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Die
Erfindung bezieht sich auf ein um eine Pedalachse schwenkbares Pedal
für ein
Kraftfahrzeug, bestehend insbesondere aus einem um die Pedalachse
schwenkbaren Übertragungshebel,
an dem ein Betätigungsorgan
abgestützt
ist, und einem in verschiedene Winkelpositionen zum Übertragungshebel
bringbaren Basishebel mit einer an seinem freien Ende ausgebildeten
Pedalplatte und aus einem zwischen den Hebeln wirkenden Verstellgetriebe,
mit dessen Hilfe die Winkellage des Basishebels gegenüber dem Übertragungshebel
verstellt werden kann.
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Ein
derartiges Pedal ist z. B. in der
DE 41 22 629 A1 beschrieben. Die Verstellung
des Basishebels gegenüber
dem Übertragungshebel
erfolgt hier mit einer drehbar am Übertragungshebel gelagerten Nockenscheibe,
die mittels eines Zahnradgetriebes von einem Elektromotor verdreht
werden kann. Ein Zahnrad dieses Getriebes ist koaxial zur Pedalachse angeordnet
und wird daher beim Betätigen
des Pedals entsprechend der Drehung des Übertragungshebels mitgenommen.
Die Antriebswelle des trägerfest
angeordneten Motors wird dabei mitgedreht, was wegen der damit verbundenen
zusätzlichen
Belastung dazu führt,
daß die
ausgeübte
Pedalkraft nicht eindeutig mit der übertragenen Kraft korreliert.
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Die
Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, ein verstellbares Pedalwerk
zu schaffen, wobei durch die notwendigerweise vorzusehenden Verstellmittel keine
zusätzlichen
Reibbelastungen beim Betätigen des
Pedals auftreten sollen.
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Daher
wird vorgeschlagen, daß das
Verstellgetriebe selbsthemmend ausgebildet ist und der Antrieb des
Verstellgetriebes entweder am Pedal oder zumindest teilentkoppelt
vom Verstellgetriebe an einem fahrzeugfesten Träger befestigt ist.
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Ein
Getriebe, das hierfür
geeignet ist, besteht aus einer Verstellwelle und einer Verstellhülse, wobei die
Verstellwelle derart mit dem Verstellhülse gekoppelt ist, daß ein axialer
Versatz der Verstellwelle eine Drehung der Verstellhülse hervorruft.
Dazu wird die Verstellwelle verschiebbar, aber nicht drehbar am Übertragungshebel
gehalten und die Verstellhülse fest
mit dem Basishebel verbunden, wobei die Verstellwelle eine Schrägverzahnung
aufweist, die in eine entsprechende Schrägverzahnung in der Verstellhülse eingreift.
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Die
Verstellhülse
ist zwischen zwei Backen am Übertragungshebel
angeordnet, um eine Axialverschiebung zu unterbinden. Vorzugsweise
wird die Verstellwelle mittels einer elektromotorisch angetriebenen
Spindel verschoben.
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Um
die erwähnte
Teilentkopplung zu realisieren, ist für den Fall, daß der Elektromotor
an der Karosserie befestigt ist, eine flexible Welle zwischen der Abtriebswelle
des Elektromotors und der Spindel vorgesehen.
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Es
kann allerdings auch eine nur in eine Richtung wirkende Kupplung
vorgesehen werden, die vorzugsweise aus einer Verstellhülse, einer
Verstellwelle und einer Schubwelle besteht. Die Schubwelle ist dabei
koaxial zu der Ver stellwelle angeordnet und mit ihr axial aber nicht
radial verbunden, so daß zwar
eine Verschiebung der Schubwelle auf die Verstellwelle, nicht aber
eine Drehung der Verstellwelle auf die Schubwelle übertragen
wird.
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Der
Elektromotor kann allerdings auch direkt am Basishebel befestigt
werden und die Spindel direkt antreiben.
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Die
Verstellwelle kann sowohl parallel als auch koaxial zur Pedalachse
angeordnet werden, wobei sich im zweiten Fall der Einsatz der oben
beschriebenen Teilentkopplung anbietet. In diesem Fall wird die
Verstellwelle koaxial zur Pedalwelle angeordnet, wobei die Pedalwelle
von einer koaxial zur ersten Verstellhülse angeordneten zweiten Verstellhülse mit
einer Geradverzahnung gebildet ist, die mit dem Übertragungshebel fest verbunden
ist und drehbar im fahrzeugfesten Träger gelagert ist.
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Bei
einem derartig verstellbaren Pedal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 stellt sich allerdings eine weitere Schwierigkeit ein. Da mit
der Verstellung auch der Anlenkpunkt des Betätigungs- bzw. Übertragungsorgans
verändert
wird, verändert sich
auch das Übersetzungsverhältnis des
Pedals in nicht erwünschter
Weise.
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Es
wird daher vorgeschlagen, daß der
Abstand des Abstützungspunktes
des Übertragungsorgans
am Übertragungshebel
in Abhängigkeit
vom Winkel zwischen den Hebeln gegenüber der Pedalwelle verstellbar
ist. In einfacher Weise kann dies dadurch realisiert werden, daß der Übertragungshebel als
Kniehebel ausgebildet wird, wobei das freie Ende des einen Teilhebels
(oberes Teilstück)
um die Pedalachse drehbar angeordnet ist und das freie Ende des anderen
Teilhebels (unteres Teilstück),
an dem das Übertragungsorgan
angelenkt ist, am Basishebel geführt
wird. Weiterhin kann vorgesehen werden, daß das Ende des anderen Teilhebels über einen
Verbindungshebel am Basishebel an gelenkt ist. Außerdem wird die Verbindungsachse
zwischen dem unteren Teilstück
und dem Verbindungshebel mit einer Rollhülse versehen, die an einer
Rampe am Basishebel entlanggleitet.
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Für den Fall,
daß die
Verstellwelle koaxial zur Pedalwelle ausgebildet ist, wird die Verstellhülse über einen
Verstellkniehebel mit dem Basishebel verbunden, wobei der Übertragungshebel
mit dem unteren Hebel des Verstellkniehebels überlappt und der Übertragungshebel
sowie der untere Hebel mit Kulissen versehen sind, in denen ein
Stift gehalten ist, an dem das Übertragungsorgan
abgestützt
bzw. angelenkt ist.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, daß mehrere
Pedale zu einem Pedalwerk zusammengeführt werden, wobei die Verstellwellen
miteinander gekoppelt sind und von einem einzigen Motor angetrieben werden.
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Im
folgenden soll anhand von vier Zeichnungen die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Pedalwelle und die Verstellwelle parallel
zueinander angeordnet sind;
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform, bei
der die Pedalwelle und die Verstellwelle koaxial zueinander angeordnet
sind;
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3 zeigt
einen Verstellmechanismus für ein
E-Gaspedal, das
besonders gut mit einem Brems- und
Kupplungspedal gemäß der 1 oder 2 kombiniert
werden kann;
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4 zeigt
ein Verstellgetriebe, bei dem die Verstellung elektromotorisch erfolgen
und der antreibende Elektromotor an einem fahrzeugfesten Träger befestigt
werden kann.
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen, die in perspektivischer Darstellung
ein Pedal für
eine Fahrzeugkupplung oder -bremse zeigt. Mit dem Begriff "Pedal" soll ein aus ein
oder mehreren Hebeln bestehendes Hebelsystem mit einer Pedalwelle 1 bezeichnet
werden, das um eine gedachte Pedalachse verschwenkt wird, um die
vom Fahrer auf eine Pedalplatte 22 ausgeübte Kraft
auf die Fahrzeugkupplung bzw. die Fahrzeugbremse zu übertragen.
Im allgemeinen wird das Pedal durch einen einfachen Hebel realisiert,
der an seinem unteren Ende die Pedalplatte trägt und an dessen mittlerem
Bereich z. B. eine Kolbenstange für die Betätigung des Bremsdruckgebers
angelenkt ist. Um ein solches System im Sinne der Beschreibungseinleitung
verstellbar zu machen, muß es
aus mindestens zwei Hebeln bestehen, nämlich aus einem Basishebel 2 und
einem Übertragungshebel 3.
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Der Übertragungshebel 3 ist
mit der Pedalwelle 1, die um eine Achse schwenkbar an einem nicht
dargestellten Träger
gelagert ist, verbunden und besteht aus einem ersten Arm 4,
an dem die Kolbenstange 5 angelenkt ist, und einem zweiten
Arm 6, an dessen von der Pedalwelle 1 entfernten
Ende eine Basishebelwelle 9 parallel zur Pedalwelle 1 angeordnet
ist. Auf dieser Basishebelwelle 9 ist der Basishebel 2 mit
seinem einen Ende gelagert. An seinem anderen Ende befindet sich
die Pedalplatte, auf die der Fahrer die Betätigungskraft ausübt. Mittels
eines Verstellgetriebes 15 kann die Winkellage des Basishebels 2 zum Übertragungshebel 3 eingestellt
werden, wodurch die Lage des Basishebels im Fußraum des Fahrzeuges bestimmt
wird.
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Eine
Möglichkeit,
ein solches Verstellgetriebe 15 zu realisieren, besteht
darin, eine Verstellwelle 7, die in diesem Fall identisch
ist mit der Basishebelwelle 9, nicht drehbar aber verschiebbar
am zweiten Arm 6 zu lagern und um die Verstellwelle 7 eine
fest mit dem Basishebel 2 verbundene Verstellhülse 8 anzuordnen,
wobei die Verstellwelle 7 und die Verstellhülse 8 über eine
Schrägverzahnung
ineinandergreifen. Wird weiterhin dafür gesorgt, daß die Verstellhülse 8 axial
unbeweglich angeordnet ist, wird eine axiale Verschiebung der Verstellwelle 7 eine
Drehung des Basishebels 2 um die Verstellwelle bewirken.
Die Steigung der Schrägverzahnung
wird unter Berücksichtigung
der sonstigen Reibungskräfte
so gewählt, daß die Verbindung
selbsthemmend ist, d. h., daß das
Verstellgetriebe 15 gesperrt ist, wenn der Basishebel 2 zum
Betätigen
der Bremse oder Kupplung betätigt
wird.
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Mit
einer Verstellung des Basishebels 2 ändert sich aber auch das Verhältnis der
wirksamen Hebelarme, die das Verhältnis von Pedalkraft und Übertragungskraft
bestimmt. Die Erfindung schlägt
daher eine Korrektureinrichtung vor, mit deren Hilfe die Lage des
Anlenkpunktes der Kolbenstange 5 in Bezug zur Pedalachse
bei einem Verschwenken des Basishebels 2 gegenüber dem Übertragungshebel 3 in
dem Sinne variiert wird, daß die
Pedalübersetzung im
wesentlichen konstant bleibt. Dies kann wie folgt realisiert werden:
Der erste Arm 4 des Übertragungshebels 3 wird
als Kniehebel mit einem oberen Teilstück 10 und einem demgegenüber verschwenkbaren
unteren Teilstück,
dem Korrekturhebel 11, ausgebildet, dessen freies Ende
mittels eines Verbindungshebels 12 am Basishebel 2 angelenkt
ist. Zwischen dem Korrekturhebel 11 und dem Verbindungshebel 12 ist
eine Rollhülse 13 angeordnet,
die entlang einer Rampe 14 am Basishebel 2 geführt ist.
An der Rollhülse 13 ist
die Kolbenstange 5 angelenkt. Der Übertragungshebel 3,
der Basishebel 2 und der Verbindungshebel 12 bilden
ein Hebelparallelogramm, dessen Ausrichtung sich mit einer Drehung
des Basishebels 2 um die Verstellwelle 7 ändert, wodurch
sich auch die Lage der Rollhülse 13 zur
Pedalwelle 1 ändert
und damit der wirksame Hebelarm für die Kolbenstange 5.
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Die
Rampe 14 dient der besseren Abstützung der Kolbenstange 5 bzw.
der Rollhülse 13 am Basishebel 2.
Ihr Verlauf wird entsprechend den gewählten Hebellängen und
der relativen Lage der Hebelanlenkungspunkte geformt. Auf diese
Weise kann gleichzeitig der aufgrund der Abmessungen des Hebelparallelogramms
theoretisch zu erwartende Verlauf der Rollhülse 13 mechanisch
dargestellt werden.
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Mit
Betätigen
des Pedals wird die gesamte Anordnung um die Pedalachse, das ist
die Achse der Pedalwelle 1, verschwenkt, so daß auch die
Verstellwelle 7 im Raum bewegt wird. Der Antrieb zum Verschieben
der Verstellwelle 7 muß daher
entweder an der Vorrichtung selbst angeordnet sein, also z. B. am Übertragungshebel 3,
oder aber, falls er fahrzeugfest angeordnet werden soll, über eine
flexible Einrichtung an die Verstellwelle 7 angekoppelt
sein, so daß eine
Bewegung der Verstellwelle im Raum keine Rückwirkung auf den Antrieb ausübt. Auch
ist eine Kupplungseinrichtung denkbar, die weiter unten näher erläutert werden
soll, und insbesondere dann in Betracht kommt, wenn Verstell- und
Pedalwelle koaxial zueinander angeordnet werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
somit die Hebellängen
und die Lage der Anlenkungspunkte so gewählt, dass der Anlenkungspunkt der
Kolbenstange 5 gegenüber
der Pedalwelle 1 nach unten verlagert wird, wenn der Basishebel 2 in Richtung
auf den Fahrersitz verstellt wird. Wenn weiterhin dafür gesorgt
wird, daß die
Pedalplatte in etwa unterhalb der Pedalhebelwelle 9 liegt,
wird sich ihre Höhe über den
Fahrzeugboden nicht ändern.
Da aber gemäß der 1 die
Pedalhebelwelle von der Pedalwelle 1 abge setzt ist, wird
sich aber der für
das Übersetzungsverhältnis entscheidende
Abstand zwischen der Pedalwelle 1 und der Pedalplatte 22 erhöhen. Um
ein im wesentlichen konstantes Übersetzungsverhältnis zu
erzielen, muß sich
daher der Abstand zwischen der Pedalwelle 1 und der Anlenkung der
Kolbenstange 5 vergrößern, was,
wie erläutert, mit
der in 1 dargestellten Anordnung erreicht wird.
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In
der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in Seitenansicht
dargestellt, mit der Besonderheit, daß die Pedalwelle 1 und
die Verstellwelle 7 koaxial zueinander angeordnet sind,
wobei die Verstellwelle 7 nicht mehr identisch ist mit
der Basishebelwelle 9. Diese Anordnung hat den Vorteil,
daß sie platzsparend
ist und zum anderen besonders geeignet ist, um mehrere Pedale nebeneinander
anzuordnen, die über
einen gemeinsamen Antrieb für
die einzelnen Verstellwellen verfügen.
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Das
Verstellgetriebe 15 besteht auch hier aus einer Verstellwelle 7 und
einer Verstellhülse 8, die
aber nicht unmittelbar, sondern über
einen Verstellkniehebel 19 mit dem Basishebel 2 verbunden ist.
Eine Drehung der Verstellhülse 8 bewirkt
einen proportionalen Schwenk des Basishebels 2 um die Basishebelwelle 9.
Der Übertragungshebel 3 ist
mit einer Lasche 24 versehen, die mit dem unteren Hebel 21 des
Verstellkniehebels 19 überlappt.
Im Überlappungsbereich
sind Kulissen 25; 26 vorgesehen, die von einem
Stift 27 durchdrungen sind, womit eine zusätzliche
Führung
für das
Hebelparallelogramm gegeben ist. Gleichzeitig kann an dem Stift 27 die
Kolbenstange 5 abgestützt
oder ein Seilzug (für
eine Kupplung) befestigt werden. Der Stift stützt sich bei einer Pedalbetätigung an
der rückwärtigen Kante
der einen Kulisse 25 ab.
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Mit
Hilfe der Kulissen 25, 26 erfolgt außerdem eine
Anpassung des Übersetzungsverhältnisses.
Die eine Kulisse 25 in der Lasche 24 erlaubt ein Verschieben
des Stifts 27 in Richtung auf die Pedalwelle 1.
Welche Position in dieser Kulisse eingenommen wird, wird durch den
relativen Verlauf der anderen Kulisse 26 bestimmt. Je weiter
der Basishebel 2 in Richtung auf den Fahrersitz verschwenkt
wird, desto tiefer wird der Stift 27 und damit die Kolbenstange 5 in
der einen Kulisse 25 verschoben, so daß bei einer Verstellung des
Pedals das Übersetzungsverhältnis konstant
bleibt.
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In 3 ist
ein weiteres Pedal dargestellt, das dazu dient, ein Potentiometer
zu verstellen, das Teil einer elektronischen Motorsteuerung ist.
Ein solches Pedal wird auch als E-Gaspedal bezeichnet.
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Ein
Pedalhebel 30 ist an einem Trägerhebel 31 gelenkig
befestigt, wobei die Winkellage der Hebel 30, 31 zueinander
die Verstellung des Potentiometers bestimmt. Der Trägerhebel 31 ist
mittels zweier Verstellhebel 32, 33 gelenkig an
einen Träger 34 angelenkt,
so daß sie
zusammen mit dem Trägerhebel 32 und
dem Träger 34 ein
ungleichseitiges Viereck einschließen. Die Länge der beiden Verstellhebel 32, 33 ist
der gewünschten
Lage des Trägerhebels 31 angepaßt. Einer
der Verstellhebel, in diesem Fall der längere 33, ist über eine
Verstelleinrichtung 35 mit dem Träger 34 verbunden,
wobei die Verstelleinrichtung 35 die Winkellage dieses
Hebels 33 zum Träger 34 bestimmt.
Ein Verschwenken dieses Verstellhebels bewirkt somit eine Neuorientierung
des Trägerhebels 31 und
damit des Pedalhebels 32, der dabei seine Winkellage zum
Trägerhebel 31 beibehält. Die Betätigung des
Pedalhebels 32 hat aber wegen der Selbsthemmung der Verstelleinrichtung 35 zur
Folge, daß er
gegenüber
dem Trägerhebel
verschwenkt wird, wodurch eine Betätigung des nicht dargestellten
Potentiometers erfolgt.
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Die
Verstelleinrichtung 35 ist dem schon beschriebenen Verstellgetriebe 15 nachgebildet
und besteht ebenfalls aus einer Verstellwelle 7, die verschiebbar
aber nicht drehbar am Träger 34 gelagert ist
und auf der eine mit dem längeren
Verstellhebel 33 verbundene Verstellhülse 8 über eine
Schrägverzahnung
gekoppelt ist. Nicht dargestellte Anschläge verhindern, daß diese
Hülse 8 in
axialer Richtung verschoben wird. Daher bewirkt eine axiale Verschiebung
der Verstellwelle 7 eine Drehung der Verstellhülse 8.
Die Verstelleinrichtung 35 ist somit entsprechend dem schon
beschriebenen Verstellgetriebe 15 aufgebaut, so daß dieses
Gaspedal geeignet ist, mit den schon erwähnten Pedalen nach 1 oder 2 kombiniert
zu werden.
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4 zeigt
ein besonderes Verstellgetriebe, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß in
ihr eine Kupplung vorgesehen ist, die es ermöglicht, den Antriebsmotor an
einem fahrzeugfesten Träger
zu befestigen, wobei die Abtriebswelle des Motors bei einer Pedalbetätigung von
dem Verstellgetriebe entkoppelt ist. In der Darstellung der 4 sind
die Elemente des Verstellgetriebes aus Gründen der Übersichtlichkeit nebeneinander
gezeichnet. Tatsächlich sind
sie entsprechend den Pfeilen ineinandergesteckt. Das Getriebe besteht
aus zwei koaxial zueinander angeordneten Verstellhülsen 40, 41,
wobei die eine Verstellhülse 40,
die funktional der Verstellhülse 8 in
der Ausführung
nach 1 entspricht, mit einer Schrägverzahnung und die andere
Verstellhülse 41 mit
einer Geradverzahnung versehen ist. Die geradverzahnte Hülse 41 ist
mit dem Übertragungshebel 3 gekoppelt,
während
die schrägverzahnte
Hülse 40 mit
dem Basishebel 2 bzw. mit dem oberen Hebel 20 des
Verstellkniehebels 19 verbunden ist. Die Stirnflächen der
Verstellhülsen 40, 41 stoßen aneinander, wobei
ein Fortsatz 42 an der einen Hülse 40 in die andere
Hülse 41 eingesetzt
ist und dort in Form eines Lagers geführt ist. Beide Verstellhülsen 40, 41 sind drehbar
in hülsenartigen Abschnitten
eines Trägers 43 geführt, wobei
Absätze 44, 45 an
den Verstellhülsen 40, 41 eine
axiale Verschiebung verhindern. Die beiden Verstellhülsen 40, 41 können daher
sowohl gemeinsam im Träger 43 als
auch relativ zueinander verdreht werden. In den Verstellhülsen 40, 41 ist
eine Verstellwelle 46 (entspricht funktional der Verstellwelle 7 der
Ausführung
nach 1 und 2) geführt, die einen ersten Abschnitt 49 mit
einer äußeren Geradverzahnung,
und einen zweiten Abschnitt 50 mit einer äußeren Schrägverzahnung
aufweist, wobei die Geradverzahnung in der geradverzahnten Verstellhülse 41 geführt ist,
und die Schrägverzahnung
in der schrägverzahnten
Verstellhülse 40.
Eine axiale Verschiebung der Verstellwelle 46 bewirkt damit
eine Verdrehung der beiden Verstellhülsen 40, 41 gegeneinander.
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Der
Antrieb der Verstellwelle 46 erfolgt mit Hilfe einer Schubwelle 47,
die über
einen Spindelantrieb 48 von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben
wird. Die Schubwelle 47 ist mit der Verstellwelle 46 axial
gekoppelt, läßt aber
eine Drehung der beiden Wellen 46, 47 gegeneinander
zu. Die Schubwelle 47 ist im Träger 43 nicht drehbar
aber axial verschiebbar gelagert. Wird die Schubwelle daher vom
Elektromotor axial verschoben, so wird sie die Verstellwelle 46 mitnehmen,
was, wie erläutert, eine
bestimmte Verdrehung der Verstellhülsen 40, 41 gegeneinander
bewirkt. Eine solche Drehung bewirkt z. B. eine Verdrehung des Hebelparallelogramms
gemäß 2 und
damit eine Verstellung des Pedals.
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Werden
andererseits die beiden Verstellhülsen 40, 41 gleichsinnig
verdreht, weil das Pedal betätigt
wird, wird zwar die Verstellwelle 46, nicht aber die Schubwelle 47 mitgenommen,
da die Verstellwelle 46 und die Schubwelle 47 lediglich
axial miteinander gekoppelt sind. Damit ist die Antriebswelle beim Betätigen des
Pedals von dem Verstellgetriebe entkoppelt.
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Mehrere
Pedale mit gleich aufgebauten Verstellgetrieben können nun
nebeneinander angeordnet werden, wobei die einzelnen Verstellwellen
miteinander drehfest verbunden werden. Lediglich eine der Verstellwellen
ist mit dem Antrieb, z. B. über
eine Spindel, verbunden. Vorzugsweise werden die Verstellwellen
koaxial zueinander ausgerichtet, so z. B. bei einem Kupplungspedal
und einem Bremspedal. Falls ein Versatz einer der Verstellwellen
gegenüber der
angetriebenen Verstellwelle notwendig ist, kann dies über ein
Versatzstück
erfolgen, das die axiale Bewegung der angetriebenen Verstellwelle
auf die versetzte Verstellwelle überträgt.