DE102015215029A1 - Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator - Google Patents
Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator, mit einem, über seine axiale Erstreckung einen Querschnitt ändernden Kolben (3), der über eine Kolbenstange (4) mit dem Betätigungselement verbunden ist, welches den Kolben (3) in ein gabelförmiges Federelement (6) einschiebt, wobei an mindestens einem, dem Kolben (3) zugewandten Ende des gabelförmigen Federelementes (6) ein Rollkörper (8) gelagert ist, welcher auf einer Oberfläche des Kolbens (3) abrollt. Bei einer Vorrichtung, bei welcher ein zuverlässiges Gleiten des Rollkörpers auf der gesamten Erstreckung des Kolbens gewährleistet wird, ist auf der Oberfläche des Kolbens (3) über dessen Längserstreckung ein Bauteil (10) eingebracht, dessen Material mit dem Material des Rollkörpers (8) eine erste Materialpaarung bildet, welche einen größeren Reibwert aufweist, als eine zweite Materialpaarung, bestehend aus dem Material des Rollkörpers (8) und einem Material eines Lagerelements (11), in welchem der Rollkörper (8) abgestützt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator, mit einem über seine axiale Erstreckung einen Querschnitt ändernden Kolben, der letztlich über eine Kolbenstange mit dem Betätigungselement verbunden ist, welches den Kolben in ein gabelförmiges Federelement einschiebt, wobei an mindestens einem, dem Kolben zugewandten Ende des gabelförmigen Federelementes ein Rollkörper gelagert ist, welcher auf einer Oberfläche des Kolbens abrollt.
- In Kraftfahrzeugen werden Aggregate, wie beispielsweise Kupplungen, Bremsen und ähnliches, mittels Pedalen fußbetätigt. Es sind Betätigungssysteme bekannt, bei welchen zwischen dem Pedal und dem Aggregat keine direkte mechanische Verbindung vorgesehen ist, sondern an dem Pedal oder dem Simulator ein Sensor angeordnet ist, welcher die Betätigung des Pedals erkennt und entsprechend einem Aktuator die Betätigung des Aggregats übernimmt. Solche Vorrichtungen werden bei der Betätigung einer Kupplung beispielsweise Clutch-by-wire genannt. Dabei ist es für den Bediener von Nachteil, dass die auf das Pedal wirkende Rückstellkraft nicht mehr originär von dem Aggregat resultiert, weil dadurch die vom Bediener erwartete Rückstellkraft nicht mehr vorliegt und die Betätigung durch den Bediener ungewohnt erscheint. Aus diesem Grund sind Pedalkraftsimulatoren bekannt geworden, welche an dem Pedal angreifen und eine mehr realistische oder gewohnte Rückstellkraft verursachen.
- Aus der noch unveröffentlichten
DE 10 2015 204 702.4 ist ein Pedalkraftsimulator bekannt, bei welchem ein querschnittsändernder Kolben von einem Betätigungselement, wie beispielsweise einem Fahrzeugpedal bedient wird. Unter einem querschnittsändernden Kolben soll im Weiteren ein Kolben verstanden werden, dessen Querschnitt hingehend zur Mitte zunimmt und in Richtung beider Enden wieder abnimmt. Ein solcher Kolben wird durch das Betätigungselement in einem Gehäuse geführt, wobei in dem Gehäuse ein gabelförmiges Federelement befestigt ist. Der Kolben wird dabei in das gabelförmige Federelement eingeschoben, wobei jeweils an dem, dem Kolben zugewandten Enden des Federelements ein Rollkörper angeordnet ist, der auf der Oberfläche des Kolbens gleitet. Nachteilig dabei ist, dass die Rollkörper nicht über den gesamten Hub auf dem Kolben abrollen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher ein Abrollen der Rollkörper über den gesamten Hub auf der Oberfläche des über seine axiale Erstreckung einen Querschnitt ändernden Kolbens gewährleistet ist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf der Oberfläche des Kolbens über dessen Längserstreckung ein Bauteil eingebracht ist, dessen Material mit dem Material des Rollkörpers eine erste Materialpaarung bildet, welche einen größeren Reibwert aufweist, als eine zweite Materialpaarung bestehend aus dem Material des Rollkörpers und einem Material eines Lagerelements, in welchem der Rollkörper abgestützt ist. Durch diesen Reibwertunterschied wird gewährleistet, dass sich die Rollkörper über den gesamten Hub entlang dem Kolben auf diesem abrollen.
- Vorteilhafterweise ist das Bauteil annähernd mittig bezüglich einer Quererstreckung des Kolbens auf dessen Oberfläche angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Rollkörper über seine ganze Breite nicht nur mit dem Bauteil sondern auch mit dem eigentlichen Material, aus welchem der Kolben besteht, in Verbindung kommt, wodurch eine ausreichende Steifigkeit in radialer Richtung des Kolbens gewährleistet wird.
- In einer Ausgestaltung ist entlang der Längserstreckung des Kolbens ein Schlitz ausgebildet, in welchen das Bauteil eingelegt ist. Damit wird gewährleistet, dass das Bauteil bei der Betätigung der Rollkörper an seiner Position gehalten wird und somit den gewünschten Reibwert beibehält.
- In einer Weiterbildung ist das Bauteil auf die Kontur der Oberfläche des konisch ausgebildeten Kolbens abgeschnitten oder überstehend angeordnet. In beiden Fällen wird aber gewährleistet, dass die Reibwerterhöhung, die sich aus dem Zusammenspiel zwischen dem Bauteil und dem Material des Rollkörpers ergibt, immer gewährleistet wird.
- Vorteilhafterweise besteht das Bauteil aus einem elastischen Material, vorzugsweise Gummi, oder einem Kunststoff. Der Rollkörper, welcher über die Fläche gleitet, die nur in der Mitte mit einem höheren Reibwert beaufschlagt ist, wird in ihrer Rollbewegung begünstigt.
- Vorteilhafterweise ist der Rollkörper als Nadelrolle ausgebildet.
- In einer Variante ist der Kolben als Stahl ausgebildet, wobei eine Breite des Rollkörpers annähernd eine Breite der Oberfläche des Kolbens abdeckt. Dadurch wird der Rollkörper nicht nur auf dem Bauteil sondern radial auch auf Stahl geführt, was dazu führt, dass eine ausreichende Steifigkeit in radialer Richtung gegeben ist, da die Rollkörper auf den beiden äußeren Seiten des Kolbens aufliegen. Dadurch wird zusätzlich ein Verpressen des Bauteiles verhindert.
- Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kraftsimulation, -
2 ein Ausführungsbeispiel des konisch ausgebildeten Kolbens gemäß1 . - In
1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung1 zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement gezeigt, welche vorzugsweise in Fahrzeugen bei der Ansteuerung von Kupplungen, welche als Clutch-by-wire-Systeme ausgebildet sind, verwendet werden. Die Vorrichtung1 besteht aus einem Gehäuse2 , in dem ein axial verschieblich gelagerter Kolben3 mittels eines nicht weiter dargestellten Betätigungselementes bewegt wird. Der Kolben3 wird dabei von einer Kolbenstange4 bewegt, die mit dem Betätigungselement verbunden ist. Der Kolben3 ist entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder5 betätigbar. Der Kolben3 weist über seine Längserstreckung eine sich im Querschnitt ändernde Außenkontur auf. Der Kolben3 greift bei der Betätigung durch das Betätigungselement in ein gabelförmiges Federelement6 , vorzugsweise eine Blattfeder, ein, dass ebenfalls am Gehäuse2 befestigt ist. - Die Arme
7 des Federelements6 weisen an den, dem Kolben3 zugewandten Enden jeweils einen Rollkörper8 auf, die an sich gegenüberliegenden Bereichen der Außenkontur des Kolbens3 anliegen. Jeder Rollkörper8 ist dabei in einem Lagerelement11 abgestützt. Die Rollkörper8 sind als Nadelkörper ausgebildet, welche eine Reibminderung begünstigen. Die Rollkörper8 an dem Federelement6 müssen über verschiedene Reibwerte der beiden angrenzenden Bauteile zum Rollen gebracht werden. - Um sicherzustellen, dass die Rollkörper
8 über den kompletten Hub über die Oberfläche des Kolbens3 gleiten, weist der Kolben3 in seiner Längserstreckung einen Schlitz9 auf, in welchem ein Einlegeteil10 , dass beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff besteht, eingelegt ist. Dieses Einlegeteil10 ist auf die Außenkontur des Kolbens3 abgeschnitten oder überstehend angepasst. Der Kolben3 selbst besteht aus Stahl. - Die Breite jedes Rollkörpers
8 überspannt die Breite des Einlegteiles10 und rollt beidseitig zu dem Einlegeteil10 auch auf die aus Stahl bestehende Oberfläche des Kolbens3 ab. Die Rollkörper8 , die über die Fläche gleiten, werden nur in der Mitte mit einem höheren Reibwert beaufschlagt, so dass die Rollbewegung der als Nadelkörper ausgebildeten Rollkörper8 auf der gesamten Längserstreckung des Kolbens3 begünstigt wird. Die Steifigkeit in radialer Richtung des Kolbens3 ist jedoch immer noch gegeben, da die Rollkörper8 , auf den beiden äußeren Seiten, die sich beidseitig an dem Einlegeteil10 anschließen, weiterhin aufliegen. - Aufgrund der vorliegenden Lösung wird ein zuverlässiges Gleiten des Rollkörpers
8 über den gesamten Hub des Kolbens3 erreicht, wobei gleichzeitig eine Steifigkeit der maßgeblichen Bauteile, wie Kolben3 und Federelement6 , trotz Eingreifen in die Kontaktbedingungen der Reibpartner beibehalten wird. Durch die vorgeschlagene Lösung wird der Reibwertunterschied zwischen der ersten Materialpaarung Rollkörper8 und Kolben3 sowie der zweiten Materialpaarung Rollkörper8 und Lagerelement11 vergrößert, da der Rollkörper8 in ihrer Mitte über das Einlegeteil10 und außerhalb über den Stahlkörper des Kolbens3 gleitet. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung zur Kraftsimulation
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Rückstellfeder
- 6
- Federelement
- 7
- Arm des Federelementes
- 8
- Rollkörper
- 9
- Schlitz
- 10
- Einlegeteil
- 11
- Lagerelement
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015204702 [0003]
Claims (7)
- Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator, mit einem, über seine axiale Erstreckung einen Querschnitt ändernden Kolben (
3 ), der über eine Kolbenstange (4 ) mit dem Betätigungselement verbunden ist, welches den Kolben (3 ) in ein insbesondere gabelförmiges Federelement (6 ) einschiebt, wobei an mindestens einem, dem Kolben (3 ) zugewandten Ende des gabelförmigen Federelementes (6 ) ein Rollkörper (8 ) gelagert ist, welcher auf einer Oberfläche des Kolbens (3 ) abrollt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Kolbens (3 ) über dessen Längserstreckung ein Bauteil (10 ) eingebracht ist, dessen Material mit dem Material des Rollkörpers (8 ) eine erste Materialpaarung bildet, welche einen größeren Reibwert aufweist, als eine zweite Materialpaarung bestehend aus dem Material des Rollkörpers (8 ) und einem Material eines Lagerelements (11 ), in welchem der Rollkörper (8 ) abgestützt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
10 ) annähernd mittig bezüglich einer Quererstreckung des Kolbens (3 ) auf dessen Oberfläche angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längserstreckung des Kolbens (
3 ) ein Schlitz (9 ) ausgebildet ist, in welchem das Bauteil (10 ) eingelegt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
10 ) auf die Kontur der Oberfläche des Kolbens (3 ) abgeschnitten oder überstehend angepasst ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
10 ) aus einem elastischen Material, vorzugsweise Gummi, oder einem Kunststoff besteht. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (
8 ) als Nadelrolle ausgebildet ist. - Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (
8 ) aus Stahl ausgebildet ist, wobei eine Breite des Rollkörpers (8 ) annähernd eine Breite der Oberfläche des Kolbens (3 ) abdeckt.
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WO2018149439A1 (de) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Pedalkraftsimulationsvorrichtung mit mehrteiligem führungskolben sowie betätigungssystem |
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2015
- 2015-08-06 DE DE102015215029.1A patent/DE102015215029A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
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