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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 Federeinrichtung zur Unterstützung der Schwenkbewegung des
Pedalhebels in einem Bereich zwischen einer Ruhestellung und einer
niedergedrückten
Stellung.
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Derartige Betätigungseinrichtungen mit einer unterstützenden
Federeinrichtung sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
Zweck der Federeinrichtung 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
tritt dann starker Abfall der Betätigungskraft auf.
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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 Kraft
in Richtung der Nullstellung bzw. Ruhestellung des Pedalhebels.
Als Totpunkt bzw. Totpunktstellung wird diejenige Stellung angesehen, in
der die Kraftwirkungslinie der Federeinrichtung durch die Schwenkachse
des Pedalhebels am Lagerelement verläuft. In der Regel kommen hierbei Druckfedern
zum Einsatz.
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Die
DE 196 50 577 A1 offenbart in diesem Zusammenhang
zusätzlich
die Möglichkeit,
die Übertotpunktfeder
gegen das Ende des Pedalwegs zu überdehnen,
so daß diese
dann als Zugfeder wirkt. Damit kann jedoch lediglich einem harten
Aufprall des Pedalhebels gegen den Endanschlag des Pedalwegs entgegengewirkt
werden.
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Eine weitere, ähnliche Konstruktion, jedoch ohne
Zugfederwirkung gegen das Ende des Pedalwegs, ist beispielsweise
aus der
DE 199 34
238 C1 oder auch aus der
DE 100 11 760 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Gefühl bei der Betätigung einer
Kraftfahrzeugkupplung zu verbessern. Insbesondere beabsichtigt die
Erfindung die Schaffung einer Betätigungseinrichtung, die einen
homogeneren Verlauf der Betätigungskraft über den
Pedalweg aufweist. Beabsichtigt ist insbesondere eine Verminderung
der anfänglichen
hohen Betätigungskraft
sowie eine weniger scharfe Ausprägung
des Abfalls der Betätigungskraft
nach dem Kraftmaximum.
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Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung
der eingangs genannten Art gelöst,
bei der die Federeinrichtung durch eine Reihenschaltung einer Druckfeder
und einer Zugfeder gebildet wird, wobei in der Ruhestellung die
vorgespannte Druckfeder wirksam ist und bei einer Betätigung des
Pedalhebels nach einem Hauptexpansionsweg der Druckfeder die Zugfeder
bis in die vollständige
niedergedrückte
Stellung wirksam ist.
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Durch die Verwendung von zwei Federn
in Reihenschaltung, nämlich
einer Druckfeder und einer Druckfeder läßt sich zunächst die anfängliche
Betätigungskraft
deutlich absenken, und zwar über
den dem Hauptexpansionsweg der Druckfeder entsprechenden Pedalweg
des Pedalhebels. Dieser Hauptexpansionsweg wird in Abhängigkeit
des Verhaltens der jeweiligen Kupplung ausgelegt. Dies kann beispielsweise
so erfolgen, daß die
Unterstützung
durch die Druckfeder in etwa mit dem Betätigungskraftmaximum der Kupplung
zusammenfällt
und der daran anschließende,
starke Abfall durch die dann wirksame Zugfeder entschärft wird.
Anders ausgedrückt
besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung im
Gegensatz zum Stand der Technik die Möglichkeit, die Unterstützungskraft
bis zu einem bestimmten Pedalweg laufen zu lassen und danach über die
Zugfeder das Betätigungskraftniveau
für den
verbleibenden Pedalweg anzuheben.
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Durch die individuelle Wahl der Federsteifigkeiten
für die
Druckfeder und die Zugfeder läßt sich eine
optimale Abstimmung auf die jeweilige Kupplung mit dem Effekt einer
Vergleichmäßigung des
Betätigungskraftverlaufs über den
Pedalweg vornehmen.
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Zweckmäßigerweise weist dabei die
Druckfeder eine höhere
Federsteifigkeit als die Zugfeder auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
können
die Federn so angeordnet sein, daß die Zugfeder in der Ruhestellung
auf Block zusammengedrückt
ist.
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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 in Pedal-Nullstellung
bzw. Ruhelage,
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2 eine
weitere Schnittansicht entsprechend 1 bei
niedergedrücktem
Pedal nach Überwindung
der Totpunktstellung, und in
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3 ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Betätigungskraft
in Abhängigkeit des
Pedalwegs.
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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 dann
die eigentliche Fahrzeugkupplung betätigt.
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Zwischen dem Pedalhebel 3 und
einem ortsfesten Punkt 5 des Fahrzeugaufbaus, der beispielsweise
auch an dem Lagerelement 2 liegen kann, ist eine Federeinrichtung
zur Unterstützung
der Schwenkbewegung des Pedalhebels 3 vorgesehen. Die Federeinrichtung
dient dazu, beim anfänglichen Niederdrücken des
Pedalhebels 3 die zum Lüften
der Kupplung benötigte
Betätigungskraft
zu vermindern. Diese Federeinrichtung ist hier nach dem Prinzip über Übertotpunktfeder
ausgebildet, so daß beim Niedertreten
des Pedalhebels 3 bis zum Erreichen des Totpunkts durch
die Federeinrichtung unter Umständen
zunächst
eine kleine Erhöhung
der Betätigungskraft
auftreten kann. Wie 1 zeigt,
verläuft in
der Ruhestellung die Kraftwirkungslinie B unter der Schwenkachse
Art hindurch, bewirkt also eine Bewegung des Pedalhebels 3 auf
die Nullstellung 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 Federeinrichtung die Betätigungskraft des Fahrers unterstützt.
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Eine Besonderheit der Betätigungseinrichtung 1 besteht
nun in der Ausgestaltung der Federeinrichtung mit zwei in Reihe
geschalteten Federn, nämlich
einer Druckfeder 6 und einer Zugfeder 7. In der
in 1 dargestellten Nullstellung
bzw. Ruhestellung des Ausführungsbeispiels
ist lediglich die vorgespannte Druckfeder 6 wirksam ist.
Die Zugfeder 7 ist hingegen im wesentlichen auf Blocklänge zusammengedrückt. Beide
Federn 6 und 7 sind mit einem Ende axial miteinander
verbunden, wobei dies hier durch ein die Federenden umgreifendes
Verbindungselemnt 9 vorgenommen ist. Mit dem jeweils anderen
Ende sind die Federn 6 und 7 jeweils an einer Federaufnahme 10 bzw. 11 befestigt,
und zwar sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung. Die Federaufnahmen 10 und 11 sind
auf Seiten des Fahrzeugaufbaus sowie an dem Pedalhebel 3 gelenkig
angebunden. Vorzugsweise greift die pedalhebelseitige Federaufnahme 11 an
der Lagerzapfenaufnahme des Pedalhebels 3 an.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können die
Federn 6 und 7 auch unmittelbar miteinander verbunden
sein. Überdies
möglich
ist eine einstückige
Ausgestaltung mit zwei unterschiedlichen Federabschnitten, nämlich einem
Druckabschnitt und einem Zugabschnitt.
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Um ein Ausknicken der komprimierten
Zugfeder 7 zu verhindern, sind die Federnaufnahmen 10 und 11 über eine
teleskopierbare Stange 12 miteinander verbunden, die sich
durch die Federn 6 und 7 hindurch erstreckt. Das
Verbindungselement 9 ist an der Stange 12 gleitbewegbar
geführt.
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Im Hinblick auf eine Vergleichmäßigung des Betätigungskraftverlaufs über den
Pedalweg sind die Federn mit unterschiedlicher Federsteifigkeit
ausgebildet. So weist die Druckfeder 6 eine deutlich höhere Federsteifigkeit
als die Zugfeder 7 auf. Dadurch ist es möglich, die
Druckfeder 6 in der Ruhestellung bzw. Nullstellung des
Pedalhebels 3 in einem vorgespannten, d. h. komprimierten
Zustand einzubauen, in dem die Zugfeder 7 weitgehend oder
vollständig
auf Blocklänge
zusammengedrückt
ist.
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Durch eine Betätigung des Pedalhebels 3 wird
zunächst
der Totpunkt der Federeinrichtung überwunden. Dabei wird die Druckfeder 6 bis
zum Totpunkt geringfügig
weiter gedehnt. Nach Überwindung
des Totpunkts wirkt als erstes die Druckfeder 6. Ihre unterstützende Kraft
reduziert das Kraftmaximum der Kupplungsbetätigung um einen bestimmten Betrag,
und zwar über
ihren gesamten Hauptexpansionsweg hinweg. Nach diesem erreicht die
Druckfeder 6 ihren ausgefederten Zustand. Da die beiden Federn,
d. h. die Druckfeder 6 und die Zugfeder 7 über das
Verbindungselement 9 fest miteinander verbunden sind, wird
bei einem weiteren Verschwenken des Pedalhebels 3 nach
dem Hauptexpansionsweg die Druckfeder 7 gezogen bzw. gedehnt.
Durch das Dehnen der Zugfeder 7 und in einem geringfügigen Ausmaß auch der
Druckfeder 6 wird für
den weiteren Pedalweg ein Kraftanstieg erzielt, der den Abfall der Betätigungskraft
der Kupplung weniger scharf ausfallen läßt. Die Zugfeder 7 ist
dann bis in die vollständige
niedergedrückte
Stellung wirksam.
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Durch eine gezielte Abstimmung der
Federn 6 und 7 untereinander 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 bezeichnet,
die für
eine SAC-Kupplung am Pedalhebel 3 aufgebracht werden muß, wenn
keine unterstützende
Federeinrichtung vorhanden ist. Der scharte Abfall der Betätigungskraft
F nach dem Kraftmaximum ist deutlich zu erkennen. Durch eine herkömmliche
lineare Übertotpunktfeder
kann das Kraftmaximum abgesenkt werden, wie die anhand des Verlaufs b
gezeigt ist. Jedoch sind hier Grenzen gesetzt. Bei einer sehr geringen
Kraft in Kraftmaximum würde
die Rückstellkraft
der Kupplung unter Umständen
nicht mehr ausreichen, um den Pedalhebel 3 in seine Ausgangsstellung
zurückzubringen.
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Erfindungsgemäß ergibt sich hingegen der mit
c bezeichnete Verlauf, bei dem sowohl das Kraftmaximum abgesenkt
ist als auch der Verlauf nach dem Kraftmaximum angehoben ist. Der
Abfall nach dem Kraftmaximum fällt
dabei weniger steil aus. Gleichzeitig wird die Pedalrückstellung
bei verringertem Betätigungskraftmaximum
gewährleistet.
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- 1
- Betätigungseinrichtung
- 2
- Lagerelement
- 3
- Pedalhebel
- 4
- Geberzylinder
- 5
- karosseriefester
Punkt
- 6
- Druckfeder
- 7
- Druckfeder
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Federaufnahme
- 11
- Federaufnahme
- 12
- teleskopierbare
Stange
- A
- Schwenkachse
- B
- Kraftwirkungslinie
der Federeinrichtung