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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Keilsicherung zum Befestigen ausgerichteter Konstruktionselement
an einer Ausrichtplatte.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die Konstruktion und Montage einer
großen Vielzahl
von Geräten,
einschließlich
Flugzeugen, Schiffen, Landfahrzeugen, Testgeräten und sonstigen Vorrichtungen
erfordert häufig
die Herstellung von Löchern
und sonstigen Merkmalen in Konstruktionselementen und das Einsetzen
von Befestigungselementen in diese Löcher, um Konstruktionselemente
zusammenzubauen. Oft müssen
Löcher
hergestellt werden, die sich durch zwei oder mehr Schichten von
Konstruktionsmaterial erstrecken, wie zum Beispiel durch eine Vielzahl
von Schichten bei einer Flugzeughaut, oder durch zwei oder mehr
Konstruktionselemente, wie zum Beispiel durch eine Flugzeughaut
und eine darunter liegende Versteifungsrippe. Oft ist es wichtig,
dass solche Löcher
und Merkmale genau in Bezug auf andere Merkmale angeordnet sind,
und dass solche Löcher
und Merkmale präzise
gefertigt sind, damit die Konstruktion des Gerätes intakt bleibt.
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Bei der Konstruktion und Montage
von Geräten
mit vielen Merkmalen werden herkömmlicherweise
komplexe Sätze
von Mustern von Löchern
und anderen Merkmalen mit Hilfe einer Bearbeitungsvorrichtung wie
zum Beispiel einer Bohrplatte hergestellt. Wenn zum Beispiel eine
Vielzahl von identischen Baugruppen konstruiert werden muss, wie zum
Beispiel bei einer Vielzahl von Flügelbaugruppen auf einer Flugzeugfertigungsstraße, kann
eine haltbare, wiederverwendbare Bohrplatte, in der ein Muster von
Löchern
oder Merkmalen ausgebildet wurde, als Schablone verwendet werden,
mit der die Löcher
und Merkmale in jeder Baugruppe gefertigt werden können. Die
Verwendung einer Werkzeugspannvorrichtung wie zum Beispiel einer
Bohrplatte trägt
dazu bei, dass alle Löcher
in der Baugruppe in Bezug aufeinander präzise angeordnet sind. Die Lage
des Lochmusters auf der Vorrichtung im Verhältnis zu anderen Merkmalen
der Vorrichtung (d. h. die "Verteilung" des Lochmusters über die
Vorrichtung) kann dadurch gesteuert werden, dass Bearbeitungspunkte
auf der Vorrichtung bereitgestellt werden, die mit Bearbeitungspunkten
der Bohrplatte übereinstimmen
und die Lage des Lochmusters relativ zum Rest der Vorrichtung fixieren.
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Wenn Löcher hergestellt werden müssen, die
sich durch zwei oder mehr Schichten von Konstruktionsmaterial erstrecken,
wie zum Beispiel durch eine Vielzahl von Schichten bei einer Flugzeughaut, oder
durch zwei oder mehr Konstruktionselemente, wie zum Beispiel durch
eine Flugzeughaut und eine darunter liegende Versteifungsrippe,
besteht oft die Tendenz, dass sich die Schichten oder Elemente während der
Fertigungsvorgänge
etwas voneinander lösen.
Wenn zum Beispiel Löcher
durch eine Vielzahl von Schichten mit einem Bohrer hergestellt werden, neigt
der vom Bediener des Bohrers auf die Baugruppe ausgeübte nach
vorn gerichtete Druck dazu, die Schichten auf dem Weg des Bohrers
durch die aufeinanderfolgenden Schichten auseinander zu drücken. Wenn
sich Schichten während
der Fertigung voneinander lösen,
können
sich Grate und Späne,
die das Fertigungswerkzeug in dem Konstruktionsmaterial gebildet
hat, zwischen den Schichten festsetzen. Grate und Späne zwischen
den Schichten können eine
korrekte Anbringung des Befestigungselements verhindern oder andere
Probleme hinsichtlich einer intakten Konstruktion aufwerfen.
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Das Problem der Trennung von Schichten oder
Elementen während
der Fertigung wird herkömmlicherweise
mit Hilfe von Keilsi cherungen behoben, zum Beispiel mit dem Werkzeug
Nr. TD391N1-X der
Firma Monogram Aerospace Fasteners. Keilsicherungen klemmen die
Bearbeitungsplatte an der Vielzahl von Schichten oder Konstruktionselementen
fest, indem sie zwei oder mehr biegsame Arme bereitstellen, die
durch kollineare Löcher
in der Bearbeitungsplatte und der Konstruktionsbaugruppe eingeführt werden
und über
eine Schulter an der Spitze jedes Armes an der Rückseite der Konstruktionsbaugruppe
angreifen. Das entgegengesetzte Ende der Arme der Keilsicherung
ist in einen Keilsicherungskopf auf der Vorderseite der Bearbeitungsplatte
eingeschraubt, so dass ein Bediener die Klemmkraft der Keilsicherung
durch Drehen des Keilsicherungskopfes regulieren kann. Keilsicherungen sind
normalerweise im Abstand von jeweils mehreren Inches über eine
Bearbeitungsplatte verteilt, um die Konstruktionsbaugruppe gleichmäßig an der
Bearbeitungsplatte festzuklemmen.
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Herkömmliche Keilsicherungen lösen bis
zu einem gewissen Grad das Problem der Trennung von Schichten oder
Elementen während
der Herstellung von Löchern,
die durch ebene Flächen
oder Konstruktionsschichten oder -elemente von gleichmäßiger Dicke
gebohrt werden müssen,
doch gekrümmte Flächen und
unterschiedliche Dicken führen
zu Schwierigkeiten bei der Fertigung, die herkömmliche Keilsicherungen nicht
adäquat
beheben können.
Insbesondere üben
herkömmliche
Keilsicherungen Kraft auf die Rückseite
der Konstruktionsbaugruppe aus, um die Baugruppe zu der Bearbeitungsplatte
hin zu ziehen, doch wird das Vorhandensein gekrümmter Flächen und unterschiedlicher
Dicken nur an ein paar Stellen zu einem Kontakt zwischen der Rückseite
der Bearbeitungsplatte und der Vorderseite der Konstruktionsbaugruppe
führen.
In den Bereichen, wo die Konstruktionsbaugruppe nicht zwangsläufig durch
die herkömmliche
Keilsicherung gegen die Bearbeitungsplatte gezogen wird, kann es
durch Bohr- oder sonstige Fertigungsvorgänge zu einer Trennung von Schichten
oder Elementen kommen, können Grate
oder Späne
zwischen Schichten eingeschleust werden und kann es daher zu unregelmäßigen Löchern und
Problemen beim Einsetzen der Befestigungselemente kommen. Zur Trennung
von Schichten kommt es, weil die herkömmliche Keilsicherung keine
Kraft aufbringt, um die Schichten oder Elemente in jenen Bereichen,
wo die Konstruktionsbaugruppe wegen einer gekrümmten Oberfläche oder
wegen unterschiedlicher Dicken nicht zwangsläufig gegen die Bearbeitungsplatte
gezogen wird, zusammenzuspannen.
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Das Einschleusen von Graten oder
Spänen zwischen
Schichten oder Elemente kann während Konstruktions-
und Montagevorgängen
ein signifikantes Problem darstellen. Falls Grate und Späne nicht
entfernt werden, kann es während
des Einsetzens des Befestigungselements zu einer Bewegung zwischen
Konstruktionsteilen kommen. Das Entfernen von Graten und Spänen kann
eine kostspielige und zeitraubende Demontage von Konstruktionsbaugruppen
erfordern.
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Darüber hinaus ist der Durchmesser
der Arme einer herkömmlichen
Keilsicherung oft beträchtlich
kleiner als der Durchmesser des Ausrichtloches der Keilsicherung
in der an der Konstruktionsbaugruppe festzuklemmenden Bearbeitungsplatte, und
es kann daher zu einem Versatz kommen. Somit wird ein Werkzeug benötigt, das
eine präzisere
Ausrichtung von Bearbeitungsplatten mit größeren Durchmessern des Ausrichtloches
der Keilsicherung erlaubt.
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Während
herkömmliche
Keilsicherungen eine Bearbeitungsplatte während Fertigungsvorgängen, die
eine mittelmäßige Lagegenauigkeit
des Loches erfordern, an einer flachen und gleichmäßigen Baugruppe
mit einer Vielzahl von Schichten oder Vielzahl von Elementen adäquat festklemmen
können,
wird ein Werkzeug benötigt,
das eine genauere Ausrichtung der Bearbeitungsplatte ermöglichen kann
und das bei Konstruktionsbaugruppen mit gekrümmten Flächen und unterschiedlichen
Dicken eine Trennung von Schichten und Elementen während der
Fertigungsvorgänge
verhindern kann.
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Ein temporäres Befestigungselement zum Festklemmen
einer Vielzahl von Schichten, wie zum Beispiel eines mehrlagigen
Verbundstoffs, wird in dem US-Patent Nr. 5,240,361 von Thomas E.
Armstrong et al. beschrieben. Das Befestigungselement umfasst eine
Kraftbegrenzungspatrone mit einem Gehäuse und einer Abschlusskappe,
die zusammengeschraubt sind, um einen verschieblichen Kolben zu enthalten,
der durch eine Schraubenfeder vorgespannt wird. Die Patrone umgibt
eine herkömmliche herausziehbare
Klemme. Das untere Ende der Patrone drückt gegen die obere Schicht
des Verbundstoffs. Der Kolben wird gegen die Feder gedrückt, wenn
die Klemmschraube angezogen wird. Der Kolben ist mit einer Kreuzmarke
versehen, die im Falle ihrer Übereinstimmung
mit Kreuzhaaren auf dem Gehäuse
anzeigt, dass ein gewünschter
Klemmdruck erreicht wurde. Die Patrone kann durch Einstellen der
Gesamtlänge
der Baugruppe aus Gehäuse
und Abschlusskappe auf einen gewünschten
Druck geeicht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Keilsicherung bereitzustellen zum präzisen Positionieren
und Befestigen einer Vielzahl von ausgerichteten Konstruktionselementen an
einer Ausrichtplatte, indem sich die Keilsicherung durch jeweilige Öffnungen
erstreckt, die von der Ausrichtplatte und der Vielzahl von ausgerichteten
Konstruktionselementen begrenzt werden.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine
Keilsicherung bereitzustellen zum Befestigen einer Vielzahl von
ausgerichteten Konstruktionselementen an einer Ausrichtplatte, indem
sich die Keilsicherung durch jeweilige Öffnungen erstreckt, die von der
Ausrichtplatte und der Vielzahl von ausgerichteten Konstruktionselementen
begrenzt werden, so dass die Konstruktionselemente bei nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen zusammengespannt
werden.
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Diese und andere Aufgaben werden
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch eine Keilsicherung mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
Im Betrieb verwendet ein Bediener eine Bearbeitungsplatte, um einen
Bohrer oder ein sonstiges Fertigungswerkzeug genau und wiederholbar
zu einem bzw. in ein Werkstück
einer Konstruktionsbaugruppe zu führen, um Löcher oder sonstige Merkmale
in der Konstruktionsbaugruppe genau und wiederholbar zu fertigen.
Die Keilsicherung wird durch ein Bearbeitungsloch in der Bearbeitungsplatte
eingeführt
und von da durch ein kollineares Loch in der Konstruktionsbaugruppe,
die eine Vielzahl von Schichten oder eine Vielzahl von Elementen
umfassen kann. Mehrere andere, relativ gleichmäßig über die Bearbeitungsplatte
verteilte Keilsicherungen werden vom Bediener durch ähnliche
Sätze von
kollinearen Löchern
in der Bearbeitungsplatte und der Konstruktionsbaugruppe eingeführt, um
die Lage der Bearbeitungsplatte relativ zur Oberfläche der
Konstruktionsbaugruppe genau zu fixieren. Von den Armen der Keilsicherung
sich nach außen
erstreckende Schultern greifen an der Rückseite der Konstruktionsbaugruppe
an, wenn der Bediener den Kopf der Keilsicherung dreht, um die Arme
in Richtung Kopf zu schrauben. Der Bediener kann über den
Betrag des von Hand oder mit einem Schlüssel auf den Kopf aufgebrachten
Drehmoments die Kraft einstellen, mit der die Bearbeitungsplatte
an der Konstruktionsbaugruppe festgehalten wird. Nachdem alle Keilsicherungen
auf der Bearbeitungsplatte auf diese Weise in Eingriff gebracht
wurden und die Bearbeitungsplatte fest mit der Konstruktionsbaugruppe
verbunden und genau zu dieser positioniert ist, kann der Bediener
mit dem Bohren oder mit sonstigen Vorgängen zur Herstellung von Löchern oder
Merkmalen an der Konstruktionsbaugruppe beginnen, wobei er die Bearbeitungsplatte
als Führung
für das
Fertigungswerkzeug verwendet.
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Die durch die vorliegende Erfindung
bereitgestellte Keilsicherung mit Buchse erlaubt eine präzisere Ausrichtung
der Bearbeitungsplatte auf die Konstruktionsbaugruppe, indem sie eine
Buchse mit einem Durchmesser bereitstellt, der im Wesentlichen gleich
ist wie, aber kleiner als der Durchmesser des Bearbeitungsloches
in der Bearbeitungsplatte.
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Wenn mehrlagige Konstruktionsbaugruppen mit
gekrümmten
Flächen
oder unterschiedlichen Dicken gebohrt oder anderweitig gefertigt
werden müssen,
greift der federgespannte Abstandshalter in der Keilsicherung der
vorliegenden Erfindung zwangsläufig
in Bereichen an der Konstruktionsbaugruppe an, in denen die Bearbeitungsplatte
nicht in direktem Kontakt mit der Konstruktionsbaugruppe steht,
womit er die Trennung der Konstruktionsschichten oder -elemente
und damit die Erzeugung übermäßiger Grate
oder Späne
zwischen den Konstruktionsschichten oder -elementen verhindert,
die ohne jegliche Klemmkraft erzeugt werden würden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
die Verwendung einer Keilsicherung zum Festhalten einer Bearbeitungsplatte
an einer Konstrukti- onsbaugruppe mit einer Vielzahl von Schichten.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Keilsicherung mit Buchse.
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3 zeigt
einen teilweisen Querschnitt einer Keilsicherung mit Buchse.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer federgespannten Keilsicherung
mit Buchse.
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5 zeigt
einen teilweisen Querschnitt einer federgespannten Keilsicherung
mit Buchse.
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Die 6A, 6B und 6C veranschaulichen die Verwendung einer
federgespannten Keilsicherung mit Buchse zum Zusammen spannen einer
Vielzahl von Schichten einer Konstruktionsbaugruppe bei gleichzeitiger
Befestigung einer Bearbeitungsplatte an der Konstruktionsbaugruppe.
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6A zeigt
die federgespannte Keilsicherung mit Buchse, die Bearbeitungsplatte
und die mehrlagige Konstruktionsbaugruppe vor dem Einsetzen der
Keilsicherung.
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6B zeigt
die durch die Bearbeitungsplatte und die mehrlagige Konstruktionsbaugruppe
eingeführte
federgespannte Keilsicherung mit Buchse, wobei die Schultern der
sich nach außen
erstreckenden Arme der Keilsicherung an der Rückseite der Konstruktionsbaugruppe
angreifen und die Vielzahl von Schichten der Konstruktionsbaugruppe
durch die Kraft der zusammengedrückten
Feder in der federgespannten Keilsicherung mit Buchse zusammengespannt
werden.
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6C zeigt
die Konstruktionsbaugruppe, die an der Bearbeitungsplatte befestigt
wurde, nachdem ein Bediener den Kopf der Keilsicherung gedreht hat,
um die Arme in Richtung Kopf zu schrauben.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun
im Folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt
ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchwegs gleiche Elemente.
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Die Konstruktionsbaugruppe 10 in
einem Flugzeug oder sonstigen Gerät kann eine Vielzahl von Konstruktionselementen 11 umfassen,
die normalerweise aus Metall, Keramik oder Graphit/Epoxidharz-Laminaten
hergestellt sind. Löcher
oder andere Merkmale in der Konstruktionsbaugruppe 10 können mit
Hilfe einer Ausrichtplatte 12, in der Schablonenlöcher 14 ausgebildet
sind, durch die ein Bohrer oder sonstiges Fertigungswerkzeug geführt werden
kann, wiederholbar und präzise
gefertigt werden. Die Ausrichtplatte 12 ist normalerweise
aus einem haltbaren Material hergestellt und kann wiederverwendet
werden, um ein allgemeines Lochmuster in einer Vielzahl von Konstruktionsbaugruppen 10,
beispielsweise auf einer Flugzeugfertigungsstraße, wiederholbar zu fertigen.
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Um Löcher oder sonstige Merkmale
wiederholbar und präzise
zu fertigen, muss die Ausrichtplatte 12 an der Konstruktionsbaugruppe 10 festgeklemmt
oder anderweitig daran festgehalten werden. Diese Funktion des Festklemmens
oder Befestigens wird normalerweise durch ein oder mehr Keilsicherungen
erfüllt,
beispielsweise durch das Werkzeug Nr. TD391N1-X von Monogram Aerospace
Fasteners. Die Arme 24 der Keilsicherung 20 werden
durch Bearbeitungslöcher 16 in
der Ausrichtplatte eingeführt,
die mit jeweiligen Bearbeitungslöchern 17 in dem
Konstruktionselement kollinear sind. Die Schultern 26 am
Ende der Arme 24 greifen an der Rückseite der Konstruktionsbaugruppe 10 an,
und die Arme 24, die drehbar mit dem Kopf 22 der
Keilsicherung 20 in Eingriff stehen, werden durch einen
Bediener, der den Kopf 22 mit einem Schlüssel oder
von Hand dreht, zu dem Kopf 22 gezogen, bis die Ausrichtplatte 12 an
der Konstruktionsbaugruppe 10 festgeklemmt oder anderweitig
daran festgehalten wird. Andere Keilsicherungen 20 sind
im Abstand gleichmäßig über die
Oberfläche
der Ausrichtplatte 12 verteilt, um die Konstruktionsbaugruppe 10 zwangsläufig an
der Ausrichtplatte 12 festzuklemmen. Das Bohren von Löchern oder
sonstige Fertigungsvorgänge
wird dann durch die Ausrichtplatte 12 hindurch an der Konstruktionsbaugruppe 10 vorgenommen.
Die Ausrichtplatte 12 wird normalerweise wiederverwendet, um
im Wesentlichen identische Sätze
von Löchern oder
sonstigen Merkmalen auf zusätzlichen
Konstruktionsbaugruppen 10 im Rahmen einer Fertigungs- oder Montagestraße, zum
Beispiel auf einer Flugzeugmontagestraße, zu fertigen.
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Bei einer Ausführungsform, die in 2 und 3 dargestellt ist, umfasst die Keilsicherung 20 mit Buchse
eine Buchse 28, die einen Buchsenflansch 30 zum
Berühren
der Vorderseite der Ausrichtplatte 12 hat und einen Hülsenabschnitt 34 mit
einer Länge, die
nicht größer ist
als die Dicke der Ausrichtplatte 12, und mit einem Durchmesser,
der im Wesentlichen gleich ist wie, aber kleiner als der Durchmesser
des Bearbeitungsloches 16 in der Ausrichtplatte. Nachdem
die Arme 24 durch die Bearbeitungslöcher 16 in der Ausrichtplatte
und durch die jeweiligen Bearbeitungslöcher 17 in dem Konstruktionselement
eingeführt
sind, greifen die Schultern 26 am Ende der Arme 24 an der
Rückseite
der Konstruktionsbaugruppe 10 an. Ein Bediener zieht die
Arme 24 zum Kopf 22, indem er den Kopf 22 dreht,
bis der Buchsenflansch 30 an der Konstruktionsbaugruppe 10 festgehalten
wird und die Ausrichtplatte 12 an der Konstruktionsbaugruppe 10 festgehalten
wird. Weil Länge
und Durchmesser des Hülsenabschnitts 34 in
Kenntnis der Abmessungen des Bearbeitungsloches 16 in der Ausrichtplatte
gewählt
werden, ist die Ausrichtplatte 12 präzise relativ zu dem Konstruktionselement 11 angeordnet.
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Bei der in 4 und 5 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
umfasst die federgespannte Keilsicherung 20 mit Buchse
eine Buchse 28, einen Abstandshalter 32 und eine
zusammengedrückte
Feder 36. Die Buchse 28 hat einen Buchsenflansch 30 zum
Berühren
der Vorderseite der Ausrichtplatte 12 und einen Hülsenabschnitt 34 mit
einer Länge,
die nicht größer ist
als die Dicke der Ausrichtplatte 12, und mit einem Durchmesser,
der im Wesentlichen gleich ist wie, aber kleiner als der Durchmesser
des Bearbeitungsloches 16 in der Ausrichtplatte. Der Abstandshalter 32 hat
einen Durchmesser, der im Wesentlichen gleich ist wie, aber kleiner
als der Durchmesser des Bearbeitungsloches 16 in der Ausrichtplatte
und größer als
der Durchmesser des Bearbeitungsloches 17 in dem Konstruktionselement.
Der Abstandshalter 32 ist vorzugsweise teleskopartig in der
Buchse 28 angebracht und wird von der Buchse 28 durch eine
sich nach innen erstreckende Lippe an der Buchse 28 festgehalten,
die an einer sich nach außen
erstreckenden Lippe an dem Abstandshalter 32 angreift.
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Die 6A, 6B und 6C veranschaulichen die Funktionsweise
der federgespannten Keilsicherung mit Buchse. Nachdem die Arme 24 durch
die Bearbeitungslöcher 16 in
der Ausrichtplatte und die jeweiligen Bearbeitungslöcher 17 in
dem Konstruktionselement eingeführt
wurden, greifen die Schultern 26 am Ende der Arme 24 an
der Rückseite
der Konstruktionsbaugruppe 10 an und die zusammengedrückte Feder 36 drückt den
Abstandshalter 32 gegen die Vorderseite der Konstruktionsbaugruppe 10.
Die Konstruktionselemente 11 werden durch entgegengesetzt
gerichtete Kräfte
von dem Abstandshalter 32 und den Schultern 26 zusammengespannt.
Ein Bediener zieht die Arme 24 zu dem Kopf 22,
indem er den Kopf 22 dreht, bis der Buchsenflansch 30 an
der Konstruktionsbaugruppe 10 festgehalten wird und die
Ausrichtplatte 12 an der Konstruktionsbaugruppe 10 festgehalten
wird. Die Konstruktionselemente 11 bleiben durch die entgegengesetzt
gerichteten Kräfte von
den Schultern 26 und dem Abstandshalter 32 zusammengespannt,
selbst bei Konstruktionsbaugruppen mit gekrümmten Flächen oder unterschiedlichen Dicken,
womit verhindert wird, dass sich die Konstruktionselemente 11 beim
Bohren oder während sonstiger
Fertigungsvorgänge
voneinander lösen, und
womit die Bildung von Graten und gespaltenen Schichten verhindert
wird, die aus einer solchen Trennung resultieren könnte.
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Die federgespannte Keilsicherung 20 mit Buchse
wird vorzugsweise zusammengebaut, indem der Abstandshalter 32 und
die Feder 36 in die Buchse 28 eingesetzt werden
und dann die Buchse 28 auf eine herkömmliche Keilsicherung aufgepresst
wird, zum Beispiel auf das Werkzeug Nr TD391N1-X von Monogram Aerospace
Fasteners. Keilsicherungen mit Buchse und federgespannte Keilsicherungen
mit Buchse für
viele verschiedene Bearbeitungsplattendicken und Bearbeitungslochdurchmesser
in Aus richtplatten können
aus einer Reihe von herkömmlichen,
im Handel erhältlichen
Keilsicherungen durch entsprechende Wahl der Abmessungen von Buchse und
Abstandshalter hergestellt werden.