DE10258938A1

DE10258938A1 - Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung

Info

Publication number: DE10258938A1
Application number: DE2002158938
Authority: DE
Inventors: Uwe Stein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: DE10258938B4

Abstract

Eine Betätigungseinrichtung (1) für eine Kraftfahrzeugkupplung umfaßt ein Lagerelement (2), einen Pedalhebel (3), der um eine Lagerachse (A) schwenkbar an dem Lagerelement (2) gelagert ist, und eine Übertotpunktfedereinrichtung (6) zur Unterstützung der Schwenkbewegung des Pedalhebels (3) in einem Bereich zwischen einer Ruhestellung und einer niedergedrückten Stellung. Eine zusätzliche, den Pedalhebel (3) in Richtung auf die Ruhelage rückstellende Federeinrichtung (11) ist lediglich in einem Bereich von der vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels (3) bis maximal zum Maximum der Betätigungskraft an dem Pedalhebel (3) wirksam. Dadurch wird das Gefühl beim Betätigen der Kupplung verbessert. Insbesondere ergibt sich ein vergleichmäßigter Verlauf der Betätigungskraft über den Pedalweg, verbunden mit einer Verminderung der anfänglichen Betätigungskraft und einer weniger scharfen Ausprägung des Abfalls der Betätigungskraft nach dem Kraftmaximum.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung, umfassend ein Lagerelement, einen Pedalhebel, der um eine Lagerachse schwenkbar an dem Lagerelement gelagert ist, und eine Übertotpunktfedereinrichtung zur Unterstützung der Schwenkbewegung des Pedalhebels in einem Bereich zwischen einer Ruhestellung und einer niedergedrückten Stellung.

Betätigungseinrichtungen mit Federunterstützung sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Zweck der Federunterstützung ist es, beim Betätigen der Kupplung die vom Fahrer auf den Pedalhebel aufzubringende Betätigungskraft zu vermindern. Insbesondere bei hohen Antriebsleistungen werden an der Kupplung hohe Anpreßdrücke benötigt. Dies erfordert am Anfang des Pedalwegs eine hohe Betätigungskraft. Nach einem Betätigungskraftmaximum erfolgt ein starker Abfall der Betätigungskraft bis zum Pedalwegende.

Üblicherweise ist zur Unterstützung der Betätigungskraft des Fahrers eine an dem Pedalhebel angreifende Übertotpunktfeder vorgesehen, die nach Überwindung des Totpunkts den Pedalhebel in Richtung der vollständig niedergedrückten Stellung beaufschlagt. Vor dem Totpunkt bewirkt die Feder hingegen eine entgegengerichtete Kraft in die Ruhestellung des Pedalhebels. Als Totpunkt bzw. Totpunktstellung wird diejenige Stellung angesehen, in der die Kraftwirkungslinie der Übertotpunktfedereinrichtung durch die Schwenkachse des Pedalhebels am Lagerelement verläuft. In der Regel werden als Übertotpunktfedereinrichtung vorgespannte Druckfedern verwendet.

Die DE 196 50 577 A1 offenbart in diesem Zusammenhang zudem die Möglichkeit, eine Übertotpunkt-Druckfeder gegen das Ende des Pedalwegs zu überdehnen, so daß diese dann als Zugfeder wirkt. Damit kann einem harten Aufprall des Pedalhebels gegen den Endanschlag des Pedalwegs entgegengewirkt werden. Zudem ergibt sich am Pedalhebel ein Rückstelleffekt aus einer stark niedergedrückten Stellung auf die Ruhestellung hin.

Bei manchen Kraftfahrzeugkupplungen ist anfangs eine sehr hohe Betätigungskraft erforderlich, um die Kupplung zu Lüften. Nach dem Maximum der Betätigungskraft tritt dann ein starker Kraftabfall auf. Wird in einem solchen Fall durch eine Federunterstützung das Maximum der Betätigungskraft abgesenkt, so besteht mitunter das Problem, daß die Rückstellkräfte aus der Kupplung für eine Rückstellung des Pedalhebels in die Ruhestellung nicht mehr ausreichen. Die hieraus resultierenden Grenzen für die Gestaltung der Kennlinie der unterstützenden Feder bedingen eine ungünstige Wahrnehmung der Betätigungskraft durch den Fahrer, da das Pedal nach dem Kraftmaximum zu stark durchzusacken scheint.

In Ansehung dieses Problems wurden im Stand der Technik bereits zweistufige Federeinrichtungen vorgeschlagen, bei denen eine Übertotpunktfeder durch eine weitere, die Betätigungskraft ebenfalls vermindernde Feder ergänzt wird. Dies wird beispielsweise in der DE 36 36 748 C1 und der DE 40 01 473 A1 offenbart. Letztere lehrt zwei parallel zueinander angeordnete Übertotpunktfedern, wobei für eine Feder der Totpunkt in der Pedalruhestellung liegt. Dadurch wird das Kraftmaximum vermindert und der Verlauf der Betätigungskraft über den Pedalweg vergleichmäßigt. Jedoch ist der Einbau von zwei parallelen Übertotpunktfedern fertigungstechnisch und montagetechnisch aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere beabsichtigt die Erfindung, das Gefühl bei der Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der eine zusätzliche, den Pedalhebel in Richtung auf die Ruhelage rückstellende Federeinrichtung vorgesehen ist, die lediglich in einem Bereich ausgehend von der vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels bis maximal zum Maximum der Betätigungskraft an dem Pedalhebel wirksam ist.

Dies ermöglicht mit überraschend einfachen Mitteln einen gleichmäßigeren Verlauf der Betätigungskraft über den Pedalweg, bei dem die anfänglich hohe Betätigungskraft vermindert und der Abfall der Betätigungskraft nach dem Maximum weniger scharf ausprägt ist. Somit besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung im Gegensatz zum Stand der Technik die Möglichkeit, die Unterstützungskraft bis zu einem bestimmten Pedalweg auf einem hohen Niveau laufen zu lassen, also stark vorgespannte und/oder steife Federn in der Übertotpunktfedereinrichtung zu verwenden, danach jedoch über die zusätzliche Federeinrichtung das Betätigungskraftniveau für den verbleibenden Pedalweg anzuheben.

Durch die Verwendung von zwei unabhängig dimensionierbaren Feder läßt sich der Verlauf der Betätigungskraft unter ergonomischen Gesichtspunkten optimieren. Die Absenkung der Betätigungskraft im Kraftmaximum gefährdet dabei nicht die Rückstellung des Pedalhebels.

Die erfindungsgemäße Lösung besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß aufgrund der einfachen Anordnungsstruktur die zusätzliche Federeinrichtung auch in bereits bestehende Betätigungseinrichtungen eingebaut werden kann. Somit wird eine Option für eine Nachrüstung geschaffen.

Vorzugsweise kann die zusätzliche Federeinrichtung so angeordnet werden, daß diese bei einer Betätigung des Pedalhebels gegen einen Hebelabschnitt zwischen einem Schwenklagerabschnitt und einer Pedalplatte anstößt. Jedoch sind prinzipiell auch andere Anordnungsmöglichkeiten, beispielsweise mit Kraftangriff am Schwenklagerabschnitt des Pedalhebels, denkbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die zusätzliche Federeinrichtung eine Schraubenfeder, die als Druckfeder eingesetzt ist. Es lassen sich jedoch auch andere Federkonstruktionen verwenden, so beispielsweise Elastomerfedern oder sehr weiche Gummipuffer, die jedoch einen großen Federweg aufweisen müssen, um den Pedalweg zwischen dem Maximum der Betätigungskraft und der vollständig niedergedrückten Stellung abdecken zu können.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Betätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeugkupplung nach der Erfindung mit dem Pedalhebel in Ruhelage,
2 eine Schnittansicht entsprechend 1 bei niedergedrücktem Pedalhebel nach Überwindung der Totpunktstellung, und in
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Betätigungskraft F in Abhängigkeit des Pedalwegs s.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Betätigungseinrichtung 1 für eine Kraftfahrzeugkupplung. Die Betätigungseinrichtung 1 umfaßt ein Lagerelement 2 sowie einen an diesem schwenkbar gelagerten Pedalhebel 3. Das am Fahrzeugaufbau ortsfest anzubringende Lagerelement 2 ist hier lediglich durch den Lagerzapfen mit der Schwenkachse A angedeutet. Es kann beispielsweise Bestandteil einer Lagereinrichtung eines Fußhebelwerks sein. Möglich ist jedoch auch ein separater Lagerbock für den Kupplungspedalhebel 3 oder eine integrale Ausbildung mit einem Abschnitt des Fahrzeugaufbaus. Über den Pedalhebel 3 und einen Geberzylinder 4 wird die eigentliche Fahrzeugkupplung betätigt.
Zwischen dem Pedalhebel 3 und einem ortsfesten Punkt 5 der Fahrzeugkarosserie, der beispielsweise an dem Lagerelement 2 liegen kann, ist eine Übertotpunktfedereinrichtung zur Unterstützung der Schwenkbewegung des Pedalhebels 3 vorgesehen. Die Übertotpunktfedereinrichtung hält den unbetätigten Pedalhebel 3 in der in 1 gezeigten Ruhestellung. Sie dient weiterhin dazu, beim anfänglichen Niederdrücken des Pedalhebels 3 nach Überwindung des Totpunkts die zum Lüften der Kupplung benötigte Betätigungskraft des Fahrers zu vermindern. Beim Niedertreten des Pedalhebels 3 bis zum Erreichen des Totpunkts kann folglich zunächst eine geringfügige Erhöhung der Betätigungskraft auftreten. Wie 1 zeigt, verläuft in der Ruhestellung die Kraftwirkungslinie B unter der Schwenkachse Art hindurch, bewirkt also eine Bewegung des Pedalhebels 3 auf die Ruhestellung hin. Bereits ein geringfügiges Verschwenken des Pedalhebels 3 infolge einer Betätigung durch den Fahrer bringt, wie 2 zeigt, die Kraftwirkungslinie B auf die andere Seite der Schwenkachse A, womit die Übertotpunktfedereinrichtung 6 die Betätigungskraft des Fahrers unterstützt.
Die Übertotpunktfedereinrichtung 6 weist hier beispielhaft zwei parallel geschaltete Druckfedern 7 und 8 auf, die koaxial zueinander angeordnete sind. Dabei kann im Hinblick auf eine Abstufung der Federkennlinie die Federwirkung einer der parallel geschalteten Druckfedern 7 bzw. 8 in bezug auf den Pedalweg nach einem vorgegebenen Pedalweg enden, so daß eine gute Anpassung der Unterstützungskraft an den Verlauf der benötigten Kupplungskraft möglich ist. Zu diesem Zweck kann eine der Druckfedern 7 bzw. 8 so in der Ruhestellung vorgespannt eingebaut werden, daß diese nach einem definierten Pedalweg ihren ausgefederten Zustand einnimmt, während die zweite Feder weiterhin eine Druckkraft ausübt. Die Übertotpunktfedereinrichtung 6 ist hier zwischen einem Arm 9 des Pedalhebels 3 und einem karosserieseitig ortsfesten Punkt 5 eingespannt. Der Arm 9 erstreckt sich dabei von einem Schwenklagerabschnitt 10 des Pedalhebels 3 in etwa in Richtung der Spritzwand der Fahrzeugkarosserie. Anstelle der beispielhaft dargestellten Übertotpunktfedereinrichtung 6 können grundsätzlich auch andere, aus dem Stand der Technik bekannte Übertotpunktfedereinrichtungen verwendet werden. Auch können diese an anderer Stelle an dem Pedalhebel 3 und dem Lagerelement 2 oder Fahrzeugaufbau angreifen.
Eine Besonderheit der Betätigungseinrichtung 1 liegt in einer zusätzlich vorhandenen rückstellenden Federeinrichtung 11, die den Pedalhebel 3 in Richtung auf die Ruhelage mit einer Kraft beaufschlagt. Diese Kraft ist der Wirkung der Übertotpunktfedereinrichtung 6 entgegengerichtet und erhöht die vom Fahrer aufzubringende Betätigungskraft. Allerdings ist die rückstellende Federeinrichtung 11 lediglich in einem Bereich frühestens vom Betätigungskraftmaximum bis zur vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels 3 an diesem wirksam. Dadurch läßt sich der ansonsten scharfe Abfall der Betätigungskraft weicher gestalten. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Pedalhebel 3 und die rückstellende Federeinrichtung 11 von der Ruhelage des Pedalhebels 3 bis mindestens zum Betätigungskraftmaximum mechanisch entkoppelt. In diesem Bereich ist allein die Übertotpunktfedereinrichtung 6 wirksam.
Wie den 1 und 2 entnommen werden kann, umfaßt die rückstellende Federeinrichtung 11 eine Schraubenfeder 12, die mit einem Ende über ein Aufnahmeelement 13 karosserieseitig fest angebunden ist und als Druckfeder dient. Das Aufnahmeelement 13 kann als separates Bauteil an der Spritzwand befestigt werden.
Möglich ist auch eine Abstützung der Schraubenfeder 12 im Lagerbock des Fußhebelwerks oder am Lagerelement 2. Das weitere Ende 14 der Schraubenfeder 12 ist in der Ruhestellung des Pedalhebels 3 frei. Bei einer Betätigung des Pedalhebels gelangt das freie Ende 14 in Anlage gegen einen Hebelabschnitt 15 zwischen dem Schwenklagerabschnitt 10 und einer Pedalplatte 16 des Pedalhebels 3. Die Schraubenfeder 12 der rückstellenden Federeinrichtung 11 wird in der vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels 3 auf ihre Blocklänge zusammengedrückt. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann anstelle einer Schraubenfeder 12 auch eine Elastomerfeder mit einem entsprechend großen Federweg vorgesehen sein.
Die Betriebsweise der Betätigungseinrichtung 1 gestaltet sich wie folgt: bei einem Niederdrücken des Pedalhebels 3 wird zunächst der Totpunkt der Übertotpunktfedereinrichtung 6 überwunden, wobei deren Druckfedern 7 und 8 bis zum Totpunkt gegebenenfalls geringfügig weiter gedehnt werden. Nach Überwindung des Totpunkts unterstützt die Übertotpunktfedereinrichtung 6 den Fahrer, in dem sie das Kraftmaximum bei der Kupplungsbetätigung absenkt. Nach Überwindung des Betätigungskraftmaximums gelangt der Pedalhebel 3 in Anlage gegen die zusätzliche Federeinrichtung 11, die der weiteren Bewegung des Pedalhebels 3 einen Widerstand entgegensetzt, und zwar bis in die vollständige niedergedrückte Stellung.
Durch eine gezielte Abstimmung der Übertotpunktfedereinrichtung 6 und der zusätzlichen Federeinrichtung 11 läßt sich der Verlauf der Betätigungskraft in Abhängigkeit der verwendeten Kupplung an einem Kraftfahrzeug optimieren, so daß einerseits das aufzubringende Kraftmaximum abgesenkt wird, andererseits ein plötzliches, gefühlloses Durchsacken des Pedalhebels unterbleibt, d. h. gegen das Ende des Pedalwegs ein Anheben des Pedalwiderstands erfolgt. Dadurch wird das Betätigungsgefühl verbessert.
In 3 ist dies anhand von drei Verläufen der Betätigungskraft F über den Pedalweg s dargestellt. Mit a ist hierbei der Verlauf der Betätigungskraft F bezeichnet, die für eine SAC-Kupplung am Pedalhebel 3 aufgebracht werden muß, wenn keine Federunterstützung vorhanden ist. Der scharfe Abfall der Betätigungskraft F nach dem Kraftmaximum ist deutlich zu erkennen. Durch die Übertotpunktfedereinrichtung 6 kann das Kraftmaximum abgesenkt werden, wie die anhand des Verlaufs b gezeigt ist. Jedoch sind hier Grenzen gesetzt. Bei einer sehr geringen Kraft im Kraftmaximum würde die Rückstellkraft der Kupplung unter Umständen nicht mehr ausreichen, um den Pedalhebel 3 gegen die Kraft der Übertotpunktfedereinrichtung 6 in seine Ausgangsstellung zurückzubringen. Erfindungsgemäß ergibt sich hingegen der mit c bezeichnete Verlauf, bei dem das Kraftmaximum gegenüber a abgesenkt ist und der Verlauf nach dem Kraftmaximum gegenüber b angehoben ist. Der Abfall nach dem Kraftmaximum fällt folglich weniger steil aus. Gleichzeitig wird die Pedalrückstellung bei verringertem Betätigungskraftmaximum gewährleistet. Die rückstellende Federeinrichtung 11 weist dabei eine kleinere Federsteifigkeit als die Übertotpunktfedereinrichtung 6 auf.

1: Betätigungseinrichtung
2: Lagerelement
3: Pedalhebel
4: Geberzylinder
5: karosseriefester Punkt
6: Übertotpunktfedereinrichtung
7: Druckfeder
8: Druckfeder
9: Arm
10: Schwenklagerabschnitt des Pedalhebels 3
11: zusätzliche Federeinrichtung
12: Schraubenfeder
13: Federaufnahme
14: freies Ende der Schraubenfeder
15: Hebelabschnitt des Pedalhebels 3
16: Pedalplatte
A: Schwenkachse
B: Kraftwirkungslinie der Federeinrichtung

Claims

Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung, umfassend: – ein Lagerelement (2), – einen Pedalhebel (3), der um eine Lagerachse (A) schwenkbar an dem Lagerelement (2) gelagert ist, und – eine Übertotpunktfedereinrichtung (6) zur Unterstützung der Schwenkbewegung des Pedalhebels (3) in einem Bereich zwischen einer Ruhestellung und einer niedergedrückten Stellung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche, den Pedalhebel (3) in Richtung auf die Ruhelage rückstellende Federeinrichtung (11) vorgesehen ist, die lediglich in einem Bereich ausgehend von der vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels (3) bis maximal zum Maximum der Betätigungskraft an dem Pedalhebel (3) wirksam ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhelage der Pedalhebel (3) und die rückstellende Federeinrichtung (11) mechanisch entkoppelt sind.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellende Federeinrichtung (11) eine Schraubenfeder (12) umfaßt, gegen die der Pedalhebel (3) im oder nach dem Betätigungskraftmaximum zur Anlage gelangt.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellende Federeinrichtung (11) fahrzeugseitig ortsfest angebunden ist und der Pedalhebel (3) mit einem Hebelabschnitt (15) zwischen seinem Schwenklagerabschnitt (11) und seiner Pedalplatte (16) gegen die rückstellende Federeinrichtung zur Anlage gelangt.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellende Federeinrichtung (11) in der vollständig niedergedrückten Stellung des Pedalhebels (3) auf Blocklänge zusammengedrückt ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellende Federeinrichtung (11) eine kleinere Federsteifigkeit als die Übertotpunktfedereinrichtung (6) aufweist.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertotpunktfedereinrichtung (6) zwei parallel geschaltete Druckfedern (7, 8) aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federwirkung einer der parallel geschalteten Druckfedern (7, 8) in bezug auf den Pedalweg nach einem vorgegebenen Pedalweg endet.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellende Federeinrichtung (11) in eine Gebereinrichtung zur Übertragung der Betätigungskraft auf eine Fahrzeugkupplung integriert ist.