DE10022739A1 - Pedal - Google Patents

Abstract

Ein Pedal 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pedalarm 14, welcher an seinem ersten Endbereich 16 von einer Kraft 12, insbesondere einer Fußkraft, auslenkbar und an seinem zweiten Endbereich 18 um eine in einem Gehäuse 22 gelagerte Schwenkachse 24 schwenkbar gelagert ist, soll eine pedalwegabhängige Hysterese aufweisen und besonders zuverlässig funktionieren. Hierzu ist der zweite Endbereich 18 des Pedalarms 14 an einem eine annähernd rampenförmige Ausbildung 28 aufweisenden Mittelstück 26 angeordnet. Die annähernd rampenförmige Ausbildung 28 des Mittelstücks 26 ist von einer fest abgestützten Rückstellfeder in eine Grundstellung zurückschwenkbar beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pedal, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pedalarm, welcher an seinem ersten Endbereich von einer Kraft, insbesondere einer Fußkraft, auslenkbar und an seinem zweiten Endbe­ reich um eine in einem Gehäuse gelagerte Schwenkachse schwenkbar gelagert ist.

Pedale der oben genannten Art werden heute vielfach als Fahrpedale bei Kraftfahrzeugen zur Steuerung der Geschwindigkeit eingesetzt. Hierbei lenkt beim Betrieb des Kraftfahrzeugs der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Pedalarm des Pedals mittels Fußkraft aus, um eine bestimmte Geschwin­ digkeit des Kraftfahrzeugs zu erreichen. Die Auslenkung des Pedalarms ist dabei üblicherweise an eine Steuereinheit gekoppelt, über die die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einstellbar ist. Allgemein gilt: Je größer die Auslenkung des Pedalarms, desto größer die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.

Zur Steuerung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist das Fahrpedal üblicherweise mechanisch oder elektronisch an eine Drosselklappe oder eine Diesel-Einspritzpumpe gekoppelt, über die die dem Vergaser zuzu­ führende Frischgasmenge bzw. Dieselmenge einstellbar ist. Bei einer mechanischen Kopplung zwischen dem Fahrpedal und der Drosselklappe bzw. der Diesel-Einspritzpumpe weist das mechanische System mit mehreren bewegten Elementen Reibung auf. Dadurch wird es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs erleichtert, die Pedalstellung bei Relativbeschleuni­ gungen zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Fuß annähernd konstant zu halten, dies gilt insbesondere bei Ruck- und Stoßbewegungen, die auf Schlechtwegstrecken auftreten können. Hierbei wird die Muskulatur des Fahrers des Kraftfahrzeugs bei längeren Fahrten mit annähernd konstan­ ter Pedalstellung entlastet.

Bei einer elektronischen Kopplung zwischen dem Fahrpedal und der Drosselklappe bzw. der Diesel-Einspritzpumpe ist über einen in dem Fahrpedal integrierten Sollwertgeber der Drosselklappe eine bestimmte Position vorgebbar bzw. der Diesel-Einspritzpumpe eine bestimmte Dieselmenge zuweisbar. Aufgrund der fehlenden mechanischen Anbin­ dung entfällt jedoch die bisher bei den mechanischen Systemen vorhan­ dene mechanische Hysterese.

Um nun auch bei einer elektronischen Kopplung zwischen dem Fahrpedal und dem Drosselklappenstutzen ein Aufschwingen des Fahrerfußes, insbesondere bei Lastschlag sowie bei Fahrten auf Schlechtwegstrecken besonders zuverlässig zu verhindern, sollte auch bei einer elektronischen Kopplung zwischen dem Fahrpedal und der Drosselklappe eine pedal­ wegabhängige Hysterese vorhanden sein. Hierbei ist jedoch aufgrund einschlägiger Sicherheitsbestimmungen zu beachten, daß auch bei einem Ausfall eines der mechanischen Rückstellsysteme des Pedals die Rest­ rückstellkraft einen bestimmten Betrag nicht unterschreiten darf. Auch sollte bei der Erzeugung einer Reibungskraft zwischen einer Anzahl von Elementen eine selbsterregte Schwingung, die sogenannte Reibungs­ schwingung, zuverlässig vermieden sein. Die Reibungsschwingung oder Stick-Slip-Effekt wird verursacht durch den Unterschied zwischen der größeren Reibungskraft beim Anlauf, also bei der Berührung des Reibkör­ pers mit der Reibfläche, und der kleineren Reibungskraft bei der darauf­ folgenden Gleitbewegung. Die Reibungsschwingung tritt insbesondere bei sehr kleinen Gleitgeschwindigkeiten auf und stört durch ruckweises Gleiten. Weiterhin sollte der zur Erzeugung der pedalwegabhängigen Hysterese vorgesehene Mechanismus einen besonders geringen Ver­ schleiß aufweisen und besonders zuverlässig funktionieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Pedal der oben genannten Art anzugeben, das besonders zuverlässig eine pedalwegab­ hängige Hysterese erzeugt und gleichzeitig Stick-Slip-Effekte zuverlässig vermeidet sowie besonders unanfällig gegen Verschleiß ist und auch über eine besonders lange Betriebsdauer hin funktioniert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Endbereich des Pedalarms an einem eine annähernd rampenförmige Ausbildung aufweisenden Mittelstück angeordnet ist, wobei die annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks von einer fest abgestützten Rückstellfeder in eine Grundstellung zurückschwenkbar beaufschlagt ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß ein besonders funktionstüchtiges Pedal, bei dem Stick-Slip-Effekte sowie ein besonders hoher Verschleiß besonders zuverlässig vermieden sind, eine pedalweg­ abhängige Hysterese aufweisen sollte, die in Auf- und in Abregelrichtung den gleichen Betrag aufweist. Dabei sollte die Rückstellung und die Hysterese an den gleichen Energiespeicher gekoppelt sein. Ein hierfür geeigneter Energiespeicher ist eine Rückstellfeder, die durch Federkraft eine Rückstellkraft und durch Reibung auf einer Rampe eine Hysterese erzeugt. Zur Vermeidung von Stick-Slip-Effekten sollte hierbei die Rück­ stellfeder gleitend auf der Rampe gelagert sein. Dabei ist über den Winkel der Rampe in Abhängigkeit vom Reibwert an der Berührungsstelle zwischen der Rampe und der Rückstellfeder das Verhältnis zwischen der Rückstellkraft und dem Hystereseanteil bestimmt. Hierzu weist das mit dem Pedalarm verbundene und um eine Schwenkachse schwenkbare Mittelstück eine annähernd rampenförmige Ausbildung aus, die von einer fest abgestützten Rückstellfeder in eine Grundstellung zurückschwenkbar beaufschlagt ist. Damit ist ohne jegliche Elektronik eine pedalwegabhän­ gige Hysterese des Pedals besonders zuverlässig gewährleistet.

Vorteilhafterweise umschließt die annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks die Schwenkachse zumindest teilweise, wobei die Rückstellfeder axial, insbesondere coaxial, zur Schwenkach­ se ausgerichtet ist. Das Mittelstück kann aber auch die Schwenkachse vollständig umschließen. Ein die Schwenkachse zumindest teilweise umschließendes Mittelstück läßt sich mit besonders geringer Bauhöhe fertigen, wodurch der Platzbedarf für das Pedal ein besonders geringes Maß aufweist. Eine annähernd senkrechte Anordnung der Rückstellfeder relativ zu der annähernd rampenförmigen Ausbildung des Mittelstücks gewährleistet eine direkte Kraftübertragung von der Rückstellfeder auf das Mittelstück, wobei gleichzeitig der für die Rückstellfeder erforderliche Platzbedarf ein besonders geringes Mass aufweist.

Die annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks ist vorteilhaft­ erweise über ein Druckstück von der Rückstellfeder beaufschlagt. Durch geeignetes Material und eine geeignete Form des Druckstücks ist die Reibung zwischen der Rückstellfeder und dem Mittelstück einstellbar, wodurch sich je nach Anforderung gezielt der Anteil der Hysterese im Verhältnis zur Rückstellkraft der Rückstellfeder einstellen läßt.

Das Druckstück umschließt vorteilhafterweise die Schwenkach­ se zumindest teilweise. Damit weist auch das Druckstück eine besonders geringe Bauhöhe auf, wodurch insgesamt der Platzbedarf des Pedals ein besonders geringes Maß aufweist.

Vorteilhafterweise ist das Druckstück paßgenau an dem Mittel­ stück angeordnet und berührt die annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks zumindest teilweise. Hierdurch ist die gesamte Fläche der annähernd rampenförmigen Ausbildung des Mittelstücks zur Erzeugung von Reibung nutzbar. Dadurch ist in besonders einfacher Weise über die Berührungsfläche zwischen der annähernd rampenförmigen Ausbildung des Mittelstücks und der dazu korrespondierenden ebenfalls annähernd rampenförmigen Berührungsfläche des Druckstücks die Reibung zwi­ schen dem Mittelstück und dem Druckstück einstellbar. Bei einer Auslen­ kung des Pedalarms verschieben sich dann zwei Rampen gegeneinander.

Das Mittelstück ist vorteilhafterweise aus einem ersten Material und das Druckstück aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material gefertigt. Sind beide Elemente aus unterschiedliche Materialien an ihrer Berührungsfläche gefertigt, so läßt sich ohne eine Formverände­ rung der beiden Elemente ausschließlich durch eine geeignete Material­ auswahl die Reibung zwischen dem Druckstück und dem Mittelstück verändern. Hierdurch ist es möglich, mit einer einzigen Konstruktion für Mittelstück und Druckstück ein Vielzahl von unterschiedlichen Reibpaa­ rungen zu fertigen. Vorteilhafterweise ist das erste Material Metall, insbesondere Aluminium, und das zweite Material Kunststoff, insbesonde­ re POM. Das Mittelstück erfordert ein härteres Material als das Druck­ stück, da an dem Mittelstück der Pedalarm anzuordnen ist. Bei dem Druckstück hingegen genügt Kunststoff, da das Druckstück überwiegend zur Herstellung einer Reibpaarung vorgesehen ist. Beide Elemente sollten jedoch für eine besonders lange Lebensdauer des Pedals eine besonders hohe Formstabilität für einen besonders langen Zeitraum aufweisen.

Das Mittelstück weist vorteilhafterweise zur Bildung eines Keils außer der ersten annähernd rampenförmigen Ausbildung eine zweite annähernd rampenförmige Ausbildung auf, wobei auch die zweite annähernd ram­ penförmige Ausbildung von einer zweiten fest abgestützten Rückstellfeder beaufschlagt ist. Hierbei können die beiden annähernd rampenförmigen Ausbildungen des Mittelstücks entweder symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein. Dies ist abhängig von den Anforderungen an das jeweilige Pedal. Weist das Pedal statt einer einzigen Reibpaarung zwei oder mehr Reibpaarungen auf, so ist der Verschleiß der beiden oder der Vielzahl von Reibpaarungen vergleichsweise geringer als dies bei einzi­ gen Reibpaarung der Fall wäre, wodurch die Lebensdauer der Reibpaa­ rungen ein besonders hohes Maß aufweist. Zudem gewährleistet ein sogenanntes Keilschubgetriebe aufgrund der geringen Anzahl der Bauelemente eine besonders zuverlässige Funktion über eine besonders große Betriebsdauer hinweg.

Vorteilhafterweise umschließen sowohl die erste annähernd rampenförmi­ ge Ausbildung des Mittelstücks als auch die zweite annähernd rampen­ förmige Ausbildung des Mittelstücks die Schwenkachse zumindest teilweise, wobei die zweite Rückstellfeder axial, insbesondere coaxial, zur Schwenkachse ausgerichtet ist. Ein rotatorisches Keilschubgetriebe erfüllt die Forderung nach einer Schwenkbewegung des Fahrpedals. Dabei ist zugleich eine besonders geringe Bauhöhe des Pedals gewährleistet. Eine Anordnung der Rückstellfedern beidseitig des Mittelstücks gewährleistet dabei besonders zuverlässig auch bei einem Defekt einer der beiden Rückstellfedern eine Funktion des Pedals, wobei dann jedoch nur noch die Hälfte der Rückstellkraft von der einen Rückstellfeder auf das Mittel­ stück wirkt.

Vorteilhafterweise ist die erste annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks über ein erstes Druckstück von der ersten Rückstellfeder und die zweite annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks über ein zweites Druckstück von der zweiten Rückstellfeder beaufschlagt. Zur Erzeugung einer symmetrischen Rückstellkraft des Pedals werden hierbei die beiden Druckstücke jeweils durch eine Druckfeder in ihre Ausgangs­ position zurückbewegt. Dabei ist über den Keilwinkel des Keils in Abhän­ gigkeit vom Reibwert an der Berührungsfläche zwischen dem Keil und den jeweiligen Druckstücken das Verhältnis zwischen der Rückstellkraft und der Hysterese einstellbar. Stick-Slip-Effekte sind hierbei aufgrund der gleitenden Lagerung des Keils zwischen dem ersten und dem zweiten Druckstück zuverlässig vermieden.

Das erste Druckstück und auch das zweite Druckstück umschließen vorteilhafterweise die Schwenkachse zumindest teilweise. Hierdurch weist das Pedal eine besonders geringe Bauhöhe auf.

Das aus der ersten annähernd rampenförmigen Ausbildung des Mittel­ stücks und der zweiten annähernd rampenförmigen Ausbildung des Mittelstücks gebildete Keil ist vorteilhafterweise in eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten annähernd keilförmigen Abschnitten unter­ teilt. Durch die Aufteilung der ersten und der zweiten Flanke des Keils in eine Vielzahl von Flanken verteilt sich die Reibkraft statt auf eine erste und eine zweite Reibpaarung auf eine Vielzahl von Reibpaarungen, wodurch die Belastung der einzelnen Reibpaarung besonders gering ausfällt und damit der Verschleiß des Keilschubgetriebes insgesamt besonders gering ist.

Vorteilhafterweise sind das erste Druckstück und das zweite Druckstück paßgenau an dem Mittelstück angeordnet, wobei jeweils ein Druckstück eine oder eine Anzahl von annähernd rampenförmige Ausbildungen des Mittelstücks zumindest teilweise berührt. Durch eine besonders große Berührungsfläche zwischen den Druckstücken und dem Keil des Mittel­ stücks läßt sich durch entsprechende Materialien der Druckstücke und des Mittelstücks die Reibung variieren, wobei die Konstruktion unverän­ dert bleibt. Dadurch ist das Pedal mit besonders geringem Aufwand an verschiedene Anforderungen anpassbar.

Vorteilhafterweise ist das Mittelstück aus einem ersten Material und sowohl das erste Druckstück als auch das zweite Druckstück aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material gefertigt. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn das erste Material Metall, insbesonde­ re Aluminium, und das zweite Material Kunststoff ist, insbesondere POM. Dadurch, daß das Mittelstück zumindest an der Berührungsfläche ein von den beiden Druckstücken verschiedenes Material aufweist, läßt sich der Betrag der durch die Druckstücke und das Mittelstück jeweils erzeugten Reibung besonders individuell einstellen. Hierbei sollte gleichzeitig ein besonders geringer Verschleiß der jeweiligen Reibpaarung gewährleistet sein. Aluminium erweist sich als Material für das Mittelstück als besonders günstig, da es besonders einfach zu bearbeiten und daher die Form des Keils besonders einfach zu erzeugen ist, wobei gleichzeitig eine ausrei­ chende Festigkeit für die durch den Pedalarm angreifenden Kräfte gewährleistet ist. Auch Kunststoff, insbesondere POM, läßt sich beson­ ders einfach formen und bearbeiten und weist überdies einen besonders geringen Reibungswert auf. Aufgrund der besonders geringen Reibung zwischen dem Kunststoff und dem Aluminium bestimmt sich daher die durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs aufzubringende Kraft zur Verstellung des Pedalarms überwiegend durch die Form des Keils des Mittelstücks.

Vorteilhafterweise ist der zweite Endbereich des Pedalarms mittels einer Schraubverbindung an dem Mittelstück angeordnet. Eine Schraubverbin­ dung zwischen dem zweiten Endbereich des Pedalarms und dem Mittel­ stück gewährleistet eine besonders einfache Montierbarkeit des Pedal­ arms an dem Mittelstück. Dabei kann die Schraubverbindung zusätzlich durch einen Haftstoff, insbesondere Klebstoff, funktionsmäßig ergänzt werden.

Zur Begrenzung des Schwenkbereichs des Pedalarms weist das Gehäuse vorteilhafterweise einen ersten Anschlag auf. Hierdurch läßt sich der maximale Auslenkwinkel des Pedalarms besonders einfach einstellen.

Vorteilhafterweise ist zur Vorspannung des Pedalarms in Leerlaufstellung ein zweiter Anschlag an dem Gehäuse angeordnet. Dadurch läßt sich die minimale Auslenkung des Pedalarms besonders einfach einstellen.

Vorteilhafterweise ist nur ein Druckstück oder das erste Druckstück und das zweite Druckstück gegen ein Verdrehen bei einer Bewegung des Pedalarms durch Sicherungsmittel gesichert. Diese Sicherungsmittel sind günstigerweise ein erster und ein zweiter Zylinderstift, wobei der erste Zylinderstift in das erste Druckstück und der zweite Zylinderstift in das zweite Druckstück eingepaßt sind, wobei sowohl der erste Zylinderstift als auch der zweite Zylinderstift gegen einen dritten Anschlag beaufschlagbar sind. Ein Sichern der Druckstücke gegen Verdrehen gewährleistet besonders zuverlässig, daß ein Freiheitsgrad bei der Einstellung der durch den Pedalarm aufzubringenden Kraft zur Bewegung entfällt. Hierdurch ist die Rückstellkraft und die Hysterese besonders einfach dimensionierbar.

Vorteilhafterweise sind der erste Anschlag, der zur Begrenzung des Schwenkbereichs des Pedalarms vorgesehen ist und der dritte Anschlag, der für die Zylinderstifte vorgesehen ist, in einem Bauteil zusammenge­ fasst. Hierdurch läßt sich die Anzahl der für das Pedal erforderlichen Bauteile verringern, wodurch der für das Pedal erforderliche Montageauf­ wand besonders gering ausfällt.

Die Schwenkachse des Pedalarms ist vorteilhafterweise in einem Kunst­ stoffgleitlager gelagert. Ein Kunststoffgleitlager weist besonders geringe Reibungskräfte auf, wodurch sich die Reibung des Keilschubgetriebes überwiegend durch die Reibpaarungen zwischen den Druckstücken und den Keil bestimmt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß eine pedalwegabhängige Hysterese ausschließlich mittels mechanischer Komponenten durch die annähernd rampenförmige Ausbildung des Mittelstücks im Zusammenspiel mit einer Rückstellfeder besonders zuverlässig gewährleistet ist. Dabei kann die besonders große Federsteife der Rückstellfedern eine besonders geringe Neigung zur Geräuschent­ wicklung bewirken. Die die Hysterese erzeugende Reibung kann auf mehrere Reibpaarungen verteilt werden. Hierdurch fällt der Verschleiß zwischen dem Mittelstück und den beiden Druckstücken besonders gering aus. Auch erweist sich der Bauraumbedarf in radialer Richtung eines derartigen Pedals als besonders gering. Dabei ist ein besonders großer Schwenkbereich des Pedalarms erreichbar, ohne daß Fehler in der Kennlinie durch Verkippungen oder angenäherte Funktionskurven entstehen. Theoretisch ist ein Drehwinkel des Pedalarms von bis zu 360 Grad möglich. Damit erweist sich das Funktionsprinzip des Pedals auch für einen Drehgriff als geeignet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht des Pedals,

Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt des Pedals gemäß Fig. 1,

Fig. 3 schematisch das Mittelstück gemäß den Fig. 1 bis 3 und

Fig. 4 ein Druckstück gemäß den Fig. 1 bis 3 und

Fig. 5 eine Kennlinie des Pedals gemäß den Fig. 1 und 2.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Pedal 10 gemäß Fig. 1 ist als Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und durch eine Kraft 12, insbesondere eine Fußkraft, eines Fahrers zu betätigen. Mit der Betätigung des Pedals 10 steuert der Fahrer die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Der Fahrer und das Kraftfahr­ zeug sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt.

Das Pedal 10 umfaßt einen Pedalarm 14 mit einem ersten Endbereich 16 und einem zweiten Endbereich 18. Der erste Endbereich 16 des Pedals 10 weist eine Pedalplatte 20 auf, die von der Kraft 12 des nicht näher dargestellten Fahrers des ebenfalls nicht näher dargestellten Kraftfahr­ zeugs betätigbar ist. Der zweite Endbereich 18 des Pedalarms 14 ist um eine in einem Gehäuse 22 gelagerte Schwenkachse 24 schwenkbar gelagert. Weiterhin ist der zweite Endbereich 18 des Pedalarms 14 an einem die Schwenkachse 24 teilweise umschließenden Mittelstück 26 angeordnet. Hierzu weist das Mittelstück 26 ein in der Fig. 1 nicht näher dargestelltes Gewinde auf, in das der zweite Endbereich 18 des Pedal­ arms 14 geschraubt ist. Zusätzlich ist der zweite Endbereich 18 des Pedalarms 14 fest mit dem Mittelstück 26 verklebt.

Das Mittelstück 26 weist eine Anzahl von annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 auf, die jeweils paarweise symmetrische Keile 30 bilden. Die Keile 30 sind hintereinander angeordnet, wie Perlen auf einer Schnur. Die Keile 30 bilden eine annähernd kreisförmige Anordnung, die die Schwenkachse 24 umschließt und auf der Schwenkachse 24 drehbar angeordnet ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Pedal umfaßt das Mittelstück insgesamt vier Keile 30. Jedes Keil 30 ist aus zwei annähernd rampen­ förmigen Ausbildungen 28 gebildet, so daß das Mittelstück 26 insgesamt acht annähernd rampenförmige Ausbildungen 28 aufweist. Das Mittel­ stück 26 kann auch mehr oder weniger Keile umfassen. Weiterhin kann das Mittelstück 26 jedoch auch nur eine einzige annähernd rampenförmi­ ge Ausbildung aufweisen, die die Schwenkachse 24 gar nicht, teilweise oder vollständig umschließt.

Beidseitig des annähernd scheibenförmigen Mittelstücks 26 sind ein erstes Druckstück 32 und ein zweites Druckstück 34 angeordnet. Sowohl das erste Druckstück 32 als auch das zweite Druckstück 34 umfassen die Schwenkachse 24 vollständig. Alternativ können jedoch die Druckstü­ cke 32 und 34 die Schwenkachse nur teilweise umschließen. Die Druckstücke 32 und 34 sind paßgenau an dem Mittelstück 26 angeordnet.

Die Druckstücke 32 und 34 sind jeweils von einer am Gehäuse 22 fest abgestützten Rückstellfeder 36 und 38 zurückschwenkbar beaufschlagt. Von den beiden Rückstellfedern 36 und 38 ist aus perspektivischen Gründen nur die Rückstellfeder 38 sichtbar, da die Rückstellfeder 36 von dem Gehäuse 22 verdeckt ist. Die Anordnung von zwei Rückstellfe­ dern 36 und 38 beidseitig des Mittelstücks 26 gewährleistet besonders zuverlässig auch bei einem Ausfall einer der beiden Rückstellfedern 36 oder 38 ein Funktion des Pedals, wobei in diesem Fall dann das Mittel­ stück 26 nur von einer der beiden Rückstellfedern 36 bzw. 38 beauf­ schlagt wird.

Zur Begrenzung des Schwenkbereichs 40 des Pedalarms 14 ist an dem Gehäuse 22 ein als erste Querstange ausgebildeter erster Anschlag 42 angeordnet. Der als erste Querstange ausgebildete erste Anschlag 42 dient gleichzeitig als dritter Anschlag 44 für Sicherungsmittel 46, die an dem ersten Druckstück 32 und an dem zweiten Druckstück 34 zur Verhin­ derung eines Verdrehens der beiden Druckstücke 32 und 34 angeordnet sind. Die Sicherungsmittel 46 sind ein erster und ein zweiter Zylinderstift. Die als Zylinderstifte ausgebildeten Sicherungsmittel 46 verhindern, daß sowohl das erste Druckstück 32 als auch das zweite Druckstück 34 der Rotationsbewegung des Pedalarms 14 bei einer Bewegung des Pedal­ arms 14 folgen.

Weiterhin ist an dem Gehäuse 22 ein weiterer als zweite Querstange ausgebildeter zweiter Anschlag 48 angeordnet. Der zweite Anschlag 48 spannt den Pedalarm 14 in eine Leerlaufstellung vor. Der zweite An­ schlag 48 sowie der erste Anschlag 42, der gemeinsam mit dem dritten Anschlag 44 in einer Querstange realisiert ist, bestimmen durch ihre Anordnung den Schwenkbereich 40 des Pedalarms 14.

Die Schwenkachse 24 ist an ihren beiden Enden jeweils in einem Kunst­ stoffgleitlager 50 gelagert. Von den beiden Kunststoffgleitlagern 50 ist aufgrund der perspektivischen Darstellung des Pedals 10 in Fig. 1 nur eines zu sehen.

Alternativ zu dem als erste Querstange ausgebildeten ersten Anschlag 42 und dritten Anschlag 44 kann die Querstange durch die Druckstücke 32 und 34 hindurchgesteckt werden, wobei im Mittelstück 26 ein Langloch angebracht sein sollte, das einerseits die Bewegung des Pedals 10 ermöglicht und andererseits den Anschlag in Leerlaufstellung und einer Position maximaler Auslenkung bestimmt. Weiterhin kann der gesamte Bauraum des Pedals 10 in axialer Richtung nahezu halbiert werden, wenn die annähernd rampenförmige Druckstückkontur nur auf einer Seite des Mittelstücks 26 angeordnet ist und auch nur eine der beiden Rückstellfe­ dern 36 und 38 das Mittelstück 26 einseitig beaufschlagt. Die Axialkraft kann hierbei durch einen definierten Reibbelag auf der Seite aufgenom­ men werden, die weder ein Druckstück 32 oder 34 noch eine Rückstellfe­ der 36 oder 38 aufweist. Dabei sollte jedoch der Einfluß des Reibbelages auf die Kraftverhältnisse für die Rückstellung und die Hysterese berück­ sichtigt werden. Das Risiko des Verkantens des Druckstücks 32 oder 34 oder des Mittelstücks 26 sollte ebenfalls beachtet werden.

Die Anordnung des Mittelstücks 26 sowie des ersten Druckstücks 32 und des zweiten Druckstücks 34 zeigt im Detail Fig. 2. Für einen besonders geringen Platzbedarf des Mittelstücks 26 und der beiden Druckstücke 32 und 34 weisen diese drei Elemente annähernd die Form eines Zylinders auf. Von dem Mittelstück 26 ist einer der vier Keile 30 zu sehen, der aus zwei symmetrischen, annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 gebildet ist. Das Mittelstück 26 ist drehbar auf der Schwenkachse 24 angeordnet. Entlang der Schwenkachse 24 ist das Mittelstück 26 auf der einen Seite von dem Druckstück 32 und auf der anderen Seite von dem zweiten Druckstück 34 umgeben. Die Druckstücke 32 und 34 weisen für jedes Keil 30 jeweils eine annähernd rampenförmige Ausbildung 48 auf, von denen für jedes Druckstück 32 und 34 jeweils nur eine in Fig. 2 zu sehen ist. Die annähernd rampenförmigen Ausbildungen 52 des Druck­ stücks 32 bilden jeweils mit einer annähernd rampenförmigen Ausbildung des Druckstücks 34 jeweils eine keilartige Vertiefung, in die die Flanken der Keile 30 des Mittelstücks 26 teilweise formschlüssig eingreifen. Zwischen den annähernd rampenförmigen Ausbildungen 52 der Druckstücke 32 und 34 sind Aussparungen 54 ausgebildet, die den Bereich der Keile 30 des Mittelstücks 26 umschließen, der nicht von den annähernd rampenförmigen Ausbildungen 52 der Druckstücke 32 und 34 umschlossen wird. Alternativ können jedoch auch die Druckstücke 32 und 34 ausschließlich eine Anzahl von annähernd rampenförmigen Ausbildun­ gen 52 umfassen, die perlenkettenartig aneinandergereiht sind. Die Druckstücke 32 und 34 sind paßgenau an den Keilen 30 des Mittel­ stücks 26 angeordnet und berühren die Flanken der Keile 30 des Mittel­ stücks 26 teilweise.

Die beiden Druckstücke 30 und 32 sind jeweils von den die Schwenk­ achse 24 teilweise umschließenden Rückstellfeder 36 bzw. 38 zurück­ schwenkbar beaufschlagt. Die Rückstellfeder 36 ist hierzu einerseits an dem ersten Druckstück 32 und andererseits fest an dem Gehäuse 22 abgestützt. Die Rückstellfeder 38 ist ebenfalls einerseits an dem zweiten Druckstück 34 und andererseits fest an dem Gehäuse 22 abgestützt. Die Rückstellfedern 36 und 38 sind jeweils als Schraubendruckfedern ausge­ bildet und umschließen jeweils teilweise die Schwenkachse 24. Alternativ zu den als Schraubendruckfedern ausgebildeten Rückstellfedern 36 und 38 können auch andere Federarten verwendet werden. Dies können insbesondere Membranfedern, Tellerfedern oder auch Blattfedern sein.

Da die beiden Druckstücke 32 und 34 durch die als Zylinderstifte ausge­ bildeten Sicherungsmittel 46 an einer Rotationsbewegung gehindert sind, weichen sie bei einer Drehbewegung des in Fig. 2 nicht dargestellten Pedalarms 14 zu beiden Seiten hin aus. Hierbei richtet sich die Bewegung des Pedalarms 14 gegen die Kraft der beiden Rückstellfedern 36 und 38 sowie gegen die Reibung der aus den Druckstücken 32 und 34 mit dem Mittelstück 26 gebildeten Reibpaarungen. Bei einer Bewegung des Pedalarms 14 bewegt sich also das erste Druckstück 32 gemäß Fig. 2 nach links und das zweite Druckstück 34 gemäß Fig. 2 nach rechts. Mit den Aussparungen 54 der Druckstücke 32 und 34 ist dabei der Bereich festgelegt, in dem die Druckstücke 32 und 34 sich annähernd horizontal bewegen. Bei einer Bewegung des Pedalarms 14 bewegt sich dabei der in Fig. 2 dargestellte Keil 30 nach oben hin, er wird also aus dem Bild nach oben hin weggedreht. Bewegt sich der Pedalarm 14 wieder in eine Ausgangsstellung zurück, so bewegen sich die Keile 30 des Mittelstücks 26 von oben her in die Fig. 2 hinein.

Eine schematische Darstellung des Mittelstücks 26 zeigt Fig. 3. Deutlich zu erkennen sind die acht annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28, die jeweils paarweise vier Keile 30 bilden und auf dem annähernd schei­ benförmigen Mittelstück 26 angeordnet sind. Die Bohrung 56 dient dazu, das Mittelstück 26 auf der Schwenkachse 24 anzuordnen. Das Mittelstück ist aus einem ersten Material 58 hergestellt, das als Aluminium ausgebil­ det ist.

Fig. 4 zeigt das Druckstück 32 bzw. 34. Deutlich zu erkennen sind die annähernd rampenförmigen Ausbildungen 52 und die Aussparungen 54. Die annähernd rampenförmigen Ausbildungen 52 sind so ausgebildet, daß sie formschlüssig an den jeweiligen annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 des annähernd scheibenförmig ausgebildeten Mittel­ stück 26 anzuordnen sind. Die Bohrung 60 dient dazu, das Druckstück 32 bzw. 34 auf der Schwenkachse 24 anzuordnen. Das Druckstück 32 bzw. 34 ist aus einem zweiten Material 62 hergestellt, das als der Kunst­ stoff POM ausgebildet ist.

Die Anzahl der Berührungsflächen zwischen den Druckstücken 32 und 34 sowie den aus den annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 gebil­ deten Keilen 30 des Mittelstücks 26 kann von vier auf drei oder weniger oder aber auch auf fünf oder mehr verändert werden.

Eine Variation der Werkstoffpaarung zwischen dem Mittelstück 26 und dem ersten Druckstück 32 sowie dem zweiten Druckstück 34 verändert die Reibwerte an der Berührungsstelle der jeweiligen Elemente. Hierdurch kann ohne eine Veränderung der Geometrie der beteiligten drei Elemente ein anderes Verhältnis zwischen der Rückstellkraft der Rückstellfedern 36 und 38 und der durch Reibung zwischen dem Mittelstück 26 und den Druckstücken 32 und 34 bewirkten Hysterese erzielt werden.

Beim Betrieb des Pedals 10 wird der Pedalarm 14 mittels der als Fußkraft des Fahrers ausgebildeten Kraft 12 über die Pedalplatte 20 ausgelenkt. Die Wirkung des Auslenkens des Pedalarms 14 wird mittels einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Steuerelektronik auf eine in einem Drosselklappenstutzen angeordnete Drosselklappe übertragen. Der Drosselklappenstutzen und die Drosselklappe sind ebenfalls in der Zeichnung nicht näher dargestellt. Die Steuerelektronik bewirkt eine Stellung der Drosselklappe in Abhängigkeit von der Stellung des Pedal­ arms 14. Über die Drosselklappe des Drosselklappenstutzens ist dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs eine durch die Stellung der Drosselklappe bestimmte Frischgasmenge zuführbar.

Der Fahrer des Kraftfahrzeugs soll trotz der elektronischen Ansteuerung der Drosselklappe mit seiner Fußkraft gegen eine Kraft arbeiten. Hierzu weist das Pedal 10 eine pedalwegabhängige Hysterese auf. Als Beispiel für eine pedalwegabhängige Hysterese zeigt Fig. 5 eine Kennlinie 64 des Pedals 10. Bei der Kennlinie gemäß Fig. 5 ist auf der Ordinate die Pedalkraft 66 in Newton [N] und auf der Abszisse der Auslenkwinkel 68 des Pedalarms 14 in Grad [°] aufgetragen.

Eine pedalwegabhängige Hysterese bedeutet, daß die für eine Auslen­ kung des Pedalarms 14 erforderliche Kraft 12 mit zunehmendem Aus­ lenkwinkel des Pedalarms 14 zunimmt, wobei die Zunahme der Kraft linear oder nichtlinear sein kann. Gemäß Fig. 5 nimmt die für eine Auslenkung des Pedalarms 14 erforderliche Kraft 12 linear zu. Dies zeigt die mit einem aufstrebenden Pfeil gekennzeichnete obere Linie 70 der Kennlinie 64. Dies wird bewirkt durch die Reibung zwischen dem Mittel­ stück 26 und den beiden Druckstücken 32 und 34 sowie durch die Kraft der Rückstellfedern 36 und 38, die durch die den Pedalarm 14 auslenken­ de Kraft 12 zu überwinden ist.

Beim Loslassen des Pedalarms 14 bewegt sich dieser bedingt durch die Rückstellkraft der Rückstellfedern 36 und 38 in seine Ausgangsposition zurück. Die für eine Rückstellung des Pedalarms 14 erforderliche Pedal­ kraft in Abhängigkeit von dem Auslenkwinkel des Pedalarms 14 ist dabei im Betrag geringer als die für eine Auslenkung des Pedalarms 14 erfor­ derliche Kraft. Dies zeigt die mit einem abwärts gerichteten Pfeil gekenn­ zeichnete untere Linie 72 der Kennlinie 64. Der Fahrer hat hierbei das Pedal 10 ganz oder teilweise losgelassen, so daß der Anteil der Fußkraft an der den Pedalarm 14 bewegenden Kraft 12 gering ist oder ganz wegfällt. Die Rückstellkraft der Rückstellfedern 36 und 38 muß fast ausschließlich die Reibung der aus dem Mittelstück 26 und den Druckstü­ cken 32 und 34 gebildeten Reibpaarungen überwinden. Da die Reibung der Reibpaarungen mit zunehmender Auslenkung des Pedalarms 14 aufgrund der annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 des Mittel­ stücks 26 und der korrespondierenden geometrischen Form der Druckstü­ cke 32 und 34 zunimmt und bei einer Bewegung des Pedalarms 14 in Ausgangsstellung abnimmt, ist der Verlauf unteren Linie 72 der Kennli­ nie 64 flacher als der Verlauf der oberen Linie 70 der Kennlinie 64. Die Kraft der Rückstellfedern 36 und 38 im Zusammenspiel mit der Reibung zwischen dem Mittelstück 26 und den Druckstücken 32 und 34 gewähr­ leistet besonders zuverlässig eine pedalwegabhängige Hysterese bei einer Auslenkung des Pedalarms 14.

Das Pedal 10 gewährleistet mit mechanischen Komponenten besonders zuverlässig eine pedalwegabhängige Hysterese. Bei dem Pedal 10 tritt Reibung an insgesamt 8 Stellen beiderseits des Mittelstücks 26 auf. Dabei erzeugt die Axialbewegung der Druckstücke 32 und 34 bei einer Auslen­ kung des Pedalarms 14 eine weitere Reibkomponente im Bereich der Führung der Teile. Hierbei ist aufgrund der besonders großen Berüh­ rungsflächen der Verschleiß der einzelnen Reibpaarungen besonders gering. Die annähernd rampenförmigen Ausbildungen 28 des Mittelstücks 26 bewirken dabei im Zusammenspiel mit den Druckstücken 32 und 34 eine Reibkomponente und im Zusammenspiel mit den Rückstellfedern 36 und 38 eine Rückstellkomponente. Auch ist der Bauraum des Pedals 10 in radialer Richtung besonders klein gehalten. Ein Stick-Slip-Effekt wird durch die besonders große Federsteife der Rückstellfedern 36 und 38 besonders zuverlässig vermieden. Mit dem Pedal 10 sind besonders große Auslenkwinkel des Pedalarms 14 erreichbar, ohne daß dabei Fehler in der Kennlinie durch Verkippungen oder angenäherte Funktionskurven entstehen. Theoretisch ist ein Auslenkbereich des Pedalarms 14 von bis zu 360 Grad möglich. Es wäre also auch möglich, einen derartigen Mechanismus für einen Drehgriff einzusetzen. Die Symmetrie der beiden Rückstellfedern 36 und 38 gewährleistet hierbei besonders zuverlässig auch bei einem Ausfall der beiden Rückstellfedern eine Rückstellkraft die deutlich von Null verschieden ist.

Claims (22)

1. Pedal (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pedal­ arm (14), welcher an seinem ersten Endbereich (16) von einer Kraft (12), insbesondere einer Fußkraft, auslenkbar und an seinem zweiten Endbereich (18) um eine in einem Gehäuse (22) gelagerte Schwenkachse (24) schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Endbereich (18) des Pedalarms (14) an einem eine annähernd rampenförmige Ausbildung (28) aufweisenden Mittel­ stück (26) angeordnet ist, wobei die annähernd rampenförmige Ausbil­ dung (28) des Mittelstücks (26) von einer fest abgestützten Rückstell­ feder (36) in eine Grundstellung zurückschwenkbar beaufschlagt ist.

2. Pedal (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittelstücks (26) die Schwenkachse (24) zumindest teilweise umschließt und die Rück­ stellfeder (36) axial, insbesondere coaxial, zur Schwenkachse (24) ausgerichtet ist.

3. Pedal (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittelstücks (26) über ein Druckstück (32) von der Rückstellfeder (36) beaufschlagt ist.

4. Pedal (10) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (32) die Schwenkachse (24) zumindest teilweise um­ schließt.

5. Pedal (10) nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (32) paßgenau an dem Mittelstück (26) angeordnet ist und die annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittel­ stücks (26) zumindest teilweise berührt.

6. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeich­ net, daß das Mittelstück (26) aus einem ersten Material (58) und das Druckstück (32) aus einem von dem ersten Material (58) verschiede­ nen zweiten Material (62) gefertigt ist.

7. Pedal (10) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material (58) Metall und das zweite Material (62) Kunststoff ist.

8. Pedal (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstück (26) zur Bildung eines Keils (30) außer der ersten annä­ hernd rampenförmigen Ausbildung (28) eine zweite annähernd ram­ penförmige Ausbildung (28) aufweist, wobei die zweite annähernd rampenförmige Ausbildung (28) von einer zweiten fest abgestützten Rückstellfeder (38) beaufschlagt ist.

9. Pedal (10) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittel­ stücks (26) als auch die zweite annähernd rampenförmige Ausbil­ dung (28) des Mittelstücks (26) die Schwenkachse (24) zumindest teilweise umschließen, wobei die zweite Rückstellfeder (38) axial, ins­ besondere coaxial, zur Schwenkachse (24) ausgerichtet ist.

10. Pedal (10) nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß die erste annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittelstücks (26) über ein erstes Druckstück (32) von der ersten Rückstellfeder (36) und die zweite annähernd rampenförmige Ausbildung (28) des Mittel­ stücks (26) über ein zweites Druckstück (34) von der zweiten Rück­ stellfeder (38) beaufschlagt ist.

11. Pedal (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste Druckstück (32) als auch das zweite Druckstück (34) die Schwenkachse (24) zumindest teilweise umschließen.

12. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aus der ersten annähernd rampenförmigen Ausbil­ dung (28) des Mittelstücks (26) und der zweiten annähernd rampen­ förmigen Ausbildung (28) des Mittelstücks (26) gebildete Keil (30) in eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten annähernd keilförmi­ gen Abschnitten unterteilt ist.

13. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Druckstück (32) und das zweite Druck­ stück (34) paßgenau an dem Mittelstück (26) angeordnet ist, wobei jeweils ein Druckstück (32, 34) eine oder eine Anzahl von annähernd rampenförmigen Ausbildungen (28) des Mittelstücks (26) zumindest teilweise berührt.

14. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mittelstück (26) aus einem ersten Material (58) und sowohl das erste Druckstück (32) als auch das zweite Druckstück (34) aus einem von dem ersten Material (58) verschiedenen zweiten Mate­ rial (62) gefertigt sind.

15. Pedal (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material (58) Metall und das zweite Material (62) Kunststoff ist.

16. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Endbereich (18) des Pedalarms (14) mittels einer Schraubverbindung an dem Mittelstück (26) angeordnet ist.

17. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Begrenzung des Schwenkbereichs (40) des Pedal­ arms (14) ein erster Anschlag (42) an dem Gehäuse (22) angeordnet ist.

18. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Vorspannung des Pedalarms (14) in Leerlaufstel­ lung ein zweiter Anschlag (48) an dem Gehäuse (22) angeordnet ist.

19. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Druckstück (32) und das zweite Druck­ stück (34) gegen ein Verdrehen bei einer Auslenkung des Pedal­ arms (14) durch Sicherungsmittel (46) gesichert sind.

20. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sicherungsmittel (46) ein erster Zylinderstift und ein zweiter Zylinderstift ist, wobei der erste Zylinderstift in das erste Druck­ stück (32) und der zweite Zylinderstift in das zweite Druckstück (34) eingepaßt ist, wobei sowohl der erste Zylinderstift als auch der zweite Zylinderstift gegen einen dritten Anschlag (44) beaufschlagbar sind.

21. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Anschlag (36) und der dritte Anschlag (38) in einem Bauteil zusammengefaßt sind.

22. Pedal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkachse (24) in einem Kunststoffgleitla­ ger (50) gelagert ist.