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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Betätigungsvorrichtung
für eine
Kupplung oder Bremse, bestehend aus einem Betätigungselement, welches eine
Anfangs- und eine
Endstellung aufweist, wobei das Betätigungselement Signale an einen
Aktuator zur Beaufschlagung der Bremse oder der Kupplung oder eines
Gaspedals sendet.
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Es gibt bereits Betätigungseinrichtungen
für eine
im Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe
angeordnete Reibungskupplung mit einer Betätigungsanordnung zur Betätigung der
Reibungskupplung und einer mit der Betätigungsanordnung verbundenen
Kupplungspedalanordnung, die ein Kupplungspedal aufweist, welches über eine
Hydraulikleitung eine Positionier-Servoanordnung beaufschlagt zur Betätigung einer
Kupplung mittels eines pneumatischen Betätigungszylinders. Weiterhin
bekannt ist ein Betätigungsgestänge für eine Kupplung,
mit einem Kupplungshebel, an den eine Übertotpunktfeder angreift,
die bei einer Stellung des Kupplungshebels zwischen der Totpunktlage
und einer Endlage eine auf diese Endlage gerichtete Kraft auf den
Kupplungshebel ausübt.
Hierbei greift an den Kupplungshebel eine Ausgleichsfeder an, die
auf den Kupplungshebel eine auf die der ausgerückten Kupplung entsprechende
Endlage gerichtete Kraft ausübt,
wobei das durch die Ausgleichsfeder auf den Kupplungshebel aufgebrachte
Drehmoment in der Endlage, die der ausgerückten Kupplung entspricht,
dem der eingerückten
Kupplung entspricht (z. B.
DE-PS
36 36 748 C1 ).
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Nachteilig dieser vorbekannten hydraulischen
Kupplungsbetätigung
ist, dass die mechanischen Randbedingungen zur Kupplungsbetätigung nur
begrenzte Übertragungsfähigkeiten
zulassen. Weiterhin wird bei Einsatz einer Positionier-Servoanordnung zur
Kupplungsbetätigung
dem Kraftfahrzeugführer
nur eine indirekte Rückmeldung über die Kupplungsbetätigung gegeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Betätigungselement
für eine
Kupplung oder Bremse oder Gaspedals zu schaffen, welche über Signale
einen Aktuator beaufschlagt und ein gewohntes Kupplungs- oder Bremsverhalten
aufweist.
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Gelöst wird die Aufgabe hierdurch,
dass das Betätigungselement
federbeaufschlagt ist.
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Durch die Federkraft erhält der Fahrer
eine analoge und proportionale Rückmeldung über die mittels
dem Pedal vorgegebene Soll-Position, infolge dessen ein dieser Position
entsprechendes Signal an den Aktuator weitergegeben wird.
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Weiterhin wird hierbei vorgeschlagen,
dass die Feder bei Beaufschlagung Reibung erzeugt, wobei alternativ
die Feder zwischen Vor- und Endspannung mit einem Hystereseverlauf
ausgelegt ist. Erfolgt die Energiebereitstellung für den Aktuator über ein
kompressibles Medium wie z. B. Pressluft, lässt ich für den Fahrer mittels dem Pedalkraftunterschied zwischen
Vor- und Endspannung der Feder in gewohnter Weise der dem vorgegebenen
Signal entsprechende Aktuatorbetätigungszustand
erfüllen.
Erfindungsgemäß wird hierbei
die geforderte Reibung bzw. Hysterese in der Feder selbst erzeugt.
Hierdurch wird eine kostengünstige
Ausführungsform
mit wenigen Bauteilen erzielt.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht
hierbei vor, dass bei Betätigung
eine Hysterese innerhalb der Betätigungsvorrichtung
erzeugt wird. Vorteilhaft können hierbei
Reibringe bzw. reibungsbehaftete Gleitstellen am Pedalgelenk angebracht
sein.
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In vorteilhafter Weise wird hierbei
die Hysterese über
ein Reibelement erzeugt, wobei das Reibelement bei Betätigung der
Feder mitbewegt wird. Insbesondere wenn die Feder an einer Stange
geführt
wird, kann hierbei entlang dieser bei Vor- und Endspannung der Feder ein die Stange
umgreifendes Element, wie z. B. ein Kunststoffring, zwangsweise
reibungsbehaftet mitgeführt
werden.
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Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist vorgesehen, dass die Feder als aus mindestens einem Draht gewickelte
Schraubendruckfeder ausgeführt
ist. Ist dieser Draht ähnlich
einem Stahlseil ausgeführt,
derart, dass sich dieser aus einzelnen, miteinander verschlungenen
bzw. umeinander verdrehten Einzeldrähten zusammensetzt, erfolgt
bei Kompression der einzelnen Windungen der Schraubendruckfeder
ein Aneinanderreiben der Einzellitzen mit einer merkbaren Reibung.
Hierbei ist die innere Reibung innerhalb des gewickelten Drahtkörpers derart
bemessen, dass diese innere Reibung bei Kompression der Feder kleiner
ist als die Rückstellkraft
der gesamten Schraubenfeder.
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In alternativer Ausgestaltung wird
hierzu vorgesehen, dass die Feder aus mehreren, einzelnen Tellerfedern
gebildet ist. Hierbei lässt
sich besonders vorteilhaft eine nicht lineare Kraftwegkurve für das so entstandene
Federpaket erstellen, welches ebenso eine nicht selbsthemmende Reibung
aufweist.
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In alternativer Ausgestaltung wird
vorgesehen, dass die Feder aus einem mehrschichtig gewickelten Bandstahl
gebildet ist. Hierdurch können
die Vorteile einer Schraubendruckfeder sowie die einer Tellerfeder
miteinander kombiniert werden.
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In alternativer Ausgestaltung ist
vorgesehen, dass die Feder aus einem federnden Kunststoff hergestellt
ist. Insbesondere die Ausbildung als Gummielement beziehungsweise
als Schaumstoff, welcher bei Kompression und anschließender Entlastung eine
ausgeprägte
Hysteresekurve aufweist, erweist sich als besonders kostengünstig.
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Eine weitere vor allem kostengünstige Variante
besteht in, der Ausbildung als drahtgestrickte Feder. Hier wird
die Hysteresekurve dieses Stahlteils besonders ausgeprägt.
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Im Hinblick auf die wichtige Signalfunktion wird
vorgeschlagen, dass das Betätigungselement über eine
elektrische Leitung mit dem Aktuator verbunden ist. Die Übermittlung
der Signale als Strom- oder Spannungssignale erweist sich als besonders störungsfrei.
Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Signale über einen
optischen Leiter zu übermitteln.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
von mehreren, in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung;
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2 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schraubendruckfeder;
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2b einen
Schnittverlauf durch eine Windung einer Schraubendruckfeder gemäß 2a;
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3 eine
aus einem Rechteckbandstahl gewickelte Schraubendruckfeder, mehrschichtig
ausgeführt;
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4 ein
Versuchsdiagramm mit Darstellung des Pedalkraftverlaufes.
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Bei der in 1 gezeigten Betätigungsvorrichtung 1 ist
ein Betätigungselement 2 über eine drehbar
gelagerte Pedalachse 8 mit dem Grundgehäuse 9 über die
Pedalachsenlagerung 10 verbunden. Das Betätigungselement 2 weist
weiterhin einen drehfest mit diesem verbundenen Schwenkarm 11 auf,
an dem ein Lagerauge 12 drehbar angeschraubt ist. Dieses
Lagerauge 12 setzt sich fort in ein erstes Federtellerelement 13 zur
Aufnahme und Abstützung eines
axialen Endbereiches einer Schraubenfeder 14, welche mit
ihrem zweiten Endbereich Aufnahme in einem zweiten Federtellerelement 15 zusammenwirkend
mit einem weiteren Lagerauge 12a findet. Dieses Lagerauge 12a ist
drehbar am Grundgehäuse 9 über einen
Bolzen gelagert. Um zu verhindern, dass die Schraubenfeder 14 bei
Kompression ausknickt, stützt
sich das erste Federtellerelement 13 mit seiner der Schraubenfeder 14 abgewandten
Fläche am
Lagerauge 12 ab. Ebenso sinngemäß verhält es sich mit dem zweiten
Federtellerelement 15 und dem diesem zugeordneten Lagerauge 12a.
Des Weiteren erstreckt sich das Lagerauge 12a mit einem
stangenförmigen
Fortsatz 16 in Achsrichtung der Schraubenfedern 14,
wobei durch diesen stangenförmigen
Fortsatz 16 das zweite Federtellerelement 15 an
dem Lagerauge 12a zentriert wird. Ebenso erstreckt sich vom
Lagerauge 12 ein hülsenartiger
Fortsatz 17 in Achsrichtung der Schraubenfeder 14 und
positioniert hierbei das erste Federtellerelement 13 zum
Lagerauge 12. Der hülsenförmige Fortsatz 17 umgreift hierbei
mit seinem einen axialen Endbereich den stangenförmigen Fortsatz 16,
womit diese eine längsverschiebliche,
gleitende Momentenabstützung bilden.
Infolge dessen sind die drehbar fixierten Lageraugen 12 und 12a mit
ihren jeweiligen Fortsätzen 16 und 17 bei
Kompression bzw. Entlastung der Schraubenfeder 14 konzentrisch
zueinander ausgerichtet. Wird nun das Betätigungselement 2 in
Richtung auf den Pedalendanschlag 18 um die Pedalachse 8 verschwenkt,
wird aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem Betätigungselement 2 und dem
Schwenkarm 11 dieser zusammen mit dem Lagerauge 12 um
den gleichen Drehwinkel auf einer Kreisbahn verlagert. Das Lagerauge 12 nähert sich hierbei
dem Lagerauge 12a, wobei die Schraubenfeder 14 um
den entsprechenden Betrag komprimiert wird. Die Gleitführung zwischen dem
stangenförmigen
Fortsatz 16 und dem hülsenförmigen Fortsatz 17 wird
ebenso um denselbigen Betrag ineinander geschoben und verhindert
hierbei ein Ausknicken der Schraubenfeder 14, indem die
Federtellerelemente 13 und 15 einander zu gerichtet
bleiben. Hierbei ist es auch möglich,
dass erfindungsgemäß die Gleitführung des
stangenförmigen
Fortsatzes 16 im hülsenförmigen Fortsatz 17 reibungsbehaftet
ausgeführt
ist. Alternativ kann hierbei auch vorgesehen sein, dass anstatt
der vorgenannten Führung
mit den Bauteilen 16 und 17 hier ein stoßdämpferähnliches
Bauteil eingesetzt wird, welches einen Verschiebewiderstand in Abhängigkeit
der Geschwindigkeit, mit der die Schraubenfeder 14 komprimiert
bzw. entlastet wird, aufbaut. Da der Schwenkarm 11 sich
auf einer Kreisbahn bewegt, erfolgt die Kompression bzw. Entlastung
der Feder entsprechend einem Teilausschnitt aus einer Sinuskurve.
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Die Schraubenfeder 14 wird
bei diesem Beispiel gebildet durch eine Mehrdrahtfeder entsprechend
der Ausführung
gemäß 2a und 2b, und weist demzufolge eine innere
Reibung, welche der Vorspannrichtung entgegengerichtet ist, auf.
Bei der vorgenannten Verschwenkung des Betätigungselementes 2 wirkt
daher die Schraubenfeder 4 der Kompression nicht nur mit
der Federkraft entgegen, sondern baut eine der Bewegungsrichtung
entgegengesetzte Reibungskraft auf.
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In 4 ist
ein Kraftwegdiagramm dargestellt, welches den Pedalkraftverlauf
des Betätigungselementes 2 in
Abhängigkeit
des Betätigungsweges
einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 zeigt.
Ausgehend vom Ruhezustand erfordert das Verschwenken des Betätigungselementes 2 das Überschreiten
einer Anfangskraft zur Überwindung der
durch die Schraubenfeder 4 aufgebrachten Vorspannkraft.
Daran anschließend
wird das Betätigungselement 2 gegen
die Federkraft der Schraubenfeder 14 entsprechend dem Kurvenabschnitt
A verschwenkt, bis das Betätigungselement 2 am
Pedalendanschlag 18 zur Anlage kommt, welches sich durch
den vertikalen Kraftanstieg am Ende der Kurve A abzeichnet. Beim
Zurückfahren
des Betätigungselementes 2 in
seine Ausgangsstellung wird dieses durch die Vorspannung der Schraubenfeder 14 zurückgedrückt. Dieser
durch den Kurvenabschnitt B dargestellte Bewegungsablauf ist um
die hierbei auftretende Reibkraft betragsmäßig reduziert. Die hierbei
von den Kurvenabschnitten A und B eingeschlossene Fläche entspricht
der bei einem Ein- und Ausrückvorgang
verrichteten Reibarbeit. Hierbei gestaltet sich die innere Reibung
der Schraubenfeder 14 derart, dass diese mit ansteigender
Federkraft ebenfalls steigt.
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Die 2a und 2b zeigen eine Detailansicht sowie
eine Schnittansicht entsprechend dem Schnittverlauf CC einer aus
mehreren Einzeldrähten
zu einer Schraubenwindung zusammengefassten Schraubenfeder 14.
In 2b ist hierbei der
im Kernbereich verlaufende, auch Seele genannte Kerndraht; mit den
diesen schraubenartig umschlingenden acht Einzeldrähten. Dieses
Drahtgebilde bildet die Windung der in 2a dargestellten Schraubenfeder 14.
Bei einer Kompression bzw. Entlastung dieser Feder 14 reiben
die Einzeldrähte
dieser Windung aneinander und erzeugen somit die innere Reibung dieses
Elementes. Hierbei ist die Reibkraft derart ausgebildet, dass im
Vergleich mit der Vorspannkraft infolge Kompression der Schraubenfeder 14 keine Selbsthemmung
auftritt.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform handelt es sich
um eine aus mehreren ineinander geschichteten Schraubentellerfedern,
die sowohl durch die Steigung des Gewindeganges eine Federkraft
hervorrufen als auch wenn die benachbarten Windungen zweier Federwindungen
aneinander zur Anlage kommen wie ein Tellerfederpaket wirken, und hierbei
eine entsprechende innere Reibung aufweisen.
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- 1
- Betätigungseinrichtung
- 2
- Betätigungselement
- 3
- Aktuator
- 4
- Feder
- 5
- Reibelement
- 6
- Schraubendruckfeder
- 7
- gewickelte
Tellerfeder
- 8
- Pedalachse
- 9
- Grundgehäuse
- 10
- Pedalachsenlagerung
- 11
- Schwenkarm
- 12
- Lagerauge
- 13
- erstes
Federtellerelement
- 14
- Schraubenfeder
- 15
- zweites
Federtellerelement
- 16
- stangenförmiger Fortsatz
- 17
- hülsenförmiger Fortsatz
- 18
- Pedalendanschlag