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Gasdruck-Sprengvorrichtung für den Bergbau u. dgl. Die Erfindung betrifft
eine Gasdruck-Sprengvorrichtung für den Bergbau u. dgl.
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Bekannt ist eine Gasdruck-Sprengvorrichtung für den Bergbau u. dgl.
mit einem rohrförmigen Körper aus zwei miteinander verbundenen Behälterteilen, von
denen der eine Behälterteil mit einem Gas hohen Druckes gefüllt ist, während der
andere Behälterteil mit einer oder mehreren Gasauslaßöffnungen versehen ist, wobei
beide Behälterteile über eine Berstscheibe gegenseitig so lange verschlossen sind,
bis ein vorbestimmter Druck im Inenraum des erstgenannten Behälterteils vorhanden
ist.
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Bekannt ist ferner eine Gasdruck-Sprengvorrichtung für den Bergbau
u. dgl. mit einem rohrförmigen Körper, der Schlitze im Bereich des Berstorgans für
das seitliche Einsetzen des Berstorgans und für das Herausnehmen dieses Berstorgans
hat.
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Diesen bekannten Gasdruck-Sprengvorrichtungen gegenüber kennzeichnet
sich die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch, daß der
erstgenannte Behälterteil einen oder mehrere Schlitze für das seitliche Einsetzen
der Berstscheibe und das seitliche Herausnehmen der zerbrochenen Scheibe hat, daß
die Berstscheibe den Schlitz ungefähr teilt und daß der Schlitz so breit ist, daß
die Berstscheibe von Hand leicht erfaßt und herausgehoben werden kann.
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Bekannt ist ferner eine Gasdruck-Sprengvorrichtung der eingangs erwähnten
Art, bei der ein verschiebbarer Klemmring vor der eingeklemmten Berstscheibe angeordnet
ist sowie ein Dichtring aus weichem, federnd nachgiebigem Werkstoff in einer Nut
in der Umfangsfläche des vom Gasdruck längsverschieblichen Klemmringes zwischen
diesem und einem Fortsatz des Gehäuses vorgesehen ist.
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Das Neue besteht gegenüber dieser Ausbildung darin, daß der Dichtring
zwischen dem Klemmring und einer auf einem Fortsatz des Gehäuses befestigten Hülse
angeordnet ist und daß die eine Stirnfläche des Klemmringes dichtungslos gegen die
Stirnfläche des Fortsatzes und seine andere Stirnfläche unmittelbar gegen die Berstscheibe
anliegt.
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Bei dieser Ausbildung ist ein schnelleres Wechseln der Berstscheibe
und ein schnelleres Fertigmachen der Sprengpatrone möglich, was einen wesentlichen
Fortschritt bedeutet.
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Andere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnungen.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein teilweiser Längsschnitt durch die Vorrichtung,
Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig.3 eine Teilseitenansicht der
in Fig.1 dargestellten Ausführung und Fig. 4 ein Teillängsschnitt einer abgeänderten
Ausführung.
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Die in den Fig.1 bis 3 dargestellte Ausführung weist einen langen
rohrförmigen Behälter auf, dessen Wände so kräftig und so dick sind, daß die Strömungsmitteldrücke
aushalten, die wesentlich über dem Druck der in der Vorrichtung verwendeten Sprengladung
liegen. Die Sprengpatrone weist einen Behälterteil 10 auf, der eine mit einer Öffnung
ausgerüstete Stirnwand (nicht dargestellt) hat, in die eine an eine Gasdruckquelle,
beispielsweise einen Luftkompressor, angeschlossene Zuführleitung 12 eingesetzt
ist. Die Zuführleitung 12 ist mit dem Innenraum des Behälterteils 10 so verbunden,
daß eine Druckluftladung in den Behälterteil eingeführt werden kann. Die gegenüberliegende
Stirnseite des Behälterteils 10 weist vorzugsweise einen Fortsatz 14 kleineren Durchmessers
mit einem Außengewindeabschnitt 16 auf, der nur über einen Teil der Länge des Fortsatzes
14 reicht und von den Enden dieses Fortsatzes auf Abstand steht. Zwischen dem Gewindeabschnitt
16 und dem Ende oder der Stirnseite des Fortsatzes 14 befindet sich eine Außenumfangsnut
18.
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Eine rohrförmige Hülse 20, deren Außendurchmesser im wesentlichen
dem Außendurchmesser des Behälters 10 entspricht und deren Innendurchmesser
so groß ist, daß er den Fortsatz 14 umgibt, weist einen Innengewindeabschnitt 22
auf,
der auf den Gewindeabschnitt 16 das Fortsatzes 14 aufgeschraubt
wird, um die Hülse 20 mit dem Fortsatz 14 zu verankern. Die Hülse 20 ist so lang,
daß sie ziemlich weit über das Ende des Fortsatzes 14 hinausragt. Der vorstehende
Abschnitt der Hülse hat eine oder mehrere Seitendurchlässe, die in der Darstellung
als zwei im Durchmesser sich gegenüberliegende Schlitze 24 gezeigt sind.
Jeder Schlitz 24 ist ziemlich lang und ziemlich breit, wobei die Länge vorzugsweise
im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Hülse ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
Die Hülse 20 hat einen nach einwärts vorstehenden Umfangsflansch 26, der sich nahe
derjenigen Wand des Schlitzes 24 befindet, die dem Innengewindeabschnitt
22 der Hülse 20 am nächsten ist. Der außenliegende Endabschnitt der
Hülse, d. 11 der Endabschnitt zwischen dem Schlitz 24 und der außenliegenden Stirnwand,
trägt ein Innengewinde 28.
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Die Hülse 20 trägt einen starren Klemmring 30, dessen Innendurchmesser
im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Fortsatzes 14 und des Behälterteils
10 ist und der sich an die äußere Stirnfläche des Fortsatzes 14 anlegt. Der innenliegende
Endabschnitt des Klemmringes 30 hat einen Außendurchmesser, der im wesentlichen
gleich dem Außendurchmesser des benachbarten Endabschnittes des Fortsatzes 14 ist,
und weist außerdem eine Außenumfangsnut 32 auf. Der Klemmring 30 hat einen Zwischenabschnitt,
dessen Außendurchmesser 34 etwas kleiner als der Innendurchmesser des nach innen
vorspringenden Hülsenflansches 26 ist, so daß er in diesen Hülsenflansch paßt und
sich in dem Hülsenflansch dreht. Die Ausführung der Teile entspricht der in Fig.
1 dargestellten Anordnung, aus der ersichtlich ist, daß der Abstand des nach innen
vorstehenden Flansches 26 von der Stirnfläche des Fortsatzes 14 größer ist als die
Längsabmessung des breiten genuteten Innenendes von Klemmring 30, so daß der Klemmring
30 eine begrenzte Längsbewegung ausführen: kann,. Der äußere Endabschnitt 36 des
Klemmringes 30 ist im Durchmesser etwas kleiner, so daß ein abgesetzter Außendurchmesser
entsteht. Die außenliegende Stirnfläche des Klemmringes 30 ist eben und liegt in
einer quer zur Achse des Klemmringes 30 gerichteten Ebene. Die Länge des Klemmringes
30 ist so groß, daß bei Anlage seiner Innenendfläche an der Endfläche des Fortsatzes
14 seine Außenendfläche in der Mitte der Öffnungen 24 der Hülse 20 liegt.
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Eine Einschraubkappe oder ein Entladekopf 40 mit einem rohrförmigen
oder zylindrischen Abschnitt, dessen Außendurchmesser im wesentlichen gleich den
Außendurchmessern des Behälterteils 10 und der Hülse 20 ist, wird von der Hülse
20 gehalten, um den Behälterteil 10 zu vervollständigen. Die Kappe hat an dem einen
Ende eine Stirnwand 42 und an ihrem gegenüberliegenden Ende einen im Durchmesser
verkleinerten Scheransatz 44. Der Scheransatz 44 hat ein Außengewinde, so daß er
in das Innengewinde 28 des Außenendes der Hülse 20 eingeschraubt werden kann. Die
Stirnfäche des im Durchmesser kleineren Scheransatzes 44 der Kappe ist eben und
senkrecht zur Achse der Kappe gerichtet. Die Stirnfläche liegt in der Mitte des
Hülsenschlitzes 24. Die Kappe 40 besteht aus Stahl oder einem anderen Metall von
der gleichen Festigkeit und Härte, wie sie die Teile 10, 20 und 30 haben. Der Scheransatz
44 begrenzt einen Scherring, dessen Innendurchmesser gleich dem Innendurchmesser
des Klemmringes 30 ist. Mehrere Entladekanäle 46 sind in der Wand der Kappe angebracht,
und zwar vorzugsweise in einem ziemlichen Abstand von der i Stirnwand 42 und vorzugsweise
in der Nähe des Scheransatzes 44. Die Kanäle 46 erstrecken sich in radialer, jedoch
geneigter Richtung, so daß sie in einem Winkel zur Achse der Kappe und zu einer
quer zur Achse der Kappe verlaufenden Ebene stehen. Das Außenende jedes Kanals ist
dem Innenende des Kanals gegenüber nach hinten gerichtet, so daß das Außenende einen
größeren Abstand von der Stirnwand 42 hat. Die Gesamtquerschnittsfläche aller Entladekanäle46
ist gleich der Querschnittsfläche der in dem Klemmring 30 und im Scheransatz
44 vorhandenen Öffnungen.
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Eine Berst- oder Bruchscheibe 50, vorzugsweise rechteckiger Form (Fig.
2), ist zwischen Klemmring 30 und dem schneidenden Ende des Scheransatzes 44 der
Kappe 40 eingeklemmt. Die Berstscheibe 50 hat eine solche Größe, daß sie auf allen
Stellen an den Stirnflächen des Klemmringes 30 und des Scheransatzes 44 der
Kappe 40 anliegt, und hat gleichzeitig einen kleinen Abstand von den gegenüberliegenden
Stirnwänden der Schlitze 24. Die Berstscheibe 50 ist vorzugsweise etwas länger als
breit, so daß die Ecken 52 der Berstscheibe etwas über die Außenlinie der Hülse
20 vorstehen, um auf diese Weise das Erfassen dieser Ecken 52 zu erleichtern. Die
Breite jedes Schlitzes 24, d. h. seine Abmessung parallel zur Achse der Hülse 20,
ist übrigens so breit gewählt, daß eine Bedienungsperson teilweise in den Schlitz
fassen kann, um die Ecken 52 leichter zu ergreifen.
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Die Stoßstellen zwischen Hülse 20 und Fortsatz 14 sowie zwischen Hülse
20 und Klemmring 30 sind abgedichtet. Zu diesem Zwecke liegt eine ringförmige federnde
Dichtung 52a in der Umfangsnut 18 des Fortsatzes 14, und eine ähnliche ringförmige
Umfangsdichtung 54 liegt in der Umfangsnut 32 des Klemmringes 30. Diese Dichtungen
52a, 54 sind aus natürlichem oder künstlichem Kautschuk hergestellt und verformen
sich bei Druck, so daß bei steigendem Druck eine stärkere Abdichtung erfolgt.
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Um den nahe der zerreißbaren Berstscheibe befindhchen Abschnitt der
Vorrichtungen zu kühlen, kann mit der Leitung 12 eine Rohrleitung 13 verbunden sein,
die sich bis nahe der Berstscheibe 50 erstreckt. Die aus der Rohrleitung 13 strömende
Luft kühlt die Entladefläche. Sollen andere Stellen des Behälterteils 10 gekühlt
werden, so werden in der Rohrleitung 13
Öffnungen (nicht dargestellt) angebracht,
aus denen ein Teil der Luft ausströmt. Die hier dargestellten Leitungen 12 und 13
werden natürlich nur bei Vorrichtungen verwendet, die mit Druckluft betrieben werden.
Andere Zuleitungen für ein Gas können dann vorgesehen werden, wenn die Vorrichtung
mit Kohlensäure oder einem ähnlichen Gas betrieben wird. Ferner können Vorrichtungen
eingebaut werden, die das Gas erwärmen, so daß es sich schnell ausdehnt und dadurch
den gewünschten Sprengdruck entwickelt.
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Das Arbeiten der Vorrichtung ist nachstehend unter der Annahme beschrieben,
daß die Erfindung bei einem mit Druckluft betriebenen Behälterteil verwendet wird.
Der Behälterteil 10, die Hülse 20
und der Klenn,ring 30 mit der Zuführleitung
12 werden zusammengebaut und bilden den einen Bauteil der Vorrichtung. Die Einschraubkappe
40, 42
bildet den zweiten Behälterteil der Vorrichtung. Die Berstscheibe
50 ist ein Bauteil, der nach jeder Verwendung der Vorrichtung ersetzt wird. Es sei
angenommen, daß die Einschraubkappe 40, 42 in das Gewinde 28 der Hülse 20 eingeschraubt
und die Vorrichtung zur Verwendung bereit ist. Eine Berstscheibe 50 wird dann durch
Schlitz 24 in den Raum, der sich zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten des
Klemmringes 30 und des Scheransatzes 44 der Kappe 40 befindet, so weit eingeschoben,
bis die Berstscheibe 50 die in Fig. 2 dargestellte Stellung einnimmt, in der sie
völlig über der Bohrung oder dem Innenraum der Vorrichtung liegt. Die Berstscheibe
50
wird in dieser Stellung gehalten, und die Einschraubkappe 40, 42 wird von
Hand oder unter Verwendung eines Schraubenschlüssels so lange gedreht, bis die Berstscheibe
50 zwischen den Teilen 30 und 44 fest eingeklemmt ist. Die Vorrichtung ist dann
verwendungsbereit und kann in eine Bohrung eingesetzt werden, die in den Kohlenstoß,
das Kiesbett oder ein zu sprengendes anderes Material gebohrt ist. Die Bohrung ist
so groß, daß sie die Sprengpatrone aufnimmt. Die Sprengpatrone wird mit dem Kappenende
nach innen in die Bohrung eingeschoben.
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Druckluft oder ein anderes Druckgas wird dann so lange über die Leitung
12 in die Sprengpatrone gefüllt, bis die Ladung einen Druck erreicht, bei dem die
Berstscheibe 50 bricht oder zerreißt. Bei dem beim Laden erfolgenden Druckanstieg
innerhalb der Sprengpatrone strömt Druckgas zwischen den sich gegenüberstehenden
Endflächen des Fortsatzes14 und des Klemmringes 30 hindurch. Das Durchsickern des
Gases zur Außenluft wird jedoch von den ringförmigen federnden Dichtungen 52a und
54 verhindert. Der auf die Stirnseite des Klemmringes 30 ausgeübte Druck verschiebt
jedoch den Klemmring 30 in Längsrichtung und erhöht den gegen die Berstscheibe 50
wirkenden Klemmdruck. Bei allmählich ansteigendem Druck der innerhalb des Behälters
vorhandenen Gasladung erhöht sich auch proportional die auf die Berstscheibe 50
ausgeübte Druckkraft. Das allmähliche Erhöhen der Druckkraft erhöht die Dichtigkeit
der Berührungsstelle zwischen Außenende des Klemmringes 30 und der Berstscheibe
50,
so daß zwischen den Teilen 30 und 50 eine wirksame Abdichtung
geschaffen wird, die jedes Durchsickern zwischen diesen Teilen zur Außenluft in
den Schlitzen 24 verhindert.
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Die Berstscheibe 50 wird vorzugsweise aus zähem Flußeisen hergestellt,
das weicher und schwächer als die anderen Teile der Vorrichtung ist. Bei Verwendung
eines derartigen Materials wird die Berstscheibe an ihrem Mittelabschnitt verformt,
gebogen oder ausgewölbt, wenn sich die in der Vorrichtung befindliche Gasdruckladung
dem Höchstdruck nähert, dem die Berstscheibe 50 widerstehen kann. Bei dieser Verformung
hält der Druck der Teile 30 und 44 auf die Kante der Berstscheibe 50 diese Kante
gegen einen nach innen erfolgenden Schlupf, so daß der Mittelabschnitt der Berstscheibe
gestreckt und in seiner Dicke vermindert wird. Dieses Strecken erfolgt in der Hauptsache
und gleichmäßig an dem die Kante des Mittelabschnittes der Berstscheibe umgebenden
oder begrenzenden Ringabschnitt. Das Verformen geht so lange vor sich, bis der Ringabschnitt
der Berstscheibe 50 so weit gestreckt und geschwächt ist, daß ein plötzliches Bersten
erfolgt. Dieses Bersten kennzeichnet sich durch ein kurzzeitiges und vollkommenes
Zerreißen oder Abscheren des gestreckten Mittelteils von dem eingeklemmten Randteil
an dem geschwächten: Ringabschnitt, der den verformten Mittelabschnitt der Berstscheibe
umgibt und von der Größe und der Form des Scheransatzes 44 begrenzt oder bestimmt
wird. Der verformte Mittelabschnitt wird daher aus der Berstscheibe wie ein Abfallstück
getrennt, das mit dem beim Metallstanzvorgang erzeugten Abfall vergleichbar ist.
Das Trennen dieses Abfallstückes aus der Berstscheibe macht das Abfallstück völlig
frei, das von der austretenden Gasladung mit hoher Geschwindigkeit gegen die Stirnwand
42 der Kappe geschleudert wird. Die Kappe hat vorzugsweise eine solche Länge, daß
der zwischen der Berstscheibe 50 und der Stirnwand 42 der Kappe vorhandene Raum
eine genügende Größe hat, so daß das abgetrennte Abfallstück unter der Schleuderwirkung
der unter hohem Druck und mit hoher Geschwindigkeit aus dem Behälterteil 10 austretenden
Gasladung eine hohe Geschwindigkeit erreicht. Die Geschwindigkeit des ausgestoßenen
Abfallstückes ist so hoch, daß es sich beim Auftreffen auf die Stirnwand 42 infolge
des Stoßes faltet und zusammenrollt. Seine Gesamtgröße wird infolgedessen verkleinert,
und es verklemmt sich nicht in der Stirnkappe, sondern kann sich frei in der Kappe
bewegen.
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Das Durchtrennen des gesamten Mittelabschnittes der Berstscheibe
50 ergibt eine freie Entladeöffnung, die eine plötzliche Entleerung der Gasladung
in die Einschraubkappe 40 und aus den Auslaßkanälen 46 zuläßt. Eine derartige plötzliche
Entladung ist von großem Vorteil, da die Sprengkraft und die Sprengleistung umgekehrt
proportional zu der zum Ausstoßen der Gasladung benötigten Zeit sind. Die Sprengleistung
dieser Vorrichtung ist im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen hoch, so daß
der Fassungsraum des Behälters gegenüber dem Fassungsraum der mit Gasdruck arbeitenden
üblichen Sprenb vorrichtungen, die eine gleichwertige Materialmenge sprengen, wesentlich
verkleinert werden kann. Hierdurch ist auch eine Verminderung des Durchmessers oder
der Seitenabmessung einer Sprengpatrone bei einer bestimmten Länge möglich, so daß
der Durchmesser des Bohrloches, das zur Aufnahme der Sprengpatrone gebohrt werden
muß, verkleinert werden kann. Selbst eine kleine Verminderung in der Größe eines
zu bohrenden Bohrloches ist von großer Wichtigkeit und erspart viel Kraft und Zeit
beim Bohrvorgang. Die Erfindung erzielt also Ersparnisse im Bohrvorgang, ferner
Ersparnisse bei den Herstellungskosten und schließlich Ersparnisse in der Zeit,
die erforderlich ist, um die Vorrichtung nach jeder Benutzung wieder verwendungsbereit
zu machen. Die Zeit, die erforderlich ist, um die Vorrichtung zur Wiederbenutzung
vorzubereiten, ist klein. Die Einschraubkappe 40 wird zuerst so weit gedreht, daß
die Klemmwirkung auf den nach der Sprengung zurückgebliebenen Randabschnitt_ der
Berstscheibe 50 aufgehoben wird, so daß die Berstscheibe aus dem einen Schlitz 24
herausgezogen werden kann. Dann wird eine andere Berstscheibe durch den Schlitz
24 eingesetzt, und die Einschraubkappe 40 wird gedreht, um die neue Berstscheibe
festzuschrauben. Nach dem Entladen des Behälters ist die auf die Scheibe wirkende
Klemmkraft, verglichen mit der Klemmkraft, die vor der Entladung vorhanden war,
wesentlich kleiner. Mit anderen
Worten: Wenn der innerhalb der Sprengpatrone
herrschende Druck infolge der Entladung der Vorrichtung sich auf Außenluftdruck
vermindert, wird die von dem Klemmring 30 ausgeübte Druckkraft ebenfalls vermindert.
Infolgedessen kann die Einschraubkappe 40, 42 ohne Verwendung von Spezialwerkzeugen
zwecks Freigabe der durchtrennten Berstscheibe 50 leicht gedreht werden. Dies erleichtert
das schnelle Auswechseln der Berstscheibe 50.
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Die Vorrichtung ist im Aufbau einfach und besteht aus nur wenigen
Teilen. Die Vorrichtung hat daher den Vorteil, daß wenig Fehler- und Verschleißstellen
vorhanden sind, verglichen mit den komplizierten früheren Ausführungen, bei denen
Ventile verwendet wurden. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Teile
bei Verschleiß oder Versagen leicht ausgebaut werden können. Sollte beispielsweise
die Stirnfläche des Klemmringes 30 so eingekerbt sein, daß keine wirksame Abdichtung
mit der Berstscheibe 50 erreicht werden kann, dann erfolgt die schnelle Auswechslung
des Klemmringes 30 dadurch, daß die Hülse 20 von dem Fortsatz 14 abgeschraubt, der
schadhafte Klemmring von der Hülse abgezogen, ein neuer Klemmring in die Hülse eingesetzt
und dann die Hülse 20 wieder auf den Behälterteil 10 aufgeschraubt wird. Ein anderer
Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die Berstscheiben 50, die die Druckregelung
für den Sprengdruck der Vorrichtung bilden, einfach im Aufbau und billig sind, dicht
zusammengestapelt werden können und keine große Sorgfalt bei der Handhabung erfordern.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung sind die gleichen Bezugszeichen
für gleiche Teile der in Fig. 1 dargestellten Ausführung verwendet. Bei dieser Ausführung
arbeiten die Teile in der gleichen Weise zusammen wie bei der Ausführung nach Fig.1.
Der einzige wesentliche Unterschied in dieser Ausführung gegenüber der Ausführung
nach Fig.1 besteht in der Ausbildung der Hülse 20 und des Klemmringes 30. In der
zweiten Ausführung hat der Klemmring 30 über seine gesamte Länge weg eine gleichförmige
Querschnittsabmessung, mit Ausnahme an dem abgesetzten Abschnitt 36. Ein abgesetzter
Endabschnitt 36 wird zwar vorzugsweise verwendet, jedoch ist dieser Abschnitt nicht
wesentlich, sondern der gesamte Querschnittsumriß des Klemmringes 30 kann rechteckig
sein, so daß das an der Berstscheibe 50 anliegende Stirnende des Klemmringes volle
Dicke hat. Der Klemmring 30 kann aber auch einen ungefähr rechteckigen Umriß haben,
bei dem jedoch ; der Außenrand der Klemmkante des Ringes 30 etwas abgeschrägt ist
oder eine Abrundung hat. Der nach innen vorstehende Flansch oder Ring nach Fig.1
ist bei den Ausführungen nach der Fig. 4 weggelassen, so daß die Innenbohrung des
gesamten Abschnittes der Hülse 20, in die der Klemmring 30 einpaßt, zylindrisch
ist und von keinem Vorsprung unterbrochen wird. Der Klemmring 30 gleitet in der
Bohrung der Hülse 20, jedoch liegt sein Dichtring 54 reibend an der Innenfläche
der Hülse 20 an. Der von dem Dichtring 54 erzeugte Reibungswiderstand ist so groß,
daß er den Klemmring 30 für gewöhnlich in der Hülse 20 und ständig
in Anlage an dem Stirnende des Fortsatzes 14 hält, selbst wenn die Berstscheibe
50 abgenommen ist und die Einschraubkappe 40, 42 aus der Hülse 20 herausgeschraubt
wird.
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Die in Fig.4 dargestellte Ausführung weist alle Vorteile und Arbeitseigenarten
auf, wie sie mit Bezug auf die Ausführungen nach Fig. 1 beschrieben worden sind.