DE102017102516A1 - Hysteresis element for generating a defined friction force and device for force simulation on an actuating element of a vehicle - Google Patents

Hysteresis element for generating a defined friction force and device for force simulation on an actuating element of a vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hystereseelement zur Erzeugung einer definierten Reibkraft, umfassend ein Reibelement (14, 17, 24), welches von einer Trägereinheit (3) in einem Gehäuse (2) geführt ist, wobei die Trägereinheit (3) mit einem Betätigungselement verbunden ist. Bei einem Hystereseelement ist das Reibelement (14, 17, 24) an der beweglichen Trägereinheit (3) gelagert und von einem Vorspannelement (15, 26) gegen eine Wand (16) des Gehäuses (2) vorgespannt.The invention relates to a hysteresis element for generating a defined friction force, comprising a friction element (14, 17, 24), which is guided by a carrier unit (3) in a housing (2), wherein the carrier unit (3) is connected to an actuating element. In a hysteresis element, the friction element (14, 17, 24) is mounted on the movable support unit (3) and biased by a biasing member (15, 26) against a wall (16) of the housing (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hystereseelement zur Erzeugung einer definierten Reibkraft, umfassend ein Reibelement, welches von einer Trägereinheit in einem Gehäuse geführt ist, wobei die Trägereinheit mit einem Betätigungselement verbunden ist sowie eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges. The invention relates to a hysteresis element for generating a defined friction force, comprising a friction element which is guided by a carrier unit in a housing, wherein the carrier unit is connected to an actuating element and a device for force simulation on an actuating element of a vehicle.

In Kraftfahrzeugen werden Aggregate, wie beispielsweise Kupplungen, Bremsen und ähnliches, mittels Pedalen fußbetätigt. Aus der EP 0 748 713 A2 ist eine Fahrpedaleinrichtung bekannt, die eine leicht einstellbare Kraft-Weg-Charakteristik aufweist. Diese Fahrpedaleinrichtung umfasst ein Reibelement, das von einer Feder gegen einen Hebel gedrückt wird, welcher mit einem Fahrpedal verbunden ist. Das Reibelement ist dabei verschieblich zu einem Gehäuse ausgebildet. Eine keilförmige Oberfläche des Reibelementes wirkt mit einer separaten Reibfläche am Gehäuse zusammen. Bei der Betätigung des Pedals entsteht eine zur Bewegung des Hebels radial gerichtete Kraft, mit der das Reibelement auf die auf der Innenfläche des Gehäuses aufgebrachte Reibfläche gepresst wird. Dadurch wird durch eine Drehbewegung des Hebels eine erwünschte Reibungskraft und eine lineare Pedalkraftkennlinie erzeugt. Zwischen dem Pedal und dem zu betätigenden Aggregat ist keine direkte mechanische Verbindung vorgesehen.In motor vehicles are aggregates, such as clutches, brakes and the like, foot-operated by means of pedals. From the EP 0 748 713 A2 An accelerator pedal device is known which has an easily adjustable force-displacement characteristic. This accelerator pedal device comprises a friction element, which is pressed by a spring against a lever which is connected to an accelerator pedal. The friction element is designed to be displaceable relative to a housing. A wedge-shaped surface of the friction element cooperates with a separate friction surface on the housing. Upon actuation of the pedal, a radially directed force for movement of the lever is created, with which the friction element is pressed onto the friction surface applied to the inner surface of the housing. As a result, a desired frictional force and a linear pedal force characteristic are generated by a rotational movement of the lever. Between the pedal and the unit to be operated no direct mechanical connection is provided.

In einem anderen Betätigungssystem ist an dem Pedal ein Sensor angeordnet, welcher die Betätigung des Pedals erkennt und in Abhängigkeit eines Signales des Sensors ein Aktuator die Betätigung des Aggregats übernimmt. Dabei ist es für den Bediener von Nachteil, dass die auf das Pedal wirkende Rückstellung nicht mehr originär von dem Aggregat resultiert, weil dadurch die vom Bediener erwartete Rückstellkraft nicht mehr vorliegt und die Betätigung dem Bediener ungewohnt erscheint. Aus diesem Grund sind Pedalkraftsimulatoren bekannt geworden, welche an dem Pedal angreifen und eine gewohnte Rückstellkraft verursachen. Bei diesen Pedalkraftsimulatoren weisen die Kraftkennlinien eine Hysterese auf, deren Hin- und Rückkurve für ein Betätigen sowie für ein Lösen des Pedals sehr nahe zusammenfallen, was zur Folge hat, dass der Fahrer nicht die gewohnte Pedalkraftkennlinie und die gewohnte Hysterese verspürt. In another actuation system, a sensor is arranged on the pedal, which detects the operation of the pedal and an actuator takes over the actuation of the unit in response to a signal of the sensor. It is disadvantageous for the operator that the action acting on the pedal reset no longer originates from the unit, because thereby the expected restoring force by the operator no longer exists and the operation seems unusual to the operator. For this reason, pedal force simulators have become known which attack the pedal and cause a usual restoring force. In these pedal force simulators, the force characteristics have a hysteresis, whose return and return curve for actuation and for releasing the pedal very close together, with the result that the driver does not feel the usual pedal force characteristic and the usual hysteresis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hystereseelement zur Erzeugung einer definierten Reibkraft anzugeben, bei welcher die Hysteresezweige der Kraftkennlinie, weiter auseinanderrücken, wodurch die Kennlinie mehr der originalen, mechanisch verbundenen Kennlinie entspricht. The invention has for its object to provide a hysteresis element for generating a defined frictional force, in which the hysteresis branches of the force curve, further apart, whereby the characteristic corresponds more to the original, mechanically connected characteristic.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Reibelement an der beweglichen Trägereinheit gelagert ist und von einem Vorspannelement gegen eine Wand des Gehäuses vorgespannt ist. Dies hat den Vorteil, dass sich eine konstante, individuell einstellbare Hysterese in der Kupplungs-Kraft-Weg-Kennlinie durch die Wahl der Vorspannung erzeugen lässt. Eine durch die Hysterese erzeugte geringere Pedalkraft erlaubt beispielsweise bei einer ausgekuppelten Kupplung während des Einkuppelvorgangs auf dem gewünschten Systemniveau eine Verbesserung der Dosierbarkeit des Momentenaufbaus und damit des Fahrverhaltens eines Fahrzeuges. Durch die durch das Hystereseelement erzeugte zusätzliche Reibkraft beim Auskuppeln können die anderen Bestandteile des Pedalkraftsimulators vom Bauraum her kleiner dimensioniert werden und insgesamt eine kleinere Kraft erzeugen. Die definierte Reibkraft wird über eine translatorische Bewegung erzeugt, wobei in axialer Richtung die durch die Gegenkraft erzeugte Reibung an die Trägereinheit übertragen wird. According to the invention the object is achieved in that the friction element is mounted on the movable support unit and is biased by a biasing member against a wall of the housing. This has the advantage that a constant, individually adjustable hysteresis in the clutch force-displacement curve can be generated by the choice of bias. A lower pedal force generated by the hysteresis allows, for example, with a disengaged clutch during the engagement process at the desired system level, an improvement in the metering of the torque build-up and thus the driving behavior of a vehicle. Due to the additional frictional force generated by the hysteresis element when disengaging the other components of the pedal force simulator can be made smaller in size from the space and produce a smaller overall force. The defined friction force is generated by a translational movement, wherein in the axial direction, the friction generated by the counterforce is transmitted to the carrier unit.

Vorteilhafterweise ist das Reibelement auf einem Trägerelement befestigt, welches ortsfest auf der Trägereinheit positioniert ist, wobei das Vorspannelement zwischen Trägerelement und Reibelement gelagert ist und das Reibelement radial nach außen drückt. Das Hystereseelement wirkt dabei beidseitig, d.h. sowohl beim Vor- als auch beim Rückweg des zu betätigenden Aggregates. Advantageously, the friction element is mounted on a support member which is stationarily positioned on the support unit, wherein the biasing member between the support member and the friction member is mounted and the friction member presses radially outward. The hysteresis element acts on both sides, i. both in the forward and the return of the unit to be operated.

In einer Ausgestaltung ist das Reibelement radial beweglich an der Trägereinheit angeordnet und in seiner Position durch das Vorspannelement gehalten. Durch diese radiale Führung kann eine Bewegung bzw. ein Ausfedern des Reibelementes nur in radiale Richtung erfolgen, wobei durch eine Veränderung der Spannung des Vorspannelementes die Kraft des Reibelementes an der Innenwand des Gehäuses eingestellt werden kann. In einer Variante ist das Trägerelement kraft- und/oder formschlüssig an der Trägereinheit positioniert. Insbesondere mit einer kraftschlüssigen Clipverbindung lässt sich das Trägerelement sehr schnell und kostengünstig innerhalb des Montageprozesses an der Trägereinheit befestigen.In one embodiment, the friction element is arranged radially movable on the carrier unit and held in position by the biasing member. By this radial guidance, a movement or rebounding of the friction element can take place only in the radial direction, wherein the force of the friction element on the inner wall of the housing can be adjusted by changing the voltage of the biasing element. In a variant, the carrier element is non-positively and / or positively positioned on the carrier unit. In particular, with a non-positive clip connection, the carrier element can be attached to the carrier unit very quickly and inexpensively within the assembly process.

In einer Ausführungsform ist die Trägereinheit von dem Trägerelement umschlossen, wobei auf dem Trägerelement mindestens zwei gegenüberliegende Reibelemente positioniert sind, die von dem wenigstens einem, das Trägerelement umspannenden, als Vorspannring ausgebildeten Vorspannelement gegen die Innenwand des Gehäuses gedrückt ist. Durch die Anordnung von mindestens zwei Reibelementen auf nur einem Trägerelement wird nicht nur eine konstruktiv einfache Lösung vorgegeben, sondern es lassen sich beliebig mehr als zwei Reibelemente auf dem Trägerelement anordnen, falls die Notwendigkeit besteht, eine besonders hohe zusätzliche Reibkraft zu erzeugen, um einen größeren Vorspannring zu realisieren. Durch zusätzliche Reibelemente wird die Kraft nicht größer, sondern Reibflächen können kleiner gestaltet werden. Diese Anordnung bietet bei der Auslegung zusätzliche Freiheitsgrade, da die gewünschte Systemreibung ohne größeren Aufwand auf ein gewünschtes Niveau angehoben werden kann. In one embodiment, the carrier unit is enclosed by the carrier element, wherein on the carrier element at least two opposing friction elements are positioned, which is pressed by the at least one, the carrier element spanning, designed as a biasing ring biasing member against the inner wall of the housing. The arrangement of at least two friction elements on only one support member not only a structurally simple solution is given, but it can arbitrarily more than two friction elements on the support element, if there is a need to generate a particularly high additional frictional force to a larger To realize biasing ring. By additional Friction elements, the force is not greater, but friction surfaces can be made smaller. This arrangement provides additional degrees of freedom in the design, since the desired system friction can be increased to a desired level without much effort.

Damit das Reibelement durch die Vorspannung des Vorspannelementes eine definierte Reibung gegen die Innenwand des Gehäuses erzeugen kann, sind der Vorspannring und das jeweiligen Reibelement nicht miteinander verbunden.Thus, the friction element can generate a defined friction against the inner wall of the housing by the bias of the biasing member, the biasing ring and the respective friction element are not interconnected.

Vorteilhafterweise ist der Vorspannring in seinem Umfang variabel gestaltet. Durch eine Öffnung des Vorspannringes lässt sich dieser in seinem Durchmesser beliebig einstellen, so dass die Vorspannung, welche auf das Reibelement übertragen werden soll, gezielt eingestellt werden kann. Advantageously, the biasing ring is designed variable in its scope. Through an opening of the biasing ring can this set in its diameter as desired, so that the bias voltage which is to be transmitted to the friction element, can be adjusted selectively.

In einer Ausgestaltung ist das Reibelement keilförmig ausgebildet, wobei der Keil sich entlang der Bewegungsrichtung der Trägereinheit erstreckt. Die Verwendung des keilförmigen Reibelementes stellt eine Selbstverstärkung dar, welche durch die Schräge des Reibelementes und die Reibkraft auftritt. Mittels eines solchen keilförmigen Reibelementes lässt sich durch das einseitig wirkende Hystereseelement wahlweise nur die Kraft-Weg-Kennlinie in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung beeinflussen, wobei sowohl bei der Auslegung keine Kräfte vorgehalten werden müssen, als auch eine Vergrößerung der Hysterese erfolgen kann. In one embodiment, the friction element is wedge-shaped, wherein the wedge extends along the direction of movement of the carrier unit. The use of the wedge-shaped friction element is a self-reinforcing, which occurs by the slope of the friction element and the frictional force. By means of such a wedge-shaped friction element can be influenced by the unilaterally acting hysteresis optionally only the force-displacement curve in the forward direction or the reverse direction, both in the design no forces must be maintained, as can increase the hysteresis.

In einer Variante ist das Vorspannelement als Druckfeder ausgebildet und drückt auf das keilförmige Reibelement. Diese stellt sicher, dass das keilförmige Reibelement ständig Kontakt zum Gehäuse hat. In a variant, the biasing element is designed as a compression spring and presses on the wedge-shaped friction element. This ensures that the wedge-shaped friction element is constantly in contact with the housing.

In einer Ausgestaltung verläuft das Reibelement in einer keilförmigen Erstreckung axial zur Trägereinheit und ist mit einer Schmalseite in entgegengesetzter Richtung zum Betätigungselement positioniert, während die breite Seite dem Betätigungselement zugewandt ist. Dabei bewirkt die Reibkraft je nach Richtung der translatorischen Bewegung der Trägereinheit ein Hineingleiten des keilförmigen Reibelementes in eine Führung des Trägerelementes und somit eine Reduktion der Normalkraft. In entgegengesetzter Richtung reibt das keilförmige Reibelement am Gehäuse. Durch die Reibkraft und die Schräge der Führung tritt ein selbstverstärkender Effekt auf, d.h. das keilförmige Reibelement wird in den Reibkontakt hineingezogen, was zu einem Anstieg der Normalkraft führt. Dies hat den Vorteil, dass eine Verschleißnachstellung durch die Keilgeometrie automatisch erfolgt und ein Betrag der Hysterese somit nicht beeinflusst wird.In one embodiment, the friction element extends in a wedge-shaped extension axially to the carrier unit and is positioned with a narrow side in the opposite direction to the actuating element, while the broad side faces the actuating element. The frictional force, depending on the direction of the translatory movement of the carrier unit, causes the wedge-shaped friction element to slide into a guide of the carrier element and thus a reduction of the normal force. In the opposite direction rubs the wedge-shaped friction element on the housing. Due to the frictional force and the slope of the guide, a self-reinforcing effect occurs, i. the wedge-shaped friction element is drawn into the frictional contact, which leads to an increase in the normal force. This has the advantage that a wear adjustment by the wedge geometry takes place automatically and an amount of hysteresis is thus not affected.

In einer Alternative ist das keilförmige Reibelement um 180° gedreht angeordnet. Bei dieser Anordnung wirkt das Hystereseelement sowohl beim Vor- als auch beim Rückweg des zu betätigenden Aggregates.In an alternative, the wedge-shaped friction element is arranged rotated by 180 °. In this arrangement, the hysteresis acts both in the forward and the return path of the unit to be operated.

In einer Ausführungsform ist das keilförmig ausgebildete Reibelement über einen Anschlag axial gehalten.In one embodiment, the wedge-shaped friction element is held axially by a stop.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einen Pedalkraftsimulator, mit einer Trägereinheit, der über eine Kolbenstange mit einem Betätigungselement verbunden ist. Eine solche Vorrichtung umfasst ein Hystereseelement nach mindestens einem, in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Merkmal.A development of the invention relates to a device for force simulation on an actuating element of a vehicle, in particular a pedal force simulator, with a carrier unit which is connected via a piston rod with an actuating element. Such a device comprises a hysteresis element according to at least one feature described in this patent application.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. The invention allows numerous embodiments. Some of these will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, 1 An embodiment of a device according to the invention for force simulation on an actuating element of a vehicle,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hystereseelementes, 2 A first embodiment of a hysteresis element according to the invention,

3 das Hystereseelement gemäß 2 in vorgespanntem Zustand, 3 the hysteresis element according to 2 in pretensioned condition,

4 ein Spannelement des Hystereseelementes nach 2, 4 a clamping element of the hysteresis after 2 .

5 eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise des Hystereseelements gemäß 2 auf eine Systemkennlinie einer zu betätigenden Kupplung, 5 a schematic diagram of the operation of the hysteresis according to 2 to a system characteristic of a clutch to be actuated,

6 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hystereseelementes. 6 A second embodiment of the hysteresis element according to the invention.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Pedalkraftsimulators 1 dargestellt. Ein solcher Pedalkraftsimulator 1 wird zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement genutzt, welches vorzugsweise in Fahrzeugen bei der Ansteuerung von Kupplungen, welche als Clutch-by-Wire-Systeme ausgebildet sind, verwendet wird. Der Pedalkraftsimulator 1 besteht aus einem Gehäuse 2, in dem ein axial verschieblich gelagerter Kolben 3 mittels eines nicht weiter dargestellten Betätigungselementes, beispielsweise einem Fahrpedal, bewegt wird. Der Kolben 3 wird dabei von einer Kolbenstange 4 bewegt, die mit dem Betätigungselement verbunden ist. Der Kolben 3 ist entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder 5 betätigbar. An den Kolben 3 schließt sich ein Kolbenkonus 6 an, der über seine Längserstreckung eine sich im Querschnitt ändernde Außenkontur aufweist. Die Breite bzw. der Durchmesser des Kolbenkonus 6 ist beispielsweise an den beiden Enden geringer als in der Mitte. Dieser Kolbenkonus 6 greift bei der Betätigung durch das Betätigungselement in ein gabelförmiges Federelement 7, vorzugsweise eine Blattfeder, ein, die am Boden 8 des Gehäuses 2 befestigt ist. Die Arme 9, 10 des Federelementes 7 weisen an den, dem Kolbenkonus 6 zugewandten Enden jeweils einen Rollkörper 11 auf, die an sich gegenüberliegenden Bereichen an der Außenkontur des Kolbenkonus 6 anliegen. Jeder Rollkörper 11 ist dabei in einem Lagerelement abgestützt. Die Rollkörper 11 sind als Nadelkörper ausgebildet, welche eine Reibminderung begünstigen. In 1 is an embodiment of a pedal force simulator 1 shown. Such a pedal force simulator 1 is used for power simulation on an actuator, which is preferably used in vehicles in the control of clutches, which are designed as a clutch-by-wire systems. The pedal force simulator 1 consists of a housing 2 in which an axially displaceably mounted piston 3 is moved by means of an actuating element, not shown, for example, an accelerator pedal. The piston 3 is doing by a piston rod 4 moves, which is connected to the actuating element. The piston 3 is against a restoring force of a return spring 5 actuated. To the piston 3 closes a piston cone 6 on, over its longitudinal extent has a cross-sectionally changing outer contour. The width or the diameter of the piston cone 6 is lower at the two ends than in the middle, for example. This piston cone 6 engages on actuation by the actuating element in a fork-shaped spring element 7 , preferably a leaf spring, one that is on the ground 8th of the housing 2 is attached. The poor 9 . 10 of the spring element 7 point to the, the piston cone 6 facing ends in each case a rolling body 11 on, the opposing areas on the outer contour of the piston cone 6 issue. Every rolling body 11 is supported in a bearing element. The rolling bodies 11 are designed as a needle body, which favor a friction reduction.

Die beiden Arme 9, 10 des Federelementes 7 üben dabei eine Kraft auf den Kolbenkonus 6 aus. Aufgrund der Abstützung der Arme 9, 10 des Federelementes 7 an der Außenkontur des Kolbenkonus 6 wird eine Zusatzkraft erzeugt, die auf den Kolben 3 wirkt, um die Kraft der Rückstellfeder 5 zu modulieren. Dies erfolgt, da der Kolben 3 mittels des Betätigungselementes gegen die Rückstellfeder 5 innerhalb des Gehäuses 2 betätigbar ist. Wird bei der Betätigung des nicht weiter dargestellten Betätigungselementes der Kolben 3 und somit der Kolbenkonus 6 in Richtung Boden 8 des Gehäuses 2, an welchem das Federelement 7 befestigt ist, bewegt, dringt der Kolbenkonus 6 zwischen die zwei Arme 9, 10 des Federelementes 7 ein, wobei die Rollkörper 11 auf der Außenkontur des Kolbenkonus 6 abrollen und die Arme 9, 10 auseinandergedrückt werden. Das Auseinanderdrücken erfolgt dabei durch das Zunehmen des Querschnitts des Kolbenkonus 6. Dabei entsteht eine Gegenkraft aufgrund des veränderlichen Querschnittes des Kolbenkonus 6, die in axiale Richtung entgegen der Bewegungsrichtung drückt. Ist der größte Querschnitt des Kolbenkonus 6 überschritten, wirkt eine Reaktionskraft in Richtung der Betätigung. Auf diese Weise entsteht ein Hystereseverhalten der Kennlinie beim Schalten der Kupplung.The two arms 9 . 10 of the spring element 7 in the process exert a force on the piston cone 6 out. Due to the support of the arms 9 . 10 of the spring element 7 on the outer contour of the piston cone 6 An additional force is generated on the piston 3 acts to restore the force of the return spring 5 to modulate. This is done as the piston 3 by means of the actuating element against the return spring 5 inside the case 2 is operable. Is in the operation of the actuating element not shown, the piston 3 and thus the piston cone 6 towards the ground 8th of the housing 2 , on which the spring element 7 is fixed, moves, penetrates the piston cone 6 between the two arms 9 . 10 of the spring element 7 one, the rolling bodies 11 on the outer contour of the piston cone 6 roll off and arms 9 . 10 be pressed apart. The pressing apart takes place by the increase in the cross section of the piston cone 6 , This creates a counterforce due to the variable cross-section of the piston cone 6 , which presses in the axial direction against the direction of movement. Is the largest cross section of the piston cone 6 exceeded, a reaction force acts in the direction of actuation. In this way, a hysteresis behavior of the characteristic curve arises when switching the clutch.

Um den Abstand der Zweige der Hysterese der Kennlinie zu vergrößern, ist ein an dem Kolben 3 positioniertes Hystereseelement 12 vorgesehen, welches eine zusätzliche Kraft erzeugt, die in axialer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung des Kolbens 3 wirkt.To increase the distance of the branches of the hysteresis of the characteristic is one on the piston 3 positioned hysteresis element 12 provided, which generates an additional force in the axial direction against the direction of movement of the piston 3 acts.

In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hystereseelementes 12 dargestellt, welches in einer Schnittdarstellung (2a) und in einer Perspektivdarstellung (2b) gezeigt ist. Das Hystereseelement 12 besteht aus drei Bestandteilen: einem Trägerelement 13 und mindestens einem Reibelement 14, wobei zwischen Trägerelement 13 und Reibelement 14 ein Sprengring 15 angeordnet ist. Der Sprengring 15 drückt das Reibelement 14 radial gegen eine Innenwand 16 des Gehäuses 2. In 2 is an embodiment of the hysteresis element according to the invention 12 shown, which in a sectional view ( 2a ) and in a perspective view ( 2 B ) is shown. The hysteresis element 12 consists of three components: a carrier element 13 and at least one friction element 14 , wherein between support element 13 and friction element 14 a snap ring 15 is arranged. The snap ring 15 pushes the friction element 14 radially against an inner wall 16 of the housing 2 ,

Das den Sprengring 15 und das Reibelement 14 tragende Trägerelement 13 umfasst den Kolben 3 des Pedalkraftsimulators 1. Bei der vorliegenden Ausführung sind, gegenüberliegend zueinander, auf ein und demselben Trägerelement 13 zwei Reibelemente 14, 17 angeordnet, die vorzugsweise als Reibschalen ausgebildet sind. Zur Befestigung des Trägerelementes 13 an dem Kolben 3 weist der Kolben 3 eine umlaufende Ausnehmung 18 auf, in welche ein axialer Vorsprung 19 des Trägerelementes 13 eingreift. In einer Alternative kann das Trägerelement 13 über eine Presspassung mit dem Kolben 3 verbunden sein, weshalb auf die Ausnehmung 18 und den Vorsprung 19 verzichtet werden kann.That the snap ring 15 and the friction element 14 supporting carrier element 13 includes the piston 3 of the pedal force simulator 1 , In the present embodiment, are opposite one another, on the same support member 13 two friction elements 14 . 17 arranged, which are preferably designed as a friction shells. For fastening the carrier element 13 on the piston 3 points the piston 3 a circumferential recess 18 in which an axial projection 19 of the carrier element 13 intervenes. In an alternative, the carrier element 13 via a press fit with the piston 3 be connected, which is why on the recess 18 and the lead 19 can be waived.

In 3a ist eine Perspektivdarstellung des Hystereseelementes 12, eine Draufsicht auf das Hystereseelement 12 (3b) und eine Schnittansicht des Hystereseelementes 12 (3c) gezeigt. Daraus ist ersichtlich. dass das Trägerelement 13 eine Führung für die Reibelemente 14, 17 aufweist, in die jeweils ein Reibelement 14, 17 eingesetzt ist. Diese so verbauten Reibelemente 14, 17 sind aufgrund der vorgesehenen Führung nur in radialer Richtung beweglich. In axialer Richtung überträgt das Trägerelement 13 die durch Reibung erzeugte Gegenkraft an den Kolben 3. In 3a is a perspective view of the hysteresis element 12 , a plan view of the hysteresis element 12 ( 3b ) and a sectional view of the hysteresis element 12 ( 3c ). This is evident. that the carrier element 13 a guide for the friction elements 14 . 17 has, in each case a friction element 14 . 17 is used. These friction elements installed in this way 14 . 17 are due to the provided guidance movable only in the radial direction. In the axial direction transmits the carrier element 13 the drag generated by friction on the piston 3 ,

Auf das Trägerelement 13 ist der Sprengring 15 aufgebracht, um eine Vorspannung der Reibelemente 14, 17 gegen die Innenwand 18 des Gehäuses 2 zu generieren. Auf den Sprengring 15 sind die beiden Reibelemente 14, 17 aufgesetzt, die sich radial bewegen können.On the carrier element 13 is the snap ring 15 applied to a bias of the friction elements 14 . 17 against the inner wall 18 of the housing 2 to generate. On the snap ring 15 are the two friction elements 14 . 17 put on, which can move radially.

In 4 ist der Sprengring 15 zur Erzeugung einer Normalkraft im gespannten (4a) und im ungespannten Zustand (4b) gezeigt. Damit die Vorspannung gezielt eingestellt werden kann, ist der Sprengring 15 nicht geschlossen, sondern weist eine möglichst kleine Lücke 21 auf, damit die Kraft gleichmäßig auf die Reibelemente 14, 17 übertragen wird. Die Vorspannkraft ist von dem Drahtdurchmesser und einer elastischen Verformung zwischen ungespanntem und gespanntem Zustand abhängig. Anstelle des Sprengringes 15 können auch andere Mechanismen bzw. Energiespeicher zur Erzeugung der notwendigen Normalkraft zum Einsatz kommen, beispielsweise ein federbelasteter Keil oder ein gestauchtes Elastomer. In 4 is the snap ring 15 for generating a normal force in the stressed ( 4a ) and in the untensioned state ( 4b ). So that the bias can be adjusted specifically, is the snap ring 15 not closed, but has the smallest possible gap 21 on, so that the force evenly on the friction elements 14 . 17 is transmitted. The biasing force is dependent on the wire diameter and elastic deformation between unstressed and tensioned state. Instead of the snap ring 15 For example, a spring-loaded wedge or a compressed elastomer can also be used to generate the necessary normal force.

Bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens 3 wird infolge der Vorspannung des Sprengringes 15 auf die Reibelemente 14, 17 und somit auf die Gehäusewand 16 eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Reibkraft erzeugt. So wird, wie in 2 dargestellt, bei einem Vorweg eine Reibkraft FReibvorweg generiert. In a translatory movement of the piston 3 is due to the bias of the snap ring 15 on the friction elements 14 . 17 and thus on the housing wall 16 generates a frictional force opposite to the direction of movement. So, as in 2 shown, in advance a friction force F Reibvorweg generated.

Diese beschriebene Variante des Hystereseelementes 12 wirkt beidseitig, d.h. sowohl auf dem Vorweg als auch auf dem Rückweg des Kolbens 3. Diese Gegenkraft wird zu der weiteren Gegenkraft, die von anderen Teilen des Pedalkraftsimulators 1 erzeugt werden, beim Hinweg addiert oder beim Rückweg subtrahiert, woraus sich die für die Pedalkraftsimulation notwendigen Systemkräfte ergeben.This described variant of the hysteresis element 12 acts on both sides, ie both on the way ahead and on the way back of the piston 3 , This counterforce becomes the additional drag that comes from other parts of the pedal force simulator 1 be generated, added on the way or subtracted on the way back, resulting in the necessary for the pedal force simulation system forces.

Wie aus 5 ersichtlich, werden die beiden Hysteresezweige, die für eine Vor- und eine Rückbewegung des Betätigungselementes stehen, weiter auseinander geschoben, als bei der Betätigung ohne Hystereseelement 12. Dabei sind die Zweige der Hysterese, die mit dem Hystereseelement 12 auftreten, durchgehend gezeichnet, während die Hysterese, welche ohne Hystereseelement 12 erzielt wird, gestrichelt dargestellt ist.How out 5 can be seen, the two hysteresis branches, which are for a forward and a return movement of the actuator, pushed further apart, as in the operation without hysteresis 12 , The branches of the hysteresis are those with the hysteresis element 12 occur throughout the hysteresis, which without a hysteresis element 12 is achieved, shown in phantom.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hystereseelementes 22 ist in 6 dargestellt. Dabei weist das den Kolben 3 umschließende Trägerelement 13 eine Führung 23 auf, die in axialer Richtung ein Gefälle besitzt. Auf dieses Gefälle ist das keilförmig ausgebildete Reibelement 24 aufgesetzt, wobei die abgeschrägte Seite des keilförmigen Reibelementes 24 auf einer Schräge des Trägerelementes 13 aufliegt. Gegenüber dem Gehäuse 2 besitzt das Reibelement 24 einen ebenen Abschluss. Another embodiment of a hysteresis element 22 is in 6 shown. This shows the piston 3 enclosing support element 13 a guide 23 on, which has a slope in the axial direction. On this slope is the wedge-shaped friction element 24 fitted, wherein the bevelled side of the wedge-shaped friction element 24 on a slope of the support element 13 rests. Opposite the case 2 owns the friction element 24 a flat degree.

Das keilförmige Reibelement 24 ist dabei so positioniert, dass die Schmalseite des Keiles in Bewegungsrichtung vorne liegt, während die Breitseite des Keiles in Bewegungsrichtung hinten liegt. Je nach gewünschter Reibungsrichtung kann das keilförmige Reibelement 24 auch um 180° gedreht angeordnet seine. Es besteht auch die Möglichkeit, Reibelemente mit unterschiedlicher Ausrichtung anzuordnen.The wedge-shaped friction element 24 is positioned so that the narrow side of the wedge in the direction of movement is at the front, while the broad side of the wedge in the direction of movement is behind. Depending on the desired direction of friction, the wedge-shaped friction element 24 also arranged rotated by 180 °. It is also possible to arrange friction elements with different orientation.

In axialer Richtung, dem Betätigungselement gegenüberliegend, ist ein Anschlag 25 zum Reibelement 24 ausgebildet, bis zu welchem sich das keilförmige Reibelement 24 bewegen kann. Der Anschlag 25 ist dabei integraler Bestandteil des Trägerelementes 13. Das keilförmige Reibelement 24 wird durch eine Druckfeder 26, die ebenfalls zwischen Trägerelement 13 und keilförmigem Reibelement 24 in axialer Richtung wirkend angeordnet ist, vorgespannt. In the axial direction, the actuating element opposite, is a stop 25 to the friction element 24 formed, to which the wedge-shaped friction element 24 can move. The stop 25 is an integral part of the carrier element 13 , The wedge-shaped friction element 24 is by a compression spring 26 , which is also between the carrier element 13 and wedge-shaped friction element 24 is arranged in the axial direction, biased.

Dieses keilförmige Reibelement 24 wandert bei der translatorischen Bewegung des Kolbens 3, also der Betätigung des Pedals zum Ausrücken der Kupplung, in axialer Richtung gegen den Anschlag 25 und somit weg von der Innenwand 16 des Gehäuses 2. Es erfolgt ein Hinabgleiten des keilförmigen Reibelementes 24 an der Führung 23 und somit eine Reduktion der Normalkraft. Beim Verfahren des Kolbens 3 in entgegengesetzte Richtung, d.h. beim Einkuppeln bzw. Lösen des Pedals, wird das keilförmige Reibelement 24 in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, wobei mit dem Trägerelement 13 das Reibelement 24 durch den Anschlag 25 gegen die Innenwand 16 des Gehäuses 2 geführt wird. Das keilförmige Reibelement 24 reibt am Gehäuse 2. Durch die Reibkraft und die Schräge der Führung 23 tritt ein selbstverstärkender Effekt auf, d.h. das keilförmige Reibelement 24 wird in den Reibkontakt hineingezogen, was zu einem Anstieg der Normalkraft führt, wodurch eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Kraft auf den Kolben 3 übertragen wird. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Verschleißnachstellung durch die Keilgeometrie automatisch und der Betrag der Hysterese wird somit nicht beeinflusst. This wedge-shaped friction element 24 migrates during the translatory movement of the piston 3 , So the operation of the pedal to disengage the clutch, in the axial direction against the stop 25 and thus away from the inner wall 16 of the housing 2 , There is a sliding down of the wedge-shaped friction element 24 at the lead 23 and thus a reduction of the normal force. When moving the piston 3 in the opposite direction, ie when engaging or releasing the pedal, the wedge-shaped friction element 24 pressed in the opposite direction, with the support element 13 the friction element 24 through the stop 25 against the inner wall 16 of the housing 2 to be led. The wedge-shaped friction element 24 rubs on the case 2 , Due to the frictional force and the slope of the guide 23 occurs a self-reinforcing effect, ie the wedge-shaped friction element 24 is drawn into the frictional contact, which leads to an increase in the normal force, whereby a direction of movement opposite force on the piston 3 is transmitted. In this embodiment, the wear adjustment by the wedge geometry is done automatically and the amount of hysteresis is thus not affected.

Durch das eine Zusatzkraft bewirkende Hystereseelement 12, 22 ist es möglich, auf einfache Art und Weise einen Pedalkraftsimulator zu erzeugen, bei welchem die anderen Bauteile des Pedalkraftsimulators kleinere Kräfte generieren, wodurch diese kleiner dimensioniert werden können, was den Bauraum dieses Pedalkraftsimulators 1 verringert.By the additional force causing hysteresis 12 . 22 For example, it is possible to easily generate a pedal force simulator, in which the other components of the pedal force simulator generate smaller forces, whereby they can be dimensioned smaller, what the space of this pedal force simulator 1 reduced.

Der Einsatz ist insbesondere in Verbindung mit Pedalkraftsimulatoren sinnvoll, da durch das System eine konstante, individuell einstellbare Hysterese in der Kupplung-Kraft-Weg-Kennlinie erzeugt werden kann. Die Anwendung ist aber auch bei anderen Systemen möglich, in denen eine definierte Gegenkraft bzw. ein definierter Reibwiderstand über eine translatorische Bewegung erzeugt werden soll.The use is particularly useful in conjunction with pedal force simulators, as a constant, individually adjustable hysteresis in the clutch-force-displacement curve can be generated by the system. The application is also possible in other systems in which a defined counterforce or a defined frictional resistance is to be generated via a translational movement.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Pedalkraftsimulator Pedal force simulator
22
Gehäuse casing
33
Kolben piston
44
Kolbenstange piston rod
55
Rückstellfeder Return spring
66
Kolbenkonus piston cone
77
Federelement spring element
88th
Boden des Gehäuses Bottom of the case
99
Arm des Federelementes Arm of the spring element
1010
Arm des Federelementes Arm of the spring element
1111
Rollkörper roll body
1212
Hystereseelement hysteresis
1313
Trägerelement support element
1414
Reibelement friction
1515
Sprengring snap ring
1616
Innenwand des Gehäuses Inner wall of the housing
1717
Reibelement friction
1818
Ausnehmung recess
1919
Vorsprung head Start
2020
Schlitz slot
2121
Lücke gap
2222
Hystereseelement hysteresis
23 23
Führung guide
2424
Reibelement friction
2525
Anschlag attack
2626
Druckfeder compression spring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0748713 A2 [0002] EP 0748713 A2 [0002]

Claims (10)

Hystereseelement zur Erzeugung einer definierten Reibkraft, umfassend ein Reibelement (14, 17, 24), welches von einer Trägereinheit (3) in einem Gehäuse (2) geführt ist, wobei die Trägereinheit (3) mit einem Betätigungselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (14, 17, 24) an der beweglichen Trägereinheit (3) gelagert ist und von einem Vorspannelement (15, 26) gegen eine Wand (16) des Gehäuses (2) vorgespannt ist.Hysteresis element for generating a defined friction force, comprising a friction element ( 14 . 17 . 24 ), which of a carrier unit ( 3 ) in a housing ( 2 ), wherein the carrier unit ( 3 ) is connected to an actuating element, characterized in that the friction element ( 14 . 17 . 24 ) on the movable carrier unit ( 3 ) is supported by a biasing element ( 15 . 26 ) against a wall ( 16 ) of the housing ( 2 ) is biased. Hystereseelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (14, 17, 24) auf einem Trägerelement (13) befestigt ist, welches ortsfest auf der Trägereinheit (3) positioniert ist, wobei das Vorspannelement (15, 26) zwischen Trägerelement (13) und Reibelement (14, 17, 24) gelagert ist und das Reibelement (14, 17, 24) radial nach außen drückt.Hysteresis element according to claim 1, characterized in that the friction element ( 14 . 17 . 24 ) on a carrier element ( 13 ), which is fixed on the carrier unit ( 3 ) is positioned, wherein the biasing element ( 15 . 26 ) between carrier element ( 13 ) and friction element ( 14 . 17 . 24 ) is mounted and the friction element ( 14 . 17 . 24 ) pushes radially outward. Hystereseelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (14, 17) radial beweglich an dem Trägerelement (13) angeordnet ist und in einer vorgegebenen Position durch das Vorspannelement (15) gehalten ist.Hysteresis element according to claim 1 or 2, characterized in that the friction element ( 14 . 17 ) radially movable on the support element ( 13 ) is arranged and in a predetermined position by the biasing element ( 15 ) is held. Hystereseelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (13) kraft- und/oder formschlüssig an der Trägereinheit (3) positioniert ist.Hysteresis element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the carrier element ( 13 ) non-positively and / or positively on the carrier unit ( 3 ) is positioned. Hystereseelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (3) von dem Trägerelement (13) umschlossen ist, wobei auf dem Trägerelement (13) mindestens zwei Reibelemente (14, 17) positioniert sind, die von mindestens einem, das Trägerelement (13) umspannenden, als Vorspannring ausgebildeten Vorspannelement (15) gegen die Innenwand (16) des Gehäuses (2) gedrückt sind. Hysteresis element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carrier unit ( 3 ) of the carrier element ( 13 ) is enclosed, wherein on the support element ( 13 ) at least two friction elements ( 14 . 17 ) of at least one, the support element ( 13 ) spanning, designed as a biasing ring biasing element ( 15 ) against the inner wall ( 16 ) of the housing ( 2 ) are pressed. Hystereseelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannring (15) in seinem Umfang variabel gestaltet ist.Hysteresis element according to claim 5, characterized in that the biasing ring ( 15 ) is designed variable in scope. Hystereseelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (24) keilförmig ausgebildet ist, wobei der Keil sich entlang der Bewegungsrichtung der Trägereinheit (3) erstreckt.Hysteresis element according to claim 1, characterized in that the friction element ( 24 ) is wedge-shaped, the wedge extending along the direction of movement of the carrier unit ( 3 ). Hystereseelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement als Druckfeder (26) ausgebildet ist und auf das keilförmige Reibelement (24) drückt.Hysteresis element according to claim 7, characterized in that the biasing element as a compression spring ( 26 ) is formed and on the wedge-shaped friction element ( 24 ) presses. Hystereseelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (24) in einer keilförmigen Erstreckung axial zur Trägereinheit (3) verläuft und mit einer Schmalseite in entgegengesetzter Richtung zum Betätigungselement positioniert ist, während die breite Seite dem Betätigungselement zugewandt ist.Hysteresis element according to claim 7 or 8, characterized in that the friction element ( 24 ) in a wedge-shaped extension axially to the carrier unit ( 3 ) and is positioned with a narrow side in the opposite direction to the actuating element, while the broad side faces the actuating element. Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, insbesondere einem Pedalkraftsimulator, mit einer Trägereinheit (13), die über eine Kolbenstange (4) mit einem Betätigungselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (13) ein Hystereseelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Device for force simulation on an actuating element of a vehicle, in particular a pedal force simulator, with a carrier unit ( 13 ), which via a piston rod ( 4 ) is connected to an actuating element, characterized in that the carrier unit ( 13 ) has a hysteresis element according to at least one of the preceding claims.
DE102017102516.2A 2016-02-09 2017-02-09 Hysteresis element for generating a defined friction force and device for force simulation on an actuating element of a vehicle Withdrawn DE102017102516A1 (en)

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