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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Pedal mit einer als Befestigungselement
dienenden biegesteifen Grundplatte und einem als Betätigungselement
dienenden biegesteifen Pedalarm, wobei zwischen der Grundplatte
und dem Pedalarm ein biegeweiches flaches, streifenförmiges und
in seiner Längsachse
U-förmig
gebogenes Federgelenk als einziges Federgelenk des Pedals vorgesehen
ist, und wobei in dem Federgelenk wenigstens ein Sensor und/oder
Aktor integriert ist.
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Ein
Pedal der oben genannten Gattung ist aus der Druckschrift
DE 103 28 554 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Pedal sind die Grundplatte, das Federgelenk und
der Pedalarm einstückig
ausgebildet. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass das Pedal mit
verringertem Montageaufwand hergestellt werden kann und durch die
in dem Pedalbereich eingebrachten Sensoren weniger Geräusche bei
der Betätigung
des Pedals verursacht werden und die Rückstellung des Pedals zusätzlich gesteuert
werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass gerade solche einstückigen Pedalausführungen
besonders schwierig herstellbar sind und daher für die Herstellung großer Stückzahlen,
wie sie in der Automobilindustrie erforderlich sind, nicht geeignet
sind. Auch besitzt das bekannte Pedal den Nachteil, dass aufgrund
der einstückigen
Ausbildung der Pedalarm, das Federgelenk und die Grundplatte aus
dem gleichen Material ausgebildet werden müssen, so dass beispielsweise der
Pedalarm, das Federgelenk und die Grundplatte gemeinsam aus Duroplast
oder Stahl hergestellt werden müssen,
während
der Einsatz von kostengünstigen
Thermoplasten hierfür
nicht geeignet ist.
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Des
Weiteren ist aus der Druckschrift
DE 197 55 098 A1 ein Pedal bekannt, das ebenfalls
einstückig
ausgebildet ist, wobei zwischen dem Pedalarm und der Grundplatte
eine Feder-Dämpfer-Einheit
als Rückstellmechanismus
vorgesehen ist. Durch das Vorsehen der Feder-Dämpfer-Einheit
besitzt das beschriebene Pedal einen relativ komplizierten Aufbau und
ist daher schwierig in der Herstellung.
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Die
Druckschrift
US 6,571,661
B1 offenbart ein Bremspedal mit einem flexiblen Pedalarm,
welcher so gebogen ist, dass er an einem Ende mit dem Fuß betätigt werden
kann und an dem anderen Ende am Fahrzeug befestigt werden kann.
Da das ganze Pedal als Federelement ausgebildet ist, kommen für die Herstellung
des Pedals nur ganz bestimmte Materialien in Frage, welche einerseits
eine geeignete Steifigkeit besitzen, um das Pedal betätigen zu
können,
und andererseits flexibel genug sind, um das Pedal nach der Betätigung wieder
zurückfedern
zu lassen. Entsprechend schwierig ist die Herstellung des bekannten
Pedals.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pedal zur
Verfügung
zu stellen, das einfach herstellbar und dennoch flexibel in der
Anwendung ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Pedal der oben genannten Gattung gelöst, bei
welchem die Grundplatte, das Federgelenk und der Pedalarm separat voneinander
ausgebildete und dann verbundene Teile des Pedals sind, wobei das
Federgelenk aus einem anderen Material als die Grundplatte und der Pedalarm
besteht. Das erfindungsgemäße Pedal kann
beispielsweise als Gaspedal, als Bremspedal oder als Kupplung in
einem Fahrzeug Anwendung finden.
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Die
erfindungsgemäße Pedalkonstruktion besitzt
den Vorteil, dass sie im Wesentlichen dreistückig aufgebaut ist, so dass
der Pedalarm, die Grundplatte und das Federgelenk als separate Teile
hergestellt werden können
und daraufhin nur noch geeignet verbunden werden müssen. Somit
eröffnet
sich die Möglichkeit,
den Pedalarm und die Grundplatte als relativ einfach ausgebildete
Standardteile vorzufertigen, während
für das
Federgelenk besonders geeignete federnde Materialien verwendet werden
können
und der wenigstens eine Sensor oder Aktor auf geeignete Weise in
das Federgelenk eingebracht werden kann. Durch die Trennung der
Herstellungstechnologien für
den Pedalarm, die Grundplatte und das Federgelenk kann insgesamt
die Produktion des Pedals nicht nur erleichtert sondern auch wesentlich preisgünstiger
gestaltet werden.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung besteht das Federgelenk aus einem duroplastischen
Material und die Grundplatte und der Pedalarm bestehen aus einem
thermoplastischen Material. Somit können der Pedalarm und die Grundplatte
relativ einfach in Massenproduktion im Spritzgießverfahren oder Extruderverfahren hergestellt
werden, während
die Feder besonders vorteilhaft zur Erzielung günstiger elastischer Eigenschaften
aus einem duroplastischen Material ausgebildet werden kann. Durch
den Einsatz von duroplastischen Werkstoffen für das Federgelenk kann nicht nur
eine hohe thermomechanische Festigkeit und Haltbarkeit des Federgelenks
sondern auch eine relativ geringes Gewicht für das Federgelenk erzielt werden.
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Entsprechend
einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das Federgelenk aus
einem Faserverbundmaterial ausgebildet. Beispielsweise kann die
Feder aus einem faserverstärk ten
duroplastischen Kunststoff mit unidirektionaler Glasfaserverstärkung ausgebildet
sein. Dadurch zeigt das Federgelenk besonders gute elastische Eigenschaften
und ist zudem hochgradig strapazierbar, so dass eine hohe Lebensdauer
für das
erfindungsgemäße Pedal zur
Verfügung
gestellt werden kann.
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Es
ist besonders von Vorteil, wenn der wenigstens eine Sensor, der
in dem Federgelenk integriert ist, ein magnetoresistiver Sensor
ist. Mit Hilfe des magnetoresistiven Sensors kann die Bewegung des
Pedals sehr gut erfasst werden und in ein entsprechendes Signal
umgewandelt werden. In das Federgelenk können jedoch auch ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen
eingebacht werden. Die Dehnungsmessstreifen können sowohl auf einem optischen
als auch auf einem ohmschen Grundprinzip beruhen. Es ist besonders
von Vorteil, wenn der oder die Dehnungsmessstreifen in das Material
des Federgelenks gestickt oder genäht sind bzw. vorab gestickt
oder genäht
werden und dann in das Material des Federgelenks eingebracht werden.
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Als
ein in das Federgelenk einzubringender Sensor kommen auch ein auf
einem Piezo-Faser-Modul
aufbauender Sensor sowie alle Formen von kapazitiven Sensoren in
Betracht.
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In
einem günstigen
Beispiel der Erfindung ist zwischen der Grundplatte und dem Pedalarm
ein in eine Führung
eingreifendes Führungselement
für den
Pedalarm vorgesehen. Durch das Führungselement
kann der Pedalarm in Relation zu der Grundplatte geführt werden.
Entsprechend ist es möglich, durch
das Führungselement
eventuelle, seitlich auf das Pedal einwirkende Missbrauchskräfte aufzunehmen.
Zudem ist es möglich,
durch das Führungselement
eine Vorspannung zwischen Pedalarm und Grundplatte zu realisieren.
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Gemäß einer
vorteilhaften Gestaltungsvariante der Erfindung ist das Führungselement
entweder an der Grundplatte fest angebracht und der Pedalarm ist
relativ zu dem Führungselement
beweglich oder das Führungselement
ist an dem Pedalarm fest angebracht und der Pedalarm ist mit dem
Führungselemente
relativ zu der Grundplatte beweglich. Durch diese Konstruktionsformen
wird eine sicher geführte Bewegung
des Pedalarms relativ zu der Grundplatte ermöglicht und dennoch die Flexibilität des Pedals nicht
eingeschränkt.
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Es
hat sich als besonders günstig
erwiesen, wenn das Führungselement
leicht bogenförmig
ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Führungselement besonders vorteilhaft
der elastischen Bewegung des Federgelenks des Pedals folgen.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dem Führungselement
wenigstens ein Sensor und/oder Aktor integriert. Beispielsweise
können
in dem Führungselement
ein magnetoresistiver Sensor oder berührungslose Linearsensoren vorgesehen
sein. Der wenigstens eine Sensor und/oder Aktor kann dabei sowohl
in einem Gelenk des Führungselementes
als auch in der Führungslinie
des Führungselementes
vorgesehen sein.
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So
ist es beispielsweise möglich,
das Führungselement
in Form eines Führungsdoms
fest an der Grundplatte anzubringen oder in einem Guss mit der Grundplatte
auszubilden, so dass das Führungselement
aus der Grundplatte herausragt und in eine entsprechende Führungsöffnung in
dem Pedalarm hineinragt. Andererseits ist es auch möglich, das Führungselement
beispielsweise als einen Führungsdom
auszubilden, der an dem Pedalarm durch geeignete Verriegelungselemente,
wie zum Beispiel Schnapphaken, angebracht ist oder fest mit dem
Pedalarm verbunden ist und welcher dann in eine Führungsöffnung in
der Grundplatte hineinragt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist im Folgenden in 1 dargestellt,
wobei
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1 schematisch
einen Grundaufbau eines Pedals 1 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Das
Pedal 1 weist eine Grundplatte 2, ein Federgelenk 3 und
einen Pedalarm 4 auf, wobei die Grundplatte 2,
das Federgelenk 3 und der Pedalarm 4 separat voneinander
ausgebildete und dann verbundene Teile des Pedals 1 sind.
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Die
Grundplatte 2 dient als Befestigungselement für das Pedal 1 und
besteht im Wesentlichen aus einem biegesteifen Material. In dem
gezeigten Beispiel ist die Grundplatte 2 aus einem thermoplastischen
Material ausgebildet. Auf diese Weise kann die Grundplatte 2 relativ
einfach in Massenproduktion beispielsweise in einem Spritzgieß- oder
Extruderverfahren hergestellt werden, wodurch die Grundplatte 2 besonders
preisgünstig
zur Verfügung
gestellt werden kann. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung kann die Grundplatte 2 auch aus einem anderen
Material wie Thermoplaste oder Stahl hergestellt sein.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Grundplatte 2 einstückig mit
einem von der Grundplatte 2 in Richtung des Pedalarms 4 ragenden
Führungselement 5 verbunden.
Das Führungselement 5 ist
in der in 1 gezeigten Ausführungsform
als ein Führungsdom
ausgebildet, dessen Form leicht bogenförmig entsprechend der Bewegung
des Pedalarms 4 beim Niederdrücken des Pedalarms 4 ist. Das
Führungselement 5 greift
in eine in dem Pedalarm 4 ausgebildete Führungsöffnung 10 ein.
Somit wird der Pedalarm 4 beim Niederdrücken des Pedals 1 durch
das Führungselement 5 in
Kombination mit der Führungsöffnung 10 auf
einer definierten Führungslinie
bewegt. Zudem kann durch das Führungselement 5 zwischen
dem Pedalarm 4 und der Grundplatte 2 eine Vorspannung
realisiert werden. Des Weiteren werden durch das Führungselement 5 seitlich
auf das Pedal 1 einwirkende Missbrauchskräfte aufgenommen,
welche beispielsweise auftreten, wenn seitlich auf das Pedal 1 getreten
wird.
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Die
Grundplatte 2 ist einseitig mit dem Federgelenk 3 verbunden.
Das Federgelenk 3 ist das einzige Federgelenk des Pedals 1 und
ist als ein biegeweiches flaches, streifenförmiges und in seiner Längsachse
U-förmig
gebogenes Federgelenk 3 ausgebildet.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Federgelenk 3 als
eine Laminatfeder aus einem Faserverbundmaterial, vorzugsweise einem faserverstärkten duroplastischen
Kunststoff mit unidirektionaler Glasfaserverstärkung ausgebildet. Es ist jedoch
auch denkbar, das Federgelenk 3 aus einem thermoplastischen
Material herzustellen. Das Federgelenk 3 kann beispielsweise
auch in ein thermoplastisches Material eingespritzt werden.
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Das
Federgelenk 3 besteht aus einem anderen Material als die
Grundplatte 2 und der Pedalarm 4.
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Dabei
ist unter einem anderen Material lediglich zu verstehen, dass das
Material des Federgelenks 3 andere Eigenschaften als das
der Grundplatte 2 oder des Pedalarms 4 aufweist.
So kann beispielsweise ein anderes Material im Sinne der vorliegenden
Schutzrechtsanmeldung auch durch Verändern von Materialeigenschaften
ein und desselben Ursprungsmaterials, beispielsweise durch Verändern der
Biegesteife von Stahl durch Härten,
erzielt werden. Auch kann das Material des Federgelenks 3 ein oder
mehrere Materialien der Grundplatte 2 oder des Pedalarms 4 beinhalten,
während
die Grundplatte 2 oder der Pedalarm 4 auch ein
oder mehrere Materialien des Federgelenks 3 beinhalten
können.
Dies ist insbesondere dann möglich,
wenn das Pedal 1 oder ein oder mehrere Teile des Pedals 1 in
Sandwichkonstruktion oder Laminattechnologie gefertigt sind.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsvariante
der Erfindung kann das Federgelenk 3 separat, beispielsweise
aus einem duroplastischen Werkstoff oder einem ganz speziell angepassten
thermoplastischen Werkstoff, ausgebildet bzw. vorgefertigt sein,
wobei der Pedalarm 4 und die Grundplatte 2 an das
Federgelenk 3 daraufhin angespritzt werden. Dies kann dadurch
erfolgen, dass das vorgefertigte Federgelenk 3 in ein Spritzgusswerkzeug
eingelegt und der Pedalarm 4 und die Grundplatte 2 durch
Anspritzen an dem Federgelenk 3 befestigt werden. Auf diese
Weise kann ein rationelles Verfahren für die Massenfertigung des erfindungsgemäßen Pedals 1 zur
Verfügung
gestellt werden.
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Entsprechend
einer weiteren Variante der Erfindung kann das Federgelenk 3 auch
als eine Stahlfeder ausgebildet sein, welche in den Gelenkbereich des
Pedals 1 eingelegt wird und darin eingespritzt wird, woraufhin
das Gelenk mit der Grundplatte 2 und dem Pedalarm 4 verbunden
wird.
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Es
ist daher gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht unbedingt notwendig, dass die Grundplatte 2,
das Federgelenk 3 und der Pedalarm 4 von außen als
separate Teile sichtbar sind.
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In
dem Federgelenk 3 ist wenigstens ein Sensor und/oder Aktor
vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist in
dem Federgelenk 3 ein magnetoresisitver Sensor 8 vorgesehen,
mit welchem detektiert wird, wie weit der Pedalarm 4 in
Relation zu der Grundplatte 2 bewegt wurde. Entsprechend
dem von dem magnetoresistiven Sensor 8 ausgegebenen Signal
kann eine entsprechende Wirkung, wie z. B. eine Bremswirkung, für das mit
dem Pedal 1 ausgerüstete
Fahrzeug zur Verfügung
gestellt werden.
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Statt
oder zusätzlich
zu dem in 1 vorgesehenen magnetoresisiven
Sensor 8 können
in dem Federgelenk 3 auch ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen
eingebracht sein. Der oder die Dehnungsmessstreifen können auf
einem optischen oder ohmschen Wirkprinzip basieren. Der oder die
Dehnungsmessstreifen können
beispielsweise genäht oder
gestickt sein und in das Material des Federgelenks 3 beispielsweise
durch Eingießen
oder Einpressen eingebracht sein.
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In
das Federgelenk 3 können
auch ein auf einem Piezo-Faser-Modul aufbauender Sensor sowie jegliche
Formen von kapazitiven Sensoren eingebracht sein.
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Ebenso
kann das Führungselement 5 wenigstens
einen Sensor und/oder Aktor aufweisen. In dem in 1 dargestellten
Beispiel sind in dem Führungselement 5 berührungslose
Li nearsensoren 9 integriert, welche sich sowohl in dem
an die Grundplatte 2 anschließenden Fuß oder Gelenk des Führungselementes 5 als
auch entlang seiner Länge
in Richtung des Pedalarms 4 befinden können.
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Obwohl
das Führungselement 5 in 1 als mit
der Grundplatte 2 einstückig
bzw. aus einem Guss ausgebildet dargestellt ist, kann das Führungselement 5 auch
an der Grundplatte 2 mittels geeigneter Befestigungselemente
befestigt vorgesehen sein.
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Entsprechend
anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten der Erfindung
kann das Führungselement 5 auch
an dem Pedalarm 4 angebracht oder mit dem Pedalarm 4 einstückig ausgebildet
sein. Beispielsweise kann das Führungselement 5 an
dem Pedalarm 4 durch geeignete Verriegelungselemente, wie
zum Beispiel Schnapphaken, befestigt sein. Dann befindet sich dem
Führungselement 5 gegenüber in der
Grundplatte 2 eine Aussparung bzw. Führungsöffnung, in welche das Führungselement 5 während der
Bewegung des Pedalarms 4 ragen kann, um den Pedalarm 4 relativ
zu der Grundplatte 2 zu führen. Auch dann bietet es sich
an, das Führungselement 5,
obwohl dies nicht notwendig ist, leicht bogenförmig auszubilden, damit das
Führungselement 5 der
Bewegung des Festkörpergelenks
des Pedals 1 folgen kann. Unabhängig von der konkreten Anbringung
oder Gestaltung des Führungselementes 5 kann
in diesem ein Sensor und/oder Aktor integriert sein.
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An
dem Federgelenk 3 ist an der der Grundplatte 2 gegenüberliegenden
Seite des Federgelenks 3 der Pedalarm 4 befestigt.
Der Pedalarm 4 ist in dem in 1 gezeigten
Beispiel etwa S-förmig
ausgebildet, kann jedoch in anderen Ausführungsvarianten der Erfindung
auch eine andere für
seine Funktion als Betätigungselement
geeignete Form aufweisen.
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Der
Pedalarm 4 weist eine an seinem dem Federgelenk 3 gegenüberliegenden
Ende vorgesehene Betätigungsfläche 6 auf,
auf welche ein Bediener eines Fahrzeugs mit einem Fuß treten
kann, um zum Beispiel eine Bremswirkung an dem Fahrzeug auszulösen.
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Der
Pedalarm 4 ist im Wesentlichen aus einem biegesteifen Material
ausgebildet und kann beispielsweise aus dem gleichen Material wie
die Grundplatte 2 bestehen.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel besteht der Pedalarm 4 aus
einem thermoplastischen Material. Dadurch kann der Pedalarm 4 relativ
leicht und kostengünstig
in Massenproduktion beispielsweise durch Einsatz von Spritzgieß- oder
Extruderverfahren hergestellt werden.
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In
dem in 1 dargestellten Beispiel sind die Grundplatte 2,
das Federgelenk und der Pedalarm 3 durch Schraubverbindungen
miteinander verbunden. Es kann jedoch auch jede andere geeignete Form
der Verbindung gewählt
werden, um die drei Teile des Pedals 1 zu koppeln.
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Das
erfindungsgemäße Pedal 1 besitzt
den Vorteil, dass es eine hohe Lebensdauer besitzt, aufgrund der
eingesetzten Materialien wassertest ist und keine Korrosion aufweist.
Das erfindungsgemäße Pedal 1 ist
leicht an bestimmte Erfordernisse von Fahrzeugen oder Kunden anzupassen,
wodurch sich eine große
Breite an Einsatzmöglichkeiten
für das
erfindungsgemäße Pedal 1 ergibt.
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Insbesondere
besitzen die Grundplatte 2 als auch der Pedalarm 4 eine
hohe Biegesteifigkeit, wodurch sie besonders belastbar sind. Dagegen
weist das Federgelenk 3 als flexibles Teil eine sehr geringe Biegesteifigkeit
auf, wodurch sehr gute Federeigenschaften für das Pedal 1 zur
Verfügung
gestellt werden können.
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Obwohl
in dem oben diskutierten Ausführungsbeispiel
die Elemente des Pedals 1 aus Kunststoff ausgebildet sind,
kann das Pedal 1 beispielsweise auch aus Stahl oder anderen
geeigneten Materialien ausgebildet werden.
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Neben
den oben genannten Sensoren kann das Federgelenk 3 und/oder
das Führungselement 5 mit
aktorischen Elementen zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens des Federgelenks 3 ausgerüstet sein.
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Es
ist zudem möglich,
die Sensoren und/oder Aktoren, die in das Pedal 1 eingebaut
sind, von außen über eine
elektrische Verbindung 7 zu steuern bzw. die Signale der
Sensoren über
die elektrische Verbindung 7 auszulesen.