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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung, bei der eine Bewegung eines schwenkbar um eine Achse eines Pedalbocks gelagerten Pedals auf eine zumindest einen Energiespeicher aufweisende Kinematik übertragbar ist, mittels welcher eine auf das Pedal aufzubringende Betätigungskraft beeinflussbar ist.
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Bekannte Betätigungseinrichtungen für Kupplungs- oder Bremssysteme von Kraftfahrzeugen weisen eine Federunterstützung auf, deren Zweck es ist, 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 Abfall der Betätigungskraft bis zum Pedalwegende.
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Üblicherweise ist zur Unterstützung der Betätigungskraft des Fahrers beim Ein- und Auskuppeln eine an dem Pedalhebel angreifende Übertotpunktfeder vorgesehen, die das unbetätigte Pedal in seiner Ruhestellung hält und die bei einer Bewegung des Pedals zwischen der (eingerückten) Ruhestellung und der (ausgerückten) Endstellung zunächst geringfügig vorgespannt wird. Nach der Überwindung des Totpunkts unterstützt die Feder die weitere Bewegung des Pedals durch eine in Richtung der vollständig niedergedrückten Stellung wirkenden Zusatzkraft. Vor dem Totpunkt bewirkt die Übertotpunktfeder hingegen eine in die Ruhestellung des Pedals gerichtete Kraft.
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Nachteilig an dieser Art von Kupplungshilfe ist die Tatsache, dass beim Einsatz von Übertotpunktfedern sich konstruktionsbedingt die vom Fahrer aufzubringende Kraft im ersten Teil des Kupplungspedalwegs erhöht und somit eine ungünstige Kraft-Weg-Kennlinie für den Kupplungsverlauf (sinusförmiger Verlauf) ergibt.
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Die im Stand der Technik eingesetzten Übertotpunktfedern können zwar eine die Pedalkraft unterstützende Kraft als auch eine dagegen wirkende Gegenkraft speichern. Soll jedoch ein genau definierter Kraftverlauf abgebildet werden, muss auf andere Energiespeichersysteme zurückgegriffen werden. So kommen beispielsweise so genannte C-Federn oder Sternfedern zum Einsatz, die allerdings sehr kostenaufwändig sind.
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In der
DE 10 2010 054 260 A1 wird beispielsweise eine Vorrichtung zur Reduzierung der Pedalkraft für Pedale von Kupplungen beschrieben, welche eine alternative Form der Kupplungshilfe gegenüber dem Einsatz von Übertotpunktfedern bereitstellt. Dabei ist um die Drehachse eines Kupplungspedals eine Hülse angebracht, in der Federmittel (z. B. ein sternförmiges Federelement) aufgenommen sind. Zudem ist innerhalb der Hülse ein Rollelement derart gelagert, dass bei einer Bewegung des Kupplungspedals um die Drehachse herum das Rollelement zu einer Rollbewegung entlang einer vorgegebenen Bahn mitgeführt wird. Die Drehbewegung des Pedals wird so in eine Federauslenkung umgewandelt, welche keinen Totpunkt zur Folge hat. Die Nachteile des weiter oben beschriebenen Einsatzes von Übertotpunktfedern können somit vermieden werden. Allerdings zeigt diese Vorrichtung einen aufwändigen und kostspieligen Aufbau.
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Aus der Fahrzeugtechnik sind so genannte Clutch-by-Wire-Systeme als automatische Kupplungsbetätigungen bekannt. Bei einem Clutch-by-Wire-System wird die Betätigung der Kupplung, d.h. das Öffnen und Schließen der Kupplung nicht vom Fahrer des Fahrzeugs über eine Betätigung des Kupplungspedals direkt durchgeführt, sondern es wird die Betätigung des Kupplungspedals über beispielsweise eine Kupplungspedalsensorik erfasst und von einem Steuergerät ausgewertet, welches dann beispielsweise in Abhängigkeit von weiteren Fahrzeugszustandsparametern einen Aktor zum Öffnen und Schließen der Kupplung ansteuert, so dass eine direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Kupplungspedal und dem Ausrücksystem der Kupplung nicht mehr vorliegt. Bei diesen automatisierten Kupplungssystemen ist das Kupplungspedal lediglich zum Auslösen der Kupplungsbetätigung vorgesehen. Die Betätigungskraft des Kupplungspedals ist nicht mehr abhängig von der Kraft, die notwendig ist, um die Kupplung auszurücken. Es hat sich aber gezeigt, dass es für den Fahrer von Vorteil ist, wenn er trotzdem eine bestimmte Betätigungskraft zum Betätigen der Kupplung aufbringen muss, wie es auch bei den herkömmlichen Kupplungssystemen notwendig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Anordnung zur Betätigung von Fahrzeugkupplungen zu entwickeln, die eine preisgünstige Lösung zur Kraftspeicherung am Kupplungspedal darstellt, wobei beliebige Kupplungskennlinien abgebildet werden können.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Bei einer Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung, bei der eine Bewegung eines schwenkbar um eine Achse eines Pedalbocks gelagerten Pedals auf eine zumindest einen Energiespeicher aufweisende Kinematik übertragbar ist, mittels welcher eine auf das Pedal aufzubringende Betätigungskraft beeinflussbar ist, weist erfindungsgemäß die Kinematik ein mit dem Pedal in Wirkverbindung stehendes Zahnradgetriebe auf, welches aus unrunden Zahnrädern/Zahnradsegmenten gebildet ist. Dabei sind die Zahnräder/Zahnradsegmente durch den als Federelement ausgebildeten Energiespeicher vorgespannt.
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In vorteilhafter Weise sind die Zahnräder/Zahnradsegmente zumindest teilweise an dem Pedal angeordnet, wobei mindestens zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder/Zahnradsegmente vorgesehen sind, und das eine Zahnrad/Zahnradsegment feststehend und das andere Zahnrad/Zahnradsegment drehbar angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Schwenkbewegung des Pedals um seine Achse findet hierbei eine zwangsweise Drehbewegung des Zahnrades/Zahnradsegmentes um eine Drehachse statt.
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In vorteilhafter Weise ist das als Schraubenfeder ausgebildete Federelement einerseits an einem gehäusefesten Bauteil/an einer Karosserie befestigt und andererseits mit einem Endstück an dem drehbaren Zahnrad/Zahnradsegment angelenkt. Dabei ist in Abhängigkeit von der Anordnung des Federelementes an dem gehäusefesten Bauteil/der Karosserie und/oder von der Befestigung an dem drehbaren Zahnrad/Zahnradsegment eine die auf das Pedal aufzubringende Betätigungskraft unterstützende oder eine der Betätigungskraft entgegen wirkende Kraft erzielbar.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Federelement als Schenkelfeder ausgebildet, welche an der Drehachse des drehbaren Zahnrades/Zahnradsegmentes angeordnet ist. In vorteilhafter Weise können das Zahnrad/Zahnradsegment und/oder das Zahnrad/Zahnradsegment an dem Pedal und/oder an dem Pedalbock/an einem gehäusefesten Bauteil angeordnet sind. Dabei kann das Zahnradgetriebe aus mehr als zwei Zahnrädern/Zahnradsegmenten gebildet sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung,
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2 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung,
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3 eine dritte Ausführungsform einer Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung,
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4 eine vierte Ausführungsform einer Anordnung zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung.
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In den 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, die insbesondere für mechanische und elektronische Kupplungen (Clutch-by-wire) genutzt werden können. Ihr Einsatz ist aber auch bei anderen Fahrzeugkupplungen möglich.
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Dabei zeigt 1 eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Anordnung zur Betätigung von Kupplungen in Kraftfahrzeugen mit einem Kupplungspedal 1, das um eine Achse A verschwenkbar an einem Gehäusebauteil, beispielsweise einem Pedalbock, angeordnet ist. Üblicherweise weist das Pedal 1 eine Trittfläche 2 auf, die der Fahrer beim Ein- bzw. Auskuppeln mit seinem Fuß berührt, wodurch das Pedal 1 eine Schwenkbewegung s um die Achse A durchführt. Auf die weiterführende Aktorik zur Betätigung der Kupplung soll hier nicht näher eingegangen werden, da sie nicht erfindungsrelevant ist. Ein von einem Federelement gebildeter Energiespeicher 3 ist gehäusefest, beispielsweise an einer Karosserie K (hier nur angedeutet) des Fahrzeuges, angeordnet. Mit einem Ende 3.1 ist das hier vorzugsweise eine Schraubenfeder darstellende, vorgespannte Federelement 3 an einem unrunden Zahnrad 4 angelenkt. Die Verzahnung des drehbeweglich ausgebildeten Zahnrades 4 steht dabei mit einer Verzahnung eines feststehenden, ebenfalls unrunden, Zahnrades 5 in Eingriff. Das von den beiden Zahnrädern 4, 5 gebildete, durch das Federelement 3 vorgespannte, Zahnradgetriebe steht mit dem Pedal 1 in Wirkverbindung.
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In 1 sind zwei miteinander in Eingriff stehende unrunde Zahnräder 4, 5 dargestellt. In Abhängigkeit von der gewünschten/benötigten Kupplungskennlinie können auch mehr als zwei Zahnräder 4, 5 eingesetzt werden, die mittels des Energiespeichers/Federelementes 3 vorgespannt sind. Dabei können die Zahnräder 4, 5 in vorteilhafter Weise als Zahnradsegmente ausgebildet sein, wie es in den 2 bis 4 dargestellt ist. Auf diese Weise werden unter Beibehaltung der Funktion der Material-, Fertigungs- und Kostenaufwand sowie der Platzbedarf gesenkt.
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Es sind verschiedene Varianten der Anordnung/Befestigung der Zahnräder 4, 5 möglich, um die gewünschte Kupplungskennlinie zu erzielen. Die in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellten Anordnungen sind hierbei nur als eine Auswahl von Ausführungsbeispielen anzusehen.
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Eine Variante sieht eine Befestigung des feststehenden Zahnrades 5 an dem Pedal 1 vor. Die Verzahnung des Zahnrades 5 befindet sich in Eingriff mit der Verzahnung des hier nicht mit dem Pedal 1 verbundenen, drehbeweglichen Zahnrades 4, das über das Federelement 3 vorgespannt ist. Bei einer Beaufschlagung des Pedals 1 mit einer Betätigungskraft – beispielsweise durch den Fuß des Fahrers auf die Trittfläche 2 – führt das Pedal 1 eine Schwenkbewegung s um die Achse A durch. Diese Bewegung vollzieht auch das mit dem Pedal 1 fest verbundene Zahnrad 5, wobei es über die in Eingriff stehenden Verzahnungen eine Drehbewegung des Zahnrades 4 um seine Drehachse A1 bewirkt. Dadurch kommt es zu einer Verlagerung des Endes 3.1 des an dem Zahnrad 4 angelenkten Federelementes 3, was zu einer Entlastung oder zu einer Belastung des Federelementes 3 führt.
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Denkbar ist auch eine Anordnung beider Zahnräder 4, 5 auf dem Pedal 1, wobei das Zahnrad 5 wieder drehfest mit dem Pedal 1 verbunden ist. Das Zahnrad 4 ist um seine Drehachse A1 drehbeweglich an dem Pedal 1 gelagert. Durch das an dem Zahnrad 4 angelenkte Federelement 3 sind die miteinander über ihre Verzahnung in Eingriff stehenden Zahnräder 4, 5 vorgespannt. Analog der weiter oben beschriebenen Variante wird bei einer Schwenkbewegung s des Pedals 1 auch das feste Zahnrad 5 mit bewegt, wodurch das drehbewegliche Zahnrad 4 eine Drehbewegung um seine Drehachse A1 ausführt und somit eine Veränderung des Zustandes des Federelementes 3 bewirkt.
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Bei einer anderen Variante sind das feststehende Zahnrad 5 außerhalb des Pedals 1, beispielsweise an dem Pedalbock, und das drehbare Zahnrad 4 an dem Pedal 1 angeordnet. Dabei steht auch hier das drehbare und über das Federelement 3 vorgespannte Zahnrad 4 mit dem Zahnrad 5 in Eingriff. Bei einer Schwenkbewegung s des Pedals 1 um die Achse A kämmt die Verzahnung des drehbaren Zahnrades 4 mit der Verzahnung des feststehenden Zahnrades 5, wodurch eine Verlagerung des Endes 3.1 des Federelementes 3 und somit dessen Be- oder Entlastung bewirkt wird.
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Je nach Bedarf und Komplexität der gewünschten Kupplungskennlinie kann die erfindungsgemäße Anordnung beliebig variiert und mit zusätzlichen Zahnrädern erweitert werden.
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Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist ihre Wirkungsweise, bei welcher es durch die Schwenkbewegung s des Pedals 1 auf Grund der sich miteinander in Eingriff befindenden Verzahnungen der beiden unrunden Zahnräder 4, 5 und der dadurch bewirkten Drehbewegung des Zahnrades 4 zu einer Entlastung oder zu einer Belastung des Federelementes 3 kommt. Das geschieht in Abhängigkeit von der Richtung der Schwenkbewegung s des Pedals 1. Ebenso ist die Anordnung des Federelementes 3 an der Karosserie bzw. seine konkrete Anlenkung am Zahnrad 4 verantwortlich dafür, ob beim Öffnen der Kupplung eine Entlastung oder eine weitere Belastung des Federelementes 3 vorliegt, und ob somit eine die am Pedal 1 aufzubringende Betätigungskraft unterstützende oder eine dieser entgegen wirkende Kraft erzeugt wird.
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Auf Grund der unrunden Ausbildung der Zahnräder 4, 5 ergibt sich bei allen Ausführungen/Anordnungen eine nichtlineare Abrollgeschwindigkeit, wodurch wiederum eine nichtlineare Kraft erzeugbar ist. Die erzielte Pedalkraft-Pedalweg-Kennlinie zeigt einen entsprechend komplexen Verlauf.
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Je nach Einsatzgebiet kann die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung einer die Pedalkraft/Betätigungskraft unterstützenden Kraft oder zur Erzeugung einer der Pedalkraft/Betätigungskraft entgegen wirkenden Kraft genutzt werden.
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So zeigt 2 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Anordnung zur Betätigung einer Kupplung, welche insbesondere für eine Pedalkraftunterstützung, beispielsweise in einer mechanischen Kupplungsbetätigungsvorrichtung, vorgesehen ist. Die hier jeweils als Zahnradsegment 4 bzw. Zahnradsegment 5 ausgebildeten Zahnräder 4, 5 sind analog 1 angeordnet, wobei das Zahnradsegment 5 feststehend ist und mit dem um die Drehachse A1 schwenkbaren Zahnradsegment 4 in Eingriff steht. Die Zahnradsegmente 4, 5 sind über das mit dem Zahnradsegment 4 verbundene, beispielsweise als eine Schraubendruckfeder ausgebildete, Federelement 3 vorgespannt. Dabei ist das Federelement 3 so an einem gehäusefesten Bauteil, z. B. an der Karosserie K, angeordnet, dass bei einer Betätigung des Pedals 1 zum Öffnen der Kupplung und der dadurch stattfindenden Drehbewegung des drehbaren Zahnradsegmentes 4 es zu einer pedalkraftunterstützenden Wirkung des Federelementes 3 kommt. Die an dem Pedal 1 aufzubringende Pedalkraft/Betätigungskraft wird somit reduziert.
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In 3 ist eine insbesondere bei einem Clutch-by-Wire-System einsetzbare erfindungsgemäße Ausführung einer Anordnung zur Betätigung einer Kupplung dargestellt. Die Zahnradsegmente 4, 5 sind analog den Zahnradsegmenten 4, 5 der 2 angeordnet. Allerdings ist hier das Federelement 3 derart an der Karosserie K angebracht, dass bei einer Beaufschlagung des Pedals 1 in Richtung des Öffnens der Kupplung über das Federelement 3 eine Gegenkraft erzeugt wird, die eine Erhöhung der am Pedal 1 aufzubringenden Betätigungskraft bedeutet.
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In 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Anordnung zur Betätigung einer Kupplung aufgezeigt. Als Federelement 3 findet eine Schenkelfeder Anwendung, die an der Drehachse A1 des drehbaren Zahnradsegmentes 4 angeordnet ist. Dabei ist ein Schenkel 3.2 fest angeordnet, während ein anderer Schenkel 3.3 mit dem Zahnradsegment 4 verbunden ist. Bei einer Schwenkbewegung s des Pedals 1 um die Achse A und entsprechender Drehbewegung des Zahnradsegmentes 4 um die Drehachse A1 kommt es – in Abhängigkeit von der Ausgangsstellung des Schenkels 3.3 – zu einer Entspannung oder zu einer Belastung der Schenkelfeder 3.
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Durch den Einsatz der unrunden Zahnräder/Zahnradsegmente 4, 5, die mittels eines Federelementes 3 vorgespannt sind, werden eine nichtlineare Abrollgeschwindigkeit und damit eine nichtlineare Kraft erzeugt. Es können beliebige Kupplungskennlinien abgebildet werden, welche mittels verschiedener Varianten der Anordnung des Federelementes 3 und/oder der Zahnräder/Zahnradsegmente 4, 5 erzielbar sind. Unrunde Zahnräder kommen zunehmend in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz. Sie können für spezielle Getriebeaufgaben optimal ausgelegt werden und lassen sich zudem mit hoher Qualität preiswert herstellen. Die Zahnräder/Zahnradsegmente 4, 5 können vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedal/Kupplungspedal
- 2
- Trittfläche
- 3
- Energiespeicher/Federelement/Schraubenfeder/Schenkelfeder
- 3.1
- Ende/Endstück des Federelementes
- 3.2
- Schenkel der Schenkelfeder
- 3.3
- Schenkel der Schenkelfeder
- 4
- drehbares Zahnrad/Zahnradsegment
- 5
- festes Zahnrad/Zahnradsegment
- A
- Achse des Pedals
- A1
- Drehachse des Zahnrades/Zahnradsegmentes
- K
- Karosserie/gehäusefestes Bauteil
- s
- Schwenkbewegung des Pedals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054260 A1 [0006]
