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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgußvorrichtung
mit einer zweiteiligen Form zur Verwendung für das Schleuderspritzgießen eines Käfigs aus
Aluminium oder aus einem anderen geeigneten Material in eine Schichtanordnung
aus Stahlschichten für
einen Rotor eines Elektromotors, insbesondere den Rotor kleiner
Elektromotoren, wie sie in den hermetischen Verdichtern von Kühlsystemen
verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Aus
dem Stand der Technik ist das Schleuderspritzgießen der Aluminiumkäfige in
Rotoren bereits bekannt, die durch eine Schichtanordnung einander überlappender,
ringförmiger
Stahlschichten gebildet sind, welche mit Öffnungen versehen sind, die
in Längsrichtung
zu den Öffnungen
anderer Schichten der Schichtanordnung ausgerichtet sind, um eine
Vielzahl von Axialkanälen
festzulegen, welche die Außenflächen der
Endschichten der Schichtanordnung miteinander verbinden, und die mit
einem Winkelabstand voneinander in einer kreisförmigen Ausrichtung angeordnet
sind, die konzentrisch zur Längsachse
der Schichtanordnung verläuft, aber
in radialer Richtung relativ zur Seitenfläche der letzteren zurückgesetzt
ist.
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Die
Schichtanordnung, deren Längsachse vertikal
angeordnet ist, ist in einer Form angeordnet, die eine untere ringförmige Mulde
nahe der Außenseite
der unteren Endschicht und eine obere Mulde, die im wesentlichen
zylindrisch oder kegelstumpfförmig
ausgebildet ist, nahe der Außenseite
der oberen Endschicht festlegt, und zum Einlaßkanal hin zum Einbringen von
Aluminium in die Form geöffnet
ist.
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Während des
Aluminiumgießens
wird die Mittelachsbohrung der Schichtanordnung, in der später die
Welle des Elektromotors montiert wird, mit einem Kern gefüllt, der
ein mit der oberen Endschicht der Schichtanordnung im wesentlichen
bündiges oberes
Ende und einen aufgeweiteten unteren Endabschnitt aufweist, der
auf einer entsprechenden Aufweitung des unteren Endes der Mittelachsbohrung
der Schichtanordnung und an dem die untere Mulde festlegenden Formabschnitt,
sitzt.
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Das
Aluminium wird in die obere Mulde gegossen, fließt durch die Axialkanäle der Schichtanordnung
in die untere Mulde und füllt
letztere, die Axialkanäle
und die obere Mulde in dieser Reihenfolge, verfestigt sich in einem
radial nach innen und oben verlaufenden Muster, während sich
die Form um ihre vertikale Achse dreht und das Metall abkühlt.
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Nach
Abschluß des
Aluminiumgießens
und Verfestigung wird die Form geöffnet und der geformte Rotor
einem oder mehreren Vorgängen
zum Entfernen des Einlaßkanals
und zum Freilegen des benachbarten Endes der Mittelachsbohrung der Schichtanordnung,
sowie zum Festlegen des korrekten Innenprofils für den oberen Ring des Aluminiumkäfigs unterzogen,
der ferner in einem Stück
einen bereits durch die Form gebildeten unteren Ring und eine Vielzahl
von in den Axialkanälen
der Schichtanordnung geformten Stäben aufweist.
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Beim
Schleuderspritzguß dieser
Rotoren werden die obere und die untere Mulde der Form und die Schichtanordnung
selbst aufgeheizt, so daß das Aluminium
durch die obere Mulde und durch die Axialkanäle der Schichtanordnung läuft, ohne
sich zu verfestigen, mittels Schwerkraft die untere Mulde erreicht
und füllt,
und sich von außen
nach innen und von unten nach oben zu verfestigen beginnt, während die
Form sich weiterhin dreht.
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Damit
die Spritzgußform,
welche die Schichtanordnung oben und unten umgibt und arretiert,
sich um ihre vertikale Längsachse
drehen kann, sind die obere und die untere Mulde der Form jeweils an
einem oberen Lager und an einem unteren Lager montiert, die von
der Struktur des Einspritzsystems getragen werden (ähnlich wie
in der US-A-2 381 616 beschrieben).
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Bei
den Formen vom zuvor erwähnten
Typ verursachen die Abweichungen von der konzentrischen und parallelen
Ausrichtung, die zwischen den Achsen der oberen und der unteren
Mulde auftreten, während
der Drehung der Form Schwingungen in der Form und in der Schichtanordnung,
wobei diese Schwingungen in dem sich verfestigenden metallischen
Material in der oberen und unteren Mulde wirken.
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Ein
Hauptproblem, das durch die Schwingungen der sich drehenden Form
während
der Verfestigung des Aluminiums verursacht wird, besteht darin,
daß die
Stäbe des
Käfigs,
die im Inneren der Axialkanäle
der Schichtanordnung gebildet werden, und auch die Ringe eine Tendenz
zu Rissen aufweisen, wobei die Stäbe im Inneren der Schichtanordnung
in einer durch externe visuelle Betrachtung des fertigen Rotors
nicht wahrzunehmenden Weise in Querrichtung gebrochen sind. Die
Bruch- oder die Rißbildung
eines oder mehrerer Stäbe
oder des oberen bzw. unteren Rings des Käfigs beeinträchtigt merklich
die Qualität
des Rotors und damit den Wirkungsgrad des auszubildenden Elektromotors.
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Eine
der Möglichkeiten,
den Qualitätsverlust aufgrund
unangemessener Schwingungen der Form während der Verfestigung des
Aluminiums zu minimieren oder gar zu beseitigen, besteht darin,
die beiden Mulden der Form auf einem einzigen unteren Lager zu montieren,
wodurch die Achsen der beiden Formteile vereinigt sind. Bei dieser
Lösung
werden die obere und die untere Mulde der Form jedoch von Säulen geführt, die
an der unteren Mulde befestigt sind. Die obere Mulde wird, von den
Säulen
geführt, axial
verschoben, um die Form zu öffnen
und zu schließen,
wobei die obere Mulde gleitend in den Säulen gehalten wird, was die
Automatisierung der Vorgänge
des Einbringens der Schichtanordnung in die Form und der Entnahme
des schleudergegossenen Rotors merklich einschränkt und zudem Probleme hinsichtlich
der Konzentrizität
und eines Anschlagens des Rotors verursacht.
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Während durch
die Montage der beiden Formmulden auf einer einzigen unteren Lageranordnung
das Problem einer Rißbildung
in den Teilen des Aluminiumkäfigs,
die durch Abweichungen von der Konzentrizität und Parallelität zwischen
den Achsen der beiden Formmulden verursacht ist, beseitigt werden
kann, behält
diese bekannte Form nach dem Stand der Technik die obere Formmulde
noch immer an den Säulen
montiert, die axial und außermittig
von der unteren Mulde vorstehen, wenn die obere Formmulde die offene
Formstellung zum Einbringen der Schichtanordnung oder zum Herausnehmen
des schleudergegossenen Rotors erreicht. Somit muß die Bewegung
der Schichtanordnung in die Form und aus dieser heraus dadurch erfolgen,
daß die Schichtanordnung
radial durch den zwischen zwei aufeinanderfolgenden Säulen gebildeten
Spalt geführt
wird. Dieses Merkmal der Lösungen,
bei denen nur ein unteres Lager vorhanden ist und die obere Mulde
entlang den Säulen
zwischen der offenen und der geschlossenen Formstellung in axialer
Richtung verschoben wird, erfordert komplexe Lösungen, um einen hohen Automatisierungsgrad
bei der Herstellung der Rotoren mit einer kurzen Zyklusdauer zu
erreichen, was die Produktivität
beeinträchtigt.
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Ziel der Erfindung
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Mit
dem Ziel, die Nachteile der Schleuderspritzgußformen nach dem Stand der
Technik, bei denen die obere und die untere Formmulde auf einer einzigen
unteren Lageranordnung verdrehbar montiert sind, zu beseitigen,
schlägt
die vorliegende Erfindung eine Formgebungsvorrichtung mit einer
relativ einfachen und effizienten Bauweise vor, die eine ausgeglichene
Drehung der Form während
der Verfestigung des Käfigs
in der Schichtanordnung sicherstellt und dabei Schwingungen und
Brüche
der Bauteile des Käfigs,
insbesondere seiner Stäbe,
vermeidet, ohne den Zugang in das Innere der Form bei den automatischen
Vorgängen
des Einbringens der Schichtanordnung in die Form und des Herausnehmens
des schleudergegossenen Rotors einzuschränken.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert; optionale Merkmale derselben
sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
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Die
Formgebungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird zum
Schleuderspritzgießen von
Aluminium oder einer anderen Metallegierung verwendet, die dazu
geeignet ist, verschiedene Teile, wie z.B. den Käfig des Rotors eines in hermetischen Verdichtern
verwendeten Elektromotors, herzustellen.
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Gemäß der Erfindung
umfaßt
die Formgebungsvorrichtung: einen unteren Formabschnitt mit einem
Basisblock, der mit seiner Unterseite verdrehbar an Lagermitteln
montiert ist, die an der Struktur einer Schleuderspritzgußmaschine
befestigt sind; mehrere Axialsäulen,
die an ihrem Umfang und an ihrer Oberseite am Basisblock befestigt
sind, und einen beweglichen Block, der eine untere Formmulde festlegt
und verschieblich an den Axialsäulen
montiert ist, um zwischen einer offenen und einer geschlossenen
Formstellung axial verschoben zu werden. Elastische Mittel sitzen
auf dem Basisblock, um den beweglichen Block laufend zur geschlossenen
Formstellung hin zu drücken,
wobei ferner eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die in Wirkverbindung
mit der Maschinenstruktur und mit dem beweglichen Block steht und
wahlweise angetrieben wird, um den beweglichen Block gegen die Wirkung
der elastischen Mittel zur offenen Formstellung hin zu verschieben.
Ein oberer Formabschnitt sitzt abnehmbar auf den Axialsäulen und
ist an diesen über
Verschlußmittel
in einer geschlossenen Formstellung befestigt.
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Die
vorstehend festgelegte bauliche Anordnung gestattet es, die beiden
Formabschnitte mittels der Axialsäulen korrekt positioniert und
ausgerichtet in der geschlossenen Formstellung zu halten, wobei die
Form nur von einer Anordnung von Lagern getragen wird, die an der
Maschinenstruktur befestigt sind und den unteren Formabschnitt verdrehbar
lagern. Der obere Formabschnitt wird in einer Positionierung, die
durch die Axialsäulen
gewährleistet
ist, welche starr und korrekt am unteren Formabschnitt befestigt sind,
in Eingriff mit dem unteren Formabschnitt geführt. Diese Anordnung beseitigt
das Problem der unausgerichteten Achsen der beiden Formabschnitte.
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Neben
dem zuvor erwähnten
Aspekt gestattet es die vorliegende Bauweise, den oberen Formabschnitt
vollständig
von den Axialsäulen
abzunehmen und mittels einer vorzugsweise als Roboter ausgebildeten
Positioniervorrichtung zu beabstanden, wodurch das Produkt, das
zum Spritzgießen vorgesehen
ist, z.B. der Rotor des Elektromotors, einfach im Inneren der offenen Form
positioniert werden kann, so daß es
auf dem unteren Formabschnitt sitzt, nachdem es durch das Innere
der Axialsäulen axial
nach unten verschoben wurde, und zwar unabhängig von der Winkelstellung,
in der diese Axialsäulen
im unteren Formabschnitt vorliegen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte, diametrale Vertikalschnittdarstellung einer Formgebungsvorrichtung
im offenen Zustand, wobei der obere Formabschnitt entfernt wurde,
damit eine Stahlschichtanordnung im Inneren der Form nach der vorliegenden
Erfindung aufgenommen werden kann;
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2 eine
der 1 ähnliche
Ansicht, die jedoch die Form noch immer offen zeigt, wobei aber die
Schichtanordnung auf dem unteren Formabschnitt sitzt;
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3 eine
der 2 ähnliche
Ansicht, die jedoch den oberen Formabschnitt in einer gleitenden, axialen
Eingriffsstellung mit der Führungseinrichtung der
Axialsäulen
zeigt, aber noch immer außerhalb seiner
geschlossenen Formstellung, wobei der bewegliche Block des unteren
Formabschnittes axial zur offenen Formstellung verschoben wird;
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4 eine
der 3 ähnliche
Ansicht, die jedoch den unteren und den oberen Formabschnitt in der
geschlossenen Formstellung um die Schichtanordnung herum zeigt,
und
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5 eine
Querschnittsdarstellung entlang der Linie V-V in 1.
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Beschreibung
der dargestellten Ausführungsform
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Die
Figuren der beigefügten
Zeichnungen veranschaulichen die Form, die zum Schleuderspritzguß eines
Aluminiumkäfigs
verwendet wird, der in einer Schichtanordnung eines Elektromotor-Rotors aufgenommen
ist, wobei diese Rotorbauweise dem Fachmann wohl bekannt ist. Es
versteht sich jedoch, daß die
vorliegende Form zum Schleuderspritzguß auch anderer Teile eingesetzt
werden kann, die durch die Fehlausrichtung, welche zwischen den
Formteilen während
der Verfestigung des eingespritzten heißen Metalls auftritt, in negativer
Weise beeinträchtigt werden
können.
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Die
dargestellte Form umfaßt
einen unteren Formabschnitt 10 und einen oberen Formabschnitt 20,
die relativ zueinander in axialer Richtung zwischen einer offenen
und einer geschlossenen Formstellung verschoben werden, wie dies
zuvor beschrieben wurde.
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Der
untere Formabschnitt 10 weist einen Basisblock 11 auf,
der sich nach unten erstreckt, um an seiner Unterseite verdrehbar
auf Lagermitteln 30 montiert zu werden, die axial voneinander
beabstandet und an einer Maschinenstruktur E, meist einer Maschinenstruktur
zum Schleuderspritzgießen,
befestigt sind. Ein unterer Endabschnitt des Basisblocks 11 steht über die
Lagermittel 30 vor, um eine Riemenscheibe 40 aufzunehmen,
die üblicherweise durch
Reibwirkung in Wirkverbindung mit einer (nicht dargestellten) Antriebseinheit
stehen soll, welche so bemessen ist, daß sie beim Schleudern des geschmolzenen
Metalls, das in die geschlossene Form gegossen wird, die Drehung
des Basisblocks 11 um seine Längsachse erzeugt. Der Basisblock
trägt eine Vielzahl
von oberen, peripheren Axialsäulen 13,
die durch ein geeignetes Verfahren, z.B. durch Einsetzen in entsprechende
exzentrische Axialgehäuse 11a des
Basisblocks, unten starr am Basisblock 11 befestigt und
durch Stifte 11b axial arretiert sind.
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Bei
dem in den Figuren gezeigten Beispiel ist nur eine Axialsäule 13 dargestellt,
obwohl drei dieser Säulen
in gleichem gegenseitigem Abstand von 120° voneinander vorgesehen sind.
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Der
untere Formabschnitt 10 umfaßt ferner einen beweglichen
Block 12, der oben eine untere Formmulde 12a festlegt
und an den Axialsäulen 13 verschieblich
montiert ist, so daß er
zwischen einer offenen Formstellung, in der er sich dem Basisblock 11 nähert, und
einer geschlossenen Formstellung, in der er vom Basisblock 11 entfernt
ist, axial verschoben werden kann.
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Wie
gezeigt, wird der bewegliche Block 12 durch Betätigung einer
Mehrzahl von elastischen Mitteln 50, allgemein in Form
von Schraubfedern, die zueinander versetzt und parallel zu den Axialsäulen verlaufen
und deren unteres Ende auf einem entsprechenden Gehäuse 11c sitzt,
das im Basisblock 11 vorgesehen ist, und deren oberes Ende
am beweglichen Block 12 sitzt, laufend in die geschlossene Formstellung
hin gedrückt.
Die elastischen Mittel 50 sind vorzugsweise um entsprechende
Axialstangen 51 herum montiert, die unten am Basisblock 11 befestigt
sind und über
den beweglichen Block 12 hinauslaufen, damit ihr oberes
Ende einen aufgeweiteten Kopf 52 aufnimmt, der als Anschlagmittel
zur Begrenzung der maximalen Verschiebung des beweglichen Blocks 12 vom
Basisblock 11 weg durch Betätigung der elastischen Mittel 50 dient,
wenn die Form offen ist, wobei der obere Formabschnitt 20 abgenommen
und diese Form dazu eingerichtet ist, die Schichtanordnung PL darin
aufzunehmen, wie dies in den 1 bis 2 dargestellt
ist.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit den Axialsäulen 13 beschrieben,
sind die elastischen Mittel 50 meist drei elastische Mittel,
die entsprechend derselben kreisförmigen Ausrichtung der Axialsäulen 13 angeordnet
und ebenfalls in Umfangrichtung um 120° voneinander beabstandet sind,
obwohl die Figuren der Zeichnungen nur ein elastisches Mittel 50 und die
entsprechende Axialstange 51 zeigen. Der obere Formabschnitt 20 legt
unten eine obere Formmulde 20a fest, die mit der unteren
Formmulde 12a nach dem Schließen der Form in Wirkverbindung
tritt, um einen mit dem flüssigen
Metall zu füllenden
Raum festzulegen. Bei dem dargestellten Beispiel sind die obere
Formmulde 20a und die untere Formmulde 12a jeweils
mit den beiden gegenüberliegenden
Endflächen
der Schichtanordnung PL eines Elektromotor-Rotors verbunden, wie
dies in 4 gezeigt ist.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
umfaßt
die Form ferner eine Antriebseinrichtung 60, die pneumatisch
oder in jeder anderen geeigneten Weise angetrieben wird, und eine
langgestreckte Stange 61, die in axialer Richtung verschieblich über den
Basisblock 11 und den beweglichen Block 12 des
unteren Formabschnittes 10 hinausläuft, wobei die langgestreckte
Stange 61 ein oberes Ende, das mit einem am Mittelbereich
der unteren Formmulde 12a sitzenden Ringflansch 62 versehen
ist, und ein unteres Ende aufweist, das mit Mitteln versehen ist,
die mit einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung gekoppelt werden
sollen, welche in der Lage ist, die wahlweise Axialverschiebung
der langgestreckten Stange 61 durch den oberen Formabschnitt 10 hindurch
zu fördern.
Das obere Ende der langgestreckten Stange 61 weist ferner
eine Axialverlängerung 63 auf,
die über dem
Ringflansch 62 angeordnet ist und in der Mittelbohrung
der Schichtanordnung PL sitzen soll, um den durch die Bohrung festgelegten
Raum eng und vollständig
einzunehmen und dabei das Eintreten von flüssigem Metall in diesem Bereich
der Schichtanordnung PL zu vermeiden.
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Wie
in 1 gezeigt, wird die langgestreckte Stange 61 der
Antriebseinrichtung 60, wenn die Form offen und der obere
Formabschnitt 20 abgenommen ist, axial nach oben in eine
Be-/Entladestellung verschoben, in der eine Schichtanordnung PL
eng anliegend, aber leicht abnehmbar, um die Axialerweiterung 63 der
langgestreckten Stange 61 herum sitzt.
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Dann
wird die langgestreckte Stange 61 axial nach unten in die
in 2 gezeigte Stellung verschoben, in der der Ringflansch 62 auf
dem beweglichen Block 12 des unteren Formabschnittes 10 und
die untere Endfläche
der Schichtanordnung PL auf der unteren Formmulde 12a sitzt.
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Wenn
die Schichtanordnung PL auf der unteren Formmulde 12a positioniert
wird, wird die Antriebseinrichtung 60 in Richtung einer
Abwärtsverschiebung
der langgestreckten Stange 61 angetrieben, deren Ringflansch 62 die
entsprechende Abwärtsverschiebung
des beweglichen Blocks 12 des unteren Formabschnittes 10 bewirkt,
wobei die elastischen Mittel 50 zusammengedrückt werden
und der bewegliche Block 12 mit der unteren Formmulde 12a in
die in 3 gezeigte, offene Formstellung verschoben wird.
Wenn die Schichtanordnung PL in einem Zustand mit offener Form auf
der unteren Formmulde 12a positioniert ist, wird der obere Formabschnitt 20 durch
eine geeignete (nicht gezeigte) Vorrichtung in eine Position verschoben,
die vertikal zum unteren Formabschnitt 10 ausgerichtet
und über
den Axialsäulen 13 angeordnet
ist, um dann axial nach unten verschoben zu werden, so daß Abschnitte
ihrer Seitenfläche
an den entsprechenden Führungsmitteln 14 anliegen,
die in den Axialsäulen 13,
insbesondere in einem oberen Endabschnitt der Axialsäulen 13,
vorgesehen sind, wie dies in 2 gezeigt
ist. Jede Führungseinrichtung 14 ist
vorzugsweise durch eine radial innere Endabschrägung der entsprechenden Axialsäule 13 festgelegt.
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Damit
der obere Formabschnitt 20 korrekt und fest mit den Axialsäulen 13 gekoppelt
werden kann, sind letztere jeweils mit einem Verschlußmittel 15 versehen,
das die Form eines Stiftes haben kann, der von der entsprechenden
Axialsäule 13 radial
vorsteht und in einer Verschlußaufnahmeeinrichtung 25 sitzt,
die in der Seitenfläche
des oberen Formabschnittes 20 vorgesehen ist und bei der
dargestellten Ausführungsform
die Form einer Oberflächennut
hat, welche eine Axialerstreckung zur Aufnahme der Verschlußmittel 15 nach
Axialverschiebung des oberen Formabschnittes 20 in der
Führungseinrichtung 14 und
eine kurze Umfangserstreckung zur Aufnahme der Verschlußmittel 15 aufweist, wenn
der obere Formabschnitt 20 in der geschlossenen Formstellung
einer gewissen Drehung um seine Achse unterzogen wird. Das Einsetzen
der Verschlußmittel 15 in
die Umfangserstreckung der Verschlußaufnahmeeinrichtung 25 ergibt
in der geschlossenen Formstellung die Axialverriegelung des oberen
Formabschnittes 20 in den Axialsäulen 13.
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Es
sei angemerkt, daß die
abwärtige
Axialverschiebung des oberen Formabschnittes 20 entlang
der Führungseinrichtung 14 durch
Anschlagmittel begrenzt werden kann, die in den Axialsäulen 13 vorgesehen
sind. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Anschlagmittel durch die Verschlußmittel 15 selbst
festgelegt, wenn sie das obere Ende der Axialerstreckung der Verschlußaufnahmeeinrichtung 25 erreichen.
Es können
jedoch auch andere Anordnungen für
die Anschlagmittel vorgesehen sein, wie z.B. die Begrenzung der
Abwärtsverschiebung
der Vorrichtung, die für
die Bewegung des oberen Formabschnittes 20 verantwortlich
ist.
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Nach
dem Erreichen der Arretierung des oberen Formabschnittes 20 wird
die Antriebseinrichtung 60 erneut betätigt, um den beweglichen Block 12 vom
unteren Formabschnitt 10 zu lösen, damit er durch die Wirkung
der elastischen Mittel 50 axial nach oben verschoben werden
kann, so daß die Schichtanordnung
PL auf der oberen Formmulde 20a sitzt, wie dies in 4 gezeigt
ist.
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Nach
dem Einspritzen des flüssigen
Metalls durch den oberen Formabschnitt 20 und nach Verfestigung
unter Schleudern ist die Form nach einer umgekehrten Bewegungsfolge
offen, wobei zuerst die untere Formmulde 12a gegen die
Wirkung der elastischen Mittel 50 und durch den Antrieb
der Antriebseinrichtung 60 nach unten verschoben wird.
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Um
einen gewissen Mindestabstand zwischen den beiden Formmulden 12a und 20a sicherzustellen,
wenn kein Einbringen einer Schichtanordnung PL erfolgt, können die
Axialsäulen 13 ein
Abstandselement 70 tragen, z.B. in Form einer rohrförmigen Hülse, die
zwischen dem beweglichen Block 12 und den Verschlußmitteln 15 vorgesehen
ist und an den beiden Formabschnitten sitzt, wenn diese letzteren
einen gewissen Mindestabstand erreichen, der größer als der entsprechende Abstand
zu den jeweiligen geschlossenen Formstellungen ist.