und elastischen Dichtmaterial gebildet ist. Der Mantel 5 ist in der dargestellten Ausführungsform hülsenförmig ausgebildet und weist eine Ausnehmung 6 auf, die im Querschnitt ein in Eckbereichen abgerundetes Quadrat darstellt. Die Außenkontur des Mantels 5 ist zylinderförmig. Der Mantel 5 ist von einer Folie 7 umgeben, die beispielsweise elektrisch leitend ausgebildet sein kann. Anstelle der Folie 7 kann auch ein elektrisch leitendes Geflecht vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch auf die Folie 7 verzichtet werden. Die Folie 7 wiederum ist von einem weiteren Mantel 8 umgeben. Der Außenmantel 8 stellt die Außenhülle des Kabels 1 dar und ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt.
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Anstelle der Vielzahl von elektrischen Leitungen 2 kann auch nur eine einzige elektrische Leitung 2 vorgesehen sein, die von einem Mantel 5 umgeben ist. Somit kann auch die Form des Querschnittes der Ausnehmung 6 des Mantels 5 abhängig von der Form und der Anzahl der elektrischen Leitungen 2 variieren.
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Beispielsweise können auch mehrere elektrische Leitungen 2 in Form eines Flachbandkabels von dem Mantel 5 umgeben sein, dessen Ausnehmung 6 die Form eines abgerundeten flachen Rechteckes aufweist. Sowohl der Mantel 5 als auch der Außenmantel 8 können beispielsweise mithilfe eines Extrusionsverfahren auf die elektrischen Leitungen extrudiert werden. Beispielsweise kann bei Verzicht auf die Folie 7 der Mantel 5 und der Außenmantel 8 in Form eines Tandemextrusions- oder Coextrusionsverfahren gemeinsam aufgebracht werden.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Mantel 5 des Kabels 1 der 1. Der Mantel 5 ist beispielsweise aus einer Mischung eines elastischen Materials und eines elektrisch leitenden Materials und/oder elektrisch leitender Teilchen hergestellt. Unter dem Begriff elastisches Material werden rein elastische Materialien und viskoelastische Materialien d.h. teilweise elastische und teilweise viskose Materialien verstanden. Das elastische Material kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Material, einem thermoplastischen Gel, einem auf Polyurethan basierenden Gel, einem Polymer, einem Silikonhautschuh, einem Silikonelastomer, einem Silikongel, insbesondere einem trockenen Silikongel ausgebildet sein.
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Das elektrisch leitende Material kann beispielsweise Ruß und/oder Graphit sein. Die elektrisch leitenden Teilchen können beispielsweise in Form von metallischen Partikeln, elektrisch leitenden Nanoteilchen und/oder Graphitteilchen, insbesondere Graphitröhrchen ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrisch leitendes Teilchen in Form eines Teilchens mit einer elektrisch leitenden Schicht ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Teilchen aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem keramischen oder mineralischen Material bestehen, dessen Oberfläche wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig mit einer elektrisch leitenden Schicht, beispielsweise einer Metallschicht versehen ist. Als Metall kann beispielsweise Silber und/oder Gold und/oder Palladium verwendet werden.
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Das elektrisch leitende Material weist beispielsweise einen elektrischen spezifischen Volumenwiderstand von bis zu 100 mΩcm auf.
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3 zeigt die Ausführungsform eines Kabels 1, bei dem die elektrischen Leitungen 2 mit den Schutzmänteln oder Schirmmäntel 3 von einem inneren Mantel 9 umgeben sind. Der innere Mantel 9 kann aus einem Polymer ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch auf den inneren Mantel 9 verzichtet werden. Auf dem inneren Mantel 9 ist eine weitere Folie 10 aufgebracht, die beispielsweise elektrisch leitend ist. Anstelle der weiteren Folie kann auch ein elektrisch leitendes Geflecht vorgesehen sein. Auf der weiteren Folie 10 ist der elektrisch leitfähige Mantel 5 in Form eines gewickelten elektrisch leitfähigen Bandes 11 aufgebracht. Das Band 11 wiederum ist mit einer optionalen Folie 7 umgeben, auf der der Außenmantel 8 aufgebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform weist der innere Mantel 9 eine Ausnehmung auf, die entsprechend der Ausnehmung 6 des Mantels 5 der 1 ausgebildet ist, um die elektrischen Leitungen 2 passgenau aufnehmen zu können. Die Außenkontur des inneren Mantels 9 ist zylinderförmig ausgebildet. Der Mantel 5, der aus dem elastischen und elektrisch leitenden Material hergestellt ist, ist in Form des gewickelten Bandes 11 ausgebildet.
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4 zeigt den Mantel 5 als gewickeltes Band in einer perspektivischen Darstellung. In der dargestellten Ausführung ist das Band 11 nur in einer Ebene gewickelt, wobei sich Seitenflächen 12, 13 des Bandes 11 berühren. Vorzugsweise liegen die Seitenflächen 12, 13 abdichtend und in elektrisch leitendem Kontakt aneinander an. Auf diese Weise wird ein Mantel 5 bereitgestellt, der seine innere Ausnehmung 6, die in der dargestellten Ausführungsform einen kreisflächigen Querschnitt aufweist, gegen Staub und Feuchtigkeit abdichtet und einen durchgehend elektrisch leitenden Mantel darstellt. Die Ausbildung des Mantels 5 in Form des gewickelten Bandes 11 bietet den Vorteil, dass die Herstellung einfach und kostengünstig ist. Zudem können mit einem Band Leitungen mit verschiedenen Durchmessern umwickelt werden. Somit ist eine individuelle Anpassung des Bandes an die einzelnen Durchmesser der Leitung nicht erforderlich. In einer weiteren Ausführung kann das Band 11 auch in mehreren Schichten um den oder die elektrischen Leitungen gewickelt werden. Dadurch wird ein mehrschichtiger Mantel erreicht.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Mantels 5, der in Form einer elektrisch leitfähigen Hülse 19 ausgebildet ist, die in Längsrichtung einen Schlitz 18 aufweist, wobei die entlang des Schlitzes 18 gegenüber liegenden Seitenflächen der Hülse 19 sich berühren und den Schlitz 18 sowohl abdichten als auch elektrisch leitend überbrücken. Die Hülse wird mithilfe eines Tapes, d.h. eines Bandes, insbesondere eines einseitig klebenden Bandes hergestellt, das in die Form einer geschlitzten Hülse geformt ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mithilfe des Tapes können Hülsen 19 mit verschiedenen Durchmessern schnell und einfach hergestellt werden kann.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die schematisch dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist das Kabel 5 an ein Gehäuse 14 geführt. Das Gehäuse 14 weist eine erste Anlagefläche 15 auf, an die der Mantel 5 mit seinem radialen Umfang dichtend gedrückt ist. Zudem ist eine zweite Anlagefläche 21 am Gehäuse 14 ausgebildet, an der der Mantel 5 axial dichtend anliegt. Somit wird zum einen eine Zugangsöffnung zum Gehäuse 14 abgedichtet. Zudem wird auch der Innenraum des Mantels 5 gegen Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutz abgedichtet. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch nur eine Anlagefläche vorgesehen sein.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Anlagefläche 15 auch andere Formen aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform sind die erste und zweite Anlagefläche 15, 21 in Form einer Ringfläche ausgebildet, die an eine zylinderförmige Außenfläche des Mantels 5 bzw. an einer planen Ringfläche des Mantels 5 anliegen. In den Mantel 5 sind beispielhaft ein elektrisch leitendes Teilchen 38 und ein mit einer elektrisch leitenden Schicht 40 versehenes Teilchen 39 dargestellt. Beispielsweise kann das Teilchen 39 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem keramischen oder mineralischen Material bestehen, dessen Oberfläche wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig mit einer elektrisch leitenden Schicht 40, beispielsweise einer Metallschicht versehen ist. Als Metall kann beispielsweise Silber und/oder Gold und/oder Palladium verwendet werden.
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Die elektrische Leitung 2 ist durch eine Öffnung 22 des Gehäuses 14 geführt. Das Gehäuse 14 kann ein Steckergehäuse, eine Anschlussdose oder jede andere Art von Gehäuse darstellen.
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7 zeigt eine Ansicht auf das weitere Gehäuse 14 mit der Öffnung 22, der ersten und der zweiten Anlagefläche 15, 21.
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Abhängig von der gewünschten Leitfähigkeit weist das elektrisch leitende und elastische Material beispielsweise einen Anteil von 20 bis 30 % des leitenden Materials und/oder 20 bis 30 % der leitenden Teilchen auf. Das Herstellen des elektrisch leitenden rein elastischen Material und/oder zu einem viskoelastischen Materials erfolgt durch Einrühren und Einmischen des elektrisch leitenden Materials bzw. der elektrisch leitenden Teilchen in ein flüssiges elastisches Material.
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Nach dem Einrühren erfolgt die Herstellung der benötigten Formen und eine Aushärtung.
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Das elastische Material kann beispielsweise aus einem Öl enthaltenden thermoplastischen Gel oder aus einem trockenen Silikongel, insbesondere einem trockenen warmgehärteten Kunststoff, insbesondere Silikongel hergestellt sein. Weiterhin kann das elastische Material aus einem Polyurethangel hergestellt sein. Ein trockenes Silikongel verzichtet auf ein separates Lösungsmittel oder auf einen separaten Weichmacher. Das elastische und elektrisch leitende Material kann eine Härte zwischen 26 und 53 Schor 000 Härte aufweisen. Zudem kann das elastische, elektrisch leitende Material eine Elastizität von 4 bis 60 % zwischen der Originalgröße und einer zusammengedrückten Größe aufweisen. Das viskoelastische Material kann eine Härte zwischen 150 und 500 Gramm aufweisen.
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Silikongele wie beispielsweise Silikonkautschuke sind in den gummielastischen Zustand überführbare Massen, welche Poly(organo)siloxane enthalten, die für Vernetzungsreaktionen zugängliche Gruppen aufweisen. Als solche kommen vorwiegend Wasserstoffatome, Hydroxygruppen und Vinylgruppen in Frage, die sich an den Kettenenden befinden, aber auch in die Kette eingebaut sein können. Silikonkautschuke enthalten verstärkende Stoffe und Füllstoffe, deren Art und Menge das mechanische und chemische Verhalten der durch die Vernetzung entstehenden Silikonelastomere deutlich beeinflussen.
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Man unterscheidet nach der notwendigen Vernetzungstemperatur zwischen kalt- (RTV) und heißvernetzenden (HTV) Silikonkautschuken (RTV = raumtemperatur vernetzend, HTV = hochtemperatur vernetzend). HTV-Silikon-Kautschuke sind plastisch verformbare Materialien. Sie enthalten sehr oft organische Peroxide für die Vernetzung. Die daraus durch die Vernetzung bei hoher Temperatur hergestellten Elastomere sind wärmebeständige, zwischen –40 und 250 °C elastische Produkte, die z. B. als hochwertige Dichtungs-, Dämpfungs-, Elektroisolierbauteile, Kabelummantelungen und dergleichen verwendet werden.
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Ein anderer Vernetzungsmechanismus besteht in einer meist durch Edelmetallverbindungen katalysierten Addition von Si-H-Gruppen an Silicium gebundene Vinylgruppen, die beide in die Polymerketten bzw. an deren Ende eingebaut sind. Die Silikonkautschuk-Komponenten, die im Unterschied zu den oben beschriebenen HTV-Kautschuken eine niedrigere Viskosität aufweisen und somit pumpbar sind, werden mit geeigneten Misch- und Dosiermaschinen dosiert, gemischt und meistens in Spritzgießautomaten verarbeitet. Diese Technologie erlaubt durch die kurze Vernetzungsdauer der Kautschuke hohe Taktraten.
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Bei den RTV-Silikonkautschuken lassen sich Ein- und Zweikomponentensysteme unterscheiden. Die erste Gruppe (RTV-1) vernetzt bei Raumtemperatur unter dem Einfluss von Luftfeuchtigkeit, wobei die Vernetzung durch Kondensation von SiOH-Gruppen unter Bildung von Si-O-Bindungen erfolgt. Die SiOH-Gruppen werden durch Hydrolyse von SiX-Gruppen einer intermediär aus einem Polymer mit endständigen OH-Gruppen und einem sogenannten Vernetzer R-SiX3 (X = -O-CO-CH3, -NHR) entstehenden Spezies gebildet. Bei Zweikomponentenkautschuken (RTV-2) werden als Vernetzer z. B. Gemische aus Kieselsäureestern (z. B. Ethylsilicat) und zinnorganische Verbindungen verwendet, wobei als Vernetzungsreaktion die Bildung einer Si-O-Si-Brücke aus Si-OR und Si-OH durch Alkoholabspaltung erfolgt.
