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Vorliegend werden eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs beschrieben.
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Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, Kraftfahrzeuge sowie Verfahren zum Betrieb von autonom fahrenden Kraftfahrzeugen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Im Zusammenhang mit autonom fahrenden Kraftfahrzeugen, bei denen die Notwendigkeit eines Eingriffs eines Fahrers zum Fahren des Kraftfahrzeugs reduziert oder in bestimmten Fahrmodi praktisch nicht vorhanden ist, kann eine Anordnung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs weitreichender konfigurierbarer als bisher gestaltet werden. Zum Beispiel ist es denkbar, eine Ausrichtung und/oder Position der Sitze zu ändern, da diese nicht mehr unbedingt in Fahrtrichtung ausgerichtet sein müssen. So ist es beispielsweise möglich, die Sitze aufeinander zu zu drehen und/oder die Sitze in langgestreckten, bequemeren Positionen für die Insassen des Kraftfahrzeugs anzuordnen.
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Autonom fahrende Kraftfahrzeuge sind im Allgemeinen in einer manuellen Fahrkonfiguration konfigurierbar, in der ein Fahrer das Kraftfahrzeug unter Verwendung eines Lenkrads fahren kann, und einer automatischen Fahrkonfiguration, in die der Fahrer nicht eingreift und daher das Lenkrad nicht verwendet.
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Es ist außerdem bekannt, ein Lenkrad bereitzustellen, das so konfiguriert werden kann, dass es in der manuellen Fahrkonfiguration leicht zugänglich ist und in der automatischen Fahrkonfiguration freien Raum vor dem Fahrer bietet, wenn das Lenkrad nicht verwendet wird.
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Aus der WO 2017 / 060 149 A1 ist eine Lenkvorrichtung für ein Landfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug oder ein Amphibienfahrzeug oder ein Luftfahrzeug mit einer in Fahrt- oder Flugrichtung liegenden Front bekannt. Hierbei umfasst die Lenkvorrichtung ein um eine Lenkachse drehbares Lenkrad aus wenigstens zwei Lenkradsegmenten und/oder Lenkradhebeln, wobei mindestens ein Lenkradsegment oder mindestens ein Lenkradhebel aus einer ersten Stellung, in welcher die Lenkradsegmente und/oder Lenkradhebel das Lenkrad bilden, in Richtung auf die Front hin umklappbar und in eine zweite Stellung bringbar ist, in welcher das Lenkradsegment und/oder der Lenkradhebel im Wesentlichen parallel zur Lenkachse liegt.
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Nachteilig hieran ist, dass der Platzbedarf für das Lenkrad im zusammengefalteten Zustand groß ist und dass der spezifische Aufbau des zuvor beschriebenen Mechanismus Einschränkungen in der Gestaltungsfreiheit bedingt. Zudem ist ein aufwendiger Antriebsmechanismus notwendig, um das Lenkrad von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen.
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Somit stellt sich die Aufgabe, Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, Kraftfahrzeuge sowie Verfahren zum Betrieb eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine entsprechende Lenkvorrichtung in einer Position, in der sie nicht verwendet wird, kompakter sowie ästhetisch ansprechender ist und zudem konstruktiv einfacher aufgebaut ist als herkömmliche, bekannte Lenkvorrichtungen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs gemäß dem nebengeordneten Anspruch 13. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nachfolgend wird eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit einer an einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs anordenbaren Nabe und einem an der Nabe angeordneten Lenkkranz, wobei der Lenkkranz gegenüber der Nabe bezogen auf eine Neutralstellung der Lenkvorrichtung um eine in Fahrzeugquerrichtung stehende Rotationsachse von einer ersten Stellung, in der der Lenkkranz zumindest überwiegend senkrecht zu einer Lenksäulenachse ausgerichtet ist, zu einer zweiten Stellung, in der der Lenkkranz zumindest überwiegend parallel zur Lenksäulenachse ausgerichtet ist, schwenkbar ist, wobei der Lenkkranz einen geschlossenen Rahmen bildet, wobei der Lenkkranz aus wenigstens zwei Rahmenteilen zusammengesetzt ist, die - bezogen auf die Neutralstellung - in Fahrzeugquerrichtung gegeneinander verschieblich sind, wobei sich die Rahmenteile in der ersten Stellung in einer ausgefahrenen Konfiguration zueinander befinden und in der zweiten Stellung in einer eingefahrenen Konfiguration.
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Die Neutralstellung im hier genannten Sinne ist die Stellung der Lenkvorrichtung bei Geradeausfahrt. Diese Stellung wird üblicherweise als aufrecht stehend bezeichnet.
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In der ersten Stellung ist die Lenkvorrichtung so konfiguriert, dass sie von einem Fahrer in einem manuellen oder nur teilautomatisierten Fahrmodus benutzt werden kann. Der Fahrer kann den Lenkkranz mit seinen Händen greifen und die Lenkvorrichtung im oder gegen den Uhrzeigersinn rotieren und damit Lenkeingaben für eine Lenkung des Kraftfahrzeuges bewirken.
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In der zweiten Stellung ist die Lenkvorrichtung für einen automatisierten Fahrmodus konfiguriert, in dem der Fahrer keine Lenkeingaben vornehmen muss.
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Die Lenkvorrichtung kann mechanisch mit einem Lenkgetriebe des Kraftfahrzeugs verbunden sein oder elektrisch mittels eines Lenkwinkelsensors und einer Steuerung, die auf einen Lenkantrieb wirkt. Im letzteren Falle kann das Lenkrad zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls angetrieben sein, um einen Lenkwiderstand zu erzeugen.
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In der Nabe kann ein Airbag angeordnet sein. In der Nabe und/oder im Lenkkranz können Bedienelemente zur Bedienung von Funktionen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Dadurch, dass der Lenkkranz aus zumindest zwei Rahmenteilen zusammengesetzt ist, die in der zweiten Stellung sich in einer eingefahrenen und dadurch kompakten Konfiguration befinden, ist die Lenkvorrichtung in der zweiten Stellung gegenüber einer Breite in ausgefahrener Stellung kleiner und nimmt weniger Raum ein. Die Lenkvorrichtung lässt sich somit besser in einem Innenraumkonzept im autonomen Fahrmodus integrieren.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rahmenteile jeweils ein stirnseitiges Ende aufweisen, an denen jeweils eine Vertiefung vorgesehen ist, in der jeweils eine Führung angeordnet ist, wobei ein die Rahmenteile verbindendes Rohr vorgesehen ist, das an beiden Seiten in der jeweiligen Führung verschieblich geführt ist.
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Die Rahmenteile können C-förmig ausgestaltet sein und somit jeweils zwei stirnseitige Enden aufweisen, von denen eines an der Nabe angeschlossen ist und das andere mittels des Rohres mit dem jeweils gegenüberliegenden Rahmenteil verbunden ist, um den geschlossenen Rahmen zu bilden.
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Durch das Rohr, das relativ zu den Rahmenteilen beweglich ist, können die Rahmenteile aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden, ohne dass sich der geschlossene Rahmen öffnet. Das Rohr gleicht den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Rahmenteile aus.
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Das Rohr kann beispielsweise gleitend geführt sein. Alternativ können beispielsweise Rollen-, Kugel- oder Nadellager verwendet werden, um das Rohr zu führen.
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Das Rohr kann unterschiedliche Querschnitte aufweisen, zum Beispiel rund, eckig oder oval. Des Weiteren können beispielsweise Nuten oder Vorsprünge vorgesehen sein, um eine Drehung des Rohrs relativ zu den Rahmenteilen zu verhindern.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rahmenteile jeweils ein stirnseitiges Ende aufweisen, wobei an einem der Rahmenteile eine Vertiefung vorgesehen ist, in der eine Führung angeordnet ist, wobei an dem anderen Rahmenteil ein Rohr angeordnet ist, das an der Führung verschieblich geführt ist.
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Auf diese Weise kann die Anzahl der gegeneinander beweglichen Bauteile reduziert werden, was die Kosten und das Ausfallrisiko reduziert.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwischen Lenkkranz und Nabe ein Antrieb zum Überführen des Lenkkranzes von der ersten Stellung in die zweite Stellung vorgesehen ist.
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Mithilfe eines Antriebes ist es möglich, die Konfiguration der Lenkvorrichtung ohne manuelle Interaktion des Fahrers von der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt zu überführen. Insbesondere, wenn aufgrund einer Gefahrensituation in einen manuellen Fahrmodus gewechselt werden muss, sollte dies ohne Verzögerung und ohne Ablenkung des Fahrers möglich sein, sodass dieser sich direkt auf die Verkehrssituation konzentrieren muss, ohne vorher die Lenkvorrichtung von der zweiten Stellung in die erste Stellung zurück überführen zu müssen.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Lenkkranz und die Nabe über wenigstens eine Steuerkurve, die durch eine Nut und eine in die Nut eingreifende Führung bestimmt ist, gekoppelt sind, wobei die erste Stellung, die zweite Stellung sowie eine Trajektorie der Rahmenteile des Lenkkranzes durch die wenigstens eine Steuerkurve bestimmt sind.
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Durch die Verwendung einer derartigen Steuerkurve ist es möglich, die beiden Relativbewegungen - Schwenken des Lenkkranzes relativ zur Nabe und aufeinander zu- oder voneinander weg Bewegen der Rahmenteile des Lenkkranzes -, die der Lenkkranz relativ zur Nabe bei der Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt durchführt, mit einem einzigen Antrieb zu bewältigen. Dies spart Bauraum und Kosten gegenüber Lenkvorrichtungen, in denen mehrere Antriebe erforderlich sind.
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Die Führung kann in Form eines Vorsprunges, zum Beispiel eines Stiftes, vorgesehen sein. Dieser Vorsprung ragt dann in die Nut und wird in der Nut geführt.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Nut an der Nabe und wenigstens eine Führung am Lenkkranz angeordnet ist.
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Im Falle eines Defekts der Führung, der meist durch den Vorsprung verursacht wird, muss dann nur ein Rahmenteil ausgetauscht werden und nicht die Nabe, in der üblicherweise komplexe Technologie wie zum Beispiel ein Airbag verbaut ist.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Lenkkranz und die Nabe über wenigstens einen Zylinder miteinander verbunden sind, wobei der wenigstens eine Zylinder an einem von Lenkkranz oder Nabe befestigt und an dem anderen von Lenkkranz und Nabe axial und rotatorisch beweglich geführt ist.
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Auf diese Weise können die Rahmenteile des Lenkkranzes relativ zur Nabe in Fahrzeugquerrichtung bewegt werden.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Lenkkranz einen Bereich oberhalb der Nabe umschließt.
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Bei einer solchen Ausgestaltung erstreckt sich der Lenkkranz im Wesentlichen nur auf einer Seite der Nabe, was bedingt, dass der notwendige Stauraum für die Lenkvorrichtung in der zweiten Stellung reduziert ist.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Lenkkranz in der zweiten Stellung eine Kontur der Nabe fortsetzt.
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Auf diese Weise kann die Kontur in der zweiten Stellung kompakt und homogen gestaltet werden. Des Weiteren ist es möglich, den homogenen Körper bestehend aus Nabe und Lenkkranz in das Innenraumkonzept gestalterisch nahtlos einzufügen.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Antrieb in der Nabe angeordnet ist.
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Auf diese Weise kann der Lenkkranz technisch einfach aufgebaut werden.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkvorrichtung der zuvor beschriebenen Art.
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Ein entsprechendes Kraftfahrzeug erlaubt sowohl einen Fahrmodus, in dem der Fahrer das Kraftfahrzeug manuell steuert als auch einen Fahrmodus, in denen das Kraftfahrzeug autonom fährt. Wenn das Kraftfahrzeug autonom fährt, kann die Lenkvorrichtung kompakt zusammengefaltet werden, wodurch mehr Raum für andere Tätigkeiten im Kraftfahrzeug bleibt.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lenkvorrichtung an einer motorisch axial verstellbaren Lenksäule angeordnet ist.
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Auf diese Weise kann die Lenkvorrichtung in der zweiten Stellung in eine Armaturentafel zurückgefahren werden, wodurch sich mehr freier Raum anbieten lässt.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs der zuvor beschriebenen Art, wobei die Lenkvorrichtung bei Wechsel von einem manuellen Fahrmodus in einen autonomen Fahrmodus von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführt wird.
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Mithilfe eines solchen Verfahrens wird die Lenkvorrichtung automatisch abhängig vom gewaltigen Fahrmodus in die richtige Stellung gebracht.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lenkvorrichtung an der Lenksäule in Fahrtrichtung nach vorne bewegt wird.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Lenkvorrichtung von einem Lenkgetriebe abgekoppelt wird.
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Hierdurch kann verhindert werden, dass sich die Lenkvorrichtung bewegt, wenn das Kraftfahrzeug im autonomen Fahrmodus ist.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Vorrichtung zum Betrieb eines autonom fahrenden Kraftfahrzeugs der zuvor beschriebenen Art, wobei bei eine Fahrmoduswechselvorrichtung vorgesehen ist, um von einem manuellen Fahrmodus in einen autonomen Fahrmodus zu wechseln, wobei Mittel zum Überführen der Lenkvorrichtung von der ersten Stellung in die zweite Stellung im autonomen Fahrmodus vorgesehen sind.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Antrieb zum Bewegen der Lenkvorrichtung an der Lenksäule in Fahrtrichtung nach vorne vorgesehen ist.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Kupplung zum Abkoppeln der Lenkvorrichtung von einem Lenkgetriebe vorgesehen ist.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen schematisch:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkvorrichtung in einer ersten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht;
- 2 die Lenkvorrichtung aus 1 beim Übergang von der ersten Stellung in eine zweite Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht;
- 3 die Lenkvorrichtung aus 1 beim Übergang von der ersten Stellung in eine zweite Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht in einer späteren Phase;
- 4 die Lenkvorrichtung aus 1 beim Übergang von der ersten Stellung in der zweiten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht, sowie
- 5 die Lenkvorrichtung aus 1 in der zweiten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht beim Einfahren in ein Armaturenbrett.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Lenkvorrichtung 4 in einer ersten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht.
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Die Lenkvorrichtung 4 ist aufrecht stehend in einer Normalstellung gezeigt, d. h., bei geradeaus fahrenden Kraftfahrzeug 2.
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Die Lenkvorrichtung 4 weist eine Nabe 6 und einen Lenkkranz 8 auf. Der Lenkkranz 8 ist mittels zweier Zylinder 10, 12 an der Nabe 6 angeordnet.
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Der Lenkkranz 8 weist einen geschlossenen Rahmen bestehend aus zwei im wesentlichen C-förmigen Rahmenteilen 14, 16 und einem Rohr 18 auf. Der Lenkkranz 8 umschließt einen Bereich oberhalb der Nabe 6 und kann somit in dem üblicherweise empfohlenen Griffbereich eines herkömmlichen Lenkrades - in etwa zwischen 2 Uhr und 3 Uhr auf der rechten Seite sowie 9 Uhr und 10 Uhr auf der linken Seite - gegriffen werden.
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Das Rohr 18 überbrückt stirnseitige Enden 20, 22 der Rahmenteile 14, 16. An den stirnseitigen Enden 20, 22 der Rahmenteile 14, 16 sind Führungen 24, 26 für das Rohr 18 vorgesehen, sodass das Rohr 18 in den Führungen 24, 26 gleiten kann, wenn die Lenkvorrichtung 4 von der in 1 dargestellten ersten Stellung in die in 4 und 5 dargestellte zweite Stellung überführt wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Rohr an einem der Rahmenteile festgelegt ist und in dem anderen Rahmenteil eine Vertiefung mit einer Führung für das Rohr vorgesehen ist.
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In der Nabe 6 ist ein Rohr 28 angeordnet, auf der die Zylinder 10, 12 rotatorisch und axial beweglich geführt sind. Auf dem Rohr 28 sind zwei Steuerkurven in Form zweier Nuten 32, 32 vorgesehen, in denen Stifte 34, 36 geführt sind, die an den Zylindern 10, 12 angeordnet sind. Hierdurch ist eine Bewegungskurve der Rahmenteile 14, 16 relativ zu der Nabe 6 definiert. Die Nuten 30, 32 weisen sowohl Anteile in Umfangsrichtung des Rohrs 24 als auch Anteile in Fahrzeugquerrichtung auf, sodass eine relative Bewegung der Rahmenteile 14, 16 zur Nabe 6 sowohl eine Rotation als auch eine axiale Bewegung der Rahmenteile 14, 16 bewirkt.
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Ein in der Nabe 6 angeordneter Antrieb 38 wirkt auf den Zylinder 12, um diesen relativ zu der Nabe 6 um eine Rotationsachse R zu rotieren und damit die zuvor beschriebene Relativbewegung zu bewirken. Die Rahmenteile 14, 16 bilden mittels des Rohrs 18 einen geschlossenen Kraftpfad, sodass bei Rotation des Rahmenteil 16 mittels des Antriebs 38 auch das Rahmenteile 14 mitrotiert wird.
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Die Nabe 6 ist an einer Lenksäule 40 angeordnet. Der Lenkkranz 8 steht im Wesentlichen senkrecht zu einer Lenksäulenachse L der Lenksäule 36.
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2 zeigt die Lenkvorrichtung 4 aus 1 beim Übergang von der ersten Stellung in eine zweite Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht.
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Durch Betätigung des Antriebs 34 werden die Rahmenteile 14, 16 sowie das Rohr 18 in Fahrtrichtung x nach vorne rotiert.
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3 zeigt die Lenkvorrichtung 4 aus 1 beim Übergang von der ersten Stellung in eine zweite Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht in einer späteren Phase.
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In der in 3 gezeigten Stellung ist die Rotationsbewegung des Lenkkranzes 8 relativ zur Nabe 6 weitestgehend abgeschlossen und es findet im Wesentlichen eine axiale Bewegung in Fahrzeugquerrichtung Y statt, in der sich die Rahmenteile 14, 16 an die Nabe 6 anschließen.
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4 zeigt die Lenkvorrichtung 4 aus 1 in der zweiten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht.
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Die Rahmenteile 14, 16 bilden zusammen mit der Nabe 6 eine in sich geschlossene Kontur, d. h., dass die Rahmenteile 14, 16 die Außenkontur der Nabe 6 fortsetzen. Die beiden Stirnseiten 20, 22 der Rahmenteile 14, 16 berühren sich in dieser Stellung bereits.
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5 zeigt die Lenkvorrichtung 4 aus 1 in der zweiten Stellung in einer Frontal- und in einer Seitenansicht beim Einfahren in ein Armaturenbrett 42.
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Die Kontur der Lenkvorrichtung 4 geht in der eingefahrenen Stellung in eine Kontur des Armaturenbretts 42 über, um einen abgeschlossenen Gesamteindruck zu erzeugen.
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Obwohl der Gegenstand im Detail durch Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Lenkvorrichtung
- 6
- Nabe
- 8
- Lenkkranz
- 10
- Zylinder
- 12
- Zylinder
- 14
- Rahmenteil
- 16
- Rahmenteil
- 18
- Rohr
- 20
- stirnseitiges Ende
- 22
- stirnseitiges Ende
- 24
- Führung
- 26
- Führung
- 28
- Rohr
- 30
- Nut
- 32
- Nut
- 34
- Stift
- 36
- Stift
- 38
- Antrieb
- 40
- Lenksäule
- 42
- Armaturenbrett
- R
- Rotationsachse
- L
- Lenksäulenachse
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
