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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs umfasst üblicherweise eine Zahnstange, die in Eingriff mit einem Antriebsritzel steht. Um zu gewährleisten, dass die Zahnstange in Eingriff mit dem Antriebsritzel bleibt, ist für gewöhnlich ein in einem Gehäuse verschiebbar gelagertes Druckstück vorgesehen, das die Zahnstange gegen das Antriebsritzel mit einer Kraft beaufschlagt. Da im Fahrbetrieb hohe Kräfte auf die Zahnstange wirken, durch die die Zahnstange verbogen werden kann, wird das Druckstück mitunter durch eine von der Zahnstange in das Druckstück eingeleitete Kraft gegen die Gehäusewand gepresst. Dadurch tritt an der Kontaktfläche zwischen dem Druckstück und dem Gehäuse zeitweilig eine hohe Reibungskraft auf, welche die Beweglichkeit des Druckstücks negativ beeinflusst.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lagerung des Druckstücks in dem Gehäuse zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs zum Andrücken einer Zahnstange an ein Antriebsritzel, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse verschiebbar gelagertes Druckstück mit einer in Kontakt mit dem Gehäuse stehenden Umfangswand aufweist, wobei das Druckstück an seiner Umfangswand mindestens eine zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung aufweist, die eine zwischen Druckstück und Gehäuse angeordnete hohle Kammer begrenzt. Hohl bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Kammer, insbesondere die Vertiefung, unausgefüllt ist. Das heißt, dass keine Dichtelemente, insbesondere keine O-Ringe, oder andere Elemente oder Materialien in der Vertiefung angeordnet sind.
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Durch die mindestens eine Vertiefung ist eine mögliche Kontaktfläche zwischen dem Druckstück und dem Gehäuse reduziert. Dadurch ist eine im Kontaktfall auftretende Reibungskraft, die auf das Druckstück wirkt, reduziert im Vergleich zu einem entsprechenden Druckstück ohne Vertiefungen. Auf diese Weise ist eine Beweglichkeit des Druckstücks verbessert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Vertiefung in Umfangsrichtung durch mindestens eine in Verschieberichtung des Druckstücks verlaufende Rippe unterbrochen. Die Rippe dient zur Versteifung des Druckstücks. Dadurch kann die Vertiefung insgesamt möglichst großflächig ausgebildet sein und gleichzeitig eine notwendige Steifigkeit des Druckstücks gewährleistet werden.
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Beispielsweise ist die Vertiefung am Druckstück vollständig umlaufend ausgebildet und durch mehrere Rippen unterbrochen.
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Des Weiteren können in Verschieberichtung des Druckstücks mehrere aufeinanderfolgende Vertiefungen vorhanden sein.
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Auf diese Weise kann nahezu die gesamte Umfangswand des Druckstücks mit einer oder mehreren Vertiefungen versehen sein, sodass nur eine möglichst geringe Kontaktfläche zwischen dem Druckstück und dem Gehäuse zustande kommen kann, was wiederum vorteilhaft hinsichtlich der auf das Druckstück wirkenden Reibungskraft ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann um die mindestens eine Vertiefung herum eine weitere Vertiefung angeordnet sein, die eine größere Fläche und eine geringere Tiefe hat als die mindestens eine erste Vertiefung. Anders ausgedrückt kann die Vertiefung abgestuft sein. Dadurch wird eine Reibung zwischen dem Druckstück und dem Gehäuse weiter reduziert, ohne dass eine Steifigkeit des Druckstücks beeinträchtigt wird. Die zusätzliche Vertiefung hat beispielsweise eine Tiefe von weniger als 1 mm.
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Wenn mehrere Vertiefungen vorhanden sind, kann die zusätzliche Vertiefung die ersten Vertiefungen mit einer größeren Tiefe vollständig umgeben. Damit ist gemeint, dass die ersten Vertiefungen innerhalb der zusätzlichen Vertiefung angeordnet sind.
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Vorzugsweise enthält das Druckstück einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Durch den enthaltenen Kunststoff kann das Druckstück besonders leicht und kostengünstig herstellbar sein. Außerdem verursacht ein Druckstück mit Kunststoff oder aus Kunststoff im Fahrbetrieb weniger störende Geräusche als beispielsweise ein Druckstück aus Metall. Dies liegt zum einen daran, dass der Kunststoff an sich weicher ist, zum anderen treten bei einem Druckstück mit Kunststoff oder aus Kunststoff aufgrund des geringeren Gewichts weniger hohe Massenträgheitskräfte auf. Des Weiteren kann durch die enthaltenen Glasfasern eine ausreichend hohe Festigkeit und Steifigkeit des Druckstücks gewährleistet werden.
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An der Umfangswand des Druckstücks kann mindestens eine vollständig umlaufende ringförmige Vertiefung angeordnet sein, in der ein O-Ring angeordnet ist. Durch den O-Ring kann eine Geräuschentwicklung zusätzlich gedämpft sein. Zu diesem Zweck kann der O-Ring ein Stück weit über die Umfangswand hinausragen.
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Gemäß einer Ausführungsform variiert eine Tiefe der umlaufenden ringförmigen Vertiefung in Umfangsrichtung des Druckstücks. Anders ausgedrückt ist ein Querschnitt durch das Druckstück entlang der umlaufenden ringförmigen Vertiefung wellenförmig ausgebildet. Dies dient ebenfalls zur Reduzierung der Reibung. Insbesondere ist durch die variierende Tiefe eine Kontaktfläche zwischen einem in der Vertiefung angeordneten O-Ring und dem Gehäuse reduziert, sodass das Druckstück leichter in dem Gehäuse gleiten kann.
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Das Druckstück enthält beispielsweise Polyethylenterephthalat oder besteht aus Polyethylenterephthalat, insbesondere mit 50% Glasfaseranteil. Dadurch kann eine besonders hohe Steifigkeit und Formgenauigkeit erreicht werden. Auch die Formstabilität über die Lebensdauer des Druckstücks ist bei einem derartigen Material besonders hoch. Zudem tritt bei einem solchen Material eine geringe Feuchteabsorption, insbesondere von weniger als 0,1 %, und eine geringe thermische Expansion auf. All diese Faktoren tragen zu einer verbesserten Lagerung des Druckstücks und zu einer Reduzierung der Reibung zwischen Druckstück und Gehäuse bei.
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Vorzugsweise umfasst das Druckstück ein Gleitelement, das eine Kontaktfläche für die Zahnstange bereitstellt. Die Kontaktfläche für die Zahnstange kann somit ein anderes Material aufweisen als ein Grundkörper des Druckstücks. Dadurch kann an der Kontaktfläche ein Material mit einem besonders geringen Reibungskoeffizienten bereitgestellt werden, was den Vorteil hat, dass die Zahnstange besonders gut an der Kontaktfläche entlanggleiten kann.
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Beispielsweise enthält das Gleitelement Polyamid und/oder Polytetrafluorethylen oder besteht aus Polyamid und/oder Polytetrafluorethylen. Zusätzlich kann das Gleitelement Kohlefasern enthalten, insbesondere 30% Kohlefaseranteil besitzen. Ein solches Material hat einen geringen Reibungskoeffizienten sowie einen geringen thermischen Expansionskoeffizienten und eine hohe Abriebbeständigkeit.
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Zusätzlich kann das Gleitelement an seiner Kontaktfläche mindestens eine rillenförmige Vertiefung aufweisen. Diese dient beispielsweise zur Reduzierung der Kontaktfläche zwischen der Zahnstange und dem Gleitelement und/oder zur Aufnahme eines Schmiermittels, wodurch eine Reibung zwischen der Zahnstange und dem Gleitelement zusätzlich reduziert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an einer dem Druckstück zugewandten Fläche des Gleitelements ein Befestigungselement angeordnet, das in eine entsprechende Ausnehmung des Druckstücks eingreift und in der Ausnehmung verklemmt ist. Auf diese Weise können das Gleitstück und das Druckstück besonders einfach miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Gleitelement einteilig mit dem Grundkörper des Druckstücks ausgebildet sein, beispielsweise durch ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren.
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Das Druckstück ist insbesondere von der dem Gleitelement zugewandten Seite ausgehend hohl, wobei sich von der Umfangswand radiale Rippen einwärts erstrecken. Dadurch kann eine Feder, die in Kontakt mit dem Druckstück ist und das Druckstück mit einer Kraft gegen die Zahnstange beaufschlagt, sicher in dem Druckstück gelagert sein.
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Um eine kompakte Bauform der Vorrichtung zu erreichen, kann das Druckstück an seinen zu der Zahnstange hingerichteten Rändern abgeflacht sein. Auf diese Weise kann das Druckstück bündig mit einem entsprechenden Gehäuserand abschließen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an dem Druckstück, insbesondere an einer umlaufenden Außenwand des Druckstücks, zwei entgegengesetzt gerichtete Abflachungen vorhanden, die sich über die gesamte Höhe des Druckstücks erstrecken. Im Bereich dieser Abflachungen befindet sich eine Werkzeugtrennstelle. Durch die Abflachungen wird der Vorteil erreicht, dass eine Gießnaht beziehungsweise ein Trenngrat nicht über einen Außendurchmesser des Druckstücks hinausragt, was ebenfalls zur Reduzierung der Reibung zwischen dem Druckstück und dem Gehäuse beiträgt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 ein Druckstück einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- - 2 das Druckstück aus 1 in einer Explosionsdarstellung,
- - 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Druckstück aus 1 in einer Schnittdarstellung,
- - 4 einen Schnitt durch ein alternatives Druckstück entlang der Linie A-A aus 3,
- - 5 ein Grundkörper des Druckstücks aus den 1 und 2,
- - 6 der Grundkörper aus 5in einer Ansicht von unten,
- - 7 ein Gleitelement für das Druckstückgemäß 1,
- - 8 eine weiteres alternatives Druckstück für eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
- - 9 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Druckstück aus 8 in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt ein Druckstück 10 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, das zum Andrücken einer Zahnstange an ein Antriebsritzel geeignet ist. Die Zahnstange und das Antriebsritzel sind der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt. Lenkungen mit einer Zahnstange und einem Antriebsritzel sind jedoch aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
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Durch die Vorrichtung 1 kann sichergestellt werden, dass die Zahnstange im Fahrbetrieb in Eingriff mit dem Antriebsritzel bleibt, selbst dann, wenn die Zahnstange durch die im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte gebogen wird.
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Die Vorrichtung 1 umfasst das Druckstück 10, das in einem Gehäuse 14 verschiebbar gelagert ist. Das Gehäuse 14 ist in 3 dargestellt.
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Das Druckstück 10 hat, in einer Seitenansicht betrachtet, eine halbkreisförmige Vertiefung, die zur Aufnahme einer Zahnstange geeignet ist. Auf einer von der Zahnstange weggerichteten Seite kann das Druckstück 10 mit einer Kraft, insbesondere einer Federkraft beaufschlagt sein. Somit wird das Druckstück 10 gegen die Zahnstange gedrückt und sorgt dadurch für einen sicheren Eingriff zwischen Zahnstange und Antriebsritzel.
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Das Druckstück 10 umfasst ein Gleitelement 16, das an einer zur Zahnstange hin gerichteten Fläche des Druckstücks 10, insbesondere eines Grundkörpers 12 des Druckstücks 10,angeordnet ist. Das Gleitelement 16 stellt eine Kontaktfläche 18 für eine Zahnstange bereit.
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Das Gleitelement 16 kann aus einem Material mit einem besonders geringen Reibungskoeffizienten gefertigt sein, sodass die Zahnstange im Betrieb besonders leicht in dem Druckstück 10 hin und her gleiten kann und eine Haftreibung zwischen der Zahnstange und dem Druckstück 10 weitestgehend vermieden wird.
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Ein geeignetes Material für das Gleitelement 16 ist beispielsweise Polyamid oder Polytetrafluorethylen oder eine Mischung der beiden Materialien, wobei das Gleitelement zusätzlich Kohlenstofffasern enthalten kann, um eine ausreichende Steifigkeit des Gleitelements 16 zu gewährleisten, insbesondere einen Kohlenstofffaseranteil von 30 %.
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Um die Reibung zwischen einer Zahnstange und dem Druckstück 10 beziehungsweise dem Gleitelement 16 zusätzlich zu reduzieren, sind an der Kontaktfläche 18 des Gleitelements 16 rillenförmige Vertiefungen 20 angeordnet, die mit einem Schmiermittel gefüllt sein können.
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Da im Fahrbetrieb hohe Kräfte auf die Zahnstange wirken, die zum Teil an das Druckstück 10 weitergegeben werden, kann es passieren, dass das Druckstück 10 im Fahrbetrieb mit seiner Umfangswand 22 gegen das Gehäuse 14 gedrückt wird. Dadurch können vermehrt Reibungskräfte zwischen dem Druckstück 10 und dem Gehäuse 14 auftreten.
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Um diese Reibungskräfte möglichst gering zu halten, sind an der Umfangswand 22 des Druckstücks 10 zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefungen 24 vorgesehen. Die Vertiefungen 24 begrenzen jeweils eine hohle Kammer 26 zwischen dem Druckstück 10 und dem Gehäuse 14. Insbesondere ist durch die Vertiefungen 24 eine Kontaktfläche zwischen dem Druckstück 10 und dem Gehäuse 14 reduziert.
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Um eine ausreichende Steifigkeit des Druckstücks 10 zu gewährleisten, sind die Vertiefungen in Umfangsrichtung durch mehrere in Verschieberichtung des Druckstücks 10 verlaufende Rippen 28 unterbrochen. Die Rippen 28 müssen nicht ausschließlich in Verschieberichtung des Druckstücks 10 verlaufen, sie können auch geneigt sein, wie in den Figuren gezeigt.
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Die Steifigkeit des Druckstücks 10 kann auch durch eine geeignete Materialauswahl begünstigt sein. Beispielsweise kann das Druckstück 10 einen glasfaserverstärkten Kunststoff enthalten oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen. Ein geeigneter Kunststoff ist beispielsweise Polyethylenterephthalat, insbesondere mit 50 % Glasfaseranteil.
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Zusätzlich zu den Vertiefungen 24 sind an der Umfangswand 22 des Druckstücks 10 umlaufende Vertiefungen 30 vorgesehen, in welchen jeweils ein O-Ring 32 angeordnet ist. Durch die O-Ringe 32 können Klappergeräusche im Fahrbetrieb gedämpft werden. Die Vertiefungen 30 sind in 2 zu sehen.
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Des Weiteren ist eine großflächige Vertiefung 25 vorgesehen, welche einige der Vertiefungen 24 umgibt, sodass durch die Vertiefung 25 zusammen mit dem Vertiefungen 24, die innerhalb der Vertiefung 25 liegen, eine stufenförmige Vertiefung gebildet ist. Durch die Vertiefung 25 kann eine Kontaktfläche des Druckstücks 12 zum Gehäuse 14 weiter reduziert sein, was sich auch vorteilhaft auf die Reibung zwischen dem Druckstück 10 und dem Gehäuse 14 auswirkt. Die Vertiefung 25 hat eine deutlich geringere Tiefe als die Vertiefungen 24, beispielsweise eine Tiefe von weniger als 1 mm. Dadurch hat die Vertiefung 25 keinen nennenswerten Einfluss auf die Steifigkeit des Druckstücks 20.
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Die oberen Kanten 36a, 36b des Druckstücks 10 sowie die entsprechenden Kanten 38a, 38b des Gleitelements 16 sind abgeflacht. Dadurch ist das Druckstück 10 an die Form des Gehäuses 14 angepasst.
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Des Weiteren weist das Druckstück 10 insbesondere an seinem Grundkörper 12 zwei entgegengesetzt gerichtete Abflachungen 37 auf, von denen in 1 eine zu sehen ist. Die Abflachung 37 befindet sich im Bereich einer Werkzeugtrennstelle. Da das Druckstück 10 im Bereich der Abflachung 37 von einer Innenwand des Gehäuses 14 beabstandet ist, wird eine unterwünschte Reibung, die durch eine Gießnaht oder einen Trenngrat entstehen könnte, auf einfache Weise vermieden, ohne dass eine Nachbearbeitung des Druckstücks 12, insbesondere des Grundkörpers 10, notwendig ist.
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2 zeigt das Druckstück 10 aus 1 in einer Explosionsdarstellung. In dieser Darstellung ist zu sehen, dass an einer dem Grundkörper 12 zugewandten Fläche des Gleitelements 16 ein Befestigungselement 40 angeordnet ist. Das Befestigungselement 40 kann in eine entsprechende Ausnehmung 42 des Druckstücks 10 eingreifen und in der Ausnehmung 42 verklemmt sein.
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Das Befestigungselement 40 umfasst in der dargestellten Ausführungsform zwei flexible Nasen, die ein Stück weit zusammengedrückt werden können und dadurch eine Klemmkraft bewirken können.
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Zusätzlich sind an der dem Druckstück 10 zugewandten Fläche des Gleitelements 16 Rippen 44 angeordnet, die in entsprechende schlitzartige Vertiefungen 46 am Druckstück 10 eingreifen können. Durch die Rippen 44 kann das Gleitelement 16 verdrehsicher gelagert sein.
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Es ist auch denkbar, dass das Gleitelement 16 einteilig mit dem Grundkörper 10 hergestellt wird, beispielsweise durch ein Zweikomponenten-Spritzg ussverfahren.
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3 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung.
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4 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch ein weiteres Druckstück 10 entlang der Linie A-A aus 3, insbesondere einen Schnitt durch das Druckstück 10 auf Höhe einer umlaufenden Vertiefung 30, die zur Aufnahme eines O-Rings 32 ausgebildet ist.
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Wie in 4 zu sehen ist, kann eine Tiefe der umlaufenden ringförmigen Vertiefung 30 in Umfangsrichtung des Druckstücks 10 variieren. Dadurch ist eine Kontaktfläche zwischen den O-Ringen 32 und dem Gehäuse 14 reduziert, wenn die Vorrichtung 1 bestimmungsgemäß montiert ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Tiefe der umlaufenden Vertiefung 30 konstant sein, wie beispielsweise in 2 gezeigt.
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In den 5 und 6 ist jeweils der Grundkörper 12 des Druckstücks 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt.
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5 zeigt nochmals im Detail die Aufnahme für das Gleitelement 16 mit der Ausnehmung 42 und den schlitzartigen Vertiefungen 46.
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6 zeigt den Grundkörper 12 des Druckstücks 10 von einer vom Gleitelement 16 abgewandten Seite. Das Druckstück 10, insbesondere der Grundkörper 12, ist von der dem Gleitelement 16 zugewandten Seite ausgehend hohl. Dadurch kann eine Feder zum Teil in dem Druckstück 10 aufgenommen sein, die das Druckstück 10 mit einer Kraft gegen die Zahnstange beaufschlagt.
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Dabei erstrecken sich von der Umfangswand radiale Rippen 48 einwärts. Diese dienen zur Versteifung des Druckstücks und zum Ausrichten der Feder.
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Vorzugsweise hat das Druckstück 10, insbesondere der Grundkörper 12, eine im Wesentlichen homogene Wandstärke. Dadurch kann das Entstehen von Einfallstellen bei der Fertigung des Druckstücks 10 vermieden werden. Das Druckstück 10 ist vorzugsweise ein Spritzgussteil.
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7 zeigt das Gleitelement 16 in einer Seitenansicht.
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In den 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform des Druckstücks 10 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gezeigt. Das Druckstück 10 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die O-Ringe 32 entfallen.
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Stattdessen sind zwei in Umfangsrichtung umlaufende Vertiefungen 24 vorgesehen, die ebenfalls eine hohle Kammer zwischen dem Druckstück 10 und dem Gehäuse 14 bilden. Auf diese Weise ist eine Reibung zwischen dem Gehäuse 14 und dem Druckstück 10 weiter reduziert.
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Die umlaufenden Vertiefungen 30 sind in beiden Fällen in Verschieberichtung des Druckstücks 10 alternierend mit den abschnittsweise umlaufenden Vertiefungen 24 angeordnet. Diese ist vorteilhaft hinsichtlich der Steifigkeit des Druckstücks 10.
