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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere die Informationsbestimmungstechnik im Bezug auf die Drehung von Lenkrad.
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Stand der Technik
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Der Lenkradwinkelsensor ist ein Bestandteil des Fahrzeug-Stabilitätsregelsystems, der üblicherweise in der Richtungssäule unterhalb des Lenkrades angebracht ist, um den Lenkradwinkel beim Lenken des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
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Der Lenkradesensor ist meistens auf Basis von Riesenmagnetwiderstand (GMR) ausgestaltet. Einfach ausgedrückt, ist der aus N-Pol und S-Pol zusammengesetzte Rotor nach der Drehung des Lenkrades unter der Wirkung des Zahnrades gedreht. Der Rotor ist mit GMR versehen, der verwendet wird, um die Richtung des Magnetfeldes von N-Pol zu S-Pol zu detektieren. Es gibt auch einen magnetischen Sensor, um die Wellenformen mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad zu erfassen. Aus den zwei Wellenformen wird der Drehungswinkel berechnet. Aber die GMR-basierte Richtungssensoren erfordern viele Komponenten und nehmen hierbei eine hohe Genauigkeit der Zahnräder in Anspruch.
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Offenbarung der Erfindung
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Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad vor, die ein Umwandlungsteil, das mit einem Umlenkungsrohr des Lenkrades verbunden ist, um die Drehung des Lenkrades in eine Linearbewegung umzuwandeln, sowie ein Verarbeitungsteil, das elektrisch mit dem Umwandlungsteil verbunden ist, um aufgrund einer durch das Umwandlungsteil umgewandelten Linearbewegung die Drehungsinformationen des Lenkrades zu bestimmen, umfasst.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Umwandlungsteil ein Zahnrad, das mit dem Umlenkungsrohr verbunden ist, eine Zahnstange, die mit dem Zahnrad in Eingriff steht, einen Zahnstangenträger, der zum Tragen der Zahnstange dient, und ein Verarbeitungsteil. Die Drehung des Umlenkungsrohres, das durch das Lenkrad angetrieben ist, bewirkt eine Drehung des mit diesem Umlenkungsrohr verbundenen Zahnrades, und die Drehung des Zahnrades dazu führt, dass die damit in Eingriff stehende Zahnstange gegenüber einem Eingriffsausgangspunkt in einer Richtung der Zahnstangenlänge verstellt. Die Zahnstange ist derart auf diesem Zahnstangenträger angeordnet, dass sie in einer Richtung ihrer eigenen Länge verstellbar ist. Das Verarbeitungsteil aufgrund eines Verstellungswegs und einer Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt die Drehungsinformationen des Lenkrades. Dabei ist der Eingriffsausgangspunkt eine Eingriffsposition der Zahnstange und des Zahnrades bei einem Lenkradwinkel von 0 Grad.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Verarbeitungsteil eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Verstellungswegs und einer Verstellungsrichtung der Zahnstange bezüglich des Eingriffsausgangspunktes, und eine Recheneinheit, die elektrisch mit der Erfassungseinheit verbunden ist, um den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung nach die Erfassungsergebnisse der Erfassungseinheit zu bestimmen und damit den Drehungswinkel des Lenkrades zu bestimmen, umfassen.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Erfassungseinheit ein elastisches Element und einen Drucksensor umfassen. Ein teleskopisches Ende des elastischen Elements ist derart an die Zahnstange angeschlossen, dass es sich mit der Verstellung der Zahnstange ausdehnt und zusammenzieht, und der Drucksensor ist derart mit dem elastischen Element gekoppelt, dass eine elastische Kraft des elastischen Elements erfassbar ist.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit elektrisch mit dem Drucksensor verbunden ist und der Drucksensor eine durch die Ausdehnung oder die Zusammenziehung des elastischen Element erzeugte Kraft erfasst und ein diese Kraft repräsentierende Signal auf die Recheneinheit überträgt. Die Recheneinheit bestimmt aufgrund dieser Kraft den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange bezüglich des Eingriffsausgangspunktes.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Erfassungseinheit ein Messungszahnrad, das mit der Zahnstange in Eingriff steht, und ein Erfassungselement der Drehung von Zahnrad zum Erfassen der durch die Verstellung der Zahnstange bewirkten Anzahl vom den Umdrehungen und der Drehungsrichtung des Messungszahnrades.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit in Abhängigkeit von der Anzahl vom den Umdrehungen und der Drehungsrichtung des Zahnrades den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Erfassungseinheit ein Schieberegler ist, dessen Spulengruppe oder Schieber an der Vorrichtung befestigt ist. Wenn die Spulengruppe an dieser Vorrichtung befestigt ist, dann ist der Schieber mit der Zahnstange verbunden und bewirkt die Verstellung der Zahnstange eine Bewegung des Schiebers. Und wenn der Schieber an der Vorrichtung befestigt ist, ist die Spulengruppe mit der Zahnstange verbunden und bewirkt die Verstellung der Zahnstange eine Bewegung der Spulengruppe.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit aufgrund der Ausgabe des Schiebereglers den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Erfassungseinheit ein kapazitiver Gitter-Wegsensor ist, der aufweist:
ein Festlineal, das feststehend ausgelegt ist,
ein Schiebelineal, das mit der Zahnstange derart verbunden ist, dass es sich bei der Verstellung der Zahnstange mitbewegt,
eine Sendepolscheibe, die an dem Festlineal vorgesehen ist,
eine Empfangspolscheibe, die an dem Schiebelineal vorgesehen ist. Die Sendepolscheibe und die Empfangspolscheibe bilden eine Kapazität, und die Sendepolscheibe und die Empfangspolscheibe werden relativ zueinander bewegt, wenn das Schiebelineal durch die Verstellung der Zahnstange bewegt wird, so dass sich die Kapazität dazwischen ändert.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit in Abhängigkeit der Änderung der Kapazität den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Erfassungseinheit ein Lichtschranke-Wegsensor ist, der aufweist:
ein erstes Gitter, das feststehend ausgelegt ist,
ein zweites Gitter, das derart mit der Zahnstange verbunden ist, dass es sich bei der Verstellung der Zahnstange mitbewegt,
eine Lichtquelle, und
einen Lichtsensor. Das erste Gitter und das zweite Gitter sind zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element angeordnet und die Lichtquelle und das lichtempfindliche Element können sich beim Bewegen des zweiten Gitters mitbewegen.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit aufgrund der Ausgabe des lichtempfindlichen Elements den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Erfassungseinheit aufweist:
ein Hall-Element, das fest in der Vorrichtung angeordnet ist, und eine Hall-Skala, die mit der Zahnstange verbunden ist, um sich bei der Verstellung der Zahnstange mitzubewegen.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit aufgrund einer Magnetfeldänderung, die durch die Relativbewegung zwischen der Hall-Skala und dem Hall-Element verursacht wird, den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes bestimmt.
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Gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass das Zahnrad über eine Zwischenwelle mit dem Umlenkungsrohr verbunden ist, wobei die Zwischenwelle über ein Kreuzgelenk mit dem Umlenkungsrohr verbunden ist.
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Bei der Vorrichtung zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad ist es ferner vorgesehen, dass das Umwandlungsteil ein Schneckenrad und eine Schnecke umfasst.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass:
- a) ein Umwandlungsteil an einem nicht mit dem Lenkrad verbundenen Ende des Umlenkungsrohres vorgesehen wird, um die Drehung des Lenkrades in eine Linearbewegung umzuwandeln; sowie
- b) die drehungsinformationen von dem Lenkrad aufgrund der durch das Umwandlungsteil umgewandelten Linearbewegung bestimmt werden.
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Gemäß einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Schritt a) umfasst, dass:
ein Zahnrad an einem nicht mit dem Lenkrad verbundenen Ende des Umlenkungsrohres vorgesehen wird,
eine Zahnstange, die mit diesem Zahnrad in Eingriff steht, vorgesehen wird. Die Drehung des Umlenkungsrohres, das durch das Lenkrad angetrieben ist, bewirkt eine Drehung des mit diesem Umlenkungsrohr verbundenen Zahnrades, und die Drehung des Zahnrades dazu führt, dass die damit in Eingriff stehende Zahnstange gegenüber einem Eingriffsausgangspunkt in einer Richtung der Zahnstangenlänge verstellt. Und der Schritt b) umfasst, dass:
aufgrund eines Verstellungswegs und einer Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes die Drehungsinformationen des Lenkrades bestimmt werden. Dabei ist der Eingriffsausgangspunkt eine Eingriffsposition der Zahnstange und des Zahnrades bei einem Lenkradwinkel von 0 Grad.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Fahrzeug bereitgestellt, das die vorgenannte Vorrichtung oder Verfahren zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad umfasst oder verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Strukturansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine andere schematische Ansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung, wobei die Struktur des Teils A aus 1 gezeigt ist;
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3 ist eine schematische Strukturansicht der Vorrichtung gemäß einem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine schematische Strukturansicht der Vorrichtung gemäß einem anderen spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine schematische Ansicht des Eingriffs eines Messungszahnrades 501 und einer Zahnstange 12 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine schematische Ansicht eines Schiebereglers gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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7A ist eine schematische Ansicht eines kapazitiven Gitter-Wegsensors gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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7B ist eine schematische Strukturansicht eines kapazitiven Gitter-Wegsensors 70 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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8 ist eine schematische Ansicht eines Lichtschranke-Wegsensors 80 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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9 ist eine schematische Ansicht von Gitterabstand und Moire-Streifen eines Lichtschranke-Wegsensors 80 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine schematische Ansicht einer Erfassungseinheit umfassend ein Hall-Element 90 und eine Hall-Skala gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die beispielhaften Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann auf dem Gebiet leicht verständlich und sollen nicht einschränkend sein. Die in den Zeichnungen dargestellten Elemente, Bauteile, Module, Vorrichtungen und Vorrichtungskörper sind nicht unbedingt maßstabgerecht dargestellt aber zeigen lediglich schematisch die Relativbeziehungen zwischen diesen Elementen, Bauteile, Modulen, Vorrichtungen und Vorrichtungskörpern.
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Die Vorrichtung zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Umwandlungsteil und ein Verarbeitungsteil. Das Umwandlungsteil ist mit einem Umlenkungsrohr des Lenkrades verbunden, um die Drehung des Lenkrades in eine Linearbewegung umzuwandeln. Das Verarbeitungsteil ist elektrisch mit dem Umwandlungsteil verbunden, um aufgrund einer durch das Umwandlungsteil umgewandelten Linearbewegung die Drehungsinformationen des Lenkrades zu bestimmen. Dieses Umwandlungsteil kann beispielsweise aus Schneckenrad und Schnecke bestehen. Das Umlenkungsrohr ist in der praktischen Verwendung auch als Umlenkungstange, Umlenkungssäule und so weiter bezeichnet.
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1 ist eine schematische Strukturansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine andere schematische Ansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung, wobei die Struktur des Teils A aus 1 gezeigt ist.
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Mit Bezugnahme auf sowohl 1 als auch 2 umfasst diese Vorrichtung ein Zahnrad 10, eine Zahnstange 12, einen Zahnstangenträger 14 sowie ein Verarbeitungsteil (nicht dargestellt). Das Zahnrad 10 ist mit dem Umlenkungsrohr 20 verbunden. Die Drehung des Umlenkungsrohres 20 bewirkt eine Drehung des Zahnrades 10. Der Zahnstangenträger 14 trägt die Zahnstange 12, die derart auf diesem Zahnstangenträger 14 angeordnet ist, dass sie in einer Richtung ihrer eigenen Länge verstellbar ist. Das Zahnrad 10 steht mit der Zahnstange 12 in Eingriff, so dass die Drehung des Zahnrades 10 dazu führt, dass die Zahnstange 12 in der Richtung der Zahnstangenlänge verstellt wird.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der Zahnstangenträger 14 ein stangenartiges Element, das in der Position zum Einbringen der Zahnstange 12 mit einer Schiebenut versehen ist, in der sich die Zahnstange 12 verschieben kann. Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung weist der Zahnstangenträger 14 zwei miteinander verschachtelte Muffen auf, wobei die innere Muffe feststehend vorgesehen ist, während die die inneren Muffe außen verschachtelte äußere Muffe entlang der inneren Muffe verschiebbar ist. Die Zahnstange 12 ist feststehend an der äußeren Muffe vorgesehen und die äußere Muffe ist kürzer als die innere Muffe ausgelegt. Als Beispiel sind die äußere Muffe und die innere Muffe als miteinander verschachtelte ringförmige Glieder ausgestaltet. Der Zahnstangenträger 14 kann in vielen Formen ausgestaltet werden, und der Zahnstangenträger 14 kann ebenfalls in vielfältiger Weise die Zahnstange tragen. Zusammenfassend können der Aufbau des Zahnstangenträgers 14 und das Eingriff der Zahnstangenträger 14 mit der Zahnstange 12 in jener Weise ausgestaltet, solange die Zahnstange 12 durch den Antrieb des Zahnrades 10 in der Richtung der Länge bewegt werden kann.
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Wie dem Fachmann bekannt ist, sollte die Drehung des Lenkrades auf das Rad des Fahrzeugs übertragen werden. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird die Drehung des Lenkrades 22 über das Umlenkungsrohr 20, das Zahnrad 10, die Zahnstange 12 auf eine erste Querstange 16 und eine zweite Querstange 18 übertragen. Es versteht sich, dass die erste Querstange 16 und die zweite Querstange 18 die Komponenten sind, die jeweils zwischen den Rädern und den Zahnstangen auf beiden Seiten angeordnet sind, und dass die erste Querstange 16 und die zweite Querstange 18 jeweils mit der Zahnstange 12 und den entsprechenden Rädern derart verbunden sind, dass die durch das Zahnrad 10 und die Zahnstange 12 übertragene Drehung des Lenkrades weiter auf die Räder übertragen werden kann. Konkret gesagt ist die erste Querstange 16 zwischen der Zahnstange 12 und dem Rad 24 angeordnet (in einer der Ansicht zugewandten Richtung gesehen, befindet sich dieses Rad auf der linken Seite, deshalb im Folgenden als das linke Rad 24 bezeichnet) und mit der Zahnstange 12 und dem Rad 24 derart verbunden, dass die Verstellung der Zahnstange 12 auf das Rad 24 übertragen werden kann, während die zweite Querstange 18 zwischen der Zahnstange 12 und dem Rad 26 angeordnet (in einer der Ansicht zugewandten Richtung gesehen, befindet sich dieses Rad auf der rechten Seite, deshalb im Folgenden als das rechte Rad 26 bezeichnet) ist und mit der Zahnstange 12 und dem Rad 26 derart verbunden ist, dass die Verstellung der Zahnstange 12 auf das Rad 26 übertragen werden kann.
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Beispielshaft aber nicht beschränkend ist das Zahnrad 10 mittels einer Zwischenwelle 11 mit dem Umlenkungsrohr 20 verbunden. Ein Ende der Zwischenwelle 11 ist über ein Kreuzgelenk an das Umlenkungsrohr 20 angeschlossen und ein anderes Ende der Zwischenwelle 11 dient zum Fixieren des Zahnrades 10 (siehe 2). Die Zwischenwelle 11 wird durch den Antrieb des Umlenkungsrohres 20 gedreht und wiederum treibt das Zahnrad 10, um zu drehen.
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Beispielshaft aber nicht beschränkend ist das Zahnrad 10 mittels einer Zwischenwelle 11 mit dem Umlenkungsrohr 20 verbunden. Dabei ist ein Ende der Zwischenwelle 11 als zahnradförmige Struktur 10 ausgebildet, um mit der Zahnstange 12 in Eingriff zu stehen, und ein anderes Ende der Zwischenwelle 11 über ein Kreuzgelenk mit dem Umlenkungsrohr 20 verbunden.
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Bei einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der Eingriffsausgangspunkt eine Eingriffsposition der Zahnstange und des Zahnrades bei einem Lenkradwinkel von 0 Grad.
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Gemäß einem nicht beschränkenden spezifischen Beispiel der Erfindung teilt der Eingriffsausgangspunkt die Zahnstange 12 in zwei Teile auf. Die Länge des ersten Teilabschnitts der Zahnstange 12, der mit der ersten Querstange 16 verbunden ist, beträgt a, während die Länge des zweiten Teilabschnitts der Zahnstange 12, der mit der zweiten Querstange 18 verbunden ist, beträgt b. In diesem Beispiel sind a und b gleich, wenn die Eingriffsstelle des Zahnrades und der Zahnstange der Eingriffsausgangspunkt ist. Wie in 11 gezeigt wird das Lenkrad 22 im Uhrzeigersinn gedreht und das Umlenkungsrohr 20 auch im Uhrzeigersinn gedreht angetrieben. Dann treibt das Umlenkungsrohr 20 weiter das Zahnrad 10 an, sich im Uhrzeigersinn zu drehen, und treibt das Zahnrad 10 die Zahnstange 12 so an, dass die Zahnstange 12 in einer Richtung ihrer Länge zum linken Rad 24 verstellt wird, so dass sich die Länge a des ersten Teilabschnitts und die Länge b des zweiten Teilabschnitts jeweils ändern und der Differenzwert zwischen a und b den Verstellungsweg der Zahnstange 12 darstellt. Aufgrund den folgenden Gleichungen (1) und (2) können die Winkelgeschwindigkeit ω des Umlenkungsrohres 20 und der Drehungswinkel des Lenkrades bestimmt werden: x = a – b (1) x = ∫vdt = ∫f(ω)·rdt (2) hierbei ist x der Verstellungsweg der Zahnstange 12, ω die Winkelgeschwindigkeit des Umlenkungsrohres 20, die Winkelgeschwindigkeit der Zwischenwelle 11 die Funktion f(ω) von ω, und r der Durchmesser des Teilkreises von dem Zahnrad 10.
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Alternativ können a und b aber nicht gleich sein, wenn die Eingriffsstelle des Zahnrades und der Zahnstange der Eingriffsausgangspunkt ist. Infolgedessen ändert sich ebenfalls der Differenzwert zwischen a und b im Falle, in dem die Zahnstange 12 durch die Drehung des Lenkrades 22 verstellt wird. Die Änderung des Differenzwertes bedeutet den Verstellungsweg der Zahnstange 12.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Verarbeitungsteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Erfassungseinheit und eine Recheneinheit. Die Erfassungseinheit dient zum Erfassen einer Verstellung der Zahnstange bezüglich des Eingriffsausgangspunktes. Die Recheneinheit ist elektrisch mit der Erfassungseinheit verbunden, um nach die Erfassungsergebnisse der Erfassungseinheit den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes zu bestimmen und damit anhand von den Gleichungen (1) und (2) die Drehungsinformationen des Lenkrades zu bestimmen. Bei eines der Beispielen der vorliegenden Erfindung enthalten die Drehungsinformationen des Lenkrades beispielsweise einen Drehungswinkel des Lenkrades und eine Drehungsrichtung des Lenkrades und gegebenenfalls auch eine Drehungsgeschwindigkeit des Lenkrades. Obwohl in den Beispielen der vorliegenden Erfindung der Bestimmungsprozess der Drehungsgeschwindigkeit des Lenkrades nicht näher beschrieben wurde, ist es dem Fachmann nicht schwer zu verstehen, dass die Drehungsgeschwindigkeit des Lenkrades aufgrund der Informationen wie des Drehungswinkels und der Drehungszeit usw. bestimmt wird.
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3 ist eine schematische Strukturansicht der Vorrichtung gemäß einem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist die Erfassungseinheit ein elastisches Element 40. Das feste Ende, d.h. das erste Ende 401 in diesem Beispiel, des elastischen Elements 40 ist an einer geeigneten Komponente in der Innenstruktur des Fahrzeugs befestigt, und das zweite Ende 402 dehnt sich aus und zieht sich zusammen mit einer Verstellung der Zahnstange 12 bezüglich des Eingriffsausgangspunktes (siehe 2). Die Ausdehnung oder Zusammenziehung kann den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange 12 bezüglich des Eingriffsausgangspunktes repräsentieren. In diesem Beispiel wird das elastische Element 40 zusammengedrückt, was bedeutet, dass das Lenkrad im Uhrzeigersinn gedreht wird, und umgekehrt. In dem Beispiel aus 3 ist das erste Ende 401 des elastischen Elements 40 beispielsweise an dem Zahnstangenträger 14 befestigt (siehe 2). Alternativ kann das erste Ende 401 des elastischen Elements 40 an einer anderen Komponente des Fahrzeugs befestigt werden, die feststehend sind und geeignet zum Befestigen des elastischen Elements 40 sind. Hierbei ist es unter "geeignet" zu verstehen, dass die zum Befestigen des elastischen Elements 40 verwendeten Komponente innerhalb des Fahrzeugs eine Position einnimmt, die normale Funktionen des elastischen Elements 40 nicht beeinträchtigen kann, nachdem das elastische Element daran befestigt ist. In der Praxis befindet sich die Komponente zum Befestigen des ersten Endes 401 vorzugsweise in der Nähe der Zahnstange 12 oder des Zahnstangenträgers 14.
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In dem Beispiel aus 3 kann der Verstellungsweg x von der Zahnstange 12 durch die Gleichung (3) bestimmt werden: F = kx1 (3) hierbei ist F die elastische Kraft des elastischen Elements, k der Elastizitätsfaktor und x1 die Verschiebung des zweiten Endes 402 des elastischen Elements. In diesem Beispiel ist die Verschiebung des zweiten Endes 402 der Verstellungsweg x der Zahnstange 12. In diesem Beispiel kann F durch einen Drucksensor oder dergleichen erfasst werden, wobei der Drucksensor mit dem elastischen Element kombiniert werden kann, beispielsweise an dem ersten Ende 401 angebracht ist, so dass die elastische Kraft des elastischen Elements erfasst werden kann.
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In dem Beispiel aus 3 ist das elastische Element beispielsweise eine Feder.
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4 ist eine schematische Strukturansicht einer Vorrichtung gemäß einem weiteren spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel umfasst die Erfassungseinheit 50 ein Messungszahnrad 501 und ein Erfassungselement der Drehung von Zahnrad (nicht gezeigt). Wie in 5 gezeigt steht das Messungszahnrad 501 mit der Zahnstange 12 (siehe 2) in Eingriff, so dass die Verstellung der Zahnstange 12 das Messungszahnrad 501 zum Drehen antreibt. Das Messungszahnrad 501 kann durch ein Befestigungsstück an dem Fahrzeug befestigt sein, wobei das Messungszahnrad 501 um das Befestigungsstück drehbar ist. Beispielsweise ist das Befestigungsstück z.B. an dem Zahnstangenträger 14 befestigt (siehe 2). Das Erfassungselement der Drehung von Zahnrad ist beispielsweise ein Hall-Sensor, der den Drehungswinkel und die Drehungsgeschwindigkeit des Zahnrades 501 erfasst. Dann wird das Messsignal an die Recheneinheit übermittelt. Die Recheneinheit bestimmt den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange 12 in der Richtung der Zahnstangenlänge in Bezug auf den Eingriffsausgangspunkt. Das Messungszahnrad 501 und das Zahnrad 10 können gleich oder verschieden in Größe ausgestaltet sein. Alternativ kann zusätzlich eine weitere Zahnstange zum Eingriff mit der Erfassungseinheit 50 vorgesehen sein. Die weitere Zahnstange kann auch an dem Zahnstangenträger 14 vorgesehen und mit der Zahnstange 12 verbunden sein, so dass die weitere Zahnstange mit der Zahnstange 12 mitverstellt werden kann.
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Bei einem weiteren spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Erfassungseinheit ein Schieberegler. 6 ist eine schematische Ansicht des Schiebereglers. Die Vorrichtung in diesem Beispiel unterschied sich von dem Beispiel aus 4 in der Erfassungseinheit. Daher wird das vorliegende Beispiel aufgrund 4 und 6 beschrieben. Bei dem Schiebereglers 60 als Erfassungseinheit ist deren Spulengruppe 601 an einem Fahrzeug, beispielsweise an einem Zahnstangenträger 14 (siehe 2) oder an einer anderen geeigneten Komponente innerhalb des Fahrzeugs befestigt. Der Schieber 602 ist mit der Zahnstange 12 derart verbunden, dass der Schieber 602 bei der Verstellung der Zahnstange 12 mitbewegt werden kann (siehe 2). Alternativ ist der Schieber 602 an dem Zahnstangenträger 14 oder einer anderen geeigneten Komponente innerhalb des Fahrzeugs befestigt, während die Spulengruppe 601 mit der Zahnstange 12 derart verbunden ist, dass die Spulengruppe 601 bei der Verstellung der Zahnstange 12 mitbewegt werden kann. Es ist bekannt, dass die Verschiebung x des Schiebers 602 mit der Änderung des Widerstands der Spulengruppe 601 (die gesamte Spulengruppe 601 hat Widerstand R) einen linearen Zusammenhang darstellt, mit einem linearen Koeffizient k. Wenn in diesem Beispiel die Zahnstange 12 um x zum linken Rad 24 verstellt wird, wird der Widerstand der Spulengruppe 601 um kx verringert. Deshalb beträgt die Ausgabespannung V – kx, wobei V die Ausgabespannung beträgt, mit der Koeffizient k, wenn die Eingriffsposition der Zahnstange 12 und des Zahnrades 10 das Eingriffsausgangspunkt ist. Die Ausgabespannung beträgt V + kx, wenn die Zahnstange 12 um x zum rechten Rad 26 verstellt wird. Wie oben beschrieben, kann die Verstellungsgröße und -Richtung der Zahnstange 12 durch die Erfassung des Spannungssignals des Schiebereglers bestimmt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Signal der Ausgabespannung an die Recheneinheit übermittelt, die den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange 12 bezüglich des Eingriffsausgangspunktes rechnen kann.
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Bei einem weiteren spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Erfassungseinheit ein kapazitiver Gitter-Wegsensor. Wie in 7A gezeigt, ist der Gesamtaufbau des Kapazitätsgitter-Verschiebungssensors 70 ähnlich einem Messschieber. 7B ist eine schematische Strukturansicht des Kapazitätsgitter-Verschiebungssensors 70. Dieser Kapazitätsgitter-Verschiebungssensor 70 umfasst ein Festlineal 701, ein Schiebelineal 702, eine an dem Festlineal 701 vorgesehene Sendepolscheibe, und eine an dem Schiebelineal 702 vorgesehene Empfangspolscheibe. Das Festlineal 701 ist an dem Fahrzeug befestigt, z.B. an dem Zahnstangenträger 14 (siehe 2) oder an einer anderen geeigneten Komponente innerhalb des Fahrzeugs. Das Schiebelineal 702 ist mit der Zahnstange 12 derart verbunden, dass das Schiebelineal 702 bei der Verstellung der Zahnstange 12 mitbewegt werden kann (siehe 2). Das Schiebelineal 702 bewegt sich und dann die Sendepolscheibe und die Empfangspolscheibe werden relativ zueinander bewegt, so dass sich die Kapazität zwischen ihnen ändert. In diesem Beispiel weist die Sendepolscheibe einen ersten Satz von Sendepolscheiben E auf, die insgesamt acht Polscheiben mit den Nummern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 umfasst. Ähnliches gilt auch für einen zweiten Satz von Sendepolscheiben, einen dritten Satz von Sendepolscheiben und einen vierten Satz von Sendepolscheiben. Beispielsweise beträgt die Breite jeder Polscheibe L0. Die Sendepolscheibe mit unterschiedlicher Nummer kann unterschiedliche Spannung aktivieren. Das Festlineal 701 umfasst vier Empfangspolscheiben M1, M2, M3 und M4, die jeweils voneinander isoliert sind und eine Breite von 4L0 aufweisen. In diesem Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Empfangspolscheiben ebenfalls 4L0. Die Sendepolscheibe und die Empfangspolscheibe jeweils bilden Kapazitäten. Da der Abstand zwischen der Sendepolscheibe und der Empfangspolscheibe unverändert bleibt, ist die Kapazität proportional zur zugewandten Fläche. Und da die jeweiligen Sendepolscheibe unterschiedliche Spannung aktiviert, hängt die Änderung der Kapazität ebenfalls von den Sendepolscheiben ab. Dazu kann die Vergrößerung oder die Verkleinerung der Kapazität die Richtung der Relativbewegung des Schiebelineals 702 gegenüber dem Festlineal 701 darstellen. Wenn das Schiebelineal 702 gegenüber dem Festlineal 701 in eine beliebige Position bewegt wird, gibt es immer einen Teil, in dem die Sendepolscheiben den Empfangsscheiben gerade zugewandt sind (das Signal wird ausgegeben), und ebenfalls einen Teil, in dem die Sendepolscheiben dem Abschirmungsbereich gerade zugewandt sind (d.h. abgeschirmt, und kein Signal wird ausgegeben). Die Bewegung des Schiebelineals 702 gegenüber dem Festlineal 701 entspricht einer Änderung der zugewandten Fläche, was zu einer Änderung der Kapazität führt. Die Geschwindigkeit und der Weg der Bewegung des Schiebelineals 702 können abhängig von der Kapazität bestimmt werden. Das die Änderung der Kapazität repräsentierende Signal wird an die Recheneinheit übermittelt. Die Recheneinheit damit berechnet den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes.
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In noch einem anderen spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Erfassungseinheit ein Lichtschranke-Wegsensor 80, wie die in 8 gezeigt. Der Lichtschranke-Wegsensor 80 umfasst ein erstes Gitter 801, ein zweites Gitter 802, eine Lichtquelle 804 und einen Lichtsensor 806. Das erste Gitter 801 ist fest in dieser Vorrichtung vorgesehen, beispielsweise an dem Zahnradträger 14 (Siehe 2). Das zweite Gitter 802 ist mit der Zahnstange 12 verbunden, um sich bei der Verstellung der Zahnstange 12 zu bewegen (siehe 2). Zwischen den jeweiligen Gitterstabe des ersten Gitters 801 und den jeweiligen Gitterstabe des zweiten Gitters 802 entsteht ein kleiner Winkel, dessen Größe von der Wellenlänge des von der Lichtquelle 804 emittierten Lichtes abhängt. Das erste Gitter 801 und das zweite Gitter 802 sind zwischen der Lichtquelle 804 und dem lichtempfindlichen Element 806 angeordnet, und die Lichtquelle 804 und das lichtempfindliche Element 806 bewegen sich mit dem zweiten Gitter 802, wenn sich das zweite Gitter 802 bewegt. Wie in 9 gezeigt, bewegt sich der Moire-Streifen um einen Abstand W, wenn die beiden Gitter relativ um eine Teilung P bewegt werden. Wenn das Gitter in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, bewegt sich der Moire-Streifen auch umgekehrt. Bei dieser Korrespondenz wird anhand der Anzahl der von dem lichtempfindlichen Element 806 empfangenden Streifen der Verschiebungswert des zweiten Gitters 802 festgestellt. In dem Gitterversetzungssensor 8 gibt das lichtempfindliche Element 806 das die Anzahl der Streifen repräsentierende Signal aus und übermittelt das Signal an die Recheneinheit. Die Größe der Gitterstäbe des zweiten Gitters 802 kann unterschiedlich ausgestaltet sein, wodurch wird die Intensität des von dem lichtempfindlichen Element 806 erfassten Lichtes abhängig vom jeweiligen Gitterrost variieren. Dadurch kann die Bewegungsrichtung des zweiten Gitters 802 reflektiert werden. Anhand der Ausgabe des lichtempfindlichen Elements 806 berechnet diese Recheneinheit den Verstellungsweg und die Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes.
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In noch einem anderen spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung weist die Erfassungseinheit ein Hall-Element 90 und eine Hall-Skala 92 auf, wie die in 10 gezeigt. Das Hall-Element 90 ist fest in einem Fahrzeug, beispielsweise an einem Zahnstangenträger 14 (siehe 2) oder einer anderen zum Befestigen dieses Hall-Elements geeigneten Komponente innerhalb des Fahrzeugs angeordnet. Die Hall-Skala 92 ist mit der Zahnstange 12 so verbunden (siehe 2), dass sie sich mit der Hall-Skala 92 mitbewegen kann. Jeder der Vorsprünge von der Hall-Skala 92 ist ein Magnetpol und die magnetischen Feldlinien 920 und 921 von zwei Magnetpolen sind in der Figur schematisch dargestellt. Mit der Bewegung der Hall-Skala 92 ändert sich die Intensität des Magnetfeldes, die durch das Hall-Element 90 erfasst wird, ständig, denn sich der Abstand von dem Magnetpol ändert. Somit wird die geradlinige Bewegung der Hall-Skala 92, d.h. die lineare Bewegung der Zahnstange 12 in eine Änderung des Magnetfeldes umgewandelt und weiter in eine Strom umgewandelt und ausgegeben. Das Signal, das den Ausgabestrom repräsentiert, wird an die Recheneinheit übermittelt, von der anhand dieses Signals aufgrund des Hall-Prinzips der Verstellungsbetrag berechnet werden und der Verstellungsrichtung der Zahnstange bestimmt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad bereit. Gemäß diesem Verfahren kann an einem nicht mit dem Lenkrad verbundenen Ende des Umlenkungsrohres ein Umwandlungsteil vorgesehen sein, das zum Umwandeln der Drehung eines Lenkrades in eine Linearbewegung verwendet wird. Und die Drehungsinformationen des Lenkrades kann aufgrund einer durch das Umwandlungsteil umgewandelten Linearbewegung bestimmt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann an einem nicht mit dem Lenkrad verbundenen Ende des Umlenkungsrohres ein Zahnrad vorgesehen sein, wie beispielsweise das Zahnrad 10, das in jedem der obigen Beispiele mit dem Umlenkungsrohr 20 verbunden ist. Eine Zahnstange, die mit dem Zahnrad in Eingriff steht, ist vorgesehen: Dabei bewirkt die Drehung des Umlenkungsrohres, das durch das Lenkrad angetrieben ist, eine Drehung des mit diesem Umlenkungsrohr verbundenen Zahnrades, und die Drehung des Zahnrades dazu führt, dass die damit in Eingriff stehende Zahnstange gegenüber einem Eingriffsausgangspunkt in einer Richtung der Zahnstangenlänge verstellt. Die Zahnstange ist in jedem der obigen Beispiele als Zahnstange 12 ausgestaltet. Aufgrund eines Verstellungswegs und einer Verstellungsrichtung der Zahnstange in der Richtung der Zahnstangenlänge bezüglich des Eingriffsausgangspunktes werden die Drehungsinformationen des Lenkrades bestimmt. Dabei ist der Eingriffsausgangspunkt eine Eingriffsposition der Zahnstange und des Zahnrades bei einem Lenkradwinkel von 0 Grad. Details dieses Schrittes können auf mehrere beim Beschreiben der Vorrichtung gegebene Beispiele verweisen. Wie oben erwähnt, enthalten die Drehungsinformationen des Lenkrades hierbei einen Drehungswinkel und eine Drehungsrichtung des Lenkrades, und auch die Drehungsgeschwindigkeit des Lenkrades.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Fahrzeug, das die Vorrichtung zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad umfasst, oder ein Fahrzeug, das das Verfahren zur Bestimmung der Drehungsinformationen von einem Lenkrad verwendet, bereitgestellt.
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Wie oben in Verbindung mit den jeweiligen Beispielen beschrieben, weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine relativ einfache Struktur auf, erfordert weniger Komponenten und deshalb ist einfach zu implementieren. Im Vergleich zu den herkömmlichen GMR-basierten Richtungssensoren ist es bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Komponenten reduziert, ohne eine hohe Genauigkeit des Zahnrades zu erfordern. Beispielsweise bei einem Beispiel aus 3, im Vergleich zu dem herkömmlichen GMR-Richtungssensor ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der Beziehung zwischen dem Verstellungsweg von der Zahnstange und der Ausdehnung oder Zusammenziehung des elastischen Elements kostengünstig und einfach zu montieren. Andere Beispiele haben im Vergleich zu herkömmlichen GMR-Richtungssensoren auch einen oder mehrere der Vorteile der Einfachheit der Montierung, der Kostenreduzierung und der hohen Genauigkeit.
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Darüber hinaus besteht bei den oben beschriebenen Beispielen der vorliegenden Erfindung das Umwandlungsteil aus einem Zahnrad, einer Zahnstange und einem Zahnstangenträger. In einigen Beispielen ist das Zahnrad durch das Kreuzgelenk mit dem Umlenkungsrohr verbunden. Das Umwandlungsteil kann jedoch in anderen Formen ausgestaltet sein, wie beispielsweise durch das Schneckenrad und die Schnecke und gegebenenfalls den Schneckenträger. Hierbei ist das Schneckenrad beispielsweise in geeigneter Form mit dem Umlenkungsrohr verbunden, und das Schneckenrad treibt die Schnecke zur Bewegung an und dann ist die Schnecke mit dem Rad derart verbunden, dass die Drehung des Schneckenrades auf das Rad übertragen werden kann. Andere Strukturen, die hier nicht beschrieben sind und dazu verwendet werden können, um die Drehung in Linearbewegung umzuwandeln, können auch in der technischen Lösungen, die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen sind, verwendet werden.
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Zwar sind in der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die spezifischen Ausführungsbeispiele offenbart aber es versteht sich für den Fachmann auf diesem Gebiet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanke der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nur beispielhaft und sollen die Erfindung nicht einschränken.
