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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Sicherheitslenksäulen sind
im heutigen Kraftfahrzeugbau weit verbreitet und schützen einen Fahrer
des Kraftfahrzeugs bei einem Unfall, indem sie aktiv oder passiv
aus einem Gefahrenraum des Fahrzeugs heraus bewegt werden. Bei einer
aktiven Sicherheitslenksäule
wird diese Bewegung selbsttätig
ausgeführt,
so dass es im Normalfall nicht zu einem Aufprall des Fahrers auf
eine an einem oberen Ende der Lenksäule angeordneten Lenkhandhabe kommt.
Bei einer passiven Sicherheitslenksäule kann diese beim Überschreiten
einer vordefinierten Kraft aus dem Gefahrenbereich bewegt werden,
beispielsweise indem ein oberes Lenksäulenteil gegen ein unteres
Lenksäulenteil
axial verschiebbar gelagert ist.
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Aus
der
DE 101 30 908
A1 ist eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Diese weist eine teleskopierbare Lenkspindel auf, welche aus einem
oberen und einem unteren Spindelteil besteht und in einem Mantelrohr
mittels eines oberen Lagers, welches das obere Spindelteil am Mantelrohr abstützt, und
eines unteren Lagers, welches das untere Spindelteil am Mantelrohr
abstützt,
drehbar gelagert ist. Ebenso wie die Lenkspindel ist auch das Mantelrohr
teleskopierbar ausgebildet und weist ein lenkradnahes oberes Rohrteil
und ein lenkradfernes unteres Rohrteil auf. Sowohl die Spindelteile
als auch die Rohrteile des Mantelrohrs sind ineinander ge steckt
und oberhalb einer axialen Auslösekraft
relativ zu einander verschiebbar. Das untere Lager ist dabei als
Festlager ausgebildet, während
das obere Lager als Loslager ausgebildet ist. Eine Verschiebung
der beiden Spindelteile bzw. der beiden Rohrteile erfolgt grundsätzlich erst
beim Überschreiten
der axialen Auslösekraft,
d.h. beispielsweise im Crashfall. Um die Lenksäule axial zu verstellen und
damit an individuelle Bedürfnisse
eines Fahrers anzupassen, wird diese komplett, d.h. mit oberem und
unterem Spindel- bzw. Mantelrohr, entlang einer Führung verstellt.
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Aus
der
DE 19 66 981 A1 ist
eine Sicherheitslenkung, bestehend aus einer teleskopisch beide
Teile von Lenkwellen verbindenden Hülse bekannt. Die Hülse ist
dabei mit einem Teil der Lenkwellen einstückig ausgebildet und nach dem Überwinden
eines durch Abscheren von Bolzen bedingten axialen Anfangswiderstandes
durch Verformung der Hülse
in den anderen Teil der Lenkwelle einschiebbar, wobei die Verformung
mittels eines am anderen Teil der Lenkwellen vorhandenen Elementes
erfolgt. Hierbei ist die Hülse über das
Element bzw. den Verformungsbereich hinaus verlängert ausgebildet und zusätzlich weist
die Lenkwelle umschließend
an ihrem freien Ende ein sich auf der Lenkwelle abstützendes
Lager auf. Die beiden Teile der Lenkwelle sind so bei der gesamten
Verschiebung exakt geführt,
so dass ihre Ausrichtung erhalten bleibt, während die Energieabsorption
durch Materialabtragung oder Materialverdrängung stattfindet.
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Aus
der
DE 19 47 892 A1 ist
eine zusammenschiebbare Lenksäule
bekannt. Diese weist koaxiale, teleskopartig angeordnete Elemente
auf sowie formschlüssige,
durch Abscheren beim Auftreten einer entsprechend großen axialen
Last zerstörbare Kupplungselemente
zur Verbindung der koaxialen Elemente. Desweiteren sind Mittel vorgesehen, durch
welche während
der teleskopartigen Zusammenschiebbewegung diese Elemente eine bleibende Verformung
eines Elementes aufgrund der hierzu axialen Relativbewegung des
anderen Elementes unter Energievernichtung bewirkbar ist.
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Aus
der
DE 198 03 200
A1 ist eine Fahrzeuglenksäule bekannt, die eine längliche
innere Welle oder ein entsprechendes Rohr aufweist, die bzw. das durch
Schrägkugellager
in einem äußeren Rohr
abgestützt
ist. Um Systemtoleranzen in der Anordnung der Lenksäule aufzunehmen
und um die Lager mit einer minimalen Vorbelastung zu belasten, ist
ein Teilmechanismus zwischen einem Joch und der inneren Welle oder
dem inneren Rohr benachbart zu einem der Lager vorgesehen. Der Keilmechanismus
hat zwei Keilflächen,
welche in einer gemeinsamen Ebene nicht unter rechten Winkeln gegenüber der
Längsachse
des inneren Gliedes geneigt sind und jeweils eine gebogene Reihe
von sich radial erstreckenden Zähnen
besitzen. Um die Lager vorzubelasten wird der Keilmechanismus in
einer expandierten Stellung verrastet oder versperrt.
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Die
US 6,019,391 A zeigt
eine Lenksäule
mit einer lösbaren
Arretiervorrichtung, die zwischen einer Komfortstellung zur Lenksäuleneinstellung
und einer Crashstellung aus der erst nach Überwinden einer Halterkraft
eine Verschiebung der Lenksäule möglich ist,
verstellbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Sicherheitslenksäule
eingangs erwähnter
Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, welche neben einer gesteigerten Funktionalität gleichzeitig
einen geringeren Bauraumbedarf aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug
mit einer teleskopierbaren Lenkspindel, eine Arretiervorrichtung
vorzusehen, welche eine lösbare
Komfortverriegelung, die ein Schalten der Arretiervorrichtung zwischen
einer Komfortstellung und einer Crashstellung erlaubt, und eine
Crashauslösung
verwirklicht. Daher ermöglicht
die Komfortstellung eine teleskopartige Verstellung der Lenkspindeln,
während
die Crashstellung besagte Teleskopierbarkeit bis zu einer vorbestimmten
Haltekraft sperrt und so die Crashauslösung realisiert.
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Die
teleskopierbare Lenkspindel besteht dabei aus einem lenkradnahen
oberen Spindelteil und aus einem lenkradfernen unteren Spindelteil
und ist in einem Mantelrohr mittels eines lenkradnahen oberen Lagers,
welches das obere Spindelteil am Mantelrohr abstützt, und eines lenkradfernen
unteren Lagers, welches das untere Spindelteil am Mantelrohr abstützt, drehbar
gelagert. Ebenso wie die Lenkspindel weist auch das Mantelrohr ein
lenkradnahes oberes Teil und ein lenkradfernes unteres Teil auf,
wobei sowohl die beiden Spindelteile als auch die beiden Rohrteile
des Mantelrohrs im Bereich eines Schiebesitzes ineinander gesteckt
sind.
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Die
beiden Rohrteile sind mittels der lösbaren Arretiervorrichtung
fixierbar, während
die beiden Spindelteile immer frei teleskopierbar sind. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung wirkt die lösbare
Arretiervorrichtung lediglich auf das lenkradnahe Rohrteil des Mantelrohrs,
wogegen die Teile der Lenkspindel stets leichtgängig gegeneinander verschiebbar gelagert
sind. Diese Lösung
bietet insbesondere konstruktive Vorteile, da zum Überführen der
Sicherheitslenksäule
von der Komfortstellung in die Crashstellung lediglich das lenkradnahe
Rohrteil des Mantelrohrs arretiert werden muss. Die Fixierung des lenkradnahen
Rohrteils erfolgt beispielsweise an einem Schlitten, der oberhalb
einer Auslösekraft
koaxial zur Sicherheitslenksäule
relativ zu einem fahrzeugfesten Bauteil verstellbar ist.
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Die
vorstehend erwähnte
Arretiervorrichtung ermöglicht
durch die Komfortverriegelung das Verstellen der Komfortstellung
und der Crashstellung. Durch Lösen
der Komfortverriegelung wird die Komfortstellung eingestellt, in
der die beiden Spindelteile und die beiden Rohrteile leichtgängig relativ
zueinander teleskopartig verschiebbar sind. Bei geschlossener Komfortverriegelung
liegt die Crashstellung vor, in der zur Verschiebung der beiden
Spindelteile und der beiden Rohrteile relativ zueinander eine definierte
Haltekraft überwunden
werden muss.
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Die
Erfindung kombiniert somit zwei Funktionen, nämlich die Verstellfunktion
und die Crashfunktion, in dem beschriebenen Konzept. Während durch ein
Lösen der
Arretiervorrichtung die Lenksäule
einfach und leichtgängig
an Bedürfnisse
unterschiedlicher Fahrer anpassbar ist, wird durch ein Fixieren
der Arretiervorrichtung eine Sicherheitslenksäule geschaffen, die beim Überwinden
der Haltekraft, beispielsweise einer Aufprallkraft bei einem Verkehrsunfall,
energieabsorbierend verstellbar ist. Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen Konzept
ein Bauraumbedarf deutlich reduziert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung sind
in der Komfortstellung die beiden Spindelteile und die beiden Rohrteile
längs eines
definierten Einstellweges axial gegeneinander verstellbar. Der definierte
Einstellweg garantiert eine Anpassung der Sicherheitslenksäule bzw.
eine Anpassung einer an einem oberen Ende der Sicherheitslenksäule angeordneten
Lenkhandhabe an biometrische Daten eines Fahrers, wie beispielsweise
eines Körperumfangs
und/oder einer Armlänge.
Hierdurch wird erreicht, dass die Lenkhandhabe optimal an unterschiedliche
Bedürfnisse des
Fahrers anpassbar ist und dadurch der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit
gesteigert werden können.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind in der Crashstellung nach Überwinden der Haltekraft die
beiden Spindelteile und die beiden Rohrteile längs eines definierten Crashweges,
welcher größer als
der definierte Einstellweg ist, axial gegeneinander verstellbar.
Im Crashfall kann somit sicher gestellt werden, dass beim Überwinden
der Haltekraft, welche üblicherweise
größer als
eine axiale Missbrauchskraft ist, die Lenksäule so teleskopartig zusammenschiebbar
ist, dass ein Verletzungsrisiko durch einen Auf prall des Fahrers
auf die Lenkhandhabe deutlich reduziert werden kann. Die zum Überführen der
Sicherheitslenksäule
in die Crashstellung erforderliche Haltekraft kann dabei beispielsweise
durch ein Abscheren von Halteelementen geschaffen werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine Ansicht auf eine
erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule,
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2 einen Längsschnitt
durch eine Sicherheitslenksäule,
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3 eine Ausführungsvariante
eines unteren Lagers,
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4 eine Ausführungsvariante
eines oberen Lagers.
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Entsprechend 1 weist eine Sicherheitslenksäule 1 eine
teleskopierbare Lenkspindel 2 auf, welche aus einem lenkradnahen
oberen Spindelteil 3 und aus einem lenkradfernen unteren
Spindelteil 4 besteht. Die Lenkspindel 2 dient
zur Übertragung
von Lenkkräften
zwischen einer nicht gezeigten, mit dem oberen Spindelteil 3 verbundenen
Lenkhandhabe und einer ebenfalls nicht gezeigten, mit dem unteren Spindelteil 4 verbundenen
Fahrzeuglenkung. Die Lenkspindel 2 ist in einem Mantelrohr 5 mittels
eines lenkradnahen oberen Lagers 6, welches das obere Spindelteil 3 am
Mantelrohr 5 abstützt,
und eines lenkradfernen unteren Lagers 7, welches das untere Spindelteil 4 am
Mantelrohr 5 abstützt,
drehbar gelagert. Das Mantelrohr 5 dient dabei im wesentlichen zur
Lagerung der Lenkspindel 2 und ist zu diesem Zweck mit
einem entsprechenden, nicht dargestellten Anschlussteil an einem
nicht gezeigten fahrzeugfesten Teil befestigt.
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Ähnlich der
Lenkspindel 2 weist das Mantelrohr 5 einen zweiteiligen
Aufbau auf, nämlich
ein lenkradnahes oberes Rohrteil 8 und ein lenkradfernes
unteres Rohrteil 9, wobei beide Rohrteile 8 und 9 jeweils
an einem fahrzeugfesten Teil angebracht sind.
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Sowohl
die beiden Spindelteile 3 und 4 als auch die beiden
Rohrteile 8 und 9 sind in einem Bereich eines
Schiebesitzes 10, vorzugsweise in einem mittleren Bereich,
ineinander gesteckt. Erfindungsgemäß ist eine nur schematisch
gezeigte lösbare
Arretiervorrichtung 11 vorgesehen, welche zwischen einer
Komfortstellung und einer Crashstellung verstellbar ist. In der
Komfortstellung sind die beiden Spindelteile 3 und 4 sowie
die beiden Rohrteile 8 und 9 leichtgängig relativ
zueinander teleskopartig verschiebbar, während in der Crashstellung
zur Verschiebung der beiden Spindelteile 3 und 4 sowie
der beiden Rohrteile 8 und 9 relativ zueinander
zunächst eine
Haltekraft überwunden
werden muss. Die Haltekraft ist dabei so dimensioniert, dass sie
im Crashfall, z.B. durch einen Fahreraufprall auf die Lenkhandhabe, überschritten
wird, und dadurch die Lenkspindel 2 in ihrer Länge verkürzt und
zugleich Aufprallenergie absorbiert wird. Eine Realisierung der
Haltekraft kann beispielsweise über
eine Reibschlussverbindung mit definierter Haftreibekraft oder über eine Scherverbindung
mit vordefinierter Abscherkraft erreicht werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung bietet
somit den Vorteil, dass mit der Sicherheitslenksäule 1 sowohl eine
Anpassung an individuelle biometrische Fahrerdaten, als auch eine
energieabsorbierende Wirkung bei einem Fahrzeugcrash erreicht werden kann.
Um die Sicherheitslenksäule 1 beispielsweise an
eine Armlänge
des Fahrers anzupassen, wird die Arretiervorrichtung 11 gelöst und somit
die Lenkspindel 2 leichtgängig zusammenschiebbar bzw.
ausziehbar. Ist die für
den Fahrer optimale Stellung erreicht, wird die Arretiervorrichtung 11 in
die arretierende Stellung (Crashstellung) überführt und dadurch ein Verstellen
der Lenkspindel 2 bis zur Höhe von üblichen Missbrauchskräften verhindert.
Bei im wesentlichen axial auf die Lenkspindel 2 einwirkenden
Kräften,
welche größer als
die Missbrauchskraft und größer als
die Haltekraft sind, kann die Lenkspindel 2 bzw. die Sicherheitslenksäule 1 um
einen vordefinierten Crashweg zusammengeschoben werden.
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Der
Crashweg, welcher ein maximal mögliches
gegeneinander Verschieben der beiden Spindelteile 3 und 4 bzw.
der beiden Rohrteile 8 und 9 definiert, ist dabei
größer als
ein definierter Einstellweg, welcher bei gelöster Arretiervorrichtung 11,
d.h. in der Komfortstellung, einen maximalen Weg des axialen Ineinanderschiebens
der beiden Spindelteile 3 und 4 sowie der beiden
Rohrteile 8 und 9 kennzeichnet.
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Denkbar
ist, dass die Arretiervorrichtung 11 beispielsweise als
lösbare
Klemmvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Klemmwirkung nur bei
arretierter Arretiervorrichtung 11, d.h. in deren Crashstellung, auftritt. Über die
Klemmwirkung der arretierten Arretiervorrichtung 11 lässt sich
beispielsweise die Haltekraft definieren, welche im Crashfall zum
Zusammenschieben der beiden Spindelteile 3 und 4 bzw.
der beiden Rohrteile 8 und 9 erforderlich ist.
Desweiteren sind aber auch andere Ausgestaltungsformen denkbar,
wie beispielsweise eine Arretiervorrichtung 11 mit verstellbaren
Stiften, welche beim Überwinden der
Haltekraft abscheren.
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Gemäß den 1 und 2 ist der Schiebesitz 10 zwischen
dem oberen Lager 6 und dem unteren Lager 7 angeordnet.
Wobei die Arretiervorrichtung 11 anders als in den 1 und 2 dargestellt, auch lenkradnah beispielsweise über ein „By-Wire-Konzept" realisiert werden
kann.
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Desweiteren
müssen
sowohl das untere Lager 7 als auch das obere Lager 6 als
sogenanntes Festlager ausgebildet sein. Als Lagerarten kommen beispielsweise
ein Rillenkugellager, ein Drei-/Vierpunktlager oder ein doppelreihiges
Schrägkugellager in
Betracht. Allen genannten Festlagern ist gemein, dass diese auf
der Lenkspindel 2 und im oberen Rohrteil 8 des
Mantelrohrs 5 axial reib- und/oder formschlüssig mit
geeigneten Lagerungssicherungselementen festgesetzt werden. Dadurch
werden beide Lenkspindelteile 3 und 4 fest gelagert
und sind über
den Schiebesitz 10 miteinander verbunden. Das obere, lenkradnahe
Lager 6 ist dabei maximal spielfrei, um die Spiel- und
Steifigkeitsanforderungen an der Lenkhandhabe zu erfüllen. Generell
kommen hierfür
alle Lagerarten mit geringer Lagerluft in Betracht.
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Das
untere Lager 7 kann dem gegenüber mit mehr Lagerluft/Lagerspiel
ausgeführt
werden, wodurch eine Winkelabweichung der Lenkspindel 2 bzw.
des unteren Lenkspindelteils 4 am unteren Lager 7 ausgeglichen
sowie ein minimales Reibmoment eingestellt werden kann, da die Wirkung
auf die Steifigkeit an der Lenkhandhabe durch den Schiebesitz 10 entkoppelt
ist. Hierzu kann vorgesehen sein, das untere Lager 7 elastisch
aufzuhängen.
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Die
Ausführung
einer axial geteilten Lenkspindel 2 mit zwei Festlagern 6 und 7 bietet
den Vorteil, dass die Lagerstellen 6 und 7 voneinander
entkoppelt sind, und damit funktional voneinander getrennt werden
können.
Das obere Lager 6 übernimmt dabei
alle Anforderungen, welche die Lenkspindel 2 ideal steif
anbinden, während
das untere Lager 7 die gegenteiligen Anforderungen übernimmt,
nämlich
die Lenkspindel 2 rota torisch ideal reibungsfrei drehbar zu
lagern. Zudem gleicht das untere Lager 7 fertigungsbedingte
Winkelabweichungen der Lenkspindel 2 aus. Eine zusätzliche
Abstützung
der Lenkspindel 2 im Bereich des Schiebesitzes 10 ist
durch die erfindungsgemäße Anordnung über zwei
Festlager 6 und 7 entbehrlich.
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Entsprechend 3 ist eine Ausführungsvariante
für ein
unteres Lager 7 in Form eines Rillenkugellagers gezeigt. Über ein
solches Rillenkugellager ist das untere Spindelteil 4 drehbar
am unteren Rohrteil 9 gelagert. Zur möglichst reibungsfreien Lagerung
stützt
sich das untere Spindelteil 4 mit einem inneren Ring 13 über eine
nicht zentrisch geschnitten dargestellte Kugel 14 an einem äußeren Ring 12 des Rillenkugellagers
und damit an dem unteren Rohrteil 9 bzw. dem Mantelrohr 5 ab.
Zwischen dem inneren Ring 13 und dem äußeren Ring 12 ist
ein einseitig geschlossener Kugelkäfig 15 vorgesehen,
welcher die einzelnen Kugeln 14 des Rillenkugellagers weitgehend
umgreift und dadurch die einzelnen Kugeln 14 in Umfangsrichtung
des Rillenkugellagers exakt positioniert. Gleichzeitig gewährleistet
der Kugelkäfig 15, dass
die Kugeln 14 nicht aus den Rillen des inneren Rings 13 bzw.
des äußeren Rings 12 gleiten
können. Das
dargestellte Rillenkugellager wird zudem über ein nicht näher bezeichnetes
Lagerungssicherungselement gehalten, so dass eine axiale reib- und/oder formschlüssige Lagerung
der Lenkspindel 2 erreicht wird.
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Gemäß 4 ist eine Ausführungsvariante des
oberen Lagers 6 dargestellt, welches hier als Gleitlager
ausgeführt
ist. Derartige Gleitlager können beispielsweise
mit Gleitlagerkörper
aus Kunststoff ausgebildet sein, wodurch eine besonders langlebige und
verschleißarme
Bauweise erreicht wird. Neben einer Aufnahmemöglichkeit für radiale Kräfte ist
das obere Lager 6 gemäß 4 ebenso wie das untere Lager 7 gemäß 3 zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt
charakterisieren:
Die Erfindung sieht für eine Sicherheitslenksäule 1 eines
Kraftfahrzeugs eine teleskopierbare Lenkspindel 2 vor,
welche aus einem oberen Spindelteil 3 und einem unteren
Spindelteil 4 besteht und in einem jeweils zugehörigen Rohrteil 8 bzw. 9 eines
Mantelrohres 5 drehbar gelagert ist. Im Bereich eines Schiebesitzes 10 sind
beide Spindelteile 3, 4 und beide Rohrteile 8, 9 ineinander
gesteckt. Des weiteren ist eine lösbare Arretiervorrichtung 11 vorgesehen,
welche zwischen einer Komfortstellung und einer Crashstellung verstellbar
ist. In der Komfortstellung lassen sich die beiden Spindelteile 3, 4 bzw.
die beiden Rohrteile 8, 9 leichtgängig relativ
zueinander verschieben, wogegen in einer Crashstellung zur Verschiebung
der beiden Spindelteile 3, 4 und der beiden Rohrteile 8, 9 zunächst eine
Haltekraft überwunden
werden muss, die zweckmäßig nur
zwischen dem lenkradnahen Rohrteil 8 und einem fahrzeugfesten
Teil wirkt, während
die Spindelteile 3, 4 an sich immer frei zueinander
verstellbar sind.
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Durch
das erfindungsgemäße Konzept
lassen sich mehrere Vorteile realisieren:
Durch die lösbare Arretiervorrichtung 11 ist
es möglich,
die Funktionalität
im Vergleich zu herkömmlichen
Sicherheitslenksäulen
deutlich zu steigern. Darüber
hinaus erfordert die erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule 1 deutlich
weniger Bauraum, was aufgrund der beengten Platzverhältnisse
im heutigen Kraftfahrzeugbau besonders wertvoll ist. Durch die Ausbildung
der beiden Lager 6 und 7 als Festlager mit dazwischen
angeordnetem Schiebesitz, ist es zudem möglich, die Lagerstellen voneinander
zu entkoppeln und damit den Lagern 6 und 7 unterschiedliche
Funktionen zuzuteilen. Eine Abstützung
der Lenkspindel 2 in der Mitte ist darüber hinaus nicht nötig.