DE6927986U

DE6927986U - Selbsthemmender gewindeeinsatz.

Info

Publication number: DE6927986U
Application number: DE6927986U
Authority: DE
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1973-01-25
Also published as: DE1935959A1; FR2012994A1; US3495642A; BR6910716D0; GB1257486A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbsthemmenden Gewindeeinsatz zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Gewindeloch in einem Trägerkörper und eine Gewindeverbindung. Die Erfindung ist insbesondere auf Gewindeeinsätze gerichtet, die in einem äußeren Trägerkörper selbsthemmend anbringbar sind und auch einen eingeschraubten Gewindebolzen bzw. eine Schraube selbsthemmend halten.

Einsätze aus hartem Werkstoff sind allgemein bei Anwendungen benutzt worden, bei denen irgendwelche Gegenstände mit einem Körper aus verhältnismäßig weichem oder leicht schmiedbarem Werkstoff wie Aluminium, Magnesium oder Legierungen aus Aluminium und Magnesium od.dgl. zu verbinden waren. Bei einer besonders häufigen Anwendung ist es erwünscht oder notwendig, den zu befestigenden Gegenstand abzunehmen oder zu ersetzen. Das wiederholte Einsetzen und Herausnehmen von Gewinde-Befestigungselementen in ein Gewindeloch eines solchen verhältnismäßig weichen Werkstoffes bewirkt rasch einen Oberflächenverschleiß am Gewindeloch,

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so daß sich eine feste bzw. dichte Verbindung immer schwieriger erzielen läßt. Wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, um sowohl den Einsatz in verhältnismäßig weichem Trägerwerkstoff als auch den Gewindebolzen im Einsatz selbst zu arretieren, besteht die Gefahr, daß sich entweder der Gewindebolzen oder der Einsatz infolge von Erschütterungen beim Gebrauch oder im Betrieb lockert.

Erschwerend kommt hinzu, daß bei wiederholter Verwendung eines Gewindeeinsatzes an einer Anzahl von Stellen bzw. in verschiedenen Bedarfsfällen sich eine aufwendigere Konstruktion des Einsatzes als umständlich in der Handhabung und wenig betriebssicher erweist. Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt, die als Gewindeeinsätze ausgebildet sind, welche sowohl in Bezug auf einen schmiedbaren bzw. hämmerbaren Trägerkörper als auch in Bezug auf einen innen angeordneten Gewindebolzen bzw. -stift selbsthemmend wirken. Viele dieser Vorrichtungen erfordern jedoch Einsätze, die aus einer Anzahl von Bestandteilen zusammengesetzt sind, zu denen insbesondere getrennte Sicherungselemente gehören, z.B. Stiftnägel oder Sicherungsringe, oder es sind zu ihrer Herstellung komplizierte Fertigungsverfahren notwendig, um die Gewindefläche des Einsatzes entweder zu rändeln oder mit Zahnungen zu versehen, so daß eine feste Grifffläche gebildet wird.

Es ist ein wesentliches Ziel der Erfindung, einen sel'bsthemmenden Gewindeeinsatz zu schaffen, der im wesentlichen einstückig ausgebildet ist, sicher im Trägerkörper gehalten ist und seinerseits einen Gewindebolzen bzw. -stift sicher hält. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in

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der Schaffung eines selbsthemmenden Gewindeeinsatzes, der einfach aufgebaut und wirtschaftlich herstellbar ist und in wiederholten Anwendungen bzw. Bedarfsfällen immer wieder verwendet werden kann, ohne daß ein praktisch bedeutsames Nachlassen der Sicherungs- bzw. Selbsthemmwirkung sowohl innerhalb des schmiedbaren Körpers als auch in Bezug auf die Festlegung eines Gewindebolzens bzw. -stiftes stattfände.

Ein Gewindeeinsatz der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen zylindrischen Körper mit einer über seine ganze Länge reichenden Außengewindefläche zum Verschrauben mit einer zugeordneten Gewindefläche in einem Trägerkörper und einer ebenfalls über seine ganze Länge reichenden Innengewindefläche zum Verschrauben mit dem Schraubschaft eines zugeordneten Gewinde-Befestigungselementes, durch eine im Abstand zu beiden Enden des Einsatzes angeordnete Umfangsnut, die im wesentlichen bis zum Flankendurchmesser des Außengewindes eingearbeitet ist, und durch wenigstens einen Bereich der Nut, der radial nach innen plastisch verformt ist, so daß die Innengewindefläche innen wenigstens stückweise Verformungen aufweist, an welchen das Gewinde-Befestigungselement selbsthemmend gehalten ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Gewindeeinsatz aus einem zylindrischen Körper eines harten Werkstoffes. Der Körper ist sowohl innen als auch außen mit einem Gewinde versehen und hat an der Außengewindefläche des Einsatzes eine Umfangsnut, deren Tiefebis etwa zum Flankendurchmesser des Außengewindes reicht.

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Durch Einwirkung eines Preßdruckes an einer Anzahl von Stellen an dar Nut werden Teile davon radial nach innen plastisch verformt, so daß das Innengewinde in den betreffenden Bereichen gleichfalls verformt ist und eine Selbsthemmwirkung auftritt, wenn ein Gewindebolzen bzw. -stift anschließend eingeschraubt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Gewindeeinsatz gegenüber dem Trägerkörper festlegbar, um eine un- ₍ erwünschte Relativbewegung zwischen Einsatz und Trägerkör- * per zu unterbinden. Hierzu kann an einem Teil der Außen- '? gewindefläche ein Sicherungs- bzw. Hemmstreifen aus thermoplastischem Werkstoff haftend angebracht sein. Wird der Einsatz dann in einen hämmerbaren bzw. schmiedbaren Trägerkörper eingeschraubt, so bewirkt der Sicherungsstreifen eine Selbsthemmung zwischen dem Gewindeeinsatz und dem Trägerkörper.

weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Pig. Λ eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer

erfindungsgemäßeri Gewindeverbindung, Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 aus Fig. 1

unter Weglassung von Einzelteilen und Fig. 3 eine Längsschnittansicht längs der Linie 3-3 aus Fig. 2.

Aus Pig. 1 ist ein Einsatz 10 ersichtlich, der in ein Gewindeloch 12 eines Trägerkörpers 14 eingeschraubt ist. Mit dem Trägerkörper 14 ist mittels eines Gewindebolzens bzw. -Stiftes 18 eine Platte 16 verbunden. Der Gewindebolzen bzw.-stift 18 kann beispielsweise als Zylinderkopfschraube ausgebildet sein.

Der Ansatz 10 ist vorzugsweise ein zylindrisches, rohrförmiges Element mit einer über seine ganze Länge reichenden üblichen Außengewindefläche 20, die zur Verschraubung mit einer Innengewindefläche 22 im Trägerkörper 14 geeignet ist. Außerdem hat der Einsatz 10 eine über seine ganze Länge reichende übliche Innengewindefläche 24, die zur Verschraubung mit einem (nicht dargestellten) Gewindeschaft des Gewindebolzens 18 geeignet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einsatz 10 gegenüber dem Trägerkörper 14 arretiert, so daß zwischen diesem und dem Einsatz 10 im normalen Gebrauch keine Verdrehung bzw. Relativbewegung stattfindet. Der Einsatz 10 ist daher· im Trägerkörper 14 derart festgelegt, daß er nur entnehmbar ist, wenn ein Löse-Drehmoment aufgebracht wird, das größer ist als irgendein während des normalen Gebrauchs bzw. Sollbetriebs auftretendes Drehmoment. Wahlweise, insbesondere aber zusätzlich ist eine Innensicherung vorgesehen, welche den Gewindeschaft des Gewindebolzens bzw. einer Schraube 18 sichert und so eine Relativdrehung zwischen diesem Befestigungselement und dem Einsatz 18 verhindert. Die beiden Hemm- bzw. Sicherungseinrichtungen werden im folgenden eingehend erläutert.

Man erkennt insbesondere aus Fig. 3, daß der Einsatz 10 mit einer Umfangsnut 30 versehen ist, die -wie aus Fig.1

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hervorgeht- etwa in der Mitte zwischen den Enden des Einsatzes 10 und parallel zu diesen angeordnet ist. Die Nut 30 ist in den Einsatz 10 bis zu einer Tiefe eingearbeitet, welche etwa dem Flankendurchmesser D (Fig. 3) des Außengewindes 20 entspricht. Es ist daher ein flacher Ring 32 gebildet, der im wesentlichen mit dem Flankendurchmesser D rund um den Einsatz 10 herumläuft. Am Ring 32 ist der Einsatz 10 gequetscht bzw. gedruckt, so daß dieser Teil des Einsatzes plastisch verformt ist und radial nach innen gerichtete Verformungen 34,36 aufweist (Fig. 2). Der hierzu erforderliche Preßdruck kann an einer Anzahl von Stellen rund um den Ring 32 angewandt werden, je nach dem Halte-Drehmoment, das auf den mit dem Einsatz 10 zusammenarbeitenden Gewindebolzen 18 wirken soll. Die verformten Gewindeteile 34-»36 ragen auf diese Weise radial nach innen in den Einsatz 10 hinein. Wird der Gewindeschaft eines Gewindebolzens 18 eingeschraubt, so daß er an den nach innen gedrückten Verformungsstellen 34-,3O anli'egt, so wird der Gewindebolzen 18 mit einem vorbestimmten bzw. voreinstellbaren Halte-Drehmoment gehalten. Seine Verdrehung, beispielsweise in umgekehrter Richtung zur Lösung der Verbindung, wird daher verhindert und auf diese Weise eine selbsthemmende Wirkung gewährleistet.

Vorzugsweise sind die Verformungen 34,36 so angeordnet, daß die Spitze C (Fig. 3) eines Innengewindes 24 von der mit gestrichelten Linien gezeichneten Lage in die mit ausgezogenen Linien gezeichnete Lage gelangt, so daß eine stärkere Flächenwirkung auf einen eingeschraubten Gewindebolzen 18 stattfindet und eine erhöhte Selbsthemmung sichergestellt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die verformten Stellen 34,36 sich in einem Bereich maximaler Wandstärke des Einsatzes 10 befinden, so daß eine große

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Festigkeit gegeben ist und Jeglicher Versetzung nach außen, welche die Selbsthemmung aufheben würde, ein vermehrter Widerstand entgegengesetzt wird.

Ein Streifen 40 aus einem thermoplastischem Werkstoff, z.B. aus einem Polyamid (Nylon), ist an einer Haftfläche 42 mit der Außengewindefläche 20 des Einsatzes 10 verbunden. Der Streifen 40 gewährleistet als Sicherungselement eine Selbsthemmung, wenn der Einsatz 10 in einen Trägerkörper 14 eingeschraubt wird bzw. ist. Das Löse-Drehmoment, das zur Verdrehung des Einsatzes 10 in Bezug auf den Trägerkörper 14 notwendig ist, ist natürlich sehr viel größer als das Halte-Drehmoment auf den Gewindebolzen 18 im Einsatz 10 und auch sehr viel höher als das zum Herausschrauben des Gewindebolzens 18 aus dem Einsatz 10 erforderliche Löse-Drehmoment. Wenn daher der Einsatz 10 in den Trägerkörper 14 eingesetzt ist, so bewirkt eine Verdrehung des Gewindebolzens 18 beim Ein- und Ausschrauben in bzw. aus dem Einsatz 10 unter den dazu erforderlichen Drehmomenten, mit denen der Gewindebol= zen 18 in den Einsatz eingeschraubt und aus ihm herausgeschraubt wird, keinerlei Bewegung des Einsatzes 10 in Bezug auf den Trägerkörper 14 .

Da die Umfangsnut 30 nur etwa bis zum Flankendurchmesser des Außengewindes 20 am Einsatz 10 eingearbeitet ist, verbleibt dem Einsatz 10 rundherum ausreichend Fleisch in Form eines Bandes von der Dicke t, um Festigkeit und Flexibilität zu gewährleisten. Die Dicke t dieses Bandes trägt erheblich zur Wiederverwendbarkeit des Einsatzes bei, insbesondere hinsichtlich seiner Selbsthemmwirkung.

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Die Druckstellen bzw. Verformungen 34,36 sind durch plastisches Verformen des Einsatzes 10 gebildet. Die Dicke t des Bandes bzw. Fleisches reicht jedoch aus, um trotz der geringfügigen Dehnung des Einsatzes beim Ein- und Ausschrauben des Gewindebolzens 18 eine Rückkehr im wesentlichen zur Ausgangsgestalt infolge der Eigenelastizität zu bewirken. Die Lebensdauer des selbsthemmenden Gewindeeinsatzes 10 wird dadurch verlängert, indem auf den Gewindebolzen 18 ein gleichmäßigeres Drehmoment auch während wiederholter Verwendungen bzw. Arbeitsspiele wirkt.

Zur Verwendung bei weichen Werkstoffen wie z.B. -Holz sind selbsthemmende Gewindeeinsätze vorgeschlagen worden, die selbstschneidend ausgebildet sind und am Umfang des Einsatzes eine Nut haben, welche bis unter den Kerndurchmesser des Außengewindes reicht. Zur Verwendung in Holz, wo die Verbindung nicht sehr hohen Zugkräften unterworj fen ist, sind derartige Einsätze geeignet, nicht jedoch

\ in Fällen, wo die Verbindung einer großen Beanspruchung

bzw. Belastung ausgesetzt ist und/oder wo eine Notwendigkeit zur wiederholten Anbringung besteht.

Mit erfindungsgemäßen Gewindeeinsätzen 10, deren zur Festlegung innen dienende Nut 30 bis zum Flankendurchmesser des Außengewindes 20 reicht, und mit ähnlichen Einsätzen, deren Hut in herkömmlicher Weise bis zum Kerndurchmesser des Außengewindes geführt ist, wurden Vergleichsversuche unternommen. Es wurde festgestellt, daß in einer Reihe von fünfzehn Verwendungen bei den mit bis zum Kerndurchmesser geführter Nut versehenen Einsätzen

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ein wesentlich stärkerer Abfall des Anzieh- bzw. Haltedrehmoments eintrat und auch das zum Lösen des Gewindebolzens aus dem Einsatz notwendige Löse-Drehmoment erheblich niedriger lag. Eine Zug-Prüfung bei verschiedenen tief eingeschraubten Gewindebolzen ergab außerdem, daß Einsätze mit bis zum Kerndurchmesser eingearbeiteter Nut bei beträchtlich niedrigerer Belastung ausfielen.

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Tabelle I; Anzieh- und Löse-Drehmomente für Einsätze mit eingeschraubtem Gewindebolzen

Einsätze mit bis zum Kern durch messer geführter Nut	1.Anbringen	Anzieh-Drehmoment (cm-kp)	10.Anbringen	15-Anbringen	Lö s e-Dr ehmoment (cm-kp)
	92,3 80,7 34,5	5·Anbringen	23,1 25,4 34,5	23,1 11,5 23,1	15. Anbringen
Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3		23,1 .17,3 23,1			28,8 17,3 25,4
Einsätze mit bis zum Flankendurch messer geführter Nut	83,1 69,2 78,4		36,9 34,6 55,4	40,4 48,5 55,4.
Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3	40,4 39,2 48,5		36,9 36,9 57,7

Tabelle II: Herausziehkraft bei Einsätzen mit eingeschraubtem Gewindebolzen

Einsatζ-Typ: Nut bis zum	Einschraubtiefe	Zugkraft (kp)	1.495	Art des Ausfalls
Kerndurchmesser	Gewindebolzen voll bis über die Nut hinaus eingeschraubt	6.080	2.315	Einsatz gerissen
!Plankendurchmesser	Gewindebolzen eine Um-	6.495	Gewinde im Träger körper ausgefallen
Kerndurchmesser	3-540	- Einsatz gerissen i I S 1
F1 ank en dur c h- messer	CLTGIlUIIg Iu. LLLC INU.Ti CJ.Dgc > schraubt 1 1 4-565 j
Kerndurchmesser	Gewindebolzen bis an die Nut heran-, aber nicht eingeschraubt
Flankendurch messer

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In den Tabellen I und II sind die gemessenen Werte einander gegenübergestellt. Die angeführten Werte wurden an Einsätzen ermittelt, deren Außengewinde jeweils in ein Gewindeloch mit 1/2" - 14 Gewinde in einem 6061-Prüfblock aus Aluminium eingeschraubt war und selbst ein Innengewinde aufwiesen, in das eine Zylinderkopfschraube mit 3/8" - 16 Gewinde eingeschraubt war.

Wie man aus Tabelle I ersieht, zeigt das Anzieh-Drehmoment bei Einsätzen mit bis zum Kerndurchmesser geführter Nut einen merklichen Abfall zwischen dem ersten und dem fünften Anbringen, ebenso ergibt sich ein beträchtlich niedrigeres Löse-Drehmoment mach dem fünfzehnten Anbringen. Diese Ergebnisse zeigen einen erheblich größeren Verschleiß bei Einsätzen mit bis zum Kerndurchmesser geführter Nut, was auf die radial nach außen geführte plastische Verformung der Druckstellen im Nutenbereich zurückgeführt werden kann, da die tragende Materialstärke wesentlich geringer ist und infolgedessen die Drehmomentwerte sowohl für das Anziehen als auch für das Lösen nach wiederholter Benutzung bzw. Anbringung stark herabgesetzt sind.

In Tabelle II sind die Ausfallwerte von Zugkräften bei einer Zugkraft-Prüfung angegeben. Die Zugwerte für vergleichbar tief eingeschraubte Gewindebolzen liegen bei Einsätzen mit bis zum Kerndurchmesser geführter Nut erheblich niedriger. Wo der Gewindebolzen über den gesamten Nuten-Hemmbereich eingeschraubt war, trat der Ausfall bei den Einsätzen mit bis zum Flankendurchmesser geführter Nut sogar nicht am Einsatz selbst auf, sondern im Gewinde des Aluminium-Prüfblockes.

Man ersieht aus der vorstehenden Beschreibung und den Ergebnissen der Vergleichsversuche, daß der erfindungsgemäße selbsthemmende Gewindeeinsatz außerordentliche Verbesserungen erbringt, insbesondere eine gesteigerte Wiederverwendbarkeit bei ausreichendem Halte-Drehmoment, langseitig anhaltende Selbsthemmwirkung, leichte Herstellbarkeit und insbesondere auch bequeme Benutzung, da der stoffschlüssig mit einerNylonnase am Außengewinde versehene Einsatz ein einstückiges Element bildet, das ohne Schwierigkeit in einer Serienfertigung eingesetzt werden kann» Weil die Wandstärke des Sicherungsbandes eine erhöhte Festigkeit aufweist, hat überdies der Einsatz selbst eine größere Festigkeit, und er kann daher sehr hohen Beanspruchungen ohne Ausfall standhalten.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

1. Selbsthemmender Gewindeeinsatz zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Gewindeloch in einem Trägerkörper, gekennzeichnet durcheinen zylindrischen Körper (10) mit einem über seine ganze Länge reichenden Außengewindefläche (20) zum Verschrauben mit einer zugeordneten Gewindefläche (22) in dem Trägerkörper (14) und einer ebenfalls über seine ganze Länge reichenden Innengewindefläche (24) zum Verschrauben mit dem Schraubenschaft eines zugeordneten Gewinde-Befestigungselementes (18), durch eine im Abstand zu beiden Enden des Einsatzes (10) angeordnete Umfangsnut (30), die im wesentlichen bis zum Flankendurchmesser (D) des Außengewindes (20) eingearbeitet ist, und durch wenigstens einen Bereich der Nut (30), der radial nach innen plastisch verformt ist. so daß die Innengewindeflache (22) innen wenigstens stückweise Verformungen (34,36) aufweist, an welchen das Gewinde-Befestigungselement (18) selbsthemmend gehalten ist.

2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er gegenüber dem Trägerkörper (14) festlegbar ist, um eine unerwünschte Relativbewegung zwischen Einsatz (10) und Trägerkörper (14J zu unterbinden.

3. Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zum Festlegen des Einsatzes £10) gegenüber dem Trägerkörper (14) ein Sicherungs- bzw.

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Hemmstreifen (40) aus thermoplastischen¹ Werkstoff an einem Teil (42) der Außengewindefläche (20) haftend angebracht ist.

4. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Nut (30) an einer Anzahl von Stellen verformt ist, so daß die Innengewindefläche (24) des Einsatzes (10) an einer Anzahl von Stellen verformt ist u:ad das mit ihr zusammenwirkende Gewinde-Befestigungselement, insbesondere einen Bolzen (18), an einer Anzahl von Stellen selbsthemmend hält.

5. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die plastische Verformung so angeordnet ist, daß die Spitze des Einsatz-Innengewindes (24) aus der normalen Lage im Gewinde (24) versetzt ist und so ein eingeschraubtes Gewinde-Befestigungselement (18) klemmend hält.

6. Gewindeeinsatz mit einem Außengewinde zum Verschrauben mit einer Aufnahmebohrung in einem Trägerkörper und mit einem Innengewinde zum Versehrauben mit einem Gewindebolzen, dadurch gekennzeichnet , daß zur Sicherung des Gewindebolzens (18) in dem Einsatz (10) eine innere Umfangsnut (30) vorhanden ist, von der ein Teil plastisch verformt ist und mit nach innen gerichteten Verformungen (34,36) den Gewindebolzen (18) klemmt.

7. Gewindeeinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich ein Sicherungseiement (40) zur Festlegung des Einsatzes (10) im Trägerkörper (14) -©rhanden ist.

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8. Gewindeverbindung eines ersten Teils, der mit einem Trägerkörper verbunden ist und eine Bohrung zur Aufnahme eines Gewindebefestigungselementes darin aufweist, die axial mit einer Bohrung im Trägerkörper fluchtet, welche zum Verschrauben mit einem zylindrischen, ein Außengewinde aufweisenden Einsatz eine Innengewindefläche hat, welch'letzterer eine mit der Gewindefläche des Befestigungslementes schraubende Innengewindefläche besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß der Einsatz (10) zum Festlegen in der Trägerbohrung (20) und zum Unterbinden einer Relativbewegung zwischen Einsatz (10) und Trägerkörper (14) eine Sicherung (40) aufweist, und eine im Abstand zu beiden Enden des Einsatzes (10) angeordnete Umfangsnut (50) hat, die im wesentlichen bis zum Flankendurchmesser (D) der Außengewindeflache (20) eingearbeitet ist und in wenigstens einem Bereich radial nach innen plastisch verformt ist, so daß das Einsatz-Innengewinde (24) wenigstens stückweise innen Verformungen (34,36) aufweist, an welchen die Gewindeflächen des dadurch selbsthemmend gehaltenen Befestigungselementes (18) klemmt.

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