WO2005021216A1 - Doppelmutter zum kontrollierten spannen eines bauteils mittels schraubenverbindung - Google Patents

Doppelmutter zum kontrollierten spannen eines bauteils mittels schraubenverbindung Download PDF

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WO2005021216A1 PCT/EP2004/008477 EP2004008477W WO2005021216A1 WO 2005021216 A1 WO2005021216 A1 WO 2005021216A1 EP 2004008477 W EP2004008477 W EP 2004008477W WO 2005021216 A1 WO2005021216 A1 WO 2005021216A1
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washer
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tension
screw
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Inventor
Jörg Hohmann
Frank Hohmann
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Hohmann Joerg
Frank Hohmann
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B29/00—Accessories
    • B25B29/02—Bolt tensioners
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S411/00—Expanded, threaded, driven, headed, tool-deformed, or locked-threaded fastener
    • Y10S411/917—Nut having tension feature

Definitions

  • the invention relates to a double nut for the controlled clamping of a component by means of screw connections from a tension sleeve with an internal thread that can be screwed onto the threaded end of the screw and an external thread and an screw thread that can be screwed onto the external thread, which is supported on the component sleeve that is to be clamped by means of the screws External thread also serves for screwing on a tension bushing of a hydraulic screw tensioning cylinder and this has a support sleeve which encompasses the pressure sleeve and is also supported on the component to be tensioned by means of the screw connection and which overlaps the tension and pressure sleeve.
  • the tension bushing of a hydraulic screw tensioning cylinder is screwed onto the free end of the tensioning sleeve and the screw tensioning cylinder is pressurized.
  • the support sleeve is supported on a support surface of the component to be tensioned and stretches the screw so that the pressure sleeve lifts off the support surface.
  • the pressure sleeve can now be screwed against the support surface by suitable means, and the collar on the pressure sleeve moves away from the corresponding end of the tension sleeve.
  • the lower threads of the tension sleeve are stressed considerably more than the threads in the area of the thread end of the pressure sleeve and limit the preload that can be applied to the screw connection, especially if the wall thickness of the tension sleeve and the pressure sleeve is small in relation to the screw diameter for spatial reasons must be kept. Accordingly, the invention is based on the tasks to design the double nut so that the load distribution on the threads between the tension sleeve and the pressure sleeve is as uniform as possible, to achieve impure material as far as possible with a low wall thickness of the tension sleeve and the pressure sleeve.
  • the pressure sleeve and / or the tension sleeve can be turned freely in the area without mutual engagement of their threads ,
  • this can also be achieved by arranging a washer under the pressure sleeve which engages around the tension sleeve and on which only the pressure sleeve is supported.
  • the height of the washer should at least correspond to the area without mutual thread engagement of the tension sleeve and the pressure sleeve, but can also be greater.
  • the tension sleeve can be designed in the area of the washer without an external thread.
  • the washer can have a larger diameter than the pressure sleeve in order to be able to apply a sufficiently large pretensioning force to the screw connection even in the case of components to be clamped with low strength.
  • the washer can have a countersink with a cylindrical inner surface which closely surrounds a cylindrical outer surface of the pressure sleeve. Furthermore, the washer can also consist of high-strength material, in particular if it has only a height corresponding to a small number of thread turns.
  • the washer can adhere magnetically to the pressure sleeve, which can be achieved, for example, either by inserting small permanent magnets into the washer or by making the entire washer permanently magnetic.
  • FIG. 1 is a sectional view of a double nut according to the invention with a washer
  • Fig. 2 is a sectional view of a double nut according to the invention without a washer and
  • Fig. 3 is an illustration of the tension nut of FIG. 1 with attached hydraulic screw tensioning cylinder, partly in section.
  • a component 1 to be tensioned is only shown in sections with a contact surface 13 for a pressure sleeve 7 and a bore 12 for a screw 2.
  • the screw 2 has a threaded end 3 onto which a tension sleeve 4 with an internal thread 5 is screwed.
  • the tension sleeve 5 has an external thread 6 onto which a pressure sleeve 7 with a cylindrical outer surface 16 with a corresponding internal thread 8 is screwed. A part of the external thread 6 is exposed and is used for screwing on a tension bushing 24 of a hydraulic screw tensioning cylinder 18, as is explained below with reference to FIG. 2.
  • the pressure sleeve 7 is supported in a cylindrical countersink with an inner surface 17 on a washer 11 and this in turn on the contact surface 13 of the component 1 to be clamped.
  • the cylindrical inner surface 17 of the washer 11 closely engages around the cylindrical outer surface 16 of the pressure sleeve 7, thereby largely preventing the pressure sleeve 7 from spreading open in this area under load.
  • the washer 11 results in an area of the external thread 6 of the tension sleeve 4, which is not in engagement with the internal thread 8 of the pressure sleeve 7, so that an area 9 without thread grip with the pressure sleeve 7 is present on the pull sleeve 4.
  • This area 9 should correspond to at least one thread and is determined, for example, by the height of the washer 11.
  • This area 9 can be on the pull sleeve 4 without thread, i.e. turned freely, executed.
  • the diameter of the washer 11 can, as shown, be larger than the outer diameter of the pressure sleeve 7 and correspond to the diameter of a countersink 15 with little play.
  • a support sleeve 20 of a hydraulic screw tensioning cylinder 18 is supported on the surface of the washer 11, while this support sleeve 20 is supported directly on the contact surface 13 when the outer diameter of the washer 11 is equal to the outer diameter of the pressure sleeve 7 , which is also possible.
  • Small permanent magnets 14 are embedded in the washer 11, as a result of which the washer 11 adheres to the pressure sleeve 7 in order to make assembly easier.
  • the washer 11 can also be permanently magnetic as a whole, whereby the same effect is achieved.
  • the washer 11 is preferably made of a high-strength material, so that a high prestressing of the screw connection can also be achieved with a component made of less solid material.
  • the tension sleeve 4 with the pressure sleeve 7 already screwed thereon and the washer 1.1 is first tightened onto the threaded end 3 of the screw 2 until the washer 11 contacts Screwed on component 1.
  • an internally threaded pull bushing 24 of a hydraulic screw cylinder 18 is screwed onto the still free part of the external thread 6 of the pulling sleeve 4 until a region of the support sleeve 20 encompassing the pressure sleeve 7 is supported on the washer 11.
  • an internal toothing, not shown in detail, of a rotating sleeve 21 comes into contact with a corresponding external toothing 10 or the like on the pressure sleeve 7.
  • the hydraulic screw tensioning cylinder 18 is pressurized with hydraulic fluid via a pressure connection 19, the pull bushing 24 pulls on the pulling sleeve 4 , while the support sleeve 20 is supported on the washer 11: As a result, the screw 2 is stretched to the predetermined dimension, which can be read directly, for example, by means of a marking on the draw sleeve.
  • the pressure sleeve 7 lifts off the component 1 to be tensioned and can easily be turned in via a rotary drive 22 until it contacts the washer 11. If the hydraulic screw tensioning cylinder is then relieved of pressure, the expansion of the screw 2 is maintained and the hydraulic screw tensioning cylinder 18 can be unscrewed from the tension sleeve 4 and used for a further tensioning process.
  • the pressure sleeve 7 can be turned by engaging in the recess 23 by inserting a pin into bores of the pressure sleeve 7, not shown, and rotating the pressure sleeve 7.
  • a hydraulic screw tensioning cylinder suitable for tensioning the tension nut from the tension sleeve 4 and the pressure sleeve 7 is described in DE 19638 901 A1 by the same applicant.

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Abstract

Doppelmutter zum kontrollierten Spannen eines Bauteils mittels Schraubenverbindungen aus einer Zughülse (4) mit einem auf das Gewindeende (3) der Schraube aufschraubbaren Innengewinde (5) und einem Aussengewinde (6) und einer auf das Aussengewinde aufschraubbaren, sich an dem mittels der Schraubenverbindung zu spannenden Bauteil (1) abstützenden Druckhülse (7), dessen Innengewinde (8) in das Aussengewinde der Zughülse mit einem Abstand von mehreren Gewindegängen von dem dem zu spannenden Bauteil zugewandten Ende der Zughülse eingreift, wobei das Aussengewinde auch zum Aufschrauben einer Zugbuchse (24) eines hydraulischen Schraubenspannzylinders (18) dient und dieser eine die Druckhülse umgreifende, sich ebenfalls am mittels der Schraubverbindung zu spannenden Bauteil abstützende, die Zug- und Druckhülse übergreifende Stützhülse (20) aufweist.

Description

Frank u. Jörg Hohmann
"Doppelmutter zum kontrollierten Spannen eines Bauteils mittels Schraubenverbindung"
Die Erfindung betrifft eine Doppelmutter zum kontrollierten Spannen eines Bauteils mittels Schraubenverbindungen aus einer Zughülse mit einem auf das Gewindeende der Schraube aufschraubbaren Innengewinde und einem Außengewinde und einer auf das Außengewinde aufschraubbaren, sich an dem mittels der Sc^uben erbindung_zu spannenden Bauteil abstützenden Druckhülse, wobei das Außengewinde auch zum Aufschrauben einer Zugbuchse eines hydraulischen Schraubenspannzylinders dient und dieser eine die Druckhülse umgreifende, sich ebenfalls am mittels der Schraubenverbindung zu spannenden Bauteil abstützenden, die Zug- und Druckhülse übergreifende Stützhülse aufweist.
Eine derartige Doppelmutter und ein zum Spannen dienender hydraulischer Schraubenspannzylinder sind in der US 4,844,418 A beschrieben. Die Zughülse ist mit einem Außengewinde versehen, das sich über ihre gesamte Länge erstreckt. Die Druckhülse ist mit ihrem Innengewinde auf das Außengewinde der Zughülse aufgeschraubt, wobei sich das Innengewinde der Druckhülse ebenfalls über ihre gesamte Länge erstreckt und die Zughülse von einem einstückig mit der Druckhülse hergestellten Bund untergriffen wird.
Zum Spannen der Schraubenverbindung wird die Zugbuchse eines hydraulischen Schraubenspannzylinders auf das freie Ende der Zughülse aufgeschraubt und der Schraubenspannzylinder unter Druck gesetzt. Die Stützhülse stützt sich auf einer Abstützfläche des zu spannenden Bauteils ab und dehnt die Schraube, so daß die Druckhülse von der Abstützfläche abhebt. Nunmehr läßt sich die Druckhülse durch geeignete Mittel gegen die Abstützfläche schrauben, und der Bund an der Druckhülse entfernt sich vom entsprechenden Ende der Zughülse. Wenn nun der Schraubenspannzylinder druckendastet wird, wird die Schraubensparmung über die Zughülse, die Druckhülse und den Bund an der Druckhulse auf die Abstützfläche des zu spannenden Bauteils geleitet, so daß die Vorspannung der Schraubenverbindung erhalten bleibt.
Durch die bekannte Bauform der Doppelmutter werden die unteren Gewindegänge der Zughülse erheblich stärker belastet als die Gewindegänge im Bereich des Gewindeendes der Druckhülse und begrenzen die auf die Schraubenverbindung aufbringbare Vorspannung, insbesondere wenn die Wandstärke der Zughülse und der Druckhülse aus räumlichen Gründen im Verhältnis zum Schraubendurchmesser klein gehalten werden muß. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgäbe zugrunde, die Doppelmutter so zu gestalten, daß sich eine möglichst gleichförmige Lastverteilung auf die Gewindegänge zwischen der Zughülse und der Druckhülse ergibt, unreine möglichst weitgehende Materialausnutzung bei geringer Wandstärke der Zughülse und der Druckhulse zu erreichen.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Doppelmutter der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß das Innengewinde der Druckhülse in das Außengewinde der Zughülse mit einem Abstand von mindestens einem Gewindegang von dem dem zu spannenden Bauteil zugewandten Ende der Zughülse eingreift.
Untersuchungen haben gezeigt, daß diese einfache Maßnahme zu einer erheblich verbesserten Lastverteilung auf die Gewindegänge führt, so daß auch bei beengten Raumverhältnissen und dementsprechend geringen Wandstärken der Zughülse und der Druckhülse im Verhältnis zum Schraubendurchmesser eine hohe Vorspannkraft aufgebracht und von der Doppelmutter gehalten werden kann.
Um zu erreichen, daß das Innengewinde der Druckhülse in das Außengewinde der Zughülse mit dem vorerwähnten Abstand von mehreren Gewindegängen von dem dem zu spannenden Bauteil zugewandten Ende der Zughülse eingreift, können die Druckhülse und/oder die Zughülse im Bereich ohne gegenseitigen Eingriff ihrer Gewinde freigedreht sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform läßt sich dies auch erreichen, indem unter der Druckhülse eine Unterlegscheibe angeordnet wird, die die Zughülse umgreift und auf der sich nur die Druckhülse abstützt.
In diesem Fall soll die Höhe der Unterlegscheibe mindestens dem Bereich ohne gegenseitigen Gewindeeingriff der Zughülse und der Druckhülse entsprechen, kann jedoch auch größer sein.
Die Zughülse kann im Bereich der Unterlegscheibe ohne Außengewinde ausgeführt sein.
Die Unterlegscheibe kann einen größeren Durchmesser als die Druckhülse aufweisen, um auch bei zu verspannenden Bauteilen mit geringer Festigkeit eine genügend große Vorspannkraft auf die Schraubenverbindung aufbringen zu können.
Um ein Aüfspreizen der Druckhülse unter Belastung weitgehend zu verhindern, kann die Unterlegscheibe eine Ansenkung mit einer zylindrischen Innenfläche aufweisen, die eine zylindrische Außenfläche der Druckhülse eng umfaßt. Des weiteren kann die Unterlegscheibe auch aus hochfestem Material bestehen, insbesondere wenn sie nur eine Höhe entsprechend einer geringen Zahl von Gewindegängen aufweist.
Zur Montageerleichterung kann die Unterlegscheibe an der Druckhülse magnetisch haften, was sich beispielsweise entweder durch Einlagern von kleinen Permanentmagneten in die Unterlegscheibe oder dadurch erreichen läßt, daß die gesamte Unterlegscheibe permanent magnetisch ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels des Näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Doppelmutter mit Unterlegscheibe,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Doppelmutter ohne Unterlegscheibe und
Fig. 3 eine Darstellung der Zugmutter gemäß Fig. 1 mit angesetztem, hydraulischen Schraubenspannzylinder, teilweise im Schnitt.
Ein zu spannendes Bauteil 1 ist nur ausschnittsweise mit einer Anlagefläche 13 für eine Druckhülse 7 und einer Bohrung 12 für eine Schraube 2 dargestellt.
Die Schraube 2 weist ein Gewindeende 3 auζ auf die eine Zughülse 4 mit einem Innengewinde 5 aufgeschraubt ist. Die Zughülse 5 weist ein Außengewinde 6 aufj auf das eine Druckhülse 7 mit einer zylindrischen Außenfläche 16 mit einem entsprechenden Innengewinde 8 aufgeschraubt ist. Ein Teil des Außengewindes 6 liegt frei und dient zum Aufschrauben einer Zugbuchse 24 eines hydraulischen Schraubenspannzylinders 18, wie dies nachstehend mit Bezug auf Figur 2 erläutert ist.
Die Druckhülse 7 stützt sich in einer zylindrischen Ansenkung mit einer Innenfläche 17 auf einer Unterlegscheibe 11 und diese wiederum auf der Anlagefläche 13 des zu spannenden Bauteils 1 ab. Die zylindrische Innenfläche 17 der Unterlegscheibe 11 umgreift eng die zylindrische Außenfläche 16 der Druckhülse 7, wodurch ein Aufspreizen der Druckhulse 7 in diesem Bereich unter Belastung weitgehend verhindert wird.
Durch die Unterlegscheibe 11 ergibt sich ein Bereich des Außengewindes 6 der Zughülse 4, der nicht in Eingriff mit dem Innengewinde 8 der Druckhülse 7 steht, so daß an der Zughülse 4 ein Bereich 9 ohne Gewmdeemgriff mit der Druckhülse 7 vorhanden ist.
Die Höhe dieses Bereichs 9 soll mindestens einem Gewindegang, entsprechen und wird beispielsweise durch die Höhe der Unterlegscheibe 11 bestimmt. Dieser Bereich 9 kann an der Zughülse 4 ohne Gewinde, d.h. freigedreht, ausgeführt sein.
Der gleiche Effekt läßt sic erreichen, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, keine Unterlegscheibe vorhanden ist, sondern sich die Druckhülse 7 direkt an der Anlagefläche 13 abstützt und wenn wenigstens das Innengewinde 8 an der Druckhülse 7 oder das Außengewinde 6 an der Zughülse 4 oder beide entsprechend freigedreht sind.
Auf die Höhe des Bereichs 9, der entweder durch die Höhe der Unterlegscheibe 11 oder durch das vorerwähnte Freidrehen bestimmt wird, kommt es nicht an, sie muß wenigstens einem Gewindegang entsprechen, kann jedoch auch sehr viel höher seih, da in jedem Fall der die ersten Gewindegänge der Zughülse 4 entlastende Effekt auftritt und die Last über eine größere Anzahl Gewindegänge verteilt wird als bei der Ausführungsform gemäß der US 4,844,418 A.
Der Durchmesser der Unterlegscheibe 11 kann, wie dargestellt, größer als der Außendurchmesser der Druckhulse 7 sein und mit geringem Spiel dem Durchmesser einer Ansenkung 15 entsprechen. In diesem Fall stützt sich, wie nachstehend beschrieben, eine Stützhülse 20 eines hydraulischen Schraubenspannzylinders 18 auf der Oberfläche der Unterlegscheibe 11 ab, während sich diese Stützhülse 20 direkt auf der Anlagefläche 13 abstützt, wenn der Außendurchmesser der Unterlegscheibe 11 gleich dem Außendurchmesser der Druckhülse 7 ist, was ebenfalls möglich ist.
In die Unterlegscheibe 11 sind kleine Permanentmagnete 14 eingelassen, wodurch die Unterlegscheibe 11 zwecks Montageerleichterung an der Druckhülse 7 haftet.
Die Unterlegscheibe 11 kann auch als Ganzes permanentmagnetisch sein, wodurch derselbe Effekt erzielt wird.
Vorzugsweise ist die Unterlegscheibe 11 aus einem hochfesten Material, so daß sich auch bei einem Bauteil aus weniger festem Material eine hohe Vorspannung der Schraubenverbindung erreichen läßt.
Zum Spannen der Schraube 2 wird, wie in Figur 3 dargestellt, zunächst die Zughülse 4 mit der darauf bereits aufgeschraubten Druckhülse 7 und der Unterlegscheibe 1.1 auf das Gewindeende 3 der Schraube 2 bis zur Anlage der Unterlegscheibe 11 am zu spannenden Bauteil 1 aufgeschraubt. Danach wird eine mit einem Innengewinde versehene Zugbuchse 24 eines hydraulischen Schraubenzylinders 18 auf den noch freien Teil des Außengewindes 6 der Zughülse 4 aufgeschraubt, bis sich ein die Druckhülse 7 umgreifender Bereich der Stützhülse 20 an der Unterlegscheibe 11 abstützt. Hierbei kommt eine im einzelnen nicht dargestellte Innenverzahnung einer Drehhülse 21 in Emgriff mit einer entsprechenden Außenverzahnung 10 oder dgl. an der Druckhulse 7. Wird der hydraulische Schraubenspannzylinder 18 über einen Druckanschlüß 19 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, zieht die Zugbuchse 24 an der Zughülse 4, während sich die Stützhülse 20 an der Unterlegscheibe 11 abstützt: Dadurch wird die Schraube 2 auf das vorgegebene Maß gedehnt, das sich beispielsweise mittels einer Markierung an der Zughülse direkt ablesen läßt. Dabei hebt die Druckhülse 7 von dem zu spannenden Bauteil 1 ab und läßt sich leicht über einen Drehantrieb 22 bis zur Anlage an der Unterlegscheibe 11 beidrehen. Wird der hydraulische Schraubenspannzylinder danach druckentlastet, bleibt die Dehnung der Schraube 2 erhalten und der hydraulische Schraubenspannzylinder 18 läßt sich von der Zughülse 4 abschrauben und für einen weiteren Spannvorgang verwenden.
Ist am hydraulischen Schraubenspannzylinder 18 kein Drehantrieb 22 vorhanden, läßt sich die Druckhülse 7 durch Eingriff in die Ausnehmung 23 beidrehen, indem in nicht dargestellte Bohrungen der Druckhülse 7 ein Stift eingesetzt und die Druckhülse 7 gedreht wird.
Eine zum Spannen der Zugmutter aus der Zughülse 4 und der Druckhülse 7 geeigneter hydraulischer Schraubenspannzylinder ist in DE 19638 901 AI derselben Anmelder beschrieben.

Claims

Frank u. Jörg HohmannP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Doppelmutter zum kontrollierten Spannen eines Bauteils (1) mittels Schraubenverbindungen aus einer Zughülse (4) mit einem auf das Gewindeende (3) der Schraube aufschraubbaren Innengewinde (5) und einem Außengewinde (6), und einer auf das Außengewinde (6) aufschraubbaren, sich an dem mittels der Schraubenverbindung zu spannenden Bauteil (1) abstützenden Druckhülse (7), dessen Innengewinde (8) in das Außengewinde (6) der Zughülse (4) mit einem Abstand von mehreren Gewindegängen von dem dem zu spannenden Bauteil (1) zugewandten Ende der Zughülse (4) eingreift, wobei das Außengewinde (6) auch zum Aufschrauben einer Zugbuchse (24) eines hydraulischen Schraubenspannzylinders (18) dient und dieser eine die Druckhülse (7) umgreifende, sich ebenfalls am mittels der Schraubverbindung zu spannenden Bauteil (1) abstützende, die Zug- und Druckhülse (4, 7) übergreifende Stützhülse (20) aufweist.
2. Doppelmutter nach Anspruch 1, bei der die Druckhülse (7) und/oder die Zughülse (4) im Bereich ohne gegenseitigen Eingriff ihrer Gewinde (6, 8) freigedreht sind.
3. Doppelmutter nach Anspruch 1, bei der sich die Druckhülse (7) auf einer Unterlegscheibe (11) abstützt, die die Zughülse (4) umgreift.
4. Doppelmutter nach Anspruch 3, bei der die Höhe der Unterlegscheibe (11) dem Bereich ohne gegenseitigen Gewiήdeeingriff der Zughülse (4) und der Druckhülse (7) entspricht.
5. Doppelmutter nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Unterlegscheibe (11) an der Druckhülse magnetisch haftet.
6. Doppelmutter nach Anspruch 5, bei der in die Unterlegscheibe (11) kleine Permanentmagnete eingelagert sind.
7. Doppelmutter nach Anspruch 5; bei der die Unterlegscheibe (11) permarientmagnetisch ist.
8. Doppelmutter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der die Unterlegscheibe (11) einen größeren Durchmesser als die Druckhülse (7) aufweist.
9. Doppelmutter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der die Unterlegscheibe (11) eine Ansenkung mit einer zylindrischen Innenfläche (17) aufweist, die eine zylindrische Außenfläche (16) der Druckhulse (7) eng umfaßt.
10. Doppelmutter nach einem der Ansprüche 3 bis 9 , bei der die Unterlegscheibe (11) aus hochfestem Material besteht.
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