DE3043554A1

DE3043554A1 - Durchgehende poroese traghuelle fuer gitterplatten von bleiakkumulatoren und damit hergestellte positive gitterplatte

Info

Publication number: DE3043554A1
Application number: DE19803043554
Authority: DE
Inventors: Giovanni Milano Terzaghi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1981-05-27
Also published as: SE8008094L; GB2064854B; GB2064854A; FR2470448A1; CH645210A5; IT1193860B; ES8204562A1; IT7927433A0; ES496930A0; FR2470448B1; BE886186A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

6000 Frankfurt / Main Staufenstraße 36

Anm.: Herr Giovanni Terzaghi
Largo Murani 2
ililano (Italien)

Bezeichnung: Durchgehende, poröse Traghülle für Gitterplatten von Bleiakkumulatoren und damit hergestellte positive Gitterplatte.

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- if.

Beschreibung

•Heutzutage existieren hauptsächlich drei große Anwendungsgebiete für Bleiakkumulatoren:

- die Verwendung in Kraftfahrzeugen als Starter- oder Anlaßbatterie und zur Speisung der gesamten elektrischen Anlage (Beleuchtung, Zündung),

- die Verwendung in Elektrofahrzeugen,

- die Verwendung als Standbatterien in stationären Anlagen zur Erzeugung von glattem Gleichstrom und/oder als Puffer- und Notstrombatterien in Stromnetzen sowie in Kraftwerken zur Speisung der Betätigungskreise.

Diesen drei Hauptanwendungsgebieten entsprechen drei Arten von Akkumulatoren mit unterschiedlichen Technologien und elektrischen Eigenschaften, die demgemäß gemeinhin als Starterbatterien, Batterien für Fahrzeugantriebe und Standbatterien bezeichnet werden. Die beiden letzteren Arten von Akkumulatoren werden häufig auch "industrielle Akkumulatoren" genannt.

Alle drei Arten von Akkumulatoren benutzen dieselben elektrochemischen Vorgänge und weisen demzufolge dieselben Grundbestandteile auf. Die unterschiedlichen elektrischen Anforderungen haben jedoch zu bemerkenswert unterschiedlichen Elektrodengestaltungen geführt.

Die Grundmerkmale, die sich in einem aufladbaren oder sekundären Bleiakkumulator finden, sind folgende:

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1) eine Grundstruktur der beiden Elektroden, die aus einem Gitter aus einer Bleilegierung besteht,

2) eine aktive Masse von unterschiedlicher Zusammensetzung und elektromotorischer Kraft an den beiden Elektroden (hauptsächlich aus Bleidioxyd und Bleischwamm), die insoweit wie möglich reversibler Weise mit dem Elektrolyten reagiert und beim Laden bzw. Entladen elektrische Gleichstromenergie aufnimmt oder abgibt,

3) ein poröses Dielektrikum, das aus einem oder mehreren Separtatoren besteht, die ein gegenseitiges Berühren der Elektroden verhindern, jedoch einen leichten Ionenaustausch und einen leichten Abfluß des Elektrolyten gestatten, der sich während der Reaktionen ändert,

4) einen Elektrolyten, d.h. eine Lösung aus verdünnter Schwefelsäure, die gleichzeitig als Leiter und Reagens wirkt, Behälter und Deckel, die als Aufnahmeorgane wirken.

Der Lade- und Entladevorgang muß über eine große Anzahl von Arbeitsspielen wiederholbar sein.

Die strukturellen Elemente sind die Gitter aus Bleilegierung, die als Tragrahmen und elektrische Leiter dienen und den elektrischen Kontakt mit der aktiven Masse sicherstellen.

Die beiden unterschiedlichen positiven und negativen aktiven Massen werden auf elektrochemischem Wege erhalten, nachdem die Gitter hauptsächlich mit einer Masse aus Bleioxyd, Schwefelsäure und Wasser gepastet worden sind. Nach der Formierung (Konditionierung) werden die getrockneten und zu Kristallen vernetzten Massen sukzessive auf elektrochemischem Wege in die entsprechenden aktiven Massen, d.h. Bleidioxyd und Schwammblei umgesetzt.

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-sr

Es ist bekannt, daß die Lebensdauer der elektrischen Bleiakkumulatoren von der Ablösung der aktiven Masse von der positiven und der negativen Platte und der Korrosion des leitenden Trägers aus Bleilegierung, insbesondere der positiven Platte abhängen. Beide vorgenannten Wirkungen werden von den mechanischen Beanspruchungen hervorgerufen, die die Folge von Volumenänderungen der aktiven Masse während der Lade- und Entladevorgänge und der Elemente und auch der Vibrationen sind, denen die Akkumulatoren oft ausgesetzt sind.

Um die schnelle Zerstörung der Akkumulatoren zu verhindern, ist immer wieder versucht worden, die erwähnten Nachteile unter Verwendung von besonderen Tragstrukturen zu vermeiden, beispielsweise durch aus mehreren Schläuchen bestehende Ummantelungen der positiven Platten insbesondere im Fall von Industriebatterien (US-PS 4 o48 399 und GB-PS 18 749).

Auf dem Gebiet der flachen gepasteten Platten hingegen ist versucht worden, die vollständige und kompakte aktive Masse am Gitter mit Hilfe einer entsprechenden Druckkraft und der Einfügung von Materialien, die die aktive Masse abstützen wie Glasfasermassen oder Separatoren und/oder Abstandhaltern aus druckfesten synthetischen Materialien zwischen die Platten verschiedener Vorzeichen zu halten.

Es ist auch bekannt, daß die Kapazität einer Platte nicht nur von der Menge an aktivem Material, sondern der Zugänglichkeit dieser aktiven Masse für die Säure in der notwendigen Menge und mit der geforderten Entladegeschwindigkeit abhängt. Daher ergibt jedes Ereignis, das die Säurediffusion zu vermindern oder zu verlangsamen vermag, einen höheren Spannungsabfall und eine Kapazitätsverminderung und stellt eine Erscheinung dar, die den guten Wirkungsgrad des Akkumulators beeinträchtig.

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Diese Spannungsabfälle sind besonders schwerwiegend bei Starterbatterien, die für kurze Zeitspannen eine Entladeintensität haben müssen, die ein Mehrfaches der gewöhnlichen Kapazität betrag Die Spannungsabfälle sind jedoch auch bei Akkumulatoren für Fahrzeugantriebe schädlich, weil auch in diesem Fall Entladungen mit hoher Intensität und ebenfalls langer Dauer auftreten, die bis zu 5 Stunden andauern können.

Gegenwärtig ist es aus der Patentliteratur und der technischen Literatur bekannt, für die Abstützung der aktiven Masse der ebenen Platten die verschiedensten Materialien zu verwenden. Insbesondere werden bei den positiven Platten Materialien benutzt, die aus Glaswolle oder synthetischem Material bestehen und die einfach an den Oberflächen der positiven Platten angebracht werden können, oder die im Fall synthetischer Materialien oder Glaswolle die positiven Platten in einer oder mehreren Schichten unter vollständiger Umhüllung derselben umgeben. Daraufhin wird ein Paket von Platten gebildet, die aneinander gehalten werden, um eine gegenseitige Abstützung zu erzielen.

Es ist, wie auch immer, klar, daß die Probleme, die zur Realisierung einer guten ebenen gepasteten Platte gelöst werden müssen, die folgenden sind:

- die Abstützung der aktiven Masse und dadurch die Gewährleistung der Kohäsion zwischen den Kristallen oder Körnern und der Anhaftung der aktiven Masse an dem Trägergitter,

- die langzeitige Bewahrung der Kohäsion und der Anhaftung bei gleichzeitiger Sicherstellung einer konstanten hohen Porosität, um den schnellen und vollständigen Durchfluß des Elektrolyten zu gestatten,

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- die Gewährleistung einer guten Elastizität unter der erforderlichen Berücksichtigung, daß die aktive Masse durch die Umwandlung von PbO₂ in PbSO₄ Volumenänderungen unterworfen ist,

- eine zeitliche gleichbleibende gute mechanische Festigkeit,

- ein hohes Widerstandsvermögen gegen elektrochemische Oxydation,

- eine minimale Verunreinigung des Elektrolyten durch die Abbauprodukte von polymeren Molekülen unter besonderer Berücksichtigung von Chlor und Perchlorionen.

Alle diese besonderen Eigenschaften lassen sich über die gesamte Lebensdauer der Batterie durch Verwendung der nachstehend erläuterten Erfindung sicherstellen und gewährleisten. Insbesondere können die genannten Ziele durch Verwendung einer gewebten Hülle aus synthetischem Material erreicht werden, die auf drei Seiten geschlossen ist.

Aus der Patentliteratur ist es bereits bekannt, einige besondere Hüllen zu verwenden, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, welche die Aufgabe haben, das aktive Material der Platten abzustützen. Einige Verfahren basieren jedoch auf Hüllen, die nach der Methode des Strumpfwirkens hergestellt sind, so daß, wenn die Hülle von innen her gespannt wird, sie sich zu verbreitern und in vertikaler Richtung unter Freigabe des unteren Teils des aktiven Materials zu verkürzen sucht. Dieses relative Gleiten ist mit der erwähnten Strumpfherstellung unvermeidbar verbunden, bei welcher die Fäden untereinander nicht senkrecht verlaufen, sondern schon bei der Herstellung verschiedene Winkel bilden.

Dieses Verfahren zeigt deutlich seine innewohnenden Grenzen,

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gerade weil die Umhüllung aufgrund der Änderungen der aktiven Masse und des auf diese von der Umhüllung ausgeübten Druckes dazu neigt fortgesetzt nachzugeben, indem es sich in Querrichtung weitet und gleichzeitig in senkrechter Richtung verkürzt. Die Umhüllung verliert deshalb vollständig ihre Druckwirkung und gibt auf gefährliche Weise den unteren Teil der Platte mit den unvermeidbaren Gefahren eines Kurzschlusses frei.

Andere Verfahren zur Herstellung der Umhüllung verwenden entweder mikroporöse oder auch nicht gewebte Materialien. Alle diese Verfahren sehen jedoch vor, daß die Umhüllung durch Schweißen oder Heften oder nach anderen Verfahren hergestellt wird, die von zwei Stücken aus Gewebe oder mikroporösen Membranen mit den Abmessungen etwa der Platte ausgehen und auf zwei oder drei Seiten dergestalt vereinigt werden, daß sie eine Hülle bilden, in welche die betreffende Platte eingeschoben werden kann.

Alle diese Seitenschließverfahren weisen einen schwerden Nachteil auf. Wird das Verfahren durch thermische Schweißung oder Mikrowellenfusion durchgeführt, zeigen alle dieser Behandlung unterworfenen porösen Kunststoffmaterialien oder die synthetischen Fasern örtlich eine durch thermische Veränderungen bewirkte Schwächung ihrer Struktur mit der Folge einer örtlichen Versprödung auf. Demzufolge ist die Widerstandsfähigkeit all dieser Heftungen oder Thermoschweißungen niemals hoch, und das Verfahren ist häufig teuer.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine gewebte Hülle für ebene Bleiakkumulatorplatten zu schaffen, die dennoch mit den klassischen Methoden des Webens herstellbar ist und schon auf dem Webstuhl auf drei von ihren vier Seiten geschlossen ist.

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Ein Verfahren zur Durchführung der Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutert, ohne daß damit eine Beschränkung der Erfindung verbunden wäre.

Man geht von einem üblichen Webstuhl aus, auf welchem ein doppeltes Schlauchgewebe hergestellt wird, wie dies beispielsweise in der US-PS 4 o48 399 und der GB-PS 18 479 beschrieben ist. In regelmäßigen Abständen geeigneter Weite, die von den Platten abhängen, für die sie bestimmt sind, werden Taschen von standardisierter Breite, beispielsweise 195 mm und einer Länge, wie sie der Webstuhl gestattet, beispielsweise 2ooo mm hergestellt. Diese Taschen werden im Sinne des Schußfadens des Webstuhls gewebt und verwenden eine oder mehrere Schußfadenanschläge als Querbindungen, welche die Tasche selbst abgrenzen.

Eine anderes Verfahren sieht vor, daß das Doppelgewebe in regelmäßigen Abständen unter Bildung einer Tasche vereinigt wird, indem einfach die Lage des oberen und des unteren Gewebes bzw. umgekehrt umgewendet wird, wodurch die Tasche von der Umkehr der Kettfaden begrenzt wird.

Nach einer vorbestimmten Länge werden alle Kettfäden, die den oberen Teil bilden, zur Bildung des unteren Teils der benachbarten Tasche herangezogen. Man erhält dennoch eine Begrenzung der Tasche, die unmittelbar von der Umwendung des Gewebes bestimmt ist. Gleichzeitig wird eine Bindung -in Richtung der Kette und daher lotrecht zu den vorbeschriebenen Taschen hergestellt. In der Tat ist es unter Verwendung zweckmäßiger Schäfte möglich, eine fortlaufende Bindung im Sinne der Fortbewegung des Stücks auf dem Webstuhl zu realisieren.

Diese Legung oder diese Legungen werden in zweckmäßigen Intervallen auf eine Weise durchgeführt, daß das Endergebnis das Grunderzeugnis der vorliegenden Erfindung und damit ein Doppelgewebe ist, das in regelmäßigen Abständen dergestalt

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gebunden ist, daß es aus ebenso vielen Vierecken besteht, die an drei Seiten geschlossen sind. Diese Vierecke verlaufen parallel zueinander und sind einander benachbart und werden daraufhin in aus einer Vielzahl von Taschen bestehende Streifen von einer Breite von beispielsweise 195 mm und einer Länge gleich dem doppelten der Höhe der erfindungsgemäßen Umhüllung zertrennt.

Nun wird im einzelnen das Herstellungsverfahren beschrieben.

Es sei angenommen, daß von einem Webstuhl mit einer Nutzhöhe von 2ooo mm ausgegangen wird. Auf diesem Webstuhl werden gleichzeitig, jedoch voneinander unabhängig zwei Gewebe hergestellt rein oberes und ein unteres Gewebe. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Schußanschlägen werden das obere und das untere Gewebe in solcher Weise umgekehrt, daß eine erste Schließung oder eine erste Bindung zwischen den beiden oberen bzw. unteren Geweben erhalten wird.

Der Webstuhl erzeugt hieraufhin weitere 195 mm, woraufhin das obere und das untere Gewebe nochmals umgekehrt werden, wobei diese nach wie vor gekreuzt werden und eine Tasche in Schußrichtung gebildet wird,,die von zwei Bindungen begrenzt und geschlossen ist, welche deshalb in einem Abstand von 195 mm parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise hat der Webstuhl eine schlauchförmige Tasche mit einer Länge von 2ooomm und einer Breite von 195 mm hergestellt.

Mit einem entsprechenden Kunstgriff läßt man nun den Webstuhl auf eine Weise fortfahren, daß er neben der vorstehend beschriebenen schlauchförmigen ebenen Tasche auch eine durchgehende, jedoch in Kettrichtung und daher senkrecht zur Tasche angeordnete Bindung beider Gewebe ausführt. Es sei angenommen, daß die letzteren Bindungen in Intervallen von beispielsweise

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33o mm Zwischenabstand ausgeführt werden.

Der Webstuhl setzt nun die Erzeugung dieses Schlauchs fort, der dem oben erwähnten benachbart und zu diesem analog ist. In der Zwischenzeit jedoch wird das Gewebe mit Hilfe von einigen zusätzlichen Schäften auch an sieben im Abstand von 33o mm in Kettrichtung voneinander entfernten Stellen gebunden, so daß ebensoviele durchgehende Bindungen der beiden Gewebe erzielt werden. Diese Bindungen besitzen jeweils eine zwischen 2 mm und 6 mm beliebig unterschiedliche Breite. Diese Bindungen werden anschließend in zwei Hälften geschnitten, so daß sechs je eine Länge von 33o mm aufweisende Streifen erhalten werden, die allseitig geschlossen und dadurch gekennzeichnet sind, daß sie "Sus benachbarten und untereinander parallelen schlauchförmigen Vierecken mit einer Breite von 195 mm bestehen.

In einem zweiten Arbeitsgang oder gleichzeitig mit dem ersten können diese Streifen von 33o mm in zwei Streifen von je 165 mm geschnitten werden. Man erhält somit eine Reihe von zueinander parallelen benachbarten schlauchförmigen ebenen Taschen von einer Br_eite von 195 mm und einer Höhe von 165 mm. Diese Taschen zeichnen sich dadurch aus, daß sie ununterbrochen auf drei Seiten mit Hilfe des Bindungsverfahrens des Webstuhls geschlossen und nur auf der vierten Seite, d.h. der Einführseite für die Platten geöffnet sind.

Schließlich kann das Material imprägniert oder zweckmäßig behandelt werden, und dann werden in die schlauchförmigen ebenen Taschen die positiven Platten eingesetzt. Das so erhaltene Band wird dann zweckmäßig in einem Wärmeofen behandelt, um zu erreichen, daß die so erzeugten Hüllen auf den Platten aufschrumpfen, wodurch die erfindungsgemäße Traghülle fertiggestellt wird. Nach der Behandlung werden die Platten auf der Mitte der Bindung mit beispielsweise einem thermischen Schnitt getrennt. Damit das Verfahren industriell verwertet

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werden kann, ist es notwendig, daß die Querabmessungen größer als diejenigen der einzufügenden Platte sind, während in Richtung der Hülle, d.h. lotrecht zur Einführseite die Tasche nicht schrumpfbar sein muß.

Bei der Hülle nach dem Ausführungsbeispiel muß als Schußfaden ein stabilisiertes, nicht schrumpfendes Garn und als Kettfaden ein Monofilament hoher Festigkeit verwendet werden, das eine solche Schrumpffähigkeit aufweist, daß ein leichtes Einsetzen der Platten und nach der Wärmebehandlung eine Schrumpfung bis zu einem guten Blockieren der Platte erreicht wird.

Dieses sind die wesentlichen mechanischen Eigenschaften.

Die Besonderheiten der Verwendung ermöglichen dann dem Benutzer die Auswahl der Art und der Anzahl der Kett- und Schußfäden, um jene Porosität zu erhalten, die den Durchfluß der Säure gestattet und eine Filtration ermöglicht, die mit der Korngröße der aktiven Masse oder mindestens des Teils davon, der zum Ablösen und Absetzen neigt, verträglich ist.

Insbesondere, wenn sehr poröse und gleichzeitig hochfiltrierende aktive Massen erwünscht sind, können in die Taschen positive Platten mit Matten aus Polyester oder Glaswolle oder anderen Separatoren dergestalt eingesetzt werden, daß die schrumpffähige Tasche gegen die jeweilige Platte fest anliegt und deren Wirkungsgrad und Lebensdauer erhöht.

Nachstehend wird anhand zweier Ausführungsbeispiele die Anwendung der Erfindung auf die positiven Platten von Bleiakkumulatoren veranschaulicht.

In Fig. 1 ist eine positive Platte dargestellt, bei welcher ein Mittelleiter 1 den Strom sammelt, den die seitlichen diagonalen Leiter 3 aufnehmen oder an die aktive Materie heranführen.

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Diese vermindern aufgrund ihrer Anordnung den Ohm¹sehen Spannungsabfall in der leitfähigen Abstützung, während dank der durchgehenden äußeren Abstützung nach der Erfindung die Seitenkanten 6 ebenso wie die horizontalen dünnen Leiter 5 praktisch nur die Funktion der Abstützung der seitlichen Leiter während der Herstellung haben, weil im Betrieb der seitliche Schub von der durchgehenden äußeren Abstützung aufgenommen wird. Die Platten werden durch die üblichen horizontalen Endstäbe 2 und 7 und die Fahne 8 vervollständigt, die vorzugsweise im Abstand von einem Drittel vom Plattenrand gelegen ist.

In der Fig. 2 ist demgegenüber eine Platte dargestellt, bei welcher der Leiter im wesentlichen aus vertikalen Rippen 2' in Analogie zu den rohrförmigen Platten besteht, während ein Rähmchen aus Plastik an den Seiten 6 und dem Boden 7 die Gestalt während der Herstellung sicherstellt, während im Betrieb die gesamte Abstützung sowohl an den Hauptseiten als auch in Querrichtung von der durchgehenden porösen äußeren Hülle vorgenommen wird. Die obere Anschlußleiste 1' und die Fahne 8 sind wie im ersten Ausführungsbeispiel angeordnet.

Beide Ausführungen sind hier nur zum Zwecke der Verdeutlichung angegeben, während andere Ausführungen in der Anordnung der Leiter und dem Herstellungsgang nicht außerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegen und daher unter den Patentschutz fallen.

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Claims

Patentansprüche

J Durchgehende, poröse Traghülle aus säurebeständigem / wärmeschrumpfbaren Material für Gitterplatten von Bleiakkumulatoren, dadurch gekennzeich net, daß die Traqhülle im Webverfahren hergestellt und durch dieses selbst auf drei Seiten geschlossen ist und daß die beiden Arten der miteinander verwebten Fäden senkrecht zueinander verlaufen, wobei die eine Fadenart parallel zu der offenen Hüllenseite gerichtet ist.
2. Traghülle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem polymerisierbaren oder kondensierbaren Material imprägniert ist.
3. Traghülle nach Anspruch 1 oder 2,dadurch g e -

κ e π Ti 7. e ι c h r. e t , öa,^c- axt 5.^r oli-enen parallel verlaufenden Fäden thermisch schrumpfbar sind und aus Monofilamenten hoher Festigkeit bestehen, während die senkrecht zur offenen Hüllenseite verlaufenden Fäden temperaturbeständig sind und aus Garnen verschiedener Beschaffenheit bestehen.
4. Traghülle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schrumpfung der zur offenen Hüllenseite parallelen Fäden durch thermische Behandlung erhalten ist.
5. Gepastete positive Gitterplatte für einen Bleiakkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer durchgehenden porösen Stützhülle nach einem der Ansprüche 1 bis 4 versehen ist.

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6. Gitterplatte nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die offene Seite der Stützhülle nach unten weist.
7. Gitterplatte nach Anspruch 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet , daß sie einen dicken Mittelleiter (1) aufweist, in welchen die Seitenleiter (3) schräng einmünden, wobei die Seitenränder (6) des Gitters vergleichsweise sehr dünn ausgebildet sind.
8. Gitterplatte nach Anspruch 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet , daß die leitenden Teile (2) im wesentlichen senkrecht verlaufen, wobei die Seitenränder (6) und der Bodenrand (7) aus Kunststoff bestehen.
9. Gitterplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlen eines aus Metall oder Kunststoff bestehenden Stützrahmens an den Seiten und am Boden der Gitterplatte durch die Abstützung mittels einer Traghülle nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ersetzt ist, die an den Seiten und am Boden durch eine nichtleitende Schicht isoliert ist.

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