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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Federanordnung zum Rückstellen eines Fußpedals mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Fußpedale, wie etwa Kupplungspedale oder Fahrpedale, werden in Fahrzeugen zum Steuern bestimmter Funktionen des Fahrzeugs verwendet. Derartige Fußpedale weisen in der Regel eine Federanordnung auf, die eine Gegenkraft zu der vom Fahrer auf das Pedal ausgeübten Kraft erzeugt und das Pedal in eine Ruhestellung zurücklenkt.
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Bei einem Fahrpedal, das beispielsweise die an einen Verbrennungsmotor zugeführte Treibstoffmenge oder die einem Elektromotor zugeführte Leistung steuert, ist es in der Regel vorteilhaft, wenn die Kraftkurve des Fußpedals eine Hysterese aufweist, d. h. dass beispielsweise die Gegenkraft beim Durchtreten des Fußpedals größer ist als auf dem Rückweg. Auch kann es vorteilhaft sein, dass am Ende des Pedalwegs bei einem voll durchgedrückten Fußpedal die Gegenkraft stark ansteigt, was als Kickdown oder Übergas-Eigenschaft bezeichnet wird.
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DE 10 2010 027 924 A1 zeigt ein Fahrpedal mit einer Federanordnung, die mittels eines Elektromagneten eine Hysterese in der Federkraft über den Federweg erzeugen kann. Eine Übergas- bzw. Kickdown-Kraft wird mittels einer Schnappfeder und einem daran anstoßenden Zapf erzeugt.
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Aus der gattungsbildenden
JP 2009 040 161 A ist eine Federanordnung zum Rückstellen eines Fußpedals bekannt.
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Aus der
DE 34 12 18 A1 ist ein Sollwertgeber einer Vorrichtung zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, Federanordnungen und Fußpedale bereit zu stellen, die auf einfache Weise Hysterese-Eigenschaften und/oder Übergas-Eigenschaften bereitstellen können. Diese Aufgabe wird durch eine Federanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Fußpedal mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Federanordnung zum Rückstellen eines Fußpedals. Das Fußpedal kann beispielsweise ein Kupplungspedal, beispielsweise für eine Elektrokupplung, oder ein Fahrpedal, beispielsweise zum Steuern eines Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridantriebs, sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Federanordnung ein in eine axiale Richtung kontrahierbares erstes Federelement und ein in eine axiale Richtung kontrahierbares zweites Federelement, die ineinander angeordnet sind, und ein Gehäuse zur Aufnahme des ersten Federelements und des zweiten Federelements. In dem Gehäuse sind das erste Federelement und das zweite Federelement jeweils an einem ersten Ende bzw. an einem ersten Feder-Ende abgestützt. Das Gehäuse kann beispielsweise topfförmig sein, wobei die Federelemente, beispielsweise zwei ineinander geschachtelte Schraubenfedern, am Boden des Topfs abgestützt sind.
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Weiter umfasst die Federanordnung ein Stützelement, auf dem das erste Federelement und das zweite Federelement jeweils mit einem dem ersten Ende bzw. dem ersten Feder-Ende gegenüberliegenden zweiten Ende bzw. zweiten Feder-Ende abgestützt sind und das zum Übertragen einer durch die Federanordnung erzeugten Kraft auf einen Pedalhebel des Fußpedals ausgeführt ist. Das Stützelement kann von dem Pedalhebel in das Innere des Gehäuses hineingedrückt werden, wobei die Federelemente dann kontrahiert werden können.
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Das Stützelement weist ein Innenelement auf, das eine Abstützfläche für den Pedalhebel aufweist, und weist ein Außenelement auf, das in dem Gehäuse geführt ist und in dem das Innenelement bis zu einer Anschlagstellung verschiebbar ist. Dabei stellt das Innenelement eine erste Abstützfläche für das erste Federelement und das Außenelement eine zweite Abstützfläche für das zweite Federelement bereit, so dass das Innenelement vor der Anschlagstellung lediglich die Kraft des ersten Federelements auf den Pedalhebel überträgt und in der Anschlagstellung zusätzlich die Kraft des zweiten Federelements auf den Pedalhebel überträgt bzw. übertragen kann.
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Mit anderen Worten umfasst das Stützelement zwei in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbare Elemente, auf denen jeweils eines der Federelemente gesondert abgestützt ist. Auf diese Weise kann beispielsweise beim Hineindrücken des Stützelements in das Gehäuse durch den Pedalhebel, wenn das Innenelement nicht an das Außenelement anstößt, eine andere Kraft erzeugt werden, als wenn das Innenelement in die Anschlagstellung geschoben wurde.
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Auf diese Weise können die Eigenschaften der Kraft-Kurve des Fußpedals zusätzlich eingestellt und verändert werden.
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Gemäß der Erfindung ragt das Innenelement durch das Außenelement und weist eine Nut in Umfangsrichtung auf, in die ein Ringelement des Außenelements radial hineinragt, wobei das Ringelement innerhalb der Nut in axialer Richtung bis zu der Anschlagstellung verschiebbar ist. Das Außenelement kann eine Mittelöffnung aufweisen, durch die das Innenelement ragt.
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Wenigstens eine Seitenwand der Nut oder beide Seitenwände der Nut können eine Anschlagfläche bereitstellen, auf der das Ringelement aufsetzen kann. Es ist zu verstehen, dass das Ringelement das Innenelement auch nur teilweise umgeben kann, also die Form eines durchbrochenen Rings aufweisen kann.
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Das Ringelement kann beim Hineindrücken des Innenelements in das Gehäuse auf dem Innenelement (d. h. der Anschlagstellung) aufsetzen und/oder kann auf dem Innenelement aufsetzen, wenn dieses durch das erste und/oder zweite Federelement wieder aus dem Gehäuse hinausgeschoben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Außenelement dazu ausgeführt, an einer Innenseite des Gehäuses bei einer Bewegung des Stützelements im Gehäuse eine Reibungskraft zu erzeugen. Beispielsweise kann das Außenelement eine Reibfläche an seiner Außenseite aufweisen, die auf der Innenseite des Gehäuses entlang gleiten kann. Dabei kann der Außendurchmesser des Reibelements bis zum Erreichen der Anschlagstellung im Wesentlichen konstant bleiben und das Reibelement wird noch nicht vom Innenelement mitgenommen. Nach einem Kontrahieren des ersten Federelements bis zur Anschlagstellung durch den Pedalhebel, also nachdem das Innenelement die Anschlagstellung erreicht hat, vergrößert das Außenelement seinen Durchmesser, so dass die Reibfläche stärker gegen die Innenseite des Gehäuses gedrückt wird und die Reibungskraft erhöht wird. Bei einem Expandieren des ersten und/oder zweiten Federelements, also wenn die von dem Pedalhebel auf das Stützelement ausgeübte Kraft vermindert wird und das erste Federelement das Innenelement von der Anschlagstellung wegdrückt, verkleinert das Außenelement seinen Durchmesser, so dass die Reibungskraft vermindert wird. Insgesamt weist die von der Federanordnung erzeugte Kraft eine Hysterese auf, d. h. am gleichen Punkt des Wegs des Pedalhebels ist die Kraft beim Hineindrücken des Stützelements in das Gehäuse größer, als wenn es durch die Federanordnung zurückgestellt wird.
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Die Wirkweise dieser Anordnung erfolgt dabei in 2 verschiedenen Zuständen: In einem ersten Zustand wirkt der Pedalebel nur auf das Innenelement und arbeitet somit nur gegen die Kraft des ersten Federelements.
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Das Erreichen der Anschlagstellung leitet einen zweiten Zustand ein. Nach dem Kontrahieren des ersten Federelements bis zur Anschlagstellung durch den Pedalhebel wirken auf das Außenelement nun zwei Effekte ein. Zum einen wird beim weiteren Bewegen des Innenelements infolge eines Drucks auf das Pedal das Reibelement mittels der Anschlagfläche mitgenommen, d. h., das Reibelement beginnt, sich wie das Innenelement ins Innere des Gehäuses zu bewegen. Dabei muss am Pedalhebel zusätzlich zur Krafteinwirkung von zwei Federelementen nun auch die Reibkraft des Reibelements gegen die Innenseite des Gehäuses überwunden werden. Zweitens können das Innenelement und das Reibelement derart konstruiert sein, dass sich durch die Bewegung des Innenelements relativ zum Außenelement der Durchmesser des Außenelements auch noch vergrößert. Auf diese Weise wird die Reibfläche stärker gegen die Innenseite des Gehäuses gedrückt, wodurch sich die Reibungskraft erhöht.
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Die konstruktive Auslegung von Reibelement und Innenelement erlauben zusammen mit der Auswahl der Federstärken eine gezielte und feine Anpassung des Hystereseverlaufs.
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Durch die vorgeschlagene Anordnung lässt sich beispielsweise eine Hysterese erzeugen, bei der bei einem Ausgangspunkt (z. B. Leerlaufstellung) des Pedals eine erste Kraft im Bereich zwischen 7 N und 23 N, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 12 N und 18 N aufgebracht werden muss und bei der zum Erreichen des Volllastpunktes eine zweite Kraft in einem Bereich zwischen 37 N und 65 N, vorzugsweise zwischen 45 N und 55 N aufgebracht werden muss. Beim Loslassen des Pedals ist dann zum Halten des Volllastpunktes z. B. eine dritte Kraft erforderlich, die in einem Bereich zwischen 25 N und 40 N liegen kann, vorzugsweise zwischen 30 N und 38 N und beim Erreichen des Leerlaufpunktes kann dann z. B. eine vierte Kraft ausreichen, die in einem Bereich zwischen 3 N und 18 N liegt, vorzugsweise zwischen 8 N und 12 N.
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Diese Hysterese, also alle vier Randpunkte aber auch der Kraftverlauf zwischen diesen Endpunkten, lässt sich durch die Erfindung in einfacher Weise an Kundenspezifikationen anpassen.
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Auf diese Weise kann die Hysterese-Eigenschaft der Federanordnung durch einfache mechanische Komponenten bereitgestellt werden. Auch kann die Hysterese-Kurve, d. h. die Kraftdifferenz bezüglich der Wegrichtung und/oder eine nicht-lineare Abhängigkeit vom Weg, durch eine entsprechende Anpassung der axialen Kontur der Innenfläche des Gehäuses eingestellt werden.
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Weiter befinden sich alle Reibflächen, mit denen die Zusatzkraft für die Hysterese-Eigenschaft generiert wird, innerhalb eines relativ kompakten Gehäuses.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Außenelement im Wesentlichen ringförmig und weist einen Längsschlitz auf, der eine Durchmesseränderung des Außenelements ermöglicht. Auch wenn das Außenelement aus einem relativ steifen Material hergestellt ist, kann durch Vergrößern und Verkleinern des Schlitzes, wobei sich das Außenelement an der dem Schlitz gegenüberliegenden Seite verformt, der Außendurchmesser des Außenelements vergrößert und verkleinert werden. Dieser Schlitz kann auch durch das Ringelement verlaufen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Außenelement derart elastisch ausgeführt, dass es einer Vergrößerung seines Durchmessers selbstständig entgegenwirkt. Beispielsweise kann das Außenelement bzw. die dem Schlitz gegenüberliegende Stelle wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehren, wenn es von dem Innenelement nicht mehr auseinandergedrückt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Innenelement eine erste Keilfläche auf, die auf einer entsprechenden zweiten Keilfläche des Außenelements abgestützt ist, so dass bei einem Druck auf das Innenelement durch den Pedalhebel das Innenelement mit der ersten Keilfläche das Außenelement über die zweite Keilfläche aufweitet. Mit anderen Worten drückt bei einer Bewegung des Stützelements nach innen die erste Keilfläche auf die zweite Keilfläche und weitet das Stützelement auf, so dass die Kraft des Außenelements auf die Innenwandung des Gehäuses erhöht wird, was wiederum die Reibungskraft zwischen dem Außenelement und dem Gehäuse erhöht. Bewegt sich das Stützelement nach außen, rutscht es wieder aus dem Außenelement heraus, so dass dieses seinen Durchmesser vermindern kann. Die Kraft des Außenelements auf die Innenwandung des Gehäuses vermindert sich, was wiederum die Reibungskraft zwischen dem Außenelement und dem Gehäuse vermindert.
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Die Bewegung des Innenelements nach außen aus dem Außenelement heraus kann dabei durch das erste Federelement unterstützt werden.
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In der (ersten) Anschlagstellung des Innenelements und des Außenelements berühren sich die beiden Keilflächen. Es ist zu verstehen, dass das Innenelement und das Außenelement eine weitere, zweite Anschlagstellung einnehmen können (bei der das Innenelement relativ zum Außenelement aus der ersten Anschlagstellung so weit wie möglich verschoben wurde), bei der sich das Innenelement und das Außenelement an weiteren vorgesehenen Anschlagflächen berühren können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Keilfläche bezüglich einer Mittelachse der Federanordnung nach außen und weist die zweite Keilfläche nach innen. Weiter ist es möglich, dass die erste Keilfläche und die zweite Keilfläche eine Mittelachse der Federanordnung zumindest teilweise ringförmig umgeben.
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Weiter ist zu verstehen, dass die Flächen der ersten Keilfläche und die der zweiten Keilfläche unterschiedlich groß sein können. Im Querschnitt betrachtet kann jede Keilfläche an ihren axialen Enden jeweils einen durch eine Symmetrieachse verlaufenden Durchmesser aufweisen, wobei der Durchmesser die Symmetrieachse senkrecht schneidet. Durch den schrägen Verlauf der Keilfläche kann ein Durchmesser an einem Ende der Keilfläche geringer sein als an dem gegenüberliegenden Ende. Der geringste Durchmesser einer Keilfläche kann als Innendurchmesser, der größte Durchmesser als Außendurchmesser bezeichnet werden. Die unterschiedlich großen Keilflächen können dann dadurch bewirkt sein, dass z. B. der axiale Abstand zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der zweiten Keilfläche wesentlich kleiner sein kann, als der entsprechende Abstand bei der ersten Keilfläche (oder umgekehrt der axiale Abstand zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der ersten Keilfläche wesentlich kleiner sein kann, als der entsprechende Abstand bei der zweiten Keilfläche). Auch kann dieser axiale Abstand so klein sein, dass die zweite Keilfläche fast linienförmig ist (und umgekehrt für die erste Keilfläche). In anderen Worten kann auch eine Form der Keilfläche derart gegeben sein, dass die eine Keilfläche nur linienförmig bzw. im Querschnitt betrachtet nur punktförmig mit der anderen Keilfläche in Kontakt tritt. Durch verschiedene Ausgestaltungsformen der Keilflächen kann der gewünschte Hystereseverlauf gezielt eingestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Keilfläche des Außenelements auf einem Ringelement angeordnet, das gegenüberliegend eine Anschlagfläche für das Innenelement aufweist. Das Ringelement kann beispielsweise in eine Nut im Innenelement hineinragen und/oder kann zum Führen des Innenelements im Außenelement vorgesehen sein. So kann das das Außenelement besonders kompakt und platzsparend gebaut werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt das Innenelement zur Stabilisierung des ersten Federelements in das erste Federelement hinein. Das erste Federelement kann eine Schraubenfeder sein, die auf einen Zapfen aufgesetzt ist, der an seiner Basis von der ersten Abstützfläche umgeben ist. Vorteilhaft wird dadurch der Zusammenbau der Anordnung erleichtert, da das wenigstens eine Federelement auf diese Weise über den Zapfen geführt werden kann und so in radialer Richtung stabilisiert werden kann. Auch im Betrieb wird auf diese Weise ein seitliches Ausbeulen der Feder unterdrückt, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer erhöht werden.
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Das zweite Federelement kann gemäß einer Ausführungsform eine Schraubenfeder sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Federanordnung weiter eine von dem Stützelement seitlich abstehende Übergas-Feder, die in axialer Richtung an den Federelementen vorbeiführt, und die dazu ausgeführt ist, bei einer Übergasstellung an eine Innenkante des Gehäuses anzustoßen und ab der Übergasstellung eine zusätzliche Federkraft auf den Pedalhebel zu bewirken. Wenn das Stützelement von dem Pedalhebel belastet wird, schiebt der Pedalhebel das Stützelement in das Gehäuse hinein und kontrahiert dabei die Federanordnung im Inneren des Gehäuses, die die Hauptkomponente der Gegenkraft auf den Pedalhebel erzeugt. Bei einer bestimmten Wegstrecke der Übergasstellung stößt die mechanische Übergas-Feder, die seitlich neben der Federanordnung im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, mit einem Ende an einer Innenkante an und wird zusätzlich kontrahiert, so dass ab der Übergasstellung die auf den Pedalhebel wirkende Kraft erhöht wird.
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Somit kann mit einfachen mechanischen Mitteln eine zusätzliche Übergas-Gegenkraft erzeugt werden. Auch sind die Übergas-Feder und die beiden Federelemente im gleichen (topfförmigen) Gehäuse angeordnet, was zusätzliche Gehäuseteile einsparen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Übergas-Feder wenigstens eine Blattfeder, die wenigstens eine Federzunge aufweist, die an den Federelementen vorbeiführt. Diese Blattfeder kann an einem Ende in dem Stützelement aufgenommen sein und dann (etwa um 90° abgewinkelt) in die Federzunge übergehen, die im Wesentlichen parallel zur Innenfläche des Gehäuses an der Federanordnung vorbei verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Blattfeder zwei gegenüberliegende Federzungen auf, die seitlich aus dem Stützelement herausragen. Diese beiden Federzungen können ab der Übergasstellung in gegenüberliegende Innenkanten symmetrisch eingreifen. Dadurch kann zuverlässig ein Verkanten im Betrieb verhindert werden. Weiterhin schafft das Vorhandensein wenigstens zweier Federzungen auch eine Redundanz im Falle des Bruchs einer Federzunge. Denn dann hört die Wirkung nicht schlagartig auf, es bleibt wenigstens eine weitere Federzunge zunächst funktionswahrend übrig. Dies ist ein wichtiger Sicherheitsaspekt beim Einsatz in Kraftfahrzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Federzunge an der Spitze löffelförmig von der Innenwandung des Gehäuses weggekrümmt, z. B. in Richtung der Mittelachse, also nach innen. Die Innenkante kann auch eine entsprechende Krümmung aufweisen. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass es beim Betrieb nicht zu einem Verkanten der Federenden im Innern des Gehäuses kommt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse wenigstens einen seitlichen Kanal auf, in den die Übergas-Feder (bzw. die Federzunge der Übergas-Feder) bewegbar ist und an dem Gehäuse neben dem Kanal innenliegende Reibflächen vorgesehen sind, auf denen das Außenelement gleitet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen einer inneren Reibfläche des Gehäuses und einer äußeren Reibfläche des Reibelements ein Material zur Erhöhung der Reibungskraft angeordnet. Dieses Material, beispielsweise Santoprene©, kann an das Gehäuse oder an das Reibelement angebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist an dem Ende des wenigstens einen seitlichen Kanals die Innenkante vorgesehen, an die die Übergas-Feder in der Übergasstellung anstößt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fußpedal, beispielsweise ein Kupplungspedal oder ein Fahrpedal. Das Fußpedal umfasst einen Pedalhebel, der um eine Achse schwenkbar gelagert ist, und eine Federanordnung zum Erzeugen einer variablen Gegenkraft auf den Pedalhebel, so wie sie obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Ein derartiges Fußpedal kann auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Gegenkraft mit Hysterese-Eigenschaft und/oder Übergas-Eigenschaft bereitstellen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Details und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fußpedals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Federanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht von Komponenten der Federanordnung aus 2.
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4 zeigt eine Explosionsansicht der Komponenten aus 3.
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5 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht von Komponenten der Federanordnung aus der 2.
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6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Federanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Fußpedal 10, wie etwa ein Fahrpedal oder ein Kupplungspedal, das der Fahrer mit seinem Fuß von einer Ruhestellung bis in eine Endstellung durchdrücken kann. Der Fahrer betätigt dabei eine Fußablage 12, die über einen Pedalhebel 14 um eine Achse schwenkbar ist. Eine Federanordnung 16 bewirkt dabei eine Gegenkraft, die der Kraft des Fahrers entgegenwirkt und die das Fußpedal 10 in die Ruhestellung zurückzustellen versucht. Dabei ist die Federanordnung 16, wie im Folgenden beschrieben, dazu ausgeführt, eine variable Gegenkraft auf rein mechanische Weise zu erzeugen.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Federanordnung 16 mit einem topfförmigen Gehäuse 18, das zwei ineinander aufgenommene Federelemente in der Form von Schraubenfedern 20, 22 umfasst, die an einem Ende 24 des Gehäuses 18 (am Topfboden) abgestützt sind. Die innere Schraubenfeder 20 bzw. das erste Federelement 20 ist etwas länger als die äußere Schraubenfeder 22 bzw. das zweite Federelement 22 und das Ende 24 des Gehäuses 18 weist dazu zwei in axiale Richtung beabstandete Abstützflächen 26 für jede der Federn 20, 22 auf.
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Ein Stützelement 28 ist am anderen Ende 30 des Gehäuses an den Innenwänden des Gehäuses 18 geführt, das aus einem Innenelement 32 und einem Außenelement 34 zusammengesetzt ist. Das Innenelement 32 ragt durch eine Öffnung im Außenelement 34 und ist im Außenelement 34 in der axialen Richtung verschiebbar. Die innere Schraubenfeder 20 bzw. das erste Federelement 20 ist auf einer ersten Abstützfläche 40 auf dem Innenelement 32 und die zweite Schraubenfeder 22 bzw. das zweite Federelement 22 auf einer zweiten Abstützfläche 41 auf dem Außenelement 34 abgestützt.
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Weiter weist das Innenelement 32 eine Nut 46 auf, in die ein Ringelement 48 des Außenelements hineinragt. Die Nut stellt mit einer Seitenwand eine zum Pedalhebel 14 weisende Anschlagfläche 49 bereit, auf der sich das Außenelement 34 beim Entlasten des Pedalhebels 14 (Bewegung vom kontrahierten Zustand zum expandierten Zustand) mit dem Ringelement 48 abstützen kann. Wenn die Anschlagfläche 49 auf dem Ringelement 48 abgestützt ist, drückt das Innenelement 32 das Innenelement mittels der inneren Schraubenfeder 20 an der Anschlagfläche 49 gegen das Außenelement 34. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Außenelement 34 stets sicher wieder aus dem Gehäuse 18 heraus bewegt wird, sobald der Pedalhebel 14 entlastet wird. Es kann verhindert werden dass z. B. durch ein Verkanten im Gehäuse das Außenelement 34 in einer bezüglich der 2 oberen Position unter Federspannung der äußeren Schraubenfeder 22 hängen bleibt und sich eventuell zu einem späteren Zeitpunkt schlagartig aus dem Gehäuse 18 heraus bewegt. Ein derartiges Verhalten würde sich negativ auf das Bedienergefühl und auf den Bediener auswirken.
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Das Außenelement 34 weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenfläche 36 auf, die auf einer Innenseite 38 des Gehäuses 18 gleitet. Auf dem Ringelement 48 weist das Außenelement 34 eine schräg zur axialen Richtung verlaufende, nach innen weisende, ringförmige zweite Keilfläche 42 auf, die auf einer ersten ringförmigen Keilfläche 44 des Innenelements 32 gleiten kann. Die zweite Keilfläche 42 kann, wie in 3 dargestellt, gekrümmt sein. Die erste Keilfläche 44 kann eben sein und weist nach außen. Ebenso gut können auch beide Keilflächen 42, 44 gekrümmt sein oder beide Keilflächen 42, 44 können eben sein oder die zweite Keilfläche 42 kann eben sein und die erste Keilfläche 44 kann gekrümmt sein. Wenn wenigstens eine der beiden Keilflächen gekrümmt ist können vorteilhaft ein Verhaken oder „Stick-Slip”-Effekte reduziert werden.
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Drückt der Pedalhebel 14 auf das Stützelement 28, schieben sich zunächst das Innenelement 32 und das Außenelement 34 bis zu einer (ersten) Anschlagstellung ineinander, wobei nur die Schraubenfeder 20 bzw. das erste Federelement 20 kontrahiert wird. Anschließend (in der ersten Anschlagstellung) berühren sich die Keilflächen 42, 44 und beginnen, aufeinander zu gleiten, wobei nun beide Schraubenfedern 20, 22 bzw. beide Federelemente 20, 22 kontrahiert werden. Das Außenelement 34 wird durch das Innenelement 32 auseinandergedrückt, so dass sich die Reibungskraft zwischen den Flächen 36, 38 erhöht.
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Zwischen den Flächen 36, 38 kann noch eine Zwischenschicht aus einem die Reibkraft erhöhenden Material angeordnet sein, die hier nicht dargestellt ist. Mit dieser lässt sich die Reibkraft gezielt modifizieren. Dieses Material kann entweder an dem Gehäuse 18 oder an dem Reibelement 34 befestigt sein. Hierbei kann es sich z. B. um thermoplastische Elastomere handeln, z. B. auf Polyproylen-Basis (PP), auf Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk-Basis (EPDM. Besonders gut geeignet ist Santoprene©.
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Wird umgekehrt die Belastung des Pedalhebels 14 auf das Stützelement 28 zurückgenommen, wird das Innenelement 32 von der inneren Schraubenfeder 20 bzw. dem ersten Federelement 20 wieder aus der ersten Anschlagstellung herausgeschoben und gleitet in axialer Richtung im Außenelement 34 bis zu einer zweiten Anschlagstellung, in der das Ringelement 48 auf der Anschlagfläche 49 abgestützt ist. Die Keilflächen 42, 44 entfernen sich voneinander und das Außenelement 34 kann seinen Außendurchmesser vermindern, so dass die Reibungskraft zwischen den Flächen 36, 38 vermindert wird. Auf diese Weise erhält die Kraft-Weg-Kurve der Federanordnung 16 eine Hysterese.
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Das Innenelement 32 weist weiter einen Zapfen 45 auf, der von der Abstützfläche 40 umgeben ist und auf den die innere Schraubenfeder 20 gesteckt ist. Dieser Zapfen 45 kann die innere Schraubenfeder 20 bzw. das erste Federelement 20 zentrieren. Er erleichtert auch die Montage der Feder. Der Zapfen 45 bewirkt auch eine radiale Stabilisierung der inneren Schraubenfeder 20 und führt sie im Betrieb in radialer Richtung. Dies kann ein Verhaken der inneren Schraubenfeder 20 mit der äußeren Schraubenfeder 22 vorteilhaft verhindern.
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Das Stützelement 28 trägt eine Übergas-Feder 50 aus zwei im Wesentlichen L-förmigen Blattfedern 52, deren Füße 54 im Innenelement 32 aufgenommen sind. Jede der Blattfedern 52 weist eine Federzunge 56 auf, die sich jeweils in einem seitlichen Schlitz 58 bzw. Kanal 58 des Gehäuses 18 befindet, der zwischen der oder den Hysterese-Flächen 38 des Gehäuses 18 verläuft. Am Ende der Kanäle 58 befindet sich eine Innenkante 60, auf die jeder der Federzungen 56 bei einer Übergasstellung aufsetzen kann. Dazu weisen die Federzungen ein löffelförmig gekrümmtes Ende 62 auf, das sich z. B. zur Mittelachse nach innen krümmt. Es kann als Auflauffläche ein Verkanten der Federzunge 56 im Betrieb im Innern des Gehäuses 18 verhindern. Die Innenkante 60 ist entsprechend gekrümmt.
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Wird das Stützelement 28 vom Pedalhebel 14 in die Übergasstellung geschoben, setzen die Federzungen 56 auf den Innenkanten 60 auf und die Federzungen 56 werden ab dieser Stellung zusätzlich zu den Schraubenfedern 20, 22 kontrahiert, was die Gegenkraft auf den Pedalhebel 14 erhöht.
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Die 3 bis 6 zeigen weitere perspektivische Ansichten von Komponenten der Federanordnung aus der 2. In den 5 und 6 ist weiter zu erkennen, dass das Außenelement 34 einen Schlitz 64 in radialer Richtung aufweist, der es ermöglicht, dass das Außenelement 34 seinen Durchmesser vergrößern und verkleinern kann. Der Schlitz 64 verläuft dabei an einer Seite durch den Rand des Außenelements 34 und verläuft durch das Ringelement 48 auf beiden Seiten der Öffnung, die das Ringelement 48 umgibt.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend”, „umfassend” etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen.
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Insbesondere ist unter dem Begriff „ein Federelement” synonym der Begriff „wenigstens ein Federelement” zu verstehen.
