DE1911616A1

DE1911616A1 - Schraubbefestigungselement

Info

Publication number: DE1911616A1
Application number: DE19691911616
Authority: DE
Inventors: Charles James Frank
Original assignee: National Screw and Manufacturing Co
Current assignee: National Screw and Manufacturing Co
Priority date: 1968-03-07
Filing date: 1969-03-07
Publication date: 1969-10-09
Also published as: SE355222B; FR2003415A1; US3460428A

Description

THE NATIONAL SCREW & MANUFACTURING COMPANY, Cleveland,

Ohio / USA

"Schraubbefestigungselement"

Die Erfindung bezieht sich auf Schraubbefestigungselemente mit Antriebsmitteln, die das Drehmoment, das auf das Befestigungselement ausgeübt werden kann, begrenzen. ■

Erfindungsgemäß soll ein neuartiges und verbessertes Schraubbefestigungselement vorgeschlagen werden, das in bestimmtem Ausmaß eine Spannkraft begrenzt, die auf einen Schraubschaft durch Relativdrehung zwischen dem Befestigungselement und einem zugehörigen, in Schraubeingriff hiermit stehenden Teil ausgeübt werden kann.

Nach einer wesentlichen praktischen Yerwirklichungsfprm der Erfindung ist ein Befestigungselement vorgesehen» bei dem mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Torsprünge von einem Körperteil an Stellen radial von der zentralen Achse des Befestigungselementes nach außen stehen und von vorbestimmter Festigkeit sind, so daß sie vom Körperteil des Befestigungselementes, wenn sie einer bestimmten Scherbeanspruohung ausgesetzt werden, abgeschert werden,

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Die Erfindung richtet sich auch auf ein neties und verbessertes Befestigungselement der genannten Art, bei dem Durchmesser oder Dicke der Vorspränge in der Herstellung variiert-werden können, um die maximale Drehmomentbelastung zu regeln, die auf das Befestigungselement durch die Torsprünge ausgeübt werden kann.

Auch richtet sich die Erfindung auf ein Befestigungselement der genannten Art, bei dem die Vorsprünge, die die begrenzte Dreh- oder Gegendrehbewegung auf das Befestigungselement aus- W üben, in exponierten Stellungen zur einfacheren Überwachung angeordnet sind.

Zweckmäßig sind die freiliegenden, mit dem Werkzeug in Eingriff kommenden Yorsprünge von gleichförmiger Festigkeit, gleichförmiger Zusammensetzung und gleichförmiger Querschnittsflache über ihre Länge, so daß die Drehmomentregelung nicht von einer kritischen axialen Anordnung der Scherebene abhängig ist und die Festigkeit der Vorsprünge ohne weiteres und genau durch zerstörungsfreie Dimensionsmessung an irgendeinerstelle über die axiale Länge bestimmt werden kann.

t Nach einer weiteren Verwirklichungsform ist ein Befestigungselement der genannten Art mit einer Schrauböffnung zur Auf- ■ nähme eines mit Außengewinde versehenen Elementes vorgesehen, um hierauf eine bestimmte Spannkraft auszuüben, wobei die nfit dem Werkzeug in Eingriff kommenden Flächen der antreibenden Vorsprünge axial zur Gewindebohrung verlaufen.

Günstig ist es, wenn die Vorsprünge, die die Dreh- oder Gegendrehbewegung auf das Befestigungselement übertragen, die einzige beabsichtigte, mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Antriebsfläche bilden, so daß das Befestigungselement im wesentlichen dämpfungsstabil bzw. verfälschungsaicher angebracht ist, nachdem die Vorsprünge abgeschert sind.

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Bin Merkmal der Erfindung ist auch die Selbstblockierung des Befestigungselementes bezüglich eines zugehörigen Elementes.

Auch richtet sich die Erfindung auf ein neuartiges und verbessertes Befestigungselement der genannten Art mit einem zylindrischen Teil mit einem zentralen, axial sich erstreckenden, mit Innengewinde !'•ersehenen Kanal mit einem !Flansch an einem Ende und mit zwei mit dem Werkzeug in Eingriff kommenden Yorsprüngen, die axial τοη dem .flansch längs des zylindrischen Teiles diametral einander gegenüber sich erstrecken.

Die Erfindung ist in bestimmten Konstruktionen und Anordnungen von Teilen zu sehen, die in der folgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden sollen, in denen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer zylindrischen Planschmutter nach der Erfindung ist;

Figur 2 ist ein Längsschnitt durch die Mutter nach Firar 1 j

Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Mutter nach Figur 1;

Figur 4 ist eine schematische Darstellung, teilweise in Seitenansicht, teilweise im Schnitt und zeigt die Mutter nach Figur 1 in Schraubeingriff mit einem Bolzen, wobei zwei Elemente hierswischen verspannt sind;

Figur 5 ist ein Längsschnitt ähnlich Figur 4 und zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen ist in den Figuren 1 bis 3 ein Schraubbefestigungselement, insbesondere eine Mutter 10 dargestellt, die so konstruiert ist, daß das Antriebsmoment begrenzt wird, das auf diese während der Zusammenfügung mit einem passenden, mit Schraubgewinde versehenen Teil ausgeübt wird. Der Körper der Mutter 10 umfaßt einen zylindrischen Teil 12 und einen .Basiskreisflansch 14 integral mit dem "zylindrischen Teil und-

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senkrecht zu dessen zentraler !Längsachse» wie "bei A in den Zeichnungen dargestellt» Sine zentrale Schraubbohrung 16 erstreckt sich axial von einem Ende zum. anderen durch den zylindrischen Teil 12 und den Flansch 14» d.h. -von einer Kopf fläche nach der Darstellung in der Zeichnung zum Boden oder der Lagerflache 19? die senkrecht zur Achse A läuft und so dargestellt ,ist, daß sie gegen ein durch die Mutter befestigtes Element anliegt.. Die zentrale Bohrung 16 besitzt eine G-egenbohrung 20 oder ist in die Lagerfläche 19 gesenkt, um einen gewindefreien Teil eines Bolzens aufzunehmen, der durch das "Fleisch" eines durch die Mutter verspannten oder befestigten Teils vorstehen kann. Das Innengewinde der Mutter ist mit dem Bezugs zeichen 22 bezeichnet und ist ein endloses G-ewinde, in typischer Weise von Standardausbildung wie aus der Unified National Fine Thread Series (TJTTF)-Gewinde mit Toleranz void. Spiel der Elasse 3B entsprechend der Definition der Screw-Thread Standards for Federal Services, 1957, Handbook H28, National Bureau of Standards. " " _.

Die Mutter 10 besitzt zwei gleiche mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Vorsprünge 24, 25, um eine Rotationsantriebs-? oder 2£s±x32K Setzkraft auf den Flansch 14 und den zylindrischen Teil 12 zu übertragen, wobei die Flansche von der Mutter unter einer vorbestimmten Scherspannung abscheren, so daß ds.3 Moment, das auf die Mutter durch die Vorsprünge übertragen werden kann, genau begrenzt wird. Zusätzlich sind die Vorspränge da angeordnet, wo sie für die visuelle Inspektion und die zerstörungsfreie Dimensionsmessung mit dem Auge zugänglich sind. Die dargestellten Vorsprünge 24, 25 sind zylindrisch und ein jeder erstreckt sich in einer Richtung axial zur Bohrung 16 von und senkrecht zu einer Oberseite 26 des Flansches 14 an einer Stelle gegenüber dem anderen, diametral zum zylindrischen Teil 12« Beide Vorsprünge sind radial innerhalb des Umfangs des Flansches 14 angeordnet und es ist daher kein zusätzliches Umgebungsspiel in der Verwendung verglichen mit dem für den Flansch

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geforderten notwendig. Entsprechend der Darstellung sind die Vorspränge radial im Abstand gegen den zylindrischen Teil 12 angeordnet und erstrecken sich von der Oberfläche 26 um ein Stück, das ausreicht, um in adäquater Weise durch ein Antriebs- \tferkzeug erfaßt zu werden, das verwendet wird, um die. Mutter zu setzen. Gewünschtenfalls können mehr als zwei mit -dem Werkzeug in Eingriff kommende Yorsprünge vorgesehen sein, beispielsweise im Hinblick auf ein gesteigertes Anzugsmoment} diese sind vorzugsweise unter gleichem Abstand an die Mutter angeordnet. .

Die bevorzugte Konstruktion der Vorsprünge 24, 25 birgt eine ™ Anzahl von vorteilhaften Merkmalen wie gleichförmige Festigkeit über die gesamte Länge, gleichförmige Qtierschnittsf lache, rechtwinkelige Projektion von der benachbarten Körperoberfläche und axial sich erstreckende, mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Auflageflächen. In typischer Weise kommen die Vorsprünge mit einem Antriebswerkzeug längs ihrer gesamten axialen*Sänge in Eingriff, so daß das Material am Übergang 27 jedes Vorsprungs und die Oberseite 26 des Flansches 14 der Scherbeanspruchung ausgesetzt werden, die tatsächliche Festigkeit des Vorsprungs ist bestimmt. Aufgrund der gleichförmigen Festigkeit der Vorsprünge jedoch ist es nicht kritisch, daß die Soherebene genau am Übergang 27 liegt, um das Drehmoment genau j zu regeln; ein nicht-vollständig sitzendes Werkzeug kann trotzdem das richtige Lastmoment aufbringen. G-leichfSrmige Festigkeit über jeden Vorsprung wird dadurch erhalten, daß die Vorsprünge aus einer gleichförmigen Zusammensetzung hergestellt und mit gleichförmiger Querschnittsflache gefertigt Werden.

Eine gleichförmige Querschnittsfläöhe liefert den zusätzlichen Vorteil, daß eine Dimensionsmesstmg der Dicke eines Vorsprunges an jedem beliebigen axialen Ort vorgenommen werden kann* Solch eine Messung ist identisch der entsprechenden Abmessung an der Übergangsstelle 27? wenn der Vorsprung unter rechten Winkeln

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zur angrenzenden Körperoberfläche sich erstreckt und. bei jedem anderen Winkel des Torsprunges steht die Messung in einem bestimmten Verhältnis zur Fläche an der Übergangsstelle. Alis solcher Messung, die nicht unbedingung an der Übergangsstelle 27 zu erfolgen braucht, kann die Scherfestigkeit an der •Übergangsstelle 27 und damit das maximale Moment, das die Torsprünge übertragen können, vor der Verwendung zerstörungsfrei bestimmt werden.

Aufgrund der axialen Erstreckung der Torsprünge 24, 25 nehmen sie ohne weiteres ein Antriebswerkzeug auf und positionieren dieses genau, welches über die Hopffläche 18 und den zylindrischen Seil 12 der Mutter gesetzt wird, um die Mutter aiif einen Schraubbolsen oder einen Stift aufzusetzen; sie sorgen auch für mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Auflageflächen 28, die axial, senkrecht zu der Richtung sich erstrecken, in der die JDrehantri ebskraf t des Werkzeuges aufgebracht wird. Polglich wird das Moment vom Antriebswerkzeug wirksam auf. die Mutter 10 übertragen, ohne axiale Kraftkomponenten hervorzurufen, die -versuchen könnten, das Antriebswerkzeug von der Mutter zu trennen oder es von seinem Sitz zu heben oder die die Seherfestigkeit der Vorsprünge beeinflussen könnten.

Durch Begrenzung des auf die Mutter 10 aufgebrachten Drehmomentes ist die Spannkraft auf einen Schraubschäft eines Bolzens, auf dem die Mutter aufgebracht wird, in ähnlicher Weise begrenzt. Mit der obengenannten Konstruktion wird eine besondere auf den Bolzen entsprechend den besonderen Anforderungen für den beabsichtigten Zweck aufzubringende Spannkraft erreicht, indem ein besonderer Durchmesser oder Querschnitt für die Torsprünge 24, 25 gewählt v/ird, der es den Torsprüngen ermöglicht, von der Mutter bei einem Drehmoment abzuscheren, das gerade ausreicht, um die gewünschte Spannkraft zu erzeugen. Die tatsächliche geforderte Querschnittsfläche der Torsprünge, um irgendeine gegebene Spannkraft zu liefern, variiert selbstver-

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ständlich mit dem ausgesuchten Material, aus dem die Mutter 10 hergestellt ist.

Audi haftet der Mutter 10 nach der Erfindung noch ein selbstblockierendes Merkmal an, derart, daß die Mutter fest in Klemmverbindung gehalten wird, wenn sie gegen einen Bolzen verschraubt ist. Hierzu "besitzt das G-ewinde 22 vier verschobene und/oder verformte Bereiche SO, 31, 32, 33₉ die hierin und in e'er Zopf fläche 13 der Mutter 10 am oberen Ende der Gewindebohrung 16 ausgebildet sind. Die versetzten Bereiche sind gleichmäßig über den Umfang bezüglich einander im Abstand an« geordnet, erstrecken sich im wesentlichen radial und axial bezüglich der Mutter und verformen und ändern den Schraubenwinkel des Gewindes 22, wo sie auftreten. Die Bereiche sind im Querschnitt gewölbt ausgebildet, gehen in die nicht-verformten, benachbarten Gewindeteile über und sind nach innen und gegen die gegenüberliegende oder Lagerfläche' der Mutter geneigt. Die Bereiche 30 bis 33 können geformt werden, indem ein Werkzeug r.it Torsprüngen entsprechend der Gestalt der Bereiche gegen das obere Ende 18 der Mutter und in eine Bohrung 16 um ein vorbestimmtes Stück gedrückt oder gepreßt wird. Das Metall der Gewinde wird.'nicht geschnitten oder entfernt, wird jedoch verdrängt bzw. versetzt und die Gewinde sind entsprechend verformt, wodurch !lachen mit Schraubenwinkelii erzeugt werden, -He sich von denen des normalen Gewindes unterscheiden und die ein Schrauben hindern bzw. stören, wenn die Mutter auf einen Bolzen aufgebracht wird.

noch Figur 4 der Seichnungen ist die Mutter 10 in Schraubeingriff mit einem Bolzen oder Stift 36 gezeigt, wodurch zwei Elemente 38, 39 unter einer bestimmten Druckkraft gegeneinander verspannt werden. Der Bolzen 36 besteht aus einem Schaft und einem Kopf 42. Ein gewindefreier Teil 40a des Schaftes durchsetzt ausgerichtete Öffnungen 44, 45 in den beiden verspannten Elementen 38, bzw. 39. Ein Gewindeteil 40b des Schaf-

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tes erstreckt sich weiter als das Element 38 und "befindet sich, in Schraubeingriff mit der Schraubbohrung 16 der Mutter. Die. Lagerfläche 19 des Flansches 14 liegt gegen das Element 38 an und der Kopf 4-2 des Bolzen oder Stiftes liegt gegen das Element 39 an.

'Die Mutter 10 wird auf dem Bolzen oder Stift 36 durch ein Drehmoment aufgebracht, welches als Kräftepaar um die Achse. A¹ der Mutter dtirch ein handbetätigt es Werkzeug oder ein motorisch angetriebenes Werkzeug aufgebracht wird, welches in Eingriff mit den Vorsprüngen 24_} 25 kommt. Die Vorsprünge sind in !Figur 4 gestrichelt dargestellt, da sie vom Flansch 14 abgeschert wurden, wodurch die Zusammenfügung von Mutter und Bolzen beendet wurde«, Da die Vorsprünge vom Elansch unter einer vorbestimmten Scherbeanspruchung abgeschert werden, ist die Mutter 10 in der Lage, nur eine begrenzte Spannkraft auf den •Schaft 4-0 auszuüben. Sobald die Vorsprünge von der Mutter abgeschert sind, kann auf den Schaft keine zusätzliche Spannung aufgebracht werden. Dies begrenzt die Klemm- oder Spannkraft, die durch die zusammengefügte Anordnung von Mutter und Bolzen auf .die Elemente 38 und 39 aufgebracht werden kann. Der Gewindeteil 40h des Schaftes erstreckt sich über die Länge der Schraubbohrung 16, so daß die verformten Bereiche 30 bis 33 des Gewindes 22 in Schraubeingriff mit dem. Gewindeteil 40b des Bolzens kommen und für einen Festsitz oder eine Passung mit Übermaß sorgen, x^elche Mutter 10 und Bolzen 36 gegeneinander versperrt.

be . .

Wie Figur 4 zeigt,/sitzt die aufgeschraubte Mutter 10 aufgrund ihres Kreisumfanges nicht mehr eine Oberfläche, die dazu bestimmt ist, den Werkzeugeingriff zu ermöglichen oder zu erleichtern. Dies macht es schwierig, äie Mutter zu entfernen und die Anordnung ist daher dämpfungssicher bzw. verfalsehungssicher. Darüberhinaus ist das Fehlen der Vorsprünge 24, 25 auf der Miitter der Befestigungsanordnung eine visuelle .Indikation

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dafür, daß die Mutter mit ausreichendem Moment aufgebracht wurde, um den Schaft 40 um den vorbestimmten Betrag vorzuspannen bzw. zu beanspruchen.

Eine zweite Ausführungsform der Mutter nach der Erfindung ist bei 10^f. in Figur 5 dargestellt. Abgesehen von der Konstruktion der Yorsprünge, die ein begrenztes Moment auf die Mutter ausüben, ist die Mutter 10¹ in jeder Hinsicht ii der Konstruktion gleich der der Mutter 10. So umfaßt die Mutter 10' einen zylindrischen Teil 12', einen integralen kreisförmigen Basisflansch 14'j eine zentrale Schraribgewindebohrung 16', eine Gegenbohrung 20' und vier über den Umfang im Abstand angeordnete verformte Bereiche, von denen drei bei 30', 31'» 33' gezeigt sind, die für eine Sperrwirkung mit den Gewinden des To^-zens sorgen, der in der Bohrung 16* aufgenommen werden soll.

Zwei zylindrische Stifte 43, 49 sind im zylindrischen Bohrungen 50 bzw. 51 des Flansches 14' untergebracht. Die zylindrischen Bohrungen erstrecken sich parallel zur Achse A¹ der' Schraubbohrung und sind auf diametral gegenüberliegenden Seiten des zylindrischen Teiles 12* angeordnet. Die Stifte 48, 49 sitzen eng mit Reibungssitz in den Bohrungen 50, 51, sind bündig mit der unteren oder'Lagerfläche■19* und erstrecken sich nach oben in der Orientierung der Figur 5 vom Flansch 14', wodurch mit dem Werkzeug in Eingriff kommende Yorsprünge in Gestalt und Orientierung ähnlich denen der Yorsprünge 24, 25 geschaffen werden, die typischerweise jedoch etwas im Durchmesser oder in der Querschnittsfläche kleiner sind. Der Maximaldurchmesser oder die Abmessung der Stifte 48» 49 radial zur Mutter 10¹ ist beschränkter als die der Yorsprünge 24, 25, da die die Stifte aufnehmenden Bohrungen 50, 51 nach innen von der Umfangskante des Flansches 14' im Abstand angeordnet sein müsssen. Da es sich bei den Stiften jedoch um gesonderte Elemente handelt, können diese aus einem anderen Material als die

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Mutter gefertigt sein und die gleiche oder eine größere Festigkeit erreichen als die, die mit·integralen Vorsprängen größeren Durchmessers erhalten wurde. Die gesonderten, "vorgesehenen Stifte verfügen so über einen größeren Bereich der Scherfestigkeiten als integrale Vorsprünge infolge der Verwendung unter- · schiedlicher Materialien sowie durch Veränderung der Quer- ' schnittsfläche.

Im Betrieb wird der Seil jedes Stiftes 48, 49». der vom Plansch ^ 14' abgeht, durch ein sieh drehendes Anaugswerkseug erfaßt uncl überträgt das Drehmoment auf den Plansch 14' und den sylindri-■ sehen Teil 12'. Bei einem vorbestimmten Moment wird der vorstehende Teil jedes Stiftes von dem in der Bohrung 50, 51 auf·? genommenen Teil abgeschert. Wie in Zusammenhang mit der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 beschrieben, wird jedoch hierdurch die axiale, auf einen Bolzen oder einen Schraubeingriff hiermit stehenden Stift aufgebrachte Spannkraft begrenzt.

In der vorstehenden Beschreibung wurden bevorzugte Ausführungs-

weitere formen der Erfindung erläutert; die genannten sowie/Vorteile wurden erreicht; es wurde ein Schrsxibbefestigungselement mit freiliegenden, mit dem Werkzeug in Eingriff kommenden .Vpr-J) Sprüngen geschaffen, die die Spannkraft begrenzen, die auf einen Schraubschaft aufgebracht werden kann. Diese kann ohne weiteres zur Festlegung von deren Länge gemssen werden; auch ist eine Variation in der Querschnittsfläche zur Veränderung der. Festigkeit möglich, wodurch die obengenannten Vorteile sich ergeben.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand von zwei Ausführungsformen erläutert; Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Patentansprüche 909 8 41/0956

Claims

PATBIiCMSPRÜCHE

Η .j Schraubbefestigungselement., gekennzeichnet durch einen Körperteil (12) mit äußerer Rotationsfläche; eine Gewindeöffnung (16) im Körperteil koaxial-mit dieser Außenfläche; einen integralen !Planschteil (14) am einen Ende dieses Körperteils, der sich radial nach außen über diese äußere Drehfläche erstreckt; eine Vielzahl von im Abstand angeordneten, mit dem Werkzeug in Eingriff kommenden Vorsprängen (25, 24), die vom Flansch und radial nach außen unter Abstand von der Rotationsfläche vorstellen und so ausgebildet sind, daß tinter einer vorbestimmten Scherbeanspruchung das Abscheren erfolgt und eine begrenzte Drehanzugs- oder Setzkraft übertragen wird.

2.) Schraubbefestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauböffnung kontinuierlich und ununterbrochen ist; und daß diese Vielzahl von im Abstand angeordneten, mit dem Werkzeug in Eingriff kommenden Vorsprüngen (24, 25) eine begrenzte Drehantriebskraft auf den Körperteil überträgt, wobei die Vorsprünge von im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt und gleichförmiger Zusammensetzung sind, derart, daß sie vom Plansch abgeschert werden, wenn sie einer vorbestimmten Scherbeanspruchung ausgesetzt sind.

5.) Schraubbefestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Planschteil (14) vergrößert ist und eine Lagerfläche (19) aufweist; wobei die Vielzahl von im Abstand angeordneten axial-länglichen Vorsprunge (24, 25) senkrecht zur nicht-tragenden Seite (26) des ZLanschteiles axial sum Kanal längs tind unter Radialabstand nach außen gegen den zvlinxlrischen Teil an Stellen sich erstrecken, die einander gegenüber, diametral zum zylindrischen Teil gegenüberliegen und eine begrenzte Drohantriebs- oder Setzkraft auf den Plansch

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und die zj^lindrischon Teile urn die Achse der mit Innengewinde versehenen Oberfläche übertragen,· und durch Einrichtungen (50 - 33), die integral mit dem Körperteil ausgebildet sind und eine relative Drehung zwischen dem befestigungselement und dom Schraubschaft (36, 40b) mit dem der Eingriff erfolgt, verhindern.

4.) S.chraubbefestigungselement nach Anspruch 3, dadurch, gekennz ei clone t, daß die Lagerfläche (19) so ausgebildet ist, daß sie gegen eine zu verspannende 'oder verklemmende Pläche (38) anliegt, wobei die die Drehung verhindernden Hinrichtungen darin bestehen, da8 das Gewinde der Öffnung (16) am Ende des Körpers in der Eahe und gegenüber dem Ende des Körperteils verformt ist (bei 30 - 33), welcher dem Planschteil (I4) abgewandt ist, und daß eine Gegenbohrung (20) in der Lagerfläche (19) für das Befestigungselement ausgebildet ist.

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