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Die Erfindung betrifft ein Rahmenteil für einen Gurtaufroller sowie ein Verfahren zur Herstellung eines im Wesentlichen plattenförmigen Rahmenteils eines Gurtaufrollers.
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Ein Gurtaufroller weist typischerweise eine Gurtspule auf, an der ein Gurtband befestigt ist, welches auf der Gurtspule auf- und abgerollt werden kann. Die Gurtspule ist dabei an den Rahmenteilen des Gurtaufrollers gelagert. Bei einem Unfall soll ein Abwickeln des Gurtbands von der Gurtspule verhindert werden. Hierzu ist üblicherweise ein Sperrmechanismus vorgesehen, der eine an der Gurtspule angeordnete Sperrklinke sowie eine am Rahmenteil ausgebildete Sperrverzahnung umfassen kann. Die Sperrklinke wird fahrzeug- und/oder gurtbandsensitiv in die Sperrverzahnung gesteuert, sodass die Gurtspule blockiert ist und sich das Gurtband nicht weiter abwickeln kann. Das Einsteuern der Sperrklinke kann aufgrund ihrer Trägheit erfolgen. Anstelle der Sperrklinke kann die Gurtspule auch eine Gegenverzahnung aufweisen, welche mit der Sperrverzahnung am Rahmenteil zusammenwirkt. Die Gurtspule verlagert sich aufgrund der auftretenden Kräfte derart, dass die Verzahnungen miteinander in Eingriff geraten und die Gurtspule blockiert ist.
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Beim Sperren der Gurtspule treten zwischen der Sperrverzahnung am Rahmenteil und der Gegenverzahnung oder der Sperrklinke hohe Kräfte auf, welche eine hohe Belastung in Form einer großen Flächenpressung an den entsprechenden Kontaktflächen zur Folge haben. Die Flächenpressung ist von der auftretenden Kraft und der zur Verfügung stehenden Kontaktfläche abhängig und bestimmt maßgeblich die Auswahl der verwendeten Materialien für die entsprechenden Bauteile. Die beim Gurtaufroller verwendeten Bauteile sind aus Materialien hergestellt, die eine möglichst geringe Dichte haben, wobei die Bauteile dennoch den zu erwartenden Flächenpressungen standhalten müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmenteils für einen Gurtaufroller sowie ein Rahmenteil bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die am Rahmenteil auftretenden Belastungen bei Sperrung der Gurtspule zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines im Wesentlichen plattenförmigen Rahmenteils eines Gurtaufrollers gelöst, das eine Sperrverzahnung aufweist, und die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines plattenförmigen Elements,
- b) abschnittsweises plastisches Umformen des plattenförmigen Elements, sodass ein zu einem Hauptabschnitt des plattenförmigen Elements verdickter Abschnitt entsteht, und
- c) Erzeugen einer Sperrverzahnung im verdickten Abschnitt, sodass die Sperrverzahnung eine größere Dicke als das Element vor dem Umformen hat.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Flächenpressung dadurch zu reduzieren, dass die Sperrverzahnung am Rahmenteil des Gurtaufrollers in einem verdickten Abschnitt ausgebildet ist, sodass die Anlage- oder Kontaktfläche für die Gegenverzahnung oder Sperrklinke der Gurtspule vergrößert ist. Da die Flächenpressung umgekehrt proportional zur Kontaktfläche ist, reduziert sich die Flächenpressung bei vergrößerter Kontaktfläche entsprechend. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zudem sichergestellt, dass der verdickte Abschnitt in einfacher Weise hergestellt wird, da er lediglich durch plastisches Umformen gebildet wird. Der restliche Abschnitt des Rahmenteils oder fast der gesamte restliche Abschnitt kann die Dicke des ursprünglichen Elements behalten und wird als Hauptabschnitt bezeichnet. Die abschnittsweise Umformung hat zudem zur Folge, dass der verdickte Abschnitt einteilig am Rahmenteil ausgebildet ist, wodurch hohe Kräfte aufgenommen werden können. Da nur der Bereich der Sperrverzahnung verdickt ist, weist das Rahmenteil dennoch insgesamt ein geringes Gewicht auf.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Element im Schritt b) gezogen und anschließend im gezogenen Abschnitt gestaucht oder gedrückt wird, um eine Abkantung zu erzeugen. Die so erzeugte Abkantung bildet gleichzeitig den verdickten Abschnitt aus. Ziehen und Stauchen oder Drücken stellen zudem einfach zu realisierende plastische Umformverfahren dar.
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Insbesondere wird nach dem Ziehen eine Öffnung in dem Element im Bereich des Randes des verdickten Abschnitts erzeugt, wobei am Rand der Öffnung die Sperrverzahnung ausgebildet wird. Die Öffnung ist dabei einem Bereich zugeordnet, in dem die Gurtspule angeordnet wird, sodass die an der Gurtspule ausgebildete Gegenverzahnung oder Sperrklinke mit der Sperrverzahnung am Rand der Öffnung zusammenwirken kann. Das Element kann zudem über die erzeugte Öffnung einfacher gedrückt oder gestaucht werden, sodass sich das gesamte Herstellungsverfahren vereinfacht.
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Der Stanzeinzug ist abhängig von der Duktilität eines Materials ist. So hat ein Kaltband mit niedriger Bruchdehnung oder auch geringer Brucheinschnürung einen viel kleineren Stanzeinzug. Durch das Aufdicken des Bleches hat der spätere Schnittbereich eine hohe Kaltverfestigung und somit auch einen kleineren Stanzeinzug was zusätzlich den Traganteil erhöht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Rand der Öffnung nach dem Stauchen beschnitten wird. Hierdurch können die einzelnen Zähne der Sperrverzahnung ausgebildet werden. Darüber hinaus kann sichergestellt werden, dass die Sperrverzahnung ebene Kontaktflächen aufweist, sodass die Gegenverzahnung oder die Sperrklinke vollflächig an der Sperrverzahnung anliegt. Ferner ist die auftretende Flächenpressung aufgrund der ebenen Kontaktflächen homogener verteilt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das plattenförmige Element eine Öffnung aufweist, deren Randabschnitt im Schritt b) umgeformt wird, insbesondere so, dass der verdickte Abschnitt im Wesentlichen senkrecht vom Hauptabschnitt absteht. Der umgeformte Randabschnitt bildet gleichzeitig eine Abkantung zum Hauptabschnitt. Über das Umformen des Randabschnitts der Öffnung kann die spätere Dicke und Breite der Sperrverzahnung eingestellt werden, wobei diese von der Länge des umgeformten Randabschnitts abhängen.
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Insbesondere wird der Außenradius im Übergangsbereich vom Randabschnitt zum angrenzenden Hauptabschnitt nach dem Ziehen durch Drücken verringert. Der Außenradius zwischen dem Hauptabschnitt und dem umgeformten Randabschnitt wird möglichst so weit verringert, dass sich ein rechter Winkel ergibt. Der Außenradius ist der Radius, den der umgeformte Bereich auf der von der Öffnung wegweisenden Seite des Elements hat. Durch das Verringern des Außenradius kann eine Faltkante gebildet werden, um die sich der verdickte Abschnitt oder die Abkantung einfach umbiegen lässt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Stauchen mittels eines Stempels durchgeführt wird, der hauptsächlich an dem verdickten Abschnitt angreift. Mittels des Stempels kann der umgeformte bzw. verdickte Abschnitt in einfacher Weise gestaucht werden. Der Stempel kann dabei auf die Stirnfläche des umgeformten Abschnitts drücken, sodass sich dieser um die zuvor ausgebildete Faltkante biegt. Durch das Stauchen wird zudem der Bereich zwischen dem Hauptabschnitt und dem umgeformten Abschnitt kompakter und stabiler. Der Stempel kann dabei beispielsweise ein Fließpressen des verdickten Abschnitts hervorrufen.
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Insbesondere hat der verdickte Abschnitt nach Schritt b) eine Breite, die größer als die Dicke des Elements vor dem Umformen ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Sperrverzahnung nicht nur eine größere Kontaktfläche aufweist, sondern auch eine ausreichende Breite, sodass die ausgebildete Sperrverzahnung bei Eingriff der Sperrklinke stabil bleibt und so größere Kräfte aufnehmen kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Rahmenteil für einen Gurtaufroller, mit einer Sperrverzahnung, die mit einer Sperrklinke oder einer Gegenverzahnung zusammenwirken kann, wobei die Sperrverzahnung dicker als der Rest des Rahmenteils ist und das Rahmenteil und die Sperrverzahnung zusammen einstückig ausgebildet sind. Mittels eines derartigen Rahmenteils ist es möglich, die Flächenpressung, welche beim Sperren der Drehbewegung einer im Gurtaufroller vorgesehenen Gurtspule auftritt, zu reduzieren. Hierdurch erhöht sich bei gleich verwendeten Materialien die Lebensdauer eines derartig hergestellten Gurtaufrollers, da die beim Sperren der Gurtspule auftretenden Belastungen reduziert sind. Alternativ können für die Sperrverzahnung und die Gegenverzahnung oder die Sperrklinke günstigere, weichere und/oder leichtere Materialien verwendet werden, sodass das Gewicht des gesamten Gurtaufrollers reduziert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Sperrverzahnung eine Materialstärke aufweist, die wenigstens 10% stärker ist als diejenige des Rahmenteils, insbesondere wenigstens 20%. Diese Erhöhung der Kontaktfläche ist ausreichend, um die Flächenpressung und die damit verbundenen Belastungen merklich zu reduzieren.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Rahmenteil für einen Gurtaufroller gemäß dem Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Rahmenteil für einen Gurtaufroller,
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3a bis 3e erfindungsgemäße Verfahrensschritte zum Herstellen eines Rahmenteils eines Gurtaufrollers gemäß einer ersten Variante, und
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4a bis 4g Verfahrensschritte zum Herstellen eines Rahmenteils eines Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Variante.
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In 1 ist ein Rahmenteil 10' für einen Sicherheitsgurtaufroller gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das Rahmenteil 10' besteht aus einem plattenförmigen Hauptabschnitt 12', in dem eine Öffnung 14' vorgesehen ist. Die Öffnung 14' weist einen umlaufenden Rand 16' auf, an dem eine Sperrverzahnung 18' abschnittsweise ausgebildet ist. Die Dicke d' der Sperrverzahnung 18' entspricht dabei der Dicke D' des Hauptabschnitt 12' und des gesamten Rahmenteils 10'.
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In 2 ist ein Rahmenteil 10 gemäß der Erfindung gezeigt, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. In den 3a bis 3e sowie 4a bis 4g sind zwei beispielhafte Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rahmenteils 10 gezeigt.
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Das Rahmenteil 10 hat analog zum Rahmenteil 10' aus dem Stand der Technik einen ebenen Hauptabschnitt 12 sowie eine Öffnung 14, die einen umlaufenden Rand 16 aufweist, an dem zumindest abschnittsweise eine Sperrverzahnung 18 vorgesehen ist. Das Rahmenteil 10 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgeführt.
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Im Gegensatz zum Rahmenteil 10' aus dem Stand der Technik ist die Sperrverzahnung 18 jedoch an einer Verdickung 20 des Rahmenteils 10 ausgebildet, welcher einteilig mit dem Rest des Rahmenteils 10 und dem Hauptabschnitt 12 ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine größere Kontaktfläche 22 der Sperrverzahnung 18 im Vergleich zur Sperrverzahnung 18' aus dem Stand der Technik. Die größere Kontaktfläche 22 führt zu einer Reduzierung der Flächenpressung der Sperrverzahnung 18 und einer nicht dargestellten Gegenverzahnung oder Sperrklinke. Die Dicke d der Sperrverzahnung 18 ist dabei mindestens um 10%, insbesondere um mindestens 20%, größer als die Dicke D des Hauptabschnitts 12 oder dem Rest des Rahmenteils 10.
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Aus der 2 geht ferner hervor, dass die Sperrverzahnung 18 sich nur über einen Teilbereich des Rands 16, d. h. einen Teilumfang, erstreckt, wobei dieser Teilbereich der Verdickung 20 entspricht. Somit ist das Rahmenteil 10 trotz Verdickung 20 und gleichzeitig vergrößerter Kontaktfläche 22 der Sperrverzahnung 18 materialsparend ausgebildet.
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In den 3a bis 3e sind Verfahrensschritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens gezeigt, mit dem das Rahmenteil 10 mit der Verdickung 20 hergestellt wird. Die 3a bis 3e zeigen allesamt einen Ausschnitt eines plattenförmigen Elements 24 im Querschnitt, das als Ausgangsmaterial für das Rahmenteil 10 dient und zu dem in 2 gezeigten Rahmenteil 10 umgeformt wird.
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In 3a ist das plattenförmige Element 24 in seinem Ausgangszustand gezeigt. Das plattenförmige Element 24 weist die Dicke D auf, die der spätere Hauptabschnitt 12 hat (2). Zudem ist das plattenförmige Element 24 typischerweise als Blechteil ausgebildet, beispielsweise als Stahl-Blechteil.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird das plattenförmige Element 24 gezogen, sodass es nach dem Ziehen einen ersten Teilbereich 26, einen Übergangsbereich oder verdickten Abschnitt 28 sowie einen zweiten Teilbereich 30 aufweist (3b), wobei der zweite Teilbereich 30 aus dem Hauptabschnitt 12 herausgezogen ist. Hierdurch befinden sich die beiden Teilbereiche 26, 30 generell auf zwei unterschiedlichen Niveaus und werden durch den verdickten Abschnitt 28 miteinander verbunden. Der verdickte Abschnitt 28 entspricht bereits teilweise der Verdickung 20 des fertigen Rahmenteils 10 (siehe 2). Insgesamt weist das plattenförmige Element 24 nach dem Ziehen im Übergangsbereich der Teilbereiche 26, 30 im Querschnitt eine S- oder Z-Form auf.
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Nach dem Ziehen des plattenförmigen Elements 24 und dem damit verbundenen Ausbilden des verdickten Abschnitts 28 wird die Öffnung 14 in dem im Wesentlichen plattenförmigen Element 24 erzeugt (3c). Dies kann beispielsweise durch Stanzen geschehen. Die Öffnung 14 wird dabei im zweiten Teilbereich 30 in der Nähe des verdickten Abschnitts 28 ausgebildet, wobei die Öffnung 14 den zweiten Teilbereich 30 fast vollständig ausschneidet. Es bleibt lediglich ein einen Rest des zweiten Teilbereichs 30 darstellender Überstand 31 stehen, der später teilweise zur Ausbildung der Verdickung 20 benötigt wird.
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Der zweite Teilbereich 30 weist daher vorzugsweise eine Fläche auf, die im Wesentlichen derjenigen der späteren Öffnung 14 im Rahmenteil 10 entspricht (2).
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Die Öffnung 14 weist nun zum plattenförmigen Element 24 den Rand 16 auf, über den das Element 24 anschließend in einfacher Weise gestaucht oder gedrückt werden kann, um die Verdickung 20 aus dem verdickten Abschnitt 28 und einem Großteil des Überstands 31 auszubilden (3d).
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Anschließend wird das Element 24 im Bereich des Rands 16 noch beschnitten, sodass sich die endgültige Form ergibt (3e). Beim Beschneiden wird der verdickte Abschnitt 28 teilweise und der Rest des Überstands 31 vollständig beschnitten, sodass sich ein gerader Rand 16 ergibt.
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Beim Beschneiden können zudem die Zähne der Sperrverzahnung 18 ausgebildet sowie deren Kontaktflächen 22 plan geschnitten werden, an denen sich eine Sperrklinke oder eine Gegenverzahnung möglichst vollflächig anlegen kann.
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Durch das plastische Umformen mittels Ziehen und Stauchen oder Drücken des plattenförmigen Elements 24 wird zudem die Verdickung 20 über eine Breite b gebildet, die größer als die Dicke D des Elements 24 vor dem Umformen ist.
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Mit den in den 3a bis 3e gezeigten Verfahrensschritte ist ein Rahmenteil 10 mit der an der Verdickung 20 ausgebildeten Sperrverzahnung 18 aus dem in 3a gezeigten plattenförmigen Element 24 hergestellt worden.
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Die 4a bis 4g zeigen ein alternatives Verfahren zum Herstellen des Rahmenteils 10, wobei in den 4a bis 4g ein plattenförmiges Element 24 im Querschnitt gezeigt ist, das zu dem in 2 gezeigtem Rahmenteil 10 mit der Verdickung 20 umgeformt wird.
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In 4a ist das plattenförmige Element 24 im Ausgangszustand gezeigt, wobei das plattenförmige Element 24 bereits die Öffnung 14 aufweist, welche einen Randabschnitt 32 aufweist. Das plattenförmige Element 24 kann ebenfalls ein Blechteil sein, insbesondere ein Stahlblechteil.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird der Randabschnitt 32 derart umgebogen, dass er senkrecht vom Rest des plattenförmigen Elements 24 oder dem späteren Hauptabschnitt 12 absteht (4b). Der umgeformte Randabschnitt 32 bildet dabei eine Abkantung aus, die gleichzeitig den verdickten Abschnitt 28 darstellt. Der verdickte Abschnitt 28 entspricht dabei einem Teil der späteren Verdickung 20.
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Durch das Abkanten oder Umformen des Randabschnitts 32 ergeben sich ein Innen- und ein Außenradius R1, R2 im Übergangsbereich vom nicht umgeformten Teil des Elements 24 zum verdickten Abschnitt 28. Der Innenradius R1 ist dabei an der zur Öffnung 14 gerichteten Seite des Elements 24 ausgebildet, wohingegen der Außenradius R2 auf der entgegengesetzten Seite des Elements 24 gebildet ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Außenradius R2 am verdickten Abschnitt 28 im Übergangsbereich vom umgeformten Randabschnitt 32 zum Hauptabschnitt 12 zum Beispiel durch Stauchen und entsprechende Werkzeuge verringert, sodass sich in etwa ein rechter Winkel ergibt (4c). Hierdurch wird eine Faltkante 33 gebildet, um die der abgekantete oder gezogene Randabschnitt 32 später leicht gefaltet werden kann.
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Nach dem Ausbilden des umgeformten Randabschnitts 32 und dem Verringern des Außenradius R2 wird die Verdickung 20 hergestellt, indem das Element 24 mit dem umgeformten Randabschnitt 32 in ein Werkzeug 34 eingesetzt wird, das eine Druckplatte oder einen Stempel 36 sowie eine Anschlagsfläche 38 aufweist (4d). Der Stempel 36 ist dabei derart ausgebildet, dass sie Ausnehmungen 40 aufweist, die für den verdickten Abschnitt 28 bzw. den umgeformten Randabschnitt 32 vorgesehen sind (4e).
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Das Element 24 liegt auf der Anschlagsfläche 38, sodass beim Ausüben eines bestimmten Drucks der umgeformte Randabschnitt 32 derart gestaucht oder gedrückt wird, dass sich dieser um die Faltkante 33 von der Öffnung 14 wegweisend umformt (4f). Beim Drücken kann es sich beispielsweise um ein Fließpressen handeln, sodass sich eine aus wenigstens zwei Abschnitten einstückig verbundene Verdickung 20 ergibt.
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Nach dem Umformen des Randabschnitts 32 mittels des Werkzeugs 34 ist das plattenförmige Element 24 derart umgeformt, dass es die Verdickung 20 mit der Dicke d und der Breite b aufweist (4g). Die Verdickung 20 hat den Rand 16, an dem die Sperrverzahnung 18 ausgebildet worden ist, sodass sich insgesamt eine Sperrverzahnung 18 mit größerer Kontaktfläche 22 ergibt, wie dies beim Rahmenteil 10 in 2 gezeigt ist.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die Breite b größer als die Dicke D.
