DE2502644A1

DE2502644A1 - Befestigungseinheit mit zugspannungsanzeige

Info

Publication number: DE2502644A1
Application number: DE19752502644
Authority: DE
Inventors: Gary Martin Curtis
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1974-01-28
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1975-07-31
Also published as: ES434181A1; CA990554A; JPS50127675A; BR7500489A; FR2259277B1; AU7693574A; FR2259277A1; GB1491192A; US3881392A

Description

Befestigungseinheit mit Zugspannungsanzeige

Die Erfindung betrifft ganz allgemein Befestigungsvorrichtungen, insbesondere jedoch Vorrichtungen, die automatisch die Zugspannung angeben, die in der Verbindung aufgebaut wird.

In vielen Fällen ist es oft erwünscht, die in einer Klemmverbindung erzeugte Spannung zu wissen und erkennen zu können, wann die Spannung in solchen Verbindungen eine vorbestimmte Höhe erreicht. Es ist ferner oft erforderlich, sicherzustellen, daß die Spannung über eine gewisse Zeitdauer- hinweg nicht nachgelassen hat, obwohl die ursprüngliche Verbindung die vorbestimmte Spannung erreicht hatte_o

Verbindungen, die eine Feder einschließen werden häufig verwendet, um die Zugspannung in einer Verbindung gleichmäßiger aufrecht zu erhalten. Eine solche Feder bei einer Verbindung kann jedoch unter gewissen Umständen dazu beitragen, daß die Spannung in einer Verbindung nachläßt.

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Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, um die Spannung in einer Verbindung zu bestimmen und zwar durch Messung eines leichter bestimmbaren Parameters, wie z.B. das Drehmoment,mit dem die Befestigungsvorrichtung angezogen wird« Da die tatsächlich in der Verbindung erzeugte Spannung nur grob proportional zum Drehmoment ist, wurden diese Verfahren als etwas unverläßlich und ungenau befunden·

Andere bekannte Verfahren zur Anzeige der Zugspannung in einer Verbindung sehen einen Abschnitt oder Abschnitte vor, die bei einer bestimmten Zugspannung verformbar sind, aber derartige Verfahren überwachen nicht fortlaufend die Verbindung um eine Anzeige zu geben, wenn die Zugspannung nachläßt.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung in der Schaffung einer Befestigungseinheit, die sowohl das Erreichen einer Zugspannung in einer Verbindung wie auch das Nachlassen der vorbestimmten Spannung nach einer gewissen Zeit anzeigt_o

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer zuvor zusammengefügten Spannungsanzeigeeinheit, die eine Feder aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuen verbesserten Befestigungseinheit, die mit einem Montagewerkzeug so zusammenwirkt, daß eine automatische Anzeige des ordnungsgemäßen Festspannens gegeben wird.

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Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung einer zuvor zusammengefügten Einheit, die eine konische Federscheibe und ein ringförmiges Anzeigeelement aufweist, die
leicht und genau zusammengefügt werden können, um die Zugspannung in der Verbindung anzuzeigen»

Diese und andere Ziele und Vorteile werden mit der Erfindung erzielt, bei der ein Gewindeelement wie z.B. ein Gewindebolzen vorgefertigt mit einer konischen Tellerfeder und einem ringförmigen Anzeigeelement vasehen wird, die unter der Auflagefläche des Kopfes des Gewindebolzens und der oberen Fläche der konischen Tellerfeder angeordnet ist. Am Anzeigeelement
vorgesehene Flansche erstrecken sich ein vorbestimmtes Maß
einwärts, so daß bei der axialen Kompression der Tellerfeder das Anzeigeelement zwischen der Tellerfeder und der Auflagefläche mit einer vorbestimmten Zugspannung eingeklemmt wird. Wenn in der Verbindung die vorbestimmte Zugspannung nicht
vorhanden ist, kann sich das Anzeigeelement frei gegenüber
der Tellerfeder drehen. Gemäß einer Ausführungsform kann
sich das Anzeigeelement frei um den Kopf des Gewindebolzens
drehen, bis die ordnungsgemäße Spannung in der Verbindung
hergestellt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist das
Anzeigeelement vorgefertigt mit der Tellerfeder der Befestigungsvorrichtung den Fußumfang der Feder zusammengefügt, so
daß sich das Anzeigeelement normalerweise mit dem Schraubenbolzen dreht, bis es zwischen der Tellerfeder und der Auflagefläche des Schraubenbolzens eingeklemmt ist. Das ringförmige Anzeigeelement kan Abschnitte aufweisen, die sich über die

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obere Fläche des Schraubenbolzens erstrecken. Bei der vorgeschriebenen Zugspannung in der Verbindung bewirkt eine weitere Drehung des Schraubenbolzens, daß die Drehbewegung des Anzeigeelementes verzögert wird, so daß eine auf der oberen Fläche des Schraubenbolzens vorgesehene Anzeigemarkierung sichtbar wird. Das ringförmige Anzeigeelement kann federbelastet sein, um in die Ausgangsstellung zurückzukehren, wenn die Zugspannung in der Verbindung nachläßt.

Die vorstehenden und andere Ziele und Vorteile werden aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei gleiche Bezugsziffern in allen Figuren der Zeichnungen für ähnliche Elemente verwendet sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Spannung anzeigenden Einheit}

Fig. 2 eine Seitenansicht der Befestigungseinheit teilweise geschnitten, bevor eine vorbestimmte Zugspannung in der Verbindung erreicht ist;

Fig. 3 eine Seitenansicht ähnlich der Fig. 2, in der das ringförmige Anzeigeelement zwischen der Tellerfeder und der Auflagefläche des Schraubenbolzens eingeklemmt ist, wenn die vorbestimmte Zugspannung in der Verbindung erreicht ist}

Fig. k eine Draufsicht der in Fig. 2 gezeigten Befestigungseinheit }

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Fig· 5 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des beim Erfindungsgegenstand verwendeten Anzeige-' elementes;

Fig· 6 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform des beim Erfindungsgegenstand verwendeten Anzeigeelementes|

Fig· 7 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Befestigungseinheit mit einer Zugspannungsanzeige gemäß der Erfindung}

Fig. 8 eine Seitenansicht teilweise geschnitten des in Fig· 7 gezeigten Gegenstandes, bevor die vorbestimmte Zugspannung in der Verbindung erreicht ist}

Fig. 9 eine Draufsicht ähnlich der Fig. 7t wobei jedoch die Befestigungseinheit nach Erreichung einer vorbestimmten Zugspannung in der Verbindung gezeigt ist)

Fig· 10 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der zuvor zusammengefügten Befestigungseinheit mit Spannungsanzeige} und

Fig· 11 eine Seitenansicht teilweise geschnitten der in Fig. gezeigten Ausführungsform, bevor die vorbestimmte Spannung in der Verbindung erreicht ist.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen, insbesondere die Figuren und 2 Bezug genommen, aus denen ersichtlich ist, daß eine Befestigungseinheit 10 vorgesehen ist, die einen Gewindeshaft und einen Kopf 20 aufweist, der eine Drehung ermöglichende Flächen aufweist, der beispielsweise als üblicher Sechskantkopf

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ausgebildet ist. Der Schraubenbolzen 10 kann in bequemer Weise mit einem einteilig ausgebildeten Auflageflansch ~\k versehen sein. Eine Federscheibe, z.B. eine konische Federscheibe 22, wird in üblicher Weise zuvor unter der Auflagefläche 16 des Auflageflansches Ik angebracht. Ein ringförmiges Anzeigeelement Zk wird ebenfalls zuvor mit der Einheit verbunden und weist einen sich radial einwärts erstreckenden Flansch 26 und eine sich aufwärts erstreckende Seitenwand 28 auf.

Bei der Anbringung ist die Befestigungseinheit 10 den Werkstücken kO und kz rotierend zugeordnet und kann entweder eine Mutter aufweisen, um die beiden Werkstücke zusammenzuklemmen oder es kann in einem der Werkstücke,beispielsweise kZ_t ein Innengewinde vorgesehen sein. Wenn der Schraubenbolzen 10 gedreht wird, beißen sich die Verriegelungszähne 23 an der Unterseite der Tellerfeder 22 in das Werkstück ein und verhindern eine Drehung der Tellerfeder, wenn ein Drehmoment auf die Befestigungseinheit ausgeübt wird. Bei zunehmender Zugspannung in der Verbindung wird die Tellerfeder 22 zusammengedrückt, so daß der axiale Spalt zwischen der Auflagefläche 16 und der oberen Randfläche der Tellerfeder verschwindet. Wenn die Verbindung mit der in Fig. 3 gezeigten Kompressionshöhe belastet ist, ist der Flansch 26 des Anzeigeelementes zwischen der Auflagefläche 16 und der oberen Fläche der konischen Tellerfeder eingespannt, so daß eine Drehung zwischen dem Anzeigeelement und der konischen Tellerfeder verhindert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann sich das Anzeige-

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element 2k frei um den Auflageflansch 14 drehen bis der Flansch 26 eingespannt ist. Das Fehlen der Drehmöglichkeit des ringförmigen Anzeigeelementes zeigt somit an, daß eine vorbestimmte Zugspannung in der Verbindung erreicht ist, da die Zugspannung in der Verbindung in unmittelbarem Zusammen·· hang mit der Kompression der konischen Tellerfeder 22 steht»

Es ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung die Materialdicke des Flansches 26 und das radiale Maß desselben verändert werden können, um verschiedene Kompressionshöhen der konischen Tellerfeder anzuzeigen.

Um gemäß der Erfindung die Zugspannung verläßlich anzuzeigen, muß das Anzeigeelement 2k mit einem minimalen seitlichen Spiel auf dem Schraubenbolzen angeordnet sein· Da die Abnahme des axialen Umfangsspaltes zur Anzeige der Zugspannung verwendet wird, muß der Flansch 26 konzentrisch zum Innenumfang der konischen Tellerfeder gehalten werden₀ Zu diesem Zweck umgibt die sich aufwärts erstreckende Vand 28 den Umfang des Fußes der Tellerfeder, um die Anzeigevorrichtung relativ zur Achse des Schraubenbolzens und der konischen Tellerfeder zu halten· Der Innendurchmesser der sich aufrecht erstreckenden Wand entspricht mit geringem Spiel dem Außendurchmesser des Auflageflansches, so daß sich das Anzeigeelement frei drehen kann.

Bei dem dargestellten Aizführungsbeispiel kann die Auflagefläche 16 mit einer ringförmigen Umfangsausnehmung 17 versehen sein,

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und die Dicke des Flansches 26 kann etwas größer als die Tiefe der Ausnehmung sein, so daß das Anzeigeelement bei der vorgeschriebenen Zugspannungshöhe eingespannt sein kann, bevor die Zugspannung erreicht wird, die erforderlich ist, um die konische Tellerfeder vollständig flachzudrücken_o

Die Tellerfeder 22 gestattet die Überwachung der Verbindung hinsichtlich der vorbestimmten Zugspannungshöhe· Venn die Zugspannung in der Verbindung nachläßt neigt die Tellerfeder dazu, in ihren nicht zusammengedrückten Zustand zurückzukehren _o Wenn die Spannungshöhe geringer wird als die vorbestimmte Zugspannungshöhe kann das ringförmige Anzeigeelement Zh wieder frei gedreht werden und zeigt somit an, daß die vorbestimmte Zugspannung in der Verbindung nicht mehr vorhanden ist.

In Fig. 6 ist eine wahlweise Ausführungsform des Anzeigeelementes 24a gezeigt, bei dem mit Umfangsabstand angeordnete, sich einwärts erstreckende Zungen 26a vorgesehen sind, die eine Stellung zwischen der Tellerfeder und dem Auflageflansch einnehmen und die gleiche Wirkungsweise haben wie der zuvor in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschriebene durchgehende Flansch 26·

In den Figuren 7 bis 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Befestigungseinheit mit Zugspannungsanzeige gemäß der Erfindung gezeigt. Die Befestigungseüieit 10b ist so ausgebildet, daß sie eine sichtbare Anzeige bei der Erreichung und Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Zugspannung in einer Verbindung gibt. Die

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Einheit 10b weist einen Gewindeschaft 12b mit einem vergrößerten Anziehkopf 20b und einem im wesentlichen kreisförmigen Auflageflansch i4b auf· Eine konische Federscheibe 22b kann vorgefertigt mit der Einheit verbunden sein, wobei ein ringförmiges, die Zugspannung anzeigendes Element 24b vorgesehen Hat, das einen sich einwärts erstreckenden Flansch 26b aufweist, der zwischen der Auflagefläche i6b und der oberen Fläche der Federscheibe 22b eingeklemmt wird, wenn die vorbestimmte Kompression der Federscheibe erreicht ist· Das ringförmige Anzeigeelement 24b ist wiederum mit einer sich aufwärts erstreckenden Seitenwand 28b versehen, die den Umfang des Auflageflansches 14b umgibt und eine Seitwärtsverschiebung des Flansches 26b gegenüber der Achse der Befestigungseinheit verhindert. Das Anzeigeelement 24b wird jedoch an einer freien Drehung gegenüber dem Auflageflansch durch die Verwendung von Federarmen 30 gehindert, die sich einwärts erstrecken und in Ausnehmungen 32 einrasten, die mit Abstand um den Umfang des Auflageflansches angeordnet sind. Das Anzeigeelement dreht sich mit der Drehung des Auflägeflansches, wenn ein Drehmoment auf die Befestigungseinheit ausgeübt wird. Abdeckflanschabschnitte 34 können jedenfalls am Anzeigeelement vorgesehen sein, die den Rand der oberen Fläche 18b des Auflageflansches übergreifen. Die Abdeckflansche 34 überdecken normalerweise eine Anzeigemarkierung 36, die auf der oberen Fläche des Auflageflansches angebracht ist. Wenn die Federscheibe 22b bis zu einem vorbestimmten Maß zusammengedrückt wird, wird der Flansch 26b zwischen der Auflagefläche i6b und der oberen Fläche der Federscheibe 22b in der zuvor beschriebenen Weise eingeklemmt. Wenn diese Einklemmung erfolgt, wird das ring-

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förmige Anzeigeelement 24b im wesentlichen an einer Drehung mit dem Gewindebolzen gehindert, so daß bei einer nachfolgenden Drehmomentausübung auf die Befestigungseinheit die Anzeigemarkierung 36 sich gegenüber dem Flansch 34 bewegt und, wie in Fig. 9 gezeigt, sichtbar wird.

Das Nachlassen der Zugspannung in der Verbindung kann durch eine geringfügige Drehung entgegen der Spannung der Federarme 30 angezeigt werden, wobei durch die Drehung des ringförmigen Anzeigeelementes gegenüber dem Auflageflansch die Anzeigemarkierung 36 sich unter den Flansch 34 bewegt, wenn der Flansch 26b nicht mehr festgespannt ist.

Xn den Figuren 10 und 11 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungegegenstandes gezeigt, bei dem Zungen 38 von der Seitenwand 28c einwärts gebogen sind, um sowohl das ringförmige Anzeigeelement 24c zu halten als auch Spalte in der Wand zu bilden, die das Ansetzen eines nicht gezeigten Werkzeugs erleichtern, mit dem die fehlende Verdrehungsfreiheit des Anzeigeelementes feststellbar ist, wobei eine weitere Drehmomentausübung auf die Verbindung automatisch begrenzt wird.

Es ist somit ersichtlich, daß gemäß der Erfindung eine zuvor zusammengefügte Befestigungseinheit geschaffen ist, die genau die Zugspannung in einer Federverbindung anzeigt. Während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, können offensichtlich Änderungen von mit der Materie vertrauten Fachleuten vorgenommen werden.

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¥ährend das Gewindeelement als Schraubenbolzen beschrieben worden ist, kann offensichtlich eine zuvor zusammengefügte Mutterneinheit verwendet werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Ferner ist eine konische Federscheibe in allen Ausführungsformen gezeigt, wobei dies jedoch nur eine Art von Feder ist, die beim Erfindungsgegenstand verwendet werden
kann, denn es kann irgendeine zusammendrückbare Feder verwendet werden, deren Innenumfang einen axialen Abstand zum Außenumfang hat·

Demgemäß sollen alle Änderungen, die unter den Erfindungsgedanken fallen, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck
gebracht ist, erfaßt sein·

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Claims

Patentansprüche t

1·) Zuvor zusammengefügte Befestlgungseinheit mit Zugspannungsanzeige, gekennzeichnet durch ein drehbares Befestigungselement (12, 12b), das unter den die Drehung ermöglichenden Flächen (20, 20b, 20c) einen ringförmigen Auflageflansch (i4, i4b) aufweist} eine mit dem drehbaren Befestigungselement zuvor zusammengefügte Federscheibe (22, 22b), deren Innenumfang gegenüber dem Außenumfang einen nach oben versetzten Abstand hat; ein zuvor mit der Einheit (1O, 1Ob) im wesentlichen kreisförmiges Anzeigeelement (24, 24b, 24a, 24c), das eine mittlere konzentrisch zum Außenumfang angeordnete Öffnung und einen sich radial einwärts erstreckenden Flansch (26, 26a, 26b) aufweist, der zwischen dem äußeren Umfangsrandabschnitt des Auflageflansches und der oberen Fläche der Federscheibe angeordnet ist; einer einteilig mit dem Flansch des Anzeigeelementes ausgebildete, sich aufwärts von demselben erstreckende und den kreisförmigen Umfang des Auflageflansches umgebende Seitenwand (28, 28b, 28c), die eine Seitwärtsbewegung des Anzeigeelementes gegenüber dem Auflageflansch verhindert, wobei der Flansch des Anzeigeelementes zwischen den äußeren Umfangsrandflächen der Federscheibe und des Auflageflansches einklemmbar ist, wenn die Federscheibe bis zu einer vorbestimmten Spannung zusammengedrückt wird.

2· Befestigungeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (26) des Anzeigeelementes (24) ein im

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wesentlichen durchgehender dünner Rand ist, dessen innerer Umfang konzentrisch zu dem im wesentlichen kreisförmigen Außenuinfang der Seitenwand (28) verläuft.

3· Befestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen kreisförmige Auflageflansch (i4) einteilig mit den die Drehung ermöglichenden Flächen (20) ausgebildet ist· '

4. Befestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (i6) des Auflageflansches (i4) eine den Flansch (26) des Anzeigeelementes (24) aufnehmende ringförmige Umfangsausnehmung (17) aufweist.

5· Bejfestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflageflansch (i4b) einen oberen und einen unteren Flächenabschnitt (i8b bzw. i6b) aufweist und daß das Anzeigeelement (24b) mit Abschnitten (3*0 versehen ist, die sich von der Seitenwand (28b) radial einwärts erstrecken und den Rand des oberen Flächenabschnitts (i8b) des Auflageflansches übergreifen.

6. Befestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch des Anzeigeelementes (24b) auf Zungen (26a) besteht, die mit Abstand um den Innenumfang desselben angeordnet sind.

7· Befestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (28b) des Anzeigeelementes (24b) Federn

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(3O) aufweist, die sich einwärts erstrecken und in Ausnehmungen (32) im Umfang des Auflageflansches (i4b) einrasten, daß sich von der Seitenwand (28t)) des Anzeigeelementes (24b) obere Flanschabschnitte (34) über- den Rand der oberen Fläche (i8b) des Auflageflansches (i4b) erstrecken, daß die obere Fläche des Auflageflansches Anzeigeeinrichtungen (36) aufweist, die von den oberen Flanschabschnitten (3*0 des Anzeigeelementes überdeckt sind und daß das Anzeigeelement gegen die Kraft der Federn relativ zur oberen Fläche des Auflageflansches verdrehbar ist, wenn der Flansch (26b) des Anzeigeelementes zwischen dem Auflageflansch (i4b) und der Federscheibe (22b) eingespannt ist.

8· Befestigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Anzeigeelementes (24, 24b) größer als- der Innendurchmesser der Federscheibe (22, 22b) ist.

9« Befestigungseinheit mit Zugspannungsanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindeteil (12, 12b) mit einem die Drehung ermöglichenden Abschnitt (20, 20b) vorgesehen ist, der eine untere, im wesentlichen kreisförmige Auflagefläche (16, 17) aufweist, unter der eine konische Federscheibe (22, 22b) angeordnet ist} daß auf der Einheit (1O) ein ringförmiges Anzeigeelement (24, 24a, 24b, 24c) angeordnet ist, das eine sich aufwärts erstreckende, den Außenumfang der Auflagefläche umgebende Seitenwand (28,, 28b _f; 28c) aufweist, deren Innendurchmesser gegenüber dem Aufiendureto-

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messer der Auflagefläche so bemessen ist, daß keine nennenswerte Seitwärtsbewegung des Anzeigeelementes gegenüber der Auflagefläche stattfinden kann} daß mit der Seitenwand ein sich ein bestimmtes Maß radial erstreckender Flansch (26, 26a_t 26b) einteilig ausgebildet ist, dessen Innenrand einen gleichbleibenden radialen Abstand vom Innendurchmesser der Federscheibe aufweist) und daß der Flansch zwischen der Auflagefläche und der oberen Fläche der Federscheibe festgespannt ist, wenn die Zugspannung in der Befestigungseinheit ein vorbestimmtes Maß erreicht hat·

10· Befestigungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (16, 17) sich im wesentlichen rechtwiri&ig zur Achse des Gewindeteils (12, 12b) erstreckt, daß die konische Federscheibe (22, 22b) vorgefertigt auf dem Gewindeteil so angebracht ist, daß der Außenumfang der Federscheibe einen axialen Abstand zur Auflagefläche aufweist und daß der Flansch (26, 26a, 26b) sich jederzeit gegenüber der oberen Fläche der Federscheibe verdrehen kann, wenn der axiale Druck der Federscheibe ein vorbestimmtes Maß unterschreitet·

11. Befestigungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (22, 22b) an einem Werkstück (kO, 40b) angreifende Verriegelungselemente (23) aufweist, die eine Drehung der Federscheibe gegenüber dem Werkstück verhindern·

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