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Die Erfindung betrifft eine Anschlag-Anordnung für eine Lenk- Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lenk-Bedieneinheit für ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß Anspruch 8, mit einer vorgenannten Anschlag-Anordnung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 9, mit einer vorgenannten Anschlag-Anordnung.
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Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers, wie konventionelle mechanische Lenkungen, durch eine Eingabeeinheit entgegen. Dies kann beispielsweise durch eine Drehung eines Lenkrades erfolgen. Gemäß diesem nicht limitierenden Beispiel wird die Drehung einer Lenkspindel bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- beziehungsweise Drehmomentsensoren der Lenk-Bedieneinheit zusammenwirkt. Diese Sensoren erfassen den eingebrachten Lenkbefehl und geben ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an ein Radlenksystem ab, das mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.
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Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiteren Betriebszuständen zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Eine fehlende haptische Rückmeldung erschwert es dem Fahrer, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.
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Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen mit der Lenk-Bedieneinheit ein Rückkopplungs-Signal durch ein entsprechend von einem Elektromotorsystem generiertes Drehmoment zu bilden. Hierzu umfasst die Lenk-Bedieneinheit einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb. Somit wird abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment beziehungsweise Drehmoment über die Lenkspindel in das Lenkrad eingekoppelt. Derartige, auch „Force-Feedback“-Systeme genannte Systeme, geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.
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Bei einem mechanischen Lenksystem mitsamt einer mechanischen Lenk-Bedieneinheit und einem mechanischen Radlenksystem gemäß einem allgemein bekannten Stand der Technik ist die Lenkspindeldrehkonfiguration, beispielsweise die maximale Anzahl der Lenkspindelumdrehungen, mechanisch festgelegt. So kann eine klassische Lenk-Bedieneinheit nicht weitergedreht werden, wenn das Radlenksystem die Räder bis zu ihrem Anschlag gelenkt hat. Bei einer Lenk-Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems ist die maximale Anzahl der Lenkspindelumdrehungen mechanisch innerhalb der Lenk-Bedieneinheit zu begrenzen. Es bestehen mindestens zwei beispielhafte Gründe für die Begrenzung des Lenkrad-Drehwinkels. Erstens existiert eine Produktnorm für Lenksysteme, die UN-ECE-R79 (2018). Demnach muss zwischen Radlenkwinkel der gelenkten Räder und Lenkradwinkel ein kontinuierlicher Zusammenhang bestehen. Da der Radlenkwinkel begrenzt ist, muss deshalb auch der Lenkradwinkel begrenzt sein. Zweitens sind Bedienelemente im Lenkrad über eine Wickelfeder mit Steuergeräten im Fahrzeug elektrisch verbunden. Da der maximale Drehwinkel einer Wickelfeder begrenzt ist, sollte auch der maximale Lenkradwinkel begrenzt sein, da andernfalls die Wickelfeder überdreht werden könnte. Dafür empfehlen sich bei Steer-by-Wire-Lenksystemen Anschlag-Anordnungen in der Lenkraddrehkonfiguration. Der maximale Lenkradwinkel, der immer dem maximalen Radlenkwinkel der gelenkten Räder entspricht, ist bei konventionellen Lenkungen abhängig vom Fahrzeugtyp und kann in einem Steer-by-Wire-System zusätzlich abhängig vom Fahrmodus gemacht werden: in einem Rennwagen bzw. im Sport-Modus hat der Lenkradwinkel einen maxialen Betrag von beispielsweise 180°, in einem Familien-PKW bzw. Komfort-Modus von beispielsweise 720°.
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Die gattungsbildende
DE 10 2018 103 963 A1 sowie die
DE 101 57 797 A1 offenbaren jeweils ein Lenksystem mit mindestens einer Gewindespindel mit einer Spindellängsachse - mindestens eine auf der Gewindespindel angeordnete Gewindemutter, wobei die Gewindespindel und die Gewindemutter derart zusammenwirken, dass eine Drehbewegung der Gewindespindel eine Axialbewegung der Gewindemutter bewirkt.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anschlag-Anordnung für eine Lenk-Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems, eine entsprechende Lenk-Bedieneinheit und ein entsprechendes Steer-by-Wire-Lenksystem zu schaffen, mit denen der maximale Lenkradwinkel kontinuierlich in einem Bereich zwischen einem kleinstmöglichen und einem größtmöglichen Wert eingestellt werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt insbesondere durch eine Anschlag-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt weiterhin insbesondere durch eine Lenk-Bedieneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Lösung der Aufgabe erfolgt weiterhin insbesondere durch ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung erläutert und weiter nachfolgend bevorzugte modifizierte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Erläuterungen, insbesondere zu Vorteilen und Definitionen von Merkmalen, sind dem Grunde nach beschreibende und bevorzugte, jedoch nicht limitierende Beispiele. Sofern eine Erläuterung limitierend ist, wird dies ausdrücklich erwähnt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also eine Anschlag-Anordnung für eine Lenk-Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems, zumindest umfassend:
- mindestens eine Gewindespindel mit einer Spindellängsachse;
- mindestens eine auf der Gewindespindel angeordnete Gewindemutter,
- wobei die Gewindespindel und die Gewindemutter derart zusammenwirken, dass eine Drehbewegung der Gewindespindel eine Axialbewegung der Gewindemutter bewirkt;
- ein erstes auf der Gewindespindel angeordnetes Anschlagelement, um einen ersten Gewindemutteranschlagabschnitt bei einer Axialbewegung in Richtung des ersten Anschlagelements zu begrenzen;
- ein zweites auf der Gewindespindel angeordnetes Anschlagelement, um einen zweiten Gewindemutteranschlagabschnitt bei einer Axialbewegung in Richtung des zweiten Anschlagelements zu begrenzen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anschlag-Anordnung mit einer Lenkspindel einer Lenk-Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems gekoppelt wird und somit den Lenkeinschlag eines Lenkrads limitiert. Es sind jedoch auch andere Anwendungen der Anschlag-Anordnung möglich.
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Dies ermöglicht eine Anschlag-Anordnung einer Lenk-Bedieneinheit eines Steer-by-Wire-Lenksystems, die einen möglichen Drehwinkel einer Lenkspindel und somit die Anzahl der Lenkradumdrehungen variabel einstellen lässt, zum Beispiel in Abhängigkeit vom Fahrmodus. So kann abhängig von der eingestellten Strecke der Axialbewegung der Gewindemutter entlang der Spindellängsachse zwischen den beiden Anschlagelementen der maximale Lenkradwinkel festgelegt werden. Dabei kann die Bewegungsstrecke der Gewindemutter statisch bei der Montage der Lenk-Bedieneinheit eingestellt werden oder während des Fahrbetriebs dynamisch eingestellt sein, indem die Anschlagelemente axial entlang der Spindellängsachse verstellbar sind.
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Es ist auch möglich, dass zwei oder mehrere Gewindespindeln oder dass zwei oder mehrere Gewindemuttern verwendet werden, wobei jede Gewindemutter nicht mit zwei Anschlagelementen, sondern nur mit einem Anschlagelement in Berührung kommen kann. Dann kann beispielsweise ein Riementrieb oder eine ähnliche Verbindungsanordnung verwendet werden, um die Komponenten mechanisch zu koppeln, sodass das Prinzip der beanspruchten Erfindung weiterhin erfüllt ist.
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Weiterhin ist zu beachten, dass die Axialbewegung in Richtung des ersten Anschlagelements entlang der Spindellängsachse entgegengesetzt ist zur Axialbewegung in Richtung des zweiten Anschlagelements.
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Sofern das Wort axial als solches oder in ähnlicher Weise verwendet wird, so ist hierbei die Spindellängsachse als maßgebliche Achse für die Axialität heranzuziehen. Dabei kann axial eine Deckung oder eine Parallelität mit der Spindellängsachse bedeuten.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Gewindemutteranschlagabschnitt einen ersten umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung aufweist, und dass das erste Anschlagelement einen ersten umfangsseitigen, radial äußeren Anschlagelement-Vorsprung aufweist, sodass die Bewegung der Gewindemutter bei einer Axialbewegung in Richtung des ersten Anschlagelements durch einen gegenseitigen Anschlag der beiden Vorsprünge begrenzt ist;
und/oder dass
der zweite Gewindemutteranschlagabschnitt einen zusätzlichen umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung aufweist, und dass das zweite Anschlagelement einen zusätzlichen umfangsseitigen radial äußeren, Anschlagelement-Vorsprung aufweist, sodass die Bewegung der Gewindemutter bei einer Axialbewegung in Richtung des zweiten Anschlagelements durch einen gegenseitigen Anschlag der beiden Vorsprünge begrenzt ist. Insbesondere weisen ein jeweiliger Gewindemutter-Vorsprung und der zugeordnete Anschlagelement-Vorsprung, insbesondere entlang der Spindellängsachse, eine Längskante auf. Im weiteren Verlauf wird beispielhaft für ein Anschlagelement erläutert, inwiefern diese Vorsprünge aufeinanderstoßen, um die axiale Bewegung der Gewindemutter zu begrenzen. Die Erläuterung des Aufeinanderstoßens gilt für beide Anschlagelemente, wobei die Konfiguration der Anschlag-Anordnung insbesondere entlang einer Querschnittsebene der Gewindemutter hinsichtlich ihrer technischen Ausgestaltung gespiegelt sein kann. Beispielhaft ist die Gewindespindel formschlüssig mit einem Anschlagelement verbunden. Dies bedeutet, dass sich eine Drehbewegung der Gewindespindel unmittelbar auf das Anschlagelement überträgt, sodass sich auch dessen Anschlagelement-Vorsprung mit dreht. Durch die Ausgestaltung der Gewindespindel und der Gewindemutter bewegt sich zudem bei einer Drehung der Gewindespindel um die Spindellängsachse die Gewindemutter axial entlang der Spindellängsachse und kann sich somit auch in Richtung des Anschlagelements bewegen. Dabei dreht sich die Gewindemutter nicht mit und ist somit drehfest. Der Gewindemutter-Vorsprung ist an dem entsprechenden Gewindemutteranschlagabschnitt der Gewindemutter angeordnet und bewegt sich ebenfalls axial mit der Gewindemutter in Richtung des Anschlagelements. Ab einem bestimmten Drehzustand der Gewindespindel ist die Stirnseite der Gewindemutter so nah an der Stirnseite des Anschlagelements, dass diese nahezu aufeinanderstoßen, jedoch noch beabstandet sind. Anstatt dass diese Stirnflächen jedoch aufeinanderstoßen, stoßen der Gewindemutter-Vorsprung und der sich mit dem Anschlagelemente drehende Anschlagelement-Vorsprung umfangsgemäß, also seitlich zur Spindellängsachse, aufeinander. Da sich die Gewindespindel wegen der aneinanderschlagenden Vorsprünge nicht weiterdrehen kann, bewegt sich die Gewindemutter nicht weiter axial und die Stirnflächen stoßen nicht aufeinander. Dabei sind die vorgenannten Längskanten lediglich bevorzugt und es sind auch andere Konturen zum Anschlag realisierbar. Es kann auch sein, dass der erste und der zweite umfangsseitige, radial innere Gewindemutter-Vorsprung ein gemeinsamer Gewindemutter-Vorsprung sind, der sich über die axiale Länge der Gewindemutter erstreckt.
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Dass ein jeweiliger Gewindemutter-Vorsprung umfangsseitig radial innen und ein entsprechender Anschlagelement-Vorsprung umfangsseitig radial außen angeordnet ist, kann als Beispiel mit anderen Worten insofern verstanden werden, als die Gewindemutter im Wesentlichen als hohlzylinderähnlicher Körper ausgebildet ist und dass der entsprechende Gewindemutter-Vorsprung in der Innenwand der Gewindemutter angeordnet ist und sich nach innen erstreckt. Das Anschlagelement weist demgegenüber zum Beispiel zumindest teilweise einen ringförmigen Abschnitt auf, der den entsprechenden Anschlagelement-Vorsprung an seiner Außenwand aufweist, der sich nach außen erstreckt. Insbesondere sind die Komponenten derart ausgebildet, dass der Anschlagelement-Vorsprung nicht gegen die Innenwand der Gewindemutter anschlägt. Nichtsdestotrotz kann der Anschlagelement-Vorsprung bei einer Umdrehung der Gewindespindel seitlich gegen die Gewindemutter stoßen, da der Gewindemutter-Vorsprung einen geringeren Abstand zum diametralen Ende der gegenüberliegenden Innenwand der Gewindemutter bildet als der Durchmesser der restlichen Innenwand der Gewindemutter.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anschlag-Anordnung als Trapezgewindetrieb oder als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist. Beim Trapezgewindetrieb hat das Profil der Gewindegänge insbesondere die Form eines gleichschenkligen Trapezes. Die Gewindegänge sind bevorzugt dicker als die mit dreieckigem Profil, die beispielsweise bei einem metrischen oder Whitworth-Gewinde verwendet werden. Dies führt zu größeren Steigungsmaßen. Trapezgewindetriebe werden zur Übertragung von Bewegungen und Kräften verwendet. Die größere Steigung ist dabei von Vorteil. Die dickeren Gewindegänge sind geeignet, größere axiale Kräfte zu übertragen, bevor sie durch Abscheren versagen. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe, bei dem eingefügte Kugeln die Kraft zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter übertragen. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille mit halbrundem Querschnitt, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie bilden nicht wie üblich zwischen Gewinde-Nut und -Damm, also Nut und Feder, sondern die Kugeln. Bei einer Drehbewegung zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter rollen die Kugeln in ihrer Röhre und bewegen sich zum vorderen Gewindemutterende hin. Dort werden sie in der Regel von einem außen angebrachten Röhrchen aufgenommen, zum hinteren Gewindemutterende geführt und wieder in den Gewindegang eingeleitet. Es hat sich herausgestellt, dass der Kugelgewindetrieb besonders einen vorteilhaften Wirkungsgrad aufweist und somit ein Lenkmoment eines Stellantriebs möglichst verlustarm weiterleitet.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Anschlag-Anordnung eine Drehfixierung aufweist, die derart formschlüssig um die Gewindemutter angeordnet ist, dass die Gewindemutter axial entlang der Spindellängsachse führbar und drehfest zur Umgebung gelagert ist;
wobei insbesondere die Gewindemutter außenseitig mindestens eine sich parallel zur Spindellängsachse erstreckende Abflachung aufweist, um mit einer korrelierend ausgebildeten Abflachung der Drehfixierung den Formschluss zu bilden; und/oder wobei insbesondere zwischen der Gewindemutter und der Drehfixierung eine den Formschluss bildende Nut-Naben-Struktur angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass dies eine kostengünstige und effiziente konstruktive Lösung darstellt, damit die Gewindemutter einerseits axial beweglich und andererseits drehfest ist.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Gewindespindel mindestens zwei Gewindespindelabschnitte aufweist;
wobei der erste Gewindespindelabschnitt mit einer ersten Verzahnung ausgebildet ist zur Lagerung des korrelierend ausgebildeten, ersten Anschlagelements,
wobei der zweite Gewindespindelabschnitt eine Gewindekonfiguration zur Wechselwirkung mit der Gewindemutter aufweist, und
wobei die erste Verzahnung insbesondere entlang der Spindellängsachse länger ausgebildet ist als das erste Anschlagelement. Vorzugsweise kann die Gewindekonfiguration den größten Durchmesser der Gewindespindel aufweisen. Optional kann an derselben Gewindespindel noch ein dritter Gewindespindelabschnitt mit einer zweiten Verzahnung ausgebildet sein, analog zum ersten Gewindespindelabschnitt mit der ersten Verzahnung. Weiter optional oder zusätzlich können weitere Gewindespindeln mit der vorgenannten Gewindespindel verbunden sein. Die konstruktive Einbindung der Verzahnung beziehungsweise Verzahnungen hat den Vorteil, dass diese kostengünstig hergestellt werden kann, bedarfsweise eine axiale Bewegung eines Anschlagelements ermöglicht und dieses drehfest lagern kann.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das erste Anschlagelement axial beweglich auf der ersten Verzahnung gelagert ist und/oder das zweite Anschlagelement axial beweglich auf einer zweiten Verzahnung gelagert ist. Somit kann beispielsweise die Anzahl der möglichen Lenkradumdrehungen bis zum Erreichen der Endanschläge modifiziert werden, sodass die Übersetzung auf die Lenkung der Räder verändert werden kann. Dies ist vorteilhaft, um beispielsweise in einem Parkmodus bei einem geringen Lenkradeinschlag einen hohen Radeinschlag zu erzielen und demgegenüber in einem Autobahnmodus bei einem geringen Lenkradeinschlag einen auch nur geringen Radeinschlag zu erzielen. Somit können hierdurch die Sicherheit und der Fahrkomfort erhöht werden.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das erste Anschlagelement und das zweite Anschlagelement umfangsgemäß eine jeweilige Umlaufnut aufweisen; und dass
die Anschlag-Anordnung eine oder mehrere mit einer jeweiligen Umlaufnut wechselwirkende, insbesondere kreisbogenförmige, Verstelleinheiten aufweist, um das erste Anschlagelement und das zweite Anschlagelement gesteuert durch einen oder mehrere Motoren entlang der Spindellängsachse zu verstellen.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
das erste Anschlagelement und das zweite Anschlagelement, insbesondere bei einer Mittenstellung eines Lenkrads, axial entlang der Spindellängsachse jeweils den gleichen Abstand zur Gewindemutter aufweisen. Dies bevorteilt ein gleichmäßig symmetrisches und somit ein möglichst realistisches Lenken. Als Mittenstellung eines Lenkrads wird jene Stellung verstanden, bei der das Lenkrad so positioniert ist, dass das zu lenkende Fahrzeug geradeaus fährt.
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Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein maximaler Lenkradwinkel während eines Fahrzeugfahrbetriebs veränderbar ist. Bevorzugt kann dies erfolgen, wenn ein Fahrer während der Fahrt einen Fahrmodus wechselt, zum Beispiel von einem Komfort-Modus in einen Sport-Modus.
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Bevorzugt ist außerdem eine Lenk-Bedieneinheit, insbesondere für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, mit einer Anschlag-Anordnung gemäß mindestens einem der vorgenannten Merkmale.
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Bevorzugt ist außerdem ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Anschlag-Anordnung gemäß mindestens einem der vorgenannten Merkmale. Dabei weist das Steer-by-Wire-Lenksystem bevorzugt eine Lenk-Bedieneinheit zur Interaktion mit dem Fahrer und ein Radlenksystem zur physischen Lenkung der Räder auf. Besonders bevorzugt ist die Anschlag-Anordnung dabei in der Lenk-Bedieneinheit integriert.
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Bevorzugt ist außerdem eine Gewindespindel für eine Anschlag-Anordnung gemäß mindestens einem der vorgenannten Merkmale, mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale der Gewindespindel.
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Bevorzugt ist außerdem eine Gewindemutter für eine Anschlag-Anordnung gemäß mindestens einem der vorgenannten Merkmale, mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale der Gewindemutter.
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Bevorzugt ist außerdem ein Anschlagelement für eine Anschlag-Anordnung gemäß mindestens einem der vorgenannten Merkmale, mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale des Anschlagelements.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einem Radlenksystem und einer Lenk-Bedieneinheit nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 2: eine Anschlag-Anordnung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mit einer auf einer Gewindespindel in unterschiedliche Positionen axialbewegten Gewindemutter, wobei die Gewindemutter axial von zwei Anschlagelementen begrenzt ist;
- 3: die Anschlag-Anordnung nach 2, wobei die Gewindemutter drehfest aber axial beweglich in einer Drehfixierung angeordnet ist;
- 4: die Anschlag-Anordnung nach 3, wobei ein Motor über Stellspindeln mit Verstelleinheiten verbunden ist, um die Anschlagelemente axial zu verstellen;
- 5: die Anschlag-Anordnung nach 4, wobei zusätzlich eine Führungsschiene über Verstelleinheiten mit den Anschlagelementen verbunden ist, wobei sämtliche Verstelleinheiten ausgebildet sind, um die Anschlagelemente axial zu verstellen;
- 6: die Anschlag-Anordnung nach 3 und alternativ zu den 4 und 5, wobei zwei Motoren über Stellspindeln mit Verstelleinheiten verbunden sind, um die Anschlagelemente gemeinsam axial zu verstellen;
- 7: die Anschlag-Anordnung nach 3 und alternativ zu den 4, 5 und 6, wobei zwei Motoren über jeweils eine Stellspindel mit jeweils einer Verstelleinheit verbunden sind, um die Anschlagelemente unabhängig voneinander axial zu verstellen;
- 8: eine perspektivische und teilweise Darstellung der Anschlag-Anordnung nach 3, aufweisend eine Gewindemutter mit einem ersten umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung und mit einer sich axial erstreckenden, radial äußeren Abflachung, weiterhin aufweisend ein erstes Anschlagelement mit einem ersten umfangsseitigen, radial äußeren Anschlagelement-Vorsprung;
- 9: die Gewindemutter nach 8 in einer perspektivischen Darstellung;
- 10: das erste Anschlagelement nach 8 in einer perspektivischen Darstellung; und
- 11: eine zu 9 alternative bevorzugte Gewindemutter in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Gewindemutter anstelle einer Abflachung eine Nut-Naben-Struktur aufweist.
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1 zeigt ein Steer-by-Wire-Lenksystem 12 mit einer beispielhaften Lenk-Bedieneinheit 11 und einem Radlenksystem 64. Die Lenk-Bedieneinheit 11 und das Radlenksystem 64 sind mechanisch voneinander entkoppelt. Die fahrerbedingten Lenkbewegungen der Lenk-Bedieneinheit 11 werden sensorisch erfasst, von einem Rechensystem 66 ausgewertet und zum Ausführen eines Lenkvorgangs an das Radlenksystem 64 übertragen. Das Radlenksystem 64 wird durch die Beschaffenheit der Fahrzeugumgebung während des Lenkvorgangs mit einem Lenkwiderstand beaufschlagt. Der Lenkwiderstand wird durch einen in 1 nicht dargestellten Stellantrieb in der Lenk-Bedieneinheit 11 nachgestellt und entsprechend vom Fahrer über das Lenkrad wahrgenommen. Eine Anschlag-Anordnung 10 für einen Lenkradendanschlag ist nicht näher dargestellt, allerdings in der Lenk-Bedieneinheit 11 integriert. Für die vorgenannten Vorgänge sind die Komponenten über ein Daten- und Energienetzwerk 68 miteinander verbunden.
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In den 2 bis 7 ist eine Anschlag-Anordnung 10 für eine Lenk-Bedieneinheit 11 eines Steer-by-Wire-Lenksystems 12 zu erkennen, zumindest umfassend: mindestens eine Gewindespindel 14 mit einer Spindellängsachse SP;
mindestens eine auf der Gewindespindel 14 angeordnete Gewindemutter 16,
wobei die Gewindespindel 14 und die Gewindemutter 16 derart zusammenwirken, dass eine Drehbewegung der Gewindespindel 14 eine Axialbewegung der Gewindemutter 16 bewirkt;
ein erstes auf der Gewindespindel 14 angeordnetes Anschlagelement 18, um einen ersten Gewindemutteranschlagabschnitt 20 bei einer Axialbewegung in Richtung R1 des ersten Anschlagelements 18 zu begrenzen;
ein zweites auf der Gewindespindel 14 angeordnetes Anschlagelement 22, um einen zweiten Gewindemutteranschlagabschnitt 24 bei einer Axialbewegung in Richtung R2 des zweiten Anschlagelements 22 zu begrenzen.
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Unter anderem in den 3 und 8 ist zu erkennen, dass der erste Gewindemutteranschlagabschnitt 20 einen ersten umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung 26 aufweist, und dass das erste Anschlagelement 18 einen ersten umfangsseitigen, radial äußeren Anschlagelement-Vorsprung 28 aufweist, sodass die Bewegung der Gewindemutter 16 bei einer Axialbewegung in Richtung R1 des ersten Anschlagelements 18 durch einen gegenseitigen Anschlag der beiden Vorsprünge 26, 28 begrenzt ist.
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Da 8 nur einen Ausschnitt der Anschlag-Anordnung 10 darstellt, ist insbesondere in 3 zu erkennen, dass der zweite Gewindemutteranschlagabschnitt 24 einen zusätzlichen umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung 30 aufweist, und dass das zweite Anschlagelement 22 einen zusätzlichen umfangsseitigen radial äußeren, Anschlagelement-Vorsprung 32 aufweist, sodass die Bewegung der Gewindemutter 16 bei einer Axialbewegung in Richtung R2 des zweiten Anschlagelements 22 durch einen gegenseitigen Anschlag der beiden Vorsprünge 30, 32 begrenzt ist.
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Dass die Bewegung der Gewindemutter 16 bei einer Axialbewegung in Richtung R1, R2 des ersten oder zweiten Anschlagelements 18, 22 durch einen gegenseitigen Anschlag der beiden Vorsprünge 26, 28, 30, 32 begrenzt ist darauf zurückzuführen, dass sich nur die Gewindespindel 14 und die mit dieser drehfest verbundenen Anschlagelemente 18, 22 rotativ bewegen. Infolge dieser rotativen Bewegung verschiebt sich die Gewindemutter 16 axial, also entlang der Spindellängsachse SP in die erste Richtung R1 oder in deren entgegengesetzte Richtung R2. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die dargestellte Anschlag-Anordnung 10 als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.
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Ausgehend von der beispielhaften und teilweise dargestellten Anschlag-Anordnung 10 in 8 rotiert somit durch eine rotative Bewegung der Gewindespindel 14 auch das auf dem ersten Gewindespindelabschnitt 14a angeordnete erste Anschlagelement 18 mit dem ersten umfangsseitigen, radial äußeren Anschlagelement-Vorsprung 28. Der Kugelgewindetrieb bewegt die Gewindemutter 16 mit dem ersten umfangsseitigen, radial inneren Gewindemutter-Vorsprung 26 in der Folge drehfest in Richtung R1 des ersten Anschlagelements 18. Sobald nun eine Längskante des Gewindemutter-Vorsprungs 26 auf eine Längskante des Anschlagelement-Vorsprungs 28 trifft, kann die Gewindespindel 14 nicht weitergedreht werden. Dies wird von einem Fahrzeugfahrer am Lenkrad als Endanschlag wahrgenommen. Umgekehrt gilt dies auch für die entgegensetzte Seite der Gewindemutter 14 und das zweite Anschlagelement 22 auf dem dritten Gewindespindelabschnitt 14c. Hierbei stoßen der zusätzliche umfangsseitige, radial innere Gewindemutter-Vorsprung 30 und der zusätzliche umfangsseitige, radial äußere Anschlagelement-Vorsprung 32 an ihren Längsseiten aufeinander.
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Als Längsseite gilt dabei die sich entlang beziehungsweise parallel zur Spindellängsachse SP erstreckende Kante des jeweiligen Vorsprungs 26, 28, 30, 32. Möglich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen. Relevant ist allerdings, dass eine blockierende Wirkung derart entsteht, dass das entsprechende Anschlagelement 18, 22 und somit die Gewindespindel 14 nicht weiter rotieren können und der Fahrzeugfahrer somit einen Endanschlag wahrnimmt.
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Die 3 bis 7 offenbaren beispielhaft, dass die Anschlag-Anordnung 10 eine Drehfixierung 34 aufweist. Diese ist bevorzugt derart formschlüssig um die Gewindemutter 16 angeordnet, dass die Gewindemutter 16 axial entlang der Spindellängsachse SP führbar und drehfest zur Umgebung gelagert ist.
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Wie in den 8 und 9 gezeigt, weist hierzu insbesondere die Gewindemutter 16 außenseitig mindestens eine sich parallel zur Spindellängsachse SP erstreckende Abflachung 36 auf, um mit einer korrelierend ausgebildeten Abflachung der Drehfixierung 34 den Formschluss zu bilden. Die Abflachung der Drehfixierung 34 ist vorliegend nicht dargestellt.
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Optional oder zusätzlich kann insbesondere vorgesehen sein, dass zwischen der Gewindemutter 16 und der Drehfixierung 34 eine den Formschluss bildende Nut-Naben-Struktur 38 angeordnet ist. Dies ist in 11 erkennbar.
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Die 2 bis 7 offenbaren eine bevorzugte Gewindespindel 14. Demnach ist vorgesehen, dass die Gewindespindel 14 drei Gewindespindelabschnitte 14a, 14b, 14c aufweist.
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Der erste Gewindespindelabschnitt 14a weist eine erste Verzahnung 40 zur Lagerung des korrelierend ausgebildeten, ersten Anschlagelements 18 auf. Der zweite Gewindespindelabschnitt 14b weist eine Gewindekonfiguration 42 zur Wechselwirkung mit der Gewindemutter 16 auf. Der dritte Gewindespindelabschnitt 14c weist eine zweite Verzahnung 44 zur Lagerung des korrelierend ausgebildeten, zweiten Anschlagelements 22 auf. Die erste Verzahnung 40 ist insbesondere entlang der Spindellängsachse SP länger ausgebildet als das erste Anschlagelement 18. Die zweite Verzahnung 44 ist insbesondere entlang der Spindellängsachse SP länger ausgebildet als das zweite Anschlagelement 22.
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Zumindest ist vorgesehen, dass mindestens zwei Gewindespindelabschnitte 14a, 14b vorgesehen sind. Die Ausführungsform mit drei Gewindespindelabschnitten 14a, 14b, 14c ist rein beispielhaft, wobei die weiteren in den Figuren gezeigten Merkmale hiervon unabhängig und auch mit nur zwei Gewindespindelabschnitten 14a, 14b pro Gewindespindel 14 ausführbar sind. So können mehrere Gewindespindeln 14 mit jeweils zwei Gewindespindelabschnitten 14a, 14b beispielsweise über einen Riementrieb oder eine andere Verbindungsanordnung verbunden werden.
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Gemäß den 4 bis 7 ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste Anschlagelement 18 axial beweglich auf der ersten Verzahnung 40 gelagert ist und dass das zweite Anschlagelement 22 axial beweglich auf einer zweiten Verzahnung 44 gelagert ist. Dabei ist optional bevorzugt, dass das erste Anschlagelement 18 und das zweite Anschlagelement 22 umfangsgemäß eine jeweilige Umlaufnut 46, 48 aufweisen. Weiterhin ist optional bevorzugt, dass die Anschlag-Anordnung 10 eine oder mehrere mit einer jeweiligen Umlaufnut 46, 48 wechselwirkende Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 aufweist. Sofern die Anschlagelemente 18, 22 ringförmig ausgebildet sind, sind die eine oder die mehreren Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet, sodass sie besser in die jeweils korrelierend ausgebildete Umlaufnut 46, 48 eingreifen können. Die Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 sind vorgesehen, um das erste Anschlagelement 18 und das zweite Anschlagelement 22 gesteuert durch einen oder mehrere Motoren 58, 60 entlang der Spindellängsachse SP zu verstellen.
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3 zeigt die Anschlag-Anordnung 10 mit beispielhaften Details. Gegenüber 2 ist die beispielhafte Anschlag-Anordnung 10 um eine vorgenannte Drehfixierung 34 erweitert. Auch ist in 3 die Gewindesteigung p dargestellt. Diese Gewindesteigung p gilt grundsätzlich für jede Anschlag-Anordnung 10 und ist nicht auf die in 3 dargestellten Merkmale limitiert.
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Um die Endanschlagsposition einer Gewindespindel 14 und somit einer Lenk-Bedieneinheit 11 variabel gestalten zu können, sollten die Anschlagelemente 18, 22 auf der Gewindespindel 14 axial entlang der Spindellängsachse SP verschiebbar sein und gleichzeitig ein Drehmoment übertragen können. Dies kann beispielsweise durch einen umfangsseitigen Formschluss, insbesondere durch die Verzahnungen 40, 44 zwischen der Gewindespindel 14 und den Anschlagelementen 18, 22 erreicht werden. Dabei ist die axiale Länge der Verzahnungen 40, 44 entlang der Spindellängsachse SP auf der Spindel größer als die jeweilige axiale Länge der Anschlagelemente 18, 22 entlang der Spindellängsachse SP. Dies bedeutet, dass die Anschlagelemente 18, 22 axial verschoben werden können und der Formschluss dennoch bestehen bleiben kann. Bei einer Gewindesteigung p (pitch) von Z Millimetern kann eine axiale Verschiebung jedes der beiden Anschlagelemente 18, 22 um X Millimeter eine Änderung des maximalen Lenkwinkels, als Absolutwert, von Delta_max = ± X / Z *360° bewirken. Zum axialen Verschieben weisen die beiden Anschlagelemente 18, 22 bevorzugt entlang ihres Umfangs jeweils eine Umlaufnut 46, 48 auf. In beide Umlaufnuten 46, 48 greift jeweils mindestens eine Verstelleinheit 50, 52, 54, 56 ein, welche zum besseren Formschluss mit einem Kreisbogenausschnitt korrelierend zur jeweiligen Umlaufnut 46, 48 ausgebildet sein kann.
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Grundsätzlich können Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 über jeweils eine durch einen oder mehrere Motoren 58, 60 gesteuerte Stellspindel geführt werden. Folglich können die Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 und damit verbunden die Anschlagelemente 18, 22 symmetrisch bezüglich einer Mittelachse axial verschoben werden.
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Der eine oder die mehreren Motoren 58, 60 sind in den 4, 5, 6 und 7 an der Drehfixierung 34 angeordnet. Dies ist jedoch rein beispielhaft. Der oder die Motoren 58, 60 können auch im Fahrzeuginnenraum oder an einer anderen Stelle eines Gehäuses der Lenk-Bedieneinheit 11 angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ist unabhängig von anderen Merkmalen.
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Bevorzugt und in den 2 bis 7 symbolisiert ist die Anschlag-Anordnung 10 derart ausgebildet, dass das erste Anschlagelement 18 und das zweite Anschlagelement 22, insbesondere bei einer Mittenstellung eines Lenkrads, axial entlang der Spindellängsachse SP jeweils den gleichen Abstand zur Gewindemutter 16 aufweisen. Als Referenzmessebenen können beispielsweise jeweils die zur Gewindemutter 16 gerichteten Stirnflächen des entsprechenden Anschlagelements 18, 22 vorgesehen sein und dementsprechend die Stirnfläche des jeweils nächsten Gewindemutteranschlagabschnitts 20, 24.
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Die 4, 5, 6 und 7 zeigen unterschiedliche bevorzugte Konfigurationen von Motoren 58, 60, Stellspindeln und Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56.
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So ist in 4 vorgesehen, dass an einer Drehfixierung 34 ein Motor 58 angeordnet ist. Die Drehfixierung 34 ist beispielhaft axial zwischen den beiden Anschlagelementen 18, 22 angeordnet. Vom Motor 58 gehen seitlich, also axial, Stellspindeln aus, an deren jeweiligem Ende eine Verstelleinheit 50, 52 angeordnet ist, die jeweils mit einem Anschlagelement 18, 22 verbunden ist. Sofern der Motor 58 die Stellspindeln nun dreht, verschieben sich die Anschlagelemente 18, 22 axial.
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5 zeigt die Konfiguration nach 4 in erweiterter Weise, wobei dem Motor 58 gegenüberliegend, beispielhaft diametral gegenüberliegend, eine Führungsschiene 70 angeordnet ist. Die Führungsschiene 70 weist an jeweils einem Ende weitere Verstelleinheiten 54, 56 auf, sodass insgesamt mehrere Verstelleinheiten 50, 52, 54, 56 vorhanden sind, sodass die Anschlagelemente 18, 22 mit einem möglichst geringen Risiko eines Verkantens axial verschoben werden können. Dabei greifen in die erste Verstelleinheit 50, 54 und in die zweite Verstelleinheit 52, 56 jeweils sowohl eine motorgetriebene Stellspindel als auch, bevorzugt diametral gegenüberliegend, eine Führungsschiene 70 ein. Somit gehören die Bezugszeichen 50, 54 in diesem Beispiel zu einer ersten Verstelleinheit und die Bezugszeichen 52, 56 zu einer zweiten Verstelleinheit, wobei jeweils unterschiedliche Abschnitte dargestellt sind.
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6 zeigt die Konfiguration nach 4 in alternativ erweiterter Weise. Dabei ist dem Motor 58 gegenüberliegend, beispielhaft diametral gegenüberliegend, ein analoger Aufbau mit einem zweiten Motor 60, weiteren Stellspindeln und Verstelleinheiten 54, 56 angeordnet, sodass die Anschlagelemente 18, 22 präzise axial geführt werden können.
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7 zeigt einen weiteren alternativen Aufbau zum Verstellen der Anschlagelemente 18, 22 der Anschlag-Anordnung 10. Dabei ist auf einer Seite der Drehfixierung 34 der erste Motor 58 angeordnet. Von diesem ersten Motor 58 geht eine Stellspindel ab, die in eine Verstelleinheit 50 mündet, um das erste Anschlagelement 18 axial zu verstellen. Auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Motors 58, insbesondere diametral gegenüberliegend, ist ein zweiter Motor 60 auf der Drehfixierung 34 angeordnet. Von diesem zweiten Motor 60 geht eine Stellspindel ab, die in eine Verstelleinheit 52 mündet, um das zweite Anschlagelement 22 axial zu verstellen. Die Anschlagelemente 18, 22 weisen jeweils eine Umlaufnut 46, 48 auf, in die die Verstelleinheiten 50, 52 eingreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anschlag-Anordnung
- 11
- Lenk-Bedieneinheit
- 12
- Steer-by-Wire-Lenksystem
- 14
- Gewindespindel
- 16
- Gewindemutter
- 18
- erstes Anschlagelement
- 20
- erster Gewindemutteranschlagabschnitt
- 22
- zweites Anschlagelement
- 24
- zweiter Gewindemutteranschlagabschnitt
- 26
- erster umfangsseitiger, radial innerer Gewindemutter-Vorsprung
- 28
- erster umfangsseitiger, radial äußerer Anschlagelement-Vorsprung
- 30
- zusätzlicher umfangsseitiger, radial innerer Gewindemutter-Vorsprung
- 32
- zusätzlicher umfangsseitiger, radial äußerer Anschlagelement-Vorsprung
- 34
- Drehfixierung
- 36
- Abflachung
- 38
- Nut-Naben-Struktur
- 40
- erste Verzahnung
- 42
- Gewindekonfiguration
- 44
- zweite Verzahnung
- 46
- Umlaufnut des ersten Anschlagelements
- 48
- Umlaufnut des zweiten Anschlagelements
- 50
- erste Verstelleinheit
- 52
- zweite Verstelleinheit
- 54
- dritte Verstelleinheit
- 56
- vierte Verstelleinheit
- 58
- erster Motor
- 60
- zweiter Motor
- 64
- Radlenksystem
- 66
- Rechensystem
- 68
- Daten- und Energienetzwerk
- 70
- Führungsschiene
- SP
- Spindellängsachse
- R1
- Axialbewegung in Richtung des ersten Anschlagelements
- R2
- Axialbewegung in Richtung des zweiten Anschlagelements
- p
- Gewindesteigung
