WO2007042018A1 - Formteil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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plastic
metallically
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Matthias Dichtl
Anton Jöhl
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    • H01R4/64—Connections between or with conductive parts having primarily a non-electric function, e.g. frame, casing, rail

Definitions

  • the present invention relates to a molded part of at least one plastic or plastic composite materials, in particular a structural or body part of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1 and a method for its production.
  • Plastic composite materials used. Compared to metallic materials, these new materials are characterized by a clearly lower overall weight with mechanically equivalent properties and high corrosion resistance. As such moldings now non-metallic structural and / or body parts, such as roof modules, rear modules, bumpers, but also trim parts, etc. are used.
  • Electromagnetic immissions are tentatively limited to Kunststoff roof modules of a motor vehicle for retrofitting GSM outdoor antennas characterized in that specially manufactured metal sheets are positioned and fixed to the passenger compartment inside of such a roof module.
  • plastic moldings regularly have spherical profiles, so that the corresponding shielding plates also have to be shaped accordingly.
  • the associated tooling costs make the measure described above in addition to additional measures for corrosion protection and to seal against water penetration very expensive.
  • a molded part has at least one metallically conductive layer which is applied to at least one surface of the molding as large as possible.
  • a respective production and shaping process of a molded part ber remains essentially unaffected by this measure.
  • the overall structure has by eliminating a separate Schirmungsblechs with associated fixings and seals significant simplifications in its production.
  • a molded part according to the invention is also mechanically stronger, since any tearing connections between the plastic body and a separate element may be omitted.
  • a coating of an electromagnetic shielding color takes the place of glued or self-adhesive conductive foils, for example of aluminum. According to preferred embodiments of a method according to the invention, this shielding paint is applied to the molding in a thick-film printing process and / or after a paint spraying process after completion of a molding process.
  • a ground connection is provided on the molded part as a piece of sheet metal with associated connection means for earthing conductor or grounding cable, which is fixed on the molded part and painted in a subsequent step with the shielding or painted over, so that in an operation equal to an electrically conductive connection with the coating is produced.
  • Figure 1 an inventive molding in retrofitting an outdoor antenna
  • Figure 2 a known arrangement of a molded part with subsequently arranged antenna device.
  • FIG. 2 shows an arrangement of a molded part 1 according to the prior art.
  • the molded part 1 is designed as a plastic roof module of a motor vehicle, not shown.
  • a shield plate 2 is arranged under adaptation to the contour of the plastic roof module 1.
  • the shielding plate 2 is fixed to the plastic roof module 1 via a plurality of bonds 3 in such a way that recesses 4 are aligned with one another for retrofitting an antenna base 5 of a radio and / or mobile radio antenna 6.
  • separate seals 7, 8 are provided in each case in the region of the plastic roof module 1 and the shielding plate 2, in order to permanently prevent the ingress and / or accumulation of water.
  • the metallic shield 2 in addition to provide a specialist in the art corrosion protection.
  • the ground surface formed by the shielding plate 2 is connected via a terminal 9 to the vehicle ground.
  • this connection is made by a flexible grounding cable, which is not shown in the drawing.
  • a molded part 1 in the form of a roof module made of plastic described above with reference to the figure of Figure 2 is required because otherwise an antenna 6 could be attached to the plastic roof module 1 via an antenna base 5, but it would stand for radio reception within the motor vehicle only an insufficient output signal level available.
  • the shield 2 the necessary for the operation of the antenna 6 and approximately ideally electrically conductive metallic level is provided as a separate component. As a result, the reception level of a broadcast signal is substantially increased. Further, by the shielding plate 2 without noticeable spatial impairment of the vehicle interior, a Faraday cage around the passenger compartment around again closed so far that an EMC load in the passenger compartment can be lowered according to European directives.
  • the shielding plate 2 has curvatures and an overall spherical surface contour, for which a special deep-drawing tool has to be produced.
  • the shielding plate 2 itself is to be protected against corrosion and provided with its own and permanently corrosion-resistant electrical contact.
  • a prepared so far shielding 2 is to be positioned very accurately on the plastic roof module 1 to ensure the alignment of the recesses 4.
  • several seals 7, 8 must be provided for sealing the shielding plate 2 with respect to the plastic roof module 1 against ingress of water or the accumulation of condensation.
  • Art- Fabric roof module 1 is provided as a molded part in the present embodiment on the inner side facing the cabin 11 surface instead of a separate component with a metallically conductive layer 2a, which can be used as Abledan 12 in a thick-film printing process, or after a Lackier- or spray painting process is applied.
  • the shielding 2 is replaced by the full-surface painting of the surface 11 of the plastic roof module 1 on the passenger inside with shielding paint 12.
  • the ground connection 9 is already fixed as a piece of sheet metal with associated connecting means for known earthing conductors or grounding cables by sticking to the plastic roof module 1.
  • the ground terminal 9 is simply painted over during painting with shielding paint 12, so that now between the metallically conductive layer 2a of shielding 12 and the ground terminal 9 a permanently conductive connection is made.
  • Shielding inks 12 and conductive inks are basically made
  • metallic conductive layers 2a having a sufficiently high lifetime as electromagnetically sufficiently dense and abrasion-resistant layers are also produced when applying the shielding paint 12 from a spray can or a spray robot.
  • the usual coverage of spray paths of about 50% in an order from a distance of 20 to 30 cm apply, as they are known in the art.
  • the following molded parts can also be coated according to the invention to reduce a radiation load for the vehicle occupants : Vehicle headlining, instrument panel, center console and veneer and / or
  • Cladding elements made of plastic. When flat use of shielding the Faraday cage of the passenger compartment, which is disturbed in the present example case by the use of a plastic roof module 1, restored. Further elements can be used to reduce the radiation exposure in the
  • Vehicle interior optionally be added.
  • this eliminates the disadvantages of high tool and manufacturing costs mentioned in the prior art to very substantial parts.

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  • Remote Sensing (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff -Verbundwerkstoffen, insbesondere ein Struktur- oder Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Um ein Formteil mit einem besonderen Aufbau zur Verbesserung der mechanischen sowie elektromagnetischen Eigenschaften sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Formteil (1) mindestens eine metallisch leitende Schicht (2a) aufweist, die auf mindestens einer möglichst großflächigen Oberfläche (11) des Formteils (1) aufgetragen ist.

Description

Formteil und Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen, insbesondere ein Struktur- oder Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Gerade aus dem Bereich der Luftfahrt- und Automobiltechnik ist die anhaltende Tendenz bekannt, dass Kraftstoffeinsparungen durch Gewichtsersparnis eines Fahrzeuges durch Verwendung besonderer Struktur- oder Formteile erzielt wird. Hierbei werden fortschreitend Teile aus mindestens einem Kunststoff oder
Kunststoff-Verbundwerkstoffen eingesetzt. Gegenüber metallischen Werkstoffen zeichnen sich diese neuen Werkstoffe durch eindeutig geringeres Gesamtgewicht bei mechanisch gleichwertigen Eigenschaften und hoher Korrosionsbeständigkeit aus. Als derartige Formteile werden nun auch nichtmetallische Struktur- und/oder Karosserieteile, wie beispielsweise Dachmodule, Heckmodule, Stoßfänger, aber auch Verkleidungsteile, etc. eingesetzt .
Diese Entwicklung hat bei der aktuell sehr modernen Anforderung einer jederzeitigen Erreichbarkeit und Zugreifbarkeit auf unterschiedlichste elektronische Nachrichten, Medien und Datennetze jedoch erhebliche Nachteile: Für eine auch nachträglich jederzeit zu ermöglichende Anordnung von entsprechenden Antennen an einem derartigen Kraftfahrzeug fehlt regelmäßig die zur Ausbildung eines vollwertigen elektromagnetischen Dipols erforderliche gut leitende Ebene. Ferner können außerhalb wie innerhalb einer Fahrgastkabine Störungen auftreten, die sich durch statische elektrische Felder als elektrostatische Aufladung, oder durch elektromagnetische Wechselfelder in Form überhöhter elektromagnetischer Belastung bemerkbar machen. Als Störungen können dadurch neben beeinträchtigtem Radio- und/oder Mobilfunkempfang auch in den regelmäßig vernetzten Elementen eines Fahrzeugs somit auch gefährliche Fehlfunktionen auftreten. Ferner könnte die Gesundheit von Insassen selber auch direkt beeinträchtigt werden.
Elektromagnetische Immissionen werden versuchsweise an Kunst- Stoff-Dachmodulen eines Kraftfahrzeuges zur Nachrüstung von GSM-Außenantennen dadurch begrenzt, dass speziell gefertigte metallische Bleche an der Fahrgastzelleninnenseite eines derartigen Dachmoduls positioniert und fixiert werden. Derartige Kunststoff-Formteile weisen jedoch regelmäßig sphärische Wδl- bungen auf, so dass auch die entsprechenden Abschirmbleche entsprechend geformt werden müssen. Die hiermit verbundenen Werkzeugkosten machen die vorstehend beschriebene Maßnahme neben zusätzlichen Maßnahmen zum Korrosionsschutz sowie zur Abdichtung gegen eindringendes Wasser sehr teuer.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formteil mit einem besonderen Aufbau zur Verbesserung der mechanischen sowie elektromagnetischen Eigenschaften sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass ein Formteil mindestens eine metallisch leitende Schicht aufweist, die auf mindestens einer möglichst großflächigen Oberfläche des Formteils aufgetragen ist. Damit wird erfindungsgemäß vom Einsatz speziell geformter und separat anzuordnender, auszurichtender und fixierender Abschirmbleche zugunsten einer vollflächigen oder auch teilweisen Beschichtung des Formteils Abstand genommen. Ein jeweiliger Herstellungs- und Formgebungsprozess eines Formteils sei- ber bleibt von dieser Maßnahme also im Wesentlichen unberührt. Der Gesamtaufbau weist durch den Wegfall eines separaten Schirmungsblechs mit zugehörigen Fixierungen und Dichtungen wesentliche Vereinfachungen in seiner Fertigung auf. Zudem ist ein erfindungsgemäßes Formteil auch mechanisch belastbarer, da eventuell reißende Verbindungen zwischen dem Kunststoffkörper und einem separaten Element entfallen.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung tritt an die Stelle aufgeklebter oder selbstklebender leitender Folien, beispielsweise aus Aluminium, eine Beschichtung aus einer e- lektromagnetisehen Abschirmfarbe. Nach bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Abschirmfarbe in einem Dickschicht-Druckverfahren und/oder nach einem Lackier- bzw. Sprüh-Lackierverfahren nach Abschluss eines Formgebungsverfahrens an dem Formteil aufgebracht.
Besonders vorteilhafterweise wird ein Masseanschluss an dem Formteil als Blechstück mit zugehörigen Anschlussmitteln für Erdungsleiter oder Erdungskabel vorgesehen, der auf dem Formteil fixiert und in einem anschließenden Schritt mit der Abschirmfarbe überstrichen bzw. überlackiert wird, so dass in einem Arbeitsschritt gleich auch eine elektrisch leitende Verbindung mit der Beschichtung hergestellt wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Abgrenzung gegen eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung zur Nennung weiterer Vorteile und Eigenheiten weiter beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: ein erfindungsgemäßes Formteil bei nachträglicher Anordnung einer Außenantenne und Figur 2 : eine bekannte Anordnung eines Formteils mit nachträglich angeordneter Antennenvorrichtung.
Nachfolgend werden über die zu beschreibenden Abbildungen hin- weg für gleiche Elemente sowie Elemente gleicher Funktion auch einheitlich gleiche Bezeichnungen gewählt.
Figur 2 zeigt eine Anordnung eines Formteils 1 nach dem Stand der Technik. Das Formteil 1 ist als Kunststoff-Dachmodul eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs ausgebildet. Auf der Fahrgastkabinenseite des Kunststoff-Dachmoduls 1 ist ein Abschirmblech 2 unter Formanpassung an die Kontur des Kunststoff-Dachmoduls 1 angeordnet. Das Abschirmblech 2 wird über mehrere Verklebungen 3 so an dem Kunststoff-Dachmodul 1 fi- xiert, dass Ausnehmungen 4 zum nachträglichen Anordnen eines Antennenfußes 5 einer Rundfunk- und/oder Mobilfunkantenne 6 zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Im Bereich dieser Ausnehmungen 4 sind jeweils im Bereich des Kunststoff-Dachmoduls 1 sowie des Abschirmbleches 2 separate Dichtungen 7, 8 vorge- sehen, um ein Eindringen und/oder Ansammeln von Wasser dauerhaft zu verhindern. Selbstverständlich ist für das metallische Abschirmblech 2 zusätzlich ein dem Fachmann geläufiger Korrosionsschutz vorzusehen.
Die durch das Abschirmblech 2 gebildete Massefläche wird über einen Anschluss 9 an die Fahrzeugmasse angebunden. Hier wird diese Verbindung durch ein flexibles Erdungskabel hergestellt, das zeichnerisch nicht weiter dargestellt ist.
Der vorstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung von Figur 2 beschriebene Aufbau eines Formteils 1 in Form eines Dachmoduls aus Kunststoff ist erforderlich, da anderenfalls eine Antenne 6 über einen Antennenfuß 5 zwar an dem Kunststoff-Dachmodul 1 befestigt werden könnte, es stünde jedoch zum Rundfunkempfang innerhalb des Kraftfahrzeugs nur ein ungenügender Ausgangssignalpegel zur Verfügung. Durch das Abschirmblech 2 wird die für den Betrieb der Antenne 6 notwendige und näherungsweise ideal elektrisch leitende metallische Ebene als separates Bauteil zur Verfügung gestellt. Hierdurch wird der Empfangspegel eines Rundfunksignals wesentlich erhöht. Ferner wird durch das Abschirmblech 2 ohne merkliche räumliche Beeinträchtigung des Fahrzeuginnenraumes auch ein Faradayscher Käfig um die Fahrgastzelle herum wieder soweit geschlossen, dass eine EMV- Belastung im Fahrgastinnenraum den europäischen Richtlinien entsprechend gesenkt werden kann.
Die vorstehend beschriebene Nachrüstung eines Kunststoff- Dachmoduls 1 wird jedoch mit sehr hohen Werkzeug- und Ferti- gungskosten erkauft. Das Abschirmblech 2 weist Wölbungen und eine insgesamt sphärische Oberflächenkontur auf, für die ein spezielles Tiefziehwerkzeug hergestellt werden muss. Zudem ist das Abschirmblech 2 selber gegen Korrosion zu schützen und mit einer eigenen und dauerhaft korrosionsbeständigen elektrischen Kontaktierung zu versehen. Ein soweit vorbereitetes Abschirmblech 2 ist an dem Kunststoff-Dachmodul 1 sehr genau zu positionieren, um das Fluchten der Ausnehmungen 4 sicherzustellen. Hierzu kann es erforderlich sein, dass das Abschirmblech 2 auf dem Dachmodul 1 vormontiert werden muss, um schließlich eine Fixierung über eine Verschraubung oder Verklebung durchführen zu können. In jedem Fall müssen mehrere Dichtungen 7, 8 zur Abdichtung des Abschirmblechs 2 gegenüber dem Kunststoff- Dachmodul 1 gegen eindringendes Wasser oder die Ansammlung von Schwitzwasser vorgesehen werden.
Die vorstehend aufgeführten fertigungstechnischen Merkmale und zusätzlichen Kosten werden in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 dadurch im Wesentlichen beseitigt, dass an die Stelle eines Abschirmblechs 2 eine Beschichtung 2a tritt. Das Kunst- Stoff-Dachmodul 1 wird als Formteil in der vorliegenden Ausführungsform an der zu der Kabineninnenseite hin orientierten Oberfläche 11 statt mit einem separaten Bauteil mit einer metallisch leitenden Schicht 2a versehen, die als Abschirmfarbe 12 in einem Dickschicht-Druck-Verfahren, oder nach einem Lackier- bzw. Sprühlackier-Verfahren aufgebracht wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Abschirmblech 2 durch das vollflächige Lackieren der Oberfläche 11 des Kunst- stoff-Dachmoduls 1 auf der Fahrgastinnenseite mit Abschirmfarbe 12 ersetzt. Als Vorbereitungsschritt dieses Lackiervorgangs wird bereits der Masseanschluss 9 als Blechstück mit zugehörigen Anschlussmitteln für bekannte Erdungsleiter oder Erdungs- kabel durch Aufkleben an dem Kunststoff-Dachmodul 1 fixiert. Der Masseanschluss 9 wird beim Lackieren mit Abschirmfarbe 12 einfach überlackiert, so dass nun zwischen der metallisch leitenden Schicht 2a aus Abschirmfarbe 12 und dem Erdungsan- schluss 9 eine dauerhaft leitende Verbindung hergestellt wird.
Abschirmfarben 12 bzw. Leitlacke bestehen grundsätzlich aus
Harzen, Lösungsmitteln und leitenden Pigmenten. Dabei hat sich eine Verwendung von silberplattiertem Kupfer als leitende Pigmente aufgrund der Kombination der guten Abschirmeigenschaften von Silber und dem vergleichsweise günstigen Preis von Kupfer bewährt. Dabei kann zugleich auf einen arbeitsschutzrechtlich bedenklichen Einsatz des toxischen Elements Nickel verzichtet werden. Untersuchungen in Klimakammern haben gezeigt, dass eine derart hergestellte metallisch leitende Schicht an einem Kunststoff-Formteil 1 auch unter wechselndem Wärme- und Feuch- tigkeitseinfluss eine ausgezeichnete Oberflächenhaftung aufweist und insgesamt auch gegenüber Feuchtigkeit beständiger ist, als dies bei vergleichbaren Beschichtungen von stromlos aufgetragenen Metallen oder aufgedampftem Aluminium festgestellt werden konnte. So können vorteilhafterweise metallisch leitende Schichten 2a mit ausreichend hoher Lebensdauer als elektromagnetisch ausreichend dichte und abriebfeste Schichten auch bei Applizierung der Abschirmfarbe 12 aus einer Spraydose oder einem Sprayroboter hergestellt werden. Es sind hierbei die üblichen Überdeckungen von Spritzbahnen von ca. 50 % bei einem Auftrag aus einer Distanz von 20 bis 30 cm anzuwenden, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Neben dem unter Bezug auf die Abbildung von Figur 1 vorge- stellten Anwendungsfeld zur Verbesserung von Radio- und Mobil- funkempfang bei Anordnung einer Antenne 6 auf einem Kunststoff-Dachmodul 1 können in Fahrzeugen auch folgende Formteile zur Reduktion einer Strahlungsbelastung für die Fahrzeuginsassen erfindungsgemäß beschichtet werden: Fahrzeughimmel, In- strumententafel , Mittelkonsole sowie Verblendungs- und/oder
Verkleidungselemente aus Kunststoff. Bei flächigem Einsatz von Abschirmfarbe wird der Faradaysche Käfig der Fahrgastzelle, der im vorliegenden Beispielfall durch den Einsatz eines Kunststoff-Dachmoduls 1 gestört wird, wieder hergestellt. Wei- tere Elemente können zur Senkung der Strahlenbelastung im
Fahrzeuginnenraum wahlweise hinzugenommen werden. Vorteilhafterweise entfallen hierbei die zum Stand der Technik genannten Nachteile hoher Werkzeug- und Fertigungskosten zu ganz wesentlichen Teilen.
Bezugszeichenliste
1 Formteil
2 Abschirmblech 2a metallisch leitende Schicht 3 Verklebung
4 Ausnehmung
5 Antennenfuß
6 Radio- oder Mobilfunk-Antenne / Stabantenne
7 Dichtung 8 Dichtung
9 Anschluss für Masse 10
11 zu der Kabineninnenseite hin orientierte Oberfläche
12 Abschirmfarbe

Claims

Patentansprüche
1. Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff- Verbundwerkstoffen, insbesondere ein Struktur- oder Karos- serieteil eines Kraftfahrzeuges, bei dem das Formteil (1) mindestens eine metallisch leitende Schicht (2a) aufweist, die auf mindestens einer möglichst großflächigen Oberfläche (11) des Formteils (1) aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Formteil (1) ein Masseanschluss (9) mit zugehörigen Anschlussmitteln für Erdungsleiter oder Erdungskabel vorgesehen ist, der durch Überstreichen oder Überlackieren mit der metallisch leitenden Schicht (2a) elektrisch leitendend mit dieser verbunden ist.
2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch leitende Schicht (2a) als Beschichtung aus einer elektromagnetischen Abschirmfarbe (12) bzw. einem Leitlack ausgebildet ist.
3. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch leitende Schicht (2a) in miteinander elektrisch leitend verbundenen Abschnitten oder Bereichen auf dem Formteil (1) ausgebildet ist.
4. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Formteil (1) ein Masseanschluss
(9) in Form eines Blechstücks vorgesehen ist, das auf dem Formteil (1) fixiert und durch Überstreichen oder Überla- ckieren mit der metallisch leitenden Schicht (2a) elektrisch leitendend verbunden ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen, insbe- sondere eines Struktur- oder Karosserieteils eines Kraftfahrzeuges, wobei das Formteil (1) nach Abschluss eines Formgebungsverfahrens an mindestens einer möglichst großflächigen Oberfläche (11) mit einer metallisch leitenden Schicht (2a) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Formteil (1) ein Masseanschluss (9) fixiert und in einem anschließenden Schritt eine elektrisch leitende Verbindung mit der Schicht (2a) hergestellt wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch leitende Schicht (2a) durch Auftragen einer Abschirmfarbe (12) bzw. eines Leitlacks in einem Dickschicht-Druckverfahren und/oder nach einem La- ckier- bzw. Sprüh-Lackierverfahren gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (9) an dem Formteil (1) als Blechstück mit zugehörigen Anschlussmit- teln für Erdungsleiter oder Erdungskabel vorgesehen wird, der auf dem Formteil (1) fixiert und mit der Abschirmfarbe (12) überstrichen bzw. überlackiert wird, so dass in einem Arbeitsschritt gleich auch eine elektrisch leitende Verbindung des Masseanschlusses (9) mit der Schicht (2a) herge- stellt wird.
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