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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Kupplungssysteme für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplungspedaleinheit für ein elektrisch betätigtes Kupplungssystem.
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Hintergrund der Erfindung
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In modernen Kraftfahrzeugen werden anstelle der bisherigen hydraulischen oder mechanischen Kupplungssysteme zunehmend elektrische Kupplungssysteme eingesetzt. Dies bedeutet, dass ein Kraftfluss, beispielsweise zwischen Motor und Getriebe, nicht durch hydraulische Systeme eingekoppelt bzw. entkoppelt wird, sondern beispielsweise ein elektrisch betriebener Aktuator zur Kupplungsbetätigung eingesetzt werden kann.
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Dies kann Vorteile hinsichtlich eines Kraftstoffverbrauchs oder hinsichtlich eines Fahrkomforts haben, weil die Kupplung durch eine Person, beispielsweise einem Fahrer eines Kraftfahrzeuges, kontrolliert betätigt werden kann und beispielsweise ein Kuppelvorgang entsprechend der jeweils aktuellen Position eines betätigten Pedals vorgenommen werden kann. Diese Positionsinformationen können beispielsweise über einen Positionssensor bereitgestellt werden, der am Pedal angebracht ist und mithilfe geeigneter und im Stand der Technik bekannter Messmethoden eine Position des Pedals gegenüber beispielsweise einem Gehäuse ermittelt und als elektrisches Signal einem Steuergerät des Aktuator zur Verfügung stellen kann. Bekannte Methoden sind beispielsweise Hall-Geber oder potentiometerbasierte Systeme.
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Aus der
EP 2 253 861 A2 ist ein derartiges elektrisches Kupplungssystem, auch als „clutch-by-wire“ bezeichnet, bekannt.
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Aus der
WO 2010/060498 A1 ist ein Aktuatorsystem für eine elektronische Kupplung bekannt.
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Aus der
US 2009/0120232 A1 ist ein Pedal mit einem Positionssensor bekannt.
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Aus der
DE 102 58 939 A1 ist eine Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass in herkömmlichen Kupplungssystemen der Fahrer eines Kraftfahrzeuges bei der Betätigung des Kupplungspedals typischerweise eine Gegenkraft oder ein Gegenmoment, beispielsweise am Fuß wahrnimmt, da das Pedal automatisch beispielsweise über Federmechanismen in seine Ausgangsposition oder Ruheposition zurückgedrückt wird.
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Durch die mechanischen oder hydraulischen Kupplungsprinzipien ergibt sich allerdings aufgrund der Mechanik und/oder aufgrund der durch die Hydraulikflüssigkeiten verursachten Effekte bei den herkömmlichen Kupplungssystemen eine bestimmte, von der Auslenkung des Pedals abhängige Rückkopplungscharakteristik eines Pedalmoments oder einer Pedalkraft. Mit anderen Worten ergibt sich häufig bei Auslenkung des Pedals ein progressives, nichtlineares Rückkopplungsmoment, dessen Charakteristik von vielen Kraftfahrzeugfahrern als typisch oder gewohnt für eine konventionelle oder klassische Kraftfahrzeugkupplung wahrgenommen werden kann. Ausführungsformen der Erfindung können vorteilhaft ein von konventionellen Kupplungssystemen bekanntes oder vertrautes Rückkopplungsverhalten ohne nachteilige Wechselwirkung mit einem Positionssensor der Kupplungspedaleinheit erzielen, was insbesondere einen Bedienungskomfort verbessern kann. Durch den weitgehenden Verzicht auf mechanische Komponenten herkömmlicher Kupplungssysteme (z.B. Seilzüge oder Hydraulikleitungen) können weiterhin Reibung und Verschleiß verringert werden. Desweiteren kann ein Nachrüsten einer bereits vorhandenen Kupplungspedaleinheit ermöglicht werden, ohne signifikante bauliche Veränderungen, beispielsweise in einem Gehäuse, vornehmen zu müssen.
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Der weiter unten beschriebenen Erfindung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Elektrisch betätigte Kupplungssysteme, also sogenannte e-Clutch-Systeme oder Clutch-by-wire-Systeme, beruhen insbesondere in Bezug auf die Betätigung auf einem grundsätzlich anderen technischen Prinzip als herkömmliche Kupplungssysteme. So weisen e-Clutch-Systeme in der Regel Positionssensoren zur Steuerung des Kupplungssystems auf. Durch den Verzicht auf herkömmliche hydraulische oder mechanische Betätigungsmechanismen und die Umstellung auf eine indirekte Kupplungsbetätigung über elektrische Sensoren und Aktuatoren (clutch-by-wire) entfällt meist auch das typische, dem Kraftfahrzeugfahrer bekannte und vertraute Rückkoppelverhalten an der Kupplungspedaleinheit. Vielmehr tritt aufgrund des derzeitigen Aufbaus ein häufig lineares Rückkoppelverhalten auf. Um dem Fahrer höheren Bedienkomfort zu bieten, wäre es also wünschenswert, die dem Fahrer vertraute progressive Rückkopplung der Kupplungspedaleinheit auch bei Verwendung von elektrisch betätigten Kupplungssystemen so gut wie möglich zu simulieren. Unter „progressiv“ soll hier bei linearer Auslenkung des Pedals ein anfänglich gegenüber einem linearen Verlauf überproportional ansteigendes Moment verstanden werden, das danach mit einer im Vergleich zum linearen Verlauf geringeren Zunahme einen Maximalwert erreicht.
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Dabei soll eine Wechselwirkung zwischen einem Positionssensor, der eine aktuelle Position oder Auslenkung des Pedals erfasst, und einem Rückkopplungsmechanismus minimiert werden, um beispielsweise Messwerte nicht zu verfälschen. Zudem kann sich in bestimmten Fällen die Notwendigkeit ergeben, bereits eingebaute Kupplungspedaleinheiten für elektrisch betätigte Kupplungssysteme nachträglich so zu verändern, dass mit vertretbarem Kosten- und Arbeitsaufwand das klassische, bekannte Rückkoppelverhalten erzeugt werden kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Pedal bereitzustellen, welches einen zunächst progressiven Verlauf und nach Überschreitung eines Maximalwertes einen abfallenden Momentenverlauf aufweist.
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Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wird daher eine Kupplungspedaleinheit für ein elektrisch betätigtes Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, das ein Gehäuse sowie ein Pedal aufweist, das zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsendposition schwenkbar über eine Pedalschwenkachse im Gehäuse angebracht ist und einen Betätigungsschenkel aufweist, der weiterhin z.B. aus dem Gehäuse herausragen kann. Hierbei kann das Gehäuse beispielsweise in einem Fußraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein und eine Mechanik und ein Inneres der Kupplungspedaleinheit vor äußeren Einflüssen wie Verschmutzung oder mechanischen Einflüssen schützen. Die Betätigungsendposition kann so verstanden werden, dass sich das Pedal im Wesentlichen am Ende eines möglichen Auslenkungsweges befindet, das Pedal also im allgemeinen Sprachgebrauch als „durchgetreten“ bezeichnet ist. Hierbei kann eine Kupplung eine im Wesentlichen vollständig offenen Zustand aufweisen bzw. sich in ihrer Endposition befinden.
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Ein Betätigungsschenkel eines Pedals kann ein beispielsweise 15-30 cm langer Schenkel sein, der ausgelegt ist, mit einem Fuß betätigt zu werden. Hierbei ist unter einer Ruheposition eine Ausgangsposition in unbetätigtem Zustand des Pedals zu verstehen, der einem eingekoppelten Zustand der Kupplung entsprechen kann. Im Gegensatz dazu kann eine Betätigungsendposition einem ausgekoppelten Zustand einer Kupplung entsprechen, bei dem beispielsweise ein Kraftfluss zwischen Getriebe und Motor unterbrochen ist. Hierbei kann, z.B. durch die Kraft eines Fußes einer betätigenden Person, der Betätigungsschenkel des Pedals in der Betätigungsendposition gehalten werden. Unter der Pedalschwenkachse kann eine Schwenkachse oder Drehachse verstanden werden, um die das Pedal schwenkt oder sich dreht und die beispielsweise quer zu einer Betätigungsrichtung des Pedals verlaufen kann. Beispielsweise kann die Schwenkachse des Pedals durch das Gehäuse verlaufen.
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Weiterhin weist die Kupplungspedaleinheit einen Positionssensor auf, der ausgestaltet ist, ein elektrisches Steuersignal in Abhängigkeit einer Winkelposition des Pedals relativ zum Gehäuse zu generieren. Mit anderen Worten detektiert dieser Positionssensor einen Grad der Betätigung oder ein Schwenken des Pedals gegenüber dem Gehäuse und kann so beispielsweise einen Grad der Auslenkung der Kupplung über entsprechende elektrische Steuergrößen an eine nachgeordnete Steuereinheit oder einen Aktuator zum mechanischen Betätigen der Kupplung weitergeben.
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Die Kupplungspedaleinheit weist weiterhin ein längliches Rückkopplungsfederelement auf, das ausgeführt ist, ein Rückkopplungsmoment auf das Pedal in Richtung seiner Ruheposition zu generieren. Dies bedeutet, dass, z.B. am Fuß der betätigenden Person, eine Gegenkraft oder ein Gegenmoment spürbar sein kann, das den Betätigungsschenkel des Pedals in Richtung seiner Ruheposition zurückführt. Ein erstes Ende des Rückkopplungsfederelements ist schwenkbar am Betätigungsschenkel des Pedals außerhalb des Gehäuses abgestützt und ein zweites Ende des Rückkopplungsfederelements ist schwenkbar an einer Außenseite des Gehäuses abgestützt, sodass bei Bewegung des Pedals von der Ruheposition in die Betätigungsendposition das Rückkopplungsfederelement entlang seiner Längsachse komprimiert wird und dabei eine Schwenkbewegung um sein zweites Ende am Gehäuse ausführt. Die Längsachse verläuft dabei durch das erste und zweite Ende des Rückkopplungsfederelementes. Das Rückkopplungsfederelement kann dabei auch relativ zu seinem ersten Ende am Betätigungsschenkel schwenken.
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Eine schwenkbare Anbringung kann hierbei beispielsweise durch Gelenke, geeignete Aufnahmemechanismen oder ähnliche im Stand der Technik bekannte Lösungen erfolgen. Die schwenkbare Anbringung erfolgt dabei so, dass ein Schwenken des Rückkopplungsfederelements im gesamten Pedalwegbereich zwischen Ruheposition und Betätigungsendposition des Pedals unterstützt ist. Eine Position der Enden am Betätigungsschenkel und am Gehäuse ist so gewählt, dass sich in der Betätigungsendposition des Pedals die Längsachse des Rückkopplungsfederelementes in unmittelbarer Nähe der Pedalschwenkachse befindet. Dabei kann die Kupplungspedaleinheit derart ausgebildet sein, dass die Längsachse des Rückkopplungsfederelementes die Pedalschwenkachse in der Betätigungsendposition noch nicht schneidet, den Totpunkt des Rückkopplungsfederelements also nicht überschreitet. Unter der unmittelbaren Nähe der Pedalschwenkachse kann eine geringfügige Abweichung von der vorgenannten Schnittpunktposition verstanden werden, bei der lediglich ein minimales und für eine betätigende Person kaum spürbares Rückkopplungsmoment bzw. Pedalmoment generiert wird. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass in diesem Bereich das Rückkopplungsfederelement ein Rückkopplungsmoment von weniger als 10% eines maximalen Rückkopplungsmomentes generiert wird. Gemäß einem weiteren Beispiel beträgt dieser Wert 5% eines maximalen Rückkopplungsmomentes.
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Dabei kann der Ausdruck „in unmittelbarer Nähe“ eine maximale Abweichung von minus 5 Grad von der Schnittpunktposition der Längsachse ausgehend vom ersten Ende des Rückkopplungsfederelements bedeuten. In einem weiteren Beispiel beträgt die Abweichung plus/minus 10 Grad von der Schnittpunktposition der Längsachse mit der Pedalschwenkachse, ausgehend vom ersten Ende des Rückkopplungsfederelements.
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In einer Ausführungsform liegt in der Betätigungsendposition ein Winkel zwischen der Längsachse und der Verbindungslinie zwischen dem ersten Ende des Rückkopplungsfederelements und der Pedalschwenkachse in einem Bereich zweites Ende am Gehäuse ausführt. Die Längsachse verläuft dabei durch das erste und zweite Ende des Rückkopplungsfederelementes. Das Rückkopplungsfederelement kann dabei auch relativ zu seinem ersten Ende am Betätigungsschenkel schwenken.
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Eine schwenkbare Anbringung kann hierbei beispielsweise durch Gelenke, geeignete Aufnahmemechanismen oder ähnliche im Stand der Technik bekannte Lösungen erfolgen. Die schwenkbare Anbringung erfolgt dabei so, dass ein Schwenken des Rückkopplungsfederelements im gesamten Pedalwegbereich zwischen Ruheposition und Betätigungsendposition des Pedals unterstützt ist. Eine Position der Enden am Betätigungsschenkel und am Gehäuse ist so gewählt, dass sich in der Betätigungsendposition des Pedals die Längsachse des Rückkopplungsfederelementes in unmittelbarer Nähe der Pedalschwenkachse befindet. Dabei kann die Kupplungspedaleinheit derart ausgebildet sein, dass die Längsachse des Rückkopplungsfederelementes die Pedalschwenkachse in der Betätigungsendposition noch nicht schneidet, den Totpunkt des Rückkopplungsfederelements also nicht überschreitet. Unter der unmittelbaren Nähe der Pedalschwenkachse kann eine geringfügige Abweichung von der vorgenannten Schnittpunktposition verstanden werden, bei der lediglich ein minimales und für eine betätigende Person kaum spürbares Rückkopplungsmoment bzw. Pedalmoment generiert wird. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass in die unmittelbare Nähe der Pedalschwenkachse bedeutet, dass in diesem Bereich das Rückkopplungsfederelement ein Rückkopplungsmoment von weniger als 10% eines maximalen Rückkopplungsmomentes generiert wird. Gemäß einem weiteren Beispiel beträgt dieser Wert 5% eines maximalen Rückkopplungsmomentes.
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Dabei kann der Ausdruck „in unmittelbarer Nähe“ eine maximale Abweichung von minus 5 Grad von der Schnittpunktposition der Längsachse ausgehend vom ersten Ende des Rückkopplungsfederelements bedeuten. In einem weiteren Beispiel beträgt die Abweichung plus/minus 10 Grad von der Schnittpunktposition der Längsachse mit der Pedalschwenkachse, ausgehend vom ersten Ende des Rückkopplungsfederelements.
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In einer Ausführungsform liegt in der Betätigungsendposition ein Winkel zwischen der Längsachse und der Verbindungslinie zwischen dem ersten Ende des Rückkopplungsfederelements und der Pedalschwenkachse in einem Bereich von minus 0,1 bis minus 10 Grad (-0,1° ... -10°), wobei der Winkel ausgeht vom ersten Ende des Rückkopplungsfederelements.
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In der Position, auch häufig bezeichnet als Totpunkt, in der die Längsachse des Rückkopplungsfederelements die Pedalschwenkachse schneidet, wird vom Rückkopplungsfederelement kein Rückkopplungsmoment auf das Pedal ausgeübt, da eine Rückstellkraft des Rückkopplungsfederelements direkt auf die ortsfeste Pedalschwenkachse wirkt und somit kein Drehmoment erzeugt wird. Dies ist dadurch begründet, dass unter Anwendung der Drehmomentrelation M = R x F, mit M als Drehmoment, R als dem Hebelarm und F als der Federkraft, in der oben beschriebenen Position der Hebelarm Null beträgt und dadurch das Drehmoment ebenfalls Null beträgt. Die Kupplungspedaleinheit kann so ausgebildet sein, dass diese auch als Totpunkt zu bezeichnende Schnittpunktanordnung nicht erreicht und damit auch nicht überschritten wird, auch nicht in der Betätigungsendposition.
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In einer Ausführungsform ist das Rückkopplungsfederelement lösbar am Pedal und/oder am Gehäuse angebracht. Dies kann den Vorteil haben, dass ein bereits angebrachtes Rückkopplungsfederelement durch seine Lage außen am Gehäuse bzw. am Pedal wieder entfernt werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise ermöglicht werden, dass Rückkopplungsfederelemente mit verschiedenen Kennlinien zum Einsatz kommen können und je nach Kundenwunsch angebracht werden können. Umgekehrt ist es gemäß einem Beispiel auch möglich, ein Rückkopplungsfederelement nachträglich an eine Kupplungspedaleinheit anzubringen, was insbesondere durch die Positionierung des Rückkopplungsfederelements außerhalb des Gehäuses möglich ist. Hierbei kann beispielsweise eine Befestigungsvorrichtung am Pedal angebracht werden, die das erste Ende des Rückkopplungsfederelements schwenkbar aufnimmt sowie eine geeignete Befestigung oder Aufnahme an der Außenseite des bereits installierten Gehäuses. Unter „lösbar“ können alle Arten von Lösungen zur Befestigung verstanden werden, die es erlauben, das Rückstellfederelement mit vertretbarem Aufwand reversibel anzubringen oder wieder zu lösen.
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In einer Ausführungsform weist die Kupplungspedaleinheit ein Rückstellfederelement auf, das ein Rückstellmoment in Richtung einer Ruheposition des Pedals erzeugt. Hierbei überlagern sich das Rückstellmoment und das Rückkopplungsmoment zu einem Gesamtmoment des Pedals. Mit anderen Worten ist unabhängig vom Rückkopplungsfederelement ein weiteres Federelement vorgesehen, das beispielsweise im Gehäuse angeordnet ist und zum Rückstellen und Rückbewegen des Pedals in die Ruheposition vorgesehen ist. Dieses Rückkopplungsfederelement kann in einem Beispiel aus einer Kombination von mehreren Federn bestehen, die parallel oder seriell miteinander gekoppelt sind. Die Kombination eines Rückstellfederelementes mit einem Rückkopplungsfederelement kann vorteilhaft eine Charakteristik bzw. einen Verlauf eines Gesamtmoments über den Schwenkweg eines Pedals beeinflussen, sodass bei gezielter Auswahl und Dimensionierung der Federelemente beispielsweise eine gewünschte Charakteristik des Gesamtmoments und somit ein Rückkoppelverhalten der Kupplungspedaleinheit bestimmt werden kann.
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In einer Ausführungsform weist das Rückkopplungsfederelement eine nichtlineare und/oder progressive Federkennlinie auf. Dies bedeutet, dass bei einer linear verlaufenden Auslenkung des Pedals das Rückkopplungsmoment progressiv, also beispielsweise überproportional gegenüber der Auslenkung des Pedals oder gemäß einem weiteren Beispiel exponentiell ansteigt. Dies kann auch bedeuten, dass sich ein Grad des Anstiegs des Rückkopplungsmoments über die Auslenkung des Pedals verändert und somit sehr individuelle Verläufe eines Rückstellmoments möglich sind. In einem Beispiel ist die Federkennlinie des Rückkopplungsfederelements so gestaltet, dass sie der Charakteristik einer Federkennlinie eines konventionellen Kupplungssystems entspricht. Gemäß einem Beispiel verringert sich nach Erreichen eines Maximalwertes das Rückkopplungsmoment bei weiterer Auslenkung des Pedals wieder.
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In einer Ausführungsform weist das Rückkopplungsfederelement einen Führungszylinder auf, um dessen Umfang zwei seriell gekoppelte Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten konzentrisch zueinander angeordnet sowie auf dem Führungszylinder in Längsrichtung des Rückkopplungsfederelements beweglich angeordnet sind. Hierbei kann ein Führungszylinder beispielsweise ein zylindrisch ausgeformter Bolzen oder ähnliches sein, dessen Außenumfang kleiner ist als ein Innenumfang der Schraubenfedern, sodass der Führungszylinder im Innenbereich der Schraubenfedern angeordnet sein kann. Neben zylindrischen Formen sind auch andere, eckige oder weitere Querschnittsformen denkbar, die eine Längsbewegung und Kompression der Schraubenfedern erlauben. Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass eine stabile Führung der Schraubenfedern platzsparend umgesetzt werden kann.
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In einer Ausführungsform sind die erste und zweite Schraubenfeder über einen Ring gekoppelt, der konzentrisch und in Längsrichtung des Rückkopplungsfederelementes bewegbar auf dem Führungszylinder angeordnet ist. Ein Ring kann hier den Vorteil haben, dass eine mechanisch stabile Kopplung der beiden Schraubenfedern in Längsrichtung hintereinander möglich ist und gleichzeitig eine Längsbewegung oder Verschieben auf dem Führungszylinder ermöglicht werden kann. Desweiteren können gegebenenfalls Größenunterschiede oder Formunterschiede der beiden Schraubenfedern zur besseren Kopplung ausgeglichen werden.
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In einer Ausführungsform weist der Führungszylinder des Rückkopplungsfederelements in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse einen Anschlag für den Ring auf, der so ausgestaltet und angeordnet ist, dass bei Kompression des Rückkopplungsfederelements bei Erreichen einer definierten Kompression der Schraubenfeder mit der geringeren Federkonstante eine weitere axiale Bewegung des Ringes bzw. weitere Bewegung des Ringes in Längsrichtung und somit eine weitere Kompression der Schraubenfeder mit der geringeren Federkonstante gehemmt ist. Mit anderen Worten kann der Anschlag eine maximale Kompression der schwächeren Schraubenfeder bestimmen, sodass bei weiterer Kompression des Rückkopplungsfederelements nur noch eine Kompression der Schraubenfeder mit der größeren Federkonstante stattfindet. Dies kann den Vorteil haben, dass die Schraubenfeder mit der kleineren Federkonstante nicht bis zur maximalen Kompression gebracht werden muss, bevor nur noch die weitere Schraubenfeder mit der höheren Federkonstante komprimiert wird. Desweiteren kann auf diese Weise eine Federkennlinie des Rückkopplungsfederelementes beeinflusst werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Position des Anschlags in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse des Führungszylinders des Rückkopplungsfederelementes einstellbar. Mit anderen Worten kann der Anschlag über mechanische Lösungen über eine begrenzte Länge des Führungszylinders verschoben und dort festgestellt und optional auch wieder gelöst werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Rückkopplungscharakteristik bzw. Kennlinie des Rückkopplungsfederelementes beeinflusst werden.
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In einer Ausführungsform ist das Pedal mit seinem Betätigungsschenkel von der Ruheposition aus über die Betätigungsendposition hinaus schwenkbar. Dies bedeutet, dass ein Moment, welches in die Richtung der Betätigungsrichtung wirkt, erzeugt wird, das beispielsweise einem Rückstellmoment eines Rückstellfederelementes entgegenwirkt und so beispielsweise ein nachlassendes Gesamtmoment erzeugen kann. Dabei kann die Überschreitung des Totpunkts jedoch stark eingeschränkt sein, so dass die Längsachse des Rückkopplungsfederelements sich in der Betätigungsendposition weiterhin in unmittelbarer Nähe der Pedalschwenkachse befindet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Rückstellfederelement zwei parallel geschaltete, konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten auf. Aus Sicherheitsgründen kann eine solche Kombination vorteilhaft sein, da bei Ausfall, beispielsweise einem Bruch der Feder, die jeweils andere Feder weiterhin ein, wenn auch geringeres, Rückstellmoment erzeugt und so das Pedal in die Ruheposition zurückbewegen kann.
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In einer Ausführungsform ist an der an der Pedalschwenkachse des Pedals ein Rückstellschenkel angeordnet, der am Rückstellfederelement anliegt. Dies kann eine bessere räumliche Anordnung einer Betätigungsfunktion und einer Rückstellfunktion erlauben. In einer Ausführungsform sind der Betätigungsschenkel und der Rückstellschenkel in ihrer jeweiligen Längsrichtung radial verlaufend von der Pedalschwenkachse angeordnet. Der Betätigungsschenkel und der Rückstellschenkel sind also zwei verschiedene Schenkel, die jeweils von der Pedalschwenkachse abragen. Dies kann den Vorteil haben, dass ein Rückstellfederelement näher an der Pedalschwenkachse angeordnet sein kann, was kompaktere Bauformen erlauben kann. Hierdurch kann ein solches Rückstellfederelement in dem Gehäuse der Kupplungspedaleinheit oder einem separaten Gehäuse angeordnet werden, was einen verbesserten Schutz vor Umwelteinflüssen und Verschmutzung bieten kann und hierdurch eine längere Lebensdauer erreicht werden kann.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
- 1 zeigt ein Beispiel eines Verlaufs eines Gesamtmoments M eines Kupplungspedalsystems gemäß der Erfindung als Summe eines Rückkopplungsmoments und eines Rückstellmoments.
- 2 zeigt ein Beispiel eines Verlaufes eines Gesamtmoments einer erfindungsgemäßen Kupplungspedaleinheit mit einer Ruheposition und einer Betätigungsendposition.
- 3A und 3B zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungspedaleinheit mit einem externen Rückkopplungsfederelement in zwei räumlichen Ansichten.
- 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungspedaleinheit mit geöffnetem Gehäuse und einem Pedal in Ruheposition.
- 5 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungspedaleinheit mit geöffnetem Gehäuse und einem Pedal in Betätigungsendposition.
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Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Beispiel eines Verlaufs eines Gesamtmoments M eines Kupplungspedalsystems 10 gemäß der Erfindung als Überlagerung eines Rückkopplungsmoments mit einem Rückstellmoment. Hierzu sind auf einer vertikalen Achse 12 das Gesamtmoments M über einer horizontalen Achse 14 eines Pedalwegs s aufgetragen. Beispielhaft dargestellt ist eine Kennlinie 16 eines Rückkopplungsfederelementes. Hierbei steigt über einen ansteigenden Pedalweg s ein Rückkopplungsmoment zunächst an und fällt bei weiterem Bewegen des Pedals nach einem maximalen Rückkopplungsmoment wieder ab. In einem Beispiel kann die Kennlinie 16 des Rückkopplungsfederelementes die horizontale Achse 14 schneiden, was bedeutet, dass ein Rückkopplungsmoment beispielsweise in einer Ruheposition und/oder in einer Betätigungsendposition Null betragen kann.
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Dabei kann gemäß der oben beschriebenen Drehmomentrelation M = R x F in der Ruheposition das Rückkopplungsfederelement entspannt sein und somit eine Kraft F = 0 aufweisen, wodurch das Rückkopplungsmoment unabhängig vom Hebelarm ebenfalls Null beträgt. In der Betätigungsendposition kann dagegen der Hebelarm R = 0 betragen und somit das Rückkopplungsmoment Null betragen, unabhängig von der Kraft, die das komprimierte Rückkopplungsfederelement aufbringt.
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Weiterhin dargestellt ist eine lineare Kennlinie 18 eines Rückstellfederelementes. Der lineare Verlauf soll hier nur als Beispiel dienen, es sind auch andere Verläufe denkbar. Durch eine Kopplung beider Federelemente (Rückkopplungsfederelement und Rückstellfederelement) über ein Pedal ergibt sich durch Überlagerung beider Kennlinien 16, 18 eine Kennlinie 20 eines Gesamtmoments M, das auf das Pedal wirkt. Durch eine gezielte Auswahl und Dimensionierung der Federelemente und deren Federkennlinien 16, 18 kann somit ein Verlauf einer Kennlinie 20 des Gesamtmoments M beeinflusst werden.
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In der Figur ist gestrichelt der Verlauf des Rückkopplungsmomentes und des Gesamtmomentes wiedergegeben für (lediglich hypothetische) Pedalpositionen, die über eine Betätigungsendposition s(max) hinausgehen. In diesem Fall würde der Totpunkt des Rückkopplungsfederelements überschritten und das Rückkopplungsfederelement würde ein Moment in Richtung der Betätigungsrichtung ausüben, also dem Rückstellfederelement entgegenwirken.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verlaufes eines Gesamtmoments M einer erfindungsgemäßen Kupplungspedaleinheit 10 mit einer Ruheposition bei s(min) und der Betätigungsendposition bei s(max). Wie in 1 ist auch hier auf der vertikalen Achse 12 ein Gesamtmoment M über einem Pedalweg s auf der horizontalen Achse 14 aufgetragen. In der Ruheposition s(min) wirkt ein minimales Gesamtmoment M(min) auf das Pedal, das beispielsweise das Pedal stabil in der Ruheposition hält, wenn es nicht betätigt wird. Hierzu weist das Pedal beispielsweise einen mechanischen Anschlag auf, der ein Zurückbewegen des Pedals über die Ruheposition hinaus verhindert. Wird nun das Pedal betätigt, vergrößert sich somit der Pedalweg s und ein Gesamtmoment M steigt zunächst linear an. Ab einem Progressionspunkt 22 zeigt sich bei linear ansteigendem Pedalweg s ein progressives Verhalten des Gesamtmoments M. Mit anderen Worten steigt ein Gesamtmoment überproportional gegenüber einer Auslenkung des Pedals an, um danach insbesondere durch die Charakteristik des Rückkopplungsfederelementes wieder abzufallen.
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Bis zum Erreichen des maximalen Pedalwegs s(max) in der Betätigungsendposition des Pedals steigt das Gesamtmoment M dann zunächst bis zum maximalen Wert M(max) an, um danach in der Betätigungsendposition s(max) auf einen Wert von M(smax) abzufallen. In dieser Position kann beispielsweise ein Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe durch einen ausgekoppelten Zustand der Kupplung unterbrochen sein. Der anschließende gestrichelte Bereich soll verdeutlichen, dass nach einer sinnvollen maximalen Auslenkung des Pedals an der Position s(max), ein Moment bei einer hypothetisch angenommenen weiteren Auslenkung steil ansteigen könnte. In einem Beispiel kann ein Kraftfluss auch bereits vor Erreichen der Betätigungsendposition unterbrochen sein, beispielsweise bei ungefähr zwei Drittel oder vier Fünftel oder fünf Sechstel des Pedalweges s, der sich von s(Min) bis s(Max) erstreckt. In einem Beispiel entspricht der dargestellte Verlauf der Rückkopplungscharakteristik eines konventionellen Kupplungssystems.
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In 3A ist eine erste räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungspedaleinheit 10 gezeigt. Diese weist ein Gehäuse auf, in dem über eine Pedalschwenkachse 26 ein Pedal 28 schwenkbar angebracht ist. Das Pedal 28 hat einen Betätigungsschenkel 30, der aus dem Gehäuse 24 herausragt. Seitlich am Gehäuse 24 ist gemäß der Darstellung in 3B ein Positionssensor 32 angebracht, der ein elektrisches Steuersignal in Abhängigkeit einer Winkelposition des Pedals 28 relativ zum Gehäuse 24 generiert. Am Positionssensor 32 sind hierzu elektrische Kontakte 34 vorgesehen, um das Signal an nachgeordnete Steuersysteme oder Aktuatoren (nicht gezeigt) weiterzuleiten. Ein längliches Rückkopplungsfederelement 36 ist außerhalb des Gehäuses 24 derart abgebracht, dass es sich mit einem ersten Ende 38 am Betätigungsschenkel 30 des Pedals 28 schwenkbar abstützt und mit einem zweiten Ende 40 an einer Außenseite des Gehäuses 24 ebenfalls schwenkbar abstützt. Das Abstützen muss nicht notwendigerweise am Gehäuse 24 selbst stattfinden, sondern kann gemäß einem Beispiel auch an starr mit dem Gehäuse 24 verbundenen Bauteilen, beispielsweise einem Fahrzeugboden oder Ähnlichem, erfolgen.
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In 4 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungspedaleinheit 10 gezeigt, wobei sich das Pedal 28 mit seinem Betätigungsschenkel 30 in einer Ruheposition s(min) befindet. Das Gehäuse 24 ist hier seitlich geöffnet gezeigt, um die innenliegenden Teile sichtbar zu machen. Innerhalb des Gehäuses 24 ist ein Rückstellfederelement 44 gezeigt, das sich mit einem Ende am Gehäuse 24 und mit dem anderen Ende an einem Rückstellschenkel 42 des Pedals 28 abstützt und ausgeführt ist, ein Rückstellmoment in Richtung entgegen der Betätigungsrichtung des Pedals auf das Pedal 28 auszuüben. In der hier gezeigten Ausführungsvariante weist das Rückstellfederelement 44 zwei parallel geschaltete, konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern, also eine innere Schraubenfeder 46 und eine äußere Schraubenfeder 48 auf. Dies kann eine Sicherheit der Kupplungspedaleinheit 10 erhöhen, weil ein Bruch oder Defekt einer der Schraubenfedern 46, 48 nicht sofort zum Wegfall des Rückstellmomentes führt.
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Ein Rückkopplungsfederelement 36 ist außerhalb des Gehäuses 24 mit seinem ersten Ende 38 schwenkbar am Betätigungsschenkel 30 angebracht. Hierzu ist am Betätigungsschenkel 30 ein Verbindungsstück 50 angebracht, das das erste Ende 38 am Betätigungsschenkel 30 mechanisch schwenkbar fixiert und für eine bewegliche Aufnahme des ersten Endes 38 des Rückkopplungsfederelementes 36 sorgt. Das zweite Ende 40 stützt sich schwenkbar an der Außenseite des Gehäuses 24 ab. Wenn das Pedal 28 von der Ruheposition in die Betätigungsendposition bewegt wird, wird das Rückkopplungsfederelement 36 entlang seiner Längsachse 52 komprimiert und führt dabei eine Schwenkbewegung um sein zweites Ende 40 am Gehäuse 24 sowie eine Schwenkbewegung um sein erstes Ende 38 am Betätigungsschenkel 30 aus.
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Das Rückkopplungsfederelement 36 weist ein erstes Federelement 54 und ein zweites Federelement 56 auf, die seriell hintereinander auf einem Führungszylinder 58 angeordnet sind, sodass eine Kompression des Rückkopplungsfederelementes 36 entlang der Längsachse 52 erfolgt. Das erste Federelement 54 und das zweite Federelement sind hier beispielhaft als Schraubenfedern ausgeführt. Die beiden Schraubenfedern 54, 56 sind über einen Ring 60 miteinander gekoppelt, der in Richtung der Längsachse 52 beweglich auf dem Führungszylinder 58 angeordnet ist. Der Ring 60 kann in einem Beispiel in Längsrichtung einen Anschlag (nicht gezeigt) haben, der eine Kompression der ersten Schraubenfeder 54, die im Beispiel eine kleinere Federkonstante aufweist, begrenzt. Nachdem der Ring 60 einen derartigen Anschlag erreicht hat wird bei einer weiteren Bewegung des Pedals 28 entlang der Betätigungsrichtung nur noch die zweite Schraubenfeder 56 bzw. das zweite Federelement komprimiert. Dadurch ändert sich die Kennlinie des Gesamtmoments aus den beiden Federelementen 54, 56.
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In 5 ist eine erfindungsgemäße Kupplungspedaleinheit 10 gezeigt, wobei im Gegensatz zu 4 das Pedal 28 in der Betätigungsendposition s(max) (siehe 2) gezeigt ist. Die Längsachse 52 des Rückkopplungsfederelementes 36 schneidet die Pedalschwenkachse 26 dabei noch nicht. Die dargestellten Teile entsprechen denen in 4, wobei das Rückkopplungsfederelement 36 nun weiter komprimiert ist. Der Ring 60 erreicht hier einen Anschlag (nicht gezeigt) auf dem Führungszylinder 58. Das Rückkopplungsfederelement 36 hat eine Schwenkbewegung um sein zweites Ende 40 am Gehäuse ausgeführt und ist in der Betätigungsendposition s(max) nun so angeordnet, dass die Längsachse 52 des Rückkopplungsfederelementes 36 die Pedalschwenkachse 26 fast schneidet. In dieser Stellung wird vom Rückkopplungsfederelement 36 nur noch ein minimales Rückkopplungsmoment auf das Pedal erzeugt, da der Hebelarm R fast Null beträgt und somit gemäß der Drehmomentrelation M = R x F auch das Moment nahezu Null beträgt und beispielsweise von der betätigenden Person kaum wahrnehmbar ist.
