DE1652328A1 - Schaltungsanordnung und zugehoeriger Bestandteil zur Verwendung beim Elektroniederschlag organischer Beschichtungen - Google Patents

Description

Patentanwalt

Oipl.~!-.:;. Κ';·, VVeSSSl München, den 28.Februar 1968

δ ^mO en 13 _{Mein Zeichen} . pK-2055 Hohensiaufanstr. 2, Tel. 33 8111

Ford-Werke Aktiengesellschaft Köln-Deutz
Ottoplatz 2

" Schaltungsanordnung und zugehöriger Bestandteil zur Verwendung beim Elektroniederschlag organischer Beschichtungen "

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se. No. 625 090 vom 22.März 1967 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Die Erfindung beinhaltet eine elektrische Schaltung zur Verwendung beim elektrisch induzierenden Niederschlag eines einen Film bildenden organischen Beschichtungsmaterials auf eine elektrisch ä leitende Unterlage mit einem wässrigen Elektrolyten, welcher das organische Beschichtungsmaterial in sich dispergiert aufnimmt, einer ersten in den Elektrolyten eingetauchten Elektrode, einer zweiten in den Elektrolyten eingetauchten Elektrode, welche sich im Abstand von der ersten Elektrode befindet, einer Energiequelle, von der aus elektrische Energie durch die Schaltung geführt werden kann, einem ersten leitenden Bauelement, welches eine elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle sowie der ersten Elektrode herstellt, einem zweiten leitenden Bauelement, welches eine elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle

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sowie der zweiten Elektrode herstellt, einem entfernbaren Verbindungselement zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode sowie dem ersten leitenden Bauelement, wobei das Verbindungselement ein Verbindungsleitelement, ein Klemmelement zum !Festhalten des Verbindungsleitelementes in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode sowie dem ersten leitenden Bauelement umfasst, und einem elastischen Abschirmelement in Berührung mit dem Verbindungsleitelement, welches dieses umgibt und zumindest einen Teil des Verbindungsleitelementes gegenüber einer Berührung mit dem Beschichtungsmaterial abschirmt, wenn die erste Elektrode, das Verbindungselement und das erste leitende Element sich in elektrischer Verbindung befinden und die erste Elektrode sowie das Verbindungselement in den Elektrolyten eingetaucht sind. Dies trifft auch für das Verbindungselement der Schaltung zu.

Ausführliche Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren. Insbesondere stellt die Erfindung eine Verbesserung gegenüber den bekannten Verfahren nebst Vorrichtungen zur Beschichtung von elektrisch leitenden Gegenständen durch elektrisch induzierten Niederschlag eines organischen Beschichtungsmaterials aus einer Dispersion desselben in einem wässrigen Bad dar. Die Erfindung beinhaltet auch eine verbesserte elektrische Schaltung einer Elektroniederschlagszelle, welche zur Durchführung des vorangehend erwähn ten Beschiohtungsverfahrens geeignet ist, und einen Bestandteil einer derartigen Schaltung.

Der elektrophoretisch^ Niederschlag von Latex, verschiedenen

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Wachsen, Schellack und dergleichen ist in druckschriftlichen Vorveröffentlichungen in weitem Umfang beschrieben. Weiter zurückliegend ist ein Farbauftragverfahren, bei dem filmbildende PoIykarboxylsäureharze auf eine leitende Unterlage durch elektrisch induzierten Niederschlag aufgebracht werden. Derartige Harze besitzen in ihrer Molekularstruktur !Carboxylgruppen, welche beim Vorliegen von Wasser und basischen Dispersionsförderzusätzen, beispielsweise wasserlöslichen Aminen, dissoziieren. KLykarboxylsäureharze schlagen sich anodisch nieder. Dieses Farbauftragverfahren ergibt sich aus der USA-Patentschrift 3 230 162. Kathodisch niederschlagbare Harze sind ebenfalls beschrieben, und ^ die Schaltung sowie das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist in gleicher Weise auf einem kathodischen niederschlag anwendbar. Kathodisch niederschlagbare Harze besitzen bei Dispersion im Beschichtungsbad ionenmässig bedingte positive Valenzen.

Das Verfahren der Beschichtung unter Verwendung der Schaltung und des Schaltungsbestandteils nach der vorliegenden Erfindung kann folgendermassen erläutert werden: Ein mit Farbauftrag zu versehender Gegenstand wird in ein wässriges Bad mit einer Dispersion von Teilchen des filmbildenden organischen Materials eingebracht, das auf elektrischem Weg niedergeschlagen werden soll, und dient als erste Elektrode einer Elektroniederschlagszelle. Eine zweite Elektrode, welche der das Beschichtungsbad aufnehmende Behälter sein kann, befindet sich in Berührung mit dem Bad und ist gegenüber dem zu beschichtenden Gegenstand im Abstand angeordnet. Diese Elektroden befinden sich in elektrischer Verbindung mit gegenpoligen Anschlüssen einer Gleichstromversorgung. Es wird eine Differenz des elektrischen Potentials oberhalb der Grenzniederschlagsspannung des niederzuschlagenden Beschichtungs-

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materials, "beispielsweise 50 - 1000 Volt, allgemeiner zwischen etwa 100 und 300 Volt, zwischen den Elektroden aufrechterhalten, und ein Gleichstrom wird zwischen diesen Elektroden durch das Bad geschickt, was "bewirkt, dass sich das Beschichtungsmaterial auf dem zu "beschichtenden Gegenstand niederschlägt, "bis der Niederschlag durch Aufbau eines elektrischen Widerstandes der resultierenden Beschichtung, Herausnehmen des Gegenstandes aus dem Bad oder durch andere Unterbrechung des elektrischen Stromkreises, welcher die vorangehend erwähnten Elektroden, das dazwischen "befindliche Elektrolyt "bad, die Energiequelle und die eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden sowie der Energiequelle herstellenden leitenden Elemente enthält, unterbrochen wird. Der beschichtete Gegenstand wird aus dem Bad herausgenommen, mit Wasser abgespült, und die Beschichtung wird allgemein durch Erhitzen polymerisiert.

Bei den meisten Herstellungsanlagen, bei denen dieses Farbauftragverfahren verwendet wird, erfolgt die Beschichtung in einem stetigen Prozess, wobei der zu beschichtende Gegenstand mittels eines Förderers über das Beschichtungsbad gehängt wird, von dem der Gegenstand elektrisch isoliert ist, und es wird eine elektrische Berührung zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand sowie der entsprechenden Leitung der Energiequelle hergestellt, und zwar im Falle eines anodischen Niederschlages mit der positiven Leitung, wobei der seitens des Förderers noch gehaltene Gegenstand in das Bad eingetaucht, beschichtet und durch den Förderer aus dem Bad herausgezogen wird.

Da ein stetiger Strom derartiger Gegenstände durch das Bad zum

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Zweck der Beschichtung verläuft, werden leicht anbringbare und •wegnehmbare Bauelemente zur Befestigung eines elektrischen Anschlusses zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand und der richtigen, von der Energiequelle herführenden Leitung verwendet. Bei grossen Gegenständen ist der "bei dem Beschichtungszyklus gezogene Strom notwendigerweise hoch. Jeder schlechte elektrische Stromleiter zwischen dem Gegenstand und der zu der Energiequelle führenden Leitung fügt einen Widerstand hinzu, erzeugt Wärme und vermindert die vorausbestimmte Beschichtungszeitspanne. Wenn ein derartiger Widerstand genügend hoch ist, kann dieser die Beschichtung insgesamt verhindern. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass durch entsprechenden Aufbau und geeignete Anordnung des abnehmbaren Verbindungselementes der Bereich der elektrischen Verbindung zwischen dem Gegenstand sowie dem leitenden Element, durch welches eine elektrische Verbindung mit der Energiequelle hergestellt wird, soweit wie möglich von nichtleitenden oder schlechtleitenden Stoffen frei ist. Die Aufrechterhaltung eines sauberen Kontaktbereiches wird erschwert, wenn die eine Verbindung herstellende Leitung die gleiche Polung wie der zu beschichtende Gegenstand aufweist. Diese Teile der die Verbindung herstellenden Leitung, welche dem Bad ausgesetzt sind, werden jedesmal dann mit einem isolierenden Film beschich-tet, wenn die Verbindung verwendet wird. In Anlagen, wo diese Verbindungsleitungen von dem Gegenstand erst nach dem Erhitzen entfernt wird, ersehwert sich dieses Problem weiter.

In der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindung zwischen dem zu beschichtenden Gegenstand und den von der Energiequelle herführenden leitenden Bauelementen durch ein

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Verbindungselement einschliesslich eines Verbindungsleitelementes bewirkt, welches kontaktmässig gegenüber dem Bad durch eine elastische Abschirmung abgeschirmt ist, die im wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich des Verbindungsleitelementes umgibt, mit Ausnahme eines Kontaktbereiches zur Anbringung der Verbindungsleitelementes in elektrischer Berührung mit dem zu beschichtenden Gegenstand und einem Kontaktbereich zur Anbringung des Verbindungsleitelementes in elektrischer Berührung mit zu der Energiequelle führenden leitenden Bauelementen. Abnehmbare Klemmelemente halten diese Verbindungen örtlich fest, während der Gegenstand beschichtet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die elastische Abschirmung eine flexible Membran, allgemein als Saugnapf bezeichnet, bei welcher das Verbindungsleitelement zentral angeordnet und wasserdicht zu der Abschirmung gehalten ist. Bei einer bevorzugten wesentlichen Ausführungsform ist die elastische Abschirmung aus einem Material gebildet, welches ausreichend wärmebeständig ist, so dass es mit dem beschichteten Gegenstand während des Erwärmungszyklus ohne Zerstörung in Berührung gehalten werden kann. Ein derartiges Material sollte bei Temperaturen von 150 - 210° G während üblicher Verweilzeiten beim Farbeinbrennen nicht beeinflusst werden. Diese Abschirmungen können aus irgendeinem Elastomer mit geeigneter Elastizität und Wärmebeständigkeit gebildet sein. Abschirmungen aus üblichem Silikongummi erwiesen sich als sehr zufriedenstellend.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen«

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Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungegemäss zu verwendenden Verbindungselementes in Seitenansicht, wobei ein mit Farbauftrag zu versehendes Werkstück und ein Stromka"bel in elektrischer Berührung veranschaulicht sind,

Pig. 2 ein in der Vorrichtung nach Fig. 1 enthaltenes Verbindungsleitelement in aufgeschnittener und perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Verbindungselementes, wobei ein von diesem gehaltenes, mit Farbauftrag zu versehendes Werkstück und % ein in elektrischer Berührung hiermit befindliches Stromkabel veranschaulicht sind.

Gemäss Fig. 1 und 2 ist ein Metallgegenstand 11 in ein wässriges Slektrobeschichtungsbad zum Zwecke eines Farbauftrages mittels Elektroniederschlag einzutauchen. Ein Kabelschuh 13 eines Stromkabels 15 befindet sich in elektrischer Verbindung mit dem Gegenstand 11 über eine Verbindungsleiteinheit 17, in elektrischer Berührung mit dem Gegenstand 11 und dem Kabelschuh 13 durch ein Klemmelement bzw. eine Zwinge 19 gehalten ist.

Die Zwinge 19 ist vorliegend eine übliche Schnappzange mit Klemmbacken 21, 23, durch welche ein Durchtritt 25 bzw. 27 verläuft. Die Durchtritte 25, 27 dienen zur Aufnahme je eines durchlaufenden Bolzens, wobei der Durchtritt 27 mit Gewinde versehen ist. Ein Bolzen 29 verläuft durch den Durchtritt 27 und befindet sich hiermit in Gewindeeingriff. Der Bolzen 29 schafft eine Auflagerung auf einer Seite des Gegenstandes 11, gegen dessen entgegengesetzte Seite ein Zwingendruck über den Backen 21 auf

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den Kabelschuh 13, die Verbindungsleiteinheit 17 und damit auf den Gegenstand 11 ausgeübt wird, Der Bolzen 29 ist innerhalb des Backens 23 vertikal justierbar und durch eine Kontermutter 31 in seiner Lage festgelegt.

G-emäss Jig. 2 umfasst die Verbindungsleiteinheit 17_ein Verbindungsleitelement 33 sowie ein elastisches, napfartiges Membranglied 35. Das Verbindungsleitelement 33 umfasst einen Leitstempel 33-1 und einen Leitbolzen 37-2. Der Stempel 33-1 und der Bolzen 37-2 können einstückig ausgeführt sein, oder es kann der Bolzen 37-2 mit dem Stempel 33-1 abnehmbar verbunden sein, beispielsweise durch Gewindeeingriff. Vorliegend weist der Kabelschuh 13 einen Durchtritt 13-1 auf, durch welchen der Bolzen 37-2 verläuft, wobei der Kabelschuh flach auf dem Stempel 33-1 aufliegt. Der Bolzen 37-2 verläuft durch den Durchtritt 25 in dem oberen Backen 21 und ist dort durch eine Mutter 37 festgehalten.

Wenn eine Verbindung hergestellt werden soll, werden die Backen 21, 23 an entgegengesetzten Seiten eines Flansches oder eines anderen zugänglichen Teiles des Gegenstandes 11 angesetzt. Der Bolzen 37-2 wird durch den Durchtritt 13-1 des Kabelschuhs 13 sowie des Durchtrittes 25 des Backens 21 geführt. Nach dem Einsetzen des Bolzens wird die Mutter 37 auf dem Bolzen 37-2 angezogen, bis der Kabelschuh 31 dicht gegen die obere Fläche des Stempels 33-1 und die untere Fläche des Stempels 33-1 gegen den Gegenstand 11 gedrückt werden, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromkabel 15 und dem Gegenstand 11 hergestellt wird. Der Leitstempel 33-1 besitzt einen Umfangsflansch 33-11,

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welcher zur Befestigung des Membrangliedes 35 an dem Stempel 33-1 dient. Das Membranglied 35 umgibt die vertikalen Flächen des Stempels 33-1 und ist mit einem Ringkanal 35-1 an seiner unteren Fläche versehen. Ausserhal"b des Kanals 35-1 ist eine flexible Umfangslippe 35-2 vorgesehen. Die Membran 35 ist so aufgebaut und ausgelegt, dass bei auf dem Gegenstand 11 anliegendem Stempel 33-1 sowie Anwendung des Betriebsklemmdruckes gegen die obere Fläche des Stempels 33-1 das Membranglied 35 eine im wesentlichen wasserdichte Abdichtung gegenüber der Fläche des Gegenstandes 11 ergibt, wobei verhindert wird, dass Farbe ™ aus dem Beschichtungsbad die untere Fläche des Stempels 33-1 berührt.

Die Zwinge 19 kann aus leitendem Material bestehen, oder es können diejenigen Teile derselben, welche den Gegenstand 11 und den Kabelschuh 13 berühren, aus isolierendem Material bestehen.

ITach Durchlaufen des Beschichtungsbades seitens des Werkstückes wird die Mutter 37 gelöst, und der Kabelschuh 13 wird aus der |

Anordnung freigegeben.

Gemäss Fig. 3 ist ane Zwinge 119 elektrisch leitend und federbetätigt ausgebildet. Die Zwinge 119 weist einen oberen Backen 121 sowie einen unteren Backen 123 auf, ferner eine Spreizfeder 126, einen Zapfen 128 sowie Handhaben 130, 132 auf. Die Feder 126 der Zwinge 119 drückt beim Hichtvorliegen einer äusseren Kraft gegen die Handhaben 130, 132, wobei die Backen 121, 123 in eine fJchliesstellung gedrückt werden. Auf die Handhaben 130, 132 kann entgegen der Kraft der Feder 126 eine Kraft ausgeübt

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werden, um die Backen 121, 123 zu öffnen.

Die Zwinge 119 ist mit einem Kabelschuh 113 eines Stromkabels 115 durch eine zusammendrückbare Haltemuffe 134 verbunden, welche an der Handhabe 130 der Singe 119 befestigt ist. Die Muffe ist mit einem üblichen Verriegelungsmechanismus ausgestattet, vorliegend in Form einer Flügelmutter 136. Beim Anziehen der Flügelmutter 136 bei in der Muffe befindlichem Kabelschuh 113 wird die Muffe 134 zusammengedrückt, so dass der Kabelschuh in elektrischer Verbindung mit der Zwinge 119 gehalten wird.

Die Zwinge 119 ist in Schliesstellung dargestellt, wobei die Verbindungsleiteinheit 117 in elektrischer Verbindung mit einem Werkstück 111 gehalten ist. Der leitstempel 133-1 der Verbindungsleiteinheit 117 kann dauernd an dem Zwingenbacken 121 sowie in elektrischer Verbindung hiermit befestigt sein. Somitkönnen der Stempel 133-1 und der Backen 121 einstückig geformt sein, odei der Stempel 133-1 kann an dem Backen 121 befestigt sein, beispielsweise durch Hartlötung. Wahlweise kann der Stempel 133-1 mit dem Backen 121 durch eine Bolzenverbindung wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel oder durch irgendeine Ausführungsform von gleitenden Verbindungselementen abnehmbar verbunden sein. Die Membran 135 bewirkt die gleiche Funktion wie die Membran 35 bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

In der vorliegenden Beschreibung ist unter dem Ausdruck "Farbe" ein Pigment und/oder ein partikelförmiges Füllmittel in einem elektrisch niederschlagbaren organischen Bindemittel als umfasst zu betrachten, wobei das Bindemittel auoh. ohne Pigment und/oder

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partikelförmiges Füllmittel vorliegen kann oder sehr geringe Mengen desselben enthält. Somit kann das organische Bindemittel, welches schliesslich in einen dauerhaften Film umgewandelt wird, alles oder im wesentlichen alles darstellen, was zur Bildung des Filmes verwendet wird, oder es kann ein Träger für Pigmente und/oder partikelförmiges Füllmittel enthaltendes Material sein.

Die Ausdrücke yiTiederschlag-Grenzwertspannung" U_n^ »G-renzwertspannung" "beziehen sich auf die Minimal spannung, "bei welcher ein wesentlicher Niederschlag eines elektrisch "beständigen Filmes mit den besonderen verwendeten Harz auftritt. Dies schwankt etwas in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Harzes. Für PoIykarboxylsäureharze, welche zur Verwendung bei dem Farbauftrag geeignet sind, liegt die Grenzspannung normalerweise oberhalb etwa 5 Volt und unterhalb etwa 20 Volt. Die Maximalspannung, welche mit Vorteil very €·■.-<? et wird, hängt auch von der Zusammensetzung des Beschichtungsbades ^.-, insbesondere von dem darin befindlichen, den Film bildenden Harz, und liegt etwas unterhalb der'"Bruchspannung" des besonderen verwendeten Filmbildner?, das heisst der Spannung, bei welcher eine Zerstörung des niedergeschlagenen Filmes durch Aufrechterhaltung einer derartigen Spannung über die gewählte Verweilzeit für das Werkstück in dem Bad bewirkt wird.

Ansprüche: 109813/0399

Claims (8)

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Ansprüche

Elektrische Schaltung zur Anwendung beim elektrisch induzierenden niederschlag eines filmbildenden organischen Beschichtungsmaterials auf einer elektrisch leitenden Unterlage mit einem wässrigen Elektrolyten, in dem das organische Beschichtungsmaterial dispergiert ist, einer in den Elektrolyten eingetauchten ersten Elektrode, einer in den Elektrolyten eingetauchten, im Abstand von der ersten Elektrode befindlichen zweiten Elektrode, einer Energiequelle, von welcher elektrische Energie auf die Schaltung übertragbar ist, einem ersten leitenden Bauelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Energiequelle sowie der ersten Elektrode, einem zweiten leitenden Bauelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Energiequelle sowie der zweiten Elektrode und abnehmbaren Verbindungselementen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode sowie dem ersten leitenden Bauelement, wobei das Verbindungselement ein Verbindungsleitelement, ein Klemmelement zum Festhalten des Verbindungsleitelementes in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode sowie den ersten leitenden Bauelementen umfasst, gekennzeichnet durch ein elastisches Abschirmelement (35), welches sich in Berührung mit dem Verbindungsleitelement (33) befindet, dieses im wesentlichen umgibt und zumindest einen Teil (33-1) des Verbindungsleitelementes (33) gegenüber einer Berührung mit dem BeSchichtungsmaterial abschirmen, wenn die erste Elektrode, das Verbindungselement und das erste leitende Element sich in elektrischer Verbindung befinden und

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die erste Elektrode sowie das Verbindungselement in den Elektrolyten eingetaucht sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische A"bschirmelement (35) eine im wesentlichen wasserdichte Abdichtung "bildet, welche den Berührungsbereich zwischen dem Verbindungsleitelement (33) und der ersten Elektrode umgibt, wenn sich das Klemmelement (19) in Schliesstellung befindet, wobei das Yerbindungsleitelement hierbei in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode und dem ersten leitenden Element gehalten wird.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-2 dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (19) des abnehmbaren Verbindungselementes zwischen das erste leitende Bauelement und die erste Elektrode eingesetzt ist und einen leitenden Teil des elektrischen Stromkreises bildet.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (19) des abnehmbaren Verbindungselementes das erste leitende Element, das Verbindungsleitelement (33) und die erste Elektrode in elektrischer Verbindung hält, jedoch nicht einen erforderlichen leitenden Bestandteil des elektrischen Stromkreises darstellt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsleitelement (Stempel 33-1) an dem elastischen Abschirmelomont (35) befestigt und innerhalb denselben zentral angeordnet Lab und dar;κ dais Abachirra-

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BAD ORIGINAL

element (35) eine kreisförmige Basis auf v/eist, welche von der Basis des Verbindungsleitelementes nach aussen verläuft, wobei die kreisförmige Basis eine kreisförmige Hut (35-1) zwischen deren Umfang und dem Verbindungsleitelement aufweist, welche die innere Grenze einer über den Umfang verlaufenden, flexiblen Lippe (35-2) "bildet.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsieitelement (33) abnehmbar mit dem Klemmelement (19) zu verbinden ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 - 5_f dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsleitelement (133-1) an dem Klemmelement (119) fest angebracht ist·

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, dass das.Verbindungsleitelement und das Klemmelement einstückig geformt sind.

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