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Die Erfindung betrifft ein Pedalwerk für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Lagerachse für ein solches Pedalwerk nach dem Patentanspruch 5.
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Bei einer Frontalkollision eines Fahrzeugs werden Aufprallkräfte auch in das Brems- oder Kupplungspedalwerk eingeleitet. Die Krafteinleitung kann dabei über eine vordere Stirnwand des Fahrzeugs erfolgen, an der das Pedalwerk befestigt ist. Zusätzlich wird über das mit dem Pedal zusammenwirkende Betätigungselement, das beabstandet zur Pedalachse am Pedal angelenkt ist, Kraft eingeleitet. Dies kann bei einem das Pedal betätigenden Fahrer zu erheblichen Fußverletzungen führen.
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Aus der
DE 101 19 964 A1 ist ein Pedalwerk für ein Fahrzeug bekannt, das zwei sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Pedalstreben aufweist. Zwischen den Pedalstreben ist das Pedal schwenkbar gelagert.
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Bei einer ausreichend großen, unfallbedingt in das Pedalwerk eingeleiteten Kraft biegen sich die Pedalstreben auseinander. Dadurch wird einer von zwei seitlichen Trägerachsstummeln aus der Lagerbohrung der Pedalstrebe gezogen. Der gegenüberliegende Trägerachsstummel ist dagegen über einen Abreißbolzen oder eine Abreißschraube noch in der Pedalstrebe axial gesichert.
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Im weiteren Bruchverlauf wirkt auf den Abreißbolzen bzw. die Abreißschraube ein Biegemoment, so dass diese abreißt und damit das Pedal freigibt.
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Der Abreißbolzen bzw. die Abreißschraube beansprucht als zusätzliches Bauteil Bauraum und erhöht außerdem den Fertigungsaufwand. Zusätzlich müssen bei dem bekannten Pedalwerk hohe Kräfte in das Pedalwerk eingeleitet werden, um das Pedal vollständig von den Pedalstreben zu lösen. Bei einer geringeren, in das Pedalwerk eingeleiteten Kraft, etwa bei geringeren Aufprallkräften oder kleineren Brennkraftmaschinen, kann daher eine Entkopplung des Pedals von der Krafteinleitung fehlschlagen.
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Derartige Pedalwerke werden häufig als Modul-Bauteile verwendet. D. h. gleiche Bauteile werden in unterschiedlichen Fahrzeugklassen oder -konzepten eingesetzt. Bei derart unterschiedlichen Fahrzeugen kommt es auf Grund unterschiedlicher Motorgeometrien (z. B. Reihen- und V-Motoren, Zylinderanzahl) und -lagen bei einem Crash zu unterschiedlichen Intrusionswegen. Die Crash-Systeme von Pedalwerken funktionieren allerdings nur in einem bestimmten Intrusionswegbereich. D. h. dass bei zu geringem Intrusionsweg das Crash-System nicht aktiviert wird; bei zu viel Intrusion werden die Pedale durch Blockbildung der Bruchstücke wieder verklemmt.
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Aus der
DE 41 12 133 A1 ist ein gattungsgemäßes Pedalwerk für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen Lagerbolzen zur schwenkbaren Halterung eines Pedals aufweist. Der Lagerbolzen weist an seinem Lagerbolzenende einen auslegerartigen Arm auf, der als eine axiale Sicherung dient, die nahe einer Stirnseite des Lagerbolzens angeordnet ist und einen Seitenanschlag ausbildet, der in Anlage mit einer Seite einer Lagerwange ist.
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Aus der
DE 103 15 234 B3 ist eine selbstverriegelnde Lagerachse für ein Pedallager bekannt, die in Aufnahmen von zwei Wänden einer Halterung eines Lagerbocks einer Pedalanordnung einführbar ist. Die Lagerachse weist einen Bund zur Anlage an der Halterung auf, der ein axiales Sicherungselement bildet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pedalwerk für ein Kraftfahrzeug sowie eine Lagerachse für das Pedalwerk bereitzustellen, mittels der das Pedalwerk mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und auch bei einer geringeren, in das Pedalwerk eingeleiteten Kraft das Pedal freigibt. Außerdem soll das erfindungsgemäße Pedalwerk funktionssicher für unterschiedliche Fahrzeugklassen oder -konzepte einsetzbar sein.
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Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Gedanken, Hebelarme in der Pedalwerk-Struktur zu integrieren, die zusammen mit einer unfallbedingt eingeleiteten Kraft Bruchmomente auf die Pedalstreben ausüben. Auf diese Weise kann die Pedalstrebe schon bei vergleichsweise geringen eingeleiteten Kräften – und entsprechend großen Hebelarmlängen – brechen und somit das Pedal von der Krafteinleitung entkoppeln.
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Jede der Pedalstreben weist Strebenabschnitte auf, die in der Fahrzeugquerrichtung an Stufenkanten in einem vorgegebenen Abstand zueinander abgestuft sind. Bei einer unfallbedingten Krafteinleitung in die Pedalstreben wirken auf die Stufenkanten zwischen den Pedalstrebenabschnitten Schwenkmomente. Die Größe dieser Schwenkmomente hängt nicht nur von der Größe der eingeleiteten Kraft, sondern auch von dem vorgegebenen Abstand der Strebenabschnitte in der Fahrzeugquerrichtung ab, der eine Hebelarmlänge vorgibt. Auf diese Weise können bereits bei vergleichsweise niedrigen eingeleiteten Kräften – und entsprechend großer Hebelarmlänge – die Pedalstreben an den Stufenkanten brechen und somit das Pedal von der Krafteinleitung entkoppeln.
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Die Stufenkanten können zumindest teilweise Sollbruchstellen sein. Der nach dem Bruch der Pedalstrebe verbleibende, noch befestigte Bruchrest der Pedalstrebe kann dabei im weiteren Bruchverlauf als frei schwenkbarer Hebelarm Bruchmomente übertragen, die zum vollständigen Losbrechen der Pedalstrebe führen. Um im Normalbetrieb des Fahrzeugs eine ausreichende Stabilität des Pedalwerks zu gewährleisten, können die Sollbruchstellen der Pedalstrebe so gestaltet sein, dass sie bei unterschiedlich großen Kraftniveaus bzw. Bruchmomenten brechen. Im Unterschied zu einer Sollbiegestelle ergibt sich bei einer Sollbruchstelle nach deren Auseinanderbrechen ein freies Ende an dem noch befestigten Bruchrest. Dieses freie Ende des Bruchrests kann, wie oben bereits erwähnt, im weiteren Bruchverlauf gegebenenfalls schon mit geringer Kraft verschwenkt werden.
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Jede der Pedalstreben kann als Strebenabschnitte einen mittleren Lagerabschnitt zur Lagerung des Pedals und daran anschließende erste und zweite Endabschnitte aufweisen, über die die Pedalstreben an den Fahrzeugquerträgern befestigt sind. Bevorzugt sind die Endabschnitte sowie der Lagerabschnitt der Pedalstrebe in Fahrzeugquerrichtung zueinander abgestuft angeordnet. Aus Stabilitätsgründen sowie für einen reduzierten Raumbedarf ist es von Vorteil, wenn die Endabschnitte der Pedalstreben in Fahrzeugquerrichtung in Bezug auf den mittleren Lagerabschnitt auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann zumindest einer der Pedalstreben ein Ausleger zugeordnet sein, der in der Fahrzeugquerrichtung über einen vorgegebenen Abstand versetzt zur Pedalstrebe angeordnet ist. Neben der unfallbedingten Krafteinleitung direkt in die Pedalstrebe stellt der Ausleger einen zusätzlichen Kräftepfad bereit, über den Bruchkräfte in die Pedalstrebe einleitbar sind. Die Bruchkräfte bei einer Frontalkollision können daher sowohl über stirnseitige Anbindungspunkte in die Pedalstrebe eingeleitet werden, als auch über den Ausleger in einem zusätzlichen Krafteinleitungspunkt versetzt zu dem stirnseitigen Anbindungspunkten der Pedalstrebe. Auf diese Weise kann – selbst wenn die Pedalstrebe bereits an ihrem Befestigungsende abgebrochen ist – noch zusätzliche Bruchkraft in den noch befestigten Bruchrest der Pedalstrebe eingeleitet werden. Bei entsprechend groß dimensioniertem Abstand zwischen dem Ausleger und der Pedalstrebe kann diese eingeleitete Kraft vergleichsweise gering sein und trotzdem zu einem Bruch des noch befestigten Pedalstreben-Rests führen.
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Je nach Dimensionierung des Auslegers kann die „Bruchchoreographie”, d. h. der intrusionswegabhängige bzw. zeitliche Abstand der Brüche an den Sollbruchstellen des Pedalwerks einfach abgestimmt werden. Vorteilhaft kann beispielsweise der Ausleger im Normalzustand über einen freien Verlagerungsweg von einem pedalstrebenseitigen Anschlag, beispielsweise einer Lagerachsenführung, beabstandet sein. In diesem Fall wird das Pedalwerk nach einer Frontalkollision in Fahrzeuglängsrichtung zusammengeschoben, bis der Ausleger nach Überwindung des freien Verlagerungswegs in Anlage mit dem pedalstrebenseitigen Anschlag kommt. Im weiteren Bruchverlauf kann dann der Ausleger über den pedalstrebenseitigen Anschlag ein Schwenkmoment und/oder eine Bruchkraft auf die Pedalstrebe ausüben.
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Wie oben erwähnt kann der Ausleger im Normalzustand über einen freien Verlagerungsweg von der Pedalstrebe beabstandet sein. In diesem Fall wird der Ausleger erst während eines unfallbedingten Bruchverlaufes in Anlage mit der Pedalstrebe geschoben. Hierzu ist es von Vorteil, wenn der Ausleger an der Frontseite oder Rückseite des Pedalwerks befestigt ist, oder alternativ an den Fahrzeugquerträgern befestigt ist, die sich nach der Frontalkollision aufeinander zu bewegen.
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Für eine effektive Krafteinleitung kann es von Vorteil sein, wenn der Ausleger im Crashfall gegenüber der Pedalstrebe beschleunigt verlagert wird. Dies wird erfindungsgemäß mit den in der Pedalstrebe vorgesehenen Sollbruchstellen erreicht, die eine Verlagerungsbewegung der Pedalstrebe im Vergleich zur Verlagerungsbewegung des Auslegers reduzieren.
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Bevorzugt kann bei einer unfallbedingten Krafteinleitung die „Bruchchoreografie” des oben beschriebenen Pedalwerks wie folgt sein: Zunächst kann eine Stufenkante zwischen dem Lagerabschnitt und einem ersten Endabschnitt der Pedalstrebe brechen. Der als Bruchrest noch befestigte Lagerabschnitt kann nunmehr als freier Hebelarm ein Schwenkmoment auf den Bruchrest ausüben. Aufgrund der weiteren unfallbedingten Krafteinleitung schieben sich die gegenüberliegenden Fahrzeugquerträger weiter zusammen, bis der Ausleger gegen die Lagerachsen-Führung am noch befestigten Lagerabschnitt drückt. Der Ausleger kann im weiteren Bruchverlauf den freien Hebelarm schwenken, so dass ein Bruchmoment auf den zweiten Endabschnitt der Pedalstrebe ausgeübt wird. Durch dieses vom Lagerabschnitt ausgeübte Bruchmoment bricht dann die Stufenkante zwischen dem Lagerabschnitt und dem zweiten Endabschnitt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann dem Ausleger und/oder dem pedalstrebenseitigen Anschlag ein Zusatzteil zugeordnet sein, mit dem der freie Verlagerungsweg einstellbar, insbesondere reduzierbar ist. Auf diese Weise kann der freie Verlagerungsweg dem jeweiligen Fahrzeugkonzept bzw. der jeweiligen Motorvariante angepasst werden. Eine Individualisierung erfolgt somit erst im verbauenden Werk am Band, wo der freie Verlagerungsweg zwischen beispielsweise dem Lagerbock und den damit kollidierenden Bauteilen in Abhängigkeit vom Fahrzeugkonzept oder der Motorisierung montagetechnisch einfach einstellbar ist.
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Vorteilhaft kann zwischen dem Ausleger und dem pedalstrebenseitigen Anschlag ein maximaler freier Verlagerungsweg bereit gestellt werden, der in Hinblick auf eine Fahrzeug-Grundausführung vorgegeben ist. Für eine Fahrzeugvariante mit unterschiedlichem Intrusionsverhalten kann dann ein Zusatzteil zwischen dem Ausleger und dem pedalstrebenseitigen Anschlag geschaltet werden, wodurch der maximale freie Verlagerungsweg auf einen kleineren Verlagerungsweg reduziert ist, der speziell dieser Fahrzeugvariante angepasst ist. Das Zusatzteil kann am Ausleger und/oder am pedalstrebenseitigen Anschlag angebracht werden.
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Die Lagerachse zur Halterung des Pedals ist erfindungsgemäß als ein separates Bauteil in Montageöffnungen gegenüberliegender Pedalstreben einsteckbar. Die Lagerachse kann dabei bevorzugt ein Kunststoffteil sein, das im Spritzgussverfahren herstellbar ist.
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Für eine einfache Montage weist die Lagerachse an einer ihrer Stirnseiten einen scheibenförmigen Seitenanschlag auf, der bei einer lagerichtigen Positionierung der Lagerbuchse in Anlage mit einer Seite der Pedalstrebe ist. Für eine werkzeugfreie Befestigung an der Pedalstrebe weist die Lagerachse Rastvorsprünge auf, die mit der Pedalstrebe verrasten. Die Rastvorsprünge werden von einem Rastbügel getragen, der die Pedalstrebe zumindest teilweise umfangsseitig sicher umgreift. Mittels der Rastvorsprünge ist die Lagerachse in axialer Richtung an der Pedalstrebe gesichert. Bei einer unfallbedingten Biegebewegung der Pedalstrebe folgt daher die Lagerachse dieser Biegebewegung der Pedalstrebe.
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Der Rastbügel der Lagerachse ist an einem Trägerarm ausgebildet, der in Radialrichtung von der Lagerachse wegragt. Der Trägerarm ist fertigungstechnisch einfach als eine Verlängerung des scheibenförmigen Seitenanschlags der Lagerachse ausgeführt. Am freien Ende des Seitenanschlags schließt sich der Rastbügel an, der mit einem oberen Rastvorsprung sowie einem unteren Rastvorsprung die Pedalstrebe umgreift. Bauraumtechnisch und montagetechnisch günstig können der Seitenanschlag, der Trägerarm und der Rastbügel gemeinsam auf einer Stirnseite der Lagerachse angeordnet sein.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 in einer Teilansicht von oben grob schematisch ein Pedalwerk für ein Kraftfahrzeug im Normalzustand;
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2 bis 4 den zeitlichen Bruchverlauf des Pedalwerks bei einer unfallbedingt eingeleiteten Kraft;
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5 eine Abwandlung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
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6 eine Lagerachse zur schwenkbaren Lagerung eines Pedals in der Pedalstrebe; und
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7 bis 9 Verfahrensschritte zur Montage der Lagerachse.
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Gemäß der 1 weist ein Brems- und Kupplungspedalwerk zwei in Fahrzeugquerrichtung y voneinander beabstandete Pedalstreben 1, 3 auf. Die Pedalstreben 1, 3 erstrecken sich zwischen zwei Querstreben 6, 7, die über Anbindungspunkte 8 jeweils an einer gestrichelt angedeuteten Lenkkonsole 12 und einer nicht dargestellten vorderen Stirnwand befestigt sind. Die Stirnwand-Querstrebe 6 bildet zusammen mit den Pedalstreben 1, 3 und der Lenkkonsolen-Querstrebe 7 eine geschlossene stabile Rahmenstruktur, in der das Bremspedal 9 und das nicht dargestellte Kupplungspedal gelagert sind.
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Das Bremspedal 9 ist im Pedalwerk zwischen zwei mittleren Lagerabschnitten 13 der Pedalstreben 1 und 3 schwenkbar gelagert. An die mittleren Lagerabschnitte 13 schließen sich jeweils erste und zweite Endabschnitte 15, 17 an, über die die Pedalstreben 1, 3 an der Stirnwand-Querstrebe 6 und an der Lenkkonsolen-Querstrebe 7 befestigt sind. Die einzelnen Abschnitte 13, 15 der Pedalstreben 1, 3 sind dabei an Stufenkanten 19 in einem vorgegebenen Abstand a in der Fahrzeugquerrichtung y zueinander versetzt angeordnet. Sämtliche Stufenkanten 19 der beiden Pedalstreben 1, 3 sind als Sollbruchstellen ausgeführt.
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Das Bremspedal 9 ist in bekannter Weise über eine Betätigungsstange 23, die zur Pedalschwenkachse S versetzt angreift, mit einem Bremskraftverstärker 25 gekoppelt.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist an der Lenkkonsole 12 in Fahrzeugquerrichtung y mittig ein Ausleger 26 ausgebildet, der sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt. Der Ausleger 26 ist dabei in der Fahrzeugquerrichtung y über einen Abstand b versetzt zur mittleren Pedalstrebe 3 angeordnet. In dem in der 1 gezeigten Ausgangszustand ist der Ausleger 26 mit seinem freien Ende über einen freien Verlagerungsweg c von der Lagerachsenführung 33 beabstandet. Der Ausleger 26 kreuzt daher in theoretischer Verlängerung in der Fahrzeuglängsrichtung y die Lagerachsenführung 33.
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Das Bremspedal 9 ist mittels einer durchgehenden Lagerachse 31 zwischen den jeweiligen Pedalstreben 1, 3 gelagert. Hierbei ist das stirnseitige Achsende 32 der Lagerachse 31 lose, d. h. in Axialrichtung verschiebbar in einer Lagerachsenführung 33 der mittleren Pedalstrebe 3 gelagert. Das gegenüberliegende Achsende ist über ein später beschriebenes axiales Sicherungselement 35 in Axialrichtung an der Pedalstrebe 1 fixiert.
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In der 5 ist eine Abwandlung des bereits in der 1 gezeigten Pedalwerks beschrieben. Das in der 5 gezeigte Pedalwerk ist in wesentlichen Bauteilen identisch mit dem Pedalwerk der 1. Im Unterschied zur 1 ist der Lagerachsenführung 33 des Pedalwerks ein Zusatzteil 36 zugeordnet. Das Zusatzteil 36 ist zwischen dem Ausleger 26 und der Lagerachsenführung 33 geschaltet und hier beispielhaft an der Lagerachsenführung 33 angebracht.
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Durch die Montage des Zusatzteils 36 an der Lagerachsenführung 33 wird der freie Verlagerungsweg c1 auf einen geringeren freien Verlagerungsweg c2 reduziert. Auf diese Weise kann die „Bruchchoreographie” des Pedalwerks auch auf Kraftfahrzeuge mit niedrigerer crashbedingter Intrusion angepasst werden.
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In Abhängigkeit vom Fahrzeugkonzept bzw. von den jeweiligen Motorvarianten kann das Zusatzteil 36 erst im verbauenden Werk am Band an die Lagerachsenführung fertigungstechnisch einfach montiert werden. Das Pedalwerk kann somit in seiner Grundausführung für unterschiedliche Fahrzeugvarianten verwendet werden.
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In der 6 ist in einer Detailansicht ein Teil der Lagerachse 31 gezeigt, die in der Montageöffnung 47 der gestrichelt angedeuteten Pedalstrebe 5 eingesetzt ist.
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Wie aus der 6 hervorgeht, ist die Lagerachse 31 als ein separates Bauteil in der Montageöffnung 47 der Pedalstrebe 1 eingesetzt. Die Lagerachse 31 weist an seiner gezeigten Stirnseite das axiale Sicherungselement 35 auf. Das Sicherungselement 35 ist erfindungsgemäß mit einem scheibenförmigen Seitenanschlag 49 ausgeführt, der bei lagerichtiger Montage in flächige Anlage mit der Pedalstrebenseite ist. Von dem scheibenförmigen Seitenanschlag 49 ragt in Fahrzeuglängsrichtung x ein Trägerarm 51 weg, an dessen freiem Ende sich ein Rastbügel 53 anschließt. Der Rastbügel 53 ist im Querschnitt C-förmig offen gestaltet und weist einen oberen Rasthaken 54 auf, der eine Oberkante der Pedalstrebe umgreift, sowie einen unteren Rasthaken 55, der eine entsprechende Unterkante der Pedalstrebe umgreift. Auf diese Weise ist eine spielfreie Fixierung der Lagerachse 31 in der y-Richtung und in einer Fahrzeughochrichtung z gewährleistet.
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In den 7 bis 9 ist ein Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Lagerachse 31 in dem Pedalwerk beschrieben. Zunächst wird die Lagerachse 31 mit ihrem freien Achsende 32 durch die Montageöffnung 47 der Pedalstrebe 1 sowie durch eine Lagerdurchgangsöffnung des Kupplungspedals 9 geführt, bis der Seitenanschlag 49 in Anlage mit der Außenseite der Pedalstrebe 1 ist. In diesem Zustand ist das freie Ende 32 der Lagerachse 31 axial lose in die Lagerachsenführung 33 der Pedalstrebe 3 eingeführt. Anschließend wird über eine Schwenkbewegung I der obere Rasthaken 54 sowie der untere Rasthaken 55 des am Ausleger 51 angeformten Rastbügels 53 in Rasteingriff mit der Oberkante und der Unterkante der Pedalstrebe 1 gebracht, wie es in der 8 gezeigt ist. Auf diese Weise ist die Lagerachse 31 in Axialrichtung an der Pedalstrebe 1 gesichert. Die Lagerachse 31 folgt daher einer unfallbedingten Biegebewegung der Pedalstrebe 1 in der Axialrichtung.
