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Die
Erfindung betrifft ein Pedalwerk für ein Fahrzeug, insbesondere
ein Brems- oder Kupplungspedalwerk für ein Kraftfahrzeug,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung
eines Pedalwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13, eine Lagerachse
für ein Pedal nach dem Patentanspruch 16, sowie ein Verfahren
zur Montage der Lagerachse nach dem Patentanspruch 24.
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Bei
einer Frontalkollision eines Fahrzeugs werden Aufprallkräfte
auch in das Brems- oder Kupplungspedalwerk eingeleitet. Die Krafteinleitung
kann dabei über eine vordere Stirnwand des Fahrzeugs erfolgen,
an der das Pedalwerk befestigt ist. Zusätzlich wird über
das mit dem Pedal zusammenwirkende Betätigungselement,
das beabstandet zur Pedalachse am Pedal angelenkt ist, Kraft eingeleitet.
Dies kann bei einem das Pedal betätigenden Fahrer zu erheblichen
Fußverletzungen führen.
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Aus
der
DE 101 19 964
A1 ist ein gattungsgemäßes Pedalwerk
für ein Fahrzeug bekannt, das zwei sich in der Fahrzeuglängsrichtung
erstreckende Pedalstreben aufweist. Zwischen den Pedalstreben ist
das Pedal schwenkbar gelagert.
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Bei
einer ausreichend großen, unfallbedingt in das Pedalwerk
eingeleiteten Kraft biegen sich die Pedalstreben auseinander. Dadurch
wird einer von zwei seitlichen Trägerachsstummeln aus der
Lagerbohrung der Pedalstrebe gezogen. Der gegenüberliegende
Trägerachsstummel ist dagegen über einen Abreißbolzen
oder eine Abreißschraube noch in der Pedalstrebe axial
gesichert. Im weiteren Bruchverlauf wirkt auf den Abreißbolzen
bzw. die Abreißschraube ein Biegemoment, so dass diese
abreißt und damit das Pedal freigibt.
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Der
Abreißbolzen bzw. die Abreißschraube beansprucht
als zusätzliches Bauteil Bauraum und erhöht außerdem
den Fertigungsaufwand. Zusätzlich müssen bei dem
bekannten Pedalwerk hohe Kräfte in das Pedalwerk eingeleitet
werden, um das Pedal vollständig von den Pedalstreben zu
lösen. Bei einer geringeren, in das Pedalwerk eingeleiteten
Kraft, etwa bei geringeren Aufprallkräften oder kleineren
Brennkraftmaschinen, kann daher eine Entkopplung des Pedals von
der Krafteinleitung fehlschlagen.
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Derartige
Pedalwerke werden häufig als Modul-Bauteile verwendet.
D. h. gleiche Bauteile werden in unterschiedlichen Fahrzeugklassen
oder -konzepten eingesetzt. Bei derart unterschiedlichen Fahrzeugen
kommt es auf Grund unterschiedlicher Motorgeometrien (z. B. Reihen-
und V-Motoren, Zylinderanzahl) und -lagen bei einem Crash zu unterschiedlichen
Intrusionswegen. Die Crash-Systeme von Pedalwerken funktionieren
allerdings nur in einem bestimmten Intrusionswegbereich. D. h. dass
bei zu geringem Intrusionsweg das Crash-System nicht aktiviert wird;
bei zu viel Intrusion werden die Pedale durch Blockbildung der Bruchstücke
wieder verklemmt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pedalwerk
für ein Fahrzeug bzw. eine Lagerachse für das
Pedalwerk bereitzustellen, das mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar
ist und auch bei einer geringeren, in das Pedalwerk eingeleiteten
Kraft das Pedal freigibt. Außerdem soll das erfin dungsgemäße
Pedalwerk funktionssicher für unterschiedliche Fahrzeugklassen
oder -konzepte einsetzbar sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen offenbart.
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Die
Erfindung beruht insbesondere auf dem Gedanken, Hebelarme in der
Pedalwerk-Struktur zu integrieren, die zusammen mit einer unfallbedingt eingeleiteten
Kraft Bruchmomente auf die Pedalstreben ausüben. Auf diese
Weise kann die Pedalstrebe schon bei vergleichsweise geringen eingeleiteten Kräften – und
entsprechend großen Hebelarmlängen – brechen
und somit das Pedal von der Krafteinleitung entkoppeln.
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Gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist jede der Pedalstreben
Strebenabschnitte auf, die in der Fahrzeugquerrichtung an Stufenkanten
in einem vorgegebenen Abstand zueinander abgestuft sind. Bei einer
unfallbedingten Krafteinleitung in die Pedalstreben wirken auf die Stufenkanten
zwischen den Pedalstrebenabschnitten Schwenkmomente. Die Größe
dieser Schwenkmomente hängt nicht nur von der Größe
der eingeleiteten Kraft, sondern auch von dem vorgegebenen Abstand
der Strebenabschnitte in der Fahrzeugquerrichtung ab, der eine Hebelarmlänge
vorgibt. Auf diese Weise können bereits bei vergleichsweise
niedrigen eingeleiteten Kräften – und entsprechend
großer Hebelarmlänge – die Pedalstreben
an den Stufenkanten brechen und somit das Pedal von der Krafteinleitung
entkoppeln.
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Die
Stufenkanten können zumindest teilweise Sollbruchstellen
sein. Der nach dem Bruch der Pedalstrebe verbleibende, noch befestigte
Bruchrest der Pedalstrebe kann dabei im weiteren Bruchverlauf als
frei schwenkbarer Hebelarm Bruchmomente übertragen, die
zum vollständigen Losbrechen der Pedalstrebe führen.
Um im Normalbetrieb des Fahrzeugs eine ausreichende Stabilität
des Pedalwerks zu gewährleisten, können die Sollbruchstellen
der Pedalstrebe so gestaltet sein, dass sie bei unterschiedlich
großen Kraftniveaus bzw. Bruchmomenten brechen. Im Unterschied
zu einer Sollbiegestelle ergibt sich bei einer Sollbruchstelle nach
deren Auseinanderbrechen ein freies Ende an dem noch befestigten
Bruchrest. Dieses freie Ende des Bruchrests kann, wie oben bereits
erwähnt, im weiteren Bruchverlauf ggf. schon mit geringer
Kraft verschwenkt werden.
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Jede
der Pedalstreben kann als Strebenabschnitte einen mittleren Lagerabschnitt
zur Lagerung des Pedals und daran anschließende erste und
zweite Endabschnitte aufweisen, über die die Pedalstreben
an den Fahrzeugquerträgern befestigt sind. Bevorzugt sind
die Endabschnitte sowie der Lagerabschnitt der Pedalstrebe in Fahrzeugquerrichtung
zueinander abgestuft angeordnet. Aus Stabilitätsgründen
sowie für einen reduzierten Raumbedarf ist es von Vorteil,
wenn die Endabschnitte der Pedalstreben in Fahrzeugquerrichtung
in Bezug auf den mittleren Lagerabschnitt auf gegenüberliegenden
Seiten angeordnet ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung kann zumindest einer der
Pedalstreben ein Ausleger zugeordnet sein, der in der Fahrzeugquerrichtung über
einen vorgegebenen Abstand versetzt zur Pedalstrebe angeordnet ist.
Neben der unfallbedingten Krafteinleitung direkt in die Pedalstrebe
stellt der Ausleger einen zusätzlichen Kräftepfad
bereit, über den Bruchkräfte in die Pedalstrebe
einleitbar sind. Die Bruchkräfte bei einer Frontalkollision
können daher sowohl über stirnseitige Anbindungspunkte
in die Pedalstrebe eingeleitet werden, als auch über den
Ausleger in einem zusätzlichen Krafteinleitungspunkt versetzt
zu dem stirnseitigen Anbindungspunkten der Pedalstrebe. Auf diese
Weise kann – selbst wenn die Pedalstrebe bereits an ihrem Befestigungsende
abgebrochen ist noch zusätzliche Bruchkraft in den noch
befestigten Bruchrest der Pedalstrebe eingeleitet werden. Bei entsprechend
groß dimensioniertem Abstand zwischen dem Ausleger und
der Pedalstrebe kann diese eingeleitete Kraft vergleichsweise gering
sein und trotzdem zu einem Bruch des noch befestigten Pedalstreben-Rests
führen.
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Je
nach Dimensionierung des Auslegers kann die „Bruchchoreographie",
d. h. der intrusionswegabhängige bzw. zeitliche Abstand
der Brüche an den Sollbruchstellen des Pedalwerks einfach
abgestimmt werden. Vorteilhaft kann beispielsweise der Ausleger
im Normalzustand über einen freien Verlagerungsweg von
einem pedalstrebenseitigen Anschlag, beispielsweise einer Lagerachsenführung, beabstandet
sein. In diesem Fall wird das Pedalwerk nach einer Frontalkollision
in Fahrzeuglängsrichtung zusammengeschoben, bis der Ausleger
nach Überwindung des freien Verlagerungswegs in Anlage
mit dem pedalstrebenseitigen Anschlag kommt. Im weiteren Bruchverlauf
kann dann der Ausleger über den pedalstrebenseitigen Anschlag
ein Schwenkmoment und/oder eine Bruchkraft auf die Pedalstrebe ausüben.
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Wie
oben erwähnt kann der Ausleger im Normalzustand über
einen freien Verlagerungsweg von der Pedalstrebe beabstandet sein.
In diesem Fall wird der Ausleger erst während eines unfallbedingten Bruchverlaufes
in Anlage mit der Pedalstrebe geschoben. Hierzu ist es von Vorteil,
wenn der Ausleger an der Frontseite oder Rückseite des
Pedalwerks befestigt ist, oder alternativ an den Fahrzeugquerträgern
befestigt ist, die sich nach der Frontalkollision aufeinander zu
bewegen.
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Für
eine effektive Krafteinleitung kann es von Vorteil sein, wenn der
Ausleger im Crashfall gegenüber der Pedalstrebe beschleunigt
verlagert wird. Dies wird erfindungsgemäß mit
den in der Pedalstrebe vorgesehenen Sollbruchstellen erreicht, die
eine Verlagerungsbewegung der Pedalstrebe im Vergleich zur Verlagerungsbewegung
des Auslegers reduzieren.
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Bevorzugt
kann bei einer unfallbedingten Krafteinleitung die „Bruchchoreografie"
des oben beschriebenen Pedalwerks wie folgt sein: Zunächst kann
eine Stufenkante zwischen dem Lagerabschnitt und einem ersten Endabschnitt
der Pedalstrebe brechen. Der als Bruchrest noch befestigte Lagerabschnitt
kann nunmehr als freier Hebelarm ein Schwenkmoment auf den Bruchrest
ausüben. Aufgrund der weiteren unfallbedingten Krafteinleitung schieben
sich die gegenüberliegenden Fahrzeugquerträger
weiter zusammen, bis der Ausleger gegen die Lagerachsen-Führung
am noch befestigten Lagerabschnitt drückt. Der Ausleger
kann im weiteren Bruchverlauf den freien Hebelarm schwenken, so dass
ein Bruchmoment auf den zweiten Endabschnitt der Pedalstrebe ausgeübt
wird. Durch dieses vom Lagerabschnitt ausgeübte Bruchmoment
bricht dann die Stufenkante zwischen dem Lagerabschnitt und dem
zweiten Endabschnitt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann dem Ausleger und/oder
dem pedalstrebenseitigen Anschlag ein Zusatzteil zugeordnet sein,
mit dem der freie Verlagerungsweg einstellbar, insbesondere reduzierbar
ist. Auf diese Weise kann der freie Verlagerungsweg dem jeweiligen
Fahrzeugkonzept bzw. der jeweiligen Motorvariante angepasst werden.
Eine Individualisierung erfolgt somit erst im verbauenden Werk am
Band, wo der freie Verlagerungsweg zwischen beispielsweise dem Lagerbock
und den damit kollidierenden Bauteilen in Abhängigkeit
vom Fahrzeugkonzept oder der Motorisierung montagetechnisch einfach
einstellbar ist.
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Vorteilhaft
kann zwischen dem Ausleger und dem pedalstrebenseitigen Anschlag
ein maximaler freier Verlagerungsweg bereit gestellt werden, der
in Hinblick auf eine Fahrzeug-Grundausführung vorgegeben
ist. Für eine Fahrzeugvariante mit unterschiedlichem Intrusionsverhalten
kann dann ein Zusatzteil zwischen dem Ausleger und dem pedalstrebenseitigen
Anschlag geschaltet werden, wodurch der maximale freie Verlagerungsweg
auf einen kleineren Verlagerungsweg reduziert ist, der speziell
dieser Fahrzeugvariante angepasst ist. Das Zusatzteil kann am Ausleger
und/oder am pedalstrebenseitigen Anschlag angebracht werden.
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Die
Lagerachse zur Halterung des Pedals kann als ein separates Bauteil
in Montageöffnungen gegenüberliegender Pedalstreben
einsteckbar sein. Die Lagerachse kann dabei bevorzugt ein Kunststoffteil
sein, das im Spritzgussverfahren herstellbar ist.
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Für
eine einfache Montage weist die Lagerachse an einer ihrer Stirnseiten
einen vorzugsweise scheibenförmigen Seitenanschlag auf,
der bei einer lagerichtigen Positionierung der Lagerbuchse in Anlage
mit einer Seite der Pedalstrebe ist. Für eine werkzeugfreie
Befestigung an der Pedalstrebe kann die Lagerachse Rastvorsprünge
aufweisen, die mit der Pedalstrebe verrasten. Die Rastvorsprünge
werden bevorzugt von einem Rastbügel getragen, der die
Pedalstrebe zumindest teilweise umfangsseitig sicher umgreift. Mittels
der Rastvorsprünge ist die Lagerachse in axialer Richtung
an der Pedalstrebe gesichert. Bei einer unfallbedingten Biegebewegung der
Pedalstrebe folgt daher die Lagerachse dieser Biegebewegung der
Pedalstrebe.
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Vorzugsweise
kann der Rastbügel der Lagerachse an einem Trägerarm
ausgebildet sein, der in Radialrichtung von der Lagerachse wegragt.
Der Trägerarm kann dabei fertigungstechnisch einfach als eine
Verlängerung des scheibenförmigen Seitenanschlags
der Lagerachse ausgeführt sein. Am freien Ende des Seitenanschlags
kann sich der Rastbügel anschließen, der mit einem
oberen Rastvorsprung sowie einem unteren Rastvorsprung die Pedalstrebe umgreifen
kann. Bauraumtechnisch und montagetechnisch günstig können
der Seitenanschlag, der Trägerarm und der Rastbügel
gemeinsam auf einer Stirnseite der Lagerachse angeordnet sein.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten
Figuren beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 in
einer Teilansicht von oben grob schematisch ein Pedalwerk für
ein Kraftfahrzeug im Normalzustand;
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2 bis 4 den
zeitlichen Bruchverlauf des Pedalwerks bei einer unfallbedingt eingeleiteten Kraft;
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5 eine
Abwandlung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
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6 eine
Lagerachse zur schwenkbaren Lagerung eines Pedals in der Pedalstrebe;
und
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7 bis 9 Verfahrensschritte
zur Montage der Lagerachse.
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Gemäß der 1 weist
ein Brems- und Kupplungspedalwerk zwei in Fahrzeugquerrichtung y voneinander
beabstandete Pedalstreben 1, 3 auf. Die Pedalstreben 1, 3 erstrecken
sich zwischen zwei Querstreben 6, 7, die über
Anbindungspunkte 8 jeweils an einer gestrichelt angedeuteten
Lenkkonsole 12 und einer nicht dargestellten vorderen Stirnwand befestigt
sind. Die Stirnwand-Querstrebe 6 bildet zusammen mit den
Pedalstreben 1, 3 und der Lenkkonsolen-Querstrebe 7 eine
geschlossene stabile Rahmenstruktur, in der das Bremspedal 9 und
das nicht dargestellte Kupplungspedal gelagert sind.
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Das
Bremspedal 9 ist im Pedalwerk zwischen zwei mittleren Lagerabschnitten 13 der
Pedalstreben 1 und 3 schwenkbar gelagert. An die
mittleren Lagerab schnitte 13 schließen sich jeweils
erste und zweite Endabschnitte 15, 17 an, über
die die Pedalstreben 1, 3 an der Stirnwand-Querstrebe 6 und an
der Lenkkonsolen-Querstrebe 7 befestigt sind. Die einzelnen
Abschnitte 13, 15 der Pedalstreben 1, 3 sind
dabei an Stufenkanten 19 in einem vorgegebenen Abstand
a in der Fahrzeugquerrichtung y zueinander versetzt angeordnet.
Sämtliche Stufenkanten 19 der beiden Pedalstreben 1, 3 sind
als Sollbruchstellen ausgeführt.
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Das
Bremspedal 9 ist in bekannter Weise über eine
Betätigungsstange 23, die zur Pedalschwenkachse
S versetzt angreift, mit einem Bremskraftverstärker 25 gekoppelt.
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Wie
aus der 1 weiter hervorgeht, ist an der
Lenkkonsole 12 in Fahrzeugquerrichtung y mittig ein Ausleger 26 ausgebildet,
der sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt. Der Ausleger 26 ist dabei
in der Fahrzeugquerrichtung y über einen Abstand b versetzt
zur mittleren Pedalstrebe 3 angeordnet. In dem in der 1 gezeigten
Ausgangszustand ist der Ausleger 26 mit seinem freien Ende über
einen freien Verlagerungsweg c von der Lagerachsenführung 33 beabstandet.
Der Ausleger 26 kreuzt daher in theoretischer Verlängerung
in der Fahrzeuglängsrichtung y die Lagerachsenführung 33.
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Das
Bremspedal 9 ist mittels einer durchgehenden Lagerachse 31 zwischen
den jeweiligen Pedalstreben 1, 3 gelagert. Hierbei
ist das stirnseitige Achsende 32 der Lagerachse 31 lose,
d. h. in Axialrichtung verschiebbar in einer Lagerachsenführung 33 der
mittleren Pedalstrebe 3 gelagert. Das gegenüberliegende
Achsende ist über ein später beschriebenes axiales
Sicherungselement 35 in Axialrichtung an der Pedalstrebe 1 fixiert.
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In
der 5 ist eine Abwandlung des bereits in der 1 gezeigten
Pedalwerks beschrieben. Das in der 5 gezeigte
Pedalwerk ist in wesentlichen Bauteilen identisch mit dem Pedalwerk
der 1. Im Unterschied zur 1 ist der
Lagerachsenführung 33 des Pedalwerks ein Zusatzteil 36 zugeordnet.
Das Zusatzteil 36 ist zwischen dem Ausleger 26 und
der Lagerachsenführung 33 geschaltet und hier
beispielhaft an der Lagerachsenführung 33 angebracht.
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Durch
die Montage des Zusatzteils 36 an der Lagerachsenführung 33 wird
der freie Verlagerungsweg c1 auf einen geringeren
freien Verlagerungsweg c2 reduziert. Auf
diese Weise kann die „Bruchchoreographie" des Pedalwerks
auch auf Kraftfahrzeuge mit niedrigerer crashbedingter Intrusion
angepasst werden.
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In
Abhängigkeit vom Fahrzeugkonzept bzw. von den jeweiligen
Motorvarianten kann das Zusatzteil 36 erst im verbauenden
Werk am Band an die Lagerachsenführung fertigungstechnisch
einfach montiert werden. Das Pedalwerk kann somit in seiner Grundausführung
für unterschiedliche Fahrzeugvarianten verwendet werden.
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In
der 6 ist in einer Detailansicht ein Teil der Lagerachse 31 gezeigt,
die in der Montageöffnung 47 der gestrichelt angedeuteten
Pedalstrebe 5 eingesetzt ist.
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Wie
aus der 6 hervorgeht, ist die Lagerachse 31 als
ein separates Bauteil in der Montageöffnung 47 der
Pedalstrebe 1 eingesetzt. Die Lagerachse 31 weist
an seiner gezeigten Stirnseite das axiale Sicherungselement 35 auf.
Das Sicherungselement 35 ist erfindungsgemäß mit
einem scheibenförmigen Seitenanschlag 49 ausgeführt,
der bei lagerichtiger Montage in flächige Anlage mit der
Pedalstrebenseite ist. Von dem scheibenförmigen Seitenanschlag 49 ragt
in Fahrzeuglängsrichtung x ein Trägerarm 51 weg,
an dessen freiem Ende sich ein Rastbügel 53 anschließt.
Der Rastbügel 53 ist im Querschnitt C-förmig offen
gestaltet und weist einen oberen Rasthaken 54 auf, der
eine Oberkante der Pedalstrebe umgreift, sowie einen unteren Rasthaken 55,
der eine entsprechende Unterkante der Pedalstrebe umgreift. Auf
diese Weise ist eine spielfreie Fixierung der Lagerachse 31 in
der y-Richtung und in einer Fahrzeughochrichtung z gewährleistet.
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In
den 7 bis 9 ist ein Verfahren zur Montage
der erfindungsgemäßen Lagerachse 31 in dem
Pedalwerk beschrieben. Zunächst wird die Lagerachse 31 mit
ihrem freien Achsende 32 durch die Montageöffnung 47 der
Pedalstrebe 1 sowie durch eine Lagerdurchgangsöffnung
des Kupplungspedals 9 geführt, bis der Seitenanschlag 49 in
Anlage mit der Außenseite der Pedalstrebe 1 ist.
In diesem Zustand ist das freie Ende 32 der Lagerachse 31 axial
lose in die Lagerachsenführung 33 der Pedalstrebe 3 eingeführt.
Anschließend wird über eine Schwenkbewegung I
der obere Rasthaken 54 sowie der untere Rasthaken 55 des
am Ausleger 51 angeformten Rastbügels 53 in
Rasteingriff mit der Oberkante und der Unterkante der Pedalstrebe 1 gebracht,
wie es in der 8 gezeigt ist. Auf diese Weise
ist die Lagerachse 31 in Axialrichtung an der Pedalstrebe 1 gesichert.
Die Lagerachse 31 folgt daher einer unfallbedingten Biegebewegung
der Pedalstrebe 1 in der Axialrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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