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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pedal der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige Pedale sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
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Beispielsweise zeigt die
DE 197 41 366 C1 ein als Bremspedal ausgebildetes Pedal, mit einem ein Drehlager aufweisenden Grundkörper und einer an dem Grundkörper um eine Drehachse drehbar befestigten Pedalplatte des Bremspedals, wobei die Pedalplatte zwischen einer Ruhelage und einer maximalen Betätigungslage hin und her bewegbar ist. Ferner weist das bekannte Bremspedal eine als halbkreisförmig gebogene Blattfeder ausgebildete Rückstellfeder und einen als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Kraftsensor auf.
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Der Dehnungsmessstreifen dient hier zur Ermittlung der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft, während ein separater Drehwinkelsensor den Drehwinkel des Bremspedals erfasst.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pedal, insbesondere Fahrpedal, anzugeben, bei dem der Auslenkungswinkel der Pedalplatte aus deren Ruhelage auf eine alternative Weise erfassbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Pedal mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Pedals liegt insbesondere darin, dass der Auslenkungswinkel der Pedalplatte aus deren Ruhelage auf eine konstruktiv und schaltungstechnisch einfache Weise ermittelbar ist.
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Die Anordnung des Verformungssensors an der Rückstellfeder ermöglicht aufgrund der relativ großen Auslenkungen der Rückstellfeder genügend große und damit einfach auswertbare Ausgangssignale des Verformungssensors. Dabei ist es durchaus denkbar, dass der Verformungssensor auch innerhalb der Rückstellfeder angeordnet sein kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass damit Bauteile und Bauraum sowie Gewicht eingespart werden können.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass der Verformungssensor als ein Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Dehnungsmessstreifen sind im Handel in vielfältigen Ausführungsformen verfügbar, einfach zu applizieren und robust, so dass Dehnungsmessstreifen auch unter widrigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei Schmutz, erhöhter Feuchtigkeit oder bei höheren Temperaturen, eingesetzt werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Rückstellfeder als integraler Bestandteil des Grundkörpers ausgebildet ist. Beispielsweise könnte die Rückstellfeder in einen Grundkörper aus Kunststoff eingespritzt sein. Auf diese Weise ist die Rückstellfeder verliersicher und fest mit dem Grundkörper verbunden.
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Grundsätzlich ist die Rückstellfeder nach Anzahl, Art, Material, Form, Dimensionierung und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Zweckmäßigerweise ist die Rückstellfeder als einseitig eingespannte Blattfeder ausgebildet, deren freies Ende mit der Pedalplatte in Kraftübertragungsverbindung steht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Blattfeder als eine in Längsrichtung geschlitzte Blattfeder ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise ein redundanter Aufbau erzeugen. Sollte ein Arm der geschlitzten Blattfeder beispielsweise brechen, so könnte der unversehrte Arm der geschlitzten Blattfeder die Federfunktion zumindest noch teilweise erfüllen.
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Sofern an beiden Armen der geschlitzten Blattfeder jeweils ein Verformungssensor angeordnet ist und einer der beiden Arme beispielsweise bricht oder einer der beiden Verformungssensoren ausfällt, kann der unversehrte Arm mit dem unversehrten Verformungssensor die Federfunktion und die Sensorfunktion zumindest noch teilweise erfüllen.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Blattfeder im Bereich einer Biegestelle der Blattfeder mindestens eine Prägung aufweist. Hierdurch ist die Biegesteifigkeit der Blattfeder auf konstruktiv einfache Weise erhöht. Darüber hinaus lässt sich so die Federkennlinie in gewünschter Weise modifizieren.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass in einer Betätigungslage der Pedalplatte der Kraftschluss zwischen der Pedalplatte und der Rückstellfeder über ein Reibelement erfolgt, wobei das Reibelement an einer Befestigungsstelle an der Pedalplatte oder der Rückstellfeder befestigt ist. Auf diese Weise lässt sich mit einfachen Mitteln eine Hysterese in gewünschter Weise erzeugen. Je nach Auswahl der Reibpaarung, also der Auswahl des Materials und der Oberflächenbeschaffenheit für das Reibelement und die Rückstellfeder oder das Reibelement und die Pedalplatte, ist eine Modifikation der Hysterese ermöglicht.
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Grundsätzlich ist das Reibelement nach Art, Material, Form, Dimensionierung und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Vorteilhafterweise ist die Befestigungsstelle des Reibelements einstellbar. Hierdurch ist eine Feinkalibrierung der Rückstellkraft der Rückstellfeder auf konstruktiv einfache Weise geschaffen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung einer der beiden vorgenannten Ausführungsformen sieht vor, dass die Lage des Reibelements in Richtung der Normalkraft des Reibelements einstellbar und/oder das Reibelement in Richtung von dessen Normalkraft federnd gelagert ist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Anpassung der Reibung zwischen dem Reibelement und der Rückstellfeder ermöglicht.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass die Rückstellfeder als Träger für elektrische Bauteile ausgebildet ist. Hierdurch ist die Anzahl der erforderlichen Bauteile weiter reduziert.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Pedal eine Notfallfeder aufweist, wobei die Notfallfeder die Pedalplatte in Abhängigkeit einer Fehlfunktion der Rückstellfeder mittels einer Notfallrückstellkraft in die Ruhelage überführt. Auf diese Weise ist es möglich, eine redundante Anordnung zu schaffen, ohne dass die Rückstellfeder selbst modifiziert werden muss.
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Entsprechend lässt sich die Rückstellfeder gezielt auf deren Hauptfunktion hin, nämlich die Erzeugung der Rückstellkraft und die Erfassung des Auslenkwinkels der Pedalplatte aus deren Ruhelage, gestalten.
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Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
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Fig. ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pedals in einer teilweisen Seitenansicht.
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Im Nachfolgenden wird das erfindungsgemäße Pedal anhand der Fig. näher erläutert.
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Die Fig. zeigt ein als Fahrpedal, also ein Gaspedal, für ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe ausgebildetes Pedal 2, mit einem als Gehäuse aus Kunststoff ausgebildeten Grundkörper 4 und einer an dem Gehäuse 4 um eine Drehachse 6 drehbar befestigte Pedalplatte 8.
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Die Pedalplatte 8 ist zwischen einer in der Fig. dargestellten Ruhelage und einer nicht dargestellten maximalen Betätigungslage hin und her bewegbar. Die Pedalplatte 8 ist ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet und über die als Filmscharnier ausgebildete Drehachse 6 mit dem Gehäuse 4 verbunden.
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Bei den Kunststoffen für das Gehäuse 4 und die Pedalplatte 8 kann es sich beispielsweise um Thermoplaste oder Duroplaste handeln.
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Bei dem Fahrpedal 2 handelt es sich um ein sogenanntes „stehendes Fahrpedal“.
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In der maximalen Betätigungslage kommt die Pedalplatte 8 mit einem sogenannten Kickdown-Element 9 in Kraftübertragungsverbindung mit einem an dem Gehäuse 4 ausgebildeten Absatz 4.1 des Gehäuses 4. Das Kickdown-Element 9 ist hier als eine separate Baueinheit ausgebildet und in eine dazu korrespondierende Ausnehmung der Pedalplatte 8 eingesetzt. Das Kickdown-Element 9 dient in üblicher Weise dazu, um das Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs zu schalten.
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In der maximalen Betätigungslage ist das Fahrpedal 2 von einem Kraftfahrzeugführer vollständig durchgetreten, also der maximale Auslenkungswinkel der Pedalplatte 8 aus deren Ruhelage erreicht. Zwischen der Ruhelage und der maximalen Betätigungslage kann die Pedalplatte 8 des Fahrpedals 2 beliebig viele als Zwischenstellungen ausgebildete Betätigungslagen einnehmen; das Fahrpedal 2 ist also stufenlos verstellbar.
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Ferner weist das Fahrpedal 2 eine als Blattfeder ausgebildete Rückstellfeder 10 und einen als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Verformungssensor 12 auf.
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Die Blattfeder 10 ist aus einem Metall hergestellt und übt eine Rückstellkraft auf die Pedalplatte 8 in Richtung der dargestellten Ruhelage aus. Der Dehnungsmessstreifen 12 ist an der in der Blattebene dargestellten Oberseite der Blattfeder 10 angeordnet.
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Zwecks einer guten Kraftübertragungsverbindung zwischen der Blattfeder 10 und dem Dehnungsmessstreifen 12 ist dieser auf dem Fachmann bekannte Weise mit einem hierfür geeigneten Kleber auf die Oberseite der Blattfeder 10 aufgeklebt.
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In einer Betätigungslage der Pedalplatte 8 liefert der Dehnungsmessstreifen 12 ein zu dem Auslenkungswinkel der Pedalplatte 8 aus deren Ruhelage korrespondierendes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Dehnungsmessstreifen 12 ist über eine erste elektrisch leitende Verbindung 14 mit einer elektronischen Auswerteschaltung 16 in Signalübertragungsverbindung, wobei die erste elektrisch leitende Verbindung 14 wie auch die elektronische Auswerteschaltung 16 auf der Blattfeder 10 angeordnet sind.
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Gleiches gilt für einen Steckerkorb 18 aus Kunststoff, der hier als Randkontaktsteckerkorb ausgebildet und an die Blattfeder 10 angespritzt ist und dessen elektrisch leitfähige Kontakte mittels einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung 20 mit der elektronischen Auswerteschaltung 16 in Signalübertragungsverbindung stehen.
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Die elektrisch leitfähigen Kontakte des Steckerkorbs 18 sind nicht dargestellt. Zwecks Randkontaktierung sind diese auf dem Fachmann bekannte Weise auf einer ebenfalls nicht dargestellten Leiterplatte ausgebildet.
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Ferner ist denkbar, dass die elektronische Auswerteschaltung in Abweichung zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist und über die erste elektrisch leitende Verbindung 14 mit dem Dehnungsmessstreifen 12 in Signalübertragungsverbindung steht.
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In der Fig. sind der Dehnungsmessstreifen 12, die elektrisch leitenden Verbindungen 14 und 20, die elektronische Auswerteschaltung 16 und das Reibelement 24 geringfügig beabstandet von der Blattfeder 10 dargestellt. Dies ist rein der Übersichtlichkeit wegen.
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In Wirklichkeit sind der Dehnungsmessstreifen 12, die elektrisch leitenden Verbindungen 14 und 20 sowie die elektronische Auswerteschaltung 16 auf die Blattfeder 10 aufgeklebt oder dergleichen fest mit der Blattfeder 10 verbunden und ist das Reibelement 24 in Anlage zu der Blattfeder 10.
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Der Steckerkorb 18 kann je nach Bedarf konfiguriert sein. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise voneinander abweichende Steckergeometrien von verschiedenen Kunden zu verwenden, ohne von der Grundkonstruktion des Fahrpedals 2 abweichen zu müssen. In dem vorliegenden Fall sind sowohl der Steckerkorb 18 wie auch der dazu korrespondierende, nicht dargestellte Stecker für den Randkontakt geeignet ausgebildet.
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Darüber hinaus ist die in vorgenannter Weise gebildete Baugruppe mit Blattfeder 10, Dehnungsmessstreifen 12, elektrisch leitender Verbindung 14 und 20, elektronischer Auswerteschaltung 16 und Steckerkorb 18 als integraler Bestandteil des Gehäuses 4 ausgebildet.
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Dies ist beispielsweise möglich, indem das Gehäuse 4 an die vorgenannte Baugruppe angespritzt ist. Hierdurch sind elektrische und elektronische Bauteile, also die elektronische Auswerteschaltung 16 wie auch die zweite elektrische Verbindung 20, ohne weitere Maßnahmen gut gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise Schmutz, Feuchtigkeit und hohe Temperaturen, geschützt.
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Wie aus der Fig. hervorgeht, ist die beschriebene Baugruppe, also auch die Blattfeder 10, einseitig in das Gehäuse 4 eingespannt. Mit einem freien Ende steht die Blattfeder 10 in Kraftübertragungsverbindung mit der Pedalplatte 8. Jedoch liegt die Pedalplatte 8 nicht direkt an dem freien Ende der Blattfeder 10 an.
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In eine als Aufnahme ausgebildete Befestigungsstelle 22 der Pedalplatte 8 ist ein Reibelement 24 eingesetzt, das mit einem freien Ende an der in der Blattebene obenliegenden Oberfläche der Blattfeder 10 anliegt und somit in Kraftübertragungsverbindung mit der Blattfeder 10 steht.
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Bei einer Überführung der Pedalplatte 8 von der dargestellten Ruhelage in einer Betätigungslage, also -bezogen auf die Blattebene- bei einer Drehbewegung der Pedalplatte 8 im Uhrzeigersinn um das Filmscharnier 6, gleitet das Reibelement 24 auf der obenliegenden Oberfläche der Blattfeder 10 vom freien Ende in Richtung des eingespannten Endes der Blattfeder 10. Siehe Pfeil 26, der diese Bewegung verdeutlicht.
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Zum einen reibt dabei das Reibelement 24 über die obenliegende Oberfläche der Blattfeder 10. Zum anderen wird dabei die Blattfeder 10 in der Blattebene nach unten umgebogen und somit gespannt. Die Blattfeder 10 übt auf die Pedalplatte 8 eine als Gegenkraft zur Fußbetätigung des Kraftfahrzeugführers ausgebildete Rückstellkraft aus.
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Wird die Pedalplatte 8 von dem Kraftfahrzeugführer in der Blattebene nicht mehr heruntergedrückt, dreht die Blattfeder 10 die Pedalplatte 8 mittels der Rückstellkraft in der Blattebene im Gegenuhrzeigersinn um das Filmscharnier 6 in die dargestellte Ruhelage zurück. Die Blattfeder 10 richtet sich wieder auf; die Blattfeder 10 entspannt sich. Das Reibelement 24 gleitet dabei wieder über die obenliegende Oberfläche der Blattfeder 10 zurück in die in der Fig. dargestellte Ausgangsposition, also von dem eingespannten Ende in Richtung des freien Endes der Blattfeder 10.
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Durch das Reibelement 24 ist es möglich, eine gewünschte, vorher festgelegte Hysterese abzubilden. Hierfür können die einzelnen Parameter, wie beispielsweise die Materialien und die Oberflächenbeschaffenheiten der beiden Reibpartner, also der Blattfeder 10 und des Reibelements 24, entsprechend ausgewählt werden.
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Durch die in der Fig. dargestellte und oben erläuterte Konstruktion ist die Kinetik des Fahrpedals 2 vorgegeben. Eine Modifikation der Kinetik ist möglich, indem beispielsweise die Befestigungsstelle 22 des Reibelements 24 einstellbar ist. Dies ist in der Fig. durch einen Doppelpfeil 28 symbolisiert. In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist dies durch die Ausbildung von mehreren in der Pedalplatte 8 ausgebildeten Aufnahmen 22 auf konstruktiv besonders einfache Weise realisiert.
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Je nach Bedarf kann das Reibelement 24 in eine der Aufnahmen 22 eingesetzt werden, um so den für die Kraftübertragung zwischen Reibelement 24 und Blattfeder 10 wirksamen Hebelarm entweder zu verkürzen oder zu verlängern.
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Eine weitere nicht näher dargestellte Einstellmöglichkeit besteht darin, dass die Lage des Reibelements 24 in Richtung der Normalkraft des Reibelements 24 einstellbar und/oder das Reibelement 24 in Richtung von dessen Normalkraft federnd gelagert ist.
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Eine derartige Einstellung und/oder Federung des Reibelements 24 verliefe also senkrecht zu der Reibkraft zwischen der Blattfeder 10 und dem Reibelement 24, die parallel zu dem Pfeil 26 verläuft.
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Ferner weist das Fahrpedal 2 des Ausführungsbeispiels eine Notfallfeder 30 auf, wobei die Notfallfeder 30 die Pedalplatte 8 in Abhängigkeit einer Fehlfunktion der Blattfeder 10 mittels einer Notfallrückstellkraft in die dargestellte Ruhelage überführt. Sollte die Blattfeder 10 beschädigt oder zerstört sein, beispielsweise brechen, dann sorgt die Notfallfeder 30 dafür, dass das Fahrpedal 2 nicht in einer ungewünschten Betätigungslage, beispielsweise der maximalen Betätigungslage, als dem Vollgasfall, verbleibt, sondern wieder automatisch in die dargestellte Ruhelage überführt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt.
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Beispielsweise kann die Blattfeder als eine in Längsrichtung geschlitzte Blattfeder ausgebildet sein. Auch kann die Blattfeder im Bereich einer Biegestelle der Blattfeder mindestens eine Prägung aufweisen.
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Das Reibelement kann im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel auch an der Rückstellfeder, also beispielsweise an einer Blattfeder, angeordnet sein und mit einer Oberfläche der Pedalplatte eine Reibpaarung bilden.
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Neben dem Einsatz bei einem stehenden Pedal, kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise bei hängenden Pedalen verwendet werden. Auch ist die Erfindung nicht auf Fahrpedale für Kraftfahrzeuge beschränkt. Beispielsweise wäre auch eine Verwendung bei Kupplungs- und Bremspedalen denkbar. Jedoch sind auch andere fußbetätigte Pedale, unabhängig von der Verwendung bei Kraftfahrzeugen, von der Erfindung mit umfasst.
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Anstelle eines Dehnungsmessstreifens wäre auch ein als Piezoelement oder ein als kapazitiver Sensor ausgebildeter Verformungssensor möglich.
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Die Rückstellfeder muss nicht zwingend aus Metall hergestellt sein. Beispielsweise wären auch andere Materialien wie Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste oder Duroplaste, oder auch Materialkombinationen denkbar. Unterschiedliche Materialien könnten miteinander vermischt sein, beispielsweise Verbundwerkstoffe, auch als Composite-Materialien bezeichnet. Jedoch ist auch eine schichtenweise Anordnung von unterschiedlichen Materialien und/oder Materialkombinationen denkbar.
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Bei der Verwendung von sogenannten Composite-Geweben für die Rückstellfeder wäre es auch möglich, den Dehnungsmessstreifen in das Gewebe einzuarbeiten. Dies hätte den Vorteil, dass beispielsweise ein Bruch der Rückstellfeder über eine Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens erkennbar wäre.
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Ist die Rückstellfeder darüber hinaus auch als Blattfeder ausgebildet, lassen sich die Herstellkosten der Rückstellfeder zusätzlich reduzieren. Blattfedern weisen eine einfache Geometrie auf und lassen sich analog zu Leiterplatten oder dergleichen fertigen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Pedal, als Fahrpedal für ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe ausgebildet
- 4
- Grundkörper, als Gehäuse aus Kunststoff ausgebildet
- 4.1
- Absatz, am Grundkörper 4 ausgebildet
- 6
- Drehachse, als Filmscharnier ausgebildet
- 8
- Pedalplatte, aus Kunststoff ausgebildet
- 9
- Kickdown-Element, als separate Baueinheit ausgebildet
- 10
- Rückstellfeder, als Blattfeder aus Metall ausgebildet
- 12
- Verformungssensor, als Dehnungsmessstreifen ausgebildet
- 14
- Erste elektrisch leitende Verbindung
- 16
- Elektronische Auswerteschaltung
- 18
- Steckerkorb, als Randkontaktsteckerkorb ausgebildet
- 20
- Zweite elektrisch leitende Verbindung
- 22
- Befestigungsstelle für das Reibelement 24, als Aufnahme in der Pedalplat
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- te 8 ausgebildet
- 24
- Reibelement
- 26
- Bewegungsrichtung des Reibelements 24 bei der Überführung der Pedal
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- platte 8 von deren Ruhelage in eine Betätigungslage
- 28
- Doppelpfeil, der die Einstellbarkeit der Befestigungsstelle 22 symbolisiert
- 30
- Notfallfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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