DE102009011250A1

DE102009011250A1 - Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens

Info

Publication number: DE102009011250A1
Application number: DE102009011250A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Stuffer
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2009-09-24
Also published as: CN101539160A; CN101539160B

Abstract

Bei einer Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens umfassend ein drehbar karosseriefest gelagertes Betätigungsmittel sowie ein zwischen Geberzylinderkolben und Betätigungsmittel angeordnetes Übertragungsmittel, wird eine gegenüber dem Stand der Technik geringere Hysterese und eine geringere Reibung erreicht, indem das Übertragungsmittel ein erstes Übertragungsglied, das drehbar mit einem dem Geberzylinderkolben zugeordneten ersten Lager verbunden ist und ein zweites Übertragungsglied, das mit dem Betätigungsmittel verbunden ist, umfasst, wobei das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied in einem Anlenkpunkt miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens mit einem drehbar karosseriefest gelagerten Betätigungsmittel sowie einem zwischen Geberzylinderkolben und Betätigungsmittel angeordneten Übertragungsmittel.
Bei einer hydraulischen Betätigung einer Fahrzeugkupplung in einem Kraftfahrzeug wird die Kupplung mittels eines hydraulischen Nehmerzylinders betätigt. Dieser wird wiederum durch einen Geberzylinder, der mit einer hydraulischen Druckleitung und ggf. weiteren hydraulischen Elementen mit dem Nehmerzylinder verbunden ist, hydraulisch betätigt. Ein Geberzylinderkolben des Geberzylinders wird über ein Fußpedal, das z. B. mit einer Schubstange oder dergleichen mit dem Geberzylinder verbunden ist, betätigt. Bei derartigen Systemen hängt die Pedalkraft zur Betätigung des Fußpedals von der Kupplungskennlinie ab, wobei über den Betätigungsweg unterschiedliche Pedalkräfte auftreten. Die Kupplungskennlinie und damit auch die Kennlinie der Pedalkraft über den Betätigungsweg ändert sich zudem mit zunehmendem Verschleiß der Kupplung.
Um einen möglichst gleichmäßigen Verlauf der Betätigungskraft über den Pedalweg zu erreichen, sind im Stand der Technik mehrere Ansätze bekannt. Zum einen werden Übertotpunktfedern in der Kupplungsbetätigung eingesetzt, zum anderen ist es bekannt, variable Übersetzungen zwischen dem Kupplungspedal und dem Geberzylinder vorzusehen. Bekannte Systeme zur variablen Übersetzung weisen in der Regel vorgegebene Geometrien auf, in denen ein Element auf vorgegebenen Radien oder Bahnen bewegt wird. Es handelt sich also um Kurvengetriebe, bei denen Getriebeelemente relativ zueinander verschoben werden. Nachteilig an derartige Lösungen ist der Einsatz von relativ zueinander bewegten Teilen für die Übersetzungsverstellung, die eine Gleit- oder Wälzbewegung ausführen und somit in der Regel Zusatzteile benötigen und eine relativ ausgeprägte Hysterese aufweisen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine variable Übersetzung bei einer Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens anzugeben, die eine gegenüber dem Stand der Technik geringere Hysterese und eine geringere Reibung aufweist.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens mit einem drehbar karosseriefest gelagerten Betätigungsmittel sowie einem zwischen Geber zylinderkolben und Betätigungsmittel angeordneten Übertragungsmittel, wobei das Übertragungsmittel ein erstes Übertragungsglied, das drehbar mit einem dem Geberzylinderkolben zugeordneten ersten Lager verbunden ist und ein zweites Übertragungsglied, das mit dem Betätigungsmittel verbunden ist, umfasst, wobei das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied in einem Anlenkpunkt miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist das zweite Übertragungsglied drehbar mit einem dem Betätigungsmittel zugeordneten zweiten Lager verbunden. Das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied sind vorzugsweise drehbar in einem Anlenkpunkt miteinander verbunden. Das Betätigungsmittel, üblicherweise ein Pedal, ist in üblicher Weise relativ zur Karosserie drehbar gelagert. Der Anlenkpunkt des Übertragungsmittels an dem Betätigungsmittel kann erfindungsgemäß relativ zum Drehpunkt des Betätigungsmittels verschoben werden, sodass sich auch der Abstand des Anlenkpunktes zur Drehachse des Betätigungsmittels verändert. Der Anlenkpunkt wird vorzugsweise auf einer Kreisbahn relativ zum Betätigungsmittel verschoben. Der Abstand des Anlenkpunktes zur Drehachse des Betätigungsmittels und somit die effektive Übersetzung wird von der erfindungsgemäßen Anordnung selbst während der Betätigung in Abhängigkeit der Parameter Schwenkwinkel des Betätigungsmittels, Position des Geberzylinderkolbens und Druck im Geberzylinder bzw. aus der Druckkraft herrührende Kraft auf den Geberzylinderkolben variiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied einen spitzen Winkel einschließen. Dabei ist die Entfernung des Anlenkpunktes zu dem ersten Lager, das dem Geberzylinderkolben zugeordnet ist, größer als der Abstand des Anlenkpunktes zu dem zweiten Lager, das dem Betätigungsmittel zugeordnet ist. Bei einer Druckbelastung auf den Geberzylinderkolben wird dadurch ein Moment in dem ersten bzw. zweiten Lager bewirkt, das eine Verschiebung des Anlenkpunktes in eine Gleichgewichtslage bewirkt, in der der Anlenkpunkt auf einer Linie mit dem ersten und zweiten Lager ist.
Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass mindestens eines der Übertragungsglieder mit einer Federkraft beaufschlagt ist, die ein Moment um das jeweilige Lager bewirkt. Die Federkraft bewirkt ein Moment, das dem zuvor genannten Moment entgegengesetzt ist. Der Anlenkpunkt wird durch das mittels Federkraft erzeugte Moment also aus seiner Gleichgewichtslage herausbewegt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Federkraft durch eine zwischen einem an dem Betätigungsmittel angeordneten Federlager und einem Übertragungsglied angeordnete Feder bewirkt wird. Die Feder ist also eingespannt zwischen zwei Einspannpunkten, von denen einer fest mit dem Betätigungsmittel verbunden ist und der andere fest mit einem der Übertragungsglieder verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Feder zwischen dem Anlenkpunkt und dem Federlager eingespannt ist. Die Feder ist vorzugsweise eine Zug- oder Druckfeder, kann alternativ aber auch eine Blattfeder sein.
Um die Anzahl der Bauteile zur reduzieren ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das zweite Übertragungsglied als Blattfeder ausgeführt ist und drehfest mit dem Betätigungsmittel und/oder dem ersten Übertragungsglied verbunden ist. Das zweite Übertragungselement wird also durch eine Blattfeder ersetzt, die im zweiten Lager drehfest mit dem Betätigungsmittel und/oder im Anlenkpunkt drehfest mit dem ersten Übertragungsglied verbunden ist, welche die Führung des Anlenkpunktes sowie die Erzeugung der Federkraft erfüllt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Übertragungsglied als ein zugbelastbares, flexibles Element wie z. B. ein dünnes Blech, ein Seil oder ein Geflecht ausgeführt ist. Hierbei kann die Anbindung im zweiten Lager und/oder im Anlenkpunkt drehfest ausgeführt werden. Damit wird eine weitere Reibungsverringerung erreicht.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anlenkpunkt auf einer Bahnkurve geführt ist. Die Zwangsführung kann z. B. durch eine Kulissenführung des ersten Übertragungsgliedes oder des Anlenkpunktes selbst bewirkt werden. Die Kulissenführung kann durch eine geeignete Gleit- bzw. Wälzpaarung bewirkt werden. Dabei ist die Form der Kulissenführung vorzugsweise kreisförmig, mindestens jedoch mit einer beliebigen Bahnkurve ausgeführt, deren Radius bei konformem Berührkontakt an jeder Stelle größer als der Radius des Wälz- bzw. Gleitelements ist. Die Entfernung des Anlenkpunktes zu dem ersten Lager kann dabei kleiner sein als der mittlere Radius der Kulissenbahnkurve.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Übertragungsglied aus einem flexiblen, zugbelastbaren Werkstoff besteht. Das zweite Übertragungsglied kann dabei das zweite Lager und/oder den Anlenkpunkt teilweise umschlingen.
Für eine möglichst konstante Pedalbetätigungskraft über der Lebensdauer der Kupplung ist es besonders vorteilhaft, dass die üblicherweise bei verschleißender Kupplung steigende Betätigungskraft über die erfindungsgemäße Anordnung detektiert und zumindest teilweise ausgeglichen wird. Das System stellt entsprechend dem Kräftegleichgewicht bei steigender Maximalkraft eine geringere Übersetzung ein. Da dies in der Systemauslegung berücksichtigt wird, ist es möglich, die Maximalkraft nahe einem Nennwert zu halten. Die zuvor dargestellte Anordnung ist bezogen auf Fertigungstoleranzen als großzügig einzuschätzen.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens in einer ersten Stellung;
2 ein Kräftediagramm für die Anordnung in der Stellung gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens in einer zweiten Stellung;
4 ein Kräftediagramm für die Anordnung in der Stellung gemäß 3.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens in einer ersten Stellung, 3 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in einer zweiten Stellung. Ein Pedal 1 als Betätigungsmittel ist an einem Pedallager 2 um eine Drehachse 15 drehbar karosseriefest gelagert. Ein Geberzylinder 3 umfasst ein karosseriefest angeordnetes Geberzylindergehäuse 4 sowie einen darin verschiebbar angeordneten Geberzylinderkolben 5. Der Geberzylinderkolben 5 und das Geberzylindergehäuse 4 schließen mit einer nicht dargestellten Dichtung einen nicht näher dargestellten Druckraum ein, wobei eine in dem Druckraum befindliche Hydraulikflüssigkeit bei einer Bewegung des Geberzylinderkolbens 5 in Richtung einer Verkleinerung des Volumens des Druckraumes mit Druck beaufschlagt wird. Der Druckraum des Geberzylinders ist über eine Druckleitung und gegebenenfalls weitere hydraulische Komponenten wie einem Kribbelfilter und dergleichen mit einem ebenfalls nicht dargestellten Nehmerzylinder verbunden, der der Betätigung einer Fahrzeugkupplung dient. Derartige hydraulische Systeme zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung sind an sich bekannt und werden daher hier nicht näher dargestellt.
Zwischen dem Pedal 1 und dem Geberzylinderkolben 5 ist ein Übertragungsmittel 6 angeordnet, welches eine Drehbewegung des Pedals 1 um die Drehachse 15 in eine translatori sche Bewegung des Geberzylinderkolbens 5, sprich ein Hineinschieben beziehungsweise Herausziehen des Geberzylinderkolbens 5 in das oder aus dem Geberzylindergehäuse 4, umwandelt. Das Übertragungsmittel 6 umfasst ein erstes Übertragungsglied 7, das nach Art eines Balkens an einem dem Geberzylinderkolben 5 zugeordneten ersten Lager 8 drehbar gelagert ist. Das erste Lager 8 kann unmittelbar an dem Geberzylinderkolben 5 angeordnet sein, kann aber auch über weitere Übertragungsmittel, wie zum Beispiel weitere Schubstangen oder dergleichen, mit diesem zusammenwirken. Ein zweites Übertragungsglied 9 ist drehbar an einem zweiten Lager 10, das an dem Pedal 1 angeordnet ist, verbunden. Das erste Übertragungsglied 7 und das zweite Übertragungsglied 9 sind in einem Anlenkpunkt 11 drehbar miteinander verbunden. Das erste Übertragungsglied 7 und das zweite Übertragungsglied 9 bilden eine Schubkurbelkette nach Art einer Schubschwinge.
Zwischen dem Anlenkpunkt 11 und einem an dem Pedal 1 angeordneten Federlager 12 ist eine Feder 13 angeordnet. Die Feder 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Druckfeder in Form einer Schraubenfeder, hier kann aber auch eine Zugfeder oder eine Zugdruckfeder angeordnet sein. Ebenso kann zum Beispiel zwischen dem zweiten Lager 10 und dem Anlenkpunkt 11 eine Blattfeder angeordnet sein, die die Feder 13 und das zweite Übertragungsglied 9 ersetzt. Unabhängig von der Art und Anordnung der Feder 13 übt diese eine Kraft auf das erste und/oder zweite Übertragungsglied 7, 9 aus, die ein Moment um das jeweilige Lager 8 bzw. 10 erzeugt, sodass das Übertragungsmittel 6 aus einer Gleichgewichtslage, die sich bei einer Kraftbeaufschlagung des Pedals und damit einer Schubkraft zwischen Pedal und Geberzylinderkolben 5 einstellt, wegbewegt wird. Ohne die Kraft der Feder 13 stellt sich nämlich eine Gleichgewichtslage der beiden Übertragungsglieder 7, 9 ein, bei der der Anlenkpunkt 11 bei Übertragung einer Druckkraft zwischen dem ersten und zweiten Lager 8, 10 auf einer Linie zwischen den beiden Lagern 8, 10 liegt. Je nach Höhe der Druckkraft zwischen den beiden Lagern 8, 10 bewirkt die Kraft der Feder 13 eine mehr oder minder große Verlagerung des Anlenkpunktes 11. Je größer dabei die Druckkraft, desto geringer ist die Verlagerung des Anlenkpunktes 11.
2 zeigt ein Kräftediagramm für die Anordnung in der Stellung gemäß 1. Dargestellt ist das Kräftegleichgewicht für den Anlenkpunkt 11. Da sowohl das erste als auch das zweite Übertragungsglied 7, 9 jeweils gelenkig gelagert sind, können diese nur Zug- bzw. Druckkräfte übertragen. F1 bezeichnet dabei die durch das erste Übertragungsglied 7 übertragene Kraft, F2 bezeichnet die durch das zweite Übertragungsglied 9 übertragene Kraft und FF die von der Feder 13 aufgebrachte Kraft. Die drei Kräfte stehen im Anlenkpunkt 11 jeweils im Gleichgewicht, wie dies durch das in 2 dargestellte Kräftedreieck verdeutlicht wird. α bezeichnet den Winkel zwischen dem ersten Übertragungsglied 7 und dem zweiten Übertragungsglied 9 im Anlenkpunkt 11 bzw. den Winkel zwischen dem ersten Übertragungsglied 7 und einer Normalen auf die Kurve 14 im Anlenkpunkt 11 bei einer Ausführungform mit Zwangsführung. Die Feder 13 drückt den Anlenkpunkt entlang einer in 2 mit dem Bezugszeichen 14 versehenen Kurve 14 in eine Position, in der das Kräftegleichgewicht herrscht. Ohne die Kraft der Feder 13 wird der Anlenkpunkt ohne Berücksichtigung von Reibungseffekten bei unter Drucklast stehender Geberzylinderstange stets den energetisch günstigsten Punkt in der Nähe seiner aktuellen Umgebung einnehmen (lokales Energieminimum/Minimalzwang), wobei der Winkel den Wert 0 einnimmt, das erste Übertragungsglied 7 und das zweite Übertragungsglied 9 also deckungsgleich sind, sodass das erste Lager 8, das zweite Lager 10 und der Anlenkpunkt 11 auf einer Linie liegen. Durch die Kraft der Feder 13 wird der Anlenkpunkt 11 vom Erreichen des lokalen Energieminimums bzw. Minimalzwangpunktes abgehalten. Dadurch wird eine tangential zur Verschieberichtung bzw. Kraftrichtung der Kräfte F1 bzw. F2 wirkende Kraftkomponente erzeugt. Es stellt sich eine Gleichgewichtsposition aus der Kraft F1 im ersten Übertragungsglied 7 sowie der Kraft F2 im zweiten Übertragungsglied 9 und der Federkraft FF ein. Aufgrund der bestimmungsgemäßen Schwenkbewegung des Betätigungsmittels 1 um die Achse 15 ergibt sich eine Veränderung des Winkels α in Abhängigkeit der Pedalstellung und der Geberzylinderposition, die ebenfalls in der Auslegung berücksichtigt wird. Die besondere erfindungsgemäße Wirkung ist, dass durch eine steigende Kraft im Geberzylinder, mithin also eine steigende Kraft im ersten Übertragungsglied 7, eine neue Gleichgewichtsposition mit ebenfalls steigender Federkraft FF automatisch eingenommen wird. Da sich diese Position auslegungsgemäß näher an der Drehachse 15 des Pedals 1 befindet, führt das dazu, dass die effektive Pedalübersetzung vergrößert wird und die Fußkraft am Pedal 1 nur unterproportional zur auf den Geberzylinderkolben 5 einwirkenden Kraft steigt. Je größer also die wirksame Kraft ist, desto stärker wird die Feder verformt und desto weiter kann der Anlenkpunkt 11 zur Drehachse 15 des Pedals 1 wandern. In der Rückwärtsbewegung wird sich hier aufgrund der reversiblen, nahezu reibungsfreien Bewegung des Verstellsystems mit nachlassender Kraft in dem ersten Übertragungsglied 7 eine größere Übersetzung ergeben. Die zuvor genannten Elemente müssen nicht zwangsweise im Pedal integriert sein, sondern können auch auf einer separaten Einheit untergebracht sein, die am Pedal befestigt ist und die der Schwenkbewegung des Pedals folgt.
3 zeigt die Anordnung gemäß 2 in einer zweiten Pedalstellung, 4 zeigt ein zur 3 zugehöriges Kräftediagramm. Während in 2 eine Pedalstellung bei relativ weit aus dem Geberzylindergehäuse 4 herausgezogenem Geberzylinderkolben 5 dargestellt ist, ist in 3 eine Position dargestellt, bei der der Geberzylinderkolben 5 relativ weit in das Geberzylindergehäuse 4 eingeschoben wird. In dieser Position wird eine größere Druckkraft auf das erste Übertragungsglied 7 ausgeübt, als dies in der in 1 dargestellten Position der Fall ist.
Dadurch stellt sich ein anderes Gleichgewicht ein, bei dem eine höhere Federkraft FF der Feder 13 vorliegt und bei der ein größerer Winkel zwischen dem ersten Übertragungsglied und dem zweiten Übertragungsglied 9 vorliegt. Das zugehörige Kräftediagramm ist in 4 dargestellt.

F1: Kraft im ersten Übertragungsglied
F2: Kraft im zweiten Übertragungsglied
FF: Federkraft
1: Pedal
2: Pedallager
3: Geberzylinder
4: Geberzylindergehäuse
5: Geberzylinderkolben
6: Übertragungsmittel
7: erstes Übertragungsglied
8: erstes Lager
9: Zweites Übertragungsglied
10: Zweites Lager
11: Anlenkpunkt
12: Federlager
13: Feder
14: Ortskurve
15: Drehachse

Claims

Anordnung zur Betätigung eines Geberzylinderkolbens (5) mit einem drehbar karosseriefest gelagerten Betätigungsmittel (1) sowie einem zwischen Geberzylinderkolben (5) und Betätigungsmittel (1) angeordneten Übertragungsmittel (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (6) ein erstes Übertragungsglied (7), das drehbar mit einem dem Geberzylinderkolben (5) zugeordneten ersten Lager (8) verbunden ist und ein zweites Übertragungsglied (9), das mit dem Betätigungsmittel (1) verbunden ist, umfasst, wobei das erste Übertragungsglied (7) und das zweite Übertragungsglied (9) in einem Anlenkpunkt (11) miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungsglied (9) drehbar mit einem dem Betätigungsmittel (1) zugeordneten zweiten Lager (10) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungsglied (7) und das zweite Übertragungsglied (9) drehbar in einem Anlenkpunkt (11) miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungsglied (7) und das zweite Übertragungsglied (9) einen spitzen Winkel (α) einschließen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Übertragungsglieder (7, 9) mit einer Federkraft beaufschlagt ist, die ein Moment um das jeweilige Lager (8, 10) bewirkt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft durch eine zwischen einem an dem Betätigungsmittel (1) angeordneten Federlager (12) und einem Übertragungsglied (7, 9) angeordnete Feder (13) bewirkt wird.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (13) zwischen dem Anlenkpunkt (11) und dem Federlager (12) eingespannt ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (13) eine Zug- oder Druckfeder ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (13) eine Blattfeder ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungsglied (9) als Blattfeder ausgeführt ist und drehfest mit dem Betätigungsmittel (1) und/oder dem ersten Übertragungsglied (7) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlenkpunkt (11) auf einer Bahnkurve geführt ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurve durch eine Kulissenführung bewirkt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungsglied (9) aus einem flexiblen zugbelastbaren Werkstoff besteht und drehfest im zweiten Lager (10) und/oder im Anlenkpunkt (11) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungsglied das zweite Lager (10) und/oder den Anlenkpunkt (11) teilweise umschlingt.
Kraftfahrzeug mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung.