DE3034101A1

DE3034101A1 - Vorrichtung zur herstellung von haftbindungen

Info

Publication number: DE3034101A1
Application number: DE19803034101
Authority: DE
Inventors: Charles George Carson City Nevada Hutter
Original assignee: Physical Systems Inc
Current assignee: Physical Systems Inc
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1981-04-02
Also published as: GB2063198A; IT8024585A0; CA1160433A; FR2464981B1; BR8005899A; BE885224A; DE3034101C2; FR2464981A1; SE450967B; SE8005961L; NL184972B; IT1132737B; AU6238580A; US4302492A; NL8005114A; NL184972C; GB2063198B; JPS5649410A

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Haftbindungen

Auf zahlreichen Gebieten der Technik ist es wichtig, in der Lage zu sein, ein Element wie beispielsweise einen Flecken oder eine Haltevorrichtung wie einen Stutzen, eine Mutter oder eine Schraube oder einfach eine flache Platte aufzusetzen. So ist es beispielsweise oft wichtig, in der Lage zu sein, ein Loch in der Haut eines Flugzeugs zu reparieren bzw. abzudecken, um eine Öffnung in einem Gefäß abzudecken, zu dessen Innenraum nur unter Schwierigkeiten Zugang besteht, oder eine Einrichtung an ein tragendes Element anzusetzen, ohne ein Loch in das tragende Element einbringen zu können - wie wenn ein Rückspiegel an eine Glas-Windschutzscheibe angebracht werden soll, usw. Bei vielen dieser Fälle ist es möglich, die Befestigung mit einem Klebstoff zu bewerkstelligen; in anderen muß man andere Festlegungsarten - beispielsweise Löten oder Schweißen - wählen. Bei allen diesen hier betrachteten Anwendungen muß das zu befestigende Element mit ausreichender Genauigkeit in die Sollage gebracht und in ihr festgehalten werden, während die Verbindung hergestellt wird, wobei in den meisten Fällen eine Kraft auf das zu befestigende Element aufgebracht wird, um es auf das Substrat zu drücken.

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Bisher hat man es für erforderlich gehalten, das festzulegende Teil mit Halte- oder sonstigen Vorrichtungen in der Sollage zu halten. Diese Vorrichtungen sind aber in vielen Fällen unzweckmäßig im Einsatz und es besteht seit langem Bedarf an einem Verfahren und einer geeigneten Einrichtung, mit denen sich ein Element auf eine Oberfläche aufbringen läßt.

Die vorliegende Erfindung weist ein an einer Oberfläche zu befestigendes Element, eine federnd nachgiebige Einrichtung, die Druck übertragen kann, um das Element auf die Oberfläche zu drücken, eine Federeinrichtung, die Druck auf das Element aufbringen kann, sowie eine federnd nachgiebige Einrichtung auf, die die Federeinrichtung auf der tragenden Oberfläche hält. In einer einfachen Form der Erfindung ist ein elastischer Ring vorübergehend an die tragende Oberfläche geklebt. Die gegenüberliegende Seite des elastischen Rings hält eine gewölbte Metallplatte, deren konvexe Oberfläche von dem elastischen Ring abgewandt liegt. Die gegenüberliegende oder konkave Oberfläche der Scheibe trägt mittig ein elastisches Kissen, an das das Element angeheftet ist. Ein geeigneter Klebstoff ist auf die freie Oberfläche des Elements aufgetragen und der federnd nachgiebige Ring ist an der tragenden Fläche festgeklebt. Das konvexe Scheibenelement wird dann zur tragenden Unterlage und das Element auf die tragende Unterlage gedrückt, wobei die Scheibe konkav wird, so daß sie weiterhin eine Kraft auf das Element ausübt. Nach einer geeigneten Zeitspanne wird die vorläufige Verbindung zwischen dem Ring und der tragenden Fläche gelöst und der Ring, die Scheibe und das komprimierbare Kissen abgenommen, so daß das Element auf der Unterlage befestigt zurückbleibt.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung der vollständigen ■ Befestigungsanordnung von oben;

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Fig. 2 ist eine Perspektivdarstellung der Befestigungsanordnung von unten;

Fig. 3 ist eine Perspektivdarstellung, die das Element auf der tragenden Unterlage befestigt zeigt;

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung der Befestigungsanordnung auf der Ebene 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung ähnlich der Fig. 4 und zeigt das Aufbringen des Bindematerials auf das Element;

Fig. 6 ist eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung und zeigt das Aufbringen des Elements auf die tragende Unterlage;

Fig. 7 ist ein Schnitt entsprechend der Fig. 5 und zeigt die Aufbringung einer Kraft auf die Federscheibe und deren Verformung, wobei sie Druck auf das Element ausübt;

Fig. 8 ist eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung, zeigt aber das Abnehmen des federnd nachgiebigen Elements und der Federscheibe, so daß das Element in der Solllage auf der tragenden Unterlage verbleibt;

Fig. 9 is,t eine Perspektivdarstellung einer Anordnung für ein zu befestigendes Element, das als hutförmig bezeichnet werden kann, von oben;

Fig. 10 ist eine Perspektivdarstellung der Anordnung der Fig. 9 von unten;

Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung auf der Ebene 11-11 der Fig. 9 und zeigt das zu befestigende hutförmige Element;

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Fig. 12 ist eine Perspektivdarstellung des hutförmigen Elements nach dem Befestigen auf der tragenden Unterlage;

Fig. 13 ist ein Schnitt entsprechend der Fig. 11 und zeigt das Element mit einer von ihm abstehenden Schraube;

Fig. 14 ist eine Perspektivdarstellung des in Fig. 13 gezeigten befestigten Elements;

Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung entsprechend der Fig. 11, zeigt aber ein zu befestigendes Element mit eingesetzter Mutter;

Fig. 16 ist eine Perspektivdarstellung des in Fig. 15 gezeigten, zu befestigenden Elements.

Wie insbesondere die Fig. 1 bis 4 zeigen, weist die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur zeitweiligen Verbindung auf, die hier als federnd nachgiebiger Ring 20 gezeigt ist, der auf seiner Unterseite, von einer abziehbaren Folie 24 geschützt, einen Auftrag 22 eines druckempfindlichen Klebstoffs trägt. Die andere bzw. obere Seite des Rings 20 ist permanent auf geeignete Weise - beispielsweise mit einem Klebstoff 26 an einem Federelement 28 befestigt.

Das Federelement 2 8 kann unterschiedliche Formen annehmen. In einer der einfachsten besteht es aus einem flächigen Element aus federnd nachgiebigem Metall etwa der gleichen Größe und Gestalt wie die Innenfläche des Rings 20, wobei in der dargestellten Anordnung der kreisrunde Ring 20 an der kreisrunden Scheibe 28 befestigt ist. Mittig im Ring 20 und von ihm beabstandet ist ein federnd nachgiebiges Kissen 30 angeordnet, das mit einem Kleberauftrag 26 auf der gleichen Oberfläche der Scheibe 28 wie der Ring 20 befestigt ist. Diese

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Oberfläche und Richtung ist im folgenden als Unterseite bzw. Abwärtsrichtung bezeichnet; vergl. auch die Fig. 4.

Es ist jedoch einzusehen, daß diese Richtungsangabe nur aus Zweckmäßigkeitsgründen getroffen wurde und daß die Lage der verschiedenen Elemente relativ zueinander wichtig ist, weniger, ob die Oberflächen und Kräfte nach oben oder unten gerichtet

Die Unterseite des mittigen Kissens 30 ist mit einem zeitweiligen Auftrag 32 eines druckempfindlichen Klebstoffs 32 versehen, an dem ein zu befestigendes Element bzw. ein Ausbesserungsflicken 34 angeheftet ist, das bzw. der auf eine tragende Unterlage 36 aufgebracht und dort befestigt werden soll.

Unter der Annahme, daß der Flicken 34 auf die Unterlage 36 aufgebracht werden soll, zeigen die Fig. 5-8 das Verfahren zum Einsatz der soeben offenbarten Einrichtung. Nachdem man die tragende Unterlage 36 auf der Oberseite und den Flicken auf der Unterseite gereinigt hat, bringt man einen Klebstoff 40 auf die Unterseite des Flickens 34 auf, wie in Fig. 5 gezeigt, und zieht die Schutzfolie 24 von der Unterseite des ringförmigen federnd nachgiebigen Elements 20 ab, so daß der druckempfindliche Klebstoff 22 freiliegt. Dann legt man den Flicken 34 auf den zugehörigen Teil der Unterlage 36 auf und bringt auf die Kanten der Scheibe 28 Druck auf, wie die Fig. 6 zeigt. Dabei wird das ringförmige elastische Element 20 komprimiert und bewirkt, daß der druckempfindliche Kleber 22 das ringförmige Element 20 auf der Unterlage 36 hält. Zu dieser Zeit liegt vorzugsweise kein Kontakt zwischen dem Flicken 34 bzw. dem Klebstoff 40 auf diesem und der angrenzenden Oberfläche der tragenden Unterlage 36 vor.

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Um den Flicken 34 auf der unterlage 36 zu befestigen, drückt man dann die Scheibe 28 in der Mitte nach innen, wie in Fig.7 gezeigt. Wie bereits erwähnt, besteht die Scheibe 28 aus einem elastischen Material und ist zu einer allgemein konvexen Form gewölbt. Hat der auf die Oberseite der Scheibe aufgebrachte Druck einen bestimmten Wert erreicht, wie in Fig.7 gezeigt, schnappt die Scheibe aus der konvexen in eine konkave Gestalt um. Es wird also die Oberseite des elastischen Kissens 30 zur Unterlage 36 hin bewegt; dabei wird das Kissen komprimiert und drückt den Flicken 34 auf die Unterlage 36. Überschüssiger Klebstoff 40 tritt seitlich aus und bildet um den Flicken 34 herum einen Ring 42.

An diesem Punkt hält der druckempfindliche Kleber 22 den Ring 20 auf der Unterlage 36 und der Klebstoff 26 die Scheibe 2 8 auf dem ringförmigen Kissen 20 fest. Der auf die Unterseite des ringförmigen elastischen Elements 20 aufgetragene druckempfindliche Klebstoff muß kräftig genug sein, um das elastische Element fest auf der Unterlage 36 zu halten, während der Klebstoff 40 abbindet. Eine Untersuchung der auftretenden Kräfte zeigt, daß die Gesamtkraft, die den Ring 20 und den Klebstoff 22 von der Unterlage 36 trennen will, gleich der Gesamtkraft ist, die den Flicken 34 auf die Unterlage drückt. Nachdem der Klebstoff weit genug abgebunden hat, bringt man zusätzliche Kraft auf, um das ringförmige elastische Kissen 20 von der Unterlage 36 abzuheben, da der druckempfindliche Kleber 22 eine geringere Klebekraft als der Klebstoff 40 hat. Der druckempfindliche Klebstoff 32 gibt den Flicken 34 vom komprimierbaren Element 30 frei, wie in Fig. 8 gezeigt, so daß der Flicken in der Sollage zurückbleibt.

Es ist einzusehen, daß die Haftkraft des druckempfindlichen Klebstoffs 32, der den Flicken 34 mit dem komprimierten Kissen

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30 verbindet, nur so hoch zu sein braucht, daß sie den Flicken 34 auf dem Kissen hält, so daß beide eine Einheit bilden. Demgegenüber muß der druckempfindliche Klebstoff 22, der das Ringkissen 20 auf der Unterlage 36 hält, eine höhere Klebkraft haben, da, wie in Fig. 7 gezeigt, der von der Federscheibe 28 auf den Flicken 34 ausgeübte Druck einen Zug bewirkt, der das Ringkissen 20 von der Fläche 36 abziehen will.

Wie weiterhin einzusehen ist, ist es wichtig, daß der druckempfindliche Kleber 32, der den Flicken 34 auf dem komprimierbaren Kissen 30 hält, eine geringere Haltekraft als der Klebstoff 40 haben muß, der den Flicken auf der Fläche 36 hält. Ist dies nicht der Fall, wäre, wenn das Ringkissen 20 und die Federscheibe 2 8 von der Fläche 36 entfernt werden, die Bindung zwischen dem Kissen 30 und dem Flicken 34 stärker als die zwischen dem Flicken und der Fläche 36, so daß man das Kissen abheben würde, ohne daß es seine Aufgabe erfüllen könnte.

Die Fig. 9-12 zeigen eine weitere Einrichtung, in der das aufzutragende Element sich als hutförmig bezeichnen läßt im Gegensatz zu einem ebenen flachen Flicken. Ein hütchenförmiges Element findet eine Vielzahl von Anwendungen - beispielsweise wenn ein Ansatz wie beispielsweise eine Mutter auf einer flachen Oberfläche angeordnet werden soll und ein Gewindeschaft durch die flache Oberfläche hindurch in die Mutter hinein verläuft. Soll auf der Mutter und dem Gewindeschaft ein Abschluß angebracht werden, ist das Hütchenelement brauchbar, wie es die Fig. 12 zeigt.

In dieser Ausführungsform der Einrichtung ist deren grundlegender Aufbau ähnlich dem oben beschriebenen, wobei ein ringförmiges Element 120 auf seiner Außenfläche einen druckempfindlichen Kleberauftrag 122 aufweist, den eine Schutzfolie

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124 abdeckt. Auf der anderen Seite ist das Ringelement 120 mit einer Klebstoffschicht 126 an einem Federelement 128 befestigt. In der Mitte des Federelements 127 befindet sich ein allgemein aufgewölbtes Element 150, das durch das Federelement hindurch vorsteht und an diesem auf zweckmäßige Weise festgehalten wird. Dieser Aufbau ist am besten in der Fig.11 ersichtlich.

Mittig im Ringkissen 120 ist ein komprimierbares Kissen 130 angeordnet, das am Federelement 128 mit einem geeigneten Klebstoff 126 festgelegt ist. Eine Schicht eines druckempfindlichen Klebstoffs 132 auf der gegenüberliegenden Seite des Kissens 130 hält ein Hütchenelement 134 fest.

Wie bei dem bereits beschriebenen flachen Flickenstück ist die mit einer tragenden unterlage bzw. Fläche 136 zu verbindende Seite des Hütchenelements 134 mit einem Klebstoff wie dem bereits beschriebenen Klebstoff 40 beschichtet und der Hütchenteil wird aufgesetzt, indem man die Anordnung in die Sollage bringt und dann auf den Vorsprung 150 nach unten drückt, so daß die Feder 128 durch die Mittellage hindurch abwärts ebenso gedrückt wird wie die Feder 28 in Fig. 7. Nachdem der Klebstoff 40 einwandfrei abgebunden hat, nimmt man die Feder 128 und die von ihr getragenen Elemente auf die oben beschriebene Weise wieder ab, so daß das Hütchenelement 134 auf der Fläche 136 zurückbleibt.

Die Fig. 13, 14 zeigen ein zu befestigendes Element 234 und eine Unterlage 236 bzw. Fläche 236,die zu vergleichen sind mit dem Hütchenelement 134 und der Unterlage bzw. Fläche 136, wobei das Element 234 eine Schraube 252 aufweist, die von der Fläche 236 aufwärts absteht, wie in Fig. 14 gezeigt. Der Aufbau der Anordnung ist der in der Fig. 11 gezeigten sehr ähn-

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lieh mit einem Federelement 228, an den· ein Ringelement 220 mit einer: Klebstoff 226 festgeklebt ist, wobei das Ringelement eine:! druckempfindlichen Klebstoffauftrag 222 trägt, der mir einer abziehbaren Folie 224 geschützt ist. Eine Kappe 250 in: Mittelteil der Feder 228 trägt ein komprimierbares Kissen 230 mit einem druckempfindlichen Klebstoff 232, der ein zu befestigendes Element 2 34 mit einer aufwärts vorstehenden Schraube 2 52 aufweist. Der Aufbau ist in Fig. 13 im Schnitt gezeigt; das Befestigungsverfahren entspricht dem für das oben beschriebene Hütchenelement.

Die Fig. 15, 16 zeigen ein weiteres zu befestigendes Element, das den bereits beschriebenen Elementen ähnlich ist, aber eine Mutter trägt. Wie in diesen Figuren gezeigt, trägt eine verfcrmbare Feder 328 ähnlich den Federn 128, 228 einen Vor sprung 350; ein Ringelement 320 ist mit einer Klebstoffschicht 326 angebracht. Eine Schicht eines druckempfindlichen Klebstoffs 322 trägt eine Schutzfolie 324, wie bereits beschrieben. Ein komprimierbares Kissen 330 ist relativ zum Ringkissen 320 zentriert und trägt ein zu befestigendes Element 334, das am komprimierbaren Kissen vom druckempfindlichen Klebstoff 332 festgehalten wird. Mittig relativ zum Element 334 ist eine Mutter 356 ngeordnet, die auf geeignete Weise am Befestigungselement festgelegt werden kann.' Das Verfahren und die Vorrichtung zum Befestigen an einer Unterlage 336 bzw. einer Fläche sind den bereits beschriebenen vergleichbar.

Es ist einzusehen, daß das zu befestigende Element nicht die hier beschriebenen Formen anzunehmen braucht. Will man beispielsweise einen rechteckigen Flicken auf die tragende Fläche aufbringen, läßt sich dies sehr bequem durchführen. Auch ist nicht wichtig, daß die unterlage eben ist, da derartige Flicken oft auch auf in zwei Richtungen gekrümmte Flächen aufgebracht werden müssen. Das Kissen 30 bringt dabei genug Druck auf den

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Flicken 34 auf, daß er sich an die Oberfläche der Unterlage anpaßt.

Zusätzlich sind auch die Klebstoffe ihrem Wesen nach keinen Einschränkungen unterworfen. Der Klebstoff 40 kann beispielsweise seine Festigkeit durch Verdampfen eines Lösungsmittels annehmen; ebenso ist ein Klebstoff einsetzbar, der seine Festigkeit aus einer chemischen Reaktion ableitet, wie beispielsweise einigen Epoxyklebern. Schließlich kann es sich um ein Haftmittel handeln, das wie einige leimartige Stoffe oder auch ein Lot durch Schmelzen seine Festigkeit erreicht und die Verbindung herstellt.

Auf jeden Fall ist wesentlich, daß die zwischen dem Flicken und der Unterlage 36 entstehende Bindung von den verschiedenen sich ausbildenden Klebungen die stärkste ist. Die Bindung zwischen dem Ringkissen 20 und der Unterlage 36 ist die nächstschwächere Bindung, da beim Aufdrücken des Flickens auf die Unterlage 36 die Feder 28 das Ringkissen 20 unter Spannung setzt, sodaß es sich von der Unterlage abheben will. Es ist wichtig, daß durch die Wirkung des Federelements 28 das Ringkissen 20 nicht von der Unterlage 36 abgezogen wird; es ist jedoch ebenfalls wichtig, daß man das Ringelement ohne große Schwierigkeiten abnehmen kann, nachdem die Bindung zwischen dem Flicken 34 und der Unterlage hergestellt ist. Die Bindung, die der druckempfindliche Kleber 32 erzeugt, der den Flicken 34 auf dem Kissen 30 hält, sollte verhältnismäßig schwach sein, da es wichtig ist, daß das Kissen 30 vom Flicken 34 abgehoben werden kann, ohne daß sich dabei durch auftretende Spannungen auch der Flicken von der Unterlage 36 löst.

Es wird weiterhin darauf verwiesen, daß das Federelement 28 nicht unbedingt die Form einer konvexen Scheibe haben muß,

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die sich mit dem Daumen in die konkave Gestalt durchdrücken läßt. Abhängig veη der Größe und Art des Flickens kann es erforderlich sein, das Federelement - beispielsweise mit einem Hammer - zu schlagen. Während andere Formen verwendet werden können, ist die hier gezeigte Durchdrückscheibe eine der einfachsten verfügbaren Formen.

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Z iisainraen f as s ung

Die vorliegende Lrfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der ein Werkstück vorübergehend auf einer Unterlage festgelegt v/erder. kann, während man es mit dieser verbindet. Aus dem Stand der Technik sind Klemmen,- speziell ausgebildete Haltevorrichtungen, Spangen und andere Mittel wie beispielsweise Punktschi-/eiBungen bekannt, um das Werkstück auf dem Substrat festzulegen. Alle diese bekannten Verfahren sind kostspielig entweder hinsichtlich des Arbeitsaufwandes oder der Vorrichtungskosten und alle sind im Vergleich zur vorliegenden Erfindung in der Anwendung unzweckrnässig. Nach der vorliegenden Erfindung wird am Werkstück und an der unterlage ein zeitweiliger Träger festgeklebt, ein federnd nachgiebiges Material, das sich der Oberfläche von Werkstück und Unterlage anpassen kann, sowie eine Federeinrichtung aufweist, die eine Haltekraft zwischen dem Werkstück und der zeitweiligen Bindung zum Substrat aufbringt. Der zeitweilige Träger läßt sich leicht aufbringen und abnehmen und braucht nicht eng toleriert hergestellt zu werden.

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it

Claims

PHYSICAL SYSTEMS, INC., 5101 Convair Street, Carson City /

Nevada / V.St.A.

Patentansprüche

My Vorrichtung zum Aufbringen eines zu befestigenden Elements auf eine Oberfläche, gekennzeichnet durch das auf die Oberfläche aufzusetzende Element, einen Träger der das Element zwischen einer von der Oberfläche beabstandeten ersten Lage und einer zweiten Lage bewegbar hält, in der es an der Oberfläche anliegt, durch eine Verbindungseinrichtung, die den Träger vorübergehend auf der Oberfläche in der Nähe des zu befestigenden Elements festlegt, und durch eine Vorspanneinrichtung, die auf das zu befestigende Element eine Kraft aufbringt, die dieses zur Oberfläche hin drückt, wenn der Träger zeitweilig bezüglich der Oberfläche festliegt und das Element sich in der zweiten Lage befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Vorspanneinrichtung ein federnd nachgiebiges Kissen aufweist, das am Träger befestigt ist und zwischen diesem und der Oberfläche liegt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindungseinrichtung eine Haftschicht auf dem federnd nachgiebigen Kissen ist, die das Kissen auf der Obe r f lä ehe fes t Ie gt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Träger eine durchdrückbare Federscheibe aufweist, die das zu befestigende Element trägt und relativ zum Kissen bewegbar ist, um das Element aus der ersten in die zweite Lage zu bewegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch ein federnd elastisches zweites Kissen, das zwischen dem zu befestigenden Element und der Federscheibe angeordnet und mit diesen verbunden ist und das Element elastisch auf die Oberfläche drückt, wenn das Element sich in der zweiten Lage befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindungseinrichtung vorübergehend den Träger relativ zur Oberfläche in einer Lage festlegt, in der er das Element umgibt und von ihm beabstandet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Träger eine gewölbte Federscheibe aufweist, die wahlweise zwischen einer ersten konvexen Lage und einer zweiten konkaven Lage bewegbar ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen härtbaren Klebstoff auf dem zu befestigenden Element zwischen diesem und der Oberfläche, wenn das Element sich in der zweiten Lage befindet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindungseinrichtung ein nichthärtbarer druckempfindlicher Klebstoff ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger zwischen zwei Lagen relativ zur Verbindungseinrichtung bewegbar ist, um das zu befestigende Element zwischen der ersten und der zweiten Lage zu bewegen.

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