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Die Erfindung betrifft ein Bauteil für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, welches mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt ist, welches ein stationäres Teil und ein bewegliches Teil aufweist, wobei sowohl das stationäre Teil als auch das bewegliche Teil in einem Druckvorgang des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sind. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches.
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Die kostengünstige Fertigung von automobilen Serienbauteilen kleiner Stückzahlen gewinnt durch die steigende Variantenvielfalt im Automobilbau zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig gewinnen die additiven Herstellungsverfahren (3D-Druck) wegen ihrer Flexibilität, der Herstellungsgeschwindigkeit sowie der Bauteilqualität immer mehr an Bedeutung. Ein weiterer Vorteil der additiven Herstellungsverfahren liegt in der Möglichkeit einer Integration von Einzelkomponenten im Zusammenbau eines Bauteils. Die Integration zeichnet sich dadurch aus, dass die Einzelkomponenten mithilfe der additiven Herstellungsverfahren als ein Bauteil gefertigt werden, ohne dass weitere Montageschritte vorzusehen sind. Dadurch kann der Montage- und Kostenaufwand erheblich reduziert werden. Insbesondere Komponenten wie Halter oder Befestigungselemente bieten für eine solche Integration ein hohes Potenzial. Herausfordernd bei der Integration von Einzelkomponenten ist allerdings eine bewegliche Verbindung zwischen den Einzelkomponenten. Bei solchen relativ zueinander beweglichen Einzelkomponenten müssen einerseits die Fertigungsrichtlinien der additiven Fertigung berücksichtigt werden, um ein Verkleben zu vermeiden, und andererseits das Bauteil so gefertigt werden, dass die gewünschte Kinematik zwischen den Einzelkomponenten ausgeführt werden kann. Eine Beweglichkeit zwischen den Einzelkomponenten kann beispielsweise durch Ausbildung eines Spalts zwischen den Einzelkomponenten realisiert werden. Dadurch treten jedoch nachteilige Effekte auf, wie beispielsweise Klappern oder schlechter Sitz der beweglichen Teile. Wenn ein additives Fertigungsverfahren nur bei feststehenden Einzelkomponenten eingesetzt wird, aber ein mögliches kinematisches Element separat gefertigt wird, mindert dies den Mehrwert, der durch die additive Fertigung generiert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil bei einem Bauteil, welches mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt wird, zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil für ein Fahrzeug bereitzustellen, welches mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt ist und welches ein stationäres Teil und ein bewegliches Teil aufweist, wobei sowohl das stationäre Teil als auch das bewegliche Teil in einem Druckvorgang des additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sind, welches einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und welches leicht und intuitiv in Gebrauch genommen werden kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, kostengünstiges und schnelles Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils zur Verfügung zu stellen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil und durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bezüglich der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Erfindung sieht ein Bauteil für ein Fahrzeug vor, welches mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt ist und welches ein stationäres Teil und ein bewegliches Teil aufweist, wobei sowohl das stationäre Teil als auch das bewegliche Teil in einem Druckvorgang (d. h. in nur einem Druckvorgang bzw. in nur einem Herstellungsschritt) des additiven Herstellungsverfahrens ausgebildet sind. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass am stationären Teil ein Rastelement monolithisch ausgeformt ist und dass am beweglichen Teil ein Gegenrastelement monolithisch ausgeformt ist, wobei während des Druckvorganges und vor Ingebrauchnahme des Bauteils das Rastelement beabstandet zum Gegenrastelement angeordnet ist, und wobei für eine Ingebrauchnahme des Bauteils (im Normalbetrieb des Fahrzeuges) das Rastelement in eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Gegenrastelement bringbar ist, um das bewegliche Teil relativ zum stationären Teil in mindestens einer Betriebsstellung lösbar zu fixieren.
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Das erfindungsgemäße Bauteil eignet sich für Fahrzeuge aller Art, insbesondere für Sonderfahrzeuge, wie zum Beispiel Feuerwehr, Polizei usw., sowie für Fahrzeuge mit niedriger Serienauflage, mit beispielsweise 500 Fahrzeugen pro Serie, d. h. überall dort wo kleine Stückzahlen von automobilen Serienbauteilen benötigt werden. Das erfindungsgemäße Bauteil kann beispielsweise als ein Halterelement für eine Blitzkennleuchte, ein Kellerhalter, ein Blaulichthalter oder als ein Ablageelement ausgeführt sein, welches bewegliche Teile, wie beispielsweise Bügel, Deckel, Griffe oder dergleichen aufweisen kann.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das bewegliche Teil zusammen mit dem stationären Teil in nur einem Herstellungsschritt eines additiven Herstellungsverfahrens ausgebildet wird. Gleichwohl wird bei der Inbetriebnahme des Bauteils ein klapperfreier und ein spielfreier Sitz für das bewegliche Teil relativ zum stationären Teil ermöglicht. Hierzu wird am stationären Teil ein spezielles Rastelement ausgeformt, welches während des Druckvorganges beabstandet zum beweglichen Teil ausgeformt wird, um ein Verkleben mit dem beweglichen Teil zu vermeiden, und welches nach dem Druckvorgang dazu genutzt wird, das bewegliche Teil in mindestens einer oder mehreren Betriebsstellungen relativ zum stationären Teil zu fixieren. Zum Erreichen einer entsprechenden Betriebsstellung wird das bewegliche Teil relativ zum stationären Teil verdreht, bis das Rastelement mit einem speziellen Gegenrastelement am beweglichen Teil einrastet. Das Einrasten kann mithilfe einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung erreicht werden. Das Rastelement kann zumindest abschnittsweise federnd ausgebildet sein, um ein nachgiebiges Verrasten mit dem Gegenrastelement zu ermöglichen. Das Rastelement kann weiterhin eine Fixierkontur aufweisen, die beispielsweise eine oder mehrere Aufnahmen aufweisen kann, in welcher oder in welchen das Gegenrastelement, beispielsweise in Form eines Nockens, verrasten kann. Somit können nur eine oder unterschiedliche Betriebsstellungen des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil ermöglicht werden. Dabei ist es denkbar, dass das bewegliche Teil in Form eines Griffes, eines Bügels oder eines Deckels für ein Element, beispielsweise eine Blitzkennleuchte ausgebildet sein kann, welches an sich am stationären Teil gehalten wird. Um ein Verdrehen des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil zu ermöglichen, kann am stationären Teil eine Lagerachse ausgebildet sein, um die sich das bewegliche Teil drehen kann. Das bewegliche Teil kann mit einem Spiel bzw. Spalt zur Lagerachse gelagert sein, beispielsweise mithilfe eines Lagerringes, der etwas breiter ausgeführt sein kann als die Lagerachse. Das Rastelement kann dabei während des Druckvorganges beabstandet zum Lagerring ausgeformt werden. Auf diese Weise kann das Potenzial der Funktionsintegration auch für bewegliche Elemente im Rahmen eines Bauteils voll ausgeschöpft werden.
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Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass das Rastelement einen Fixierabschnitt und einen Stützabschnitt aufweist, wobei der Fixierabschnitt federnd zum Stützabschnitt ausgebildet ist. Somit kann ein nachgiebiges Verrasten des Rastelementes mit dem Gegenrastelement ermöglicht werden. Dadurch kann die Handhabung des Bauteils im Betrieb erleichtert werden. Zudem kann über das federnde Verrasten des Rastelementes mit dem Gegenrastelement eine haptische Rückmeldung an den Benutzer abgegeben werden, dass die entsprechende Betriebsstellung erreicht wurde.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass das Rastelement, insbesondere am Fixierabschnitt, eine Fixierkontur für das Gegenrastelement aufweist. Eine Fixierkontur kann ein Überführen des Rastelementes in einen Eingriff mit dem Gegenrastelement vergleichmäßigen und erleichtern.
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Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Fixierkontur mehrere Aufnahmen aufweist, um unterschiedliche Betriebsstellungen des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil zu realisieren. Mithilfe der Aufnahme kann ein Sitz für das Gegenrastelement am Rastelement bereitgestellt werden, in welchem das Gegenrastelement form- und/oder kraftschlüssig zur Auflage kommen kann. Mithilfe von mehreren Aufnahmen im Rahmen einer Fixierkontur können auf eine einfache Art und Weise mehrere Betriebsstellungen des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil im Betrieb, d. h. nach der Ingebrauchnahme des fertigen Bauteils, realisiert werden.
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Zudem kann die Erfindung vorsehen, dass das Gegenrastelement einen Fixiervorsprung (bzw. Nocken) für das Rastelement aufweist. Mithilfe eines solchen Gegenrastelementes kann auf eine einfache Art und Weise eine lösbare form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Gegenrastelement und dem Rastelement ermöglicht werden.
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Außerdem kann das stationäre Teil im Rahmen der Erfindung eine Lagerachse aufweisen, an welcher das bewegliche Teil drehbar gelagert ist, wobei das Rastelement beabstandet zur Lagerachse ausgebildet ist. Auf diese einfache Weise kann mit günstigen Mitteln eine bewegliche Lagerung des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil ermöglicht werden.
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Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass das bewegliche Teil einen Lagerring aufweist, welcher an der Lagerachse drehbar gelagert ist, wobei das Gegenrastelement am Lagerring ausgebildet ist. Ein Lagerring ist ein einfaches Element am beweglichen Teil, welches auf eine einfache Weise bewegliche Lagerung des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil ermöglicht.
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Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass zwischen der Lagerachse und dem Lagerring ein die Lagerachse umlaufender Spalt vorgesehen ist. Durch den Spalt wird ermöglicht, dass das bewegliche Teil und das stationäre Teil, ohne zu verkleben, in einem Druckvorgang hergestellt werden können. Ferner wird durch den Spalt ermöglicht, dass das bewegliche Teil und das stationäre Teil nach dem Druckvorgang relativ zueinander bewegt werden können, um mindestens eine Betriebsstellung des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil zu realisieren und gegebenenfalls zwischen mehreren unterschiedlichen Betriebsstellungen des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil wechseln zu können.
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Des Weiteren kann die Erfindung vorsehen, dass das stationäre Teil und das bewegliche Teil aus dem gleichen Material, vorzugsweise Kunststoff, ausgebildet sind. Somit kann ein kostengünstiges, leicht formbares und gewichtsreduziertes Bauteil ermöglicht werden, welches vorzugsweise keine nachträgliche Montage von Einzelteilen erfordert.
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Zudem wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für ein Fahrzeug gelöst, aufweisend ein stationäres Teil und ein bewegliches Teil, wobei sowohl das stationäre Teil als auch das bewegliche Teil mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens in einem Druckvorgang hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Ausformen eines Rastelementes am stationären Teil und
- - Ausformen eines Gegenrastelementes am beweglichen Teil,
wobei während des Druckvorganges das Rastelement beabstandet zum Gegenrastelement ausgeformt wird,
- - Verschwenken des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil, bis das Rastelement mit dem Gegenrastelement verrastet ist, um eine erste Betriebsstellung des beweglichen Teils relativ zum stationären Teil lösbar zu fixieren, wodurch das Bauteil bereit für eine Ingebrauchnahme gemacht wird.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bauteil beschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird vorliegend vollumfänglich darauf Bezug genommen.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bauteils im Sinne der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Bauteils in einer Draufsicht auf die relativ zueinander beweglichen Teile des Bauteils nach dem Druckvorgang und vor der Ingebrauchnahme des Bauteils,
- 3 eine schematische Darstellung eines Bauteils in einer Draufsicht auf die relativ zueinander beweglichen Teile des Bauteils bereit für die Ingebrauchnahme in einem Fahrzeug, und
- 4a eine schematische Darstellung eines Bauteils in einer vergrößerten Draufsicht auf die relativ zueinander beweglichen Teile des Bauteils,
- 4b eine schematische Darstellung eines Bauteils im Schnitt durch die relativ zueinander beweglichen Teile des Bauteils,
- 5 eine schematische Darstellung eines Bauteils im Rahmen der Erfindung in einem eingebauten Zustand an einem Trägerelement eines Fahrzeuges.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 bis 5 zeigen ein erfindungsgemäßes Bauteil 100 für ein Fahrzeug, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als ein Halter für eine Blitzkennleuchte 101, beispielsweise für ein Polizeifahrzeug, ausgebildet sein kann. Wie es ferner in der 5 zu erkennen ist, kann das erfindungsgemäße Bauteil 100 an einem Trägerelement 102 des Fahrzeuges befestigt werden, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung als eine Sitzwanne eines Fahrzeugsitzes ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Bauteil 100 eignet sich grundsätzlich für unterschiedliche Fahrzeuge und verschiedene Fahrzeugmodelle. Eine vorteilhafte Verwendung der Erfindung findet sich insbesondere bei Sonderfahrzeugen und bei Fahrzeugen mit niedriger Serienauflage, mit beispielsweise 500 Fahrzeugen pro Serie.
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Das erfindungsgemäße Bauteil 100 wird mithilfe eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt, vorzugsweise in einem Druckvorgang gedruckt. Das Bauteil 100 weist hierbei ein stationäres Teil 10, welches fest im Fahrzeug montiert wird (s. 5), und ein bewegliches Teil 20 auf, welches unterschiedliche Betriebsstellungen I, II aufweisen kann, wie es in der 1 zu erkennen ist. Sowohl das stationäre Teil 10 als auch das bewegliche Teil 20 werden erfindungsgemäß in nur einem Druckvorgang bzw. in nur einem Herstellungsschritt des additiven Herstellungsverfahrens ausgeformt. Um die Herstellung in nur einem Druckvorgang und gleichzeitig eine spätere klapperfreie Anordnung des beweglichen Teils 20 relativ zum stationären Teil 10 im Normalbetrieb des Fahrzeuges zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass am stationären Teil 10 ein Rastelement 11 monolithisch ausgeformt ist und dass am beweglichen Teil 20 ein Gegenrastelement 21 monolithisch ausgeformt ist.
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Während des Druckvorganges und vor Ingebrauchnahme des Bauteils 100 wird das Rastelement 11 beabstandet zum Gegenrastelement 21 ausgeformt (vgl. 2), wobei für eine Ingebrauchnahme des Bauteils 100 das Rastelement 11 in eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Gegenrastelement 21 bringbar ist (vgl. 3), um das bewegliche Teil 20 relativ zum stationären Teil 10 in mindestens einer Betriebsstellung I, II lösbar zu fixieren.
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Erfindungsgemäß wird das bewegliche Teil 20 zusammen mit dem stationären Teil 10 in nur einem Herstellungsschritt eines additiven Herstellungsverfahrens gedruckt. Gleichwohl wird bei der Inbetriebnahme des Bauteils 100 ein klapperfreier und ein spielfreier Sitz für das bewegliche Teil 20 relativ zum stationären Teil 10 mithilfe eines speziellen Rastelementes 11 realisiert.
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Während des Druckvorganges wird das Rastelement 11 auf Abstand zum beweglichen Teil 20 gehalten (vgl. 2), um ein Verkleben mit dem beweglichen Teil 20 zu vermeiden. Nach dem Druckvorgang wird das Rastelement 11 dazu genutzt, das bewegliche Teil 20 in mindestens einer Betriebsstellung I oder mehreren Betriebsstellungen I, II relativ zum stationären Teil 10 lösbar zu fixieren. Zum Erreichen einer entsprechenden Betriebsstellung I, II wird das bewegliche Teil 20 relativ zum stationären Teil 10 verdreht, bis das Rastelement 11 mit einem speziellen Gegenrastelement 21 am beweglichen Teil 20 einrastet (vgl. 3). Die Verbindung zwischen dem Rastelement 11 und dem Gegenrastelement 21 wird form- und/oder kraftschlüssig hergestellt.
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Wie es außerdem in den 2 und 3 zum Ausdruck kommt, kann das Rastelement 11 zu einem Teil federnd ausgebildet sein. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Rastelement 11 einen Fixierabschnitt 12 und einen Stützabschnitt 13 aufweist, wobei der Fixierabschnitt 12 federnd zum Stützabschnitt 13 ausgebildet ist. Somit kann ein nachgiebiges Verrasten des Rastelementes 11 mit dem Gegenrastelement 21 ermöglicht werden.
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Weiterhin zeigen die 2 und 3, dass das Rastelement 11, insbesondere am Fixierabschnitt 12, eine Fixierkontur 14 aufweisen kann, die beispielsweise eine oder mehrere Aufnahmen 14.1, 14.2 aufweisen kann, in welcher oder in welchen das Gegenrastelement 21, beispielsweise in Form eines Nockens bzw. eines Fixiervorsprunges 22, verrasten kann. Somit können nur eine Betriebsstellung I oder unterschiedliche Betriebsstellungen I, II des beweglichen Teils 20 relativ zum stationären Teil 10 fixiert werden.
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Wie es außerdem in den 1 und 5 zu erkennen ist, können das bewegliche Teil 20 in Form eines Griffes oder Bügels zur Entnahme eines Elementes, beispielsweise einer Blitzkennleuchte 101, ausgebildet sein, wobei das stationäre Teil 10 in Form einer Halterung 10 für die Blitzkennleuchte 101 ausgebildet sein kann. In einer ersten Betriebsstellung I, die beispielsweise der Aufnahme 14.1 in den 2 und 3 entspricht, ist der Bügel in der Ansicht der 1 abgesenkt und verhindert die Entnahme der Blitzkennleuchte 101 aus der Halterung. In einer zweiten Betriebsstellung II, die beispielsweise der Aufnahme 14.2 in den 2 und 3 entspricht, ist der Bügel in der Ansicht der 1 angehoben und ermöglicht die Entnahme der Blitzkennleuchte 101.
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Wie es des Weiteren die 4a und 4b zeigen, kann am stationären Teil 10 eine Lagerachse L ausgebildet sein, um die sich das bewegliche Teil 20 drehen kann, um ein Verdrehen des beweglichen Teils 20 relativ zum stationären Teil 10 zu ermöglichen. Das bewegliche Teil 20 kann dabei mit einem Spiel bzw. Spalt S zur Lagerachse L gelagert sein, beispielsweise mithilfe eines Lagerringes R, der etwas breiter ausgeführt sein kann als die Lagerachse L. Das Rastelement 11 kann dabei während des Druckvorganges beabstandet zum Lagerring R ausgeformt werden, um ein Verkleben zu vermeiden.
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Wie es zudem in den 2, 3 sowie 4a und 4b zu erkennen ist, ist das Rastelement 11 beabstandet zur Lagerachse L am stationären Teil 10 ausgebildet. Das Gegenrastelement 21 kann wiederum direkt am Lagerring R ausgebildet sein.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bauteil
- 101
- Blitzkennleuchte
- 102
- Trägerelement
- 10
- stationäres Teil
- 11
- Rastelement
- 12
- Fixierabschnitt
- 13
- Stützabschnitt
- 14
- Fixierkontur
- 14.1
- Aufnahme
- 14.2
- Aufnahme
- 20
- bewegliches Teil
- 21
- Gegenrastelement
- 22
- Fixiervorsprung
- L
- Lagerachse
- R
- Lagerring
- S
- Spalt
