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Die Erfindung betrifft eine Pedalkraftsimulationsvorrichtung (d.h. eine Vorrichtung / Anordnung zur Pedalkraftsimulation / einen Pedalkraftsimulator) für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, einen Lkw, einen Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, mit einem Gehäuse sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und entlang einer Längsachse des Gehäuses zwischen mehreren Verschiebestellungen hin und her verschiebbaren Führungskolben, wobei zumindest eine Federeinrichtung vorhanden ist, die auf den Führungskolben eine von der Verschiebstellung abhängige Verschiebekraft ausübt. Zudem betrifft die Erfindung ein Betätigungssystem für eine Kraftfahrzeugkupplung mit dieser Pedalkraftsimulationsvorrichtung.
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Es sind bereits verschiedene Arten von Betätigungssystemen bekannt, so auch derartige Betätigungssysteme, bei denen ein Sensor in einem mit der Pedalkraftsimulationsvorrichtung gekoppelten Pedal vorhanden ist, der die Betätigung des Pedals erkennt und entsprechend das Betätigen / Aus- bzw. Einrücken der Kupplung steuert.
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Aus der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2015 216 146.3 , mit Anmeldetag 24.08.2015, ist eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeugs, insbesondere ein Pedalkraftsimulator, offenbart. Diese Vorrichtung weist ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse axial verlagerbaren Kolben auf, wobei der Kolben über eine Kolbenstange mit dem Betätigungselement verbunden ist. Zudem ist ein Federelement vorhanden, das zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Der Kolben weist einen sich ändernden Querschnitt auf und bei Betätigung durch das Betätigungselement greift er in das Federelement ein, wobei an dem Federelement Rollkörper angeordnet sind, die mit dem Kolben in Wirkverbindung stehen und wobei das Federelement zumindest aus einem ersten und einem zweiten Federteil besteht, die miteinander verbunden sind.
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Bei bekannten Betätigungssystemen erfolgt die Detektion der Verschiebestellung des Führungskolbens meist über Drehwinkelsensoren im Bereich des entsprechenden Bedienungspedals, wie etwa einem Kupplungspedal, das mit der Pedalkraftsimulationsvorrichtung zusammenwirkt. Als Nachteil hieraus ergibt sich jedoch, dass zwischen dem Bedienungspedal sowie dem Führungskolben mehrere Bauteile zwischen geschaltet sind. Der relativ große Verbindungsweg zwischen dem Kupplungspedal (über Gelenke sowie Kolbenstange) hin zu dem Führungskolben hat zur Folge, dass nicht oder nur relativ ungenau auf die korrekte Position des Führungskolbens rückgeschlossen werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine Pedalkraftsimulationsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine verlässlichere Erfassung der Verschiebestellung des Führungskolbens ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Gehäuse eine zur Erfassung der Verschiebestellung des Führungskolbens ausgestaltete / vorbereitete Sensoreinrichtung angebracht ist.
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Dadurch wird möglichst direkt die Verschiebestellung des Führungskolbens ermittelt. Dies lässt eine besonders exakte Erfassung der tatsächlichen Verschiebestellung des Führungskolbens auch nach einer hohen Lebensdauer zu.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung einen (vorzugsweise direkt auf einer Platine angeordneten) Sensor aufweist, der derart positioniert ist, dass er die Verschiebestellung des Führungskolbens über den gesamten (im Betrieb umsetzbaren) Verschiebeweg des Führungskolbens hinweg erfasst. Dadurch ist die Sensoreinrichtung besonders einfach aufgebaut.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Sensoreinrichtung / der Sensor der Sensoreinrichtung mit einem an dem Führungskolben verschiebefest angebrachten / befestigten / aufgenommenen Target zusammenwirkt. Das Target ist bevorzugt als Magnet, nämlich als Permanentmagnet, ausgebildet.
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Ist das Target in einem an einer Innenumfangsfläche des Gehäuses gleitend geführten Abstützbereich des Führungskolbens angeordnet, kann das Target besonders nahe an den Sensor herangerückt werden, sodass eine besonders effektive Messung umgesetzt ist.
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Diesbezüglich ist es wiederum vorteilhaft, wenn der Führungskolben insgesamt zwei in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnete Gleitlagerabschnitte aufweist, die an einer Innenumfangsseite des Gehäuses jeweils gleitend angelegt sind.
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Ist die Sensoreinrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Gehäuse befestigt, ist diese einfach auf bestehende Gehäusestrukturen aufbringbar.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Führungskolben entlang seines Verschiebeweges verdrehsicher relativ zu dem Gehäuse geführt / abgestützt ist. Der Führungskolben ist damit relativ zu dem Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar geführt, sodass die Messgenauigkeit weiter erhöht wird.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn an dem Führungskolben ein in radialer Richtung nach außen abstehendes Führungselement, vorzugsweise in Form eines Stiftes / Bolzens, befestigt ist, wobei das Führungselement in radialer Richtung in eine sich in axialer Richtung erstreckende Führungskulisse, die vorzugsweise in Form eines Führungsschlitzes / einer Führungsnut ausgebildet ist, hineinragt (und somit in dieser Führungskulisse in axialer Richtung geführt ist). Dadurch ergibt sich eine besonders kostengünstig umgesetzte sichere Verdrehsicherung des Führungskolbens relativ zu dem Gehäuse entlang des Verschiebewegs.
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Ist der Führungskolben mit einer zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses angeordneten Kolbenstange verbunden, wobei eine die Kolbenstange in eine ausgefahrene Stellung vorspannende (eine erste Federeinrichtung ausbildende) Druckfeder in axialer Richtung versetzt zu dem Target / außerhalb eines Verschiebeweges des Targets angeordnet ist, wird der Störeinfluss auf das Target im Betrieb weiter reduziert. Die Druckfeder ist dabei bevorzugt vollständig insbesondere außerhalb eines dem Führungskolben führenden Raumbereichs des Gehäuses angeordnet.
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In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn die Druckfeder zwischen einem gehäuseseitigen / gehäusefesten ersten Druckfederanschlag (vorzugsweise als ein in dem Gehäuse befestigtes Abstützelement ausgeführt) und der Kolbenstange oder einem, an der Kolbenstange befestigten, zweiten Druckfederanschlag (vorzugsweise als ein an der Kolbenstange befestigtes Abstützelement ausgeführt) außerhalb des Gehäuses eingespannt ist. Somit ist die Druckfeder entweder zwischen einem gehäusefesten Druckfederanschlag und der Kolbenstange selbst oder einem gehäusefesten ersten Druckfederanschlag und einem, an der Kolbenstange befestigten, zweiten Druckfederanschlag außerhalb des Gehäuses eingespannt.
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Zudem ist bevorzugt eine zweite Federeinrichtung vorhanden, die zwei blattfederartige Federarme aufweist, wobei jeweils ein an jedem Federarm aufgenommenes Kontaktelement in radialer Richtung gegen eine von zwei zueinander abgewandte Konusfläche eines fest mit dem Führungskolben verbundenen Konussegmentes angedrückt ist.
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Das Konussegment erstreckt sich in axialer Richtung / entlang der Längsachse kegelartig.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Betätigungssystem für eine Kraftfahrzeugkupplung mit der erfindungsgemäßen Pedalkraftsimulationsvorrichtung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen eine Sensorintegration am Pedalkraftsimulator durchzuführen, wobei ein Sensor direkt am Gehäuse des Pedalkraftsimulators angeordnet ist. Das Target, bspw. ein Magnet, ist direkt am Kolben (Führungskolben) des Pedalkraftsimulators angeordnet und geführt. Zur Vermeidung möglicher Störeffekte wird die ehemals im Gehäuse des Pedalkraftsimulators angeordnete Druckfeder aus dem Gehäuse heraus entfernt und zwischen zwei an der Kolbenstange außenliegenden Abstützelementen (Druckfederanschläge) angeordnet. Um den erhöhten Signalanforderungen gerecht zu werden, müssen die Toleranzen der dynamischen Bauteile zwischen Target und Sensor klein gehalten werden. Um bspw. eine Verdrehung des Kolbens gegenüber dem Sensor zu vermeiden, ist der Kolben direkt über einem Stift im Gehäuse geführt.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Pedalkraftsimulationsvorrichtung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Pedalkraftsimulationsvorrichtung in einer solchen Schnittebene geschnitten ist, die den Bereich einer Sensoreinrichtung sowie eines mit einem Führungskolben verbundenen Targets erkennen lässt, und
- 2 eine Längsschnittdarstellung der Pedalkraftsimulationsvorrichtung nach 1, wobei die Pedalkraftsimulationsvorrichtung in einer Schnittebene geschnitten ist, die relativ zu der Schnittebene in 1 verdreht ist, sodass eine axiale Führung samt Führungskulisse und Führungselement für den Führungskolben erkennbar sind.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 und 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 veranschaulicht. Die Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 dient prinzipiell dazu, einem Bediener in Abhängigkeit des Verschiebe- / Schwenkweges eines hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Bedienungspedals, nämlich eines Kupplungspedals, eine entsprechende Gegenkraft (Pedalkraft) entgegen zu stellen. Die Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Betätigungssystem einer Kupplung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Die Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 dient somit als eine Vorrichtung, die dem Bediener in Abhängigkeit der Stellung des Bedienungspedals eine entsprechende Gegenkraft simuliert. Das Betätigungssystem ist daher als ein „Clutch-By-Wire“-System ausgebildet, wobei ein elektrisches Stellsignal von dem Bedienungspedal über eine Datenverbindung zu einem Ein- bzw. Ausrücker der Kupplung übertragen wird.
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Wie zunächst in 1 zu erkennen, weist die Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, das einen Führungskolben 4 entlang ihrer Längsachse 3 verschiebbar aufnimmt. Das Gehäuse 2 bildet hierzu eine zylindrische Außenwandung 20 auf, an deren zylindrischer Innenumfangsfläche 12 der Führungskolben 4 verschiebbar angeordnet ist. Die Außenwandung 20 erstreckt sich koaxial zu einer gedachten Längsachse 3 des Gehäuses 2. Der Führungskolben 4 ist entlang der Außenwandung 20 / entlang der Längsachse 3 verschiebbar in dem Gehäuse 2 aufgenommen.
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An dem Führungskolben 4 ist, wie in 2 erkennbar, wiederum verschiebefest ein Konussegment 25 angebracht. Das Konussegment 25 erstreckt sich in der axialen Richtung gesehen kegelartig. Das plattenförmige Konussegment 25 erweitert sich in einem ersten Bereich und verjüngt sich daran anschließend in einem zweiten Bereich, entlang seiner axialen Erstreckung gesehen, wieder. Das Konussegment 25 / Keilsegment ist somit gesamtheitlich als Konus / Kegel ausgebildet. Das Konussegment 25 weist zwei radial einander abgewandte Konusflächen 27a und 27b auf. An einer ersten Konusfläche 27a ist ein erstes Kontaktelement 26a und an eine zweite Konusfläche 27b ein zweites Kontaktelement 26b angedrückt. Die mit dem Konussegment 25 zusammenwirkenden Kontaktelemente 26a und 26b sind Bestandteil einer (zweiten) Federeinrichtung 6. Die Kontaktelemente 26a und 26b sind daher auf die jeweilige Konusfläche 27a und 27b federelastisch angedrückt. Dies ist insbesondere jeweils durch einen blattfederartig ausgeführten Federarm 21a, 21b der Federeinrichtung 6 ermöglicht. Die Kontaktelemente 26a und 26b sind an dem jeweiligen Federarm 21a oder 21b angebracht. Die Kontaktelemente 26a und 26b sind als Rollen ausgebildet. Zudem sind die Federarme 21a und 21b wiederum an einem dem Kontaktelement 26a und 26b gegenüberliegenden Endbereich gehäusefest verankert.
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Um eine aktuelle axiale Verschiebestellung des Führungskolbens 4 im Betrieb korrekt zu ermitteln, ist erfindungsgemäß direkt an dem Gehäuse 2 eine Sensoreinrichtung 7 integriert. Die in 1 gut zu erkennende Sensoreinrichtung 7 weist einen auf einer Platine 10 angeordneten Sensor 9 (sensitives Element) auf. Die Platine 10 ist wiederum in einem Sensorgehäuse 8 der Sensoreinrichtung 7 aufgenommen. Der Sensor 9 wirkt zum Erfassen einer Position des Führungskolbens 4 mit einem Target 11 zusammen. Das Target 11 ist als Magnet, nämlich als Permanentmagnet, ausgebildet und verschiebefest mit dem Führungskolben 4 verbunden.
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Die Sensoreinrichtung 7 ist zusammen mit dem Sensor 9 außerhalb der Außenwandung 20 angeordnet. Das Target 11 ist in einem Abstützbereich 13 des Führungskolbens 4 angeordnet, welcher Abstützbereich 13 in radialer Richtung an der Innenumfangsfläche 12 anliegt und an dieser gleitend geführt ist. Insbesondere ist der Abstützbereich 13 länger als das Target 11 ausgeführt. Der Abstützbereich 13 weist somit Bereiche auf, die sich zu zwei axiale abgewandten Seiten des Targets 11 hin weiter erstrecken und an der Innenumfangsfläche 12 anliegen. Der Abstützbereich 13 ist über seine gesamte Länge hinweg an der Innenumfangsfläche 12 angelegt / gleitend geführt. Das Target 11 ist derart in/an dem Führungskolben 4 aufgenommen sowie relativ zu dem Sensor 9 angeordnet, dass jegliche im Betrieb umsetzbare Verschiebestellung des Targets 11 und somit auch des Führungskolbens 4 durch den Sensor 9 / die Sensoreinrichtung 7 detektierbar ist. In 1 ist der Führungskolben 4 in einer ausgefahrenen Stellung veranschaulicht. Insbesondere ist durch die Sensoreinrichtung 7 jegliche Verschiebestellung zwischen dieser ausgefahrenen und einer maximal eingefahrenen Stellung des Führungskolbens 4 detektierbar. Somit ist durch den Sensor 9 über dem gesamten Verschiebeweg des Führungskolbens 4 zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen Verschiebestellung ein verlässliches Erfassen des durch das Target 11 erzeugten Magnetfeldes möglich.
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In Verbindung mit 2, in der auch die Anordnung der Kontaktelemente 26a und 26b an den Konusflächen 27a und 27b erkennbar ist, ist weiterhin eine verdrehsichere Führung des Führungskolbens 4 relativ zum Gehäuse 2 in axialer Richtung veranschaulicht. Eine solche axiale Führung des Führungskolbens 4 relativ zu dem Gehäuse 2 wird mittels eines Führungselementes 14 sowie einer Führungskulisse 15 ausgebildet. Das Führungselement 14 ist als Stift ausgeformt und in diesem Ausführungsbeispiel fester Bestandteil des Führungskolbens 4. Eine Führungskulisse 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar in dem Gehäuse 2, nämlich im Bereich der Innenumfangsfläche 12 eingebracht. Die Führungskulisse 15 ist als eine sich in axialer Richtung erstreckende Aussparung, nämlich als ein Längsschlitz / eine Längsnut, der / die in die Innenumfangsfläche 12 eingebracht ist, ausgebildet. Das Führungselement 14 ist in dieser Führungskulisse 15 ausschließlich verschiebbar in axialer Richtung und somit verdrehsicher gegenüber dem Gehäuse 2 geführt. In Umfangsrichtung steht das Führungselement 14 zu diesem Zwecke wiederum mit entsprechenden umfangsseitig gegenüberliegenden Anschlagsflanken der Führungskulisse 15 in Wirkverbindung.
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Zudem ist in 2 erkennbar, dass der Führungskolben 4 zwei in axialer Richtung beabstandete Gleitlagerabschnitte 22, 23 aufweist. Diese Gleitlagerabschnitte 22 und 23 sind im Wesentlichen ringförmig ausgeführt und liegen an der Innenumfangsfläche 12 gleitend an.
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Im Bereich eines ersten Gleitlagerabschnittes 22 ist ein Zapfenbereich 24 des Führungskolbens 4 vorgesehen. Dieser Zapfenbereich 24 ragt in der ausgefahrenen Stellung um einen gewissen Abstand aus dem Gehäuse 2 hinaus und dient zum Aufnehmen eines Endes einer Kolbenstange 16, die auf typische Weise im Betrieb weiter mit dem Kupplungspedal verbunden ist. Die Kolbenstange 16 ragt somit fast vollständig in der ausgefahrenen Stellung aus dem Gehäuse 2 hinaus.
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Um die Kolbenstange 16 und somit auch den verschiebefest mit der Kolbenstange 16 verbundenen Führungskolben 4 in die ausgefahrene Stellung zu drängen, ist eine (als Kraftspeicher dienende) Druckfeder 17 als eine weitere (erste) Federeinrichtung 5 vorgesehen. Diese Druckfeder 17 ist in Form einer Schraubendruckfeder ausgeführt. Die Druckfeder 17 ist insbesondere außerhalb eines den Führungskolben 4 verschiebend führenden Raumbereichs 28 des Gehäuses 2 angeordnet. Somit ist die Druckfeder 17 in axialer Richtung versetzt zu dem Target 11 angeordnet. Die Druckfeder 17 ist einerseits gehäuseseitig an einem ersten Druckfederanschlag 18, andererseits an einem, außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten, zweiten Druckfederanschlag 19, der fest mit der Kolbenstange 16 verbunden ist, angelegt. Die Druckfeder 17 ist zwischen diesen beiden Druckfederanschlägen 18 und 19 eingespannt. Die Druckfederanschläge 18 und 19 sind zudem jeweils als einzelne an dem Gehäuse 2 bzw. der Kolbenstange 16 angebrachte Abstützelemente ausgebildet.
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Wie weiterhin in Verbindung mit den 1 und 2 erkennbar, ist die Sensoreinrichtung 7 formschlüssig an einer Außenseite des Gehäuses 2 befestigt, wobei das Sensorgehäuse 8 das Gehäuse 2 in radialer Richtung von außen schellenartig umgreift.
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In anderen Worten ausgedrückt, beinhaltet eine erfindungsgemäße Pedalkraftsimulationsvorrichtung 1 einen Sensor 9, der an einem Gehäuse 2 befestigt ist. Ein Target 11 befindet sich am Kolben (Führungskolben 4) des Pedalkraftsimulators 1. Die Druckfeder 17 ist aus dem Gehäuse 2 heraus verlagert und direkt mit der Kolbenstange 16 und dem Gehäuse 2 verbunden. Dadurch wird der Störfaktor „Druckfeder“ aus dem Bereich des Targets 11 entfernt. Die erhöhte Sensorsignalanforderung fordert eine enge Toleranz, der dynamischen Bauteile, zwischen Target und Sensor, welche durch eine direkte Führung des Target-Trägers (Abstützbereich 13 / Kolben 4) am Gehäuse 2 erzielt wird. In 1 ist ein unbetätigter Zustand des erfindungsgemäßen Pedalkraftsimulators 1 dargestellt. Der Sensor (Sensoreinrichtung 7) mit seinem sensitiven Element (Sensor 9) ist mit dem Gehäuse 2 fest verbunden. Die Druckfeder 17 ist aus dem Gehäuse 2 hinaus, weg vom Target 11 verlagert. Die Druckfeder 17 ist nun über einen Anschlag (zweiter Druckfederanschlag 19) an der Kolbenstange 16 befestigt und stützt sich zur Krafteinleitung bei Betätigung des Pedalkraftsimulators 1 über einen weiteren Anschlag (erster Druckfederanschlag 18) am Gehäuse 2 ab. Das Target 11 befindet sich im Kolben 4, dieser ist über einen Stift 14 direkt im Gehäuse 2 geführt (2), um eine Verdrehung des Kolbens 4 und des Targets 11 gegenüber dem Sensor 7, welcher mit dem Gehäuse 2 formschlüssig verbunden ist, gering zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedalkraftsimulationsvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Längsachse
- 4
- Führungskolben
- 5
- erste Federeinrichtung
- 6
- zweite Federeinrichtung
- 7
- Sensoreinrichtung
- 8
- Sensorgehäuse
- 9
- Sensor
- 10
- Platine
- 11
- Target
- 12
- Innenumfangsfläche
- 13
- Abstützbereich
- 14
- Führungselement
- 15
- Führungskulisse
- 16
- Kolbenstange
- 17
- Druckfeder
- 18
- erster Druckfederanschlag
- 19
- zweiter Druckfederanschlag
- 20
- Außenwandung
- 21a
- erster Federarm
- 21b
- zweiter Federarm
- 22
- erster Gleitlagerabschnitt
- 23
- zweiter Gleitlagerabschnitt
- 24
- Zapfenbereich
- 25
- Konussegment
- 26a
- erstes Kontaktelement
- 26b
- zweites Kontaktelement
- 27a
- erste Konusfläche
- 27b
- zweite Konusfläche
- 28
- Raumbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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