DE102020102870B3

DE102020102870B3 - Foot pedal for a vehicle with a variable structure

Info

Publication number: DE102020102870B3
Application number: DE102020102870.9A
Authority: DE
Inventors: Christina Enßlin; Lars Krämer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2040-02-06

Abstract

Es wird ein Fußpedal (5) für ein Fahrzeug mit mindestens einer darauf angeordneten formvariablen Struktur (1) bereitgestellt, wobei die formvariable Struktur (1)eine Basis (2) und eine auf der Basis (2) angeordnete Deckschicht (3) aufweist, welche ein hydrophiles Polymer aufweist und dadurch eingerichtet ist, bei Kontakt mit Feuchtigkeit ihre Form zu verändern. Ferner wird ein Fußpedal (5) bereitgestellt, auf dem mindestens eine formvariable Struktur (1) angeordnet ist.

A foot pedal (5) for a vehicle is provided with at least one shape-variable structure (1) arranged thereon, the shape-variable structure (1) having a base (2) and a cover layer (3) arranged on the base (2) which comprises a hydrophilic polymer and is thereby set up to change its shape on contact with moisture. Furthermore, a foot pedal (5) is provided, on which at least one structure (1) of variable shape is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fußpedal für ein Fahrzeug mit mindestens einer formvariablen Struktur.The present invention relates to a foot pedal for a vehicle with at least one shape variable structure.

Fußpedale in einem Fahrzeug (z.B. Bremspedal, Gaspedal und Kupplungspedal) sind üblicherweise aus einem Metall oder Hartkunstoff gefertigt und weisen auf ihrer Oberfläche eine Gummierung bzw. eine Struktur aus Gummi auf. Dabei kann es sich beispielsweise um vertikal oder horizontal angeordnete Gummilamellen handeln. Eine solche Struktur erhöht im Vergleich zu einer unbeschichteten glatten Oberfläche des Fußpedals die Reibung zwischen dem Fußpedal und einem Schuh des Fahrers und sorgt so für eine gute Haftung. Bei feuchten Wetterbedingungen kann jedoch die Haftung zwischen dem Schuh und der Pedaloberfläche durch Feuchtigkeit herabgesetzt werden. Dadurch kann der Schuh beim Betätigen des Fußpedals von diesem abrutschen, was insbesondere im Fall des Bremspedals unter Umständen zu einem Sicherheitsrisiko werden kann. Eine Lösung des Problems besteht darin, eine sehr grobe Gummierung auf ein Fußpedal anzubringen. Obgleich dadurch die Reibung zwischen Fußpedal und Schuh bei feuchtem oder rutschigem Wetter verbessert werden kann, kann sich eine grobe Gummierung bei guten Wetterverhältnissen zugleich schwammig anfühlen und dadurch etwa bei hochpreisigen Fahrzeugen, insbesondere bei Sportfahrzeugen, ungeeignet sein.Foot pedals in a vehicle (e.g. brake pedal, accelerator pedal and clutch pedal) are usually made of a metal or hard plastic and have a rubber coating or a structure made of rubber on their surface. This can be, for example, rubber slats arranged vertically or horizontally. Compared to an uncoated smooth surface of the foot pedal, such a structure increases the friction between the foot pedal and a driver's shoe and thus ensures good grip. In damp weather conditions, however, the adhesion between the shoe and the pedal surface can be reduced by moisture. As a result, the shoe can slip off the foot pedal when the foot pedal is actuated, which, in particular in the case of the brake pedal, can under certain circumstances become a safety risk. One solution to the problem is to apply a very coarse rubber coating to a foot pedal. Although this can improve the friction between the foot pedal and the shoe in damp or slippery weather, a coarse rubber coating can also feel spongy in good weather conditions and thus be unsuitable for high-priced vehicles, especially sports vehicles.

In diesem Zusammenhang offenbart Druckschrift US 2014 / 0 030 487 A1 Materialien und Vorrichtungen mit Grenzflächenschichten mit Geometrien, die sich bei direkter oder indirekter Anwendung von Last oder Verschiebung von geraden oder flachen Formen in wellenförmige oder hierarchisch gewellte Morphologien verwandeln. Ferner ist aus Druckschrift US 2009 / 0 045 042 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtungen bekannt zum Steuern und Variieren von Reibungskraftniveaus an einer Grenzfläche zwischen Oberflächen von zwei Körpern, wobei ein aktives Material in wirkmäßiger Verbindung mit mindestens einem der beiden Körper steht. Druckschrift US 2017 / 0 266 910 A1 offenbart eine Struktur, die Formgedächtnismaterialien mit Übergangsauslösern zum Übergang der Formgedächtnismaterialien zwischen Anfangszuständen und Übergangszuständen aufweist. Aus Druckschrift US 2007 / 0 178 282 A1 sind verschleißfeste Greifflächen bekannt, bei denen ein Material mit hoher Reibung zwischen Vorsprüngen eines härteren Materials eingebettet ist. US-Patentschrift US 5 533 421 A offenbart eine integrierte Kombination aus Brems-/Kupplungsarm und Pedalbelag für ein Kraftfahrzeug, bei der der Arm aus einem Kunststoffmaterial besteht und einen länglichen Hebelkörper mit einem integrierten Endabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, um einen Belaghalter bereitzustellen.In this context, document discloses US 2014/0 030 487 A1 Materials and devices with interfacial layers with geometries which, with the direct or indirect application of load or displacement, transform from straight or flat shapes into undulating or hierarchically undulating morphologies. It is also from the publication US 2009/0 045 042 A1 a method and apparatus are known for controlling and varying frictional force levels at an interface between surfaces of two bodies, wherein an active material is in operative communication with at least one of the two bodies. Pamphlet US 2017/0266 910 A1 discloses a structure comprising shape memory materials with transition triggers for transitioning the shape memory materials between initial states and transition states. From block letters US 2007/0 178 282 A1 Wear-resistant gripping surfaces are known in which a material with high friction is embedded between projections of a harder material. US patent U.S. 5,533,421 A discloses an integrated brake / clutch arm and pedal pad combination for a motor vehicle in which the arm is made of a plastics material and has an elongated lever body with an integral end portion configured to provide a pad retainer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus dem Stand der Technik bekannte Fußpedal derart fortzubilden, dass auch bei feuchten Wetterbedingungen ein zuverlässiges und sicheres betätigen des Fußpedals möglich ist.The invention is therefore based on the object of developing the foot pedal known from the prior art in such a way that a reliable and safe actuation of the foot pedal is possible even in damp weather conditions.

Diese Aufgabe wird mittels eines Fußpedals mit mindestens einer formvariablen Struktur gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by means of a foot pedal with at least one shape-variable structure according to the independent claim. Further preferred embodiments can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen die bekannte Gummierung, welche üblicherweise ein Muster (etwa gerade Streifen, Bögen und/oder Punkte) aus einem gummiartigem Material aufweist und auf der Oberfläche eines Fußpedals angebracht ist, um die Reibung zwischen dem Fußpedal und dem Schuh eines Fahrers zu vergrößern, durch formvariable Strukturen zumindest teilweise zu ersetzen. Die hierin vorgeschlagene formvariable Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass sie neben einem üblichen Kunststoff oder Gummi ein hydrophiles Polymer aufweisen. Bei Kontakt einer erfindungsgemäßen formvariablen Struktur mit Feuchtigkeit verformt sich die das hydrophile Polymer aufweisende Schicht, wodurch sich letztendlich der Gesamtaufbau der formvariablen Struktur verändert. Wie nachfolgend genauer beschrieben kann dadurch der Herabsetzung der Reibung zwischen dem Fußpedal und dem Schuh des Fahrers entgegengewirkt werden. Allgemein ist die formvariable Struktur derart eingerichtet, dass sie ihre Form in Abhängigkeit einem Umgebungsparameter ändern kann. Bei dem Umgebungsparameter handelt es sich hierbei um Feuchtigkeit bzw. Nässe (z.B. Regen, Schnee, Matsch), welche an der Schuhsohle des Fahrers haftet. Durch die stattfindende Veränderung der Form der formvariablen Struktur bei nassen Wetterverhältnissen kann so mehr Grip (Haftung) zwischen der Pedaloberfläche und dem Schuh des Fahrers aufgebaut werden.According to the invention, the known rubber coating is proposed, which usually has a pattern (such as straight strips, arcs and / or dots) made of a rubber-like material and is applied to the surface of a foot pedal in order to increase the friction between the foot pedal and a driver's shoe, to be replaced at least partially by variable-shape structures. The shape-variable structure proposed herein is characterized in that it has a hydrophilic polymer in addition to a conventional plastic or rubber. When a shape-variable structure according to the invention comes into contact with moisture, the layer comprising the hydrophilic polymer deforms, which ultimately changes the overall structure of the shape-variable structure. As described in more detail below, this can counteract the reduction in friction between the foot pedal and the driver's shoe. In general, the shape-variable structure is set up in such a way that it can change its shape as a function of an environmental parameter. The environmental parameter is moisture or wetness (e.g. rain, snow, mud) that adheres to the driver's shoe sole. As the shape of the variable-shape structure changes in wet weather conditions, more grip can be built up between the pedal surface and the driver's shoe.

Erfindungsgemäß wird ein Fußpedal für ein Fahrzeug mit einer darauf angeordneten mindestens einen formvariablen Struktur bereitgestellt, welche eine Basis und eine auf der Basis angeordnete Deckschicht aufweist, welche ein hydrophiles Polymer aufweist und dadurch eingerichtet ist, bei Kontakt mit Feuchtigkeit ihre Form zu verändern. Anders ausgedrückt ist die Deckschicht derart ausgeführt, dass es sich dabei um eine formvariable Schicht handelt.According to the invention, a foot pedal for a vehicle is provided with at least one shape-variable structure arranged thereon, which has a base and a cover layer arranged on the base, which has a hydrophilic polymer and is thereby designed to change its shape upon contact with moisture. In other words, the cover layer is designed in such a way that it is a variable-shape layer.

Bei der formvariablen Struktur kann es sich insbesondere um eine Noppe einer Gummibeschichtung oder Gummistruktur für ein Fußpedal eines Fahrzeugs handeln. Eine einzelne formvariable Struktur kann eine beliebige Form aufweisen, welche für den Aufbau eines gewünschten Gummierungsmusters auf einem Fußpedal gebraucht wird, etwa eine längliche Streifenform, eine runde oder ovale Form. Die formvariable Struktur kann insbesondere in Form eines zweischichtigen Schichtstapels vorliegen, welcher eine Basisschicht und die darauf angeordnete Deckschicht aufweist.The shape-variable structure can in particular be a knob of a rubber coating or a rubber structure for a foot pedal of a vehicle. A single shape-variable structure can have any shape, which is needed to build up a desired gumming pattern on a foot pedal, such as an elongated strip shape, a round or oval shape. The shape-variable structure can in particular be in the form of a two-layer stack of layers which has a base layer and the cover layer arranged thereon.

Bei der Deckschicht kann es sich um eine zusammenhängende Schicht handeln. D. h., dass die Deckschicht im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Basisschicht bedeckt, ohne dass darin Löcher/Öffnungen vorliegen. Im Grundzustand, also in einem nicht durch Feuchtigkeit aktivierten Zustand, kann die Deckschicht im Wesentlichen die gleiche Form wie die Basisschicht aufweisen, wobei ihre Dicke (transversale Ausdehnung, in Richtung der Stapelung der Schichten) der Dicke der Basis gleich oder von dieser verschieden sein kann. Bei einer formvariablen Struktur mit einer runden Grundfläche kann beispielsweise sowohl die Deckschicht wie auch die Basis die Form einer Scheibe haben. The top layer can be a continuous layer. That is to say that the cover layer essentially covers the entire surface of the base layer without holes / openings being present therein. In the basic state, i.e. in a state not activated by moisture, the cover layer can have essentially the same shape as the base layer, whereby its thickness (transverse extension, in the direction of the stacking of the layers) can be the same as or different from the thickness of the base . In the case of a variable-shape structure with a round base area, for example, both the cover layer and the base can have the shape of a disk.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Fußpedals kann es sich bei der Deckschicht um eine strukturierte Deckschicht handeln. Einerseits kann die strukturierte Deckschicht einer zusammenhängenden Schicht entsprechen, in welcher Löcher/Öffnungen vorgesehen sind, sodass nur ein Teil der Oberfläche der Basis von dem hydrophilen Polymer bedeckt ist. Andererseits kann die strukturierte Deckschicht aber auch eine Mehrzahl von auf der Basis angeordneten Schichten aufweisen, welche gleiche oder unterschiedliche Formen haben können. Hierbei ist eine laterale Anordnung der Schichten gemeint (und nicht etwa eine vertikale Anordnung), bei der die Unterseiten der Mehrzahl von Schichten alle auf der Oberfläche der Basis angeordnet sind. Dabei können die Schichten aus der Mehrzahl von Schichten in einem Abstand zueinander angeordnet sein, d. h. keine Berührungspunkte aufweisen. Eine strukturierte Deckschicht kann beispielsweise ein Schachbrettmuster aufweisen, bei welchem nur die hellen bzw. nur die dunklen Felder mit quadratischen, runden oder anders geformten Schichten aus dem hydrophilen Polymer belegt sind. Die einzelnen Schichten der Schachbrettstruktur können sich berühren, müssen es aber nicht.According to further embodiments of the foot pedal, the cover layer can be a structured cover layer. On the one hand, the structured cover layer can correspond to a coherent layer in which holes / openings are provided so that only part of the surface of the base is covered by the hydrophilic polymer. On the other hand, the structured cover layer can also have a plurality of layers arranged on the base, which layers can have the same or different shapes. What is meant here is a lateral arrangement of the layers (and not a vertical arrangement, for example) in which the undersides of the plurality of layers are all arranged on the surface of the base. The layers from the plurality of layers can be arranged at a distance from one another, d. H. have no points of contact. A structured cover layer can, for example, have a checkerboard pattern in which only the light or only the dark fields are covered with square, round or differently shaped layers made of the hydrophilic polymer. The individual layers of the chessboard structure can touch each other, but do not have to be.

Als hydrophiles Polymer können im Rahmen dieser Erfindung verschiedene Polymere verwendet werden. So kann es sich bei dem hydrophilen Polymer beispielsweise um ein Hydrogel-Elastomer-Hybrid handeln, welches zu mindestens 80 %, beispielsweise zu mindestens 90 % aus Wasser besteht. Das Hydrogel ist dabei von den Elastomeren umhüllt, wodurch keine Flüssigkeit aus dem Material austreten kann. Ferner können hydrophile, hochquellfähige Hydrogele als hydrophile Polymere verwendet werden, wie z.B. Hydrogele auf Basis von Polyacrylsäure, Hydrogele auf Basis von Polyvinylalkohol oder Polyethylenglykol (PEG). Die Verwendung der letztgenannten Hydrogele kann dabei besonders vorteilhaft sein, da diese Hydrogele (in verschiedenen Zusammensetzungen) in 3D-Druckverfahren verwendet werden können. Ferner können auch Formgedächtnispolymere (shape memory polymer (SMP)) und Superabsorber (superabsorbent polymers (SAP)) als Materialien für die formvariable Deckschicht verwendet werden.Various polymers can be used as the hydrophilic polymer in the context of this invention. For example, the hydrophilic polymer can be a hydrogel-elastomer hybrid which consists of at least 80%, for example at least 90%, water. The hydrogel is encased in the elastomer, which means that no liquid can escape from the material. Furthermore, hydrophilic, highly swellable hydrogels can be used as hydrophilic polymers, such as hydrogels based on polyacrylic acid, hydrogels based on polyvinyl alcohol or polyethylene glycol (PEG). The use of the latter hydrogels can be particularly advantageous, since these hydrogels (in different compositions) can be used in 3D printing processes. Furthermore, shape memory polymers (SMP) and superabsorbent polymers (SAP) can also be used as materials for the shape-variable cover layer.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fußpedals kann die Basis mindestens eine erste Schicht aufweisen, die einen Kunststoff aufweist. Falls die Herstellung der formvariablen Struktur beispielsweise mittels 3D-Druckverfahren erfolgt, kann es sich bei dem Kunststoff um einen beliebigen 3D-druckbaren Kunststoff handeln, etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).According to further embodiments of the foot pedal according to the invention, the base can have at least one first layer which has a plastic. If the variable-shape structure is produced using a 3D printing process, for example, the plastic can be any 3D printable plastic, such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS).

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fußpedals kann die Basis ferner eine zweite Schicht aufweisen, die ein hydrophiles Polymer aufweist, und zwischen zwei ersten Schichten angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann die Basis der formvariablen Struktur eine Sandwich-Struktur aufweisen, bei welcher eine zweite Schicht aus dem hydrophilen Polymer zwischen zwei ersten Schichten aus normalem (also nicht formvariablen) Kunststoff angeordnet ist. Diese Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass auch die Basis formvariabel ist und insbesondere sich ihre vertikale Ausdehnung bei Kontakt der zweiten Schicht mit Feuchtigkeit vergrößern kann. Damit stellt die zweite Schicht ebenfalls eine formvariable Schicht dar. Der Ausdehnungsfaktor der Basis kann mittels der Einstellung der Dicke der zweiten Schicht, welche das hydrophile Polymer aufweist, eingestellt werden. Die Art und Weise, wie sich die Form der zweiten Schicht bei Kontakt mit Feuchtigkeit verändert kann individuell eingestellt werden und kann, muss aber nicht, der Art und Weise entsprechen, wie sich die Form der Deckschicht bei Kontakt mit Feuchtigkeit verändert. Im Allgemeinen sind hydrophilen Polymere in der Lage sich gleichförmig oder entlang einer bevorzugten Richtung auszudehnen. Die Deckschicht und/oder die zweite Schicht können jeweils derart ausgebildet sein, dass sich das hydrophile Polymer gleichförmig ausdehnt, ungleichförmig ausdehnt, beispielsweise aus einer Scheibe zu einem Oval oder einem Ball wird, oder etwa eine anisotrope Verformung erfährt, sodass sich beispielsweise die Deckschicht und/oder die zweite Schicht bei Kontakt mit Nässe nur entlang ihres Randes verformt.According to further embodiments of the foot pedal according to the invention, the base can furthermore have a second layer which has a hydrophilic polymer and is arranged between two first layers. In other words, the base of the shape-variable structure can have a sandwich structure in which a second layer made of the hydrophilic polymer is arranged between two first layers made of normal (that is, non-shape-variable) plastic. These embodiments are distinguished by the fact that the base is also variable in shape and, in particular, its vertical extent can increase when the second layer comes into contact with moisture. The second layer thus also represents a variable-shape layer. The expansion factor of the base can be adjusted by adjusting the thickness of the second layer, which has the hydrophilic polymer. The way in which the shape of the second layer changes on contact with moisture can be adjusted individually and can, but does not have to, correspond to the way in which the shape of the cover layer changes on contact with moisture. In general, hydrophilic polymers are capable of expanding uniformly or along a preferred direction. The cover layer and / or the second layer can each be designed in such a way that the hydrophilic polymer expands uniformly, expands non-uniformly, for example from a disk to an oval or ball, or undergoes an anisotropic deformation, so that for example the cover layer and / or the second layer is only deformed along its edge when it comes into contact with moisture.

Allgemein kann es sich sowohl bei der Deckschicht wie auch bei der zweiten Schicht um ein 4-D gedrucktes hydrophiles Polymer-Element handeln. Darunter ist ein mittels 3D-Druck hergestelltes Objekt bzw. Materialsystem zu verstehen, welches sich im zeitlichen Verlauf funktional verändern kann und nach dem Herstellungsvorgang flexibel verschiedene Zustände annehmen kann, insbesondere unterschiedliche Formen. Dabei wird die Programmierarbeit der Verformung direkt in das Material während des Herstellungsprozesses implementiert, so dass nach dem Herstellungsprozess ein Zustandswechsel herbeigeführt werden kann, ohne dass ein Steuerelement verwendet werden muss. Vielmehr wird der Zustandswechsel des 4-D gedruckten hydrophilen Polymer-Elements gemäß der vorliegenden Erfindung durch Feuchtigkeit als Umgebungsparameter bestimmt.In general, both the cover layer and the second layer can be a 4-D printed hydrophilic polymer element. This is to be understood as an object or material system produced by means of 3D printing, which can functionally change over time and can flexibly assume different states after the manufacturing process, in particular different forms. The programming work of the deformation is implemented directly in the material during the manufacturing process, so that a change of state can be brought about after the manufacturing process without having to use a control element. Rather, the change in state of the 4-D printed hydrophilic polymer element according to the present invention is determined by moisture as an environmental parameter.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fußpedals kann die Basis einen Schichtenstapel aufweisen, welcher eine Mehrzahl von ersten und zweiten Schichten aufweist, die alternierend aufeinander angeordnet sind. Dabei entsprechen die zweiten Schichten formvariablen Schichten, während die ersten Schichten formerhaltenden Schichten entsprechen. Während also die zweiten Schichten bei Kontakt mit Feuchtigkeit eine Formveränderung erfahren, sind die ersten Schichten nicht in der Lage, ihre Form bei Kontakt mit Feuchtigkeit zu verändern. Sie bleiben daher formstabil und sorgen dafür, dass die grundlegende Form (etwa Quaderform) der erfindungsgemäßen formvariablen Struktur erhalten bleibt. Der Ausdehnungsfaktor der Basis kann zum einen durch die Anzahl der zweiten Schichten wie auch durch ihre Dicken eingestellt werden. Bei Ausführung der Basis der formvariablen Struktur als Schichtenstapel kann dieser derart ausgeführt sein, dass die oberste Schicht des Schichtenstapels einer ersten Schicht entspricht, auf deren Oberfläche die Deckschicht angeordnet ist.According to further embodiments of the foot pedal according to the invention, the base can have a layer stack which has a plurality of first and second layers which are arranged alternately on top of one another. The second layers correspond to layers of variable shape, while the first layers correspond to layers that retain their shape. While the second layers experience a change in shape on contact with moisture, the first layers are not able to change their shape on contact with moisture. They therefore remain dimensionally stable and ensure that the basic shape (for example cuboid shape) of the variable-shape structure according to the invention is retained. The expansion factor of the base can be adjusted on the one hand by the number of second layers as well as by their thickness. When the base of the variable-shape structure is designed as a layer stack, it can be designed in such a way that the top layer of the layer stack corresponds to a first layer on the surface of which the cover layer is arranged.

Bei Ausführungsformen der Basis als Schichtstapel kann jede Schicht eine Dicke im Bereich von etwa 100 µm bis etwa 1 mm aufweisen (im Grundzustand), wobei die Dicken der ersten und zweiten Schichten in einem Schichtstapel voneinander unterschiedlich sein können. Ebenfalls können die einzelnen ersten und/oder die einzelnen zweiten Schichten unterschiedliche Dicken aufweisen. Eine als Schichtstapel ausgeführte Basis kann zweckmäßigerweise eine Anzahl von Schichten aufweisen, die im Bereich von etwa 5 bis etwa 30 liegt, beispielsweise im Bereich von etwa 10 bis etwa 25, beispielsweise im Bereich von etwa 15 bis etwa 20 liegt.In embodiments of the base as a layer stack, each layer can have a thickness in the range from about 100 μm to about 1 mm (in the basic state), wherein the thicknesses of the first and second layers in a layer stack can be different from one another. The individual first and / or the individual second layers can also have different thicknesses. A base embodied as a layer stack can expediently have a number of layers which is in the range from about 5 to about 30, for example in the range from about 10 to about 25, for example in the range from about 15 to about 20.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fußpedals Struktur können die ersten Schichten wasserdurchlässig sein. Dieses kann erreicht werden, indem die ersten Schichten porös sind, d. h. einen porösen Kunststoff aufweisen oder in einem entsprechenden Herstellungsverfahren (z.B. 3-D-Druck) porös hergestellt werden, oder indem sie im Wesentlichen vertikal verlaufende Kanäle aufweisen. Durch die im Wesentlichen vertikal verlaufenden Kanäle kann Feuchtigkeit von der Oberseite einer ersten Schicht zu ihrer Unterseite transportiert werden. Für den Feuchtigkeitstransport durch die zweiten Schichten hindurch, welche das hydrophile Polymer aufweisen, müssen keine besonderen Maßnahmen getroffen werden. Insgesamt kann also durch eine poröse bzw. Kanäle aufweisende Ausgestaltung der ersten Schichten - zusätzlich zum Feuchtigkeitstransport über die Oberfläche der formvariablen Struktur - ein Feuchtigkeitstransport durch die formvariable Struktur hindurch bereitgestellt werden.According to further embodiments of the foot pedal structure according to the invention, the first layers can be water-permeable. This can be achieved in that the first layers are porous, i. H. have a porous plastic or are made porous in a corresponding manufacturing process (e.g. 3-D printing), or by having channels that run essentially vertically. Moisture can be transported from the upper side of a first layer to its lower side through the essentially vertical channels. No special measures have to be taken for the moisture transport through the second layers, which have the hydrophilic polymer. Overall, a configuration of the first layers that is porous or has channels - in addition to the moisture transport over the surface of the variable-shape structure - can provide moisture transport through the variable-shape structure.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fußpedals können die mindestens zwei ersten Schichten und die mindestens eine zweite Schicht unterschiedlich große Grundflächen aufweisen, so dass die Basis pyramidenförmig ist. D. h., dass eine erste oder zweite Schicht, die über einer zweiten bzw. ersten Schicht angeordnet ist, eine kleinere Grundfläche aufweist als die darunterliegende zweite bzw. erste Schicht. Dies kann ebenso für Ausführungsformen gelten, deren Basis einen Schichtenstapel aus mehreren ersten und zweiten Schichten aufweist, beispielsweise aus 10, 15, 20 oder mehr Schichten, die alternierend aufeinander angeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung der Basis der formvariablen Struktur liegen nicht nur Seitenflächen der zweiten Schichten frei, sondern auch ein Randbereich ihrer Oberflächen. Dadurch wird die freiliegende Oberfläche der zweiten Schichten vergrößert, welche in direkten Kontakt mit der Feuchtigkeit treten kann, welche beispielsweise in Form von Wassertropfen von der Deckschicht entlang der Randfläche der Basis nach unten läuft. Es kann so eine schnellere Aktivierung der zweiten Schichten erreicht werden, wodurch die Ansprechzeit der formvariablen Struktur auf Nässe verkürzt werden kann. Die mehrschichtige Basis kann dabei derart ausgeführt sein, dass sie die Form einer Stufenpyramide oder einer Pyramide mit „glatten“ Seiten aufweist.According to further embodiments of the foot pedal according to the invention, the at least two first layers and the at least one second layer can have base areas of different sizes, so that the base is pyramidal. This means that a first or second layer which is arranged above a second or first layer has a smaller base area than the second or first layer underneath. This can also apply to embodiments whose base has a layer stack made up of a plurality of first and second layers, for example made up of 10, 15, 20 or more layers, which are arranged alternately on top of one another. Such a configuration of the base of the variable-shape structure not only exposes side surfaces of the second layers, but also an edge region of their surfaces. This increases the exposed surface of the second layers, which can come into direct contact with the moisture, which for example runs downwards in the form of water droplets from the cover layer along the edge surface of the base. A faster activation of the second layers can thus be achieved, as a result of which the response time of the shape-variable structure to wet conditions can be shortened. The multi-layer base can be designed in such a way that it has the shape of a step pyramid or a pyramid with “smooth” sides.

Die erfindungsgemäße formvariable Struktur kann besonders bevorzugt in einem 3-D-Druckverfahren hergestellt werden, bei dem je nach Anzahl der Schichten die einzelnen Schichten aufeinander gedruckt werden.The variable-shape structure according to the invention can particularly preferably be produced in a 3-D printing process in which the individual layers are printed on top of one another depending on the number of layers.

Die erfindungsgemäße formvariable Struktur stellt eine formvariable Noppe (deren Form beliebig sein kann, beispielsweise rund, linienförmig oder bogenförmig) dar, welche eine verbesserte Anti-Rutsch Funktion bietet. Die mindestens eine formvariable Struktur ist dabei auf der Betätigungsoberfläche des Fußpedals angeordnet sein.The shape-variable structure according to the invention represents a shape-variable nub (the shape of which can be any shape, for example round, linear or curved), which offers an improved anti-slip function. The at least one shape-variable structure is arranged on the actuation surface of the foot pedal.

Bei Anordnung von mehreren formvariablen Strukturen auf der Betätigungsoberfläche eines Fußpedals kann Nässe als Auslöseimpuls verwendet werden, um die Form der formvariablen Strukturen anzupassen. Die Nässe als Ursache für die Reduzierung der Reibung zwischen Fußpedal und Schuhsohle wird also als Trigger für die Anpassung der Fußpedaloberfläche verwendet, wobei die Anpassung der Fußpedaloberfläche der Ursache entgegenwirkt. Das erfindungsgemäße Fußpedal ist damit autoadaptiv hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer optimalen Reibung zwischen Pedaloberfläche und Fahrerschuh.When arranging a plurality of variable-shape structures on the actuation surface of a foot pedal, moisture can be used as a trigger pulse in order to adapt the shape of the variable-shape structures. The wetness as the cause for that The reduction of the friction between the foot pedal and the shoe sole is therefore used as a trigger for the adaptation of the foot pedal surface, the adaptation of the foot pedal surface counteracting the cause. The foot pedal according to the invention is thus auto-adaptive with regard to maintaining optimal friction between the pedal surface and the driver's shoe.

Das hydrophile Polymer, welches in der Deckschicht und in den optionalen zweiten Schichten der Basis enthalten ist, kann insbesondere die Eigenschaft aufweisen, Feuchtigkeit/Nässe aus der Umgebung zu binden bzw. zu absorbieren.The hydrophilic polymer which is contained in the cover layer and in the optional second layers of the base can in particular have the property of binding or absorbing moisture / moisture from the environment.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

1A und 1B zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der formvariablen Struktur.
2 zeigt unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Decksicht der erfindungsgemäßen formvariablen Struktur in einem aktivierten Zustand.
3 veranschaulicht einen Zustandswechsel der erfindungsgemäßen formvariablen Struktur.
4 zeigt ein beispielhaftes Fußpedal, auf dessen Oberfläche eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen formvariablen Strukturen angeordnet ist.

Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

1A and 1B each show an exemplary embodiment of the variable-shape structure.
2 shows different embodiments of the top view of the variable-shape structure according to the invention in an activated state.
3rd illustrates a change of state of the shape-variable structure according to the invention.
4th shows an exemplary foot pedal, on the surface of which a plurality of the variable-shape structures according to the invention are arranged.

In den 1A und 1B ist jeweils ein Ausführungsbeispiel der formvariablen Struktur 1 dargestellt. Die formvariable Struktur 1 weist eine Basis 2 und eine darauf angeordnete Deckschicht 3 auf. In 1A ist die Deckschicht 3 als eine zusammenhängende Schicht ausgebildet, welche die gesamte Oberfläche der Basis 2 bedeckt. In 1B hingegen ist die Deckschicht 3 als strukturierte Schicht ausgebildet, welche mehrere kleinere Teilstrukturen bzw. Teilschichten 31 aufweist, welche insgesamt nur einen Teil der Oberfläche der Basis 2 Bedecken.In the 1A and 1B is in each case an exemplary embodiment of the variable-shape structure 1 shown. The shape-variable structure 1 has a base 2 and a cover layer disposed thereon 3rd on. In 1A is the top layer 3rd formed as a continuous layer covering the entire surface of the base 2 covered. In 1B on the other hand is the top layer 3rd designed as a structured layer, which has several smaller sub-structures or sub-layers 31 has, which in total only a part of the surface of the base 2 Cover.

In 2 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Decksicht der erfindungsgemäßen formvariablen Struktur im aktivierten Zustand dargestellt. Ein aktivierter Zustand der Deckschicht liegt nach Kontakt bzw. durch den Kontakt des hydrophilen Materials der Deckschicht mit Feuchtigkeit vor. Im Grundzustand weisen die in 2 gezeigten beispielhaften Deckschichten 3a, 3b, 3c die Form einer Kreisscheibe auf und entsprechen damit zusammenhängenden Deckschichten. Durch geeignete Herstellung, beispielsweise mittels 3D-Druck, kann eine gewünschte Formveränderung bei Kontakt mit Feuchtigkeit in die hydrophilen Polymer-Elemente einprogrammiert werden. Die erste Deckschicht 3a behält im aktivierten Zustand ihre runde Grundfläche, erfährt jedoch eine konkave Wölbung, so dass der Rand der Deckschicht 3a gegenüber ihrer Mitte leicht angehoben wird. Auch die zweite Deckschicht 3b bleibt im aktivierten Zustand rund. Im aktivierten Zustand kommt es entlang der Randfläche der zweiten Deckschicht 3b zu einer wellenartigen Verformung. Die dritte Deckschicht 3c verändert im aktivierten Zustand gänzlich ihre Form: ihre Grundform ist nicht mehr rund und sie verformt sich auch vertikal, indem es zur Bildung von relativ großen Wölbungen kommt.In 2 Different embodiments of the top view of the variable-shape structure according to the invention are shown in the activated state. The top layer is in an activated state after contact or due to the contact of the hydrophilic material of the top layer with moisture. In the basic state, the in 2 exemplary cover layers shown 3a , 3b , 3c have the shape of a circular disk and correspond to related cover layers. By suitable production, for example by means of 3D printing, a desired change in shape on contact with moisture can be programmed into the hydrophilic polymer elements. The first top layer 3a retains its round base in the activated state, but experiences a concave curvature, so that the edge of the top layer 3a is raised slightly in relation to its center. Also the second top layer 3b remains round when activated. In the activated state, it comes along the edge surface of the second cover layer 3b to a wave-like deformation. The third top layer 3c completely changes its shape in the activated state: its basic shape is no longer round and it also deforms vertically, with the formation of relatively large bulges.

In 3 ist ein Zustandswechsel einer beispielhaften formvariablen Struktur 1 veranschaulicht. Die formvariable Struktur 1 weist eine mehrschichtige Basis 2 auf, welche einen Schichtstapel aus vier ersten Schichten 21 und drei zweiten Schichten 22 aufweist, die jeweils alternierend aufeinander angeordnet sind. Auf der obersten ersten Schicht 21 ist eine strukturierte Deckschicht 3 angeordnet. Auf der linken Seite der 3 ist die formvariable Struktur 1 im Grundzustand dargestellt, während sie auf der rechten Seite der 3 in im aktivierten Zustand dargestellt ist. Der Zustandswechsel zwischen der linken und rechten formvariablen Struktur 1 erfolgt durch Kontakt mit Feuchtigkeit. Dadurch vergrößern sich die zweiten Schichten 22 vertikal bzw. schwellen vertikal an, wodurch die ganze formvariable Struktur 1 höher wird. Auch die Teilstrukturen 31 der Deckschicht 3 erfahren eine vertikale Vergrößerung. Durch das so veränderte Profil der Deckschicht 3 im aktivierten Zustand wird mehr Raum für Feuchtigkeit zwischen den einzelnen Teilstrukturen 31 geschaffen. Bei Anordnung mehrerer formvariabler Strukturen 1, wie in 2 dargestellt, auf der Oberfläche eines Fußpedals kann durch die insgesamt vertikale Vergrößerung der formvariablen Strukturen 1 mehr Matsch oder Schnee in den Zwischenräumen eingelagert werden, welcher üblicherweise die Oberflächen von üblichen Gumminoppen oder Gummilamellen auf einem Fußpedal bedeckt. Die in der Basis 2 zwischen den zweiten Schichten 22 angeordneten ersten Schichten 21 behalten ihre Form bei und sorgen dafür, dass die Grundstruktur der formvariablen Struktur 1 im Wesentlichen erhalten bleibt, da so ein laterales Zerlaufen der formvariablen Struktur 1 verhindert werden kann.In 3rd is a change of state of an exemplary shape-variable structure 1 illustrated. The shape-variable structure 1 has a multilayer base 2 on which a layer stack of four first layers 21 and three second layers 22nd which are each arranged alternately on top of one another. On the top first layer 21 is a structured top layer 3rd arranged. On the left of the 3rd is the shape-variable structure 1 shown in the basic state while on the right side of the 3rd is shown in the activated state. The change of state between the left and right shape-variable structure 1 occurs through contact with moisture. This increases the size of the second layers 22nd vertically or swell vertically, making the whole structure variable in shape 1 gets higher. Also the substructures 31 the top layer 3rd experience a vertical enlargement. Due to the changed profile of the top layer 3rd when activated, there is more space for moisture between the individual substructures 31 created. When arranging several shape-variable structures 1 , as in 2 shown, on the surface of a foot pedal can be achieved by the overall vertical enlargement of the variable-shape structures 1 more mud or snow are stored in the gaps, which usually covers the surfaces of conventional rubber nubs or rubber slats on a foot pedal. The one in the base 2 between the second layers 22nd arranged first layers 21 retain their shape and ensure that the basic structure of the shape-variable structure 1 is essentially retained, since the shape-variable structure will then run out laterally 1 can be prevented.

Die auf der linken Seite von 3 gezeigte formvariable Struktur 1 kann, für den Einsatz als Gumminoppe auf einem Fußpedal, eine Höhe (vertikale Ausdehnung) von ca. 3 mm aufweisen, welche im Wesentlichen der Höhe der Basis 2 entsprechen kann. Im aktivierten Zustand kann die formvariable Struktur 1 auf eine Höhe von ca. 5 mm anwachsen. Generell ist eine durch Kontakt mit Feuchtigkeit induzierte Ausdehnung einer zweiten Schicht 22 entlang der Zieldimension (in 3 in die Höhe) um etwa 150% möglich.The one on the left of 3rd Shape variable structure shown 1 can, for use as a rubber knob on a foot pedal, have a height (vertical dimension) of approx. 3 mm, which is essentially the height of the base 2 can correspond. When activated, the variable-shape structure 1 grow to a height of approx. 5 mm. Generally there is an expansion of a second layer induced by contact with moisture 22nd along the target dimension (in 3rd in height) by about 150%.

4 zeigt ein beispielhaftes Fußpedal 5, auf dessen Oberfläche eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen formvariablen Strukturen 7 angeordnet ist. Die formvariablen Strukturen 7 sind hier in vier Reihen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Elementen pro Reihe angeordnet. Ferner sind auf der Oberfläche aus dem Stand der Technik bekannte Noppenelemente 6 vorgesehen, welche üblicherweise aus Gummi gefertigt sind. Das auf der Oberfläche des Fußpedals 5 aufgebaute Muster ist nur eines von vielen möglichen Anordnungen, die nur mit den formvariablen Strukturen (in unterschiedlichen geometrischen Formen) oder mit einer Mischung aus diesen und aus dem Stand der Technik bekannten Noppenelementen 6 realisiert werden können. 4th shows an exemplary foot pedal 5 , on the surface of which a plurality of the variable-shape structures according to the invention 7th is arranged. The shape-variable structures 7th are arranged here in four rows with a different number of elements per row. Furthermore, knob elements known from the prior art are on the surface 6th provided, which are usually made of rubber. That on the surface of the foot pedal 5 The built-up pattern is just one of many possible arrangements that can only be made with the shape-variable structures (in different geometric shapes) or with a mixture of these and the knob elements known from the prior art 6th can be realized.

Claims

Foot pedal (5) for a vehicle, with at least one shape-variable structure (1) being arranged on the foot pedal (5), the shape-variable structure (1) having: a base (2); and a cover layer (3) which is arranged on the base (2) and has a hydrophilic polymer and is thereby designed to change its shape on contact with moisture.

Foot pedal (5) according to Claim 1 , the cover layer (3) being a cohesive layer.

Foot pedal (5) according to Claim 1 wherein the cover layer (3) is a structured cover layer which has a plurality of layers (31) arranged on the base (2).

Foot pedal (5) according to one of the Claims 1 to 3rd wherein the base (2) has at least one first layer (21) comprising a plastic.

Foot pedal (5) according to Claim 4 wherein the base (2) further comprises at least one second layer (22) which comprises a hydrophilic polymer and is arranged between two first layers (21).

Foot pedal (5) according to Claim 5 wherein the base (2) has a layer stack which has a plurality of first and second layers (21, 22) which are arranged alternately on top of one another.

Foot pedal (5) according to Claim 5 or 6th wherein the first layers (21) are permeable to water.

Foot pedal (5) according to one of the Claims 5 to 7th , wherein the at least two first layers (21) and the at least one second layer (22) have base areas of different sizes, so that the base (2) is pyramid-shaped.