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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Längen- und neigungsverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wire-System, umfassend eine teleskopierbare Auszugsvorrichtung mit einem äußeren Führungsrohr, in welchem ein inneres Auszugsrohr relativ zum äußeren Führungsrohr translatorisch versetzbar geführt ist und die teleskopierbare Auszugsvorrichtung einerseits mit einem Lenkmittel gekoppelt ist, wobei eine Lenkrichtung repräsentierende Aktuierung des Lenkmittels eine Drehung des äußeren Führungsrohrs oder des inneren Auszugsrohrs bewirkt, wobei die Bedieneinheit ferner eine durch einen Rotor eines Stellmotors verstellbare Neigungsmechanik aufweist, mittels derer der Neigungswinkel der Bedieneinheit einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Steer-by-wire-System.
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Elektrische Lenkvorrichtungen dienen - unter anderem in Kraftfahrzeugen - dazu, einen Richtungswunsch eines Fahrers entgegenzunehmen und in entsprechende Bewegungen eines oder mehrerer Räder umzusetzen. Gegenüber rein mechanischen Lenkvorrichtungen unterscheidet man bei elektrischen Lenkvorrichtungen zwischen elektrisch unterstützten Lenkvorrichtungen sowie vollständig elektrischen Lenkvorrichtungen, sogenannten „Steer-by-Wire“-Lenkvorrichtungen. Insbesondere diese Steer-by-Wire-Lenkvorrichtungen haben den Vorteil, dass die Bedieneinheit unabhängig von mechanischen Verbindungskomponenten relativ frei innerhalb des Fahrzeuges positioniert werden kann, was neben einer Kostenersparnis bei der Unterscheidung von z.B. rechts- und linksgelenkten Fahrzeugen zudem zu einem verbesserten Unfallverhalten durch Fehlen einer Lenksäule führt. Weiterhin kann die Bedieneinheit in eine Verstauposition gebracht werden, welche z.B. auch bei vollständig automatischem Lenken genutzt wird.
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Unter einem Steer-By-Wire-Lenksystem im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkungssystem zu verstehen, welches im Wesentlichen aus einem sogenannten Hand Wheel Aktuator (HWA), beispielsweise der Aktuatorik um das befehlsgebende Fahrzeug-Lenkrad herum, und einem Road Wheel Aktuator (RWA), also der auf die mit den Fahrzeugrädern verbundene Lenkmechanik wirkenden Aktuatorik, besteht. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen.
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Derartige Systeme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die
DE 10 2015 224 602 A1 eine verstellbare Lenksäule für eine steer-by-wire-Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Stelleinheit, die eine in einer Manteleinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel umfasst, wobei die Manteleinheit ein erstes Mantelrohr aufweist, in dem zumindest ein zweites Mantelrohr bezüglich der Längsachse drehfest angeordnet und teleskopierend axial verschiebbar gelagert ist, wobei mit dem ersten und dem zweiten Mantelrohr ein Stellantrieb verbunden ist, von dem das zweite Mantelrohr relativ zum ersten Mantelrohr axial ein- und ausfahrbar ist, und der einen Spindeltrieb umfasst mit einer parallel zur Längsachse angeordneten, von einem elektrischen Stellmotor drehend antreibbaren Gewindespindel die sich an einem Mantelrohr abstützt und die in eine Spindelmutter eingeschraubt ist, die drehfest an dem anderen Mantelrohr angebracht ist, wobei die Gewindespindel sich innerhalb des ersten Mantelrohrs erstreckt, und die Spindelmutter an dem zweiten Mantelrohr angebracht ist
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Der
DE 10 2018 212 696 B3 ist weiterhin ein Verstellantrieb für eine motorisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine motorische Antriebseinheit und eine Außen-Gewindespindel, die ein Außengewinde und ein koaxiales Innengewinde aufweist, in das eine Innen-Gewindespindel eingreift, wobei die Außen-Gewindespindel und die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit relativ zueinander um eine Achse drehend antreibbar sind. Um einen Verstellantrieb zur Verfügung zu stellen, der ein geringeres Antriebsmoment erfordert und einen optimierten freien Verstellweg bietet, schlägt die
DE 10 2018 212 696 B3 vor, dass die Außen-Gewindespindel mit ihrem Außengewinde in eine Antriebsmutter eingreift, wobei die Antriebsmutter oder die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit drehend antreibbar ist und in Richtung der Achse relativ zur Antriebseinheit abgestützt ist.
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Neben den teleskopierbaren Lenkvorrichtungen sind auch Lenkvorrichtungen bekannt, die eine Längenverstellung wie auch eine Neigungsverstellung bereitstellen können, wobei letztere zur Anpassung der Höhe des Lenkmittels zum Fahrer hin vorgesehen ist. Diese Höhenverstellung wird in der Regel über einen von einem elektrischen Motor abgetriebenen Spindelantrieb realisiert, der zur Einstellung des Neigungswinkels auf einem Hebel einwirkt. Dabei muss die Linearbewegung des Schlittens auf der Spindel des Spindeltriebs in eine Drehbewegung des Hebels um dessen Drehachse gewandelt werden. Derartige auf einem Spindeltrieb basierende Höhenverstellungen sind beispielsweise aus
DE102018122767A1 ,
DE201910212255 oder
DE102019132279 bekannt.
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Die Kinematik dieser Übersetzung der Linearbewegung des Schlittens des Spindeltriebs in eine Drehbewegung des Hebels ist jedoch schwierig abzustimmen. Bei schlechter Abstimmung kann es zu einer ungleichförmigen Bewegung während der Höhenverstellung kommen, worunter der Komfort leidet. Ferner kann eine schlechte Abstimmung zu einer ungewünschten Geräuschentwicklung führen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte längen- und neigungsverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, insbesondere zur Verwendung in einem Steer-By-Wire-System, bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Steer-By-Wire-System zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Längen- und neigungsverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, umfassend eine teleskopierbare Auszugsvorrichtung mit einem äußeren Führungsrohr, in welchem ein inneres Auszugsrohr relativ zum äußeren Führungsrohr translatorisch versetzbar geführt ist und die teleskopierbare Auszugsvorrichtung einerseits mit einem Lenkmittel gekoppelt ist, wobei eine Lenkrichtung repräsentierende Aktuierung des Lenkmittels eine Drehung des äußeren Führungsrohrs oder des inneren Auszugsrohrs bewirkt, wobei die Bedieneinheit ferner eine durch einen Rotor eines Stellmotors verstellbare Neigungsmechanik aufweist, mittels derer der Neigungswinkel der Bedieneinheit einstellbar ist, wobei die Neigungsmechanik einen um eine Rotationsachse drehbaren Hebel sowie ein Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad und einer mit dem Schneckenrad getrieblich gekoppelten Schneckenwelle aufweist, wobei das Schneckenrad drehfest mit der Rotationsachse und die Schneckenwelle drehfest mit dem Rotor des Stellmotors verbunden sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass dem Hebel zur verbesserten Abstimmung seiner Drehbewegung eine Drehbewegung direkt über ein Schneckengetriebe aufgeprägt werden kann. Der Hebel selbst wird dabei direkt mit dem Schneckenrad verbunden. Die Schneckenwelle wird direkt von dem insbesondere elektrischen Stellmotor angetrieben, kann aber auch je nach Anforderung von Drehzahl und Drehmoment, über ein oder mehrere Getriebestufen ergänzt werden. Bevorzugt ist das Schneckengetriebe selbsthemmend ausgeführt.
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Dies hat unter anderem den Vorteil, dass eine verbesserte Abstimmung der Drehbewegung des Hebels erfolgen kann, was auch einen komfortablen und sicheren Betrieb der Bedieneinheit ermöglicht. Ferner können unerwünschte akustische Auffälligkeiten vermieden werden.
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Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass das innere Auszugsrohr als eine Lenkwelle ausgeführt ist, welche beispielsweise mit einem Lenkmittel wie einem Lenkrad gekoppelt ist.
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Das Schneckenrad kann als geschlossen umlaufendes Schneckenrad oder als ein Schneckenradsegment ausgeführt sein.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die teleskopierbare Auszugsvorrichtung andererseits mit einem Motor gekoppelt ist, mittels dessen das äußere Führungsrohr oder das innere Auszugsrohr mit einem Motordrehmoment beaufschlagbar ist, so dass beispielsweise eine Force-Feedback-Funktion in der Bedieneinheit realisiert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Drehmomentpfad zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad eine erste Getriebestufe angeordnet ist, was eine verbesserte Anpassung an die Drehzahl und Drehmomente des Stellmotors bzw. an die geforderten Drehmomente und Drehzahlen an dem Schneckenrad erlaubt. Bevorzugt ist die erste Getriebestufe als eine Stirnzahnradgetriebe ausgebildet.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass im Drehmomentpfad zwischen dem Rotor und der Schneckenwelle eine zweite Getriebestufe angeordnet ist, was ebenfalls zu einer verbesserten Anpassung an die Drehzahl und Drehmomente des Stellmotors bzw. an die geforderten Drehmomente und Drehzahlen an der Schneckenwelle beitragen kann. Bevorzugt ist die zweite Getriebestufe als eine Stirnzahnradgetriebe ausgebildet.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schneckenwelle eine Rotationsachse aufweist, die achsparallel zu einer Rotationsachse des Lenkmittel verläuft, was einen besonders kompakten Aufbau der Bedieneinheit begünstigen kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Schneckenrad eine Rotationsachse aufweist, die senkrecht zur Rotationsachse der Schneckenwelle verläuft.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Neigungsmechanik einen als ein Drehlager ausgebildeten von der Rotationsachse des Hebels beabstandeten Drehpunkt aufweist, um dessen Rotationsachse die Bedieneinheit schwenkbar und der Neigungswinkel der Bedieneinheit einstellbar ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Neigungswinkel hierdurch vergleichsweise genau einstellbar ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Bedieneinheit einen Rahmen aufweist, an dem das Drehlager, der Hebel und der Stellmotor positioniert sind. Hierdurch kann ein modulartiger Aufbau der Höhenverstellung und der Bedieneinheit erreicht werden.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Hebel einerseits mit seiner Rotationsachse drehbar an dem Rahmen gelagert ist und anderseits mit einem von der Rotationsachse beabstandeten, als ein Drehlager ausgebildeten Drehpunkt mit dem Rahmen gekoppelt ist, so dass ein verschwenken des Hebels eine Veränderung des Neigungswinkels um die Rotationsachse der Bedieneinheit bewirkt, wodurch sich ebenfalls eine verbesserte Einstellbarkeit des Neigungswinkels ableitet.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Neigungswinkel der Bedieneinheit zwischen 0°- 45°, bevorzugt 0°-15°, besonders bevorzugt zwischen 0°-10° beträgt. Mittels des Schneckengetriebes lassen sich also besonders große Schwenkwinkel bereitstellen, welches in einer besonders großen Höhenverstellbarkeit der Bedieneinheit mündet. Die Realisierung derartig hoher Schwenkwinkelbereiche ist mit anderen Neigungsmechaniken nicht oder nur mit sehr großem konstruktiven und somit unter hohem Kostenaufwand möglich.
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Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein Steer-By-Wire-System zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, umfassend eine Längen- und neigungsverstellbare Bedieneinheit nach einem der Ansprüche 1-9.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine Seitenansicht einer längen- und neigungsverstellbaren Bedieneinheit in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Steer-by-wire System in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
- 3 eine Bedieneinheit mit Stellmotor in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 eine Bedieneinheit mit ausgeblendeten Stellmotor in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer Neigungsmechanik in einer schematischen Seitenansicht,
- 6 eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer Neigungsmechanik in einer schematischen Seitenansicht,
- 7 einen Hebel in einer perspektivischen Ansicht.
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Die 1 zeigt eine längen- und neigungsverstellbare Bedieneinheit 1 zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs 2 durch einen Benutzer, zur Verwendung in einem Steer-By-Wire-System 3, wie es exemplarisch auch in der 2 skizziert ist.
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Die Bedieneinheit 1 umfasst eine teleskopierbare Auszugsvorrichtung 4 mit einem äußeren Führungsrohr 5, in welchem ein inneres Auszugsrohr 6 relativ zum äußeren Führungsrohr 5 translatorisch versetzbar geführt ist. Die teleskopierbare Auszugsvorrichtung 4 ist einerseits mit einem Lenkmittel 7 gekoppelt, wobei eine Lenkrichtung repräsentierende Aktuierung des Lenkmittels 7 eine Drehung des äußeren Führungsrohrs 5 oder des inneren Auszugsrohrs 6 bewirkt. Anderseits ist die teleskopierbare Auszugsvorrichtung 4 mit einem Force-Feedback-Motor 8 gekoppelt, mittels dessen das äußere Führungsrohr 5 oder das innere Auszugsrohr 6 mit einem Motordrehmoment beaufschlagbar ist.
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Die Bedieneinheit 1 weist ferner eine durch einen Rotor 19 eines Stellmotors 9 verstellbare Neigungsmechanik 10 auf, mittels derer der Neigungswinkel 11 der Bedieneinheit 1 einstellbar ist. Hierzu verfügt die Neigungsmechanik 10 über einen um eine Rotationsachse 12 drehbaren Hebel 13 sowie ein Schneckengetriebe 14 mit einem Schneckenrad 15 und einer mit dem Schneckenrad 15 getrieblich gekoppelten Schneckenwelle 16, wobei das Schneckenrad 15 drehfest mit der Rotationsachse 12 und die Schneckenwelle 16 drehfest mit dem Rotor 19 des Stellmotors 9 verbunden sind.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Drehmomentpfad zwischen dem Rotor 19 und der Rotationsachse 12 des Hebels 12 lediglich das Schneckengetriebe 14 vorhanden. Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, dass im Drehmomentpfad zwischen der Schneckenwelle 16 und dem Schneckenrad 15 eine erste Getriebestufe angeordnet und/oder im Drehmomentpfad zwischen dem Rotor 19 und der Schneckenwelle 16 eine zweite Getriebestufe angeordnet ist.
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Wie in der 1 dargestellt, weist die Schneckenwelle 16 eine Rotationsachse 18 auf, die achsparallel zu einer Rotationsachse 20 des Lenkmittel 7 verläuft. Das Schneckenrad 15 besitzt eine Rotationsachse 25, die senkrecht zur Rotationsachse 24 der Schneckenwelle 16 verläuft. Die Rotationsachse 25 des Schneckenrads 15 und die Rotationsachse 12 des Hebels 13 sind koaxial angeordnet.
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Die Neigungsmechanik 10 verfügt des Weiteren über einen als ein Drehlager 21 ausgebildeten von der Rotationsachse 12 des Hebels 13 beabstandeten Drehpunkt, um dessen Rotationsachse 22 die Bedieneinheit 1 schwenkbar und der Neigungswinkel 11 der Bedieneinheit 1 einstellbar ist.
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Die Bedieneinheit 1 weist ferner einen Rahmen 23 auf, an dem das Drehlager 21, der Hebel 13 und der Stellmotor 9 positioniert sind. Der Hebel 13 ist hierbei einerseits mit seiner Rotationsachse 12 drehbar an dem Rahmen 23 gelagert und anderseits mit einem von der Rotationsachse 12 beabstandeten, als ein Drehlager 18 ausgebildeter Drehpunkt mit dem Auszugsträger 26 gekoppelt, so dass ein verschwenken des Hebels 13 eine Veränderung des Neigungswinkels 11 um die Rotationsachse 22 der Bedieneinheit 1 bewirkt. Hierzu beschreibt der Hebel 13 die bogenförmige Bewegungsbahn 17. Der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstellbare Neigungswinkel 11 der Bedieneinheit beträgt zwischen 0°-10°. Dies ist auch gut aus der Zusammenschau der 1 mit den 3-4 ersichtlich.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Bedieneinheit, bei der der Stellmotor 9 und die Neigungsmechanik 10 etwas anders ausgeführt sind als in der Ausführungsform der 1. Der Stellmotor 9 ist leicht geneigt zu der Auszugsvorrichtung 4 angeordnet, so dass ein Trapezgewindetrieb 14, anders als in der Ausführungsform der 1, auf der unteren Seite der Bedieneinheit 1 angeordnet ist. 4 gewährt durch den ausgeblendeten Stellmotor 9 einen guten Blick auf die Neigungsmechanik 10 der Bedieneinheit 1. Man erkennt gut, dass diese Neigungsmechanik 10 eine Anordnung des Stellmotors 9 wie in der 1 als auch wie in der 3 gezeigt erlaubt.
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5 zeigt die aus der 1 bekannte Bedieneinheit 1 in einer schematischen Detailansicht. Man erkennt gut, dass das Schneckenrad 15 in der gezeigten Ausführungsform als ein Schneckenradsegment ausgeführt ist, welches mit der Schneckenwelle 16 kämmt, wobei die Schneckenwelle 16 direkt von dem Rotor 19 des Stellmotors 9 angetrieben wird. Das Schneckenrad 15 ist an dem Hebel 3 fixiert oder einstückig mit diesem ausgeführt.
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6 zeigt die aus der 3 bekannte Bedieneinheit 1 in einer schematischen Detailansicht. Man erkennt gut, dass auch hier Schneckenrad 15 in der gezeigten Ausführungsform als ein Schneckenradsegment ausgeführt ist, welches mit der Schneckenwelle 16 kämmt, wobei die Schneckenwelle 16 direkt von dem Rotor 19 des Stellmotors 9 angetrieben wird. Auch hierbei ist es möglich, dass das Schneckenrad 15 an dem Hebel 3 fixiert oder einstückig mit diesem ausgeführt ist.
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7 zeigt noch einmal den freigestellten Hebel 13, mit seiner Rotationsachse 12. Das Schneckenrad 15 ist jeweils so mit dem Hebel 13 verbunden, dass eine Drehung des Schneckenrads 15 eine Drehung des Hebels 13 um die Rotationsachse 12 bewirkt. Durch den Abstand zu dem Hebellager 18 ergibt sich eine Hebelwirkung, durch die die Bedieneinheit 1 mittels der Neigungsmechanik 10 schwenkbar und damit höhenverstellbar ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Hebel 13 als Bügel ausgebildet, wodurch eine verbesserte Lagerung des Hebels 13 erreichbar ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass der Hebel lediglich aus dem in der Abbildung vorderen plattenartigen Element des Hebels 13 gebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedieneinheit
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Steer-By-Wire-System
- 4
- Auszugsvorrichtung
- 5
- Führungsrohr
- 6
- Auszugsrohr
- 7
- Lenkmittel
- 8
- Motor
- 9
- Stellmotor
- 10
- Neigungsmechanik
- 11
- Neigungswinkel
- 12
- Rotationsachse
- 13
- Hebel
- 14
- Schneckengetriebe
- 15
- Schneckenrad
- 16
- Schneckenwelle
- 17
- Bewegungsbahn
- 18
- Drehlager
- 19
- Rotor
- 20
- Rotationsachse
- 21
- Drehlager
- 22
- Rotationsachse
- 23
- Rahmen
- 24
- Rotationsachse
- 25
- Rotationsachse
- 26
- Auszugsträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224602 A1 [0004]
- DE 102018212696 B3 [0005]
- DE 102018122767 A1 [0006]
- DE 201910212255 [0006]
- DE 102019132279 [0006]
