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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbesserungen der Lenkmechanismen
von Automobilen, im Speziellen mit dem Ziel der Problemlösung des
mechanischen Designs und der Justierung der Gehäuseelemente, das die zahlreichen
Komponenten des Lenkmechanismus aufnimmt, und speziell auf einen
Lenkungsmechanismus bzw. ein Lenksystem der Art, wie es in der Einleitung
des Anspruchs 1 definiert ist.
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Ein
Lenkungsmechanismus dieser Art ist in EP-A-0 005 322 veröffentlicht.
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Herkömmliche
Gehäuse
von Lenkungsmechanismen werden aus Aluminiumguss oder anderen Materialien
hergestellt. Ein Ventilgehäuse
besteht im Allgemeinen aus Eisenguss und wird auch für die Servolenkung
verwendet. Die Herstellung dieser Komponenten ist von verschiedenen
Problemen begleitet. Komplexe und präzise Verfahren sind für die Montage
und Justierung eines Ventilgehäuses
aus Eisenguss mit einem Lenkgehäuse
aus Aluminiumguss erforderlich, um die korrekte Winkelposition der Komponenten
des Lenksystems sicher zu stellen.
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Ein
Grund, warum es schwierig ist, richtige Justierung bei herkömmlichen
Lenkgehäusen,
welche aus Gussmaterial bestehen, zu erreichen, ist, dass es zwei
Unter-Baugruppen gibt, die justiert werden müssen:
- – die Zahnstange
und ihr Gehäuse
- – das
Ritzel, das Ventilsystem und ihre Gehäuse.
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Die
Gehäuseteile
müssen
in der richtigen Winkeljustierung sein, um gute Funktionseigenschaften
des Lenksystems zu erreichen, speziell des Lenkgestänges.
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Die
Justierungsprozeduren können
verschiedene Winkeljustierungen, abhängig von der besonderen verwendeten
Variante des Lenksystems, erfordern und machen den Gebrauch von
verschiedenen Gussformen zur Herstellung der Elemente des Lenkgehäuses und
zum Adaptieren des Ventilgehäuses der
Servolenkung notwendig. Für
jede Situation ist eine spezielle Winkeljustierung der Lenksäule (Ritzelzapfen
bzw. -welle) zum Zahnstangengehäuse notwendig,
damit das Lenksystem richtig arbeiten kann.
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Ein
anderes Problem, das bei Lenksystemen auftritt, ist das unerwünschte Geräusch, welches durch
exzessives Reibungsspiel zwischen der Zahnung des Ritzels und der
Zahnung der Zahnstange erzeugt wird. Dieses Geräusch ist sowohl ein Problem
in kraftunterstützten
Lenksystemen als auch in manuellen Systemen. In einigen Fällen wird
die Vibration durch die Elastizität im Lenksystem absorbiert. Andernfalls
muss es auf akzeptierbare Grenzen verringert werden, um Geräusch zu
verhindern, welches vom Fahrer inakzeptabel ist und fehlerhafte
Funktion der beteiligten Komponenten anzeigt.
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Das
Geräuschproblem
kann durch die falsche Justierung der geformten Öffnungen im Gehäuse bedingt
sein, aber die Hauptursache des Geräusches im Lenksystem sind axiale
Spannungen in den Fugen zwischen dem Gehäuse und dem Chassis, wobei
die Spannungen eine Kraftkomponente senkrecht auf die Zahnstange
ausüben
und die Zahnstange vom Ritzel entfernen, dabei gegen die Mittel
arbeiten, die im Lenksystem integriert sind und dazu bestimmt sind,
die relative Position von Zahnstange und Ritzel zu regeln.
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Die
besagten axialen Spannungen wirken auch axial auf die Zahnstange,
wobei die Zahnstange im Allgemeinen mit wieder lösbaren Stützmitteln an einem Endlager
im Lenkgehäuse
montiert ist, womit zusätzlich
zur Komponente der besagten Spannungen, welche senkrecht auf die
Zahnstange wirken, die axialen Spannungen eine unerwünschte axiale Bewegung
der Zahnstange verursachen, welche den korrekten Eingriff von Zahnstange
und Ritzel stört, wodurch
die Verzahnungen dazu neigen, sich voneinander zu entfernen, wobei,
wenn dieses Separieren sich verringert, die Zahnstange in ihre ursprüngliche
Position zurückkehrt.
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Das
Ergebnis sind Geräusche
in einer Intensität
und Frequenz, die direkt von der Intensität der oben erwähnten axialen
Spannungen abhängen.
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Die
herkömmlichen
Mittel, welche die Automobilhersteller benutzen, um diesen Nachteilen
in Lenkgestängen
gerecht zu werden, ist die Verwendung von hochpräzisen Gussformen zur Herstellung der
Gehäuse,
um die korrekte Justierung der Lenkungskomponenten zu erreichen.
Das Konzept ist, dass substantielle Verbesserung der Funktion aus
einer Verbesserung solcher Justierung resultiert. Zusätzlich ist
die bekannte Technik des Vorsehens spezieller Justiermittel, welche
regelmäßig die
Position der Zahnstange korrigieren, verwendet worden. Im Allgemeinen
besteht ein solcher Mechanismus aus einem manuell einstellbaren
Axiallager, welches elastisch entgegen der Richtung der axialen
Spannungen gedrängt
wird. Diese Mechanismen arbeiten gut, aber wenn sie überjustiert
werden (was immer möglich
ist), ist das Ergebnis, dass die Zahnstange nicht wieder passend
(in das Ritzel) eingreift, was für den
Mechanismus schädlich
ist, weil die Wiedereingriffs-Kraft zu groß oder zu klein ist, entweder
momentan (dynamisch) oder ständig.
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US-A-3
788 159 veröffentlicht
eine Lenkanordnung mit Zahnstange und Ritzel, worin eine flache Blattfeder
verwendet wird, um das Ritzel radial gegen die Zahnstange vorzuspannen.
Die Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung ist es, einen verbesserten Lenkmechanismus des oben erwähnten Typs
vorzustellen, welcher in der Lage ist, die zuvor beschriebenen Probleme
zu lösen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe
durch den Lenkmechanismus gelöst,
wie er in Anspruch 1 definiert ist.
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Entsprechend
der Erfindung sind Mittel für die
automatische und genaue Positionierung des Ritzels in richtigem
Eingriff mit der Zahnstange vorgesehen, als Antwort auf die Verschiebung
der Zahnstange durch die Komponenten der vorher beschriebenen axialen
Spannungen. Diese automatischen Positionierungsmittel sind im Gehäuseelement
angeordnet, in dem das Ritzel sitzt und weisen ein elastisches Organ
auf (z. B. Feder, ringförmiges
elastisches Stück
oder elastisches zylindrisches Stück), welches das Ritzel des
Lenkgestänges
(wobei das Ritzel konisch oder zylindrisch sein kann) in den richtigen
Eingriff mit der Zahnstange zwingt, wenn die Zahnstange sich vom
Ritzel durch Spannungskomponenten, erzeugt durch die oben beschriebenen
axialen Spannungen, entfernt.
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Entsprechend
einer ersten Realisierung der selbsttätigen Positionierungsmittel
werden die besagten Mittel in die direkte Nachbarschaft und in Zusammenarbeit
mit einem konischen Ritzel montiert, welches am Ende der Lenksäule angeordnet
ist. Die Zahnung des besagten Ritzels korrespondiert mit der Zahnstange
und erzeugt per se keine Art von verstärkter Vorspannung gegen die
Zahnstange. Die Zahnstange erhält
zusätzliche
Unterstützung
innerhalb des vorgeschlagenen Gehäuseelements durch Anordnung
eines zweiten Führungslagers
(Zapfenlager), welches die Zahnstange in besagtem Gehäuseelement
ausgerichtet hält,
um sich unerwünschter Bewegung
durch die Wirkung der oben beschriebenen axialen Spannungen entgegen
zu setzen.
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Diese
Mittel zum Beseitigen oder Begrenzen irregulärer Bewegungen der Zahnstange
resultieren in einer erheblichen Verringerung des unerwünschten
Geräusches,
das in herkömmlichen
Lenkgestängen üblich ist.
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Entsprechend
einer anderen Realisierung der automatischen Positionierungsmittel
zur Regelung des Eingriffs des Ritzels mit der Zahnstange werden
im Allgemeinen zylindrische gummielastische Stücke mit exzentrischen Öffnungen
zum Unterstützen
des Ritzels (wobei das Ritzel konisch oder zylindrisch sein kann)
mit metallischen, elastischen Organen, welche einen axialen Druck
ausüben,
kombiniert, wodurch das Ritzel elastisch in Richtung auf die Zahnstange
vorbelastet wird.
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Die
Erfindung kann besser verstanden werden mit Hilfe der bevorzugten
Ausführungsbeispiele, welche
weiter unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden.
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1 ist ein teilweiser Längsschnitt
innerhalb einer Draufsicht eines Lenkgestänges, welches einige der Verbesserungen
gemäß der Erfindung
einschließt;
im Speziellen Verbesserungen bezogen auf die Mittel zur automatischen
Positionierung der Komponenten, die am Eingriff von Zahnstange und
Ritzel in besagtem Lenkgestänge
beteiligt sind;
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2 ist eine schematische
perspektivische Ansicht eines bevorzugten Lenkgestänge-Gehäuses;
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3 ist eine perspektivische
Ansicht der röhrenförmigen Elemente,
aus denen das Gehäuse besteht
und zeigt die Teile mit eingeschnittenen, geformten Öffnungen
in der Art, dass die besagten Elemente im geforderten Winkel miteinander
montiert werden können;
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4 ist ein transversaler
Schnitt des Lenkgestänges
aus 1, entlang der Achse
4-4 und zeigt in Einzelheiten der ersten exemplarischen Realisierung
die Mittel der automatischen Positionierung der Komponenten, die
am Eingriff von Zahnstange und konischem Ritzel beteiligt sind,
als Antwort auf axiale Spannungen am Steuermechanismus eines Fahrzeugs
(d. h. automatische Positionierung des Ritzels in Eingriff mit der
Zahnstange);
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5 illustriert in einer zweiten
exemplarischen Realisierung die Mittel einer solchen automatischen
Positionierung; entsprechend der Erfindung;
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6 illustriert in einer dritten
exemplarischen Realisierung die Mittel einer solchen automatischen
Positionierung, angewendet für
den Eingriff einer herkömmlichen
Zahnstange mit einem zylindrischen Ritzel mit schraubenförmiger Zahnung;
und
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7 illustriert in einer dritten
exemplarischen Realisierung die Mittel einer solchen automatischen
Positionierung, entsprechend der Erfindung; wiederum angewendet
für den
Eingriff einer Zahnstange mit einem zylindrischen Ritzel mit schraubenförmiger Zahnung.
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1 ist die Abbildung eines
Lenkgestänges für ein Kraftfahrzeug,
welche die erfinderischen Verbesserungen aufweist: das Gehäuse 1 ist
ein Lenkgestänge-Gehäuse, ähnlich dem
bekannter Gehäuse von
Lenkmechanismen, und ist dazu bestimmt, verschiedene Lenkgestänge-Komponenten,
einschließlich
einer Zahnstange 2 und einem Ritzel 3, unterzubringen.
Das Ritzel 3 ist an der Lenksäule c montiert. Die Zahnstange
wird mittels eines Kissen- bzw. Zapfenlagers (Laufbuchse) 2' gestützt, angeordnet
am distalen Ende der Zahnstange.
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Das
Gehäuse 1 weist
zwei rohrförmige
Elemente (1', 1'') auf, detaillierter gezeigt in 2 und 3. Beide Elemente (1', 1'') sind bevorzugt Stahlrohre, aber
alternativ kann das Element 1', welches als Gehäuseelement
für die
Zahnstange 2 dient, ein Stahlrohr sein und das Element 1'', das als Gehäuseelement für das Ritzel 3 dient,
ein Stahlgussrohr sein.
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Die
rohrförmigen
Elemente 1' und 1'', die das Gehäuse 1 aufweist, sind über ihre
gesamte Länge leicht
bearbeitbar. Diese Eigenschaft erlaubt präzise Bearbeitung, um Schultern,
Sitze und ähnliche
Strukturen im Inneren zu erzeugen, um die Montage der Zahnstange 2 und
des Ritzels 3 zu ermöglichen
und die Anwendung von Klammern, Trägern und anderer Montage-Hardware 4 zur
Montage des Lenkungsgehäuses
am Fahrzeugchassis zu ermöglichen.
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Die
beiden Rohre (1', 1'') werden mit Hilfe von geformten Öffnungen
(5', 5''), die in die entsprechenden Rohrwände (1', 1'') geschnitten sind, miteinander
verbunden. Der Umfang der jeweiligen Öffnungen ist in der Weise komplementär, dass
geeignete Unterstützung
vorgesehen ist, wenn die Rohre in einer übereinander liegenden, gekreuzten
Anordnung miteinander verbunden werden; in der vorher beschriebenen
Winkeljustierung der Lenkgestänge-Komponenten, die
aus dem geforderten Eingriff von Zahnstange und Ritzel resultiert.
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Die
geformte Öffnung 5' im Element 1'' ist kleiner als die geformte Öffnung 5 im
Element 1',
wobei, wenn die Rohre in der geforderten übereinander liegenden Position
angeordnet sind, der Randbereich um die Öffnung 5' eine Stütze für das Element 1'' erzeugt (4), was das Ausrichten der Elemente (1', 1'') in die relative Winkelposition
und das nachfolgende Schweißen
oder Löten
erleichtert. Diese Methode des Verbindens der beiden Elemente (1', 1'') erlaubt Variationen im Winkel,
abhängig
von den Bedürfnissen
der verschiedenen Lenkmechanismen und vermeidet die Schwierigkeiten
in der Justie rung bei gegossenen Elementen. Weiterhin ist diese
Anordnung anpassungsfähiger
von Fahrzeugmodell zu Fahrzeugmodell und von Fahrzeughersteller
zu Fahrzeughersteller. Lenkgestänge-Gehäuse, wie
oben beschrieben, können
für einen
großen
Bereich von Fahrzeugen gefertigt werden, von den gleichen Lagerteilen
und mit den gleichen Werkzeugen (an Stelle einer ganzen Reihe von
verschiedenen Gussformen).
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Für eine Servolenkung,
wenn das rohrförmige
Element 1'' aus Gusseisen
besteht, kann man in ihm bereits eine fertige Struktur 6 zur
Montage des Ventilkomplexes vorsehen, diese Struktur muss geeignet
ausgelegt sein, damit sie ihre Wirkung entfaltet.
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Wie
vorgeschlagen, ermöglicht
ein derart konstruiertes Gehäuse 1 eine
geeignete Justierung der Zahnstange 2 und des Ritzels 3,
zusammen mit Mitteln zur automatischen Positionierung von besagter
Zahnstange 2 und dem Ritzel 3 als Antwort auf axiale
Spannungen, die auf das Gehäuse 1 ausgeübt werden.
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Eine
erste Realisierung der beschriebenen Positionierungsmittel ist in
den 1 und 3 dargestellt. Die Zahnung
des konischen Ritzels 3 korrespondiert mit derjenigen der
Zahnstange 2. Das Ritzel 3 ist im röhrenförmigen Element 1'' des Gehäuses 1 untergebracht.
Der Ritzelzapfen bzw. das Ritzel 7 ist mit der Lenksäule c koaxial
verbunden, es ist rotationsmäßig gelagert
und kann sich nur um einen kleinen Betrag in der axialen Richtung
bewegen auf der einen Seite durch das Distanzstück eines Lagers 8, welches
das Ende des rohrförmigen
Elements 1'' abschließt und auf
der anderen Seite durch ein Wälzlager 9,
das am entgegengesetzten Endbereich des rohrförmigen Elements 1'' montiert ist, welcher Endbereich
durch ein Sicherungsmittel und eine herkömmliche Endkappe verschlossen
ist; gemeinsam bezeichnet mit 10.
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Die
Stützmittel
für das
konische Ritzel 3, gemäß der Erfindung,
schließen
ein elastisches Organ 11 in der Form einer Blattfeder oder
eines elastischen, ringförmigen
Teils ein, wobei das Organ 11 eine kontinuierliche Vorspannung
in der axialen Richtung auf das konische Ritzel 3 ausübt. Aus
diesem Grund ist das elastische Organ 11 montiert zwischen:
- – dem
Wälzlager 9,
das mit der Hilfe des Halterings 12 im Element 1'' angeordnet ist und
- – der
Basis des konischen Ritzels 3.
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Die
Vorspannung, durch das elastische Organ 11 ausgeübt, belastet
das Ritzel 3 ständig
in einen Eingriff mit der Zahnstange 2 und hält dadurch die
richtige Eingriffskraft („Druck") zwischen der Zahnstange 2 und
dem Ritzel 3 im Angesicht des Einflusses von axialen Spannungen
aufrecht, die Entfernen und spontanes Zurückkehren der Zahnstange 2 in
ihre normale Position erzeugen. Dieser Regeleffekt des elastischen
Organs 11 ist in Abstimmung mit der Konizität des Ritzels 3.
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Die
Reibungscharakteristik der Zahnung ist festgelegt durch die Vorspannung
des elastischen Organs auf das Ritzel 3, als Konsequenz
der Konizität
des Ritzels 3. Zur gleichen Zeit wird ein Übermaß an Eingriffskraft
zwischen der Zahnstange 2 und dem Ritzel 3 dadurch
vermieden, dass die resultierende Kraftkomponente, abgeleitet aus
den axialen Spannungen in Zahnstange 2, kompensiert wird.
Ein finales Element einer Anordnung, das mögliche Spannungen auf die Zahnstange 2 aufhebt,
wird durch ein zweites Zapfenlager sichergestellt, welches die Zahnstange
in der Nähe
der Verbindung der beiden rohrförmigen
Elemente (1', 1'') stützt.
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Dieses,
zusammen mit der Konizität
des Ritzels 3, trägt
zur richtigen Funktion des Lenkmechanismus bei.
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5 zeigt eine Variante der
Realisierung der erfinderischen, automatischen Ritzel-Positionierungsmittel,
gezeigt in 4, wobei
eine im Allgemeinen ringförmige
Feder 11' direkt
auf ein am Ende angeordnetes Wälzlager 9' wirkt, welches
auf dem Zapfen 7 des konischen Ritzels 3 angeordnet
ist. Für
den Fall, dass das Ritzel eine leichte axiale Bewegung im rohrförmigen Element 1'' des Gehäuses 1 erfährt, wird
diese Bewegung begrenzt durch einen Haltering 12', welcher in
einem Gewindeschraubteil 14 angeordnet ist, eingeschraubt
in das Innere des rohrförmigen
Elements 1'', wobei das
Einschraubteil 14 auch das elastische Organ 11 umschließt.
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Die
beschriebenen Anordnungen ermöglichen,
dass die Zahnstange 2 unerwünschten Bewegungen widersteht,
wobei unerwünschte
Geräusche im
Lenkmechanismus beseitigt werden.
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Entsprechend
der Lösung,
dargestellt in 6, welche
außerhalb
des Schutzbereichs der gegenwärtigen
Erfindung ist, schließen
die Mittel zur automatischen Positionierung der Komponenten des Lenkgestänges, angeordnet
im beschriebenen Gehäuse 1,
quasi-zylindrische Stücke
aus elastischem Material (15, 15') mit exzentrischen Bohrungen zur Unterstützung des
Zapfens eines zylindrischen Ritzels 3a, welches im Eingriff
mit einer Zahnstange 2 ist, ein. Das elastische Stück 15 ist
im Endbereich des Zapfens 7a angeordnet, dessen Endbereich
mit dem 'blinden' Ende des rohrförmigen Elements 1'' zusammenfällt; das elastische Stück 15' ist um das Wälzlager 9a angeordnet,
womit das Ende des rohrförmigen
Elements 1'', das gegenüber dem
Ende, welches das erste elastische Stück 15 trägt, verschlossen
ist durch einen Haltering und ein herkömmliches Steckteil, wie in
der vorangegangenen Realisierung.
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Spannungen
an oder in der Zahnstange 2, die dazu führen, dass sich die Zahnstange
aus dem Eingriff mit dem Ritzel 3a oder in den Eingriff
mit dem Ritzel 3a bewegt, werden durch die elastischen
Stücke
(15, 15')
dadurch absorbiert, dass die Orientierungen der exzentrischen Öffnungen
in besagten elastischen Stücken
für den
normalen Eingriff des zylindrischen Ritzels 3a mit der
Zahnstange 2 justiert sind und diese vorläufige Orientierung
der elastischen Stücke
den Zapfen 7a des Ritzels 3a elastisch vorspannt.
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Gemäß einer
anderen Realisierung der gegenwärtigen
Erfindung (7) sind die
Positionierungsteile, vorgesehen in den vorausgegangenen Realisierungen,
innerhalb des röhrenförmigen Elements 1'' des Gehäuses 1 kombiniert
angeordnet worden. Elastische, quasi-zylindrische Stücke (15, 15') wirken in
Verbindung mit einer elastischen Blattfeder oder ähnlichem 11' auf den Zapfen 7a des
zylindrischen Ritzels 3a, wodurch den Einflüssen, die zum
Trennen der Zahnstange 2 und des Ritzels 3a führen, entgegen
gewirkt wird; wiederum mit dem Ergebnis, dass unerwünschte Geräusche vermieden werden.
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Es
darf anerkannt werden, dass die beschriebenen Realisierungen es
erlauben, die herkömmlichen
Vorrichtungen zur Regelung des Eingriffs der Komponenten eines Lenkgestänges und
alles Zubehör
zu besagten Regelungs-Vorrichtungen überflüssig zu
machen. Nicht nur Kosten werden verringert, sondern, noch wichtiger,
die unerwünschten Geräusche werden
ausgeschaltet.