-
Die Erfindung betrifft ein Betätigungspedal, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Gattungsgemäße Betätigungspedale werden seit langem bei Nutz- und Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Betätigungspedale haben hierbei hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Verwindungssteifigkeit zu genügen. Dabei können – insbesondere in Situationen von Panik- oder Vollbremsungen – vom Fahrzeugführer außerordentlich hohe Kräfte auf das Betätigungspedal ausgeübt werden.
-
Eine hohe Verwindungssteifigkeit ist bei einem Betätigungspedal auch deshalb wünschenswert und erforderlich, um beim Treten des Betätigungspedals jederzeit ein direktes und sicheres Bremsgefühl für den Fahrzeugführer bereitzustellen, und ein seitliches Abrutschen vom Pedal zu vermeiden.
-
Aus der
DE 10 2011 003 222 A1 ist ein Betätigungspedal bekannt, bei welchem der Pedalarm einen im Querschnitt zumindest einseitig offenen Profilträger aus einem langfaser- oder endlosfaserverstärkten Kunststoff und einen zumindest teilweise im Innenraum des Profilträgers angeordneten Füllkörper aus einem spritzgegossenen Kunststoff umfasst, wobei der Füllkörper die beiden Ränder des Profilträgers im Bereich dessen offener Längsseite miteinander schubfest verbindet.
-
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochbelastbares Betätigungspedal mit einem möglichst geringen Gewicht bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Betätigungspedal mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß ist ein Betätigungspedal geschaffen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Pedalarm und einer stoffschlüssig an den Pedalarm angebundenen Spritzgusskomponente, wobei der Pedalarm in seiner Längserstreckung eine Blechkomponente aufweist und in, bei Betätigung des Betätigungspedals, auf Zug beanspruchten Bereichen durch eine zur Aufnahme von Zugspannungen geeignete Verstärkungskomponente verstärkt ist.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die geeignete Verstärkung eines eine Blechkomponente aufweisenden oder durch eine Blechkomponente gebildeten Pedalarms ein Betätigungspedal geschaffen werden kann, das hochbelastbar ist und dennoch ein geringes Gewicht aufweist. Die Verstärkung der Blechkomponente ist dabei vor allem in denjenigen Bereichen vorgesehen, in denen bei einer Betätigung des Pedals eine Zugbeanspruchung entsteht. Ein derartiges Betätigungspedal vermittelt dem Benutzer ein Gefühl von Solidität und hoher Qualität. Im Vergleich zu reinen Metallpedalen weist das erfindungsgemäße Betätigungspedal bei geringerem Gewicht quasi identische Festigkeit- und Steifigkeitseigenschaften auf.
-
Das erfindungsgemäße Betätigungspedal eignet sich insbesondere für die Implementierung von Brems-, Kupplungs-, Feststell- und Fahrpedalen. Diese können sowohl durch konventionelle (mechanische) Pedale als auch durch elektronische Systeme („Pedal by Wire“) gebildet sein.
-
In einer Ausgestaltung ist die Verstärkungskomponente aus endlosfaserverstärktem Kunststoff gebildet. In dieser Hybridbauweise, d.h. der Kombination aus Metall und Kunststoff, weist das Betätigungspedal eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht auf.
-
Durch die zusätzliche Verstärkung mithilfe des endlosfaserverstärkten Kunststoffes kann die Blechdicke des Pedalarms kleiner gewählt werden. Hierdurch kann das Gesamtgewicht des Betätigungspedals weiter reduziert werden.
-
In einer Ausgestaltung ist der endlosfaserverstärkte Kunststoff durch ein Organoblech gebildet. Unter Organoblech ist in Bezug auf die vorliegende Erfindung ein Faser-Kunststoff-Verbundmaterial (FKV) in Form eines endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffes zu verstehen. Dabei dienen als Glasfaser, Kohlefaser oder Aramidfaser bzw. Kevlar ausgebildete Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Endlosfasern, der Lastaufnahme. Zur Gewährleistung der Faserorientierung und der Formstabilität sind die vorgenannten Verstärkungsfasern in einen thermoplastischen Matrixwerkstoff (z.B. Polyamid, PA) eingebettet. Die in den Matrixwerkstoff eingebetteten Fasern können dabei in einer Richtung orientiert oder in einem beliebigen Winkel zueinander als Gewebe oder Gelege angeordnet sein.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verstärkungskomponente mehrere Schichten, insbesondere aus Organoblech. Dabei können die im Querschnitt freien Enden der Schichten zueinander versetzt sein und einen nicht-bündigen, insbesondere treppenartigen Abschluss bilden. Durch die Ausbildung der Verstärkungskomponente in mehreren Schichten und insbesondere einen nicht-bündigen Abschlussbereich wird die Steifigkeit des Betätigungspedals weiter erhöht.
-
In einer anderen Ausgestaltung ist die Verstärkungskomponente aus einem thermo- oder duroplastischen Faserverbundwerkstoff, Gewebe, Gelege oder Tape gebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung durch Bekleben der Blechkomponente mit dem Gewebe.
-
In einer Ausgestaltung weist die Blechkomponente einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei an gegenüberliegenden Abschnitten des U-förmigen Querschnitts jeweils mindestens eine an der Außenseite und entlang der Längserstreckung der Blechkomponente verlaufende Stufe ausgebildet ist. Diese Stufe erhöht die Steifigkeit der Blechkomponente an sich und erleichtert ein bündiges Anbringen der Verstärkungskomponente. Dabei kann die Verstärkungskomponente im Querschnitt der Blechkomponente an deren Außenseite bis zu den Stufen verlaufen und insbesondere zusammen mit dem freien Abschnitt der Außenseite der Blechkomponente eine bündige Oberfläche bilden.
-
In einer Ausgestaltung ist die Verstärkungskomponente mittels eines adhäsiven Klebers oder eines Haftvermittlers, insbesondere eines auf Copolyamid basierenden Haftvermittlers, auf die Oberfläche der Blechkomponente aufgebracht. Durch die Verwendung eines adhäsiven Stoffs, beispielsweise des Klebstoffs Vestamelt® oder eines anderen geeigneten Haftvermittlers, wird die Herstellung des Betätigungspedals vereinfacht und gleichzeitig eine hohe Belastbarkeit erreicht. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Formen der Verbindung der Blechkomponente und der Verstärkungskomponente möglich, beispielsweise mittels Nieten oder Durchspritzen.
-
In einer Ausgestaltung ist die Verstärkungskomponente auf einer Außenseite der Blechkomponente angeordnet. Eine derartige Anordnung hat sich in Bezug auf die Aufnahme von auf das Betätigungspedal wirkende Zugbeanspruchungen als günstig erwiesen. Bei einer Ausgestaltung der Blechkomponente mit einem U-förmigen Profil ist dies vorrangig der Bereich am Rücken des U-Profils.
-
In einer Ausgestaltung weist die Blechkomponente einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die Spritzgusskomponente stoffschlüssig an der Innenseite der Blechkomponente angebunden ist, und die Spritzgusskomponente eine oder mehrere insbesondere quer zur Längserstreckung der Blechkomponente verlaufende Verstärkungsrippen oder Verstärkungsplatten aufweist. Eine derartig gestaltete Spritzgusskomponente verbessert die Steifigkeit des Betätigungspedals zusätzlich und verhindert insbesondere ein Knicken des Pedalarms bei extremen Belastungen.
-
In einer Ausgestaltung sind an die Verstärkungskomponente und/oder die Spritzgusskomponente Anbindungsstellen und/oder Funktionsaufnahmen und/oder eine Niederhaltkontur aus spritzgießbarem Material angespritzt. Die Anbindungsstellen oder Funktionsaufnahmen können auf diese Weise kostengünstig direkt angespritzt werden. Die Anbindungsstellen oder Funktionsaufnahmen können zur Anbringung weiterer Vorrichtungen dienen, insbesondere Sensoren oder Schalter oder Halter für Leitungen oder Anschlüsse, beispielsweise für einen Bremskraftverstärker. Die Niederhalterkontur am Pedal dient dazu, sich im Crashfall an einer entsprechenden Fläche im Fahrzeug abzustützen und somit das Pedal in eine gewünschte Position zu bringen und die Verletzungsgefahr zu minimieren.
-
Die Blechkomponente kann aus Metall, insbesondere Aluminium, Stahl oder hochfestem Stahl gebildet sein und/oder einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Das somit in Hybridbauweise aus Metall und Kunststoff gebildete Betätigungspedal ist im Vergleich zu reinen Metallpedalen leichter und steifer.
-
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Betätigungspedals geschaffen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer Blechabwicklung durch Stanzen eines mit einem adhäsiven Kleber oder einem Haftvermittler, insbesondere einem auf Copolyamid basierenden Haftvermittler, versehenen Coils; Herstellen der Blechkomponente aus der Blechabwicklung; und thermisches Fügen der Blechkomponente an die Verstärkungskomponente. Insbesondere wird das thermische Fügen mittels eines beheizten Presswerkzeugs oder mittels Erwärmen der Blechkomponente durch Induktion durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Betätigungspedal auf einfache und kostengünstige Weise herstellen.
-
Möglich ist auch, dass eine Pedalplatte und eine Lagerstelle oder Lagerbuchse des Betätigungspedals durch Spritzgießen auf die Blechkomponente aufgebracht werden. Dadurch können die ansonsten notwendigen zusätzlichen Schritte für das Aufschweißen dieser Elemente eingespart werden.
-
Nachstehend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt in schematisierter Darstellung:
-
1 eine isometrische Darstellung von Komponenten eines Betätigungspedals nach einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine isometrische Darstellung von Komponenten eines Betätigungspedals nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine isometrische Darstellung der Unterseite des Betätigungspedals aus 1;
-
4 den Querschnitt eines Betätigungspedals nach einer Ausgestaltung der Erfindung;
-
5 den Querschnitt eines Betätigungspedals nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung; und
-
6 den Querschnitt eines Betätigungspedals nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
-
Die 1 zeigt Komponenten eines Betätigungspedals 1 nach einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Als eine Komponente umfasst das Betätigungspedal 1 einen Pedalarm 2, der durch eine Blechkomponente 3 gebildet wird, an deren Enden einerseits eine Pedalplatte 4 und andererseits eine Lagerbuchse 5 zur schwenkbaren Anbindung des Betätigungspedals 1 an einen (nicht gezeigten) karosseriefesten Pedalblock eines Kraftfahrzeugs angebracht, insbesondere angespritzt sind. Das Betätigungspedal 1 kann insbesondere ein Brems- oder Kupplungspedal in einem Kraftfahrzeug bilden.
-
Die Blechkomponente 3 kann beispielsweise aus einem Metallblech gebildet sein und in seiner Längserstreckung ein im Wesentlichen U-förmiges Profil aufweisen, wie in den 4 bis 6 dargestellt.
-
Weiterhin umfasst das Betätigungspedal 1 eine Verstärkungskomponente 6, die passgenau in den durch den U-förmigen Querschnitt gebildeten Innenraum des Pedalarmes 2 eingesetzt und stoffschlüssig mit dem Pedalarm 2 verbunden wird. Insbesondere werden die Außenseiten der Verstärkungskomponente 6 mit den entsprechenden Innenseiten der Blechkomponente 3 verklebt.
-
Die Verstärkungskomponente 6 weist in ihrer Längserstreckung ebenfalls ein im Wesentlichen U-förmiges Profil auf. Im Innenraum der Verstärkungskomponente 6 ist eine Spritzgusskomponente 7, bestehend aus Verstärkungsrippen 8 aus thermoplastischem Spritzgussmaterial angeordnet. Die Verstärkungsrippen 8 sind zumindest teilweise zickzack-förmig angeordnet und an deren Enden miteinander verbunden, wodurch die Steifigkeit des Pedalarmes 2 erhöht wird.
-
Die Verstärkungsrippen 8 werden durch Spritzguss hergestellt, wobei die Verstärkungskomponente 6 in die Spritzgussform eingelegt wird. Mit anderen Worten wird die Verstärkungskomponente 6 durch die Verstärkungsrippen 8 hinterspritzt, wobei die Verstärkungskomponente 6 und die Verstärkungsrippen 8 sich stoffschlüssig miteinander verbinden. Die resultierende Verstärkungskomponente 6 zeichnet sich durch hohe Biege- und Torsionssteifigkeit aus.
-
Während die Verstärkungskomponente 6 in der in 1 dargestellten ersten Ausgestaltung der Erfindung im Inneren des Pedalarmes 2 angeordnet ist, ist diese in der in 2 dargestellten weiteren Ausgestaltung der Erfindung an den Außenseiten des Pedalarmes 2 angeordnet. In dieser Ausgestaltung werden die Innenseiten der im Querschnitt U-förmigen Verstärkungskomponente 6 mit den entsprechenden Außenseiten des Pedalarmes 2 verklebt.
-
Die Verstärkungsrippen 8 sind im Innenraum des im Querschnitt U-förmigen Pedalarmes 2 angeordnet. Auch in dieser Ausgestaltung werden die Verstärkungsrippen 8 durch Spritzguss hergestellt, wobei der Pedalarm 2 in die Spritzgussform eingelegt wird, so dass der Pedalarm 2 durch die Verstärkungsrippen 8 hinterspritzt wird und der Pedalarm 2 und die Verstärkungsrippen 8 sich stoffschlüssig miteinander verbinden.
-
Die 3 zeigt eine isometrische Darstellung der Unterseite des Betätigungspedales 1 der ersten Ausgestaltung, wobei die einzelnen Komponenten zusammengefügt sind. Zu erkennen ist hier, wie die Verstärkungsrippen 8 zum Teil zickzack-förmig und zum Teil senkrecht zur Längserstreckung des Pedalarmes 2 angeordnet sind.
-
Die 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betätigungspedales 1 im Querschnitt, wobei das im Wesentlichen U-förmige Profil des Pedalarms 2 durch sich gegenüberliegende Abschnitte 10 und 11 sowie einen dazwischenliegenden, die Abschnitte 10 und 11 verbindenden Abschnitt 12 gebildet wird. In diesen Ausgestaltungen ist die Verstärkungskomponente 6 entsprechend der in 1 gezeigten ersten Ausgestaltung der Erfindung an den Außenseiten der Abschnitte 10, 11 und 12 des Pedalarms 2 angeordnet.
-
In der in 4 dargestellten Ausgestaltung umfasst die Verstärkungskomponente 6 mehrere aufeinander liegende Schichten 9 aus Organoblech. Die Organoblech-Schichten 9 bilden an ihren entgegengesetzten Enden jeweils einen nicht-bündigen, d.h. insbesondere gestuften oder treppenförmigen Abschluss 13. Der Abschluss 13 ist von den freien Enden der Abschnitte 10 und 11 jeweils beabstandet. Die treppenförmige Ausbildung des Abschlusses 13 erhöht die Steifigkeit des Betätigungspedals 1 zusätzlich.
-
In der in 5 dargestellten Ausgestaltung weist der Pedalarm 2 eine jeweils etwa in der Mitte der Abschnitte 10 und 11 angeordnete Stufe 14 auf. Die Verstärkungskomponente 6 erstreckt sich auf der Außenseite des Abschnitts 12 sowie davon ausgehend jeweils auf den Außenseiten der Abschnitte 10 bzw. 11 bis hin zu der Stufe 14. Durch die Stufe 14 wird die Positionierung der Verstärkungskomponente 6 auf der Blechkomponente 3 vereinfacht. Außerdem bilden die Außenseiten der Abschnitte 10 und 11 und der auf den Abschnitten 10 und 11 verlaufende Teil der Verstärkungskomponente 6 auf diese Weise eine bündige Oberfläche.
-
In der in 6 dargestellten Ausgestaltung weist der Pedalarm 2 in den Abschnitten 10 und 11 jeweils mehrere Stufen 15, 16 und 17 auf, so dass die Abschnitte 10 und 11 jeweils treppenartig ausgebildet sind. Die Verstärkungskomponente 6 umfasst in dieser Ausgestaltung (ebenso wie die Ausgestaltung in 4) mehrere Schichten 18, 19 und 20 aus einem Organoblech, wobei die Anzahl der Schichten 18–20 der Anzahl der Stufen 15–17 entspricht. Die innere Schicht 18 erstreckt sich auf der Außenseite des Abschnitts 12 sowie davon ausgehend jeweils auf den Außenseiten der Abschnitte 10 bzw. 11 bis hin zu der ersten Stufe 15. Die mittlere Schicht 19 erstreckt sich entlang des Abschnitts 12 sowie davon ausgehend jeweils entlang den Außenseiten der Abschnitte 10 bzw. 11 über die innere Schicht hinaus bis hin zu der zweiten Stufe 16. Die äußere Schicht 20 erstreckt sich entlang des Abschnitts 12 sowie davon ausgehend jeweils entlang den Außenseiten der Abschnitte 10 bzw. 11 über die mittlere Schicht hinaus bis hin zu der dritten Stufe 17. Auf diese Weise bilden die freien Außenseiten der Abschnitte 10 und 11 sowie die Außenseite des entlang der Abschnitte 10 und 11 verlaufenden Teils der äußeren Schicht 20 eine bündige Oberfläche.
-
Das Betätigungspedal gemäß der in 6 gezeigten Ausgestaltung zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit aus. In 6 sind drei Stufen bzw. Schichten dargestellt; es sind jedoch auch Ausgestaltungen mit einer anderen Anzahl von Stufen und Schichten möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Betätigungspedal
- 2
- Pedalarm
- 3
- Blechkomponente
- 4
- Pedalplatte
- 5
- Lagerbuchse
- 6
- Verstärkungskomponente
- 7
- Spritzgusskomponente
- 8
- Verstärkungsrippen
- 9
- Organoblech-Schichten
- 10
- Abschnitt des U-förmigen Querschnitts des Pedalarms
- 11
- Abschnitt des U-förmigen Querschnitts des Pedalarms
- 12
- Abschnitt des U-förmigen Querschnitts des Pedalarms
- 13
- Abschluss
- 14
- Stufe
- 15
- Stufe
- 16
- Stufe
- 17
- Stufe
- 18
- innere Schicht
- 19
- mittlere Schicht
- 20
- äußere Schicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011003222 A1 [0004]
