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Die
Erfindung betrifft ein verstellbares Pedalwerk nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1. Die Pedale eines Pedalwerks zur Betätigung der Fahrfunktionen
in einem Kraftfahrzeug müssen
vom Fahrer direkt, unkompliziert und sicher betätigt werden können. Dabei
ist es schwierig, die Pedalanordnung für verschieden große Fahrer
mit unterschiedlichen Beinhebelverhältnissen genau passend einzustellen.
Es ist wünschenswert,
den Antrittspunkt auf der Trittplatte verstellbar zu machen, damit
die Pedale auf die unterschiedlichen Fahrer genau passend eingestellt
werden können.
Dabei kann eine Verstellung in X-Richtung, das heißt in Fahrtrichtung
des Fahrzeuges, aber auch in Z-Richtung, das heißt in der Höhe, zweckmäßig sein.
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Verstellbare
Pedalwerke sind im Stand der Technik, z.B. aus der
US 5,172,606 ,
JP 71 91 773 AA ,
DE 100 17 531 A1 und
EP 0 936 528 A2 bekannt. Die
bekannten Verstelleinrichtungen für Pedale sind meist sehr kompliziert
und aufwendig.
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Häufig arbeiten
die Verstelleinrichtungen bezüglich
des Verstellweges ungenau und beeinflussen das Übersetzungsverhältnis, d.
h. das Verhältnis
der Abstände
zwischen Auftritt und Stößel sowie
Stößel und
Pedalachse sehr stark. Besondere Anforderungen werden an die Verstelleinrichtung
dann gestellt, wenn die Betätigung
kraftverstärkend
unterstützt wird,
da in diesen Fällen
der die Kraftverstärkereinrichtung
steuernde Stößel nur
translatorisch bewegbar ist.
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Ein
eingangs beschriebenes Pedalwerk ist aus der
US 5 855 143 bzw. der
EP 0 919 901 A2 bekannt.
Dabei ist nachteilig, daß die
durch eine Verstellung verursachte Änderung des Betätigungsweges
des Pedals und des Übersetzungsverhältnisses zu
groß sind.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin,
die Verstelleinrichtung und ihren Antrieb möglichst einfach, exakt, feinstellig und
wenig aufwendig zu gestalten.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
ein verstellbares Pedalwerk mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Pedalwerk
hat den Vorteil, daß die
Möglichkeit
besteht, die Verstellung des Pedals mit einem einzigen Antrieb zu
gewährleisten.
Außerdem
ermöglicht
es, den Verstellweg genau zu definieren. Die Hebelverhältnisse
können
mit Hilfe eines dafür
entwickelten Programms genau berechnet werden, um den gewünschten
Verstellweg zu erzielen. Weiterhin bietet es die Möglichkeit,
das Übersetzungsverhältnis und
den Betätigungsweg
des Pedals bei der Verstellung nur sehr gering zu beeinflussen.
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Eine
Ausführungsform
mit einer in einer schräg
verlaufenden Kehle am Gehäuse
geführten Kulisse
hat den Vorteil einer besonders einfachen und unaufwendigen Konstruktion.
Dies trifft auch zu auf eine Ausführungsform, in der das Verstellgetriebe aus
einem Zahnsegment und einem damit kämmenden Zahnrad sowie zwei
im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden und einem auf dem
Zahnsegment und am Stößel angelenkten
Hebel besteht. Auch eine Ausführungsform,
bei der das Verstellgetriebe unter anderem aus zwei miteinander
kämmenden
Zahnsegmenten besteht, hat einen sehr einfachen Aufbau und bietet über die
Abstimmung der Durchmesser der beiden Zahnsegmente die Möglichkeit
einer unaufwendigen Feinsteuerung.
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Eine
Ausführungsform
mit einer gegenläufigen
Doppelschnecke als Antrieb, bei der das Verstellgetriebe unter anderem
aus zwei jeweils mit einem Teil der Doppelschnecke kämmenden
Zahnrädern besteht,
hat einen besonders einfachen Aufbau und ermöglicht über die entsprechende Wahl
der Schneckensteigung und der Verzahnung von Zahnrad und Zahnsegment
eine sehr präzise
und feinstellige Verstellbarkeit.
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Funktionsweise
und Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen von verstellbaren
Pedalwerken werden anschaulich verdeutlicht bei der Beschreibung
der in der Patentzeichnung dargestellten Pedalwerke.
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Darin
zeigt
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1 ein
verstellbares Pedalwerk mit Spindelantrieb und Gehäuse sowie
einem Verstellgetriebe mit einem Vielgelenk und Kompensationselementen;
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2 ein
Pedalwerk wie in 1, jedoch nach Verstellung;
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3 ein
Pedalwerk mit Spindelantrieb und Gehäuse sowie einem Verstellgetriebe
mit einer Kulisse und Kompensationselementen;
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4 ein
Pedalwerk wie 3, jedoch nach Verstellung;
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5 ein
Pedalwerk mit Spindelantrieb und Gehäuse und einem Verstellgetriebe
mit einem Zahnsegment und damit kämmendem Zahnrad und einem Kompensationselement;
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6 ein
Pedalwerk mit Spindelantrieb und Gehäuse sowie einem Verstellgetriebe
mit zwei kämmenden
Zahnsegmenten und einem Kompensationselement und
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7 ein
Pedalwerk mit gegenläufigem Doppelschneckenantrieb
und Gehäuse
sowie einem Verstellgetriebe mit u. a. zwei Zahnrädern und
einem Zahnsegment und einem Kompensationselement.
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In 1 ist
ein verstellbares Pedalwerk mit einer Spindel 1 als Antrieb
und einem Gehäuse 2 abgebildet,
das schwenkbar um die fest im mit der Karosserie verbundenen Lagerbock
L angeordnete Pedalachse 14 gelagert ist. Die Spindel 1 ist
drehbar am Gehäuse 2 angeordnet.
Die Spindel 1 als Antrieb ist an Punkt 30 an einem
Zwischengehäuse 3 angelenkt.
Das Zwischengehäuse
ist an den Anlenkpunkten 26 und 27 mit zwei im
wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Hebeln 7, 8 verbunden,
die an den Punkten 24 und 25 am Gehäuse angelenkt
sind. Hebel 8 ist über
die Anlenkstelle 27 am Zwischengehäuse abknickend verlängert und
am Ende des verlängerten
Teils mit dem Zwischenhebel 12 schwenkbar verbunden. Ein
Pedalhebel 13 ist mit zwei im wesentlichen parallel zueinander
verlaufenden Hebeln 9, 11 am Zwischengehäuse 3 angelenkt.
Hebel 11 ist über
die Anlenkstelle 28 am Zwischengehäuse hinaus abknickend verlängert und
am Ende 29 des verlängerten
Teils schwenkbar mit dem Hebel 10 verbunden. Hebel 9 hat
zwischen den Anlenkstellen am Bremspedal und Zwischengehäuse etwa
mittig eine weitere Anlenkstelle für den Zwischenhebel 12,
der zwischen dem Hebel 9 und dem Hebel 8 angeordnet ist,
wobei der Zwischenhebel 12 einenends in der Mitte des Hebels 9 und
anderenends an dem über
die Anlenkstelle 27 am Zwischengehäuse hinausragenden Ende des
Hebels 8 angelenkt ist.
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Hebel 10 ist
mit seinem anderen Ende an einem Hebel 6 angelenkt, der
seinerseits schwenkbar mit dem nur translatorisch bewegbaren Stößel 5 verbunden
ist. Der Stößel 5 betätigt eine
Kraftverstärkereinrichtung,
beispielsweise einen Bremskraftverstärker. Das Zwischengehäuse 3 sowie
die Hebelpaare 7 und 8 sowie 9 und 11 und
der Zwischenhebel 12 bilden ein Verstellgetriebe. Hebel 10 und
der über
die Anlenkstelle 28 hinausragende Teil des Hebels 11 können die Änderung
des Betätigungsweges
des Pedals und des Übersetzungsverhältnisses
kompensieren. Hebel 10 und der überstehende Teil von Hebel 11 sind
Kompensationselemente.
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Die
Funktion des Verstellgetriebes wird deutlich, wenn man 1 und 2 vergleicht.
In 2 ist dasselbe verstellbare Pedalwerk wie in 1 dargestellt,
jedoch nach Betätigung
der Spindel 1, wodurch die Trittplatte 22 gegen
die Fahrtrichtung nach hinten verstellt wurde. In 2 ist
auf der Trittplatte 22 ein Antrittspunkt A' nach Verstellung
dargestellt, der mit dem Antrittspunkt A vor Verstellung durch eine
durchgezogene Linie verbunden ist.
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In 3 ist
eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäß verstellbaren
Pedalwerks dargestellt. Dabei ist ein Gehäuse 2 um eine fest
im an der Karosserie befestigten Lagerbock L angeordnete Pedalachse 14 schwenkbar
gelagert. Auf dem Gehäuse 2 ist
die Spindel 1 als Antrieb mittels einer Achse schwenkbar
angeordnet. Auf der Spindelachse ist ein Zahnrad 16 fest
angeordnet. Die Spindel 1 ist mit ihrem vorderen Ende rotierbar
in der Spindelaufnahme 23 festgelegt, die an einer Kulisse 17 angelenkt ist.
Die Kulisse 17 wird in einer am unteren Rand des Gehäuses 2 angeordneten
Kehle geführt.
An der Kulisse 17 ist ein Pedalhebel 13 mit Hilfe
zweier im wesentlichen parallel zueinander verlaufender Hebel 9, 11 angelenkt.
Hebel 11 hat zwischen den Anlenkstellen am Pedalhebel 13 und
der Kulisse 17 etwa mittig eine Abknickung, an der der
Hebel 10 angelenkt ist, der am anderen Ende an der Spindelaufnahme 23 angelenkt
ist. Das Zahnrad 16 kämmt
mit einem Zahnsegment 15.
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Zahnsegment 15 weist
auf seiner Unterseite einen Zapfen auf, der in einer konzentrisch
zum Endpunkt 32 des Stößels 5 verlaufenden
Nut im Gehäuse 2 geführt wird,
so daß der
Endpunkt 32 der virtuelle Drehpunkt des Zahnsegments 15 ist.
Auf der Oberseite des Zahnsegments 15 ist am Punkt 33 ein
Hebel 31 angelenkt, der mit seinem anderen Ende 32 am
Stößel 5 angelenkt
ist. Hebel 31 überträgt bei Betätigung des
Pedalhebels 13 die Bewegung auf Stößel 5 und kompensiert
die Änderung
des Pedalbetätigungsweges
und des Übersetzungsverhältnisses durch
die Verstellung.
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In
einem Ausschnitt X rechts oben ist eine Vergrößerung der Spindelaufnahme 23 dargestellt,
in der ihre Verbindung mit der Kulisse 17, der Spindel 1 und
dem Hebel 10 verdeutlicht ist. Die Funktion des verstellbaren
Pedalwerks ist anschaulich zu erkennen durch Vergleich der 3 mit 4.
Hebel 10 treibt den Hebel 11 an und bewirkt dabei
eine zusätzliche
Drehung bei der Verstellung und eine Vergrößerung des Weges des Pedalhebels 13.
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In 4 ist
dasselbe verstellbare Pedalwerk wie in 3 dargestellt,
jedoch nach Betätigung
der Antriebsspindel 1, wodurch die Trittplatte 22 gegen die
Fahrtrichtung nach hinten verstellt wurde. Der Verstellweg zwischen 3 und 4 ist
durch den Antrittspunkt A' nach
Verstellung und den Antrittspunkt A vor Verstellung kenntlich gemacht.
Es ist zu sehen, daß der
Verstellweg fast ausschließlich
in Fahrtrichtung und damit nach der X-Achse orientiert ist. Der
Verstellweg hat nur eine ganz geringe Komponente in der Höhe und damit
in Richtung der Z-Achse.
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In 5 ist
ein verstellbares Pedalwerk mit einer Spindel 1 als Antrieb
und einem Gehäuse 2 dargestellt.
Das Gehäuse 2 ist
um eine fest in einem an der Karosserie befestigten Lagerbock angeordneten Pedalachse 14 schwenkbar
gelagert. Auf dem Gehäuse 2 ist
die Spindel 1 mit einer Achse drehbar angeordnet. Am Gehäuse 2 ist
der Pedalhebel 13 durch zwei im wesentlichen parallel zueinander
verlaufende Hebel 9, 11 angelenkt. An dem Ende
des Hebels 11, der am Gehäuse angelenkt ist, ist ein
Zahnrad 16 drehfest angeordnet. Das Zahnrad 16 kämmt mit
einem Zahnsegment 15, das mit dem Stößel 5 schwenkbar verbunden
ist. Der Stößel 5 ist
nur translatorisch bewegbar. Die Spindel 1 ist an einem über die
Anlenkstelle am Gehäuse 2 abknickend
hinausragenden Ende des Hebels 9 angelenkt. Wird die Spindel 1 ausgefahren,
drückt
sie das an ihr angelenkte Ende des Hebels 9 nach unten,
wodurch die Trittplatte 22 nach hinten verstellt wird.
Durch diese Verstellbewegung wird auch der Hebel 11 mitverstellt,
wodurch das mit ihm fest verbundene Zahnrad 16 eine entsprechende
Drehbewegung macht und das mit ihm kämmende Zahnsegment 15 im
Uhrzeigersinn nach unten bewegt.
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Zahnsegment 15 weist
auf seiner Unterseite einen Zapfen auf, der in einer konzentrisch
zum Endpunkt 32 des Stößels 5 verlaufenden
Nut im Gehäuse 2 geführt wird,
so daß der
Endpunkt 32 des Stößels 5 der
virtuelle Drehpunkt des Zahnsegments 15 ist. Auf der Oberseite
des Zahnsegments 15 ist am Punkt 33 ein Hebel 31 angelenkt,
der mit seinem anderen Ende 32 am Stößel 5 angelenkt ist.
Hebel 31 überträgt bei Betätigung des
Pedalhebels 13 die Bewegung auf den Stößel 5 und kompensiert
die Änderung des
Betätigungsweges
des Pedals und des Übersetzungsverhältnisses
durch die Verstellung. Bei Betätigung
der Trittplatte 22 wird die Bewegung so auf den Stößel 5 übertragen,
daß dieser
translatorisch bewegt wird.
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In 6 ist
eine andere Ausführungsform
eines verstellbaren Pedalwerks dargestellt. Dieses hat ein Gehäuse 2 und
eine darauf schwenkbar angeordnete Spindel 1. Das Gehäuse ist
um die fest in einem an der Karosserie befestigten Lagerbock L angeordneten
Pedalachse 14 schwenkbar gelagert. An dem Gehäuse ist
ein Zahnsegment 18 angelenkt, das mit einem Ende eines
Hebels 17 schwenkbar verbunden ist, dessen anderes Ende
schwenkbar mit einer am oberen Ende des Pedalhebels 13 ausgebildeten
doppelten Führungsklaue
verbunden ist, die an einer Führungskante
am unteren Ende des Gehäuses 2 geführt ist.
Das Zahnsegment 18 kämmt
mit einem Zahnsegment 15.
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Zahnsegment 15 weist
auf seiner Unterseite einen Zapfen auf, der in einer konzentrisch
zum Endpunkt 32 des Stößels verlaufenden
Nut im Gehäuse 2 geführt wird,
so daß der
Endpunkt 32 des Stößels 5 der
virtuelle Drehpunkt des Zahnsegments 15 ist. Auf der Oberseite
des Zahnsegments 15 ist am Punkt 33 ein Hebel 31 angelenkt,
der mit seinem anderen Ende 32 am Stößel 5 angelenkt ist.
Hebel 31 überträgt bei Betätigung der
Trittplatte 22 und des Pedalhebels 13 die Bewegung
auf Stößel 5 und
kompensiert die Änderung
des Betätigungsweges
des Pedals und des Übersetzungsverhältnisses
durch die Verstellung.
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Wird
die Spindel 1 ausgefahren, drückt sie das Zahnsegment 18 nach
unten, wodurch die Führungsklaue
des Pedalhebels gegen die Fahrtrichtung nach hinten verstellt wird.
Das Zahnsegment 18 dreht sich gegen die Uhrzeigerrichtung
und schwenkt dabei das Zahnsegment 15 in Uhrzeigerrichtung
nach unten. Die Verstellrichtung wird durch den Verlauf der Führungskante
am Gehäuse 2 bestimmt.
Diese Führungskante
kann, wie in der Abbildung dargestellt, schräg nach unten verlaufen oder
auch gebogen sein.
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Für die Verstellung
wirkt Zahnsegment 18 als Antriebsritzel und Zahnsegment 15 als
Abtriebsrad. Die Veränderung
des Verhältnisses
der Radien der Zahnsegmente 18 und 15 zueinander
beinflußt
die Kompensation des Übersetzungsverhältnisses
und des Verstellweges, die damit individuell anforderungsgemäß beeinflußt werden
können.
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In 7 ist
ein verstellbares Pedalwerk mit einem Gehäuse 2 und einer gegenläufigen Doppelschnecke 20 als
Antrieb dargestellt. Das Gehäuse 2 ist
um die in einem an der Karosserie befestigten Lagerbock fest angeordnete
Pedalachse 14 schwenkbar. Auf dem Gehäuse 2 ist die gegenläufige Doppelschnecke 20 rotierbar
gelagert. Am Gehäuse 2 ist
der Pedalhebel 13 mittels zweier im wesentlichen parallel zueinander
verlaufender Hebel 9, 11 schwenkbar verbunden.
An den Anlenkenden am Gehäuse
sind die Hebel 9, 11 fest mit Zahnrädern 21, 16 verbunden.
Das Zahnrad 16 kämmt
mit einem Zahnsegment 15.
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Zahnsegment 15 weist
auf seiner Unterseite einen Zapfen auf, der in einer konzentrisch
zum Endpunkt 32 des Stößels 5 verlaufende
Nut geführt
wird, so daß der
Endpunkt 32 des Stößels 5 der
virtuelle Drehpunkt des Zahnsegments 15 ist. Auf der Oberseite
des Zahnsegments 15 ist am Punkt 33 ein Hebel 31 angelenkt,
der mit seinem anderen Ende 32 am Stößel 5 angelenkt ist.
Hebel 31 überträgt bei Betätigung der
Trittplatte 22 und des Pedalhebels 13 die Bewegung
auf Stößel 5 und
kompensiert die Änderung
des Betätigungsweges
des Pedals und des Übersetzungsverhältnisses
durch die Verstellung.
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Wird
die Doppelschnecke 20 im Uhrzeigersinn angetrieben, verstellt
sie über
das mit ihr kämmende
Zahnrad 21 den Hebel 9 gegen die Fahrtrichtung
nach hinten. Gleichzeitig dreht sie das Zahnrad 16 gegen
die Uhrzeigerrichtung, wodurch das Zahnsegment 15 in Uhrzeigerrichtung
nach unten geschwenkt wird. Die Bewegungsrichtung der Trittplatte 22 wird
durch das Längenverhältnis der
Hebel 9, 11 bestimmt. Durch die Abstimmung der
Schneckensteigung und der Zahnteilung der Zahnräder 16, 21 kann der
Verstellweg feinjustiert werden.
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Durch
die Schwenkbewegung des Zahnsegments 15 wird gewährleistet,
daß bei
Betätigung
der Trittplatte 22 nach Verstellung die Bewegung so auf den
Stößel 15 übertragen
wird, daß dieser
nur translatorisch bewegt wird.