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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruch 9.
Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Spindeltriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung.
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Zum Bremsen von Kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf die Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.
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Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da der Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
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Die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit wird dabei mittels eines Elektromotors erzeugt. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in
1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker
1 umfasst eine Spindelmutter
2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dessen Betrieb die Spindelmutter
2 über ein Stirnrad
3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter
2 liegt mit einer Spindel
4 in einem Wirkeingriff vor, weshalb die Spindel
4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter
2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse
5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel
4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter
2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker
1 eine Lageranordnung
6 auf, mit welcher die Spindel
4 fest verbunden ist.
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Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit einer Spindeltriebanordnung anzugeben, welcher wirtschaftlicher herstellbar ist und verbesserte Trockenlaufeigenschaften aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest eine Spindeltriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Spindeltriebanordnung umfasst dabei eine Spindel und eine Spindelmutter, welche über ein Gewinde zusammenwirken und über einen Elektromotor relativ zueinander drehbar sind.
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Die Spindel oder die Spindelmutter ist gegen Verdrehen gesichert, so das infolge einer relativen Verdrehung die Spindel oder die Spindelmutter axial verschiebbar ist, wobei die Spindelmutter von einer Stützhülse koaxial umgeben ist, wobei das Material der Stützhülse eine höhere Festigkeit aufweist, als das Material der Spindelmutter.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einem Verdrehen eine Drehbewegung um eine axiale Achse des entsprechenden zu sichernden Elementes verstanden. In der Erfindung kann sowohl die Spindel als auch die Spindelmutter gegen ein Verdrehen gesichert sein. Dies ist abhängig davon, ob die Spindel oder die Spindelmutter angetrieben wird, so dass das nicht angetriebene Element gegen Verdrehen gesichert wird, so dass die Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umgewandelt werden kann. Dadurch ist das nicht angetriebene Element axial verschiebbar.
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Als Stützhülse wird ein Bauteil verstanden, dass die Spindelmutter umfänglich umgibt. Vorzugsweise ist die Stützhülse topfförmig ausgebildet. Durch die die Spindelmutter umgebende Stützhülse wird die Spindelmutter außenseitig gestützt. Dadurch wird die Spindelmutter bei Belastungen, bei welchen die Spindelmutter sich aufweiten würden, von der Stützhülse zusammengehalten. Das Material der Stützhülse weist im Gegensatz zu dem Material der Spindelmutter eine höhere Festigkeit auf, so dass diese eine Belastung aufnehmen kann, ohne sich aufzuweiten.
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Für die Spindelmutter kann dadurch ein einfacheres und preiswerteres Material verwendet werden, welches bessere tribologische Eigenschaften aufweisen kann. Die Tribologie untersucht dabei Reibung, Schmierung und Verschleiß von sich gegeneinander bewegenden Körpern. Das Feld der wählbaren Materialien wird dadurch vergrößert, da ein Material gewählt werden kann, welches eigentlich eine nicht ausreichende Festigkeit für einen alleinigen Betrieb aufweist. Eine entsprechend ausgewählte Spindelmutter weist somit hinsichtlich dieser Faktoren bessere Eigenschaften auf, so dass die Spindelmutter eine verbesserte Reibung und Schmierung aufweist und einen geringeren Verschleiß hat. Die Schmierung ist insbesondere bei einem Trockenlaufen verbessert. Durch die Hülse wird darüber hinaus eine größere Festigkeit erzielt. Zusätzlich kann ein preiswerteres Material verwendet werden, so dass der elektromechanische Bremsdruckerzeuger wirtschaftlicher herstellbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Spindelmutter, welche das Gewinde ausformt, aus einem Kunststoff ausgebildet. Eine aus Kunststoff ausgebildete Spindelmutter ist einfach im Wege des Spritzgießens herstellbar. Zudem ist Kunststoff im Vergleich zu Metall wesentlich preiswerter. Als Kunststoff wird bevorzugt ein Material verwendet, welches gute tribologische Eigenschaften aufweist und welcher bei hohen Temperaturen einsatzfähig ist. Der Kunststoff der Gewindemutter bildet somit gute Schmiereigenschaften, so dass bei einem Trockenlaufen der Spindelmutter, diese trotzdem noch betreibbar ist.
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Durch die stützende Wirkung der Stützhülse kann zudem ein Kunststoff verwendet werden, welcher eine geringere Festigkeit aufweist. Ein Kunststoff mit geringerer Festigkeit ist in der Regel preiswerter. Dadurch kann ein elektromechanischer Bremsdruckerzeuger mit einer solchen Spindeltriebanordnung wirtschaftlicher hergestellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Stützhülse aus einem Metall ausgebildet. Eine solche Stützhülse aus Metall hat den Vorteil, dass durch das Metall eine ausreichende Festigkeit zum Stützen der Spindelmutter gewährleistet wird. Durch das Metall kann insbesondere eine gute Wärmeleitung erzielt werden, um die Wärme schnell abführen zu können. Die Metalle weisen zudem auch bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit auf.
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Bei einer alternativen Ausführung ist die Stützhülse aus einem Kunststoff ausgebildet. Eine solche Stützhülse kann dadurch einfach im Wege des Spritzgießens hergestellt werden. Im Vergleich zu Metall ist eine solche Stützhülse aus Kunststoff dadurch einfacher herzustellen. Zusätzlich ist Kunststoff preiswerter und in der Regel leichter als Metall. Durch die Ausbildung einer entsprechenden Spindelmutter, kann für das Kunststoff ein Material gewählt werden, welches im Wesentlichen bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und welches eine ausreichend hohe Festigkeit aufweist, um die Spindelmutter zu stützen. Durch die Funktion der Spindelmutter sind für die Stützhülse somit keine guten tribologischen Eigenschaften notwendig, so dass ein günstigerer Kunststoff verwendbar ist. Eine solche Stützhülse aus Kunststoff kann dadurch wirtschaftlicher hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Spindelmutter und/oder die Stützhülse wenigstens eine Spindelmuttersicherung auf, mit welcher die Spindelmutter in wenigstens einer axialen Richtung in der Stützhülse fixiert ist. Durch die Spindelmuttersicherung kann die Spindelmutter nach einem Einbringen in die Stützhülse in wenigstens einer axialen Richtung nicht verschoben werden. Unter einer Spindelmuttersicherung werden somit jegliche Bauelemente verstanden, über die die Spindelmutter in wenigstens einer axialen Richtung gehalten ist. Diese Spindelmuttersicherung kann dabei sowohl von der Stützhülse als auch von der Spindelmutter allein oder von beiden zusammen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die Stützhülse konstruktiv derart angepasst, dass eine weitere Spindelmuttersicherung gebildet ist, so dass die Spindelmutter in der anderen axialen Richtung ebenfalls fixiert ist. Besonders bevorzugt ist die Spindelmutter in einer Richtung entgegen der Einbringrichtung in die Stützhülse gesichert, so dass die Spindelmutter nach dem Einbringen in die Stützhülse gegen eine Demontage gesichert ist. Die Spindelmutter ist vorteilhafterweise in beiden axialen Richtungen gesichert.
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Vorteilhafterweise ist die Spindelmuttersicherung als Rastmittel ausgebildet, welches eine Rastnase und eine Rastnut aufweist, welche verrastend miteinander zusammenwirken. Eine Rastnase und eine Rastnut sind Verbindungsmittel, mit denen wenigstens zwei Bauteile in wenigstens einer Richtung kraftschlüssig miteinander verbindbar sind. Solcher Rastmittel sind einfach und damit wirtschaftlich an den Bauteilen auszubilden und formen dadurch eine gute Möglichkeit zur kraftschlüssigen Verbindung dieser Bauteile aus.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Rastnase in beiden axialen Richtungen symmetrisch ausgebildet und formschlüssig in einer entsprechend ausgeformten Rastnut aufgenommen. Die Rastnase ist vorzugsweise als Wulst ausgebildet. Mit einer solchen Rastnase sind in beiden axialen Richtungen die gleiche kraftschlüssige Verbindung herstellbar. Dadurch können mit einer solchen Rastnase und Rastnut die Bauteile in zwei axialen Richtung gehalten werden. Dadurch können weitere Mittel, um die Bauteile in der anderen axialen Richtung zu fixieren wegfallen. Eine solche axialen Fixierung in beiden axialen Richtungen kann dadurch wirtschaftlich bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Rastnase an der Spindelmutter und die Rastnut an der Stützhülse ausgebildet. Dadurch ist an der festeren Stützhülse lediglich eine einfache Nut, welche als Rastnut ausgebildet ist, auszuformen. Die etwas komplexere Rastnase ist dementsprechend an der weniger festen Spindelmutter ausgebildet. Insbesondere wenn die Spindelmutter aus Kunststoff besteht, ist eine solche Rastnase einfach im Wege des Spritzgießens herstellbar.
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Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
- 2 Schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
- 3 Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Spindeltriebanordnung des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers,
- 4 Vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spindelmuttersicherung für die Spindeltriebanordnung vor einer Montage,
- 5 Vergrößerte Darstellung der Spindelmuttersicherung gemäß 4 nach der Montage, und
- 6 Vergrößerte Darstellung eine zweiten Ausführungsbeispiel einer Spindelmuttersicherung für die Spindeltriebanordnung.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14. Dieser Bremsdruckerzeuger 14 umfasst eine Kolben-/Zylindereinheit 18, welcher über ein Bremsflüssigkeitsreservoir 22 mit Bremsflüssigkeit versorgt wird.
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Die Kolben-/Zylindereinheit 18 kann über ein vom Fahrer betätigtes Bremspedal 26 angesteuert und der ergebende Bremspedalweg wird durch einen Pedalwegsensor 30 gemessen und an ein Steuergerät 34 weitergegeben. Obwohl die 2 im Prinzip einen Bremskraftverstärker zeigt, ist hier wesentlich, dass der Bremspedalweg über den Pedalwegsensor 30 gemessen wird. Auch ist eine Bremsdruckerzeugung ohne einen Bremspedalweg möglich, so dass das Fahrzeug auch im autonomen Fahrzustand bremsbar ist.
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Das Steuergerät 34 erzeugt aufgrund des gemessenen Bremspedalweges ein Steuersignal für einen Elektromotor 38 des Bremsdruckerzeugers 14. Der Elektromotor 38, welcher mit einem Getriebe (nicht gezeigt) des Bremsdruckerzeugers 14 verbunden ist, verstärkt entsprechend des Steuersignals die vom Bremspedal 26 eingegebene Bremskraft. Dazu wird entsprechend der Betätigung des Bremspedals 26 eine in dem Bremsdruckerzeuger 14 angeordnete Spindeltriebanordnung 40 durch den Elektromotor 38 angesteuert, so dass die Rotationsbewegung des Elektromotors 38 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird.
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Durch Betätigung des Bremspedals 26 wird mithilfe des Bremsdruckerzeugers 14 die in der Kolben-/Zylindereinheit 18 vorliegende Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt. Dieser Bremsdruck wird über Bremsleitungen 42 an eine Bremshydraulik 46 weitergeleitet. Die Bremshydraulik 46, welche hier nur als Kasten dargestellt ist, wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Die Bremshydraulik 46 ist zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 50 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 50 aufbringbar ist.
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3 zeigt einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Spindeltriebanordnung 40 des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14. Die Spindeltriebanordnung 40 umfasst eine Spindel 60, welche teilweise außenseitig von einer topfförmigen Stützhülse 64 umgeben ist. Die Stützhülse 64 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Metall ausgebildet. In einem Abschnitt der Stützhülse 64 ist zwischen Stützhülse 64 und Spindel 60 eine Spindelmutter 68 angeordnet, welche mit einem Gewinde 72 der Spindel 60 im Eingriff ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spindelmutter 68 aus Kunststoff ausgebildet. Durch die außenseitig angeordnete Stützhülse 64 kann für die Spindelmutter 68 ein Kunststoffmaterial gewählt werden, welches eine kleinere Festigkeit, aber bessere tribologische Eigenschaften aufweist. Die tribologischen Eigenschaften sind hinsichtlich einer guten rotatorischen Bewegung zwischen Spindel 60 und Spindelmutter 68 gewählt.
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In einer axialen Richtung zu einer Stützhülsenöffnung 80 ist die Spindelmutter 68 über eine Spindelmuttersicherung 84 gesichert. Diese Spindelmuttersicherung 84 ist durch die Stützhülse 64 und die Spindelmutter 68 ausgebildet. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Spindeltriebanordnung 40 eine weitere Spindelmuttersicherung 84 auf. Diese Spindelmuttersicherung 84 ist als ein Vorsprung 86 der Stützhülse 64 ausgebildet, an welchem die Spindelmutter 68 anliegt. Durch diesen Vorsprung 86 ist die Spindelmutter 68 in einer axialen Richtung zu einem geschlossenen Ende der Stützhülse 64 gesichert. Über diese beiden Spindelmuttersicherungen 84 ist die Spindelmutter 68 in beiden axialen Richtungen in der Stützhülse 64 gehalten.
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Eine vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spindelmuttersicherung 84 für die Spindeltriebanordnung 40 ist in 4 dargestellt. Diese Figur zeigt dabei die Spindelmutter 68 vor einem vollständigen Einbringen in die Stützhülse 64. In dieser Figur wird die Spindelmuttersicherung 84 durch Rastmittel gebildet. Die Rastmittel umfassen eine Rastnase 84a, die an der Spindelmutter 68 ausgebildet ist und eine Rastnut 84b, welche an der Stützhülse 64 ausgeformt ist.
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Die Rastnase 84a ist derart ausgeformt, dass mit einem Einschieben der Spindelmutter 68 in die Stützhülse 64 die Rastnase 84a eine gleichmäßig ansteigende Erhebung aufweist, welche sich an ihrem höchsten Punkt sprungartig auf eine Umfangsfläche 94 der Spindelmutter 68 erstreckt. Die Rastnut 84b ist in der Stützhülse 64 in Form einer Rechtecknut ausgebildet.
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Die 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Spindelmuttersicherung 84 gemäß 4 nach der Montage. In dieser Figur ist gezeigt, dass die Länge der Rastnut 84b derart bemessen ist, dass die Rastnase 84a vollständig im Bereich der Rastnut 84b aufgenommen ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Rastnut 84b die gleiche Länge wie die Rastnase 84a auf. Die Figur zeigt, dass durch die entsprechende Ausbildung der Rastnase 84a und der Rastnut 84b, diese rastend miteinander verbunden werden können. Die Stützhülse 64 ist durch die Verbindung in Richtung der Stützhülsenöffnung 80 axial durch die Rastmittel fixiert.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Spindelmuttersicherung 84 für die Spindeltriebanordnung 40 ist in 6 gezeigt. Diese Spindelmuttersicherung 84 ist ebenso wie die in 4 und 5 ausgebildeter Spindelmuttersicherung 84 als Rastmittel ausgebildet. Die Rastnase 84a ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Wulst ausgebildet. Diese Rastnase 84a weist dabei in beiden axialen Richtungen eine symmetrische Form auf. Die Rastnut 84b, welche an der Stützhülse 64 ausgebildet ist, weist die gleiche Form wie die Rastnase 84a auf. Dadurch kann die Rastnase 84a formschlüssig in der Rastnut 84b aufgenommen werden. Die Spindelmutter 68 wird dadurch mittels des Rastmittels in beiden axialen Richtungen fixiert. Dadurch kann ein in 3 gezeigter Vorsprung 86 als Spindelmuttersicherung 84 entfallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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