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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Luftreifen, der einen mit Kieselsäure verstärkten Laufstreifengummi und
elektrostatische Erdungsmittel aufweist.
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In den letzten Jahren wurde, um den
Rollwiderstand von Luftreifen zu verringern, die Verwendung von Laufstreifengummi
vorgeschlagen, der als Verstärkungsmittel
Kieselsäure
anstatt Ruß enthält. Solch
ein mit Kieselsäure
verstärkter
Laufstreifengummi hat einen relativ hohen elektrischen Widerstand.
Deshalb ist es notwendig, einige elektrostatische Erdungsmittel
bereitzustellen.
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In der offengelegten Japanischen
Patentanmeldung JP-A-9-71112 wurde deshalb ein leitfähiger Gummi
vorgeschlagen, welcher einen elektrostatischen Kollektorteil, der
sich auf der radialen Innenseite des Laufstreifengummis erstreckt,
und einen elektrostatischen Erdeteil umfasst, der sich vom Kollektorteil
zur Bodenkontaktfläche
erstreckt. Der leitfähige
Gummi ist mit einer notwendigen Leitfähigkeit versehen, indem Ruß, metallisches
Pulver und dergleichen zu den Bestandteilen hinzugefügt ist.
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In solch einem leitfähigen Gummi
ist es notwendig, den Gehalt an Ruß und dergleichen zu erhöhen, um
die Leitfähigkeit
zu verbessen. Jedoch gibt es mit steigendem Gehalt eine Tendenz
zur Erhöhung
der Hystereverluste des Gummis und zur Hemmung der Verbesserung
des Rollwiderstandes durch den mit Kieselsäure verstärkten Laufstreifengummi. Hierdurch
ist es schwierig, zur gleichen Zeit der Rolicviderstand und den elektrischen
Widerstand des Reifens zu verbessern.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Luftreifen bereitzustellen, bei dem sowohl der
elektrische Widerstand als auch die dynamische Leistung sowie der
Rollwiderstand verbessert sind.
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Entsprechend stellt die vorliegende
Erfindung einen Luftreifen bereit, wie er in Anspruch 1 dargelegt ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in dem Unteranspruch dargelegt.
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Vorzugsweise liegt die Oberfläche der
Kieselsäure
im Bereich von 5 bis 20 % der Gesamtoberfläche von Kieselsäure und
Kohlenstoff. Der leitfähige
Gummi enthält
100 Gewichtsteile Dienkautschukbasis und 35 bis 60 Gewichtsteile
von mit Kieselsäure
behandeltem Ruß.
Der spezifische Volumen-Widerstand des leitfähigen Gummis liegt nicht höher als
1 × 108 Ohm cm.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun im Detail in Verbindung mit den beigefügten Zeichnung
beschrieben:
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Luftreifens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2A ist
eine schematische Ansicht eines Beispiels des mit Kieselsäure behandelten
Rußes;
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2B ist
eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Beispiels des
mit Kieselsäure
behandelten Rußes;
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3 zeigt
ein Beispiel des Laufstreifenprofils;
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Erdeteils; und
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels des Erdeteils.
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In den Zeichnungen umfasst der Luftreifen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Laufstreifenabschnitt 2, ein Paar Seitenwandabschnitte 3,
ein Paar Wulstabschnitte 4 mit jeweils einem Wulstkern 5 darin, eine
Karkasse 6, die sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt,
und einen Gürtel 7 zur
Laufstreifenverstärkung,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 im Laufstreifenabschnitt 2 angeordnet
ist.
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In dieser Ausführungsform ist der Luftreifen 1 ein
Radialreifen für
Personenkraftwagen.
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Die Karkasse 6 umfasst mindestens
eine Lage (in diesem Beispiel nur eine Lage) von Korden, die unter
einem Winkel von 75 bis 90 Grad in Bezug zum Reifenäquator C
angeordnet sind und sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstrecken,
und die in jedem Wulstabschnitt 4 umn den Wulstkern 5 herum
umgeschlagen sind, um ein Paar Umschlagabschnitte 6b und
dazwischen einen Hauptabschnitt 6a zu bilden. Für die Karkasskorde
können
organische Faserkorde, zum Beispiel Nylon, Polyester, Rayon, aromatische
Polyamide und dergleichen, und Stahlkorde verwendet werden. Desweiteren
ist zwischen dem Hauptabschnitt 6a der Karkasslage und
jedem der Umschlagabschnitte 6b ein aus Hartgummi hergestellter
Wulstkernreiter 8 angeordnet.
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Der Gürtel 7 zur Laufstreifenverstärkung umfasst
einen Breaker 9 und optional ein Band oder eine Bandage.
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Der Breaker 9 umfasst mindestens
zwei gekreuzte Lagen 9A und 9B von jeweils parallelen
Korden, die unter einem Winkel von 15 bis 40 Grad in Bezug zum Reifenäquator C
gelegt sind, und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des
Laufstreifenabschnitts 2. Für die Breakerkorde können Stahlkorde und
hochmodulige organische Faserkorde, wie Korde aus aromatischem Polyamid,
verwendet werden.
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Das Band (in dieser Ausführungsform
nicht verwendet) ist radial außerhalb
des Breakers 9 angeordnet, und soll verhindern, dass der
Breaker 9 während
des Hochgeschwindigkeitslaufs angehoben wird, und soll hierdurch
die Haltbarkeit bei Hochgeschwindigkeit verbessern. Zum Beispiel
kann das Band aus mindestens einem Nylonkord zusammengesetzt sein,
welcher spiralförmig
auf den Breaker 9, zumindest in den axieilen Kantenbereichen
unter einem Winkel von 0 bis 5 Grad in Bezug auf den Reifenäquator C,
gewickelt ist.
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Im Laufstreifenabschnitt 2 ist
eine Laufstreifen-Gummischicht 11, die aus mit Kieselsäure verstärkter Kautschukmischung g1 hergestellt
ist, als die radial äußerste Gummischicht
angeordnet, um einen Hauptteil der Bodenkontaktfläche 2S des
Laufstreifenabschnitts 2 zu bilden. In diesem Beispiel
ist die Dicke der Laufstreifen-Gummischicht 11 größer als
die Tiefe der Laufstreifenrillen G.
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Ferner ist der Laufstreifenabschnitt 2 radial
innerhalb der Laufstreifen-Gummischicht 11 mit
einer leitfähigen
Gummischicht 10 versehen, die aus leitfähiger Kautschukmischung g2 hergestellt
ist. Die leitfähige Gummischicht 10 umfasst
einen Kollektorteil 10A und. mindestens einen Erdeteil 10B.
Der Kollektorteil 10A weist eine im Wesentlichen konstante
Dicke auf und erstreckt sich über
die radial äußere Oberfläche des
Gürtels 7 während er
diesen direkt kontaktiert. Jeder Erdeteil 10B durchdringt
die Laufstreifen-Gummischicht 11, um sich vom Kollektorteil 10A zur
Bodenkontaktfläche 2S des
Laufstreifenabschnitts 2 zu erstrecken.
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Die mit Kieselsäure verstärkte Kautschukmischung g1 enthält 30 bis 100 Gewichtsteile
der Kieselsäure
in Bezug auf 100 Gewichtsteile Kautschukbasis.
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Für
die Kautschukbasis können
Dienkautschukmischungen, zum Beispiel Naturkautschuk (NR), Butadienkautschuk
(BR), Styrol-Butadienkautschuk
(E-SBR und S-SBR), Synthese-Polyisoprenkautschuk (IR), Nitrilkautschuk
(NBR), Chlorophenkautschuk (CR) und dergleichen allein oder in Kombination
verwendet werden.
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Von der Kieselsäure wird, mit Blick auf den
gummiverstärkenden
Effekt und die Verarbeitungsfähigkeit des
Kautschuks, vorzugsweise eine verwendet, die eine auf Stickstoff-Adsorption
basierende Oberfläche (BET)
von 100 bis 250 m2/g und eine Dibutyl-Phtalat-Öl-Absorption
(DBP) von nicht weniger als 150 ml/100 g und auch eine kolloide
Beschaffenheit aufweist.
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Gewöhnlih enthält die mit Kieselsäure verstärkte Kautschukmischung g1,
um die für
die Laufstreifen-Gummischicht 11 gewünschten Eigenschaften wie Elastizität, Härte, Abnutzungswiderstand
und dergleichen zu erzielen, 3 bis 20 Gewichtsteile
Ruß in
Bezug auf 100 Gewichtsteile der oben erwähnten Dienkautschukbasis,
und als Ergebnis weist die Laufstreifen-Gummischicht 11 einen
sehr hohen spezifischen Volumen-Widerstand
von mehr als 1 × 108 Ohm cm auf.
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Wenn der Gehalt an Ruf mehr als 20 Gewichtsteile
beträgt,
ist es schwierig, den Rollwiderstand und dergleichen zu verbessern,
und die Gummihärte
für die
Laufstreifen-Gummischicht 11 steigt unerwünscht an. Wenn
der Kieselsäuregehalt 100 Gewichtsteile übersteigt,
wird es schwierig, mehr als 3 Gewichtsteile Ruß hinzuzufügen, und
als Ergebnis ist der Widerstand gegen photooxidative Zersetzung
verringert.
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Andererseits weist die leitfähige Kautschukmischung g2 einen
spezifischen Volumen-Widerstand von nicht mehr als 1 × 108 Ohm cm auf.
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In der leitfähigen Kautschukmischung g2 wird
mit Kieselsäure
behandelter Ruß anstatt
Kieselsäure und
Ruß als
Verstärkungsmittel
verwendet. Es wird weder Kieselsäure
noch Ruß verwendet.
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Der mit Kieselsäure behandelte Ruß hat zumindest
auf der Oberfläche
des Partikels einen Teil, der Kieselsäure enthält.
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Vorzugsweise ist der mit Kieselsäure behandelte
Ruß so,
dass die Kieselsäure
21 5 bis 20% der gesamten Oberfläche
der Partikel einnimmt. Wenn die Kieselsäureoberfläche weniger als 5% beträgt, kann.
der Rollwiderstand nicht verbessert werden. Wenn die Kieselsäureoberfläche mehr
als 20% beträgt,
kann die erforderliche elektrische Leitfähigkeit nicht erzielt werden.
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Der Gehalt an mit Kieselsäure behandeltem
Ruß beträgt 35 bis
60 Gewichtsteile in Bezug auf 100 Gewichtsteile der Dienkautschukbasis.
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2A zeigt
schematisch ein Beispiel eines Partikels des mit Kieselsäure behandelten
Rußes,
in welchem Kohlenstoff 20 und Kieselsäure 21 dreidimensional
in einen Partikel hinein gemischt sind. Mit anderen Worten, es existieren
sowohl der Kohlenstoff 20 als auch die Kieselsäure 21 innerhalb
des Partikels. Diese Sorte Ruß ist
offengelegt in der internationalen Anmeldung PCT/US96/07310 (Veröffentlichungsnr.
WO 96/37547).
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2B zeigt
schematisch ein anderes Beispiel eines Partikels des mit Kieselsäure behandelten
Rußes,
in welchem die Oberfläche
eines Kohlenstoffpartikels mit Kieselsäure 21 bedeckt ist.
Diese Sorte Ruß ist offengelegt
im japanischen Patent Nr. 2788212.
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i In der vorliegenden Erfindung wird
im Besonderen das erstere: Beispiel bevorzugt, weil die aktiven Stellen
auf der Oberfläche
gleich oder mehr als der allgemeine Ruß sind, und weil hierdurch
viel gebundener Kautschuk zur Verfügung steht und hierdurch der
Verstärkungseffekt
hoch ist.
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Übrigens
können
in der mit Kieselsäure
verstärkten
Kautschukmischung g1 und der leitfähigen Kautschukmischung g2 andere
Zusätze
wie Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Hilfsvulkanisationsbeschleuniger,
Weichmacher, Alterungsschutzmittel, Silankopplungsmittel und dergleichen,
wenn notwendig, verwendet werden.
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Bei dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, erstreckt
sich der Kollektorteil 10A durchgehend über die Laufstreifenbreite,
während
er direkt mit der inneren Oberfläche
der Laufstreifen-Gummischicht 11 in Kontakt tritt. Die
axialen Kanten des Kollektorteils 10A und die Laufstreifen-Gummischicht 11 sind
in den im Wesentlichen gleichen axialen Positionen wie die axialen
Kanten des Breakers 7 angeordnet. An jeder Seite der Laufstreifen-Gummischicht 11 und
der leitfähigen
Gummischicht 10 ist ein Winggummi 15 angeordnet.
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In dem Laufstreifenprofil, das in 3 gezeigt ist, ist ein einzelner,
in Umfangsrichtung durchgehender Erdeteil 10B entlang des
Reifenäquators
-C vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von in
Umfangsrichtung durchgehenden Erdeteilen 10B vorzusehen.
Es ist auch möglich, in
Umfangsrichtung nicht durchgehende Erdeteile 10B in einer
einzelnen Umfangsreihe oder in einer Vielzahl von Umfangsreihen
vorzusehen.
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Bezüglich der nicht durchgehenden
Erdeteile 10B gibt es die folgenden zwei Fälle (a)
und (b) : (a) ein radial innerer Grundteil ist in Umfangsrichtung
durchgehend, aber ein radial äußerer Teil
ist durch seitliche Rillen unterbrochen und hierdurch in Umfangsrichtung
nicht dürchgehend;
(b) gänzlich
nicht durchgehend vom radial inneren Ende 16 zum radial äußeren Ende 12,
wie eine Säule.
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Die Umfangsanordnung nicht durchgehender
Erdeteile 10B ist so, dass mindestens einer der Erdeteile 10B immer
in der Aufstandsfläche
des Reifens während
des Laufs vorhanden ist.
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Vorzugsweise verjüngt sich jeder Erdeteil 108 zumindest
teilweise vom radial inneren Ende 16 radial nach außen, um
einen Teil 13 von schmaler Breite zu bilden, der eine minimale
axiale Breite Wb aufweist. Vorzugsweise ist die minimale Breite
Wb im Bereich von 60 bis 80% der Breite Wa am radial inneren Ende 16 festgelegt.
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Andererseits ist die Breite Wb an
der Bodenkontaktfläche 2S im
Bereich von 0,5 bis 20 mm, vorzugsweise 5 bis 20 mm, festgelegt.
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In 4 verjüngt sich
der Erdeteil 10B vom radial inneren Ende 16 zur
Bodenkontaktfläche 2S.
Hierdurch ist die axiale Breite an der Bodenkontaktfläche 2S am
geringsten.
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5 zeigt
ein anderes Beispiel des Erdeteils 10B, bei welchem der
schmale Teil 13 in der Mitte der radialen Ausdehnung des
Erdeteils 10B ausgebildet ist. Von diesem schmalen Teil 13 zum
radial äußeren Ende 12 steigt
die Breite an, und am radial äußeren Ende 12 wird
die Breite im Wesentlichen gleich wie die Breite am radial inneren
Ende 16.
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In jedem Fall ist es bevorzugt, dass
die Oberflächen
des Erdeteils 10B und des Kollektorteils 10A am inneren
Ende 16 durch eine sanfte Krümmung verbunden sind, um Beanspruchungskonzentrationen
zu verhindern. Durch Vorsehen des schmalen Teils 13 kann
verhindert werden, dass der Erdeteil 10B am radial inneren
Ende 16 reißt.
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Im Fall der oben erwähnten nicht
durchgehenden Erdeteile 10B können verschiedene Formen, zum Beispiel
Kreis, Rechteck und dergleichen, als eine Form in einer Ebene parallel
zur Bodenkontaktfläche 2S verwendet
werden.
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Gewöhnlich werden der Kollektorteil 10A und
der Erdeteil 10B aus der gleichen leitfähigen Kautschukmischung g2 hergestellt.
Aber es ist auch möglich,
sie aus unterschiedlichen leitfähigen
Kautschukmischungen herzustellen.
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Was die elektrische Verbindung zwischen
der leitfähigen
Gummischicht 10 und der Oberfläche der Wulstabschnitte 4,
die mit der Radfelge in Kontakt stehen, betrifft, wird diese gebildet,
indem leitfähige
Kautschukmischungen bei der Herstellung der Wulstabschnitte 4 und
der Seitenwandabschnitte 3 und bei der Gummierung der verstärkenden
Kordlagen, wie Karkasslage, Gürtellage
und dergleichen, verwendet werden. Die leitfähigen Kautschukmischungen können hier
die gewöhnlichen
Kautschukmischungen sein, die einen verhältnismäßig hohen Rußgehalt
aufweisen. Deren spezifischer Volumen-Widerstand ist im Bereich
von weniger als 1 × 108 Ohm cm festgelegt. Es ist auch möglich, eine
elektrische Verbindung zu bilden, indem Stahlkorde in der Karkasse 6 und
dem Gürtel 7 verwendet
werden.
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Vergleichstests
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Es wurden Versuchsreifen (Größe 175/70R13)
mit der in 1 gezeigten
Struktur hergestellt und auf Rollwiderstand, Nässeleistung und elektrischen
Widerstand untersucht.
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Rollwiderstandstest
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Der Rollwiderstand jedes Reifens
wurde mit einer von KOBE KIKAI KK hergestellten Rollwiderstands-Testvorrichtung
gemessen und ist in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf
basiert, dass der Referenzreifen 2 bei 100 liegt.
Je größer der
Index, desto besser der Rolwiderstand.
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Test der Nässeleistung
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Ein auf den Vorderrädern mit
Testreifen ausgestatteter Personenkraftwagen wurde auf einer nassen Asphaltstraße mit einer
Wassertiefe von S mm entlang eines Kreises mit 50 Metern Radius
gefahren, und die maximale Seitenbeschleunigung wurde als Nässeleistung
gemessen, indem die Laufgeschwindigkeit gesteigert wurde. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 1 durch einen Index angegeben, der darauf basiert,
dass der Referenzreifen 2 bei 100 liegt. Je größer der Index, desto besser
die Nässeleistung.
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Test des elektrischen
Widerstands
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Gemäß der Deutschen WDK Blatt 3,
wurde der elektrische Widerstand zwischen einer Radfelge und einer
Stahlplatte, auf die der Reifen gestellt wurde, unter den folgenden
Bedingungen gemessen. angelegte Spannung 500 V, Umgebungstemperatur
25 Grad C, Feuchtigkeit 50%, Reifendruck 200 kPa und vertikale Reifenlast
450 kgf. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unter Verwendung eines
Logarithmus dargestellt.
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Der Gummi der Wulstabschnitte und
Seitenwandabschnitte wies einen spezifischen Volumen-Widerstand
von etwa 1 × 108 Ohm cm auf.
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