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Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Pedals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Ein derartiges Pedal ist im Wesentlichen aus der
DE 20 2009 000 425 U1 bekannt, während sich ein entsprechendes Verfahren im Wesentlichen aus der
DE 10 2011 003 222 A1 ergibt, auch wenn hier nicht explizit auf eine konstruktive Schwachstelle eingegangen wird, die als eine Sollbruchstelle wirkt.
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Aus dem vorstehend genannten Stand der Technik sind Pedale für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Bremspedale bekannt, welche in Leichtbauweise aus quasi endlos faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise in Form von sogenanntem Organoblech, und Spritzguss hergestellt werden. Organobleche sind quasi endlosfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe, die sich durch hohe Festigkeit und Steifigkeit auszeichnen und ähnlich wie Metalle umformbar sind. Dabei lässt sich im Vergleich zu aus Metall hergestellten Pedalen bei dieser Hybrid-Bauweise bei gleicher Belastbarkeit ein wesentlicher Teil des Gewichts einsparen. In der
DE 10 2011 003 222 A1 ist ein Betätigungspedal mit einem ein erstes Ende und ein zweites Ende desselben verbindenden Pedalkörper beschrieben, wobei der Pedalkörper einen im Querschnitt offenen Profilträger aus einem langfaser- oder endlosfaserverstärkten Kunststoff aufweist.
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Problematisch bei der Ausführung eines Bremspedals für ein Kraftfahrzeug in Organoblech-Hybridbauweise ist jedoch, dass die so hergestellten Bremspedale ein plötzliches Bruchverhalten zeigen, welches zum kompletten Bauteilversagen führen kann. Der Bremsvorgang kann mit einem an ungünstiger Stelle zerbrochenen Pedal nur schwierig fortgeführt werden.
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Darüber hinaus wird gemäß einer EU-Richtlinie gefordert, dass Bremspedale aus Kunststoff ein metallähnliches Verhalten zeigen sollen, was heißt, dass das Bremspedal sich lediglich verbiegen - also langsam nachgeben - soll, anstatt abrupt zu brechen. In diesem Zusammenhang ist eine sogenannte Missbrauchsbelastung auf das Bremspedal definiert. Wenn diese Missbrauchsbelastung überschritten wird, wenn also mehr als eine übliche Kraft oder Last auf das Pedal einwirkt, darf das Bremspedal beschädigt werden, wobei jedoch eine Rest-Bremsfunktion erhalten bleiben soll.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Kunststoffpedale halten jedoch konstruktionsbedingt deutlich höheren Kräften oder Lasten stand, was sich gewichtsmäßig und kostenmäßig nachteilig auswirkt und sogar dazu führen kann, dass die Druckstange des Bremskraftverstärkers das Kunststoffmaterial des Pedals durchstößt, bevor das Pedal an sich beschädigt wird. Problematisch ist hierbei, den Bremsvorgang noch fortzusetzen, um das Fahrzeug somit sicher zum Stillstand zu bringen, weil das Pedal bei dieser Beschädigung seine Funktion nur noch bedingt bzw. unzureichend erfüllen kann.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pedal für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches in Leichtbauweise kostengünstig herstellbar ist und dennoch bei Versagen des Pedals aufgrund erhöhter Krafteinwirkung noch ein sicheres Bremsen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Pedal für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Pedals mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Merkmalen definiert.
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Es wird ein Pedal für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, insbesondere ein Bremspedal, wobei das Pedal einen Pedalarm aufweist, welcher an einem ersten Ende mit einer Pedalplatte versehen ist und an einem zweiten Ende schwenkbar lagerbar ist, z. B. an einem geeigneten Pedallagerblock. Das Pedal ist zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem quasi endlos faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise aus Organoblech, hergestellt, wobei an dem Pedal eine konstruktive Schwachstelle, welche als Sollbruchstelle wirkt, vorgesehen ist. Durch Vorsehen der konstruktiven Schwachstelle, welche als Sollbruchstelle wirkt und ein optimiertes Bruchverhalten ermöglicht, wird ein komplettes Bauteilversagen vermieden. Durch das gezielte Versagen an einer bestimmten Stelle des Bremspedals wird dem Fahrer ermöglicht, trotz defekten Bremspedals noch eine Notbremsung durchzuführen. Zweckmäßigerweise ist deshalb die Schwachstelle so angeordnet, dass bei einer dortigen Zerstörung des Pedals noch ein ausreichender „Pedalstummel“ verbleibt, welcher durch den Fahrer bedienbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pedalarm aus einem faserverstärktem Kunststoffbauteil, vorzugsweise Organoblech-Einleger, hergestellt, an welches bzw. welchen die Pedalplatte aus Kunststoff angespritzt ist. Hierdurch wird eine gewichtsreduzierte Konstruktion bei dennoch hoher Stabilität und Festigkeit des Pedals ermöglicht.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die konstruktive Schwachstelle in einem Übergangsbereich von Kunststoffbauteil bzw. Organoblech-Einleger zu der angespritzten Pedalplatte angeordnet. Das Vorsehen der konstruktiven Schwachstelle an dieser Stelle, das heißt im vorderen Pedalbereich in unmittelbarer Nähe der Fußposition des Fahrers oder der Fahrerin, ermöglicht es, bei Versagen des Pedals dennoch sicher zu bremsen, indem einfach das verbleibende Rest-Pedal ohne die Pedalplatte weiter durch den Fahrer oder die Fahrerin betätigt wird. Nach einem möglicherweise vorhandenen Ersatzpedal muss hierbei nicht gesucht werden.
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Erfindungsgemäß ist die konstruktive Schwachstelle durch konstruktive Schwächung des angespritzten Kunststoffs durch mechanische und/oder thermische Bearbeitung hergestellt. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der konstruktiven Schwachstelle.
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Vorzugsweise ist die konstruktive Schwachstelle so ausgebildet, dass es bei einer Krafteinwirkung von mehr als 2000 N, höchst vorzugsweise von mehr als 3000 N entsprechend beispielsweise einem Heckaufprall, insbesondere bei einer Krafteinwirkung im Bereich von 3000 N bis 4000 N, auf die Pedalplatte zu einer Verformung des Pedals, insbesondere zu einem zumindest teilweisen Bruch oder zu einem vollständigen Bruch, kommt. Diese Krafteinwirkung entspricht in etwa einer Kraft, die im Falle einer plötzlich auftretenden Notsituation auf das Bremspedal ausgeübt wird, während die Krafteinwirkung bei einer normalen Bremsung wesentlich geringer ist.
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Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die konstruktive Schwachstelle im Bereich des faserverstärkten Kunststoffbauteils bzw. Organoblech-Einlegers, insbesondere durch Vorsehen einer reduzierten Anzahl von Faserlagen, ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist die konstruktive Schwachstelle dann nicht in dem Übergangsbereich zwischen Kunststoffbauteil bzw. Organoblech und angespritztem Kunststoff vorgesehen, sondern im faserverstärkten Kunststoffbauteil bzw. Organoblech selbst. Dieses könnte im Bereich der konstruktiven Schwachstelle dann beispielsweise mit einer geringeren Anzahl von Faserlagen anstelle der gebräuchlichen Anzahl Faserlagen ausgebildet sein, vorzugsweise etwa der Hälfte an Faserlagen. Im Versagensfall kommt es so im Bereich des Organoblechs zu einem Delaminieren, das heißt zu einem Trennen der Faserlagen voneinander und von dem Matrixmaterial und somit zu einem definierten bzw. optimierten Bruchverhalten.
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Die konstruktive Schwachstelle kann als Kerbe ausgebildet sein oder durch Materialeinschnürung oder Materialdickensprünge, welche beispielsweise durch mechanische oder thermische Bearbeitung (Laser) gebildet werden können. Das Vorsehen einer Materialeinschnürung bietet den Vorteil, dass es hierbei gleichzeitig zu einer Materialeinsparung kommt, so dass die Herstellungskosten reduziert werden können.
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Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn die konstruktive Schwachstelle an der Unterseite des Pedals ausgebildet ist. Diese ist dann für den Fahrer nicht sichtbar, und ein unästhetisches Erscheinungsbild kann vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das faserverstärkte Kunststoffbauteil bzw. der Organoblech-Einleger zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt. Durch Umspritzen des faserverstärkten Kunststoffbauteils bzw. Organoblech-Einlegers mit Kunststoff wird dessen Stabilität, insbesondere im Hinblick auf die Festigkeit und Steifigkeit, noch weiter verbessert.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Pedals, insbesondere eines Pedals gemäß den oben genannten Ausführungsformen, bereitgestellt, beinhaltend den Schritt des Anspritzens einer Pedalplatte an ein einen Pedalarm bildendes faserverstärktes Kunststoffbauteil, vorzugsweise Organoblech-Einleger, und wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Vorsehens einer konstruktiven Schwachstelle an dem Pedal, welche als Sollbruchstelle wirkt, umfasst. Erfindungsgemäß wird die konstruktive Schwachstelle durch mechanische und/oder thermische Nacharbeitung gebildet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Bremspedal mit den oben bereits ausgeführten Vorteilen realisiert werden. Das Verfahren ist darüber hinaus besonders kostengünstig, da beispielsweise keine Ersatzbremsplatten oder Notbremspedale zusätzlich vorgesehen werden müssen, sondern lediglich eine konstruktive Schwachstelle.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, in welchen
- 1 eine Seitenansicht eines Pedals gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2A, 2B Ansichten des in 1 gezeigten Pedals nach einem sogenannten Missbrauchsfall zeigen; und
- 3A, 3B, 3C Ansichten eines nicht erfindungsgemäßen Pedals gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Pedals 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Pedal 1 ist ein Bremspedal für ein Kraftfahrzeug und weist einen Pedalarm 2 mit einem ersten Ende 3 und einem zweiten Ende 4 auf. An dem ersten Ende 3 ist eine Pedalplatte 5 angeordnet, welche zum Bremsen eines Fahrzeugs durch den Fuß eines Fahrers des Kraftfahrzeugs betätigt wird. An dem zweiten Ende 4 ist ein Lager 6 für eine hier nicht dargestellte Pedalschwenkachse vorgesehen, um welche das Pedal 1 bei Betätigung durch den Fahrer herum schwenkbar ist. Der Pedalarm 2 ist aus einem Organoblech-Einleger hergestellt, wodurch ermöglicht wird, dass eine besonders leichte aber dennoch stabile Bauweise realisiert werden kann, die den sicherheitsrelevanten Anforderungen und den hohen Belastungen auf das kraftübertragende Pedal 1, die bereits zuvor erwähnt wurden, standhält. In der hier dargestellten Ausführungsform des Pedals 1 sind sowohl die Pedalplatte 5 als auch das Lager 6 aus Kunststoff hergestellt und an den Pedalarm 2 aus Organoblech angespritzt. Weitere Funktionselementanbindungen 7, wie beispielsweise eine Aufnahme für einen Bremskraftverstärker, können ebenfalls an den Pedalarm 2 angespritzt sein. Auch der Organoblech-Einleger selbst, aus welchem der Pedalarm 2 gebildet wird, kann mit Kunststoff umspritzt oder rippenartig ausgespritzt sein.
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Die oben erwähnten angespritzten Kunststoffteile können aus jeglichem, für das Spritzgießverfahren geeigneten, Kunststoff hergestellt sein, wobei es vorteilhaft ist, wenn das Matrixmaterial des Organoblechs aus dem gleichen Kunststoff besteht, so dass eine besonders gute und feste Verbindung zwischen den Teilen entsteht. Insbesondere Polyamid (PA, auch PA GF) ist in diesem Zusammenhang gut geeignet. Jedoch können auch andere geeignete technische Kunststoffe Verwendung finden.
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2A und 2B sind Ansichten des in 1 gezeigten Pedals 1 nach einem sogenannten Missbrauchsfall, wobei 2A eine Seitenansicht des Pedals 1 ist, und 2B ein Detail im Bereich des durch Bezugszeichen A in 2A gekennzeichneten Bereichs am ersten Ende 3 des Pedalarms 2 zeigt. Ein Missbrauchsfall liegt vor, wenn auf das Pedal 1, beispielsweise durch eine Panikreaktion, mit einer deutlich überhöhten Kraft eingewirkt wird. Um eine einfache und schnelle Notbremsung im Falle eines Versagens des Pedals 1 in solch einem Fall ohne ein zeitraubendes und umständliches Suchen nach einem Ersatzpedal zu ermöglichen, ist eine konstruktive Materialschwächung 8, welche als Sollbruchstelle wirkt, direkt im Bereich der Pedalplatte 5 bzw. direkt darunter an deren Unterseite 11 vorgesehen. Somit befindet sich die Schwachstelle 8 im Übergangsbereich 9 zwischen dem Pedalarm 2 aus Organoblech und der angespritzten Pedalplatte 5 aus Kunststoff. Die konstruktive Materialschwächung 8 kann entweder direkt während des Anspritzens der Pedalplatte 5 oder alternativ nach Fertigstellung des Pedals 1, beispielsweise als Kerbe oder Materialeinschnürung, hergestellt werden. Insbesondere können in diesem Zusammenhang mechanische oder laserbasierte Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden.
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3A, 3B und 3C zeigen Ansichten eines nicht erfindungsgemäßen Pedals 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei 3A eine perspektivische Ansicht eines Pedals 1, 3B ein in 3A durch Bezugszeichen B gekennzeichnetes Detail des Pedalarms 2 an dessen erstem Ende 3, und 3C ein in 3A durch Bezugszeichen A gekennzeichnetes Detail des Pedalarms zeigt. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1, 2A und 2B dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die konstruktive Materialschwächung 8, welche als Sollbruchstelle wirkt, hier nicht in dem Übergangsbereich 9 zwischen Pedalplatte 5 und Pedalarm 2 angeordnet ist, sondern im Bereich des aus Organoblech hergestellten Pedalarms 2 selbst. Die konstruktive Materialschwächung 8 wird durch einen Materialdickensprung 10 gebildet, indem der Organoblech-Einleger in dem Bereich der Sollbruchstelle lediglich mit etwa der Hälfte an Faserlagen anstelle der üblicherweise verwendeten Anzahl Faserlagen ausgeführt ist.
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Im Falle einer oben bereits erwähnten Missbrauchskraftausübung auf die Pedalplatte 5 wird es bei dieser Ausführungsform zu einem definierten Bruch des Pedalarms 2 durch Delaminieren, das heißt einem Trennen der Faserlagen voneinander und von dem Matrixmaterial des Organoblechs kommen. Auch hier ist es einem Fahrer dann noch möglich, eine Notbremsung sicher durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedal
- 2
- Pedalarm
- 3
- erstes Ende des Pedalarms
- 4
- zweites Ende des Pedalarms
- 5
- Pedalplatte
- 6
- Lager
- 7
- Funktionselementanbindung
- 8
- konstruktive Materialschwächung
- 9
- Übergangsbereich
- 10
- Materialdickensprung
- 11
- Unterseite
