DE102010022917B4

DE102010022917B4 - Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung

Info

Publication number: DE102010022917B4
Application number: DE102010022917.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kiesel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: DE102010022917A1

Abstract

Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer aus einem Geberzylinder (1) und einem Nehmerzylinder gebildeten, druckmittelbetätigten Ausrückvorrichtung und einem Kupplungspedal, welches mit einer Kolbenstange (4) eines Kolbens (3) des Geberzylinders (1) zusammenwirkt und von einer dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung in eine dem ausgerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Endstellung bringbar ist, wobei die Einrichtung wenigstens ein Federmittel aufweist, das bei einer Bewegung des Kupplungspedals zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung einen Totpunkt (T) überwindet, und wobei wenigstens ein zusätzliches Federelement (10) vorgesehen ist, welches der Reduzierung der das Kupplungspedal beaufschlagenden Pedalkraft (F) zwischen der Anfangsstellung und dem Totpunkt (T) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Federelement (10) in dem Geberzylinder (1) angeordnet ist und dass das Federelement (10) sich mit seinem einen Ende an dem Kolben (3) oder an einer an der Kolbenstange (4) kolbenseitig ausgebildeten Durchmessererweiterung (4.1) und mit seinem anderen Ende an einer mit einer Aufnahmeöffnung für die Kolbenstange (4) versehenen Stirnseite (2.1) des Gehäuses (2) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer aus einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder gebildeten, druckmittelbetätigten Ausrückvorrichtung und einem Kupplungspedal, welches mit einer Kolbenstange eines Kolbens des Geberzylinders zusammenwirkt und von einer dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung in eine dem ausgerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Endstellung bringbar ist, wobei die Einrichtung wenigstens ein Federmittel aufweist, das bei einer Bewegung des Kupplungspedals zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung einen Totpunkt überwindet, und wobei wenigstens ein zusätzliches Federelement vorgesehen ist, welches der Reduzierung der das Kupplungspedal beaufschlagenden Pedalkraft zwischen der Anfangsstellung und dem Totpunkt dient.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, in Pedalanordnungen von Betätigungseinrichtungen für Kraftfahrzeugkupplungen wenigstens ein Federmittel vorzusehen, welches das unbetätigte Pedal in seiner Ruhestellung hält und das bei einer Bewegung des Pedals zwischen der Ruhestellung und der Endstellung zunächst geringfügig vorgespannt wird. Nach dem Überwinden eines Totpunktes unterstützt es die weitere Bewegung des Pedals durch eine Zusatzkraft. Insbesondere kann damit die Pedalkraft nach dem Überwinden des Totpunktes und zum Ende des Pedalweges spürbar verringert werden. Eine solche Feder bzw. ein solches Federmittel wird auch als Übertotpunktfeder bezeichnet. Insbesondere kann damit die Pedalkraft nach Überwinden des Totpunktes und zum Ende des Pedalweges spürbar verringert werden, wodurch teilweise auch die Stellkräfte der Ausrückvorrichtung der Kraftfahrzeugkupplung leichter überwunden werden können. Derartige Pedalanordnungen, die zu einer gleichmäßigen Aufbringkraft über dem Pedalweg (Pedalkraftkennlinie) führen sollen, werden beispielsweise in DE 101 04 665 A1 , DE 10 2005 035 067 A1 und DE 10 2008 044 824 A1 beschrieben.
Viele bekannte technische Lösungen sehen eine Verbesserung insbesondere des Pedalkraftverlaufs nach Durchschreiten des Totpunktes bis zur Endstellung des Ausrückvorganges vor, um beispielsweise einen von der Bedienperson als unangenehm empfundenen Pedal-Lastabfall möglichst zu vermeiden.
So wird in DE 202 20 483 U1 ein Pedalerie-Koppelglied für ein Kraftfahrzeug offenbart, welches der Modifizierung des durch die Federkennlinie des Übertotpunktfederelementes vorgegebenen Pedalkraftverlaufs dient. Dabei ist ein vorzugsweise ein Steuerkurvenelement oder eine Rollenanordnung aufweisendes Koppelglied derart ausgebildet, dass es in Kombination mit dem Übertotpunktfederelement in der Pedalerie angeordnet werden kann. Die Modifizierung ist pedalwegabhängig, wobei der Pedalkraftverlauf derart modifiziert wird, als ändere sich die Federkennlinie mit dem Überschreiten des Totpunktes des Übertotpunktfederelements und/oder zu Beginn der Aktivierung des Geberzylinders bzw. einer mechanischen Verbindung.
In DE 199 19 339 A1 wird eine Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung vorgeschlagen, die Mittel (Federelemente) vorsieht, die entlang des Weges vom Totpunkt zur Endstellung im ausgerückten Zustand der Kupplung einen den Einrückvorgang unterstützenden, nicht linearen Kraftverlauf aufweisen. Die Wirkung dieser Federelemente kann so eingestellt werden, dass unmittelbar nach Überschreiten des Totpunktes eine große Kraft in Richtung des Pedalweges wirkt, die mit zunehmendem Pedalweg in Richtung des Endpunktes des ausgerückten Zustandes kleiner wird und damit eine Kompensation des abfallenden Kraftverlaufs nach Durchschreiten des Totpunktes ermöglichen soll.
Moderne PKW sind durch ständig weiter steigende Motorendrehmomente gekennzeichnet. Bei unverändertem Bauraum steigt dabei zwangsläufig die Anpresskraft der Kupplung zur Übertragung des Motorendrehmoments. Auch die zum Einsatz kommenden Übertotpunktfedern sind mit einer entsprechend größeren Vorlast versehen. Somit muss der Fahrer beim Auskuppeln am Pedal eine immer größere Betätigungskraft aufbringen.
Um insbesondere dem Problem einer erhöhten Pedalkraft bis zum Erreichen der Totpunktlage der Übertotpunktfeder zu begegnen, wird gemäß DE 41 10 476 C2 vorgeschlagen, zusätzliche Federmittel so anzuordnen und auszubilden, dass sie nur von der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Endstellung des Kupplungshebels bis zu seiner Totpunktlage mit ihm in berührender Wirkverbindung stehen. Ab Erreichen des Totpunktes des Kupplungshebels stehen die zusätzlichen Federmittel mit diesem nicht mehr in Verbindung, wodurch eine Einflussnahme dieser Federmittel auf den Kupplungshebel unterbunden ist. Als zusätzliche Federmittel werden beispielsweise Schraubendruckfedern oder Gummipuffer vorgeschlagen, die zwischen dem Kupplungshebel und dem Pedalbock oder einem mit diesem verbundenen ortsfesten Bauteil angeordnet sind. Damit wird zwar dem eingangs erwähnten Erfordernis der Einflussnahme auf die Betätigungskraft zu Beginn des Ausrückvorganges, d. h. zwischen der eingerückten Endstellung der Kupplung und dem Totpunkt, Rechnung getragen. Allerdings bedeutet die Anordnung zusätzlicher Mittel an Pedal oder Pedalbock auch einen zusätzlichen Platzbedarf. Dieser benötigte Platz ist oftmals nicht vorhanden bzw. kann nur auf Kosten eines bedienerfreundlichen Aufbaus der Pedalerie geschaffen werden.
Weiterer Stand der Technik ist in der DE 36 36 748 C1 , in welcher die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung offenbart sind, sowie in der DE 199 43 339 A1 offenbart.
Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Beanspruchung von zusätzlichem Bauraum und mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine insbesondere zwischen der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangstellung und dem Totpunkt wirkende Pedalkraftreduzierung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird eine Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere einer Fahrzeugkupplung, vorgeschlagen, mit einer aus einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder gebildeten, druckmittelbetätigten Ausrückvorrichtung und einem Kupplungspedal, welches mit einer Kolbenstange eines Kolbens des Geberzylinders zusammenwirkt und von einer dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung in eine dem ausgerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Endstellung bringbar ist, wobei die Einrichtung wenigstens ein Federmittel aufweist, das bei einer Bewegung des Kupplungspedals zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung einen Totpunkt überwindet, und wobei wenigstens ein zusätzliches Federelement vorgesehen ist, welches der Reduzierung der das Kupplungspedal beaufschlagenden Pedalkraft zwischen der Anfangsstellung und dem Totpunkt dient, wobei erfindungsgemäß das zusätzliche Federelement in dem Geberzylinder angeordnet ist. Dabei ist durch das kolbenstangenseitig in dem Geberzylinder angeordnete Federelement eine Vorspannung auf den Kolben aufbringbar. Das Federelement weist in der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung eine maximale Vorspannung auf, mittels der der Kolben in Richtung eines Druckraumes beaufschlagbar ist. In einer dem Totpunkt entsprechenden Stellung der Kupplung weist das Federelement eine gegen Null gehende Vorspannung auf.
Dabei ist die maximale Vorspannung des Federelementes geringer als der in dem Druckraum auf den Kolben wirkende statische Druck. Das Federelement stützt sich mit seinem einen Ende an dem Kolben oder an einer kolbenseitig an der Kolbenstange ausgebildeten Durchmessererweiterung und mit seinem anderen Ende an einer mit einer Aufnahmeöffnung für die Kolbenstange versehenen Stirnseite des Gehäuses ab. Vorzugsweise ist das Federelement eine Druckfeder.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung
2 ein Diagramm mit Verläufen von Pedalkraftkennlinien.

Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Geberzylinder 1, der aus einem Gehäuse 2 und einem in dem Gehäuse 2 in axialer Richtung geführten Kolben 3 besteht. Der Kolben 3 steht in an sich bekannter Weise über eine schwenkbeweglich an ihm befestigte Kolbenstange 4 mit einem hier nicht dargestellten Kupplungspedal in Wirkverbindung. Des Weiteren besitzt der Geberzylinder 1 einen hydraulischen Anschluss für eine Druckleitung zu einem ebenfalls nicht dargestellten Nehmerzylinder sowie einen Nachlaufstutzen 5 zur Versorgung des hydraulischen Systems mit Hydraulikflüssigkeit. Im Innern des Gehäuses 2 wird ein hydraulischer Druckraum 6 gebildet, der durch den bewegbaren Kolben 3 begrenzt wird und den Druckaufbau bei Betätigung der Kupplung ermöglicht. Der Nachlaufstutzen 5 mündet zwischen einer der druckraumseitigen Abdichtung dienenden Primärdichtung 7 und einer Sekundärdichtung 8 in das Gehäuse 2. Kolbenstangenseitig ist außerdem ein Anschlag 9 zur Begrenzung des Kolbenhubes in dem Gehäuse 2 vorgesehen. Auf dieser dem Druckraum 6 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 3 ist in axialer Richtung ein Federelement 10 angeordnet, welches sich mit seinem einen Ende an einer flanschartigen Durchmessererweiterung 4.1 der Kolbenstange 4 und mit seinem anderen Ende an einer Stirnseite 2.1 des eine Aufnahmeöffnung für die Kolbenstange 4 bildenden Gehäuses 2 abstützt. Dabei kann die Kolbenstange 4 durchaus auch eine andere, der Abstützung/Aufnahme des Federelementes 10 dienende Ausbildung aufweisen. Auch kann sich das Federelement 10 mit seinem einen Ende direkt an der Stirnseite des Kolbens 3 abstützen. Das vorzugsweise von einer Druckfeder gebildete Federelement 10 ist dabei mit einer Vorspannung dem Kolben 3 vorgeschaltet, wodurch der Kolben 3 bereits in Richtung des Druckraums 6 mit einer Kraft beaufschlagt ist. Allerdings muss diese Kraft geringer sein als der in dem Druckraum 6 vorherrschende, auf den Kolben 3 wirkende statische Druck, um kein ungewolltes Ausrücken der Kupplung zu riskieren.
Wie weiter oben bereits bei den Lösungen des Standes der Technik geschildert, kommt auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Übertotpunktfeder zum Einsatz, die bei einer Stellung des Kupplungspedals zwischen einem Totpunkt T und einer Anfangs- bzw. Endstellung eine in Richtung dieser Anfangs- bzw. Endstellung gerichtete Kraft auf das Kupplungspedal ausübt.
Auf die konkrete Anordnung der Übertotpunktfeder (üblicherweise zwischen Kupplungspedal und Pedalbock) wird hier nicht näher eingegangen, da es für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht von Bedeutung ist. Es sei nur noch einmal darauf hingewiesen, dass bei Einsatz einer starken Übertotpunktfeder auch eine entsprechend hohe Pedalkraft F am Kupplungspedal von der Bedienperson aufzubringen ist. Dies betrifft das Teilstück des Pedalweges s, welches sich zwischen dem Totpunkt T und der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung befindet.
In 2 sind die Verläufe der Kennlinien der Übertotpunktfederkraft ÜTF, der Federkraft F10 des in dem Geberzylinder 1 angeordneten Federelementes 10 und der Pedalkraft beim Ausrücken PA und beim Einrücken PE in einem Pedalkraft(F)-Pedalweg(s)-Diagramm dargestellt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende: Gemäß der 1 befindet sich die Kupplung in der dem eingerückten Zustand entsprechenden Anfangsstellung. Das Federelement 10 liegt mit einer maximalen Vorspannung an dem Kolben 3 an. Diese den Kolben 3 beaufschlagende Kraft liegt aber noch unter dem auf den Kolben 3 wirkenden statischen Druck des Druckraumes 6. Wird nun das Kupplungspedal betätigt, erfolgt über die mit diesem verbundene Kolbenstange 4 auch eine Betätigung des Kolbens 3, der sich dadurch weiter in der 1 nach links bewegt und in an sich bekannter Weise einen hydraulischen Druck erzeugt, der über ein mit Hydraulikflüssigkeit befülltes Leitungssystem an einen Nehmerzylinder übertragen wird und dort die Verschiebung des Arbeitskolbens bewirkt, wodurch schließlich ein Kupplungsausrücker betätigt wird. Durch die Bewegung des Kolbens 3 im Geberzylinder 1 in Richtung des Druckraumes 6 kommt es auch zu einem Abbau der Vorspannung des Federelementes 10, die in Richtung des Totpunktes T kontinuierlich abnimmt, bis schließlich am Totpunkt T eine vollständige Entspannung des Federelementes 10 erreicht ist (s. 2). Nun kommt die Übertotpunktfeder mit ihrer Unterstützung für die Pedalkraft zwischen dem Totpunkt T und der dem ausgerückten Zustand entsprechenden Endstellung der Kupplung zur Wirkung.
Wie aus 2 gut zu erkennen ist, kann durch den Einsatz des in den Geberzylinder 1 integrierten Federelementes 10 die als Antrittskraft am Kupplungspedal benötigte Pedalkraft F stark reduziert werden. Die pedalkraftreduzierende Wirkung des Federelementes 10 zwischen der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung und dem Totpunkt T ist in den Kennlinien der Pedalkraftverläufe PA und PE mit gestrichelten Linien dargestellt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass insbesondere die Ausführung des Geberzylinders sich nicht auf das weiter oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es ist beispielsweise denkbar, dass innerhalb des Gehäuses 2 eine Führungshülse oder Kolbenschaftshülse vorgesehen ist. Ebenso ist eine andere Anordnung der Anschläge für den Kolben oder der Dichtungen möglich. Auch kann die Kolbenstange eine andere Ausbildung erfahren. Wichtig ist in jedem Fall, dass das erfindungsgemäße Federelement 10 zur Reduktion der Antrittskraft am Pedal unter Vorspannung dem Kolben 3 vorgeschaltet ist.
Gegenüber den Einrichtungen des Standes der Technik, die zusätzliche, außerhalb des Geberzylinders angeordnete, Mittel zur Verringerung der von der Bedienperson aufzuwendenden Pedalkraft eingesetzt haben, hat die erfindungsgemäße Einrichtung den großen Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Während die entsprechenden Mittel bei den Lösungen des Standes der Technik im Bereich der Pedalerie angebaut werden und somit einen komfortvermindernden Platzbedarf aufweisen, wird das zusätzliche Mittel der erfindungsgemäßen Einrichtung - das Federelement 10 - in den vorhandenen Geberzylinder integriert.
Bezugszeichenliste

1: Geberzylinder
2: Gehäuse
2.1: Stirnseite des Gehäuses
3: Kolben
4: Kolbenstange
4.1: Durchmessererweiterung der Kolbenstange
5: Nachlaufstutzen
6: Druckraum
7: Primärdichtung
8: Sekundärdichtung
9: Anschlag
10: Federelement
T: Totpunkt
F: Pedalkraft
s: Pedalweg
PA: Pedalkraftverlauf beim Ausrücken
PE: Pedalkraftverlauf beim Einrücken
ÜTF: Verlauf Übertotpunktfederkraft
F10: Verlauf Federkraft des Federelementes 10

Claims

Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer aus einem Geberzylinder (1) und einem Nehmerzylinder gebildeten, druckmittelbetätigten Ausrückvorrichtung und einem Kupplungspedal, welches mit einer Kolbenstange (4) eines Kolbens (3) des Geberzylinders (1) zusammenwirkt und von einer dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung in eine dem ausgerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Endstellung bringbar ist, wobei die Einrichtung wenigstens ein Federmittel aufweist, das bei einer Bewegung des Kupplungspedals zwischen der Anfangsstellung und der Endstellung einen Totpunkt (T) überwindet, und wobei wenigstens ein zusätzliches Federelement (10) vorgesehen ist, welches der Reduzierung der das Kupplungspedal beaufschlagenden Pedalkraft (F) zwischen der Anfangsstellung und dem Totpunkt (T) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Federelement (10) in dem Geberzylinder (1) angeordnet ist und dass das Federelement (10) sich mit seinem einen Ende an dem Kolben (3) oder an einer an der Kolbenstange (4) kolbenseitig ausgebildeten Durchmessererweiterung (4.1) und mit seinem anderen Ende an einer mit einer Aufnahmeöffnung für die Kolbenstange (4) versehenen Stirnseite (2.1) des Gehäuses (2) abstützt.
Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das kolbenstangenseitig in dem Geberzylinder (1) angeordnete Federelement (10) eine Vorspannung auf den Kolben (3) aufbringbar ist.
Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung nach Anspruch1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10) in der dem eingerückten Zustand der Kupplung entsprechenden Anfangsstellung eine maximale Vorspannung aufweist, mittels der der Kolben (3) in Richtung eines Druckraumes (6) beaufschlagbar ist.
Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10) in einer dem Totpunkt (T) entsprechenden Stellung der Kupplung eine gegen Null gehende Vorspannung aufweist.
Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Vorspannung des Federelementes (10) geringer ist als der in dem Druckraum (6) auf den Kolben (3) wirkende statische Druck.
Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10) eine Druckfeder ist.