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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Pedaleinheit bzw. eine berührungsfreie
Sensorik zur Erfassung einer Bewegung eines Pedals bzw. eine Gebereinrichtung bzw.
ein Sensorelement bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Pedaleinheit
nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 10 2005 033 179
A1 ist es bekannt, dass ein Sensormodul in einer Hohlachse
eines Pedalmoduls angeordnet sein kann, wobei Magnete um das Sensormodul
herum in Aussparungen der Pedaleinheit angeordnet sind. Die Magnete
drehen sich mit dem Pedal und damit um den Sensor herum.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Pedaleinheit bzw. die erfindungsgemäße
berührungsfreie Sensorik zur Erfassung einer Bewegung eines
Pedals bzw. die erfindungsgemäße Gebereinrichtung
bzw. das erfindungsgemäße Sensorelement bzw. das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
Pedaleinheit haben demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr
der Luftspalt, der durch den Zusammenbau der Pedaleinheit zwischen
dem Sensorelement und dem Geber entsteht, sich in Richtung der Hohlachse
erstreckt bzw. ausgerichtet ist. Damit ist der Luftspalt koaxial
zur Hohlachse ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache
Herstellung der erfindungsgemäßen Pedaleinheit
bzw. der berührungsfreien Sensorik und ermöglicht
die effektive Kapselung dieses Luftspalts gegen das Eindringen von
Fremdkörpern wie zum Beispiel Metallspäne Damit
kann eine Beeinträchtigung sowohl der Mechanik als auch
des Sensorsignals, was jeweils abhängig vom physikalischen
Sensorprinzip ist, vermieden werden. Ein weiterer Vorteil dieses
Einbauorts liegt darin, dass eine bewusste Manipulation des Sensors
deutlich erschwert oder eine versehentliche Beschädigung
des Sensors im Fußraum, z. B. durch einen abrutschenden
Fuß ausgeschlossen werden kann. Weiterhin ermöglicht
der Einbau in der erfindungsgemäßen Art in der
Hohlachse, dass in dieser starren Hohlachse die Toleranzauswirkungen
der Pedaleinheit am Geringsten sind, so dass eine Sensorintegration
an dieser Stelle ohne zusätzliche mechanische Führung
im Sensor ohne negativen Einfluss auf das Sensorsignal realisiert werden
kann. Das Sensorelement kann erfindungsgemäß mit
geringen akzeptablen Toleranzen berührungslos vor dem Geber
montiert werden. Dadurch können etablierte, verfügbare
und preisgünstige sogenannte Wellenendewinkelsensoren eingesetzt werden.
Diese Integration erlaubt die Verwendung der geometrisch-identischen
Geberwelle und dem Sensor sowohl für Links- und Rechtslenkerpedale. Eine
Varianz zwischen verschiedener Pedaltypen verschiedener Fahrzeuge
oder Plattformen kann so durch Anpassung lediglich der Geberwelle
realisiert werden, ohne die berührungsfreie Sensorik geometrisch
zu verändern.
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Eine
Pedaleinheit ist vorliegend die Einheit, die in das Fahrzeug eingebaut
wird, um das Pedal zu montieren. Die Pedaleinheit umfasst daher
einen starren Teil, der als Lagebock bezeichnet wird, und das bewegliche
Pedal. Erfindungsgemäß ist auch die berührgungsfreie
Sensorik in dieser Pedaleinheit vorgesehen. Das Pedal kann da beispielsweise
ein Bremspedal oder ein Gas- oder Kupplungspedal sein. Die Pedaleinheit
und auch das Pedal sind im Falle von Bremspedalen meist aus Stahl
und im Falle von Kupplungs- oder Gaspedalen meist aus Kunststoff
hergestellt. Das Pedal ist um eine Hohlachse des Lagebocks beweglich
gelagert, um sich um diese Hohlachse zu drehen. Die berührungsfreie
Sensorik, die beispielsweise aus einem Gebermagnet als dem Geber,
der auch mehrere Einzelmagneten umfassen kann, und einem Sensorelement
zur Erfassung des Magnetfelds üblicherweise besteht, dient
zur Erfassung der Bewegung des Pedals um diese Hohlachse. Mit Bewegung
ist vorliegend eine Dreh- und/oder Linearbewegung des Pedals gemeint.
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Unter
dem Geber wird wie bereits angegeben üblicherweise ein
Gebermagnet verstanden. Es sind jedoch auch andere Sensorprinzipien
möglich, beispielsweise eine optische Sensorik, wobei im sichtbaren
und/oder unsichtbaren Licht gearbeitet werden kann, eine Ultraschallsensorik
oder die Ausnutzung elektromagnetischer Wellen. Weiterhin ist auch
die Verwendung eines Sensors auf Basis von Wirbelstrom möglich.
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Das
Sensorelement ist bei der der Verwendung eines Gebermagneten üblicherweise
ein Hallsensor oder ein sogenannter AMR-Sensor, der ein anisotropes
magnetoresistives Sensorelement beinhaltet. Anisotrope magnetoresistive
Sensorelemente sind Dünnschichtsensoren aus einem fernmagnetischen
Material, beispielsweise Permaloi, deren Widerstand gegenüber
einem elektrischen Stromfluss von dem Winkel zwischen einer Stromrichtung
des Stromflusses und einer Magnetfeldrichtung in der Ebene der Dünnschicht
abhängt. Auch sogenannte GMR(giant magneto resistive)-Sensoren
können vorliegend verwendet werden. Das Sensorelement umfasst
nicht nur die Sensorik zur Erfassung des Magnetfelds, sondern auch
einen entsprechenden Auswertechip, der mit dem Sensorelement integriert
sein kann. Dieser Auswertechip ermöglicht dann die Abgabe
des Sensorsignals zur weiteren Auswertung, wobei dieser Auswertechip
bereits eine Vorauswertung durchführen kann. Wird ein anderes
Sensorprinzip verwendet, ist das Sensorelement entsprechend gestaltet:
bei einer optischen Sensorik wird ein geeigneter Lichtempfänger
als Sensorelement, bei einer Ultraschallsensorik ein Ultraschallwandler
und bei der Verwendung elektromagnetischer Wellen ein geeigneter
Funkempfänger verwendet.
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Der
Luftspalt zwischen dem Geber und dem Sensorelement ist typischerweise
zwischen 1 und 4 mm. Der Luftspalt ist vorliegend notwendig, da
sich der Geber mit der Welle und dem Pedal gegenüber dem
Sensorelement dreht. Diese Drehung führt im Falle einer
Magnetfeldsensorik zu einer Magnetfeldänderung und ist
durch das Sensorelement erfassbar, so dass die Drehung gemessen
werden kann, um dann weiterverarbeitet zu werden als Fahrerwunsch.
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Die
berührungsfreie Sensorik ist vorzugsweise eine Magnetfeldsensorik,
die das Sensorelement und den Gebermagneten mit der Welle aufweist.
Berührungsfrei heisst vorliegend, dass keine unmittelbare
kraft- oder form- oder stoffschlüssige Verbindung zwischen
dem Geber und dem Sensorelement besteht, sondern der Geber und das
Sensorelement sind durch einen Luftspalt getrennt.
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Die
Welle, auf die der Geber angeordnet ist, ist vorzugsweise aus einem
nichtmagnetischen Metall hergestellt. Die Welle wird in der Hohlachse
geführt und gelagert. Die Führung erreicht man
beispielsweise durch eine entsprechende Metallbuchse, wobei anstatt
Metall auch andere Materialien verwendbar sind. Die Führung
kann alternativ durch eine entsprechende Auslegung der Hohlachse
und der Welle erreicht werden. Weiterhin ist eine Führung
auf dem Aussendurchmesser der Hohlwelle denkbar.
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Das
Sensorelement weist Mittel zur Befestigung an einem Ende der Hohlachse
der Pedaleinheit auf, so dass das Sensorelement nur über
einen Luftspalt vom Geber in der Hohlachse getrennt ist. Üblicherweise
wird damit das Sensorelement auf einem Ende der Hohlachse, an dem
sich der Geber befindet, auf die Pedaleinheit, beispielsweise auf
dem Lagerbock oder der Hohlachse selbst aufgeschraubt. Diese Mittel
sind üblicherweise, wie angegeben, Schraubverbindungen;
es sind jedoch auch andere kraft- oder formschlüssige oder
stoffschlüssige Verbindungen möglich.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen
und Weiterbildungen sind weitere vorteilhafte Ausprägungen
der erfindungsgemäßen Pedaleinheit, berührungsfreien
Sensorik, Gebereinrichtung und des Sensorelements sowie des Verfahrens
zur Herstellung der Pedaleinheit möglich.
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Es
ist von Vorteil, dass der Geber auf der Welle angeordnet ist, die
in der Hohlachse eingeführt ist, wobei die Welle mit dem
Pedal derart gekoppelt ist, dass der Geber durch das Pedal bewegt
wird. Dafür kann insbesondere ein Mitnehmerelement verwendet
werden, das beispielsweise in die Welle eingepresst ist und am Pedal
angeschraubt ist. Beispielsweise kann dafür ein sogenanntes
Mitnehmerblech verwendet werden. Das Mitnehmerblech befindet sich
auf derselben Seite oder auf der gegenüberliegenden Seite
der Welle, an der der Geber angeordnet ist. Der Geber kann dabei
auf der Welle aufgeklebt, eingepresst oder durch eine stoffschlüssige Verbindung
oder kraftschlüssige Verbindung oder formschlüssige
Verbindung befestigt sein. Der Geber ist damit auf der Stirnseite
der Welle angeordnet gegenüber von dem Sensorelement nur
getrennt durch den Luftspalt. Der Geber kann in einer Ausnehmung der
Welle angeordnet sein und beispielsweise nur teilweise über
die Welle hinausragen.
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Vorteilhafter
Weise kann die Kapselung des Luftspalts gegen das Eindringen der
Fremdkörper durch folgende Maßnahmen erreicht
werden: Durch eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses
des Sensorelements oder des Pedalblocks beziehungsweise Adapter
oder Zwischenplatte zwischen Sensorelement samt Gehäuse
und Pedaleinheit (Lagerbock).
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Pedaleinheit,
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2 eine
Ansicht der erfindungsgemäßen Pedaleinheit,
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3 eine
Ansicht der Gebereinrichtung,
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4 eine
Draufsicht auf das Sensorelement und
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5 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße
Pedaleinheit mit den wesentlichen erfindungsgemäßen
relevanten Komponenten. Vom Lagebock 10 sind hier nur die
notwendigen Teile, die zum Verständnis für die
Erfindung notwendig sind, dargestellt. Im Lagebock 10 befindet
sich eine Hohlachse, in der sich beispielsweise die Lagebuchse 11 befindet.
Diese Lagebuchse 11 ist beispielsweise aus Stahl gefertigt.
Es sind jedoch auch andere geeignete Materialien denkbar. Die Lagerung
der Welle kann am überstehenden Ende der Hohlachse auch
am Aussendurchmesser erfolgen. Auch der Lagebock 10 ist
aus einem üblicherweise magnetischen Material beziehungsweise
Materialmix aus magnetischem und nicht magnetischem Material gefertigt.
In die Lagebuchse 11 ist die erfindungsgemäße
Welle 12, die als drehbarer Mitnehmer ausgebildet ist,
eingeführt und gelagert. Die Welle 12 hat an ihrer
Stirnseite einen Gebermagneten 15 als dem Geber, der vorliegend
in die Welle 12, und zwar in einer Ausnehmung eingepresst
ist. Vorliegend sind jedoch auch andere Verbindungstechniken zum
Befestigen des Gebermagneten 15 auf der Stirnseite der
Welle 12 möglich. Der Magnet ist beispielsweise
aus kunststoffgebundenm Ferrit oder gesintertem NeFeB oder SmCo
gefertigt.
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Die
Welle 12 ist durch eine Sicherungsscheibe 13 vor
dem Herausfallen aus der Hohlachse geschützt. Vorstellbar
ist auch eine Einführung der Welle in die Hohlachse, von
der Seite, an der der Mitnehmer angreift, bis auf Anschlag an einem
Bund der Welle, so dass der Bund und der Mitnehmer im Zusammenspiel
die Welle vor dem Verschieben und Herausfallen sichern. Dafür
weist die Welle 12 eine entsprechende Führung
auf. Auch ein Mitnehmerblech 14 ist in eine entsprechende Öffnung 101 der Welle 12 eingepresst.
Anstatt einer Einpressung sind auch andere Verbindungstechniken
möglich. Diese Öffnung 101 ist entsprechend
dimensioniert und befindet sich an der gegenüberliegenden
Seite von der Stirnseite der Welle 12. Das Mitnehmerblech 14 als Mitnehmerelement
ist mit dem Pedal beispielsweise durch eine Schraub- oder Schweißverbindung
fest verbunden und federnd gestaltet zwecks Toleranzausgleich und
axialer Positionierung der Welle auf Anschlag. Das Sensorelement 17 ist
durch einen Luftspalt 102 gegenüber des Gebermagneten 15 auf dem
Ende der Hohlachse aufgebracht und am Laufbock 10 beispielsweise
durch eine Schraubverbindung befestigt. Vorliegend ist nur ein Teil
des Gehäuses des Sensorelements 17 gezeigt und
nur die untere Schraubverbindung durch die Schraube 100 schematisch
dargestellt. Das Gehäuse 19 ist üblicherweise
aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt. Das Sensorelement 17 weist
einen IC oder eine andere elektrische Einheit 16 auf, die
den eigentlichen Sensor zur Erfassung des Magnetfelds sowie einen
Auswertechip aufweist. Diese elektrische Einheit 16 ist
mit einem angespritzten Stecker 18 oder alternativ mit
einem über Kabelabgang verbundenen Stecker über
Verbindungsdrähte verbunden, auf den ein Kabel aufgesteckt
werden kann.
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2 zeigt
eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Pedaleinheit.
Das Pedal aus der Trittfläche 25 und dem Arm 24 ist
um die Hohlachse 23 im Lagebock 21 drehbar gelagert
und befestigt. In der Hohlachse 23 befindet sich die erfindungsgemäße
Gebereinrichtung mit der Welle, von der vorliegend nur das Mitnehmerelement 22 dargestellt
ist, das auf den Pedalarm 24aufgeschraubt oder aufgeschweißt
ist. Weiterhin ist zu sehen das Sensorelement 20, das gegenüber
dem Gebermagneten befestigt ist.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Gebereinrichtung mit dem
Magneten 31, der auf der Welle 30 sitzt und dem
Mitnehmerblech 32, das hier nicht in Gänze dargestellt
ist, aber dessen Teil, der mit dem Pedalarm befestigt ist, in 2 dargestellt
ist.
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4 zeigt
das erfindungsgemäße Sensorelement mit dem Gehäuse 40,
dem Stecker 41, den beiden Armen 42 und 43,
die Bohrungen 45 und 44 beziehungsweise Buchsen
aufweisen, um das Sensorelement auf den Laufbock oder Lagerbock
aufzuschrauben.
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5 zeigt
in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pedaleinheit.
In Verfahrensschritt 500 erfolgt die bewegliche Lagerung
um die Hohlachse des Laufbocks. Im Verfahrensschritt 501 wird
die Welle mit dem Gebermagnet in die Hohlachse eingeführt.
Die eingeführte Welle wird beispielsweise im Verfahrensschritt 502 geführt
und gelagert und durch eine Sicherungsscheibe befestigt. Im Verfahrensschritt 503 erfolgt
die Befestigung des Mitnehmerelements, üblicherweise ein
Mitnehmerblech am Pedal, beispielsweise durch eine Schraubverbindung.
Im Verfahrensschritt 504 erfolgt die Befestigung des Sensorelements
am Ende der Hohlachse gegenüber der Stirnseite der Welle,
auf der sich der Gebermagnet befindet. Diese Befestigung wird beispielsweise durch
eine Schraub-, Klipp- oder andere geeignete Verbindungstechniken
erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005033179
A1 [0002]
