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Die Erfindung betrifft eine mit einer Sicherheitseinrichtung ausgestattete Pedalanordnung für Fahrzeuge. Sie bezieht sich auf eine Pedalanordnung, mit mindestens einem Pedal dessen Pedalhebel über einen Lagerbock schwenkbar an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei die Sicherheitseinrichtung verhindert, dass eine das Pedal bedienende Person bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis infolge Intrusion des Pedalhebels in die Fahrgastzelle und/oder bei einer starken Verzögerung des Fahrzeugs durch den Pedalhebel an ihren Beinen verletzt wird.
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In den letzten Jahrzehnten sind durch die Hersteller von Kraftfahrzeugen große Anstrengungen zur Erhöhung der Sicherheit der Fahrzeuge unternommen worden. Maßnahmen zur Erhöhung der passiven Sicherheit der Fahrzeuginsassen sind dabei insbesondere darauf ausgerichtet, das Risiko von Verletzungen aufgrund im Falle eines Aufpralls auftretender Intrusion von Fahrzeugteilen in die Fahrgastzelle und von Verformungen der Fahrgastzelle sowie aufgrund starker auf die Insassen wirkender Beschleunigungs- beziehungsweise Verzögerungskräfte zu verringern.
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Zum Schutz des Beinbereichs von Fahrzeuginsassen ist es erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, welche verhindern, dass sich diese zum Beispiel bei einem Aufprall an starren und/oder scharfkantigen Teilen der Pedalerie des Fahrzeugs verletzen. Besonderes Augenmerk gilt dabei den starren Pedalhebeln und den mit ihnen gekoppelten Betätigungsgliedern, wie beispielsweise der bei Betätigung des Bremspedals auf den Bremsdruckzylinder beziehungsweise den Bremskraftverstärker wirkenden Druckstange.
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Es sind Lösungen bekannt geworden und bereits auch in größerem Umfange im Einsatz, bei denen infolge einer Relativbewegung zwischen dem Fußhebelwerk und einem anderen Fahrzeugbauteil, wie beispielsweise einem Fahrzeugquerträger, die Teile der Pedalerie, von denen eine Verletzungsgefahr ausgeht, verlagert oder teilweise zerstört werden. Aufgrund der insgesamt verbesserten Fahrzeugsicherheit konnten aber Verformungen der Fahrgastzelle und auftretende Intrusionen von Fahrzeugteilen in die Fahrgastzelle deutlich reduziert werden. Dies hat auch zur Folge, dass im Falle eines Aufpralls die zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen der vorbeschriebenen Art erforderlichen Relativbewegungen teilweise nicht mehr oder nicht in ausreichendem Maße auftreten. Dadurch sind die zuvor erläuterten Lösungen für Sicherheitseinrichtungen der Pedalerie mit dem Risiko behaftet, dass sie gar nicht oder nicht ordnungsgemäß auslösen. Dennoch kann es bei einem Aufprall aufgrund der starken Fahrzeugverzögerung und der Masseträgheit der Fahrzeuginsassen zu Relativbewegungen mit hoher Beschleunigung der Fahrzeuginsassen kommen, so dass im Falle des Nichtauslösens einer vorhandenen Sicherheitseinrichtung insbesondere für den Fahrer weiterhin ein hohes Risiko besteht, sich durch die starren Teile der Pedale an seinen Beinen möglicherweise schwer zu verletzen.
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Die vorgenannten Nachteile werden durch Sicherheitseinrichtungen für Pedalwerke vermieden, welche vergleichbar einem Airbag mit einem Gasgenerator ausgestattet sind. Eine entsprechende Lösung wird beispielsweise durch die
DE 19617372 C1 beschrieben. Die Druckschrift beschreibt eine Pedalanordnung für ein Kraftfahrzeug, gemäß welcher ein Pedal der Anordnung mit einer Entkopplungseinrichtung ausgestattet ist, durch welche das betreffende Pedal bei einem Aufprall entweder von einem Betätigungsglied, wie einer beim Treten des Bremspedals auf den Hauptbremszylinder wirkenden Strebe, oder von dem Pedallager, über welches das Pedal schwenkbar an dem Fahrzeug gelagert ist, entkoppelt wird. Die Entkopplung geschieht durch die Aktivierung eines pyrotechnischen Gasgenerators, dessen bei dem Aufprall freigesetztes Gas auf entsprechende mechanische Elemente der Entkopplungseinrichtung wirkt, so dass diese in eine Position bewegt werden, bei welcher das Pedal freigegeben wird.
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Bei einer sich auf die Entkopplung des Pedalhebels von dem Betätigungsglied, also von der auf einen Bremskraftverstärker wirkenden Druckstange, beziehenden Ausbildungsform wird im Falle des Auslösens eines Gasgenerators durch das austretende Gas ein als Steuerhülse bezeichneter Hohlzylinder gegen eine Federkraft axial entlang der Druckstange verschoben. Dadurch wird ein in eine Nut der Druckstange eingreifendes Sicherungselement, über welches die Druckstange in einer weiteren, sie mit einem Anlenkpunkt am Pedalhebel verbindenden Hülse gehalten ist, freigegeben. Hierdurch wiederum kann dann die Druckstange unter Entkopplung aus ihrer Anbindung an den Pedalhebel aus der letztgenannten Hülse herausrutschen. Durch die komplizierte Mechanik, besteht dabei das Risiko, dass sich Teile der Anordnung verklemmen und die Druckstange nicht zuverlässig von dem Pedalhebel entkoppeln. Zudem ist durch die vergleichsweise vielen Teile der Einrichtung ein verhältnismäßig aufwendiger Aufbau gegeben, welcher in nachteiliger Weise zu einem erhöhten Materialaufwand, aber auch zu einem erhöhten Montageaufwand bei der Montage zur Verbindung des Pedalhebels mit der Druckstange respektive dem Betätigungsglied führt. Darüber hinaus muss ein gewisser Aufwand betrieben werden, um sicherzustellen, dass ein die Steuerhülse und das aus dem Gasgenerator ausströmende Gas aufnehmendes Volumen im Einströmbereich des Gases gasdicht ist, so dass sich ein zur Verschiebung der Steuerhülse gegen die Federkraft ausreichender Gasdruck aufbaut und dass eine, an anderer Stelle zur Verhinderung eines die Steuerhülse wieder zurückdrückenden Überdruckes vorgesehene Entlüftungsöffnung freibleibt.
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Die zuvor beschriebenen Nachteile werden durch die alternative Lösung der erfindungsgemäßen Pedalanordnung vermieden, welche durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 charakterisiert ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. Dabei stellt die Pedalanordnung trotz ihres einfachen Aufbaus mit hoher Zuverlässigkeit sicher, dass der Pedalhebel im Falle eines Fahrzeugaufpralls oder einer starken Verzögerung des Fahrzeugs nicht als starres, gegebenenfalls Verletzungen im Fuß- beziehungsweise Beinbereich eines Fahrzeuginsassen verursachendes Hindernis in die Fahrgastzelle hineinragt.
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Die hierzu vorgeschlagene Pedalanordnung weist einen Pedalhebel auf, der an einem Lagerbock schwenkbar gelagert und über diesen Lagerbock an der Karosserie eines Fahrzeugs angelenkt ist. Sie weist ferner ein strebenförmiges Betätigungsglied auf, welches auf einen Aktor, wie beispielsweise den Bremskraftverstärker einer Bremsanlage, wirkt und vorzugsweise entfernt von einer an einem freien Ende des Pedalhebels ausgebildeten Trittfläche an der Unterseite des Pedalhebels angeordnet ist. Durch das strebenförmige Betätigungsglied ist zwischen dem Pedalhebel und dem Aktor eine Wirkverbindung hergestellt. Über diese Wirkverbindung wird eine bei seiner Betätigung auf den Pedalhebel wirkende Kraft auf den Aktor übertragen, wobei dem Pedalhebel bei bestehender Wirkverbindung bei seiner Betätigung ein Widerstand entgegensetzt wird. Im Falle eines Aufpralls oder einer starken Verzögerung des mit der Pedalanordnung ausgestatteten Fahrzeugs wird jedoch die im Normalbetrieb zwischen dem Pedalhebel und dem bereits angesprochenen Aktor bestehende Wirkverbindung durch die Aktivierung eines Mikrogasgenerators einer ebenfalls zu der Pedalanordnung gehörenden Sicherheitseinrichtung unterbrochen.
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Als Bestandteil der vorgenannten Sicherheitseinrichtung ist an dem Pedalhebel, vorzugsweise auf dessen Oberseite, ein Sicherungselement angeordnet, durch welches ein Durchbruch in dem Pedalhebel unter Ausbildung eines Widerlagers für das Betätigungsglied verschlossen gehalten wird. Bei einer Aktivierung des Gasgenerators wird das Sicherungselement durch ein mit dem Gasgenerator gekoppeltes, von dem ausströmenden Gas bewegtes Wirkvermittlungselement zur Freigabe des in dem Pedalhebel ausgebildeten Durchbruchs veranlasst. Hierdurch ist es dem strebenförmigen Betätigungsglied ermöglicht, durch den Durchbruch hindurchzutreten. Infolge dessen kann sich der Pedalhebel zumindest im Fall einer von der Oberseite auf ihn wirkenden Kraft, wie sie beispielsweise durch einen Körperteil eines Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall auf den Pedalhebel ausgeübt wird, ohne den Widerstand der andernfalls mit dem Aktor bestehenden Wirkverbindung überwinden zu müssen, nach unten bewegen.
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Der Pedalhebel und das Betätigungsglied werden demnach gewissermaßen voneinander entkoppelt. Zwar wird hierdurch der Kraftfluss vom Pedalhebel zum Aktor unterbrochen. Andererseits werden aber dadurch Verletzungen von Fahrzeuginsassen vermieden, da sich der Pedalhebel ohne größeren Widerstand nach unten bewegen kann und so einem auf den Pedalhebel auftreffenden Körperteil eines Fahrzeuginsassen ausweichen kann, aber jedenfalls kein positionsfestes starres, möglicherweise schwere Verletzungen verursachendes Hindernis mehr darstellt.
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Vorzugsweise sind der eingangs bereits angesprochene und das ebenfalls zur Sicherheitseinrichtung gehörende Wirkvermittlungselement Bestandteile eines so genannten pyrotechnischen Aktivators. Ein solcher Aktivator ist dabei so gestaltet, dass das Wirkvermittlungselement bei einer Auslösung des Gasgenerators in einen Zylinder dieses Aktivators zurückgezogen oder aus diesem herausgeschoben wird. Zur Realisierung dieser Funktionalität ist bei den verwendeten pyrotechnischen Aktivatoren ein Mikrogasgenerator mit einem besonders geringen Gasvolumen bereits mit entsprechenden, durch das gegebenenfalls ausströmende Gas bewegten Teilen beziehungsweise mit dem vorgenannten Wirkvermittlungselement verbunden.
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Eine besonders bevorzugte Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Pedalanordnung ist dadurch gegeben, dass das Sicherungselement, welches im Normalbetrieb den Durchbruch in dem Pedalhebel verschlossen hält, mit dem Wirkvermittlungselement eines pyrotechnischen Aktivators verbunden ist und das Sicherungselement bei einer Auslösung des Aktivators beziehungsweise einer Aktivierung Gasgenerators durch das Wirkvermittlungselement entlang einer auf der Oberseite des Pedalhebels angeordneten Gleitfläche verschoben wird.
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Die vorgenannte Gleitfläche ist gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform der Erfindung an einem separaten, über dem Durchbruch auf dem Pedalhebel aufliegenden Auflageelement ausgebildet. Das betreffende Auflageelement ist dabei in einer auf der Oberseite des Pedalhebels ausgebildeten Einfassung und durch das darüber liegende, den Durchbruch mit dem Auflageelement verschlossen haltende Sicherungselement gehalten. Bei Aktivierung des Mikrogasgenerators und der damit verbundenen Verschiebung des Sicherungselements kann aber das ansonsten nur auf dem Pedalhebel aufliegende Auflageelement durch das Ende des durch den Durchbruch hindurchtretenden Betätigungsgliedes nach oben weggedrückt werden. Die zuvor beschriebene Ausbildungsform kann noch dadurch weitergebildet sein, dass das Sicherungselement durch mindestens ein Arretierungsmittel auf der Gleitfläche zusätzlich lagefixiert ist. Dabei wird aber der einer Bewegung des Sicherungselements entlang der Gleitfläche durch das oder die Arretierungsmittel entgegengebrachte Widerstand durch eine bei der Aktivierung des Mikrogasgenerators über das Wirkvermittlungselement auf das Sicherungselement wirkende Zug- oder Schubkraft überwunden.
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Gegebenenfalls können hierbei das Wirkvermittlungselement und das Sicherungselement auch durch die Ausbildung eines einstückigen Elements miteinander verbunden sein. Entsprechend einem bevorzugten, bereits angesprochenen Einsatzzweck der Pedalanordnung handelt es sich bei dem mittels des Pedalhebels über das Betätigungselement betätigten Aktor um einen Bremsdruckzylinder oder einen Bremskraftverstärker einer Bremsanlage.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Pedalanordnung sollen nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert werden. Hierbei zeigen die zugehörigen Zeichnungen:
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1: eine erste mögliche Ausbildungsform in der Seitenansicht als Schnittdarstellung,
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2: die Pedalanordnung gemäß 1 nach dem Auslösen des pyrotechnischen Aktivators beziehungsweise nach der Aktivierung des Mikrogasgenerators,
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3: eine weitere Ausbildungsform in der Seitenansicht als Schnittdarstellung,
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4: die Ausbildungsform gemäß 3 nach dem Auslösen des pyrotechnischen Aktivators
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Die 1 zeigt eine mögliche Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Pedalanordnung in einer Seitenansicht und in einer geschnittenen Darstellung. Es handelt sich hierbei um den Pedalhebel 1 eines Fußpedals, welcher an einem Lagerbock 2 schwenkbar gelagert und hierdurch an der nicht dargestellten Karosserie eines Fahrzeugs angelenkt ist. Auf der Oberseite des Pedalhebels 1 ist, in üblicher Weise an dem freien Ende 4 des Pedalhebels 1 eine Trittfläche 16 zu seiner Betätigung ausgebildet. Über ein an der Unterseite 10 des Pedalhebels 1, entfernt von der Trittfläche 16 angeordnetes strebenförmiges Betätigungsglied 3 ist zwischen dem Pedalhebel 1 und einem hier nicht gezeigten Aktor, wie beispielsweise einem Bremskraftverstärker, eine Wirkverbindung hergestellt, über welche der Aktor durch Betätigung des Pedalhebels 1 mit dem Fuß bedienbar ist. Bei einer Betätigung des Pedalhebels 1 wird diesem durch die mittels des Betätigungsgliedes 3 realisierte Wirkverbindung beziehungsweise durch das mittels des Fußpedals betätigte System als solches ein Widerstand entgegengesetzt. In dem Pedalhebel 1 ist ein Durchbruch 8 ausgebildet, welcher jedoch durch das auf der Oberseite 9 des Pedalhebels 1 angeordnete Sicherungselement 6 verschlossen gehalten wird. Das Sicherungselement 6 ist mit einem Wirkvermittlungselement 7 eines einen Mikrogasgenerator 5 umfassenden pyrotechnischen Aktivators verbunden. Im Falle eines Aufpralls oder einer starken Verzögerung des Fahrzeugs wird der Mikrogasgenerator 5 der Sicherheitseinrichtung aktiviert und hierdurch das Wirkvermittlungselement 7, mit welchem das Sicherungselement 6 verbunden ist, in den Zylinder 11 des pyrotechnischen Aktivators zurückgezogen, was durch den die Bewegungsrichtung 17 des Wirkvermittlungselements 7 bezeichnenden Pfeil gekennzeichnet ist. Bei der in der 1 gezeigten, besonders bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung gleitet das Sicherungselement 6 hierbei an einer Gleitfläche 12 entlang, welche an einem Auflageelement 13 ausgebildet ist. Bei letzterem handelt es sich um ein Element, welches dem Grunde nach eigentlich nur lose auf dem Pedalhebel 1 aufliegt, hier aber in einer beziehungsweise durch eine Einfassung 15 und das darüberliegende, das heißt auf dem Auflageelement 13 liegende und hier bis zum Auslösen des Aktivators durch das Wirkvermittlungselement 7 lagefixierte Sicherungselement 6 gehalten wird. Zur zusätzlichen Lagefixierung des Sicherungselements 6 ist bei der gezeigten Ausbildungsform noch ein Arretierungsmittel 14 vorgesehen, welches durch eine mit einer Mulde des Auflageelements 13 in Eingriff gebrachte Auswölbung an der Unterseite des Sicherungselements 6 realisiert ist.
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In der 2 ist die Pedalanordnung gemäß 1 nochmals nach dem Auslösen des Mikrogasgenerators 5 der Sicherheitseinrichtung gezeigt. Das Sicherungselement 6 ist dabei von dem Wirkvermittlungselement 7 unter Überwindung eines seiner Bewegung durch das Arretierungsmittel 14 entgegengebrachten Widerstandes in Richtung des Zylinders 11 des pyrotechnischen Aktivators mit dem Mikrogasgenerator 5 zurückgezogen worden. Nach dem im Auslösefall erfolgenden Zurückziehen des Wirkvermittlungselements 7 mit dem daran befestigten beziehungsweise damit verbundenen Sicherungselement 6 ist für das Betätigungsglied 3 kein Widerlager mehr gegeben. Vielmehr kann dessen Ende im Falle einer Abwärtsbewegung des Pedalhebels 1 das lose aufliegende Auflageelement 13 nach oben wegdrücken dabei durch den Durchbruch 8 hindurchtreten. Die in dem Zustand nach der 1 noch gegebene Wirkverbindung zwischen dem Pedalhebel 1 und dem nicht gezeigten Aktor beziehungsweise der Kraftfluss von dem Pedalhebel 1 zum Aktor ist unterbrochen. Da die Wirkverbindung unterbrochen ist, kann die zuvor angesprochene Abwärtsbewegung des Pedalhebels 1 bereits durch dessen Eigengewicht, jedenfalls aber im Falle einer von oben auf den Pedalhebel 1 einwirkenden Kraft ohne einen größeren Widerstand überwinden zu müssen, erfolgen. Der Pedalhebel 1 stellt demnach für ein auf den Pedalhebel 1 auftreffendes Körperteil kein starres, unbewegliches Element mehr dar, da der Pedalhebel 1 der insoweit auf ihn einwirkenden Kraft nach unten ausweicht. Schwere Verletzungen beispielsweise der Extremitäten eines Fahrzeuginsassen werden hierdurch vermieden.
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Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausbildungsform der Pedalanordnung, wobei diese in der 3 wiederum im Schnitt und in der 4, welche die Anordnung nach dem Auslösen des Aktivators beziehungsweise Mikrogasgenerator 5 zeigt, in einer räumlichen Ansicht dargestellt ist. Im Auslösefall wird bei dieser Ausbildungsform das Wirkvermittlungselement 7 abweichend von der zuerst beschriebenen in der Bewegungsrichtung 17 aus dem Zylinder 11 des Aktivators herausgeschoben, wodurch das zunächst an der Gleitfläche 12 entlanggleitende Sicherungselement 6 das Auflageelement 13 und mit diesem den Durchbruch 8 freigibt. Analog zu der Ausbildungsform nach den 1 und 2 ist es dem Betätigungsglied 3 im Ergebnis dessen ermöglicht, zumindest bei einer auf den Pedalhebel 1 wirkenden Kraft (gegebenenfalls seiner eigenen Gewichtskraft), durch den Durchbruch 8 hindurchzutreten, wodurch die in der 3 noch gegebene, über das Betätigungsglied 3 bestehende Wirkverbindung zwischen dem Pedalhebel 1 und dem auch hier nicht gezeigten Aktivator – zum Beispiel einem Bremskraftverstärker – aufgehoben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedalhebel
- 2
- Lagerbock
- 3
- Betätigungsglied
- 4
- freies Ende
- 5
- Mikrogasgenerator
- 6
- Sicherungselement
- 7
- Wirkvermittlungselement
- 8
- Durchbruch
- 9
- Oberseite
- 10
- Unterseite
- 11
- Zylinder
- 12
- Gleitfläche
- 13
- Auflageelement
- 14
- Arretierungsmittel
- 15
- Einfassung
- 16
- Trittfläche
- 17
- Bewegungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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