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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Sicherung
für elektrische
Lenksysteme. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
einen als Sicherungseinheit zu verwendenden Kupplungsmechanismus
für ein
E-Lenk-System in
einem Fahrzeug.
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Traditionelle
Fahrzeuglenksysteme umfassen ein Lenkrad, eine Lenksäule und
eine Achse mit lenkbaren Rädern,
welche eine Zahnstangen-Lenkstangen-Ritzeleinheit (rack and pinion) oder
ein Lenkgetriebe verwenden. Entsprechend bekannten Anordnungen wird
die durch den Fahrer am Lenkrad eingegebene Rotationsbewegung unmittelbar über die
Lenksäule
mechanisch an den Steuermechanismus übermittelt. In den frühen Tagen
der Fahrzeugentwicklung war die Lenksäule wenig mehr als eine verlängerte Lenkwelle
mit einem am einen Ende angebrachten Lenkrad und einem am anderen
Ende befestigten Lenkhebel in Wirkverbindung mit den lenkbaren Rädern. Entwicklungen
in der Automobiltechnologie ermöglichten
den Designern, die frühere einzelne,
gerade Welle in eine Anordnung verbundener Wellen zu modifizieren
und auf diese Weise eine Flexibilität in Aufmachung und Lenksäulenplatzierung
zu erlauben. Solche mechanischen Steuermechanismen wurden im Allgemeinen
durch hydraulische oder elektronische Hilfseinheiten kraftunterstützt.
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Unabhängig vom
Design leiden traditionelle mechanische Lenksysteme unter Be schränkungen
in der Designflexibilität
aufgrund der Notwendigkeit einer direkten mechanischen Verbindung.
Um die durch bekannte mechanische Lenksysteme dargestellten Beschränkungen
zu überwinden,
wurden E-Lenk-Systeme entwickelt, welche die direkte mechanische
Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Steuermechanismus durch
Ersatz der mechanischen Wellenverbindungen mit elektronischen Verbindungen
oder Leitungsverbindungen beseitigen. Zusätzlich zur angebotenen erhöhten Designflexibilität bietet
das E-Lenk-System eine Gewichtsverminderung, da es ohne die große mechanische
Verbindung auskommt, die gewöhnlich
in bekannten mechanischen Lenksystemen verwendet wird. Diese Einsparungen
an Gewicht führen
zu einem leichteren, treibstoffeffizienteren Fahrzeug.
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Das
E-Lenk-System verwendet elektronische Aktuatoren, die an die lenkbaren
Räder des Fahrzeugs
angeschlossen sind und eine Steuereinheit zum Drehen der Räder und
zum Kontrollieren des Winkels, bis zu welchem die Räder gedreht
werden. Elektronische Komponenten und elektronische Systeme sind
weiterhin Bestandteil von E-Lenk-System zugefügt, um Kommunikation zwischen
den Lenkkomponenten zu ermöglichen.
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Während das
Entfernen der traditionellen direkten mechanischen Verbindung in
Zusammenhang mit mechanischen Lenksystemen neue Designflexibilität mit sich
bringt, birgt das Fehlen solch einer Verbindung, im Falle eines
Ausfalls des Energiesystems des Fahrzeuges, Sicherheitsbedenken.
Um diese Bedenken zu überwinden,
ist ein mechanisches Sicherungssystem erforderlich, welches elektronische Ausfälle wahrnimmt
und so darauf reagiert, dass eine mechanische Verbindung hergestellt
wird, um dem Fahrer dadurch zu ermöglichen, die Lenkbarkeit des Fahrzeuges
sogar im Falle eines elektronischen Ausfalls aufrecht zu erhalten.
Es hat Anregungen zum Bereitstellen einer mechanischen Sicherung
für das E-Lenk-Systeme gegeben,
jedoch bleibt Gelegenheit für
eine Verbesserung der bekannten Systeme. Dies ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine mechanische Sicherungsanordnung
für den Gebrauch in
einem E-Lenk-System, die eine Verbesserung bekannter Systeme darstellt.
Die Anordnung der vorliegenden Erfindung umfasst im Allgemeinen,
in Verbindung mit einem E-Lenk-System, eine Lenksäulenanordnung,
die eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle mit einschließt. Die
Eingangswelle ist mit dem Fahrzeuglenkrad verbunden und ist folglich
durch den Fahrzeugführer
drehbar. Die Ausgangswelle ist mechanisch mit der steuerbaren Achse
des Fahrzeugs verbunden. Die Anordnung umfasst außerdem eine
Kupplungsanordnung, die zwischen einem eingekuppelten Modus, wenn
das E-Lenk-System aktiv ist oder angetrieben wird und einem ausgekuppelten Modus,
wenn das E-Lenk-System wegen des Verlustes der Fahrzeugenergie inaktiv
ist, beweglich ist. Eine Aktuatoranordnung ist bereitgestellt, die
auf den Energiestatus des Fahrzeuges reagiert und die Kupplungsanordnung über eine
Verbindung entsprechend verschiebt. Wenn Energie zur Aktuatoranordnung
geleitet wird, wird die Kupplungsanordnung in ihrem ausgekuppelten
Modus gehalten, wodurch keine mechanische Verbindung zwischen der
Eingangswelle und der Ausgangswelle besteht und der Fahrer auf das
E-Lenk-System des Fahrzeuges angewiesen ist, um die Fahrzeugrichtung
zu kontrollieren. Wenn es zu einem kompletten Energieausfall im
Fahrzeug kommt, gibt der Aktuator die Kupplungsanordnung von ihrer
ausgekuppelten Position frei und die Eingangswelle und die Ausgangswelle
sind mechanisch verbunden.
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Die
Kupplungsanordnung der vorliegenden Erfindung schließt einen
Kupplungsstellring mit ein, der axial zwischen den ausgekuppelten
und eingekuppelten Positionen beweglich ist. Die Bewegung des Kupplungsstellringes
wird durch den Aktuator vorgeschrieben, der auf das Vorhandensein
oder das Fehlen elektronischer Energie des Fahrzeuges reagiert.
Ein Federelement ist in Verbindung mit der Kupplungsanordnung bereitgestellt
und agiert auf dem Kupplungsstellring, um ihn in seine eingerastete Position
zu verschieben, für
den Fall, dass ein Fahrzeugenergieverlust den Aktuator freigibt.
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Die
Anordnung der vorliegenden Erfindung bietet ein positives mechanisches
Back-up-System für
ein E-Lenk-System, das leistungsfähig und verhältnismäßig niedrigem
Gewicht ist sowie verhältnismäßig wenig
Wartung benötigt.
Die Sicherungsanordnung der vorliegenden Erfindung ist außerdem verhältnismäßig kompakt
und liefert so Positioniervorteile gegenüber bekannten Anordnungen.
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Weitere
Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden durch
die folgende ausführliche
Beschreibung, die Ansprüche
und die Zeichnungen offensichtlich. Es wird darauf hingewiesen,
dass die ausführliche
Beschreibung und die spezifischen Beispiele, die bevorzugte Ausführungen
der Erfindung zeigen, nur zu illustrativen Zwecken dienen, da verschiedene Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Sinnes und Bereichs der Erfindung Fachleuten
offensichtlich werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die detaillierte Beschreibung die
Ansprüche
und die Zeichnung deutlich, in welcher:
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1 eine
Perspektivansicht einer Lenksäulen-
und Lenkgetriebeanordnung des E-Lenk-Systems zeigt und eine Sicherungsanordnung
entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
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2 eine
Perspektivansicht einer ersten Ausführung der Kupplungsanordnung
für ein E-Lenk-System
der vorliegenden Erfindung zeigt, die die Kupplungsverbindung und
den Aktuator veranschaulicht;
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3 eine
seitlich und, teilweise geschnittene Darstellung der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung aus 2, mit der
Kupplungsanordnung in ihrer ausgekuppelten zeigt;
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4 eine
seitliche erhöhte
Ansicht der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt, ähnlich der in 3 dargestellten
Ansicht, jedoch ohne den Kupplungshebel und den Aktuator;
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5:
eine Ansicht der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, ähnlich
der in 3 dargestellten Ansicht, die Kupplungsanordnung
jedoch in ihrer eingekuppelten Position zeigend;
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6 eine
Teilansicht einer zweiten Ausführung
der Kupplungsanordnung für
ein E-Lenk-System der vorliegenden Erfindung zeigt und die Kupplungsanordnung
in ihrer ausgekuppelten Position veranschau licht;
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7:
eine Ansicht der zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, ähnlich
der in 6 dargestellten, jedoch die Kupplungsanordnung in
ihrer eingekuppelten Position zeigend;
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8:
eine Teilansicht einer dritten Ausführung der Kupplungsanordnung
für ein
E-Lenk-System der vorliegenden Erfindung zeigt und die Kupplungsanordnung
in ihrer ausgekuppelten Position veranschaulicht;
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9:
eine Explosionsdarstellung der Kupplungsbestandteile der dritten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10:
eine Ansicht der dritten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, ähnlich
der in 8 dargestellten, jedoch die Kupplungsanordnung in
ihrer eingekuppelten Position zeigend;
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11:
eine Endansicht der in 8-10 dargestellten
Kupplungsanordnung der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt, entlang den Linien 11-11 der 8;
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12:
eine seitlich, teilweise schattierte Abbildung einer vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt und die Kupplungsanordnung in ihrer ausgekuppelten
Position veranschaulicht; und
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13:
eine Ansicht der vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, ähnlich
der in 12 dargestellten, jedoch die
Kupplungsanordnung in ihrer eingekuppelten Position zeigend.
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Die
Zeichnungen zeigen die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die Konfigurationen entsprechend der erläuterten Ausführung bevorzugt
werden, wird darauf hingewiesen, dass wechselnde Konfigurationen
der vorliegenden Erfindung möglich
sind, ohne von der Erfindung, wie sie dargestellt wird, abzuweichen.
Die bevorzugten Ausführungen
werden im Anschluss besprochen.
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Im
Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Sicherungsanordnungen
für E-Lenk-Systeme
in Fahrzeugen. Vier Ausführungen der
vorliegenden Erfindung werden näher
erläutert. Obwohl
jede dieser Ausführungen
bestimmte Eigenschaften aufweist, ist jede der Ausführungen
nichtsdestotrotz eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung, welche Verbesserungen gegenüber dem Stand
der Technik in verringertem Gewicht, niedrigeren Produktions- und
Wartungskosten und hoher Zuverlässigkeit
bietet. Zusätzlich
liefert jede der Ausführungen
ein effizientes System, welches durch einen signifikanten mechanischen
Vorteil gekennzeichnet ist, der in der Notwendigkeit nach nur geringfügiger Bewegung
der Kupplungsanordnung resultiert, um ein Eingreifen der mechanischen
Lenksicherung durch die Kupplungsverbindung durchzuführen.
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Mit
Bezug auf 1 veranschaulicht in einer Perspektivansicht
eine Lenkvorrichtung 10 also der Lenksäulen- und Lenkgetriebeanordnung
eines E-Lenk-Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die
Lenkvorrichtung 10 umfasst ein Kupplungsverbindungssystem 12 damit
ein verbundenes Lenkrad 14, eine mechanische Lenkgestänge- und Lenkgetriebeanordnung 16 und
eine Radlenkungsanordnung 18. Eine elektronische Steuereinheit 20 ist vorgesehen,
um die Räder
in Erwiderung auf das E-Lenk-System zu drehen.
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Ein
Sensor 22 steht in elektrischem Kontakt mit der Kupplungsverbindung 12 und
in Verbindung mit einer Energiequelle 24, bestehend aus
einer Energieversorgung und einem Alternator. Der Sensor 22 reagiert
auf das Vorhandensein elektrischer Energie im Fahrzeugsystem und übermittelt
diese Informationen an das Kupplungsverbindungssystem 12, welches
die Kupplung in einer ausgekuppelten Position hält, solange Energie vorhanden
ist. Wenn keine Energie an den Sensor 22 übermittelt
wird, kann keine Energie an das Kupplungsverbindungssystem 12 übermittelt
werden und ein mechanisches Eingreifen setzt als Back-up des E-Lenk-Systems
ein. Die in 1 dargestellte Anordnung ist
nur beispielhaft andere verbindende mechanische und elektronische Anordnungen
sind ebenfalls möglich.
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Die 2 bis 13 veranschaulichen
verschiedene Möglichkeiten
zur Lösung
der Probleme, die mit bekannten Kupplungssicherungsanordnungen für E-Lenk-Systeme verbunden
sind. Vier Ausführungen
werden dargestellt und beschrieben.
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Kurz
gefasst, veranschaulichen die 2 bis 5 eine
erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung; die 6 und 7 veranschaulichen
eine zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung; die 8 bis 11 veranschaulichen
eine dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und die 12 und 13 veranschaulichen
eine vierte Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Während
sie einige unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, illustrieren alle
vier gezeigten Ausführungen
eine verbesserte, leichtere und vorteilhaft aufgebaute Anordnung,
die einen Aktuator mit einschließt (in Form einer Spule oder
eines hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Kolben), welcher
gewöhnlich
in Betrieb ist, wenn das Fahrzeugenergiesystem arbeitet und eine
mechanische Kupplung, die eingekuppelt ist, wenn das Energiesystem
ausfällt.
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In
den 2 bis 5 ist eine erste Ausführung der
Kupplungsverbindung 100 dargestellt. Der Kupplungsverbindung 100 umfasst
eine Eingangswelle 102, die mit einem Lenkrad verbunden
ist (nicht dargestellt), eine Ausgangswelle 104, mechanisch verbunden
an die Lenksäulenwelle
des Fahrzeuges (nicht dargestellt), einen Aktuator 106 und
eine Kupplungsanordnung 108. Sowohl die Eingangswelle 102 als
auch die Ausgangswelle 104 sind axial fixiert.
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Die
Eingangswelle 102 ist mit dem Lenkrad in bekannter Weise
mechanisch und direkt verbunden. Eine Rotationsbewegung vom Lenkrad
bewirkt unmittelbar und zu jeder Zeit einen gleichen Grad an Rotationsbewegung
der Eingangswelle 102. Wie in den 3, 4 und 5 veranschaulicht,
umfasst die Eingangswelle 102 einen Splinebereich 110. Auf
dem Splinebereich 110 ist ein Paar externer, voneinander
entfernt liegender Splinesätze 112, 114 ausgebildet.
Eine Lücke 116 ist
zwischen dem Paar externer Splinesätzen 112, 114 angeordnet.
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Die
Ausgangswelle 104 ist mechanisch und unmittelbar mit der
Lenksäulenwelle
des Fahrzeuges verbunden. Die Ausgangswelle 104 umfasst
einen zweiten Splinebereich 118. Auf dem zweiten Splinebereich 118 ist
ein zweites Paar externer, voneinander entfernt liegender Splinesätze 120, 122 ausgebildet.
Eine zweite Lücke 124 besteht
zwischen dem zweiten Paar externer Splinesätze 120, 122.
Ein Verbinden des Eingriffs-Element oder eine Feder 125 ist etwa
im Bereich des Keilsatzes 122 vorgesehen und bewirkt eine
Federkraft, wie weiter unten beschrieben ist.
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Die
Kupplungsanordnung 108 besteht aus einem röhrenförmigen Kupplungsstellring 126 und
einem Kupplungshebel 128. Der röhrenförmige Kupplungsstellring 126 hat
eine Längsachse,
die achsparallel zu den Längsachsen
der Eingangswelle 102 und der Ausgangswelle 104 ausgerichtet
ist. Der Kupplungsstellring 126 umfasst ein Paar auseinander
liegender, interner Splines 130, 132. Der Abstand
der Sätze
interner Splines 130, 132 ist ungefähr gleich dem
Abstand zwischen den externen Splinesätzen 112, 120.
Der Kupplungshebel 128 umfasst einen Kupplungshebelkörper 134,
der ein Gelenkende 136 und ein Aktuatorende 138 hat.
Das Gelenkende 136 ist schwenkbar an einem fixen Punkt
im Fahrzeug montierbar. Das Aktuatorende 138 ist über eine
Anlenkung 140 betriebsbereit an den Aktuator 106 angebracht.
Der Aktuator 106 enthält
eine Rückholfeder 107.
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Wie
in 4 dargestellt, ist eine Umfangsnut 141 im
Kupplungsstellring 126 vorgesehen. Ein Ring 142 ist
drehbar in die Umfangsnut 141 eingepasst. Der Kupplungshebel 128 ist
durch eine Halterung 143, die in 2 gezeigt
ist, betriebsbereit an den Ring 142 angebracht. Diese Befestigungsanordnung lässt den
Kupplungsstellring 126 mit der Eingangswelle 102 und
der Ausgangswelle 104 drehen, wenn die Kupplung eingerastet
ist, wie unten beschrieben, wobei der Kupplungshebel 128 weiterhin
gehalten wird.
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Wie
vorher angemerkt, kann der Aktuator 106 eine Spule oder
ein hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Kolben sein. Die
bevorzugte Ausführung,
die keine limitierende Ausführung
sein soll, ist die einer Spule und die vorliegende Erfindung und dementsprechend
beschrieben. Die hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Kolbenkonfiguration kann,
während
sie nicht im Detail beschrieben wird, nach Notwendigkeit in Übereinstimmung
mit den Bestandteilen der vorliegenden Erfindung entworfen werden.
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3 veranschaulicht
die Kupplungsanordnung 108 in ihrer ausgekuppelten Position.
Der Aktuator 106 ist im aktivierten Modus, d.h. wenn eine
solenoide Fahrzeugenergie vorhanden ist und arbeitet, um die Spule
in einer bekannten Weise zu aktivieren. In seinem aktivierten Modus
ist die Anlenkung 140 in ihrer komprimierten Stellung und
bringt so den Kupplungsstellring 126 ungefähr auf halbem
Wege über den
ersten und zweiten Splinebereich 110, 118 und die
Sätze von
internen Splines 130, 132 in Position. In dieser
Position ist die Kupplungsanord nung 108 in ihrer Leerlauf-
oder Ruhestellung, so dass der Satz interner Splines 130 im Allgemeinen
in der Lücke 116 eingefügt ist,
die auf dem Splinebereich 110 der Eingangswelle 102 gebildet
ist und der zweite Satz interner Splines 132 ist im Allgemeinen
in die zweite Lücke 124 eingefügt, die
auf dem zweiten Splinebereich 118 der Ausgangswelle 104 gebildet
ist. So positioniert, ist es der Eingangswelle 102 möglich, sich
unabhängig
von der Ausgangswelle 104 frei zu drehen und das Fahrzeug
kann durch sein E-Lenk-System gesteuert werden.
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Im
Falle eines Energieverlusts im Fahrzeug oder wenn der Aktuator 106 anders
deaktiviert wird, wird die Kraft von der Anlenkung 140 genommen
und die vorgespannte Kraft der Feder 125 wirkt auf die Kupplungsanordnung 108,
indem sie den Kupplungsstellring 126 in seine eingekuppelte
Position verschiebt, wie in 5 veranschaulicht
ist. In dieser Position ist der Satz interner Splines 130 zu
einem Einrasten mit dem externen Splinesatz 112 verschoben
und der zweite Satz interner Splines 132 gleichzeitig zu
einem Einrasten mit dem zweitem externen Splinesatz 120 verschoben.
Sobald der Aktuator 106 reaktiviert ist, kehrt die Kupplungsanordnung 108 in ihre
ausgekuppelte Position zurück,
wie in 3 gezeigt.
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Die 6 und 7 veranschaulichen
eine zweite Ausführung
der Kupplungsverbindung 200 der vorliegenden Erfindung.
Der Kupplungsverbindung 200 umfasst eine Eingabeanordnung 202,
die mit einem Lenkrad 204 verbunden ist, eine Ausgangswelle 206,
mechanisch verbunden mit der Lenksäulenwelle des Fahrzeugs (nicht
dargestellt), einen Aktuator 208 und eine Kupplungsanordnung 210.
Die Eingabeanordnung 202 und die Ausgangswelle 206 sind
in Bezug aufeinander nicht arial beweglich.
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Die
Eingabeanordnung 202 enthält eine Welle 211,
die mechanisch und unmittelbar mit dem Lenkrad 204 verbunden
ist. Eine Rotationsbewegung vom Lenkrad 204 bewirkt unmittelbar
und zu jeder Zeit einen gleichen Grad an Rotationsbewegung der Eingabeanordnung 202.
Die Eingabeanordnung 202 schließt weiter einen Kupplungsverbinder 212 mit ein,
der ein geschlossenes Ende 214, das an der Welle 211 befestigt
ist, und ein geöffnetes
Ende 216 aufweist. Innerhalb des geöffneten Endes 216 ist
ein interner Splinesatz 218 ausgebildet. Ein vorgespanntes
Eingriffs-Element oder eine Feder 219 befindet sich innerhalb
des Kupplungsverbinders 212 und bewirkt eine vorgespannte
Kraft wie weiter unten beschrieben wird.
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Die
Ausgangswelle 206 ist mechanisch und unmittelbar mit der
Lenksäulenwelle
des Fahrzeuges verbunden. Die Ausgangswelle 206 beinhaltet
ein stützendes
Ende 220 und umfasst weiter einen externen Splinesatz 222.
Ein Halterungselement 224 ist am stützenden Ende 220 angebracht.
Das Halterungselement 224 kann ein Kugellager sein.
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Die
Kupplungsanordnung 210 besteht aus einem röhrenförmigen Kupplungsstellring 226.
Der röhrenförmige Kupplungsstellring 226 hat
eine Längsachse,
die achsparallel zu den Längsachsen der
Eingabeanordnung 202 und der Ausgangswelle 206 ausgerichtet
ist. Der Kupplungsstellring 226 umfasst einen zweiten externen
Splinesatz 228 und einen zweiten internen Splinesatz 230.
Eine Anlagefläche 232 ist
auf der inneren Wand eines Endes des röhrenförmigen Kupplungsstellringes 226 gebildet. Der
Raum zwischen dem internen Splinesatz 218 und dem externen
Splinesatz 222 entspricht im Wesentlichen dem Raum zwischen
dem zweiten externen Splinesatz 228 und dem zweiten internen
Splinesatz 230. Der zweite externe Splinesatz 228 ist
in einer konstanten Verbindung mit dem internen Splinesatz 218 des
Kupplungsverbinders 212 unabhängig davon, ob die Kupplungsanordnung 210 eingekuppelt
oder ausgekuppelt ist.
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Der
Aktuator 208 der zweiten Ausführung, veranschaulicht in den 6 und 7,
ist als Solenoid ausgeführt
und umfasst ein Aktuatorpaar 234, 234' und einen kreisförmigen Ring 236.
Ein Paar Befestigungsstifte 238, 238' ragt aus der
Oberseite und der Unterseite des röhrenförmigen Kupplungsstellringes 226 heraus.
Die Befestigungsstifte 238, 238' greifen in einen internen kreisförmigen Schlitz 240, der
innerhalb des kreisförmigen
Ringes 236 gebildet ist, ein. Die Konfiguration des kreisförmigen internen Schlitzes 240 erlaubt
den Befestigungsstiften 238, 238', sich leicht darin zu bewegen.
Da der Kupplungsstellring 226 der permanent in Verbindung
mit dem Kupplungsverbinder 212 steht, weist er die gleiche
Rotationsbewegung wie das Lenkrad 204 auf. Die freie Bewegung
der Befestigungsstifte 238, 238' innerhalb des internen kreisförmigen Schlitzes 240 ermöglicht die
freie Rotation des Kupplungsstellringes 226 in Bezug zum
zu kreisförmigen
Ring 236.
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Das
Aktuatorpaar 234, 234' ist entsprechend mit dem kreisförmigen Ring 236 durch
ein paar 242, 242' verbunden.
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6 veranschaulicht
die Kupplungsanordnung 210 in ihrer ausgekuppelten Position.
Das Aktuatorpaar 234, 234' (welches entsprechend der bevorzugten
Ausführung
aus Solenoiden besteht, obgleich auch ein Kolbenaufbau verwendbar
sein kann), ist in seinem aktivierten Modus gezeigt, in welchem
Fahrzeugenergie vorhanden ist. Im aktivierten Modus ist das Gestängepaar 242, 242' in das Aktuatorpaar 234, 234' gezogen und
zieht so den Kupplungsstellring 226 in Richtung und im
Wesentlichen in den Kupplungsverbinder 212. Der interne
Splinesatz 218 des Kupplungsverbinders 212 ist
in betriebsbereiter Verbindung mit dem zweiten externen Splinesatz 228 des
Kupplungsstellringes 226. Jedoch steht der zweiten interne
Keilsatz 230 des Kupplungsstellringes 226 nicht
mehr in Verbindung mit dem externen Splinesatz 222 der
Ausgangswelle 206. Das Halterungselement 224 steht
in permanenter Verbindung mit der Anlagefläche 232 des Kupplungsverbinders 212 und liefert
eine permanente Achsausrichtung der Ausgangswelle 206 verhältnismäßig zum
Kupplungsstellring 226. In dieser Position ist die Kupplungsanordnung 210 in
ihrer Leerlauf- oder Ruhestellung. So positioniert ist der Eingabeanordnung 202 eine
von der Ausgangswelle 206 unabhängige Rotation erlaubt und
das Fahrzeug kann durch sein E-Lenk-System leicht gesteuert werden.
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Fällt das
Energiesystem des Fahrzeugs aus oder wird das Aktuatorpaar 234, 234' anders deaktiviert,
wird die Kraft vom Gestängepaar 242, 242' genommen und
die vorgespannte Kraft der Feder 219 wirkt auf die Kupplungsanordnung 210 und
zwingt den Kupplungsstellring 226 in seine eingekuppelte Position,
wie in 7 dargestellt. In dieser Position ist der zweite
interne Splinesatz 230 des Kupplungsstellringes 226 in
Verbindung mit dem zweiten externen Splinesatz 222, der
auf der Ausgangswelle 206 gebildet ist, und eine permanente
mechanische Verbindung zwischen der Eingabeanordnung 202 und der
Ausgangswelle 206 und das Fahrzeug kann leicht durch mechanische
Steuerung gesteuert werden. Ist das Aktuatorpaar 234, 234' reaktiviert,
kehrt die Kupplungsanordnung 210 in ihre ausgekuppelte Position
zurück,
wie in 6 gezeigt.
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Die
dritte Ausführung
des Kupplungsaufbaus für
den Gebrauch als Sicherungssystem in einem E-Lenk-System entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist in den 8 bis 11 veranschaulicht. In
Bezug auf die dritte Ausführung,
die in diesen Abbildungen gezeigt wird, wird ein Kupplungsaufbau 300,
gezeigt. Der Kupplungsaufbau 300 umfasst eine Eingangswelle 302,
die mit einem Lenkrad (nicht dargestellt) verbunden ist, eine Ausgangswelle 304,
mechanisch verbunden mit der Lenksäulenwelle (nicht dargestellt)
des Fahrzeugs, einen Aktuator 306 und eine Kupplungsanordnung 308.
Sowohl die Eingangswelle 302 als auch die Ausgangswelle 304 sind axial
fixiert.
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Die
Eingangswelle 302 ist mechanisch und unmittelbar mit dem
Lenkrad auf bekannte Weise verbunden. Die Rotationsbewegung des
Lenkrades bewirkt unmittelbar und zu jeder Zeit einen gleichen Grad
Rotationsbewegung der Eingangswelle 302. Wie in den 8 bis 10 veranschaulicht,
umfasst die Eingangswelle 302 einen Wellenteil 310,
der mit dem Lenkrad verbunden ist, eine Federanlage 312 und
einen röhrenförmigen Ausgangswellenanschluss 314,
der gebildet ist, um einen Teil der Ausgangswelle 304 aufzunehmen.
Der Ausgangswellenanschluss 314 enthält eine Sprengringnut 316,
die an seinem distalen Ende gebildet ist, und mindestens ein Paar
Halterungslöcher 318,
die in dem Ausgangswellenanschluss 314 gebildet sind. Die
Halterungslöcher 318 sind
zwischen der Sprengringnut 316 und der Federanlage 312 gebildet.
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Die
Ausgangswelle 304 ist mechanisch und unmittelbar mit der
Lenksäulenwelle
des Fahrzeugs verbunden. Die Ausgangswelle 304 enthält ein Lenksäulenwellenende 320 und
ein Halterungsaufnahmeende 322. Das Halterungsaufnahmeende 322 beinhaltet
eine Reihe verhältnismäßig breiter
und hohler Spline 324, die auf diesem gebildet sind.
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Die
Kupplungsanordnung 308 schließt einen Kupplungsstellring 326 mit
ein, der eine ringförmige Aktuatoranschlagplatte 328 enthält, einen
ringförmigen
Körper 330 und
einen ringförmigen
Anschlagring 332. Der ringförmige Anschlagring 332 weist
eine Halterungskante 334 auf. Der ringförmige Körper 330 und der ringförmige Anschlagring 332 können aus Pudermetall
als zwei separate Stücke
hergestellt werden, die dann durch Mittel wie Hartlötung befestigt
werden.
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Die
interne Verbindungsstelle zwischen dem ringförmigen Körper 330 und dem ringförmigen Anschlagring 332,
im Allgemeinen veranschaulicht als Halterungsgehäuse 336, ist durch
eine abgeschrägte Wand 338 innerhalb
des ringförmigen
Körpers 330, die
Halterungskante 334, und eine Zwischenwand 340,
welche im Allgemeinen zwischen der abgeschrägten Wand 338 und
der Halterungskante 334 gebildet ist definiert. Eine ringförmige Halterungsverbindungswand 341 ist
zwischen der abgeschrägten Wand 338 und
der Aktuatoranschlagplatte 328 gebildet. Der Kupplungsstellring 326 ist
zur axialen Bewegung auf dem Ausgangswellenanschluss 314 der Eingangswelle 302 fähig. Ein
Sprengring 342 ist in bekannter Weise in die Sprengringnut 316 der
Eingangswelle 302 eingefasst, um eine axiale Bewegung des
Kupplungsstellringes 326 auf dem Ausgangswellenanschluss 314 zu
begrenzen. Eine vorgespanntes Eingriffs-Element oder eine Feder 344 befindet
sich zwischen der Federanlage 312 der Eingangswelle 302 und
der ringförmigen
Aktuatoranschlagplatte 328 der Kupplungsanordnung 308.
Die Feder 344 liefert eine vorgespannte Kraft, wie unten beschrieben
ist. Kugellager 346 sind beweglich innerhalb des Halterungsgehäuses 336 angelegt.
Obwohl gezeigt wird, dass zwei Kugellager 346 innerhalb
des Halterungsgehäuses 336 eingefasst
sind, soll deutlich gemacht werden, dass auch eine größere Zahl
von Lagern darin eingefasst werden können.
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Wie
vorher in Bezug auf die in den 2 bis 7 dargestellten
Ausführungen
angemerkt, kann der Aktuator 306 als Solenoid oder ein
hydraulisch- oder pneumatisch angetriebener Kolben ausgeführt sein.
Die bevorzugte und erläuterte
Ausführung,
die keine limitierende Ausführung
darstellen soll, ist die eines Solenoids und die vorliegende Erfindung
wird dementsprechend beschrieben. Die hydraulisch- oder pneumatisch
angetriebene Kolbenkonfiguration kann, obwohl sie nicht im Detail
beschrieben wird, je nach Notwendigkeit in Übereinstimmung mit den Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung sowie den zuvor erwähnten Ausführungen der vorliegenden Erfindung
auch verwendet werden.
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Der
Aktuator 306 schließt
eine ringförmige elektromagnetische
Wicklung 348 ein. Die elektromagnetische Wicklung 348 zieht,
wenn sie aktiviert ist, die ringförmige Aktuatoranschlagplatte 328 des Kupplungsstellringes 326 an.
Die Vorgänge
der Aktivierung und Deaktivierung und das resultierende jeweilige
mechanische Auskuppeln und Einkuppeln wird nun mit Bezug auf die 8, 10 und 11 be schrieben.
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8 veranschaulicht
die Kupplungsanordnung 308 in ihrer ausgekuppelten Position.
Der Aktuator 306 ist dann, wenn es sich um einen Solenoid handelt,
im aktivierten Modus, wenn eine solenoide Fahrzeugenergie vorhanden
ist und aktiviert die Wicklung in bekannte Weise. In seinem aktivierten Modus
und entsprechend der erläuterten
Konfiguration, hat die elektromagnetische Wicklung 348 die ringförmige Aktuatoranschlagplatte 328 des
Kupplungsstellringes 326 angezogen, so dass die Aktuatoranschlagplatte 328 wirksam
an die ringförmige elektromagnetische
Spule 348 stößt. In dieser
ausgekuppelten Position sind die Kugellager 346 ausreichend
in das Halterungsgehäuse 336 verschoben und
ausreichend weit von den hohlen Splines 324 des das Halterungsaufnahmeende 322 der
Ausgangswelle 304 aufnehmenden Gehäuses positioniert. Diese Situation
ist in 11, welche eine Schnittdarstellung
des Kupplungsaufbaus 300 entlang den Linien 11-11 aus 8 ist,
klar dargestellt. Der Spielraum der Kugellager 346 innerhalb
des Halterungsgehäuses 336 ist
durch die abgeschrägte Wand 338,
die Zwischenwand 340 und die Halterungskante 334 begrenzt.
Mit den Kugellagern 346 die auf diese Weise von den hohlen
Splines 324 gelöst
sind, kann die Eingangswelle 302 unabhängig von der Ausgangswelle 304 rotieren
und das Fahrzeug durch sein E-Lenk-System gesteuert werden.
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Im
Falle eines Energieverlusts im Fahrzeug oder falls der Aktuator 306 andersartig
deaktiviert wird, wird Kraft vom Aktuator 306 genommen
und die vorgespannte Kraft der Feder 344 wirkt auf die
Kupplungsanordnung 308, indem sie den Kupplungsstellring 326 in
seine eingerastete Position verschiebt, die in 10 dargestellt
ist. Während
der Kupplungsstellring 326 auf seine Einkupplungsposition
verschoben ist, sind die Kugellager 346 gezwungen, einwärts in Richtung
der hohlen Splines 324 der Ausgangswelle 304,
in die Halterungslöcher 318 zu
drücken und
werden durch die Halterungsverbindungswand wirksam in Position gegen
die hohlen Splines 324, eingerastet, wie in 10 durch
die Strichlinien in 11 gezeigt. Auf diese Weise
eingekuppelt, bewirkt die Rotation der Eingangswelle 302 eine
simultane mechanische Rotation der Ausgangswelle 304. Sobald
der Aktuator 306 reaktiviert ist, kehrt die Kupplungsanordnung 308 in
ihre ausgekuppelte Position zurück,
wie in 8 dargestellt.
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Die
vierte Ausführung
des Kupplungsaufbaus für
den Gebrauch als Sicherungssystem in einem E-Lenk-System entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist in den 12 und 13 veranschaulicht,
in welchen ein Kupplungsaufbau 400 dargestellt ist. Der
Kupplungsaufbau 400 umfasst eine Eingangswelle 402,
die mit einem Lenkrad verbunden ist (nicht dargestellt), eine Ausgangswelle 404,
die mechanisch mit der Lenksäulenwelle
(nicht dargestellt) des Fahrzeugs verbunden ist, einen Aktuator 406 und
eine Kupplungsanordnung 408. Sowohl die Eingangswelle 402 als
auch die Ausgangswelle 404 sind axial fixiert.
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Die
Eingangswelle 402 ist mechanisch und unmittelbar mit dem
Lenkrad in bekannter Weise verbunden. Eine Rotationsbewegung des
Lenkrads bewirkt direkt und zu jeder Zeit einen gleichen Grad Rotationsbewegung
der Eingangswelle 402. Die Eingangswelle 402 ist
drehbar durch ein Stützelement 410 getragen,
welches der Befestigung des Kupplungsaufbaus 400 am Fahrzeug
dient. Wie durch die gestrichelten Linien der 12 und
die gestrichelten Linien und normalen Linien der 13 veranschaulicht
ist, enthält
die Eingangswelle 402 einen externen Splinesatz 412.
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Die
Ausgangswelle 404 ist mechanisch und unmittelbar mit der
Lenksäulenwelle
des Fahrzeugs verbunden. Die Ausgangswelle 404 ist drehbar
durch ein zweites Stützelement 414 getragen,
welches, wie das Stützelement 410,
dazu dient, den Kupplungsaufbau 400 mit dem Fahrzeug zu
verbinden. Eine Halterung 416 ist durch die gestrichelten
Linien gezeigt und stellt eine Rotationsverbindung zwischen dem
zweiten Stützelement 414 und
der Ausgangswelle 404 bereit. Die Kombination des Stützelements 410 und
des zweiten Stützelements 414 liefert
eine axiale Ausrichtung zur Eingangswelle 402 und zur Ausgangswelle 404.
Die Ausgangswelle 404 umfasst weiter ein Anschlussende 418 und
ein Antriebsende 420. Das Anschlussende 418 ist
ein Element der Kupplungsanordnung 408 und schließt eine
Fläche 422 mit
ein, die eine Reihe auseinander liegender Zähne 424 aufweist,
die auf dieser gebildet sind. Das Antriebsende 420 ist
mechanisch mit der Lenkwelle des Fahrzeugs verbunden.
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Zusätzlich zum
Anschlussende 418 der Ausgangswelle 404, umfasst
die Kupplungsanordnung 408 einen Kupplungsstellring 426.
Der Kupplungsstellring 426 umfasst ein zweites Antriebsende 428 und
ein zweites Anschlussende 430. Ein interner Splinesatz 432,
gezeigt durch die Schattenlinien in den 12 und 13,
ist im Innern des zweiten Antriebsende 428 des Kupplungsstellringes 426 gebildet.
Der interne Splinesatz 428 des Kupplungsstellringes 426 ist
gebildet, um in den externen Splinesatz 412 der Eingangswelle 402 zu
greifen, so dass der Kupplungsstellring 426 in der Lage
ist, im Wesentlichen axial auf die Eingangswelle 402 zu gleiten.
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Das
zweite Anschlussende 430 des Kupplungsstellringes 426 schließt weiter
eine zweite Fläche 434 mit
ein. Die Fläche 434 umfasst
eine zweite Zahnreihe 436, die auf dieser gebildet sind.
Die zweite Zahnreihe 436 ist positioniert, um wahlweise
mit der Zahnreihe 424 der Fläche 422 der Ausgangswelle 404 verbindbar
zu sein.
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Die
Kupplungsanordnung 408 schließt weiter einen Kupplungshebel 438 mit
ein. Der Kupplungshebel 438 enthält einen Kupplungshebelkörper 440, der
ein Gelenkende 442 und ein Aktuatorende 444 aufweist.
Das Gelenkende 442 ist an das Stützelement 410 schließbar oder
kann an einem anderen Befestigungspunkt am Fahrzeug angebracht werden. Das
Aktuatorende 444 ist betriebsbereit über ein Gestänge 446 an
den Aktuator 406 angebracht.
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Wie
durch die gestrichelten Linien dargestellt, ist eine Umfangsnut 448 im
Kupplungsstellring 426 definiert. Ein Ring 450,
auch durch gestrichelte Linien gezeigt, ist in die Umfangsnut 448 eingefasst. Der
Kupplungshebel 438 ist durch einen Befestiger 452 betriebsbereit
an den Ring 450 angebracht. Dieser Befestigungsaufbau erlaubt
es dem Kupplungsstellring 426, sich mit der Eingangswelle 402 zu
drehen.
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Wie
vorher angemerkt, kann der Aktuator 406 ein Solenoid oder
ein hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Kolben sein. Die
bevorzugte Ausführung,
die keine limitierende Ausführung
darstellen soll, ist die eine Solenoid und die vorliegende Erfindung
wird dementsprechend beschrieben.
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12 veranschaulicht
die Kupplungsanordnung 408 in ihrer ausgekuppelten Position.
Der Aktuator 406, ein Solenoid, ist im aktivierten Modus wenn
eine Fahrzeugenergie vorhanden ist und arbeitet, um den Solenoid
in einer bekannten Weise zu aktivieren. In seinem aktivierten Modus
ist das Gestänge 446 in
seiner zusammengeschobenen Stellung und bringt so den Kupplungsstellring 426 in
seine ausgekuppelte Position oder im Wesentlichen in Kontakt mit
dem Stützelement 410.
In dieser Position ist die Kupplungsanordnung 408 in ihrer
Leerlaufstellung oder die zweite Zahnreihe 436 des Kupplungsstellringes 426 ist
entfernt von der Zahnreihe 424 der Ausgangswelle 404 angeordnet
und folglich nicht in diese eingekuppelt. So positioniert ist der
Eingangswelle 402 ein von der Ausgangswelle 404 unabhängiges freies
Rotieren erlaubt und das Fahrzeug kann durch sein E-Lenk-System
gesteuert werden.
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Im
Falle eines Energieverlusts im Fahrzeug oder wenn der Aktuator 406 anderweitig
deaktiviert wird, wird Kraft vom Gestänge 446 genommen und die
vorgespannte Kraft einer Feder 447, welche in die Eingangswelle 402 eingefasst
ist und innerhalb einer im Innern des Kupplungsstellringes 426 gebildeten Bohrung
positioniert ist, wirkt auf die Kupplungsanordnung 408,
indem sie den Kupplungsstellring 428 in seine eingekuppelte
Stellung, die in 13 dargestellt ist, schiebt.
In dieser Position greift die zweite Zahnreihe 436 des
Kupplungsstellringes 426 in die Zahnreihe 424 der
Ausgangswelle 404 und bewirkt so eine direkte mechanische
Verbindung zwischen der Eingangswelle 402 und der Ausgangswelle 404. Sobald
der Aktuator 406 reaktiviert ist, kehrt die Kupplungsanordnung 408 in
ihre ausgekuppelte Position zurück,
wie in 12 dargestellt.
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Die
vorausgegangene Diskussion offenbart und beschreibt eine exemplarische
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird durch diese Diskussion
und durch die begleitenden Zeichnungen und Ansprüche leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne
vom Inhalt und vom angemessenen Gültigkeitsbereich der Erfindung,
wie durch die folgenden Ansprüche
definiert, abzuweichen.