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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Betätigungseinrichtung
für eine
Kraftfahrzeugkupplung, umfassend ein Lagerelement, einen Pedalhebel,
der um eine Lagerachse schwenkbar an dem Lagerelement gelagert ist,
und eine Übertotpunktfedereinrichtung
zur Unterstützung
der Schwenkbewegung des Pedalhebels in einem Bereich zwischen einer
Ruhestellung und einer niedergedrückten Stellung.
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Betätigungseinrichtungen mit Federunterstützung sind
aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Zweck der Federunterstützung ist
es, beim Betätigen
der Kupplung die vom Fahrer auf den Pedalhebel aufzubringende Betätigungskraft
zu vermindern. Insbesondere bei hohen Antriebsleistungen werden
an der Kupplung hohe Anpreßdrücke benötigt. Dies
erfordert am Anfang des Pedalwegs eine hohe Betätigungskraft. Nach einem Betätigungskraftmaximum
erfolgt ein starker Abfall der Betätigungskraft bis zum Pedalwegende.
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Üblicherweise
ist zur Unterstützung
der Betätigungskraft
des Fahrers eine an dem Pedalhebel angreifende Übertotpunktfeder vorgesehen,
die nach Überwindung
des Totpunkts den Pedalhebel in Richtung der vollständig niedergedrückten Stellung
beaufschlagt. Vor dem Totpunkt bewirkt die Feder hingegen eine entgegengerichtete
Kraft in die Ruhestellung des Pedalhebels. Als Totpunkt bzw. Totpunktstellung
wird diejenige Stellung angesehen, in der die Kraftwirkungslinie
der Übertotpunktfedereinrichtung durch
die Schwenkachse des Pedalhebels am Lagerelement verläuft. In
der Regel werden als Übertotpunktfedereinrichtung
vorgespannte Druckfedern verwendet.
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Die
DE 196 50 577 A1 offenbart in diesem Zusammenhang
zudem die Möglichkeit,
eine Übertotpunkt-Druckfeder
gegen das Ende des Pedalwegs zu überdehnen,
so daß diese
dann als Zugfeder wirkt. Damit kann einem harten Aufprall des Pedalhebels
gegen den Endanschlag des Pedalwegs entgegengewirkt werden. Zudem
ergibt sich am Pedalhebel ein Rückstelleffekt
aus einer stark niedergedrückten
Stellung auf die Ruhestellung hin.
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Bei manchen Kraftfahrzeugkupplungen
ist anfangs eine sehr hohe Betätigungskraft
erforderlich, um die Kupplung zu Lüften. Nach dem Maximum der Betätigungskraft
tritt dann ein starker Kraftabfall auf. Wird in einem solchen Fall
durch eine Federunterstützung
das Maximum der Betätigungskraft
abgesenkt, so besteht mitunter das Problem, daß die Rückstellkräfte aus der Kupplung für eine Rückstellung
des Pedalhebels in die Ruhestellung nicht mehr ausreichen. Die hieraus
resultierenden Grenzen für die
Gestaltung der Kennlinie der unterstützenden Feder bedingen eine
ungünstige
Wahrnehmung der Betätigungskraft
durch den Fahrer, da das Pedal nach dem Kraftmaximum zu stark durchzusacken
scheint.
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In Ansehung dieses Problems wurden
im Stand der Technik bereits zweistufige Federeinrichtungen vorgeschlagen,
bei denen eine Übertotpunktfeder
durch eine weitere, die Betätigungskraft
ebenfalls vermindernde Feder ergänzt
wird. Dies wird beispielsweise in der
DE 36 36 748 C1 und der
DE 40 01 473 A1 offenbart.
Letztere lehrt zwei parallel zueinander angeordnete Übertotpunktfedern,
wobei für eine
Feder der Totpunkt in der Pedalruhestellung liegt. Dadurch wird
das Kraftmaximum vermindert und der Verlauf der Betätigungskraft über den
Pedalweg vergleichmäßigt. Jedoch
ist der Einbau von zwei parallelen Übertotpunktfedern fertigungstechnisch und
montagetechnisch aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere beabsichtigt die
Erfindung, das Gefühl
bei der Betätigung einer
Kraftfahrzeugkupplung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung
der eingangs genannten Art gelöst,
bei der eine zusätzliche,
den Pedalhebel in Richtung auf die Ruhelage rückstellende Federeinrichtung
vorgesehen ist, die lediglich in einem Bereich ausgehend von der
vollständig
niedergedrückten
Stellung des Pedalhebels bis maximal zum Maximum der Betätigungskraft
an dem Pedalhebel wirksam ist.
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Dies ermöglicht mit überraschend einfachen Mitteln
einen gleichmäßigeren
Verlauf der Betätigungskraft über den
Pedalweg, bei dem die anfänglich
hohe Betätigungskraft
vermindert und der Abfall der Betätigungskraft nach dem Maximum
weniger scharf ausprägt
ist. Somit besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung im Gegensatz zum Stand
der Technik die Möglichkeit,
die Unterstützungskraft
bis zu einem bestimmten Pedalweg auf einem hohen Niveau laufen zu
lassen, also stark vorgespannte und/oder steife Federn in der Übertotpunktfedereinrichtung
zu verwenden, danach jedoch über
die zusätzliche
Federeinrichtung das Betätigungskraftniveau
für den verbleibenden
Pedalweg anzuheben.
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Durch die Verwendung von zwei unabhängig dimensionierbaren
Feder läßt sich
der Verlauf der Betätigungskraft
unter ergonomischen Gesichtspunkten optimieren. Die Absenkung der
Betätigungskraft
im Kraftmaximum gefährdet
dabei nicht die Rückstellung
des Pedalhebels.
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Die erfindungsgemäße Lösung besitzt darüber hinaus
den Vorteil, daß aufgrund
der einfachen Anordnungsstruktur die zusätzliche Federeinrichtung auch
in bereits bestehende Betätigungseinrichtungen
eingebaut werden kann. Somit wird eine Option für eine Nachrüstung geschaffen.
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Vorzugsweise kann die zusätzliche
Federeinrichtung so angeordnet werden, daß diese bei einer Betätigung des
Pedalhebels gegen einen Hebelabschnitt zwischen einem Schwenklagerabschnitt und
einer Pedalplatte anstößt. Jedoch
sind prinzipiell auch andere Anordnungsmöglichkeiten, beispielsweise
mit Kraftangriff am Schwenklagerabschnitt des Pedalhebels, denkbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die zusätzliche
Federeinrichtung eine Schraubenfeder, die als Druckfeder eingesetzt
ist. Es lassen sich jedoch auch andere Federkonstruktionen verwenden,
so beispielsweise Elastomerfedern oder sehr weiche Gummipuffer,
die jedoch einen großen Federweg
aufweisen müssen,
um den Pedalweg zwischen dem Maximum der Betätigungskraft und der vollständig niedergedrückten Stellung
abdecken zu können.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
für eine
Betätigungseinrichtung
einer Kraftfahrzeugkupplung nach der Erfindung mit dem Pedalhebel
in Ruhelage,
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2 eine
Schnittansicht entsprechend 1 bei
niedergedrücktem
Pedalhebel nach Überwindung
der Totpunktstellung, und in
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3 ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Betätigungskraft
F in Abhängigkeit des
Pedalwegs s.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Betätigungseinrichtung 1 für eine Kraftfahrzeugkupplung. Die
Betätigungseinrichtung 1 umfaßt ein Lagerelement 2 sowie
einen an diesem schwenkbar gelagerten Pedalhebel 3. Das
am Fahrzeugaufbau ortsfest anzubringende Lagerelement 2 ist
hier lediglich durch den Lagerzapfen mit der Schwenkachse A angedeutet.
Es kann beispielsweise Bestandteil einer Lagereinrichtung eines
Fußhebelwerks
sein. Möglich ist
jedoch auch ein separater Lagerbock für den Kupplungspedalhebel 3 oder
eine integrale Ausbildung mit einem Abschnitt des Fahrzeugaufbaus. Über den
Pedalhebel 3 und einen Geberzylinder 4 wird die
eigentliche Fahrzeugkupplung betätigt.
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Zwischen dem Pedalhebel 3 und
einem ortsfesten Punkt 5 der Fahrzeugkarosserie, der beispielsweise
an dem Lagerelement 2 liegen kann, ist eine Übertotpunktfedereinrichtung
zur Unterstützung der
Schwenkbewegung des Pedalhebels 3 vorgesehen. Die Übertotpunktfedereinrichtung
hält den
unbetätigten
Pedalhebel 3 in der in 1 gezeigten
Ruhestellung. Sie dient weiterhin dazu, beim anfänglichen Niederdrücken des
Pedalhebels 3 nach Überwindung
des Totpunkts die zum Lüften
der Kupplung benötigte
Betätigungskraft
des Fahrers zu vermindern. Beim Niedertreten des Pedalhebels 3 bis
zum Erreichen des Totpunkts kann folglich zunächst eine geringfügige Erhöhung der
Betätigungskraft
auftreten. Wie 1 zeigt,
verläuft
in der Ruhestellung die Kraftwirkungslinie B unter der Schwenkachse
Art hindurch, bewirkt also eine Bewegung des Pedalhebels 3 auf
die Ruhestellung hin. Bereits ein geringfügiges Verschwenken des Pedalhebels 3 infolge
einer Betätigung
durch den Fahrer bringt, wie 2 zeigt,
die Kraftwirkungslinie B auf die andere Seite der Schwenkachse A,
womit die Übertotpunktfedereinrichtung 6 die
Betätigungskraft
des Fahrers unterstützt.
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Die Übertotpunktfedereinrichtung 6 weist hier
beispielhaft zwei parallel geschaltete Druckfedern 7 und 8 auf,
die koaxial zueinander angeordnete sind. Dabei kann im Hinblick
auf eine Abstufung der Federkennlinie die Federwirkung einer der
parallel geschalteten Druckfedern 7 bzw. 8 in
bezug auf den Pedalweg nach einem vorgegebenen Pedalweg enden, so
daß eine
gute Anpassung der Unterstützungskraft
an den Verlauf der benötigten
Kupplungskraft möglich
ist. Zu diesem Zweck kann eine der Druckfedern 7 bzw. 8 so
in der Ruhestellung vorgespannt eingebaut werden, daß diese
nach einem definierten Pedalweg ihren ausgefederten Zustand einnimmt,
während
die zweite Feder weiterhin eine Druckkraft ausübt. Die Übertotpunktfedereinrichtung 6 ist
hier zwischen einem Arm 9 des Pedalhebels 3 und
einem karosserieseitig ortsfesten Punkt 5 eingespannt.
Der Arm 9 erstreckt sich dabei von einem Schwenklagerabschnitt 10 des
Pedalhebels 3 in etwa in Richtung der Spritzwand der Fahrzeugkarosserie. Anstelle
der beispielhaft dargestellten Übertotpunktfedereinrichtung 6 können grundsätzlich auch
andere, aus dem Stand der Technik bekannte Übertotpunktfedereinrichtungen
verwendet werden. Auch können
diese an anderer Stelle an dem Pedalhebel 3 und dem Lagerelement 2 oder
Fahrzeugaufbau angreifen.
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Eine Besonderheit der Betätigungseinrichtung 1 liegt
in einer zusätzlich
vorhandenen rückstellenden
Federeinrichtung 11, die den Pedalhebel 3 in Richtung
auf die Ruhelage mit einer Kraft beaufschlagt. Diese Kraft ist der
Wirkung der Übertotpunktfedereinrichtung 6 entgegengerichtet
und erhöht
die vom Fahrer aufzubringende Betätigungskraft. Allerdings ist
die rückstellende
Federeinrichtung 11 lediglich in einem Bereich frühestens
vom Betätigungskraftmaximum
bis zur vollständig
niedergedrückten Stellung
des Pedalhebels 3 an diesem wirksam. Dadurch läßt sich
der ansonsten scharfe Abfall der Betätigungskraft weicher gestalten.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind der Pedalhebel 3 und die rückstellende Federeinrichtung 11 von
der Ruhelage des Pedalhebels 3 bis mindestens zum Betätigungskraftmaximum
mechanisch entkoppelt. In diesem Bereich ist allein die Übertotpunktfedereinrichtung 6 wirksam.
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Wie den 1 und 2 entnommen
werden kann, umfaßt
die rückstellende
Federeinrichtung 11 eine Schraubenfeder 12, die
mit einem Ende über
ein Aufnahmeelement 13 karosserieseitig fest angebunden
ist und als Druckfeder dient. Das Aufnahmeelement 13 kann
als separates Bauteil an der Spritzwand befestigt werden.
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Möglich
ist auch eine Abstützung
der Schraubenfeder 12 im Lagerbock des Fußhebelwerks
oder am Lagerelement 2. Das weitere Ende 14 der
Schraubenfeder 12 ist in der Ruhestellung des Pedalhebels 3 frei.
Bei einer Betätigung
des Pedalhebels gelangt das freie Ende 14 in Anlage gegen
einen Hebelabschnitt 15 zwischen dem Schwenklagerabschnitt 10 und
einer Pedalplatte 16 des Pedalhebels 3. Die Schraubenfeder 12 der
rückstellenden
Federeinrichtung 11 wird in der vollständig niedergedrückten Stellung
des Pedalhebels 3 auf ihre Blocklänge zusammengedrückt. In
Abwandlung des Ausführungsbeispiels
kann anstelle einer Schraubenfeder 12 auch eine Elastomerfeder
mit einem entsprechend großen
Federweg vorgesehen sein.
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Die Betriebsweise der Betätigungseinrichtung 1 gestaltet
sich wie folgt: bei einem Niederdrücken des Pedalhebels 3 wird
zunächst
der Totpunkt der Übertotpunktfedereinrichtung 6 überwunden,
wobei deren Druckfedern 7 und 8 bis zum Totpunkt
gegebenenfalls geringfügig
weiter gedehnt werden. Nach Überwindung
des Totpunkts unterstützt
die Übertotpunktfedereinrichtung 6 den
Fahrer, in dem sie das Kraftmaximum bei der Kupplungsbetätigung absenkt.
Nach Überwindung
des Betätigungskraftmaximums
gelangt der Pedalhebel 3 in Anlage gegen die zusätzliche
Federeinrichtung 11, die der weiteren Bewegung des Pedalhebels 3 einen
Widerstand entgegensetzt, und zwar bis in die vollständige niedergedrückte Stellung.
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Durch eine gezielte Abstimmung der Übertotpunktfedereinrichtung 6 und
der zusätzlichen
Federeinrichtung 11 läßt sich
der Verlauf der Betätigungskraft
in Abhängigkeit
der verwendeten Kupplung an einem Kraftfahrzeug optimieren, so daß einerseits
das aufzubringende Kraftmaximum abgesenkt wird, andererseits ein
plötzliches,
gefühlloses Durchsacken
des Pedalhebels unterbleibt, d. h. gegen das Ende des Pedalwegs
ein Anheben des Pedalwiderstands erfolgt. Dadurch wird das Betätigungsgefühl verbessert.
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In 3 ist
dies anhand von drei Verläufen der
Betätigungskraft
F über
den Pedalweg s dargestellt. Mit a ist hierbei der Verlauf der Betätigungskraft F
bezeichnet, die für
eine SAC-Kupplung am Pedalhebel 3 aufgebracht werden muß, wenn
keine Federunterstützung
vorhanden ist. Der scharfe Abfall der Betätigungskraft F nach dem Kraftmaximum
ist deutlich zu erkennen. Durch die Übertotpunktfedereinrichtung 6 kann
das Kraftmaximum abgesenkt werden, wie die anhand des Verlaufs b
gezeigt ist. Jedoch sind hier Grenzen gesetzt. Bei einer sehr geringen
Kraft im Kraftmaximum würde
die Rückstellkraft der
Kupplung unter Umständen
nicht mehr ausreichen, um den Pedalhebel 3 gegen die Kraft
der Übertotpunktfedereinrichtung 6 in
seine Ausgangsstellung zurückzubringen.
Erfindungsgemäß ergibt
sich hingegen der mit c bezeichnete Verlauf, bei dem das Kraftmaximum
gegenüber
a abgesenkt ist und der Verlauf nach dem Kraftmaximum gegenüber b angehoben
ist. Der Abfall nach dem Kraftmaximum fällt folglich weniger steil
aus. Gleichzeitig wird die Pedalrückstellung bei verringertem
Betätigungskraftmaximum
gewährleistet.
Die rückstellende
Federeinrichtung 11 weist dabei eine kleinere Federsteifigkeit
als die Übertotpunktfedereinrichtung 6 auf.
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- 1
- Betätigungseinrichtung
- 2
- Lagerelement
- 3
- Pedalhebel
- 4
- Geberzylinder
- 5
- karosseriefester
Punkt
- 6
- Übertotpunktfedereinrichtung
- 7
- Druckfeder
- 8
- Druckfeder
- 9
- Arm
- 10
- Schwenklagerabschnitt
des Pedalhebels 3
- 11
- zusätzliche
Federeinrichtung
- 12
- Schraubenfeder
- 13
- Federaufnahme
- 14
- freies
Ende der Schraubenfeder
- 15
- Hebelabschnitt
des Pedalhebels 3
- 16
- Pedalplatte
- A
- Schwenkachse
- B
- Kraftwirkungslinie
der Federeinrichtung