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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Verstellung
des Hebelverhältnisses für einen
Betätigungshebel
zur Veränderung
der Kräfte
und Wege die durch den Hebel übertragen werden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Mechanismus
zur Verstellung des Hebelverhältnisses
für einen
manuell betätigten
Betätigungshebel
in einem Kraftfahrzeug, wie ein Handbremshebel oder ein Pedal mit
verstellbarem Hebelverhältnis.
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2. Stand der Technik
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In
vielen Bereichen der Mechanik, wie z. B. im Maschinenbau oder im
Kraftfahrzeugbau stellt sich das Problem, einen Hebel derart einstellen
zu können
dass unterschiedliche Betätigungskräfte und Betätigungswege
möglich
sind. Dies kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass ein manuell
zu betätigender
Betätigungshebel
von unterschiedlich starken Personen betätigt werden soll. So könnte es z.
B. wünschenswert
sein, die erforderliche Betätigungskraft
für einen
Handbremshebel in einem Kraftfahrzeug auf den jeweiligen Fahrer
einstellen zu können.
Ein kräftiger
Fahrer würde
sich eventuell einen kurzen Betätigungsweg
mit einer entsprechend hohen Kraft wünschen, während sich ein schwächerer Fahrer
eventuell eher einen längeren
Betätigungsweg
mit einer geringeren Kraft wünschen
würde.
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Das
Dokument
US 4,989,474 offenbart
einen Hebel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Der
Stand der Technik beschreibt manuell betätigte Betätigungshebel die ihr jeweiliges
Hebelverhältnis
während
der Betätigung
verändern.
Die
GB 1,092,314 beschreibt
einen Hebelmechanismus mit variablem Hebelverhältnis für eine Handbremse, der eine
Hebelarmmechanik verwendet, um in einem anfänglichen Teil der Betätigungsbewegung
eine große
Ausgabebewegung mit einer geringen Ausgabekraft zu erzeugen und
in einen finalen Teil der Betätigungsbewegung
eine hohe Ausgabekraft. Das bedeutet, dass sich der Hebelarm des
Betätigungshebels
während
der Betätigungsbewegung
verändert. Die
US 3,727,418 zeigt den umgekehrten
Effekt. Hier hat der anfängliche
Teil der Betätigungsbewegung eine
große
Ausgabekraft und der finale Teil der Betätigungsbewegung eine geringe
Ausgabekraft. Jedoch zeigen diese Betätigungshebel keine Anpassung
des Hebelverhältnisses
an den Benutzer.
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Auch
bei Pedalen in Kraftfahrzeugen, die manuell mit dem Fuß betätigt werden,
kann es wünschenswert
sein, Betätigungskräfte und
Betätigungswege
einstellen zu können.
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Im
Stand der Technik sind viele unterschiedliche Lösungen zur Einstellung eines
Pedals an den Fahrer beschreiben. So sind z. B. in der
DE 199 23 697 A1 und der
DE 200 22 852 U1 verstellbare
Pedale beschrieben, die durch die Verstellung des Pedalarms auf
den jeweiligen Fahrer einstellbar sein können. Dabei wird der Hebelarm
des Pedals so verlängert,
dass das Pedal schräg
nach unten auf den Fahrer zu verlängert wird. Aus diesen Lösungen ist
ersichtlich, dass sich die Hebelverhältnisse nach der Verstellung
entscheidend verändern.
In der Einstellung für
kleine Fahrer hat das Pedal jeweils einen langen Hebel, so dass
es mit einem großen
Betätigungsweg
und entsprechend geringer Kraft betätigt werden muss.
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In
solchen Fällen
ist es daher wünschenswert,
dass trotz der Verstellung des Pedals die Hebelverhältnisse
annährend
konstant gehalten werden. Es ist wünschenswert, dass sowohl kleine
als auch große
Fahrer den gleichen Betätigungsweg
und die gleiche Betätigungskraft
bei der Betätigung
des Pedals vorfinden.
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Andere
Pedale mit variablem Hebelverhältnis
sind in der
US 3,646,830 oder
der
JP 59 180 713 A beschrieben,
in denen sich das Hebelverhältnis während des
Be tätigungsweges
des Pedals verändert.
In diesen Dokumenten wird das Hebelverhältnis größer, wenn die Betätigung,
d. h. der Betätigungsweg
des Pedals vergrößert, wird.
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Somit
besteht das der Erfindung zugrunde liegende Problem darin, einen
verbesserten manuell betätigten
Betätigungshebel
bereitzustellen, bei dem das Hebelverhältnis auf den Benutzer einstellbar
ist. Zum einen ist es erwünscht,
einen ansonsten gewöhnlichen
Betätigungshebel
zu haben, bei dem das Hebelverhältnis
auf den Benutzer eingestellt werden kann. Zum anderen ist es erwünscht, einen
Betätigungshebel
zu haben, der nach einer geometrischen Anpassung des Betätigungshebels
an unterschiedlich große
Benutzer, die gleichen Hebelverhältnisse für alle Benutzer
bereitstellt.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem wird erfindungsgemäß durch
einen Mechanismus zur Verstellung des Hebelverhältnisses gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Im
Speziellen weist der Mechanismus zur Verstellung des Hebelverhältnisses,
insbesondere für
die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, eine Halterung, einen Arm
des Betätigungshebels
und eine Drehachse (bzw. ein Drehschaft) auf, zur drehbaren Lagerung
des Arms des Betätigungshebels
an der Halterung, wobei die Drehachse verschiebbar am Arm des Betätigungshebels
und verschiebbar an der Halterung gelagert ist. Weiterhin weist
der Mechanismus zur Verstellung des Hebelverhältnisses eine erste Einstellvorrichtung
(bzw. ein erstes Einstellmittel) zur Verschiebung der Drehachse
bezüglich
des Arms des Betätigungshebels
und eine zweite Einstellvorrichtung zur Verschiebung der Drehachse
bezüglich der
Halterung auf.
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Dadurch
dreht der Arm des Betätigungshebels
um die Drehachse (bzw. den Drehschaft). Damit kann der Betätigungshebel
so verstellt werden, dass das Verhältnis der Hebelarme einer Eingangskraft
F1 und einer Ausgangskraft F2,
die am Arm angreifen, zueinander variabel ist, wobei die Kräfte F1 und F2 vor oder
nach der Verschiebung der Drehachse an den gleichen Positionen eingeleitet
werden.
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Das
Verhältnis
der Kräfte
F1 und F2 ist ihr Quotient
oder ihre Beziehung. In einem Betätigungshebel hängt das
Verhältnis
von den geometrischen Bedingungen der Krafteinleitungspunkte und
der Drehpunkte ab. In unserem Fall ist das Verhältnis der Quotient der Entfernungen
der Kraftlinien der Kräfte F1 und F2 zu der Drehachse,
die die Rotationsachse des Arms des Betätigungshebels definiert. Durch eine
Verschiebung der Drehachse werden die Entfernungen zu den Kraftlinien
der Kräfte
F1 und F2 variiert.
Dadurch verändert
sich auch der Quotient dieser Entfernungen. Das führt zu einer
Variation des Hebelverhältnisses
des Betätigungshebels.
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Bevorzugt
sind die erste Einstellvorrichtung und die zweite Einstellvorrichtung
so einstellbar, dass beim Verschieben der Drehachse die Position
des Arms des Betätigungshebels
bezüglich
der Halterung beibehalten wird. Da die Position des Arms des Betätigungshebels
zu der Halterung beibehalten wird, können die Kraftangriffspunkte
an dem Arm des Betätigungshebels
beibehalten werden. Insbesondere ist dann der Handgriff beispielsweise
eines Handbremshebels immer an der gleichen Stelle. Weiterhin wird
die Position beispielsweise einer Trittplatte eines Pedals ebenfalls
nicht verändert.
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Bevorzugt
erfolgt die Verschiebung der Drehachse durch die erste Einstellvorrichtung
in gegenläufiger
Richtung zur Verschiebung der Drehachse durch die zweite Einstellvorrichtung.
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Bevorzugt
werden die erste Einstellvorrichtung und die zweite Einstellvorrichtung
simultan betätigt.
Dadurch wird sich der Arm des Betätigungshebels in Bezug zu der
Halterung während
der Verstellung nicht bewegen. Jede Zwischenposition der Verstellung
wird unmittelbar während
der Verstellung erhalten.
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Bevorzugt
ist die erste Einstellvorrichtung am Arm des Betätigungshebels befestigt. Weiterhin bevorzugt
ist die zweite Einstellvorrichtung an der Halterung befestigt. Daher
verschiebt sich nur die Drehachse des Betätigungshebels in Bezug zu der Halterung
und nicht der Betätigungshebel
selbst. Die erste Einstellvorrichtung wird sich bei einer Betätigung des
Arms des Betätigungshebels
zumindest teilweise mit dem Arm des Betätigungshebels mitbewegen.
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Bevorzugt
weist der Arm des Betätigungshebels
und die Halterung ein längliches
Führungselement
zur verschiebbaren Lagerung der Drehachse auf. Die Position der
Drehachse kann somit sowohl zu dem Arm des Betätigungshebels als auch zu der Halterung
verändert
werden.
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Bevorzugt
weist die erste Einstellvorrichtung eine in dem Arm des Betätigungshebels
gelagerte Armachse (bzw. Armschaft) und erste Kurvenscheiben (bzw.
erste Nockenplatten) auf, die mit der Armachse und der Drehachse
verbunden sind, so dass durch eine Verdrehung der ersten Kurvenscheiben eine
Verschiebung der Drehachse relativ zum Arm des Betätigungshebels
erfolgt.
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Bevorzugt
weist die zweite Einstellvorrichtung einen mit der Halterung verbundenen
Lagerstift und zweite Kurvenscheiben (bzw. zweite Nockenplatten)
auf, die mit den Lagerstift und der Drehachse verbunden sind, so
dass durch eine Verdrehung der zweiten Kurvenscheiben eine Verschiebung
der Drehachse relativ zur Halterung erfolgt.
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Bevorzugt
weisen die ersten Kurvenscheiben erste Kurvenschlitze (bzw. erste
Nockenschlitze) auf, durch die sich die Drehachse erstreckt, und
die zweiten Kurvenscheiben weisen zweite Kurvenschlitze (bzw. zweite
Nockenschlitze) auf, durch die sich der Lagerstift erstreckt.
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Bevorzugt
ist die Drehachse mit den zweiten Kurvenscheiben verbunden und durch
die ersten Kurvenschlitze gleitbar angeordnet, so dass die Drehachse
funktional mit beiden Einstellvorrichtungen verbunden ist.
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Die
Verwendung von länglichen
Schlitzen und Kurvenscheiben ist eine sehr robuste und wartungsarme
Möglichkeit
zu Verschiebung von Achsen innerhalb der länglichen Schlitze. Weiterhin,
lässt sich,
wenn zwei Kurvenscheiben mit einer Achse drehfest verbunden sind,
eine sehr einfache Parallelführung
bereitstellen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine Kurvenscheibe
durch eine Drehbewegung betätigt
wird, was durch einen Elektromotor oder ein Handrad sehr leicht
möglich
ist.
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Die
Form der Kurvenschlitze ist durch die Länge der Verschiebung der Drehachse
vorgegeben. Die Kurvenschlitze können
eine unterschiedliche Form aufweisen, bevorzugt weisen die ersten
und zweiten Kurvenschlitze allerdings die gleiche Form und Länge auf.
Hierbei ist anzumerken, dass trotz gleicher Form der ersten und
zweiten Kurvenscheiben diese in einer unterschiedlichen Einbaulage
in den Betätigungshebel
eingebaut werden können.
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Bevorzugt
werden die ersten und zweiten Kurvenscheiben bei der Verstellung
der Drehachse um den gleichen Drehwinkel verdreht, um die Position
des Arms des Betätigungshebels
in Bezug zu der Halterung beizubehalten.
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Der
Antrieb der ersten und/oder der zweiten Kurvenscheiben erfolgt bevorzugt
durch einen Elektromotor oder manuell.
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Bevorzugt
werden die ersten und/oder die zweiten Kurvenscheiben entweder über ein
Zahnradgetriebe, ein Spindelgetriebe, ein Nockengetriebe, ein Ketten-,
Riemen- oder Keilriementrieb, eine biegsame Welle oder über eine
Kombination dieser Getriebe angetrieben.
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Bevorzugt
ist der Betätigungshebel
ein Teil eines Handbremshebels. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Betätigungshebel
ein Teil eines Pedals, vorzugsweise eines Pedals für ein Kraftfahrzeug.
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Bevorzugt
kann das Pedal ein in seinen Abmessungen auf den Benutzer einstellbares
Pedal sein, wobei der Betätigungshebel
so eingestellt werden kann, dass die Betätigungskraft und der Betätigungsweg
des Pedals trotz der geometrischen Einstellung auf den Benutzer
konstant bleibt. In diesem Fall bleiben die Betätigungsbedingungen, d. h. das Betätigungsgefühl des Pedals,
unabhängig
von der geometrischen Verstellung, konstant.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann das Pedal wiederum ein in seinen Abmessungen auf den Benutzer
einstellbares Pedal sein, wobei der Betätigungshebel so eingestellt
werden kann, dass die Betätigungskraft
ebenfalls auf den Benutzter eingestellt werden kann. In diesem Fall
können
die Betätigungsbedingungen,
d. h. das Betätigungsgefühl, des
Pedals eingestellt werden. Das Pedal kann so eingestellt werden,
dass es ein weicheres oder ein härteres
Betätigungsgefühl bietet.
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Bevorzugt
ist die Drehachse unabhängig
von einem Mittel zur geometrischen Verstellung des Pedals. Das bedeutet,
dass die geometrische Verstellung unabhängig von der Verstellung des
Hebelarms ist. In anderen Worten kann zum Beispiel die Entfernung
eines Pedals zu dem Benutzer unabhängig vom Betätigungsgefühl eingestellt
werden.
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Bevorzugt
wird zur geometrischen Einstellung des Pedals auf den Benutzer und
zur Betätigung der
ersten und zweiten Einstellvorrichtungen ein gemeinsames Stellelement
verwendet.
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In
einer anderen Ausführungsform
werden zur geometrischen Einstellung des Pedals auf den Benutzer
und zur Betätigung
der ersten und zweiten Einstellvorrich tungen mindestens zwei Stellelemente verwendet,
die durch eine Steuerelektronik gesteuert werden.
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Bevorzugt
sind mindestens zwei der Pedale zu einer Pedaleinheit angeordnet,
wobei die ersten und zweiten Einstellvorrichtungen der Betätigungshebel,
zur gemeinsamen Verstellung, gemeinsam angetrieben werden.
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Bevorzugt
wird zur Betätigung
der ersten und zweiten Einstellvorrichtungen der Pedale einer Pedaleinheit
nur einzelnes, gemeinsames Stellelement verwendet.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
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1 eine
Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Betätigungshebels
gemäß der Erfindung,
wobei der Betätigungshebel
so eingestellt ist, dass er kürzere
Hebelarme aufweist;
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2 eine
Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform eines Betätigungshebels
aus 1, wobei der Betätigungshebel so eingestellt
ist, dass er größere Hebelarme
aufweist;
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3 eine
dreidimensionale Explosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform
eines Betätigungshebels
gemäß 1;
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4 eine
dreidimensionale Ansicht des Verstellmechanismus eines verstellbaren
Betätigungshebels,
wobei der Arm des Betätigungshebels nicht
dargestellt ist;
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5 eine
dreidimensionale Ansicht eines Pedals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
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6 eine
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in
Form eines geometrisch auf den Fahrer einstellbaren Pedals;
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7 eine
Seitenansicht des Pedals aus 6 während der
Betätigung.
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5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
vorliegende bevorzugte Ausführungsform
beschreibt einen Betätigungshebel
gemäß der vorliegenden
Erfindung, insbesondere zur manuellen Betätigung, der eine Variation
des Hebelverhältnisses
erlaubt. Dadurch soll einerseits ermöglicht werden, das Hebelverhältnis eines
Betätigungshebels auf
einen individuellen Benutzer einzustellen und andererseits, falls
eine geometrische Anpassung des Betätigungshebels an einen Benutzer
erfolgt ist, das Hebelverhältnis
des Betätigungshebels
konstant zu halten.
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In
den 1 bis 4 ist eine erste Ausführungsform
eines Betätigungshebels
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Betätigungshebel besteht im Wesentlichen
aus einem Arm des Betätigungshebels 20,
der mittels einer Drehachse 15 in der festen Halterung 2 schwenkbar
gelagert ist. An dem Arm des Betätigungshebels 20 befindet
sich ein erster Krafteinleitungspunkt 14 an dem eine Eingangskraft F1 in den Arm des Betätigungshebels 20 eingeleitet wird,
sowie ein zweiter Krafteinleitungspunkt 16, an dem eine
Ausgangs- oder Reaktionskraft F2 in den Arm
des Betätigungshebels 20 eingeleitet
wird. An den dargestellten Krafteinleitungspunkten können sowohl
Zug- als auch Druckkräfte
und auch Drehmomente eingeleitet werden. In den 1 und 2 werden
die Kräfte
F1 und F2 durch
die Pfeile bei den Bezugszeichen 14 und 16 repräsentiert.
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Die
Krafteinleitungspunkte 14 und 16 stehen für beliebig
viele Punkte an beliebigen Positionen des Arms des Betätigungshebels,
an denen unterschiedliche Kräfte in
den Arm des Betätigungshebel 20 eingeleitet
werden können.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird hier angenommen, dass es
sich bei den Kräften
F1 und F2 um Druckkräfte in der
in 1 und 2 dargestellten Richtung handelt.
Die Eingangskraft F1 (beim Bezugszeichen 14)
könnte
z. B. die Druckkraft sein, die durch den Fuß eines Fahrers auf ein Bremspedal übertragen
wird. In dem Beispiel eines Bremspedals wäre die Ausgangskraft F2 (beim Bezugszeichen 16) die Kraft,
die von dem Bremspedal auf den Hauptbremszylinder übertragen
wird.
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In
dem in 1 dargestellten Beispiel, hat die Ausgangskraft
F2 einen geringeren Hebelarm bezüglich der
Drehachse 15 verglichen mit der Eingangskraft F2. Wenn man nun vereinfachend davon ausgeht,
dass die Drehachse 15 keine Drehmomente aufnimmt und die
Verluste durch Reibung oder ähnliches
gering sind, ergibt sich, dass der Betrag der Ausgangskraft F2 größer sein
wird, als der Betrag der Eingangskraft F1.
Der Betrag der Eingangskraft F1 multipliziert
mit ihrem resultierenden Hebelarm entspricht der Ausgangskraft F2 multipliziert mit ihren resultierenden
Hebelarm.
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Die
resultierenden Hebelarme der Kräfte
F1 und F2 sind durch
die kürzeste
Entfernung zwischen der Symmetrieachse der Drehachse 15 und
der imaginären
Verlängerung
der Kraftvektoren definiert.
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Wie
oben erwähnt,
ist das Verhältnis
der Kräfte
F1 und F2 ihr Quotient
oder ihre Beziehung. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verhältnis der
Quotient der Entfernungen (die resultierenden Hebelarme) der Kraftlinien
von F1 und F2 zu
der Drehachse 15, die die Rotationsachse des Arms des Betätigungshebels 20 definiert.
Durch eine Verschiebung der Drehachse 15 werden die Entfernungen
der Kraftlinien der Kräfte
F1 und F2 variiert.
Daher wird auch der Quotient der Entfernungen variiert. Das führt zu einer
Variation des Hebelverhältnisses
des Betätigungshebels.
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2 zeigt
im Vergleich zu 1 einen Betätigungshebel, bei dem die Drehachse 15 nach
oben verschoben wurde. Dadurch wird der Hebelarm der Ausgangskraft
F2 und auch der Hebelarm der Eingangskraft
F1 in Bezug auf diese Drehachse 15 um den
gleichen Betrag vergrößert. Da
der Betrag der Ausgangskraft F2 proportional
zum Verhältnis
der Hebelarme der Kräfte
F1 und F2 ist, ergibt
sich, dass die Ausgangskraft F2 in 2 kleiner
ist, als die Ausgangskraft F2 in 1.
Vorausgesetzt, es wird die gleiche Eingangskraft F1 in
den Arm des Betätigungshebels 20 eingeleitet.
Eine Verschiebung der Drehachse 15 bewirkt somit eine Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
zwischen den Kräften
F1 und F2.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, bleibt die absolute Position des Arms des Betätigungshebels 20 in
Bezug auf die Halterung 2 gleich. Dies wird dadurch erreicht,
dass die Drehachse 15 innerhalb eines länglichen Führungselementes 18 der Halterung
und eines länglichen
Führungselementes 17 des
Armes verschoben wird. In dieser Ausführungsform werden die länglichen
Führungselemente als
Langlöcher
bereitgestellt. Dementsprechend muss der Arm des Betätigungshebels 20 in
seiner Längsrichtung
gelagert werden. Dies geschieht durch eine erste Einstellvorrichtung 19, 21 die
bevorzugt aus einer Armachse 19 und ersten Kurvenscheiben 21 besteht.
Die Armachse 19 ist in dem Arm des Betätigungshebels 20 drehbar
gelagert und ihre Ausrichtung entspricht der Drehachse 15.
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Die
Armachse 19 ist mit den ersten Kurvenscheiben 21 verbunden
und die Armachse 19 dreht sich mit den ersten Kurvenscheiben 21.
Die ersten Kurvenscheiben 21 sind mit ersten Kurvenschlitzen 21a ausgestattet,
durch die sich die Drehachse 15 erstreckt. Eine Drehung
der ersten Kurvenscheiben 21 bewirkt eine Verschiebung
der Drehachse 15 bezüglich
des Arms des Betätigungshebels 20.
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Bezüglich der
Halterung 2 wird die Drehachse 15 mittels einer
zweiten Einstellvorrichtung 22, 23 verschoben.
Die zweite Einstellvorrichtung 22, 23 weist zweite
Kurvenscheiben 22 und mindestens einen Lagerstift 23 auf.
Die Drehachse 15 ist mit den zweiten Kurvenscheiben 22 verbunden,
so dass sich die Drehachse 15 zusammen mit den zweiten
Kurvenscheiben 22 dreht. Die zweiten Kurvenscheiben 22 weisen
weiterhin zweite Kurvenschlitze 22a auf, in die der Lagerstift 23,
welcher fest mit der Halterung 2 verbunden ist, hineinragt.
Bei einer Verdrehung der zweiten Kurvenscheiben 22 kann
somit die Position der Drehachse 15 bezüglich der Halterung 2 stufenlos
eingestellt werden.
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Bei
dieser Konfiguration ist es möglich,
die ersten und die zweiten Kurvenscheiben 21, 22 gemeinsam
zu verdrehen, so dass einerseits die Drehachse 15 in den
länglichen
Führungselementen 17 und 18,
die hier als Langlöcher
ausgeführt
sind, verschoben wird und andererseits die Position des Arms des
Betätigungshebels 20 in
Bezug zu der Halterung 2 nicht verändert wird. Bei einer Verkleinerung
der Hebelarme wird der Abstand der Drehachse 15 zu Armachse 19 vergrößert, bei
einer Vergrößerung der Hebelarme
wird der Abstand der Drehachse 15 zur Armachse 19 verkleinert.
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Da
die ersten und zweiten Kurvenscheiben 21, 22 zunächst unabhängig voneinander
verdreht werden können,
ist es auch möglich,
die ersten und zweiten Kurvenscheiben 21, 22 nicht
mit dem gleichen Betrag zu verdrehen, so dass die Position des Arms
des Betätigungshebels 20 zu
der Halterung 2 verändert
wird. Dadurch ändern
sich auch die resultierenden Hebelarme der angreifenden Kräfte.
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Die
ersten und zweiten Kurvenschlitze 21a, 22a haben
bevorzugt die gleiche Form, so dass eine gleiche Verdrehung der
ersten und zweiten Kurvenscheiben 21, 22 eine
gleiche Verschiebung der Drehachse 15 bewirkt. Wie aus
den 1 und 2 zu sehen ist, weisen die Kurvenscheiben 21, 22 die
gleiche Form auf, sind aber verdreht in den Betätigungshebel eingebaut.
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Bevorzugt
ist eine Verdrehung der Kurvenscheiben 21, 22 um
ca. 90° ausreichend,
um die Drehachse 15 um das erforderliche Maß zu verschieben.
Jedoch ist auch ein größerer oder
kleinerer Drehwinkel möglich,
wenn dies gewünscht
wird.
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Zur
Verschiebung der Drehachse 15 können auch andere Vorrichtungen
als die oben genannten Kurvenscheiben verwendet werden. Beispielsweise kann
die Rotationsachse 15 auch über geeignete Hebelwerke oder
Spindelantriebe verschoben werden.
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Als
Materialien für
alle Elemente des Betätigungshebels
können
unterschiedliche Kunststoffe oder Metalle verwendet werden. Bevorzugt
ist die Drehachse 15, die Armachse 19 und der
Lagerstift 23 aus einem Stahl gefertigt. Auch die Halterung 2 kann bevorzugt
aus einem Stahlblech gefertigt werden. Der Arm des Betätigungshebels 20 und
die Kurvenscheiben 21 und 22 werden besonders
bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff,
hergestellt.
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Wie
in den 3 und 4 zu sehen, sind die Kurvenscheiben 21 und 22 jeweils
doppelt vorhanden. Die Kurvenscheiben 21 sind innerhalb
und die Kurvenscheiben 22 außerhalb einer, in dieser Ausführungsform,
kastenförmig
ausgebildeten Halterung 2 angeordnet.
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Zur
Verstellung des Betätigungshebels
können
sowohl die ersten Kurvenscheiben 21 als auch die zweiten
Kurvenscheiben 22 angetrieben werden. Bevorzugt geschieht
dies durch einen Elektromotor. Aber ist es auch ein manueller Antrieb
denkbar. Die Kurvenscheiben 21, 22 können dabei über eine
beliebige Art von Getriebe angetrieben werden. Bevorzugt werden
die Kurvenscheiben 21, 22 über ein Zahnradgetriebe, ein
Spindelgetriebe, ein Nockengetriebe, ein Ketten-, Riemen- oder Keilriementrieb,
eine biegsame Welle oder über
eine Kombination dieser Getriebe angetrieben. Dabei können sowohl
Motor also auch Getriebe so ausgelegt werden, dass beide Kurvenscheiben 21, 22 gemeinsam
bewegt werden. Es kann aber auch für jedes Paar Kurvenscheiben 21, 22 jeweils
ein Getriebe und ein Motor vorgesehen werden. Dann ergibt sich die
Möglichkeit
der unabhängigen
Verstellung womit auch weiterhin die Länge des Hebels 20 verändert werden
kann, falls dies gewünscht
wird.
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5 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung, wobei der Betätigungshebel
ein Teil eines Pedals, vorzugsweise eines Pedals für ein Kraftfahrzeug
ist. In dieser Ausführungsform,
genauso wie in der Ausführungsform
für einen Handbremshebel,
kann der Bremsweg und die Bremskraft, die durch einen Fahrer aufgebracht
werden muss, durch den verstellbaren Betätigungshebel individuell eingestellt
werden. In der in 5 dargestellten Ausführungsform
entspricht dem Arm des Betätigungshebels
der Pedalarm und dem Krafteinleitungspunkt 14 der Eingangskraft
F1 entspricht die Trittplatte des Pedals.
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Eine
weitere Ausführungsform
ergibt sich, wenn statt des in 5 dargestellten
konventionellen Pedals, ein in Bezug auf die Sitzposition des Benutzers
verstellbares Pedal verwendet wird, wie es in den 6 und 7 dargestellt
ist.
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Das
Pedal der 6 und 7 weist
zusätzlich
zu der Verstellung des Hebelarms auch eine geometrische Verstellmöglichkeit
auf. In dieser Ausführungsform
besteht der Arm des Pedals nun im Wesentlichen aus nur drei Teilen,
nämlich
einem Subpedal 1, einem Positionierungselement 8 und
einem Pedalfuß 4.
Das Subpedal 1 ist schwenkbar an der Drehachse 15 des
Mechanismus zur Einstellung des Hebelarmes befestigt. Der Pedalfuß 4 ist
durch ein längliches
Führungselement
gleitbar am Subpedal 1 angeordnet. Das Positionierungselement 8 ist schwenkbar
am Subpedal 1 und gleitbar am Pedalfuß 4 befestigt. Durch
eine Betätigung
des Positionierungselements 8 oder des Pedalfußes 4 gleitet
der Pedalfuß 4 relativ
zu dem Subpedal 1 während
einer Verschwenkung des Positionierungselements 8. An dem
Subpedal 1 wird das zu betätigende Element, beispielsweise
ein Bremszylinder befestigt.
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Solch
ein geometrisch verstellbares Pedal wird in einer weiteren Patentanmeldung
der gleichen Anmelderin im Detail dargelegt.
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Es
wird angemerkt, dass in dieser Ausführungsform der Mechanismus
zur Verstellung des Hebelarms unabhängig vom Mechanismus zur geometrischen
Verstellung ist. Im Speziellen ist die Drehachse 15 unabhängig von
dem Mittel zur geometrischen Verstellung des Pedals.
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Bei
der geometrischen Verstellung solch eines Pedals ändert sich üblicherweise
dessen Hebelarm. Damit ändert
sich auch die Betätigungskraft
und der Betätigungsweg,
z. B. zum Betätigen
der Bremse. Somit muss ein kleiner Fahrer, dessen Bremspedal lang
eingestellt ist, einen größeren Betätigungsweg
auf die Trittplatte des Pedals aufbringen, um die gleiche Bremskraft
zu erzeugen, verglichen mit einem kurzen Betätigungsweg eines kurzen Pedals. Dieser
Effekt lässt
sich durch einen verstellbaren Betätigungshebel gemäß der Erfindung
kompensieren. Somit bleiben die Betätigungskraft und der Betätigungsweg
(das Betätigungsgefühl) des
Pedals trotz der geometrischen Einstellung auf den Benutzer konstant.
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Andererseits
kann es speziell gewünscht sein,
die Betätigungskraft
und den Betätigungsweg (das
Betätigungsgefühl) des
Pedals einzustellen. In diesem Fall kann der Mechanismus zur Verstellung des
Hebelverhältnisses
dazu verwendet werden solch ein Funktion zu erfüllen. Das Pedal kann dann so
eingestellt werden, dass es ein eher weicheres oder ein eher härteres Betätigungsgefühl aufweist.
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Bevorzugt
wird die geometrische Verstellung des Pedals und die Verstellung
des Hebelarms gleichzeitig vorgenommen. Mit einem geeigneten Getriebe
kann ein gemeinsames Stellelement (z. B. ein Elektromotor) verwendet
werden. Es ist jedoch selbstverständlich möglich für jede Verstellmöglichkeit
ein separates Stellelement zu verwenden. Dann kann der Hebelarm
unabhängig
von der geometrischen Anpassung auf den Fahrer verstellt werden. Wenn
nun aber eine Kompensation von Betätigungskraft und Betätigungsweg
vorgenommen werden soll, müssen
die Stellelemente mit einer Steuerelektronik gesteuert werden, so
dass für
jede gewünschte
Position des Pedals die passende Kompensationseinstellung gewählt wird.
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Die 7 zeigt,
wie das Subpedal 1, das hier dem Arm des Betätigungshebels 20 entspricht,
bei der Betätigung
des Pedals um die Drehachse 15 dreht. Ebenfalls ist zu
sehen, dass die erste Einstellvorrichtung 19, 21 bei
der Betätigung
mit dem Subpedal 1 oder dem Arm des Betätigungshebels 20 mitdreht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung werden mindestens zwei Pedale zu einer Pedaleinheit
gruppiert, wobei die Einstellvorrichtungen der unterschiedlichen
Betätigungshebel
der Pedale zur gleichmäßigen Verstellung
gemeinsam an getrieben werden. Bevorzugt wird hierzu ein einzelnes
gemeinsames Stellelement, z. B. ein Motor mit einem Getriebe verwendet.
-
- 1
- Subpedal
- 2
- Halterung
- 4
- Pedalfuß
- 8
- Positionierungselement
- 14
- erster
Krafteinleitungspunkt
- 15
- Drehachse
- 16
- zweiter
Krafteinleitungspunkt
- 17
- längliches
Führungselement
des Arms
- 18
- längliches
Führungselement
der Halterung
- 19
- Armachse
- 20
- Arm
des Betätigungshebels
- 21
- erste
Kurvenscheiben
- 21a
- erste
Kurvenschlitze
- 22
- zweite
Kurvenscheiben
- 22a
- zweite
Kurvenschlitze
- 23
- Lagerstift(e)