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Die
Erfindung betrifft eine Pedalanordnung für einen Kraftwagen der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus
der
DE 199 21 141
A1 ist bereits eine derartige Pedalanordnung als bekannt
zu entnehmen, bei der zwei Pedale beweglich am Kraftwagenaufbau
gehalten sind. Die beiden Pedale sind dabei zwischen einer Ausgangsstellung
und einer Maximalstellung zu verstellen, in welcher sich das jeweilige Pedal
an einem die Verstellung begrenzenden Gegenelement abstützen kann.
Als derartige Gegenelemente sind beispielsweise Puffer oder Wandbereiche von
Gehäusen
bekannt, welche ihrerseits am Kraftwagenaufbau befestigt sind. Um
bei einem Unfall einen verbesserten Schutz für die unteren Extremitäten des
Fahrers bieten zu können
und ein durch das Abgleiten des Fußes von dem Pedal verursachtes Verletzungsrisiko
minimieren zu können,
ist dem Pedal ein beweglicher energieabsorbierender Stützkörper zugeordnet,
der im Crashfall vom Pedal aus in Fahrzeugquerrichtung ausgefahren
wird. Der bei einem Unfall vom jeweiligen Pedal abrutschende Fuß wird somit über den
seitlich des Pedals ausgefahrenen Stützkörper – unter Absorption von Energie
-aufgefangen.
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Als
nachteilig bei dieser bekannten Pedalanordnung ist jedoch der Umstand
anzusehen, dass diese bei einem im Crashfall auf dem Pedal verbleibenden
Fuß keine
hinreichende Schutzwirkung vor Verletzungen, insbesondere des Unterschenkels
bieten kann. Ein derartiges Verletzungsrisiko besteht jedoch insbesondere
bei der Bedienung des Gaspedals und einem gleichzeitigen Unfall
des Kraftwagens, bei dem das Gaspedal durch den Fuß infolge einer
unfallbedingten Beschleunigung bis zum Anschlag an dem Gegenelement
durchgetreten wird. Die weitere Beschleunigung beziehungsweise Kraftbeaufschlagung
des sich nach wie vor auf dem Pedal befindenden Fußes führt dann
zu einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung, insbesondere des Unterschenkels
des Sitzinsassen, welche gegebenenfalls die biomechanischen Grenzwerte
des Unterschenkelknochens erheblich übersteigen kann. Aus diesem
Grund stellt der sogenannte Tibia-Index ein Maß für eine mögliche Verletzung des Unterschenkelbereichs
des Sitzinsassen dar, bei dem die Biegemomente in radialer Richtung
beziehungsweise die Druckkraft in axialer Richtung des Unterschenkelknochens
beziehungsweise der Tibia berücksichtigt
werden. Um ein Verletzungsrisiko des Unterschenkelknochens zu vermeiden,
muss nach momentaner Gesetzgebung ein Tibia-Index von 1,3 unterschritten werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pedalanordnung der
eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sich insbesondere
das Verletzungsrisiko im Bereich des Unterschenkels der die Pedalanordnung
bedienenden Person erheblich vermindern lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Pedalanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei
der Pedalanordnung nach der Erfindung ist das energieabsorbierende
Element nach Erreichen der Maximalstellung infolge einer unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung zwischen dem Pedal und dem Gegenelement deformierbar.
Hierdurch wird erreicht, dass nach einem unfallbedingten Durchtreten des
Pedals das Bein und insbesondere der oberhalb des das Pedal bedienenden
Fußes
angeordnete Unterschenkel des Sitzinsassen nicht übermäßig belastet
wird. Vielmehr wird die nach Erreichen der Maximalstellung des Pedals
auf den Fuß beziehungsweise
den Unterschenkel des Sitzinsassen wirkende Kraft beziehungsweise
Energie in erheblichem Maß über das
energieabsorbierende Element verzehrt, welches im Verlauf des weiteren
Unfallszenarios zwischen dem sich weiter nach vorne bewegenden Pedal
und dem aufbaufesten Gegenelement kollabiert. Es ist klar, dass
das energieabsorbierende Element entsprechende Waben, Rippen, einen
Absorptionsschaum oder dergleichen aufweist, mit welchem ein erwünschter
Energieabbau erzielt werden kann. Der Energieabbau kann dabei sowohl
kontinuierlich wie auch diskontinuierlich, degressiv oder progressiv
erfolgen.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, das energieabsorbierende
Element auf der Vorderseite einer Betätigungsfläche des Pedals anzuordnen. Über die
Betätigungsfläche ist
somit eine sehr gute Kraftverteilung der zwischen dem Fuß des Sitzinsassen
und dem Pedal wirkenden Kraft infolge eines Unfalls möglich.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft
gezeigt, als energieabsorbierendes Element eine Wabenstruktur zu
verwenden, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall
wie eine Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sein kann.
Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass
das energieabsorbierende Element auch aus mehreren Einzelelementen
gebildet sein kann.
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Als
insbesondere vorteilhaft hat sich ein vormontierbares Pedalmodul
gezeigt, welches im Wesentlichen aus dem Pedal und einem dieses
haltenden Lagergehäuse
gebildet ist. Das Pedal kann dabei über eine Schwenklagerung, eine
Schiebeführung oder
eine Schwenk-Schiebelagerung an dem Lagergehäuse angebunden sein.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, als Gegenelement ein dem
Pedal zugewandten Wandbereich des Lagergehäuses vorzusehen. Ein derartiger
Wandbereich bietet die Möglichkeit,
die im Falle eines Unfalls auftretenden Kräfte zwischen dem sich in der
Maximalstellung befindenden Pedal und dem Lagergehäuse großflächig zu
verteilen. Mit anderen Worten kann auch das energieabsorbierende
Element entsprechend groß gestaltet
werden, wobei dann zwischen dem Wandbereich und dem zugehörigen energieabsorbierenden
Element eine genau definierbare Abstützung beziehungsweise Kollabierung
des energieabsorbierenden Elements erfolgen kann. Eine besonders
gute Kraftübertragung
bzw. Energieverzehrung ist gegeben, wenn der Wandbereich des Lagergehäuses und
eine mit diesem zusammenwirkende Stützfläche des energieabsorbierenden
Elements in der Maximalstellung des Pedals etwa parallel zueinander
verlaufen. Hierdurch wird zudem gewährleistet, dass das Pedal bzw.
das energieabsorbierende Element nach dem Auftreffen auf den Wandbereich
des Lagergehäuses
beispielsweise nicht in einer Fahrzeugquerrichtung bewegt werden.
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Eine
Bewegung des Pedals quer zu dem Wandbereich des Lagergehäuses bzw.
des Gegenelements kann außerdem
dadurch verhindert werden, dass das Pedal eine um die Betätigungsfläche umlaufende
Wand umfasst, welche gegenüber
dem zugeordneten Wandbereich des Lagergehäuses bzw. des Gegenelements
seitlich übersteht.
Im Falle einer unfallbedingten Verformung des energieabsorbierenden
Elements ist somit eine Führung
des Pedals im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung sichergestellt.
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Ein
baulich besonders einfach herstellbares Pedal ist gegeben, wenn
die Betätigungsfläche und die
umlaufende Wand zu einem einteiligen schalenartigen Teil zusammengefasst
sind. Dieses Teil kann beispielsweise auf einfache Weise aus einem
Kunststoff oder Metall hergestellt werden, innerhalb welchem dann
das energieabsorbierende Element auf einfache Weise – beispielsweise über eine
Klebeverbindung – angeordnet
werden kann.
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Eine
besonders einfache Gestaltung des Pedals ist zudem gegeben, wenn
das energieabsorbierende Element einstückig an dem Pedal selbst angeformt
ist. Mit anderen Worten können
beispielsweise auf der Vorderseite der Betätigungsfläche des Pedals entsprechende
Waben, Rippen oder dergleichen vorgesehen werden, welche einteilig
mit der Betätigungsfläche ausgebildet
sind.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Seitenansicht auf die als vormontierbares Pedalmodul
gestaltete Pedalanordnung mit einem Lagergehäuse und einem daran gehaltenen
Pedal, wobei das Pedalmodul an einem Pedalboden eines Kraftwagens
befestigbar ist;
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2 eine
schematische Perspektivansicht auf eine Betätigungsfläche des Pedals, auf deren dem
Pedalboden zugewandten Vorderseite drei energieabsorbierende Teilelemente
angeordnet sind;
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3 eine
schematische Schnittansicht durch das Lagergehäuse und das oberhalb daran
angeordnete Pedal, an dessen der Betätigungsfläche abgewandten Vorderseite
das energieabsorbierende Element in kollabierter (rechts) und in
nicht kollabierter Form (links) gezeigt ist; und in
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4 ein
schematisches Diagramm des Kraftverlaufes während des Weges, um welchen
das energieabsorbierende Element infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
verkürzt
bzw. zusammengedrückt
wird.
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In 1 ist
in schematischer Seitenansicht eine Pedalanordnung für einen
Kraftwagen dargestellt, von dem im Wesentlichen ein Lagergehäuse 10 erkennbar
ist, an dessen unteren Ende ein Pedal 12 um eine in Fahrzeugquerrichtung
verlaufende Schwenkachse S schwenkbar gehalten ist. Das Lagergehäuse 10 ist
an einem in Fahrzeugquerrichtung und schräg nach oben aufragenden, in 1 lediglich
ausschnittsweise erkennbaren Pedalboden 14 des Kraftwagenaufbaus
mittels von zwei Schraubverbindungen 16 festgelegt. Das
Lagergehäuse 10 und das
Pedal 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als außerhalb
des Kraftwagens vormontierbares Pedalmodul ausgebildet, welches
auf einfache Weise bei der Endmontage des Kraftwagens über den
Pedalboden 14 am Kraftwagenaufbau bzw. im Bereich des Fußraums des
Fahrers festgelegt werden kann. Das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als
Gaspedal ausgebildete Pedal 12 ist aus einer in 1 gestrichelt
angedeuteten Ausgangsstellung A bis hin zu einer mit ausgezogenen
Linien dargestellten Maximalstellung M in Abhängigkeit davon zu verstellen,
wie weit der Fahrer des Kraftwagens das Pedal 12 durchtritt.
In der im Allgemeinen als „Kick-down-Stellung" bezeichneten Maximalstellung bzw.
Vollgasstellung stützt
sich das Pedal 12 über zwei
Anlagestege 18 an einem gegenüber dem Kraftwagenaufbau festen
Gegenelement in Form eines dem Pedal 12 zugewandten Wandbereichs 20 des Lagergehäuses 10 ab.
Der Wandbereich 20 des Lagergehäuses 10 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen eben ausgestaltet und erstreckt sich über etwa
drei Viertel der Länge
des Pedals 12. Das Lagergehäuse 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
entweder aus Kunststoff oder aus mehreren miteinander verbundenen
Metallblechen gestaltet. Es ist ersichtlich, dass der Wandbereich 20 des
Lagergehäuses 10 etwa
parallel zu einer im Weiteren noch näher erläuterten Stützfläche 22 des Pedals 12 in
seiner Maximalstellung M verläuft.
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In
Zusammenschau mit 2, welche in schematischer Vorderansicht
eine dem Fahrer bzw. dem Sitzinsassen zugewandte Betätigungsfläche 24 des
Pedals 12 zeigt, wird. prinzipiell die Position und Größe des Lagergehäuses 10 gegenüber dem
Pedal 12 erkennbar. Die Betätigungsfläche 24 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
als ebenes Metall- oder Kunststoffteil
ausgebildet, welches gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten
Gummibelag oder mit Gumminoppen zur Verhinderung eines Abrutschens des
Fußes
vom Pedal 12 versehen ist. An der dem Lagergehäuse 10 zugewandten
Vorderseite 26 der Betätigungsfläche 24 ist
ein im Weiteren noch näher erläutertes
energieabsorbierendes Element 28 vorgesehen, welches im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei jeweils zueinander beabstandete energieabsorbierende Teilelemente 29, 30, 31 umfasst.
Anstelle der drei Teilelemente 29, 30 31 könnte auch
ein durchgängiges
energieabsorbierendes Element 28 verwendet werden.
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In
Zusammenschau mit 3, welche in schematischer Schnittansicht
das Pedal 12 mit dem an dessen Vorderseite 26 angeordneten
energieabsorbierenden Element 28 sowie dem davor angeordneten
Lagergehäuse 10 darstellt,
wird der prinzipielle Aufbau des Pedals 12 erkennbar. Das
energieabsorbierende Element 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Wabenstruktur aus Kunststoff oder Metall gestaltet, welches
beispielsweise mittels einer Klebeverbindung an der Vorderseite 26 der
Betätigungsfläche 24 des
Pedals 12 befestigt ist. Um die Betätigungsfläche 24 herum ist eine
umlaufende Wand 32 erkennbar, welche einteilig mit der
die Betätigungsfläche 24 bildenden
Wand ausgestaltet ist. Mit anderen Worten bilden die Betätigungsfläche 24 und die
umlaufende Wand 32 ein einteiliges schalenartiges Teil
des Pedals 12, welches in Richtung des Pedalbodens 14 zur
Aufnahme der Teilelemente 29, 30, 31 offen
ausgebildet ist. Das energieabsorbierende Element 28 bzw.
die drei Teilelemente 29, 30, 31 sind in
ihrer Breite so dimensioniert, dass diese an der umlaufenden Wand 32 anliegen.
Gegebenenfalls können
die Teilelemente 29, 30, 31 auch mit
der umlaufenden Wand 32 über eine Klebeverbindung oder dergleichen
verbunden sein. Außerdem
ist insbesondere aus der linken Darstellung gemäß 3 erkennbar,
dass das nicht kollabierte energieabsorbierende Element 28 – bestehend aus
den Teilelemente 29, 30, 31 – in seiner
Dicke etwa der Höhe
der umlaufenden Wand 32 entspricht.
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Aus
den 2 und 3 ist ersichtlich, dass das
schematisch angedeutete Lagergehäuse 10 kleiner
ausgebildet ist als die Betätigungsfläche 24 bzw. dass
die um die Betätigungsfläche 24 umlaufende Wand 32 das
Lagergehäuse 10 seitlich überragt. Hierdurch
wird erreicht, dass das energieabsorbierende Element 28 bzw.
die Teilelemente 29, 30, 31 nach Erreichen
der Maximalstellung M infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
auf im Weiteren noch näher
erläuterte
Weise zwischen dem Pedal 12 und dem als Wandbereich 20 ausgebildeten
Gegenelement deformierbar ist.
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Befindet
sich der Fuß des
Fahrers während eines
Unfalls auf dem Pedal 12, so wird der Fuß bzw. das
Pedal 12 aufgrund der auftretenden Beschleunigung in Fahrzeuglängsrichtung
nach vorne bewegt. Dies führt
dazu, dass das Pedal 12 mit dem aufliegenden Fuß des Fahrers
zunächst
bis in die Maximalstellung M verlagert bzw. beschleunigt wird, in welcher
die an der Vorderseite 26 des Pedals angeordneten Teilelemente 29, 30, 31 mit
dem zugehörigen
Wandbereich 20 des Lagergehäuses 10 in Kontakt
kommen. Um im weiteren Verlauf des Unfalls den sogenannten Tibia-Index,
der ein Verletzungskriterium für
den Unterschenkelbereich des Fahrers aufgrund der auftretenden Biegemomente
in radialer Richtung sowie die axiale Druckkraft in Erstreckungsrichtung
des Unterschenkelknochens quantitativ bestimmt, weit unterhalb des
gesetzlichen Vorgabewertes zu halten, ist das Element 28 zur
Aufnahme zumindest eines Großteils
der den Fuß bzw.
das Bein des Fahrers beschleunigenden Energie ausgebildet. Trifft
nun das Pedal 12 im Verlauf des Unfalls auf den Wandbereich 20 des
Lagergehäuses 10 auf,
so wird die auf den Fuß bzw.
das Bein des Fahrers einwirkende Beschleunigungsenergie dadurch verzehrt, dass
das energieabsorbierende Element 28 aus der linken in die
rechte Form gemäß 3 kollabiert
werden kann. Mit anderen Worten kann das Pedal 12 über seine
Maximalstellung M hinaus in Richtung nach vorne verschwenkt werden,
wodurch das energieabsorbierende Element 28 zwischen der
Vorderseite 26 des Pedals 12 und dem Wandbereich 20 des Lagergehäuses 10 verformt
wird. Im Ergebnis reduzieren sich hierdurch insbesondere die auf
den Unterschenkelbereich des zugehörigen Beines wirkenden Kräfte enorm,
so dass die zu einem Bruch des Unterschenkelknochens führenden
biomechanischen Grenzwerte bei weitem unterschritten werden können.
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In 4 ist
der Verlauf der Kraft F innerhalb des energieabsorbierenden Elements 28 während des
Weges s dargestellt, innerhalb welchem dieses verformt wird. Es
ist erkennbar, dass nach dem Auftreffen des energieabsorbierenden
Elements 28 auf dem zugehörigen Wandbereich 20 des
Lagergehäuses 10 zunächst eine
anfängliche
erhöhte
Kraft FA überwunden werden muss, bevor
sich eine Deformation des Elements 28 einstellt. Nach Überwindung dieser
anfänglichen
Kraft FA stellt sich eine mittlere Kraft
FM ein, welche zur weiteren Verformung des Elements 28 aufgewendet
werden muss. Es ist erkennbar, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine
kontinuierliche mittlere Kraft FM eingesetzt
werden muss, um das Element 28 zu deformieren. Demgemäß ist im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein energieabsorbierendes Element 28 eingesetzt, welches
entlang seines annähernd
gesamten Verformungsweges kontinuierlich und konstant Energie verzehrt.
Gleichfalls wäre
es jedoch auch denkbar, ein Element 28 einzusetzen, welches
ansteigen degressiv oder progressiv Energie verzehrt. Eine derartige
Einstellung ist beispielsweise möglich,
indem Teilelemente 29, 30, 31 des energieabsorbierenden Elements 28 mit
unterschiedlichen dicken oder unterschiedlichen Materialeigenschaften
verwendet werden. Nach Beendigung des Unfalls ist das energieabsorbierende
Element 28 je nach Intensität des Unfalls um einen mehr
oder weniger großen
Weg s – wie
in der rechten Darstellung gemäß 3 gezeigt – deformiert.
Nach einem derartigen Unfall kann beispielsweise das gesamte Pedalmodul
oder lediglich die einzelnen Teilelemente 29, 30, 31 ausgetauscht werden.
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Als
im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es zu betrachten, dass das
energieabsorbierende Element 28 auch einteilig mit dem
Pedal 12 bzw. mit der Betätigungsfläche 24 und der umlaufenden
Wand 32 ausgebildet sein kann. Es ist klar, dass die zur Verformung
des energieabsorbierenden Elemente 28 notwendigen unfallbedingten
Kräfte
viel höher
sind als diejenigen Kräfte,
die im normalen Fahrbetrieb entstehen.