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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer längsaxial verschiebbar in einem Gehäuse gelagerten Zahnstange, mit einem drehbar in dem Gehäuse gelagerten und mit der Zahnstange kämmenden Lenkritzel und mit einer innerhalb des Gehäuses gelagerten Druckstückeinheit, mittels der die Zahnstange an das Lenkritzel andrückbar ist, wobei die Druckstückeinheit ein Druckstück, das radial bezüglich einer Längsachse der Zahnstange beweglich in dem Gehäuse geführt ist, und eine das Druckstück an die Zahnstange drückende Feder aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Lenksystem mit einem solchen Lenkgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Lenksystem.
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Das mittels der Feder belastete Druckstück dient dazu, den zwischen dem Lenkritzel und der Zahnstange ausgebildeten Verzahnungseingriff spielfrei zu halten (vgl.
EP 0 872 403 A2 ). Bei einem solchen Lenkgetriebe kann auch vorgesehen sein, dass das Drückstück und die Feder einteilig ausgebildet sind, wodurch die Herstellungskosten für ein solches Lenkgetriebe, insbesondere aufgrund einer vereinfachten Montage, reduziert werden können.
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Diesbezüglich offenbart die
DE 10 2008 026 874 A1 ein Lenkgetriebe mit einem hohlzylindrischen Druckstück, das auf der von der Zahnstange abgewandten Seite eine Mehrzahl von gekrümmten, radial nach innen verlaufenden und in Umfangsrichtung zueinander versetzten Federlaschen ausbildet und damit ein einteiliges Druckstück-Feder-Element darstellt.
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Ein Lenkgetriebe mit einem einteiligen Druckstück-Feder-Element, das als komplex gekrümmte Blattfeder ausgebildet ist, ist weiterhin aus der
EP 0 805 094 B1 bekannt.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes einteiliges Druckstück-Feder-Element für ein Lenkgetriebe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Lenkgetriebes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Lenksystem mit einem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes und damit des erfindungsgemäßen Lenksystems sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe umfasst zumindest eine längsaxial, d.h. entlang ihrer Längsachse verschiebbar in einem Gehäuse gelagerte Zahnstange, ein drehbar in dem Gehäuse gelagertes, mit der Zahnstange kämmendes, d.h. in einem Verzahnungseingriff befindliches Lenkritzel und eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Druckstückeinheit, mittels der die Zahnstange an das Lenkritzel angedrückt wird. Die Druckstückeinheit umfasst ein Druckstück, das, vorzugsweise radial bezüglich der Längsachse der Zahnstange, beweglich entlang seiner Längsachse in dem Gehäuse geführt ist, und eine das Druckstück gegen die Zahnstange drückende Feder. Das Druckstück und die Feder sind dabei einteilig als Druckstück-Feder-Element ausgebildet. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass sich dieses Druckstück-Feder-Element direkt oder indirekt an dem Gehäuse, insbesondere direkt oder indirekt an einer einen Teil der Druckstückeinheit darstellenden Einstellschraube, die mittels einer Gewindeverbindung an dem Gehäuse fixiert gehalten ist, abstützt. Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist das Druckstück-Feder-Element dadurch, dass dieses einen vorzugsweise zylindrischen Grundkörper aus Vollmaterial aufweist, der eine oder mehrere sich quer und insbesondere senkrecht bezüglich der Längsachse des Druckstücks beziehungsweise des Druckstück-Feder-Elements erstreckende Durchgangsöffnung(en) aufweist.
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Als „Grundkörper aus Vollmaterial“ wird dabei ein Volumenkörper verstanden, der zumindest in einem Längsabschnitt, d.h. in einem Abschnitt, der sich entlang von dessen Längsachse erstreckt, vollständig mit Material ausgefüllt ist.
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Durch die Ausgestaltung des Druckstück-Feder-Elements mit einem Grundkörper aus Vollmaterial kann für das Druckstück-Feder-Element und insbesondere für den als Druckstück genutzten Abschnitt davon eine hohe Festigkeit und damit Formstabilität sowie eine hohe Belastbarkeit realisiert werden, während durch die gezielt eingebrachte(n) Durchgangsöffnung(en) eine ausreichend gute und auch definierte Elastizität des Druckstück-Feder-Elements und insbesondere eines als Feder dienenden Abschnitts davon bezüglich einer elastischen Deformation in einer Richtung entlang der Längsachse des Druckstücks realisiert werden kann. Gleichzeitig kann ein solches Druckstück-Feder-Element relativ einfach und damit kostengünstig hergestellt werden.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Druckstück-Feder-Element ausschließlich von dem Grundkörper aus Vollmaterial ausgebildet ist. Ebenso bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper aus Vollmaterial ausschließlich in denjenigen Bereichen, die die Durchgangsöffnungen darstellen, nicht mit Material ausgefüllt ist beziehungsweise nur in diesen Bereichen Hohlräume aufweist.
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Das Druckstück-Feder-Element beziehungsweise der als Druckstück genutzte Abschnitt davon kann vorzugsweise direkt oder indirekt an der Zahnstange anliegen. Weiterhin bevorzugt kann dieser auch eine Führungsfunktion aufweisen. Hierzu kann der Grundkörper des Druckstück-Feder-Elements eine Kontaktfläche aufweisen, mittels der dieser direkt oder indirekt an der Zahnstange anliegt, wobei für die Realisierung einer Führungsfunktion die Kontaktfläche weiterhin bevorzugt nicht-eben und insbesondere gekrümmt, besonders bevorzugt mit einer zu der Form des angrenzenden Abschnitts der Außenseite der Zahnstange korrespondierenden Form ausgebildet ist.
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Ein indirekter Kontakt des Druckstück-Feder-Elements mit der Zahnstange kann vorzugsweise unter Zwischenanordnung eines Gleitelements, insbesondere einer dünnwandigen Gleitschicht, vorgesehen sein, die aus einem Material ausgebildet ist, das einen relativ kleinen Reibungskoeffizienten in Kombination mit dem Material der Zahnstange (vorzugsweise Metall, insbesondere Stahl) aufweist, um eine möglichst reibungsarme Relativbewegung zwischen der Zahnstange und der Druckstückeinheit zu gewährleisten.
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Der Grundkörper des Druckstück-Feder-Elements kann vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, ausgebildet sein, wodurch eine hohe Festigkeit und Belastbarkeit mit vorteilhaften elastischen Eigenschaften kombiniert werden können. Es besteht jedoch auch in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den Grundkörper aus Kunststoff auszubilden.
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Zur Herstellung des Druckstück-Feder-Elements kann vorzugsweise vorgesehen sein, zumindest den Grundkörper als Gussbauteil auszubilden und die Durchgangsöffnung(en) danach spanend einzubringen. Möglich ist aber auch die Ausgestaltung des Druckstück-Feder-Elements insgesamt, d.h. des Grundkörpers mitsamt den Durchgangsöffnungen als Gussbauteil.
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Zur Erzielung vorteilhafter elastischer Eigenschaften des Druckstück-Feder-Elements kann vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnung(en) als Durchgangsschlitz(e) ausgebildet ist/sind. Als „Durchgangsschlitz“ wird dabei eine Durchgangsöffnung verstanden, deren Breite größer als deren Höhe ist. Insbesondere kann die Breite dann mindestens das Doppelte oder das Fünffache oder das Zehnfache der Höhe betragen. Als „Höhe“ wird dabei die Erstreckung der Durchgangsöffnung parallel zu der Längsachse des Druckstücks beziehungsweise des Druckstück-Feder-Elements verstanden. Die „Breite“ ist die Erstreckung der Durchgangsöffnung, die sowohl senkrecht bezüglich der Höhe als auch bezüglich der Länge liegt, wobei die „Länge“ die Erstreckung in Durchgangsrichtung (d.h. in derjenigen Richtung, in der die Durchgangsöffnung den Grundkörper vollständig durchdringt) ist.
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Besonders einfach und damit kostengünstig herstellbar ist/sind die Durchgangsöffnung(en) des Druckstück-Feder-Elements eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, wenn diese randseitig des Grundkörpers angeordnet ist/sind. Unter einer „randseitigen Anordnung“ wird verstanden, dass die Durchgangsöffnung(en) soweit in Richtung des Rands beziehungsweise Mantels des Grundkörpers versetzt angeordnet ist/sind, dass diese auch bezüglich ihrer Erstreckung in Durchgangsrichtung an einer Seite offen ausgebildet sind.
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Zur Erzielung vorteilhafter elastischer Eigenschaften des Druckstück-Feder-Elements kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, die entlang der Längsachse des Druckstücks verteilt angeordnet sind. Besonders bevorzugt können die mehreren Durchgangsöffnungen dabei in mehreren Gruppen vorgesehen sein, wobei die Durchgangsöffnungen der einzelnen Gruppen jeweils radial benachbart zueinander beziehungsweise auf gleicher längsaxialer Höhe (bezogen auf die Längsachse des Druckstücks) angeordnet sind. Die verschiedenen Gruppen der Durchgangsöffnungen können dagegen entlang der Längsachse des Druckstücks verteilt angeordnet sein.
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Weiter verbessern beziehungsweise möglichst exakt anpassen lassen sich die elastischen Eigenschaften des Druckstück-Feder-Elements, wenn die mehreren Durchgangsöffnungen oder die mehreren Gruppen der Durchgangsöffnungen zumindest teilweise unterschiedliche Formen (davon erfasst sind auch unterschiedliche Abmessungen derselben Grundform) und/oder Ausrichtungen aufweisen. Unterschiedliche Ausrichtungen können dabei vorzugsweise dadurch realisiert werden, dass zumindest zwei axial benachbarte der Durchgangsöffnungen oder der Gruppen der Durchgangsöffnungen rotatorisch bezüglich der Längsachse des Druckstücks beziehungsweise des Druckstück-Feder-Elements versetzt zueinander angeordnet sind.
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Ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe, das sich einerseits durch sehr gute und exakt anpassbare elastische Eigenschaften sowie zusätzlich durch eine möglichst einfache und damit kostengünstige Herstellbarkeit auszeichnet, umfasst ein erstes Gruppenpaar mit zwei axial benachbarten Gruppen der Durchgangsöffnungen, wobei die Durchgangsöffnungen als randseitig angeordnete Durchgangsschlitze ausgebildet sind. Weiterhin ist mindestens oder exakt ein zweites Gruppenpaar mit zwei axial benachbarten Gruppen der Durchgangsöffnungen vorgesehen, wobei auch diese Durchgangsöffnungen als randseitig angeordnete Durchgangsschlitze ausgebildet sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Gruppen der Durchgangsschlitze jedes Gruppenpaar um 90° rotatorisch zueinander versetzt sind und zumindest die (maximalen) Breiten (ggf. auch die Höhen) der Durchgangsschlitze des ersten Gruppenpaar unterschiedlich im Vergleich zu der Breiten der Durchgangsschlitze des zweiten Paars ist. Auf diese Weise können trotz der lediglich randseitig eingebrachten Durchgangsschlitze elastische Eigenschaften realisiert werden, die, bezogen auf die Querschnittsflächen des Druckstück-Feder-Elements, möglichst gleichmäßig sind.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Druckstück-Feder-Elements eine zur direkten oder indirekten Anlage an der Zahnstange vorgesehene Stirnfläche aufweist, wobei die Stirnfläche nur in einem oder mehreren randseitigen Abschnitten als Kontaktfläche dient. In zumindest einem mittig gelegenen Abschnitt ist Stirnfläche dagegen beabstandet von der Zahnstange angeordnet, wodurch eine vorteilhafte Deformierbarkeit des Druckstück-Feder-Elements, insbesondere auch in diesem zentralen Abschnitt, realisiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Lenksystem, das zumindest ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe sowie eine Lenkhandhabe, beispielsweise ein Lenkrad, das drehfest, beispielsweise unter Zwischenanordnung einer Lenksäule, mit dem Lenkritzel verbunden ist, und/oder einen Lenkmotor, der drehantreibend mit dem Lenkritzel verbunden ist, aufweist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem. Bei der Zahnstange des Lenkgetriebes kann es sich vorzugsweise um eine Lenkstange des Lenksystems handeln, deren beiden Enden jeweils mit einer Spurstange verbunden sind, die wiederum drehbar mit Radlenkhebeln von jeweils einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Dadurch kann eine längsaxiale Verschiebung der Lenkstange in eine Schwenkbewegung dieser gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs gewandelt werden.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnung dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die
- 1: einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Lenkgetriebes in einer ersten Querschnittsansicht,
- 2: einen Abschnitt des Lenkgetriebes in einer zweiten Querschnittsansicht,
- 3: das Druckstück-Feder-Element des Lenkgetriebes in einer Seitenansicht,
- 4: das Druckstück-Feder-Element des Lenkgetriebes in einer Ansicht von unten und
- 5: das Druckstück-Feder-Element des Lenkgetriebes in einer perspektivischen Ansicht.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Lenkgetriebe umfasst ein Gehäuse 1, eine Zahnstange 2, ein mit der Zahnstange 2 kämmendes Lenkritzel 3, das in Form eines verzahnten Abschnitts einer Ritzelwelle 4 ausgebildet ist, und eine Druckstückeinheit 5.
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Die Ritzelwelle 4 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 1 gelagert, wobei ein Ende der Ritzelwelle 4 aus dem Gehäuse 1 herausragt (nicht gezeigt). Dieses Ende der Ritzelwelle 4 dient der drehfesten Anbindung an eine Lenksäule (nicht dargestellt), die drehfest mit einem Lenkrad (nicht dargestellt) eines das Lenkgetriebe integrierenden Lenksystems eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Eine Drehung des Lenkritzels 3 mittels des Lenkrads wird in eine längsaxiale Verschiebung der Zahnstange 2 gewandelt. Die beiden Enden der Zahnstange 2 sind jeweils mit einer Spurstange (nicht dargestellt) verbunden, die wiederum drehbar mit Radlenkhebeln (nicht dargestellt) von jeweils einem lenkbaren Rad (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Dadurch kann eine längsaxiale Verschiebung der Zahnstange 2 in eine Schwenkbewegung dieser gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs gewandelt werden.
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Um während der gesamten Nutzungsdauer des Lenkgetriebes einen sicheren und möglichst spielfreien Eingriff von Verzahnungen der Zahnstange 2 und des Lenkritzels 3 zu gewährleisten, wird die Zahnstange 2 mittels der Druckstückeinheit 5 an das Lenkritzel 3 angedrückt.
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Die Druckstückeinheit 5 umfasst ein Druckstück-Feder-Element 6, das unter Zwischenschaltung eines Gleitelements in Form einer sogenannten Druckstückfolie 7 auf der bezüglich der Verzahnung abgewandten Seite an der Zahnstange 2 anliegt. Bei der Druckstückfolie 7 handelt es sich um ein dünnwandiges Bauteil aus einem Werkstoff (z.B. ein Kunststoff), der einen möglichst geringen Reibungskoeffizienten im Kontakt mit dem Werkstoff (z.B. Stahl) der Zahnstange 2 gewährleistet. Die Druckstückeinheit 5 umfasst weiterhin eine ringscheibenförmige Einstellschraube 8, die in einem längsaxialen Abschnitt ihrer Mantelfläche ein Außengewinde 9 aufweist, mittels dessen die Einstellschraube 9 in ein komplementäres Innengewinde 10 eingeschraubt werden kann, das in einer Wandung des Gehäuses 1, die einen zur Aufnahme der Druckstückeinheit 5 vorgesehenen Hohlraum begrenzt, ausgebildet ist.
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Das Druckstück-Feder-Element 6 kombiniert in einem einteiligen Bauteil ein zur Anlage an der Zahnstange 2 vorgesehenes Druckstück sowie eine Feder, die durch eine definierte elastische Ausbildung eines das Druckstück-Feder-Element 6 darstellenden Grundkörpers 11 aus Vollmaterial ausgebildet ist. Diese definierte elastische Ausbildung wird mittels einer Mehrzahl von randseitig angeordneten, schlitzförmigen Durchgangsöffnungen 12 (d.h. Durchgangsschlitzen) realisiert. Konkret sind acht Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen, die in insgesamt vier Gruppen zu je zwei Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen sind. Die zwei Durchgangsöffnungen 11 jeder Gruppe sind dabei in sich diagonal gegenüberliegenden Bereichen des Grundkörpers 11 angeordnet. Weiterhin sind die insgesamt vier Gruppen von Durchgangsöffnungen 12 in zwei Gruppenpaare aufgeteilt, die jeweils zwei benachbarte der Gruppen umfassen und die axial beabstandet voneinander angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die jeweils zwei Gruppen von Durchgangsöffnungen 12 jedes der Gruppenpaare ebenfalls axial beabstandet sowie rotatorisch um 90° bezüglich der Längsachse 13 des Druckstück-Feder-Elements 6 zueinander versetzt angeordnet sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Form der Durchgangsöffnungen 12 der einzelnen Gruppenpaare jeweils identisch ist, die Formen der Durchgangsöffnungen 12 der Gruppenpaare im Vergleich zueinander jedoch unterschiedlich sind. Konkret weisen die Durchgangsöffnungen 12 des von der Zahnstange 2 weiter entfernt angeordneten Gruppenpaars eine größere Höhe und eine größere (maximale) Breite auf.
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Durch die konkrete Ausgestaltung und Anordnung der Durchgangsöffnungen 12 können vorteilhafte elastische Eigenschaften des Druckstück-Feder-Elements 6 realisiert werden. Lediglich in einem relativ kleinen Kernabschnitt des Grundkörpers 11 wird dessen Verformbarkeit in Richtung entlang der Längsachse 13 nicht durch das Vorhandensein von Durchgangsöffnungen 12 erhöht. Um dennoch auch in diesem Kernabschnitt des Grundkörpers 11 eine ausreichende Elastizität zu erzielen, ist die zur Anlage an der Zahnstange 2 vorgesehene Stirnfläche nur randseitig als Kontaktfläche 14 (für einen Kontakt mit der Zahnstange 2 unter Zwischenanordnung der Druckstückfolie 7) vorgesehen. Dies wird durch eine Vertiefung 15 in einem zentralen Abschnitt der Stirnfläche realisiert (vgl. 4 und 5).
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Um eine vorteilhafte Führungsfunktion für die Zahnstange 2 zu erreichen, weist die Stirnfläche des Druckstück-Feder-Elements 6 zudem eine sich über dessen gesamte radiale Breite erstreckende Quervertiefung 16 auf, deren maximale Tiefe jedoch kleiner als die maximale Tiefe der zentralen Vertiefung 15 ist. Die Kontaktfläche 14 des Druckstück-Feder-Elements 6 wird demnach durch die randseitigen Abschnitte der Stirnfläche im Bereich der Quervertiefung 16 ausgebildet.
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Im montierten Zustand des Druckstück-Feder-Elements 6 wird insbesondere ein die Durchgangsöffnungen 12 umfassender und axial mittig gelegener Abschnitt infolge einer Verspannung zwischen der Zahnstange 2 und der Einstellschraube 8 axial deformiert, woraus eine Rückstellkraft resultiert, die den an die Zahnstange 2 angrenzenden Abschnitt des Druckstück-Feder-Elements 6 gegen die Zahnstange 2 drückt. Mittels der Position beziehungsweise der Einschraubtiefe der Einstellschraube 8 kann die Vorspannung des elastisch deformierten Druckstück-Feder-Elements 6 und damit die Andrückkraft eingestellt werden.
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Zur Abdichtung der beweglichen Führung des Druckstück-Feder-Elements 6 innerhalb des Hohlraums des Gehäuses 1 ist einerseits ein erster Dichtring 17 vorgesehen, der deformiert zwischen einem Abschnitt der Mantelfläche der Einstellschraube 8 und dem angrenzenden Abschnitt der Wandung des Gehäuses 1 angeordnet ist. In diesem Abschnitt ist die Mantelfläche der Einstellschraube 8 nicht mit dem Außengewinde 9 versehen. Weiterhin sind zwei weitere Dichtringe 17 vorgesehen, der jeweils in einer umlaufenden Nut, die in der Wandung des Gehäuses 1 ausgebildet ist, angeordnet sind und die gleichzeitig die Mantelfläche des Grundkörpers 11 des Druckstück-Feder-Elements 6 kontaktieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zahnstange
- 3
- Lenkritzel
- 4
- Ritzelwelle
- 5
- Druckstückeinheit
- 6
- Druckstück-Feder-Element
- 7
- Druckstückfolie
- 8
- Einstellschraube
- 9
- Außengewinde der Einstellschraube
- 10
- Innengewinde des Gehäuses
- 11
- Grundkörper des Druckstück-Feder-Elements
- 12
- Durchgangsöffnung
- 13
- Längsachse des Druckstück-Feder-Elements
- 14
- Kontaktfläche des Druckstück-Feder-Elements
- 15
- zentrale Vertiefung des Druckstück-Feder-Elements
- 16
- Quervertiefung des Druckstück-Feder-Elements
- 17
- Dichtring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0872403 A2 [0002]
- DE 102008026874 A1 [0003, 0005]
- EP 0805094 B1 [0004, 0005]
