DE3040650A1

DE3040650A1 - Vorrichtung zum koppeln und entkoppeln von zwei relativ zueinander bewegbaren teilen mittels einer laengenveraenderbaren lenkerstange

Info

Publication number: DE3040650A1
Application number: DE19803040650
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dr.-Ing. 3502 Vellmar Eisbrecher; Helmut Dipl.-Ing. 3500 Kassel Ruppert
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1982-06-03
Also published as: GB2090370A; IT8123016A0; DE3040650C2; IT1137736B; US4427398A; FR2492918A1; FR2492918B1; GB2090370B

Description

Thyssen Industrie Essen, den 23.1O.198C

Aktiengesellschaft

PK 2906

Vorrichtung zum Koppeln und Entkoppeln von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen mittels einer längenveränderbaren Lenkerstange.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Koppeln und Entkoppeln von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, insbesondere Teile der Antriebe von Fahrzeugen, z.B. für schnellfahrende Triebfahrzeuge, mittels einer längenveränderbaren Lenkerstange.

Derartige Lenkerstangen befinden sich beispielsweise bei Triebfahrzeugen zwischen einer Kraftübertragungsanlage und einer Fahrzeugzelle bzw. der Kraftübertragungsanlage und einem Laufwerksrahmen. Da das Fahrverhalten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienentriebfahrzeugs bekanntlich um so besser wird, je kleiner das Verhältnis der ungefederten Massen zur gefederten Masse ist, wird die Kraftübertragungsanlage bei hohen Fahrgeschwindigkeiten in geraden Strecken bzw. Gleisabschnitten mit der Fahrzeugzelle und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten in Kurven bzw. Gleisbogen mit dem Laufwerksrahmen mittels einer dieser paarweise angeordneten Lenkerstangen starr verbunden, wobei die jeweils andere Lenkerstange frei längenbeweglich ist.

Aus der DE-OS 28 22 992 sind bei einem Triebfahrzeug querliegende Lenkerstangen, in denen sich mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch schaltbare Kupplungselemente befinden, bekannt, die im ungekoppelten Zustand zusätzlich als Schwingungsdämpfer wirken.

Derartige Konstruktionen sind zwar hinsichtlich der Kopplung als zuverlässig zu erachten, weisen aber den Nachteil auf, daß im gekoppelten Zustand beim Auftreten von großen Kräften kein Nachgeben möglich ist und es dadurch zu Beschädigungen, wenn nicht gar zu Zerstörungen im Antrieb oder betriebsgefährdenden Fahrzuständen kommen kann.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auch im gekoppelten Zustand eine geringe axiale Verschiebung in beiden Richtungen ermöglicht und nach jedem Verschiebevorgang automatisch in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Dabei soll sie konstruktiv möglichst einfach aufgebaut und billig in der Herstellung sein.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß durch die unter Pedervorspannung stehenden Ringkolben im gekoppelten Zustand noch ein gewünschte axiale Verschiebung der beiden miteinander zu verbindenden Lenkerstangenabschnitte möglich ist. Außerdem ist sichergestellt, daß die Ringkolben durch die Druckkraft der den axial verschiebbaren Lenkerstangenabschnitt umgebenden Schraubenfeder nach Aufhebung der Zug- oder Druckkraft immer wieder in ihre Ausgangsstellung gelangen und ferner, daß schon bei Verschiebung nur eines federbelasteten Ringkolbens bis in seine verriegelte Stellung eine axiale Verschiebung des Lenkerstangenabschnitts durchführbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 eine längenveränderbare Lenkerstange mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung je zur Hälfte in Ansicht und Längsschnitt im gekoppelten Zustand;

Fig. 2 eine Darstellung nach Fig. 1 im entkoppelten Zustand;

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Pig. 3 u. 4 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, entsprechend den Darstellungen nach Fig. 1 und 2;

Fig. 5 u. 6 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend den Darstellungen nach Fig. 1 und 2;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Federkennlinie der Feder 7 bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Federkennlinie der Feder 7 bei der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4.

Bei den Ausführungsbeispielen besitzt ein rohrförmig ausgebildeter Lenkerstangenabschnitt 1 ein Gehäuse 2, in den der axial verschiebbare Lenkerstangenabschnitt 3 mit seinem zylindrischen Teil 4 hineinragt. Im Zylinderraum 5 des Gehäuses 2 sind Ringkolben 6 angeordnet, die für zwischen sich befindende, den zylindrischen Teil 4 des Lenkerstangenabschnitts 3 umgebende Schraubenfeder 7 als Widerlager dienen. Alle Ringkolben besitzen einen sich entlang des zylindrischen Stangenteils 4 erstreckenden Kolbenhals 8. Der Zylinderraum ist mit Anschlüssen 9 für ein Druckmedium, wie Luft o.dgl., zum Beaufschlagen der Ringkolben versehen. Am Gehäuse 2, das entweder einteilig ausgebildet oder aus Abschnitten zusammengesetzt sein kann, befindet sich für jeden als Federwiderlager dienenden beaufschlagbaren Ringkolben eine Verriegelungsvorrichtung 10. Jede Verriegelungsvorrichtung besteht aus einer Kolben-Zylinder-Einheit, bei der ein federbelasteter Kolben auf seiner der Feder 12 abgewandten Seite einen sich in Zylinderlängsachse erstreckenden Verriegelungsbolzen 13 aufweist, der in einer im Zylinderraum 5 des Lenkerstangengehäuses 2 mündenden Öffnung 14 geführt ist.

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Zum Festhalten des federbelasteten Ringkolbens in seiner beaufschlagten Endstellung ist dieser mit einer Umfangsausnehmung 15 für den Verriegelungsbolzen 13 versehen. Um den Verriegelungsbolzen 13 in seiner Ruhestellung zu fixieren, ist die Verriegelungsvorrichtung 10 mit einer Sperrvorrichtung 16 versehen, die ebenfalls aus einer Kolben-Zylinder-Einheit besteht und im wesentlichen der Verriegelungsvorrichtung 10 entspricht. Der mechanische Aufbau bei den beispielsweisen Ausführungen ist derselbe. Außerdem sind funktionsgleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 sind zwei Ringkolben 6 und 6¹ mit einer dazwischen angeordneten, sich mit ihren Enden an diese Kolben abstützenden vorgespannten Schraubenfeder 7 vorgesehen. Im gekoppelten Zustand (Fig. 1) liegen die beiden Ringkolben an nicht näher bezeichneten Stirnwänden des Zylinderraums 5 an.

Der zylindrische Teil 4 des Lenkerstangenabschnitts 3 stützt sich mit einer Schulter 17 gegen den dem Stangenabschnitt 3 zugewandten Ringkolben 6' und mit einer an seinem freien Ende befestigten Scheibe 18 an einem Ansatz 19 des anderen Ringkolbens 6 ab. Am Ansatz 19 dieses dem Stangenabschnitt 1 zugewandten Ringkolbens 6 schließt sich eine koaxial zum zylindrischen Teil 4 des LenkerStangenabschnitts 3 angeordnete Hülse 20 an. In dieser Stellung ragt ein am Kolben 21, 21· der Sperrvorrichtung 16, 16· befindlicher Zapfen 22, 22· durch den Druck einer Feder 23, 23' in eine Umfangsnut 24, 24' im Kolben 11, 11· der Verriegelungsvorrichtung 10, 10' ein und hält diesen mit dem Verriegelungsbolzen 13, 13' in seiner Ruhestellung fest. Der Lenkerstangenabschnitt 3 ist in dieser Stellung zum Auffangen von auf ihn einwirkende, die Federvorspannung überschreitende Zug- oder Druckkräfte gegen die Kraft der vorgespannten Schraubenfeder 7 axial verschiebbar, wobei je nach Kraftrichtung entweder der eine oder andere Ringkolben zur Gehäusemitte hin bewegt wird.

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Nach Aufhebung der Zug- oder Druckkraft wird der axial verschiebbare Lenkerstangenabschnitt 3 durch die vorgespannte Schraubenfeder 7 immer wieder in seine Ausgangsstellung (Mittelstellung) zurückgeführt. Um nun die Lenkerstange aus dem gekoppelten Zustand in den entkoppelten Zustand (Fig. 2) zu überführen, werden die beiden Ringkolben 6 und 6' durch die Anschlüsse 9 und 9^f beaufschlagt und drücken beim Gegeneinanderschieben die Schraubenfeder 7 zusammen. Sobald jeder federbelastete Ringkolben 6, 6' seine beaufschlagte Endstellung, d.h. Verriegelungsstellung erreicht hat, wird der Kolben 21, 21' der Sperrvorrichtung 16, 16^r durch einen Anschluß 25, 25' mit Druckmedium beaufschlagt und der Zapfen 22, 22« verläßt die Umfangsnut 24, 24» im Kolben 11, 11' der Verriegelungsvorrichtung 10, 10'. Der so freigegebene Kolben 11, 11' wird durch den Druck der Feder 12, 12' bewegt und der Verriegelungsbolzen 13, 13· rastet in die Ausnehmung 15, 15' des Ringkolbens 6, 6· ein. In dieser Stellung der beiden Ring— kolben 6 und 6' ist der Lenkerstangenabschnitt 3 um das Maß H in beiden Richtungen axial verschiebbar. Um ein Gegeneinanderpressen der Schraubenfederwindungen zu vermeiden, ist für die beiden Ringkolben 6 und 6¹ im Zylinderraum 5 ein Anschlag 26 angeordnet, der gleichzeitig als Ausknicksicherung für die Schraubenfeder 7 dient. Zum Lösen des eingerasteten Verriegelungsbolzens 13, 13' wird der Kolben 11, 11' der Verriegelungsvorrichtung 10, 10" durch einen Anschluß 27, 27· beaufschlagt und gegen die Kraft der Feder 12, 12' bewegt. Sobald die Umfangsnut 24, 24' im Kolben 11, 11' sich im Bereich des Zapfens 22, 22· der Sperrvorrichtung 16, 16· befindet, strömt das Druckmedium durch den Anschluß 25, 25· aus der Sperrvorrichtung 16, 16' aus, die Feder 23, 23' drückt den Kolben 21, 21· in Richtung Verriegelungsvorrichtung 10, 10· und der Zapfen 22, 22· wird in die Umfangsnut 24, 24' des Kolbens 11, 11· eingeschoben. In den Betriebsstellungen der Vorrichtungen 10, 10' und 16, 16· sind die Kolben 11, 11· und 21, 21' nur durch den Druck der zugehörigen Federn 12, 12' und 23, 23' belastet, wogegen in den Ruhestellungen der Kolben 11, 11' der Verriegelungsvorrichtung 10, 10» durch den

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Zapfen 22, 22' der Sperrvorrichtung 16, 16' gehalten wird und dessen Kolben 21, 21' unter dem Druck des durch den Anschluß 25, 25' eingeführten Mediums steht. Nach Beendigung des Koppelvorgangs werden durch entsprechende externe Steuerung die Kolben vom Druck des Stellmediums entlastet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 ist der zylindrische Teil 4 des verschiebbaren Stangenabschnitts 3 mit einem Bund 28, als Widerlager für den federbelasteten Ringkolben 6', und an seinem freien Ende mit einem im Querschnitt I-förmigen Ansatz 29 versehen, dessen waagerechte Schenkelabschnitte als Anschläge dienen. Ferner sind im zylindrischen Teil 4 des Stangenabschnitts 3 zwei diametral gegenüberliegende Schnappverschlüsse 30 und 30' für den beaufschlagbaren federbelasteten Ringkolben 6 angeordnet, die mit den beiden ebenfalls gegenüberliegenden Verriegelungsvorrichtungen 10, 10» am Gehäuse 2 synchron zusammenarbeiten. Außerdem befindet sich im Zylinderraum 5 des Gehäuses 2 neben den beiden federbelasteten Ringkolben 6 und 6' ein weiterer beaufschlagbarer, aber nicht federbelasteter Ringkolben 31, der zwischen dem beaufschlagbaren federbelasteten Ringkolben 6 und der dem starren Lenkerstangenabschnitt 1 zugewandten Gehäusestirnwand angeordnet ist. Bei einer die Vorspannung der sich an die beiden Ringkolben 6 und 6· abstützenden Schraubenfeder 7 überschreitenden Druckkraft schiebt der am zylindrischen Teil 4 des Stangenabschnitts 3 befindliche Bund 28 den Ringkolben 6' so weit zur Mitte des Gehäuses 2 hin, bis der dem Ringkolben abgewandte waagerechte Schenkelabschnitt des Ansatzes 29 an der Stirnseite des rohrförmigen Lenkerstangenabschnitts 1 anliegt. Bei einer entsprechenden Zugkraft wird mittels des den Ringkolben zugewandten waagerechten Schenkelabschnitts vom Ansatz 29 der Ringkolben 31 und durch diesen der federbelastete Ringkolben 6 zur Gehäusemitte hin verschoben. Um die Lenkerstange in den gekoppelten Zustand (Fig. 3) zu versetzen, wird der federbelastete Ringkolben 6 durch den Anschluß 9' beaufschlagt und nach Errei-

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-lO-chen seiner Verriegelungsstellung sowohl vom Verriegelungsbolzen 13, 13' der Verriegelungsvorrichtung 10, 10' als auch von der Schnappvorrichtung 30, 30' festgehalten. Um aus dem gekoppelten in den entkoppelten Zustand (Fig.4) zu gelangen, wird das Druckmedium vom federbelasteten Ringkolben 6 durch den Anschluß 9¹ aus dem Zylinderraum 5 abgelassen, der nicht federbelastete Ringkolben 31 durch den Anschluß 9 beaufschlagt und auf den federbelasteten Ringkolben 6 zu bewegt. Der Kolbenhals 8" vom nicht federbelasteten Ringkolben 31 drückt hierbei die Schnappvorrichtung 30, 30' aus ihrer Haltestellung zurück in den zylindrischen Teil 4 des verschiebbaren Stangenabschnitts 3 hinein. Durch die Synchronbewegung der Schnappvorrichtung 30, 3O¹ mit dem Verriegelungsbolzen 13, 13' wird der federbelastete Ringkolben 6 freigegeben und bei gleichzeitigem Ablassen des Druckmediums aus dem Anschluß 9 durch den Druck der Schraubenfeder 7 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung bewegt, wobei der nicht federbelastete Ringkolben 31 vom federbelasteten Ringkolben 6 mit— bewegt wird. Bei der den Fig. 5 und 6 entnehmbaren Ausgestaltung befindet sich der Bund 28' etwa in Längsmitte des zylindrischen Teils 4 des verschiebbaren Lenkerstangenabschnitts 3 und der Zylinderraum 5 im Gehäuse 2 ist durch einen ringförmigen Ansatz 32 in zwei symmetrische Hälften unterteilt.

Von den in jeder Zylinderraumhälfte angeordneten federbelaste— ten Ringkolben 6 und 6' stützen sich die inneren Ringkolben 6' sowohl am Bund 28' als auch am Ansatz 32 ab. Bei axialer Verschiebung des Stangenabschnitts 3 durch Zug- oder Druckkräfte wird vom Bund 28' je nach Kraftrichtung entweder der eine oder der andere innere federbelastete Ringkolben 6¹ auf den korrespondierenden, sich an der Stirnwand des Zylinderraums 5 abstützenden federbelasteten Ringkolben 6 zu bewegt. Jeder der beiden äußeren Ringkolben 6 wird durch den ihm zugeordneten Anschluß 9, 9' beaufschlagt und in seiner Verriegelungsstellung vom Verriegelungsbolzen 13, 13' der Verriegelungsvorrichtung 10, 10· festgehalten (Fig. 5). Aus diesem gekoppelten Zustand wird nach Ausrasten des Verriegelungsbol-

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zens 13, 13' aus der Ausnehmung 15, 15' des federbelasteten Ringkolbens 6 beim Ablassen des Druckmediums durch den Anschluß 9, 9' die Lenkerstange von der auf den Ringkolben 6 einwirkenden Druckkraft der vorgespannten Schraubenfeder 7, 7' in den entkoppelten Zustand (Fig. 6) versetzt.

Die Beaufschlagung der Ringkolben im Zylinderraum 5 des Gehäuses 2 mit dem Druckmedium ist durch ein Steuergerät (nicht dargestellt) steuerbar. Sofern diese erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Schienenfahrzeug angewendet wird, das mit einer Einrichtung zum Steuern, z.B. des Wagenkastens, ausgerüstet ist, kann das Steuergerät mit dieser Einrichtung kombiniert werden. Das am äußeren Ende jedes Lenkerstangenabschnitts befindliche Befestigungsauge kann in vorteilhafter Weise mit einem wartungsfreien verschleißarmen bzw. verschleißfreien kardanisch beweglichen Lager versehen sein.

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Claims

Thyssen Industrie Essen, den 23.10.1980

Aktiengesellschaft

PK 2906

Patentansprüche

( 1.) Vorrichtung zum Koppeln und Entkoppeln von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, insbesondere Teile der Antriebe von Fahrzeugen, z.B. für schnellfahrende Triebfahrzeuge, mittels einer längenveränderbaren Lenkerstange, gekennzeichnet durch die Merkmale, daß

a) am rohrförmigen Lenkerstangenabschnitt (1) ein Gehäuse (2) mit einem Zylinderraum (5) angeordnet ist, in dem sich der axial verschiebbare Lenkerstangenabschnitt (3) mit seinem zylindrischen Teil (4) erstreckt, der Mitnehmer (17, 18, 28, 28', 29) für ihn umschließende Ringkolben (6, 6', 31) aufweist,

b) zwei Ringkolben (6 und 6') Widerlager für eine zwischen ihnen angeordnete vorgespannte Schraubenfeder (7, 7·) sind und bei Zug- oder Druckkraft ein von der Kraftrichtung abhängiger, federbelasteter Ringkolben (6, 6·) vom korrespondierenden Mitnehmer des zylindrischen Stangenteils (4) mit dem Lenkerstangenabschnitt (3) gegen die vorgespannte Schraubenfeder (7, 7·) axial verschiebbar ist,

c) mindestens ein federbelasteter Ringkolben (6, 6¹) von einem durch einen zugeordneten Anschluß (9, 9¹) in den Zylinderraum (5) eingeführtes Druckmedium beaufschlagbar und in seiner beaufschlagten Endstellung mittels einer am Gehäuse (2) befindlichen Verriegelungsvorrichtung (10, 10') fixierbar ist, wobei der Lenkerstangenabschnitt (3) gegenüber diesem festgehaltenen Ringkolben um das Maß H axial frei bzw. auf geringerem Kräfteniveau verschiebbar ist.

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d) der von der Verriegelungsvorrichtung (10, 10') festgehaltene Ringkolben (6, 6') nach Aufheben der formschlüssigen Verbindung und Ablassen des Druckmediums aus dem Zylinderraum (5) durch den Druck der Schraubenfeder (7, 7·) in seine Ausgangsstellung zurückbewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide federbelasteten Rxngkolben (6 und 6¹) im gekoppelten Zustand (Pig. I) allein unter Vorspannung der Schraubenfeder (7) gleichzeitig an die Stirnwände des Zylinderraums (5) sowie an die Mitnehmer (17, 18) des zylindrischen Stangenteils (4) abstützbar und nach Beaufschlagen im entkoppelten Zustand (Fig. 2) bei zusammengedrückter Schraubenfeder verriegelbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von beiden federbelasteten Ringkolben (6 und 6') im gekoppelten Zustand (Fig. 3 und 5) ein Ringkolben (6) beaufschlagt, mit zusammengedrückter Schraubenfeder (7, 7¹) verriegelbar und der andere Rxngkolben (6¹) an eine Zylinderraumstirnwand bzw. einen ringförmigen Ansatz (32) im Zylinderraum (5) und gleichzeitig am Mitnehmer (28, 28') des zylindrischen Stangenteils (4) abstützbar ist, während im entkoppelten Zustand (Fig. 4 und 6) der beaufschlagbare Ringkolben (6) nur unter Vorspannung der Schraubenfeder (7, 7·) an die Zylinderraumstirnwand bzw. unter Zwischenschaltung eines beaufschlagbaren, nicht federbelasteten Ringkolbens (31) an einen T-förmigen Ansatz (29) des zylindrischen Stangenteils (4) anliegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zylindrischen Stangenteil (4) eine der Verriegelungsvorrichtung (10, 10') gegenüberliegende, mit dem Verriegelungsbolzen (13, 13') zusammenwirkende, in Betriebsstellung in den Zylinderraum (5) hineinragende Schnappvorrichtung (30, 30') für den beaufschlagbaren federbelasteten Rxngkolben (6) angeordnet ist, die durch

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den Kolbenhals (8 '·) vom beaufschlagbaren, nicht federbelasteten Ringkolben (31) aus ihrer Betriebsstellung in ihre Ruhestellung zurückbewegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (10, 10') aus einer Kolben-Zylinder-Einheit besteht und in Betriebsstellung mit ihrem unter Pederdruck stehenden Verriegelungsbolzen (13, 13') in eine Ausnehmung (15, 15') des beaufschlagten federbelasteten Ringkolbens (6, 6') eingerastet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (10, 10') mit einer ebenfalls aus einer Kolben-Zylinder-Einheit gebildeten Sperrvorrichtung (16, 16') versehen ist, deren federbelasteter Zapfen (22, 22') in Ruhestellung der Verriegelungsvorrichtung (10, 10») in eine Umfangsnut (24, 24') ihres federbelasteten Kolbens (11, 11») einschiebbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume der Verriegelungsvorrichtung (10, 10·) und Sperrvorrichtung (16, 16') über Leitungen mit dem Zylinderraum (5) im Gehäuse (2) verbunden und durch mindestens ein Steuergerät beeinflußbar sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das am äußeren Ende jedes Lenkerstangenabschnitts (1, 3) befindliche Befestigungsauge mit einem kardanisch beweglichen verschleißarmen bzw. verschleißfreien Lager versehen ist.