DE102005024312A1 - System und Verfahren für das Verbinden von Flachbandlitzenkabeln - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren für das Verbinden von Flachbandkabeln offenbart. Die Flachbandkabel haben eine Vielzahl von an einer Isolationsschicht befestigten Leitern. Das Verfahren umfasst das Entfernen einer Isolationsschicht von einem ersten und einem zweiten Flachbandkabelabschnitt zwecks Freilegung der Vielzahl von Leitern, das Aufbringen einer thermischen Platte auf der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts, das Aufbringen von Lot auf dem ersten Flachbandkabelabschnitt, das Platzieren der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts in Kontakt mit der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts mit dem aufgebrachten Lot, das Aufbringen einer transparenten Platte über dem ersten und zweiten Flachbandkabelabschnitt und das Darüberhinwegführen eines Laserstrahls durch die transparente Platte zwecks Aufschmelzung des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt.
Description
- Fachgebiet
- Die Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren für das elektrisch leitende Verbinden von Flachbandlitzenkabeln. Die elektrisch leitende Verbindung wird typischerweise durch einen Lötprozess erreicht.
- Hintergrund
- Ein Flachbandlitzenkabel (FFC) besteht normalerweise aus einem Kunststoffsubstrat mit einer Vielzahl von Kupferleitungen oder ähnlichen Leitungen, die am Kunststoff substrat befestigt sind. Die Kunststoffsubstrat-Kupferleiter-Baugruppe ist im Allgemeinen flach und flexibel. Die Kupferleiter können in Abhängigkeit der Anforderungen an die Strombelastbarkeit in Breite und Dicke variieren. Zum Ausbilden des Kunststoffsubstrats werden viele Arten von Kunststoffen, wie z. B. Polypropylen, Mylar, Polyurethan oder ähnliche Materialien, verwendet. Ein FFC hat viele Vorteile gegenüber konventionellen Runddrahtkabelbäumen oder -baugruppen. Ein FFC nimmt zum Beispiel weniger Platz in Anspruch, wiegt weniger und erhöht die Robustheit der Elektronikbaugruppe. Außerdem sind die Kosten der FFC-Fertigung geringer als die Fertigungkosten von Runddrahtkabelbäumen. Ein FFC kann in mehreren Schichten aufgebaut und für den Einsatz in sehr beengten Bereichen, wie z. B. innerhalb einer Instrumententafel oder eines Motorraums, geeignet sein. Die Kompaktheit eines FFC ist in einem Fahrzeug besonders wichtig, da Fahrzeuge einen sehr begrenzten Raum haben und immer mehr Elektronikbaugruppen und Kabelbäume untergebracht werden müssen und um diesen begrenzten Raum konkurrieren.
- Ein wichtiges Problem, dem sich der Konstrukteur von FFC-Systemen gegenübersieht, besteht darin, dass ein FFC bei Löttemperaturen strukturell nicht stabil ist. Folglich kann ein FFC nicht einfach unter Verwendung konventioneller Lötverfahren gelötet werden. Solche konventionelle Lötverfahren können die Kunststoffisolationsmaterialien beschädigen.
- Deshalb besteht Bedarf an einem neuen, verbesserten System und Verfahren für das Verbinden der Leiter eines FFCs. Das Verfahren sollte die Kunststoffisolationsschichten nicht strukturell beschädigen; es sollte jedoch eine metallurgische Verbindung zwischen Leitern von zwei angrenzenden FFCs bereitstellen.
- Zusammenfassung
- In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für das Verbinden von Flachbandkabeln bereitgestellt, die eine Vielzahl von an einer Isolationsschicht befestigten Leitern haben. Das Verfahren umfasst das Entfernen der Isolationsschicht von einem ersten und einem zweiten Flachbandkabelabschnitt zwecks Freilegung der Vielzahl von Leitern, das Aufbringen einer thermischen Platte auf der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts, das Aufbringen von Lot auf dem ersten Flachbandkabelabschnitt, das Platzieren der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts in Kontakt mit der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts mit dem aufgebrachten Lot, das Positionieren einer transparenten Platte über den Leitern des ersten und zweiten Flachbandkabelabschnitts und das Darüberhinwegführen eines Laserstrahls über und durch die transparente Platte zwecks Aufschmelzung des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt, wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt gebildet wird.
- In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das Entfernen einer eine obere Fläche der Vielzahl von Leitern bedeckenden oberen Isolationsschicht und das Entfernen einer eine untere Fläche der Vielzahl von Leitern bedeckenden unteren Isolationsschicht.
- In noch einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das Aufbringen der thermischen Platte auf eine untere Fläche der freigelegten Vielzahl von Leitern.
- In wiederum einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das Aufbringen einer Lötpaste auf die obere Fläche der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts.
- In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das Aufbringen einer Keramikplatte an einer Fläche der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts.
- In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das Halten der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts gegen die Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts unter Verwendung eines Niederhalters.
- In wiederum einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem das thermische Verschweißen der thermischen Platte mit der transparenten Platte.
- In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System für das Verbinden von Flachbandkabeln bereitgestellt, die eine Vielzahl von an einer Isolationsschicht befestigten Leitern haben und wobei die Isolationsschicht von dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt zwecks Freilegung der Vielzahl von Leitern entfernt ist. Das System umfasst eine thermische Platte, ein Lot, eine transparente Platte und einen Laserstrahl. Die thermische Platte ist auf einer ersten Seite der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts aufgebracht. Das Lot ist auf einer zweiten Seite der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts aufgebracht, wobei die Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts in Kontakt mit der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts mit dem aufgebrachten Lot platziert ist. Die transparente Platte ist über den Leitern des ersten und zweiten Flachbandkabelabschnitts positioniert. Der Laserstrahl streicht über und durch die transparente Platte zwecks Aufschmelzung des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt zu bilden.
- Diese und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen offensichtlich.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine perspektivische Darstellung eines einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden ersten Abschnitts eines Flachbandlitzenkabels mit freigelegten Leitern. -
2 ist eine perspektivische Darstellung eines einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden ersten Abschnitts eines Flachbandlitzenkabels mit auf den freigelegten Leitern angeordnetem Lot, wobei an der Unterseite der Leiter eine thermisch beständige Platte aufgebracht ist. -
3 ist eine perspektivische Darstellung des ersten und eines zweiten Abschnitts eines Flachbandlitzenkabels mit aneinander angrenzenden und durch einen Niederhalter festgehaltenen freigelegten Leitern entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. -
4 ist eine perspektivische Darstellung des ersten und des zweiten Abschnitts eines Flachbandlitzenkabels mit auf den freigelegten Leitern angeordnetem Lot, wobei an der Unterseite der Leiter eine thermisch beständige Platte und an der Oberseite der Leiter eine transparente Platte aufgebracht ist, entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. -
5 ist eine perspektivische Darstellung des ersten und des zweiten Abschnitts eines Flachbandlitzenkabels mit zusammengelöteten Leitern und einer mit einer thermischen Platte verschweißten transparenten Platte entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung. - Beschreibung
- In
1 ist ein einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechender erster Abschnitt eines Flachbandlitzenkabels (FFC)10 dargestellt. Der erste Abschnitt des Flachbandlitzenkabels10 umfasst eine Vielzahl von Leitern12 und die isolierenden Substratschichten14 und16 . Die Vielzahl von Leitern12 können aus Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material bestehen. Die Leiter12 sind allgemein flach, haben relativ kleine Breiten und erstrecken sich in Längsrichtung über gewünschte Längen. Die Breite der Leiter12 in Abhängigkeit der Anforderungen an die Strombelastbarkeit variiert in Abhängigkeit der Anforderungen an die Spannungs- und Strombelastbarkeit. Außerdem ist die Dicke der Leiter12 relativ zu deren Breite ziemlich gering und kann ebenfalls zusammen mit der Breite variieren, um den vorgegebenen elektrischen Anforderungen zu genügen. - Die isolierenden Substratschichten
14 und16 sind auf beiden Seiten der Leiter12 angeordnet und können eine (nicht dargestellte) Klebeschicht umfassen, die auf der an die Leiter12 angrenzenden Fläche angeordnet ist. Die isolierenden Substratschichten14 und16 bestehen allgemein aus Polypropylen, PET, Polyurethan oder ähnlichen Kunststoffen. Die isolierenden Substratschichten14 ,16 und die Leiter12 bilden allgemein ein Flachbandlitzenkabel. Das Flachbandlitzenkabel10 kann mit Elektronikgeräten oder anderen FFCs verbunden und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, bei denen in knapp bemessenen Räumen verlegbare elektrische Leitungen erforderlich sind. - In
2 ist ein erster FFC-Abschnitt10 mit einer auf einer Fläche der Leiter12 aufgebrachten thermisch beständigen Platte22 dargestellt. Die thermisch beständige Platte22 ist unter der unteren Fläche der Vielzahl der Leiter12 und an diese angrenzend aufgebracht oder platziert. Die thermisch beständige Platte22 kann aus einem keramischen Material, Plastwerkstoff oder jedem geeigneten Material gefertigt sein, das thermisch beständig ist und wärmedämmend wirkt. Die thermisch beständige Platte22 sollte hinreichende thermische Eigenschaften besitzen, damit sie hohen, insbesondere den in einem Lötprozess erreichten Temperaturen widerstehen kann und strukturell stabil bleibt. Die thermisch beständige Platte22 stützt die Leiter12 ab, und es wird das Lot24 auf die Flächen (z. B. die oberen Flächen) der Leiter12 aufgebracht. Das Lot24 kann als Paste, Lotvorform mit Flussmittel, Lötdraht mit Flussmittelkern, als Lötpastenwurst oder Ähnliches appliziert werden. Zur Aufbringung der Lötpaste auf die Leiter12 kommen verschiedene Methoden zur Anwendung. Die Lötpaste24 kann zum Beispiel mithilfe einer Schablone aufgebracht werden. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung wird die Lotvorform, der Lötdraht mit Flussmittelkern oder die Lötpasstenwurst auf die Oberseite der Leiter12 gelegt oder angeordnet. - In einer Ausgestaltung der Erfindung werden Systeme und Verfahren für das Verbinden der zuvor beschriebenen Flachbandkabel bereitgestellt. Zum Verbinden des ersten FFC-Abschnitts
10 mit einem zweiten ähnlichen FFC-Abschnitt20 muss der erste FFC-Abschnitt10 folgendermaßen vorbereitet werden. Die isolierenden Substratschichten14 und16 werden von der oberen Fläche und den unteren Flächen der Leiter12 entfernt. Folglich liegen jetzt die Leiter12 frei und ragen eine festgelegte Entfernung aus den isolierenden Substratschichten14 und16 heraus. - In
3 ist ein einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechendes Verfahren für die Bildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten FFC-Abschnitt10 ,20 dargestellt. Der zweite FFC-Abschnitt20 ist in einer analogen Weise aufgebaut wie der erste FFC-Abschnitt10 und umfasst folglich eine Vielzahl von Leitern30 und mindestens zwei isolierende Substratschichten32 und34 . Wie beim ersten FFC-Abschnitt10 sind die isolierenden Substratschichten32 ,34 auf jeder Seite der Leiter30 angeordnet, so dass ein Flachbandlitzenkabel20 gebildet wird. Der erste FFC-Abschnitt10 und der zweite FFC-Abschnitt20 werden durch Aufschmelzen des zwischen der Vielzahl der Leiter12 und30 in jedem des ersten und des zweiten FFC-Abschnitts10 ,20 angeordneten Lots miteinander verbunden. Wie voranstehend beschrieben, wird der erste FFC-Abschnitt10 zunächst durch Entfernen der isolierenden Substratschichten14 und16 von beiden Seiten der Leiter12 für das Löten vorbereitet. Zum Verbinden des zweiten FFC-Abschnitts20 mit dem ersten FFC-Abschnitt10 werden die isolierenden Substratschichten32 und34 von der oberen und der unteren Fläche der Leiter30 in einer der auf den ersten FFC-Abschnitt10 angewendeten ähnlichen Weise entfernt. Die jetzt freigelegten Leiter30 werden auf die Oberseite der mit Lot24 versehenen und durch die thermisch beständige Platte22 abgestützten Leiter12 gelegt. Ein Niederhalter40 wird auf die oberen Flächen der Leiter30 aufgebracht, um die Leiter30 gegen die Leiter12 zu stabilisieren, zu fixieren und zu pressen. - In
4 sind der erste und der zweite FFC-Abschnitt10 ,20 entsprechend der Erfindung miteinander gepaart dargestellt. Der Niederhalter40 wird von den oberen Flächen der Leiter30 gelöst und eine transparente Platte50 auf die oberen Flächen der Leiter30 platziert. Anschließend wird der Niederhalter40 auf die obere Fläche der Platte50 aufgebracht. Die Platte50 ist eine transparente Platte, die aus Glas, Plastwerkstoff oder einem ähnlichen transparenten Material bestehen kann. Der Niederhalter40 presst die Platte50 gegen die Leiter30 , die wiederum auf das Lot24 und gegen die Leiter12 gepresst werden. Auf diese Weise stellen der Niederhalter40 und die Platte50 sicher, dass zwischen dem Lot24 und den Kupferleitern12 ,30 ein guter mechanischer Kontakt erreicht wird. - Den Bezug auf
4 fortsetzend ist ein einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechendes Verfahren für das elektrisch leitende Verbinden der FFC-Abschnitte10 und20 dargestellt. Ein durch Block60 repräsentierter Laserstrahl wird zunächst an einer Kante62 der transparenten Platte50 positioniert. Der Laserstrahl60 hat eine festgelegte Fokusfleckgröße. Im Betrieb überstreicht der Laserstrahl60 die transparente Platte50 in eine durch Pfeil d gekennzeichnete Richtung und auf die Kante64 der transparenten Platte50 zu. Die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls60 über die transparente Platte50 kann selbstverständlich in Abhängigkeit des Lots und der Leiterkonfigurationen variiert werden. Nachdem der Laserstrahl60 den Abtastprozess beendet hat und die Lötpaste zwecks Bildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Leitern12 und30 aufgeschmolzen worden ist, können die thermisch beständige Platte22 und die transparente Platte50 von den FFC-Abschnitten10 ,20 entfernt werden. Falls gewünscht, kann ein elektrisch isolierendes Band oder eine andere elektrisch isolierende Abdeckung auf die Leiter12 und30 der FFC-Abschnitte10 ,20 aufgebracht werden. - In
5 ist eine alternative Ausgestaltung eines Systems und Verfahrens für das Verbinden von zwei Abschnitten eines Flachbandlitzenkabels dargestellt. Die Flachbandlitzenkabelabschnitte10 und20 können, wie zuvor beschrieben, miteinander verbunden werden, jedoch mit einer anderen Konfiguration der thermisch beständigen Platte22 . Genauer gesagt besteht die thermisch beständige Platte22 aus einem dunklen Material, wie z. B. einem dunklen Plastwerkstoff, und bildet eine dunkle oder lichtundurchlässige thermisch beständige Platte22' . Im Betrieb überstreicht der Laserstrahl60 die transparente Platte50' und die dunkle thermisch beständige Platte22' über eine zum Aufschmelzen des dazwischen angeordneten Lots ausreichenden Zeitdauer. Die Enden62 und64 der Platte50' können mit den Enden66 und68 der Platte22' verschweißt werden, indem der Laserstrahl60 die Enden so lange überstreicht, bis genügend Energie auf die Platten zum Verschweißen derselben übertragen worden ist. Das Miteinanderverschweißen der Platte50' und der Platte22' erfolgt durch Absorption der Energie des Laserstrahls60 in die thermoplastische Platte22' . Wenn die Platte22' Energie vom Laserstrahl60 absorbiert, wird die Platte22' einer Temperaturerhöhung unterworfen und mit der Platte50' verschweißt. In Abhängigkeit des Abstands der Leiter zueinander können die Platten22' und50' außerdem an den Stellen zwischen jedem der Leiter12 ,30 verbunden werden. - Eine mit dem Fachgebiet des Verbindens von Flachbandlitzenkabeln vertraute Person wird aus der voranstehenden Beschreibung sowie aus den Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass Modifikationen und Änderungen an den Vorzugsausgestaltungen der Erfindung ausgeführt werden können, ohne dass vom durch die folgenden Patentansprüche definierten Geltungsbereich der Erfindung abgewichen wird.
Claims (18)
- Verfahren für das Verbinden von Flachbandkabeln, die eine Vielzahl von an einer Isolationsschicht befestigten Leitern haben, umfassend: – das Entfernen der Isolationsschicht von einem ersten und einem zweiten Flachbandkabelabschnitt zwecks Freilegung der Vielzahl von Leitern; – das Aufbringen einer thermischen Platte auf der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts; – das Aufbringen von Lot auf dem ersten Flachbandkabelabschnitt; – das Platzieren der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts in Kontakt mit der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts mit dem aufgebrachten Lot; – das Positionieren einer transparenten Platte über den Leitern des ersten und zweiten Flachbandkabelabschnitts; und – das Überstreichen eines Laserstrahls über und durch die transparente Platte zwecks Aufschmelzung des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt, wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen einer Isolationsschicht von einem ersten und einem zweiten Flachbandkabelabschnitt außerdem das Entfernen einer eine obere Fläche der Vielzahl von Leitern bedeckenden oberen Isolationsschicht und das Entfernen einer eine untere Fläche der Vielzahl von Leitern bedeckenden unteren Isolationsschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aufbringen einer thermischen Platte auf der freigelegten Vielzahl von Leitern außerdem das Aufbringen der thermischen Platte auf eine untere Fläche der freigelegten Vielzahl von Leitern umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aufbringen von Lot auf dem ersten Flachbandkabelabschnitt außerdem das Aufbringen einer Lötpaste auf die obere Fläche der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Aufbringen einer thermischen Platte außerdem das Aufbringen einer Keramikplatte an einer Fläche der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem das Halten der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts gegen die Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts unter Verwendung eines Niederhalters umfassend.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, außerdem das thermische Verschweißen der thermischen Platte mit der transparenten Platte umfassend.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei das thermische Verschweißen außerdem das Bereitstellen einer thermischen Platte umfasst, die lichtundurchlässig ist.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das thermische Verschweißen außerdem das Verschweißen eines Endes der thermischen Platte mit einem Ende der transparenten Platte umfasst.
- System für das Verbinden von Flachbandkabeln, die eine Vielzahl von an einer Isolationsschicht befestigten Leitern haben und wobei die Isolationsschicht von dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt zwecks Freilegung der Vielzahl von Leitern entfernt ist, umfassend: – eine thermische Platte, die auf einer ersten Seite der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts aufgebracht ist; – ein Lot, das auf einer zweiten Seite der freigelegten Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts aufgebracht ist, wobei die Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts in Kontakt mit der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts mit dem aufgebrachten Lot platziert ist; – eine transparente Platte, die über den Leitern des ersten und zweiten Flachbandkabelabschnitts positioniert ist; und – einen Laserstrahl, der über und durch die transparente Platte zwecks Aufschmelzung des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt streicht, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Flachbandkabelabschnitt zu bilden.
- System nach Anspruch 10, wobei die thermische Platte eine Keramikplatte ist.
- System nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Lot eine vorgeformte Lötpaste ist, die auf der zweiten Seite der Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts aufgebracht ist.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die thermische Platte lichtundurchlässig ist.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, außerdem einen Niederhalter für das Halten der Vielzahl von Leitern des zweiten Flachbandkabelabschnitts gegen die Vielzahl von Leitern des ersten Flachbandkabelabschnitts umfassend.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die thermische Platte dieselbe Länge wie die transparente Platte hat.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die thermische Platte mit der transparenten Platte verschweißt ist.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei ein Ende der thermischen Platte mit einem Ende der transparenten Platte verschweißt ist.
- System nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei ein mittlerer Abschnitt der thermischen Platte mit einem mittleren Abschnitt der transparenten Platte verschweißt ist.
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