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Einrichtung zur Unterstützung der Pedalkraft, vorzugsweise für die
Betätigung einer ausrückbaren Fahrzeugkupplung, insbesondere Hauptkupplung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Unterstützung der Pedalkraft
für einen insbesondere aus zwei im spitzen Winkel zueinander angeordneten Armen
bestehenden Pedalhebel, vorzugsweise für die Betätigung einer ausrückbaren Kupplung
für Fahrzeuge, insbesondere einer Hauptkupplung für Kraftfahrzeuge, wobei an dem
einen, den Pedalhebel bildenden Arm das Kupplungsbetätigungsgestänge angreift und
am anderen Arm eine vorgespannte, als Übertotpunktunterstützungsfeder für den Pedalhebel
wirkende Feder gelenkig befestigt und abgestützt ist, wobei sich die Unterstützungsfeder
andererseits am Fahrzeugkörper oder einem anderen starren Teil mittelbar durch ein
Verbindungsteil abstützt, welches seinerseits in der Drehebene des Pedalhebels schwenkbar
am Fahrzeugkörper oder einem anderen starren Teil angeordnet ist.
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Die Federkennlinien der allgemein üblichen Schraubenfederkupplungen
zeigen auf Grund der Vorspannung der Federn und der Elastizitätsverluste innerhalb
der Betätigungsglieder der Federn einen geknickten und bei Verwendung der Tellerfederkupplungen
außerdem einen degressiven Verlauf, wobei die Kennlinie der Tellerfederkupplung
in ihrem Anfangsbereich eine vergleichsweise große Steigung aufweist. Dies bedeutet,
daß in diesem, etwa die Hälfte des gesamten Federweges darstellenden Bereich pro
Wegeinheit vergleichsweise große Pedalkräfte erforderlich sind, um die Federkraft
zu überwinden.
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Die eingangs beschriebenen bekannten Einrichtungen dienen dazu, die
Pedalkraft in dem vorstehend genannten Anfangsbereich zu unterstützen, und zwar
mit einer möglichst konstanten und zugleich großen Kraft. Diese möglichst konstante
und zugleich große Federkraft auf einer vergleichsweise großen Wegstrecke bedingt
naturgemäß eine flache Kennlinie, wobei jedoch der Anfangspunkt dieser Kennlinie
- nämlich bei zusammengedrückter Feder - hoch liegen muß. Ferner soll die Kennlinie
linear verlaufen, weshalb auf geringe innere Reibverluste der Feder geachtet werden
muß. Die bekannten Unterstützungsfedern weisen daher eine hohe Windungszahl auf
bei zugleich starker Ausbildung des Federdrahtes. Daraus ergibt sich eine große
Federlänge, die viel Platz benötigt und daher nachteilig ist.
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Bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art ist die Feder
als Druckfeder ausgebildet. Dabei befindet sich die, z. B. durch einen tellerartigen,
mit einer Schneide versehenen Verbindungsteil oder durch eine Kugelkalotte od. dgl.,
gebildete Abstütz-und Schwenkstelle an dem dem Kupplungspedal abgewandten Ende der
Unterstützungsfeder. Infolge ihrer großen Baulänge ergibt sich daher bei der bekannten
Einrichtung ferner noch der Nachteil, daß der Schwenkwinkel der Unterstützungsfeder
beim Betätigen des Kupplungspedals um einen bestimmten Winkel nur klein ist. Für
das Unterstützungsmoment steht daher nur ein entsprechend kleiner Hebelarm zur Verfügung.
Es muß also eine sehr starke Feder verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, die genannten
Nachteile zu vermeiden und darüber hinaus noch die im folgenden zu beschreibenden
Vorteile zu erreichen. Sie löst dieses Problem der eingangs genannten Einrichtungen
dadurch, daß das Verbindungsteil am Fahrzeugkörper innerhalb der Längenerstreckung
der Unterstützungsfeder zwischen den beiden Federenden liegt.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme bewirkt vorteilhaft eine Verringerung
des Abstandes der Anlenkstelle der Unterstützungsfeder am Pedalhebel von ihrer Abstütz-
und Schwenkstelle am Fahrzeugkörper. Infolgedessen ergibt sich ein wesentlich vergrößerter
Schwenkwinkel der Unterstützungfeder - bezogen auf einen bestimmten gleichbleibenden
Schwenkwinkel des Pedalhebels -, und man erhält damit einen größeren Hebelarm für
,das Unterstützungsmoment. Bei gleichem Unterstützungsmoment kann also die Federkraft
verringert werden, was zu einer vorteilhaften Verkürzung der Federlänge führt. Ferner
wird durch eine Verringerung der Federkraft auch eine Verminderung der Reibungsverluste
an allen Schwenk- bzw. Gelenkstellen erreicht.
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Die Festlegung der genauen Lage der Abstütz-und Schwenkstelle innerhalb
der Längenerstreckung der Feder steht - unter Berücksichtigung des Grundgedankens
der Erfindung - an sich im Belieben des Konstrukteurs. Sie kann sich etwa aus
konstruktiven
und geometrischen überlegungen heraus ergeben oder sich nach der Auslegung der Unterstützungsfeder
bzw. dem Verlauf der Kupplungsfederkennlinie richten. Als bevorzugte Möglichkeit
schlägt die Erfindung diesbezüglich vor, daß das Verbindungsteil etwa in der Mitte
zwischen den beiden Federenden am Fahrzeugkörper abgestützt ist. Dabei macht sich
die Hebelarmvergrößerung bereits gut bemerkbar, ohne daß andererseits das dem Pedalhebel
entgegengesetzte Federende zu große störende Bewegungen ausführt.
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Für die Ausbildung des Verbindungsteils - die grundsätzlich beliebig
ist - schlägt die Erfindung vor, daß das Verbindungsteil hülsenartig nach einer
Seite hin offen ausgebildet und die Feder innerhalb des Verbindungsteils angeordnet
ist und sich am Boden desselben abstützt und daß zur Abstützung und zum Schwenken
am dem Boden gegenüberliegenden Rande des hülsenartigen Verbindungsteils - einander
gegenüber - zwei Schneiden angeordnet sind, die in entsprechende Ausnehmungen am
Fahrzeugkörper eingreifen.
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Bei der eingangs genannten bekannten Anordnung liegt die Feder innerhalb
eines U-förmigen Bügels. Dieser Bügel bildet jedoch nicht das mit der Feder schwenkbare
Verbindungsteil, sondern er dient vielmehr als starre Halterung für das ganze Pedal.system.
Mit seinen Enden nimmt er den Pedalhebel selbst auf. Er hat also eine ganz andere
Aufgabe wie das Verbindungsteil.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Ausführungsform besteht im wesentlichen
darin, daß das hülsenartige Verbindungsteil bei Druckfedern zugleich als Führungsorgan
dient und eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweist. Er ermöglicht so bei Druckfedern
eine kürzere Ausbildung des die Felder längs durchsetzenden Führungsbolzens, wobei
dieser nur bis zum Rand des Verbindungsteils zu reichen braucht. Der Führungsbolzen
kann jedoch auch selbstverständlich die Feder in ihrer gesamten Länge durchsetzen
und die Funktion einer seitlichen Führung der Feder allein übernehmen, während das
Verbindungsteil nur noch Axialkräfte aufzunehmen braucht.
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Da - wie bereits eingangs erwähnt - der Anfangsbereich der Kennlinien
von Tellerfedern vergleichsweise steil verläuft, muß bei der Betätigung einer Tellerfederkupplung
anfangs eine große Kraft aufgebracht werden. Die Unterstützungskraft der Unterstützungsfeder
sollte daher anfangs groß sein, während sie später einen geringeren Betrag annehmen
könnte. Dies wäre etwa möglich durch Wahl einer Unterstützungsfeder, deren Kennlinie
auf die Kupplungsfederkennlinie genau abgestimmt ist, so daß sich für die Betätigung
des Pedalhebels eine konstante resultierende Fußkraft ergibt.
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Die Erfindung schlägt jedoch vorzugsweise vor, daß der Unterstützungsfeder
mindestens eine nach einem bestimmten Federweg ausschaltbare Zusatzfeder zugeordnet
ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß beliebige Unterstützungsfedern mit
beliebigen Kennlinien verwendet werden können und daß die einzelne Unterstützungsfeder
vergleichsweise schwach ausgebildet werden kann. Die Erfindung schlägt hierzu im
einzelnen vor, daß als Zusatzfeder - die Unterstützungsfeder in deren dem Pedalhebel
zugewandten Bereich umgebend - eine schraubenförmige Druckfeder vorgesehen ist und
dieselbe in einer Hülse angeordnet ist, die sich in Richtung des Pedalhebels mit
ihrem Boden an einem auf dem Bolzen befestigten und zugleich die Unterstützungsfeder
abstützenden Anschlag abstützt und deren Öffnung dem hülsenartigen Verbindungsteil
zugewandt ist, wobei sich die Zusatzfeder einerseits am Boden der Hülse, andererseits
mittel- oder unmittelbar an dem Verbindungsteil abstützt. Als Anschlag für die Unterstützungsfeder
bzw. die Hülse kann zweckmäßig eine tellerartige Scheibe dienen, die an einer auf
dem Bolzen aufgeschraubten Mutter anliegt, welche vorteilhaft zur Verstellung des
Anschlages und damit zur Einstellung der Vorspannung der Unterstützungsfeder sowie
auch der Zusatzfeder dient.
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Für den Fall einer mittelbaren Abstützung der Zusatzfeder am Verbindungsteil
sieht die Erfindung vor, daß der Boden zugleich den auf dem Bolzen befestigten Anschlag
für die Unterstützungsfeder bildet und der einwärts gebördelte Rand der Hülse mit
axialem Spiel den Rand einer am Verbindungsteil anliegenden Muffe übergreift, die
im Verbindungsteil begrenzt axial verschiebbar ist und -damit den Federweg bestimmt.
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Für den Fall einer unmittelbaren Abstützung der Zusatzfeder am Verbindungsteil
sieht die Erfindung dagegen vor, daß die Hülse an beiden Enden einwärts gebördelt
ist und mit einem Ende an einer Anschlagplatte des Bolzens anliegt, während das
andere Ende mit Spiel .den Rand des Verbindungsteils übergreift, wobei sich die
Zusatzfeder unmittelbar an diesem abstützt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und - zum
Vergleich - eine bekannte Einrichtung der eingangs genannten Art dargestellt. Es
zeigt Fi g. 1 die bekannte Einrichtung in Ansicht, F i g. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen
der Einrichtung nach der Erfindung, jeweils in Ansicht. In F i g. 1 ist ein aus
zwei im spitzen Winkel zueinander angeordneten Armen 10 und 11 bestehender
Pedalhebel 12 in seiner Ruhestellung, d. h. bei eingerückter Kupplung dargestellt.
Der schräg nach unten weisende Arm 10 verkörpert das Kupplungspedal, an welchem
das teilweise dargestellte Kupplungsgestänge 13 angreift. Am Ende des schräg nach
oben gerichteten Armes 11, welcher an einem Anschlag 14 anliegt, ist ein mit Gewinde
15 versehener Bolzen 16 an die Achse 17 angelenkt. Der Bolzen 16
ist im wesentlichen
im Inneren einer schraubenförmigen, als Druckfeder wirkenden übertotpunktunterstützungsfeder
18 angeordnet und dient zur Führung derselben.
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Die Unterstützungsfeder 18 stützt sich einerseits durch einen Federteller
19 und eine Mutter 20 am Bolzen 16, andererseits durch ein mit einer
Schneide 21 versehenes, als Federteller ausgebildetes Verbindungsteil 22 in einer
Linie 23 am Fahrzeugkörper 24 ab. Die Unterstützungsfeder 18 ist in der in F i g.1
gezeigten Stellung vorgespannt und übt gemäß ihrer Vorspannung und dem Hebelarm
a ein Moment ün Sinne des Pfeiles 25 auf den Pedalhebel 12 um dessen
Anlenkachse 26 aus. Dieses Moment wirkt als Rückstellmoment für den Pedalhebel.
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Wird nun die Kupplung ausgerückt, wobei der Pedalhebel 12 im Sinne
des Pfeiles 27 geschwenkt wird, so durchwandert die Achse 17 die Verbindungslinie28
zwischen der Anlenkachse26 des Pedaihebels 12 und der Linie 23 der Unterstützungsfeier
I8,
wobei beim überschreiten dieser Verbindungslinie 28 das
Moment einen entgegengesetzten, durch den Pfei129 veranschaulichten Sinn annimmt.
Jetzt bewirkt das Moment derselben Unterstützungsfeder eine Unterstützung der auf
den Arm 10 wirkenden Fußkraft P, welche die Federn der nicht dargestellten Kupplung
überwinden muß. In der durch das Bezugszeichen 17a und die Linien 30 und 31 gekennzeichneten
Stellung von Pedalhebel 12 und Unterstützungsfeder 18 hat der Hebelarm des durch
die Unterstützungsfeder 18 hervorgerufenen Unterstützungsmomentes den Betrag b.
Der Schwenkwinkel der Unterstützungsfeder 18 und infolgedessen der Betrag bist relativ
klein.
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In F i g. 2 ist der Pedalhebel nicht mehr dargestellt. Er soll in
seiner Ausbildung dem Pedalhebel 12 in F i g. 1 entsprechen. Die Abstützung der
Unterstützungsfeder 18a am Bolzen 16a und die Anlenkung desselben am Pedalhebel
entspricht ebenfalls der bekannten Ausführungsform nach F i g. 1. Zum Unterschied
zu der in F i g. 1 gezeigten bekannten Ausführungsform ist jedoch die Unterstützungsfeder
18 a in einem hülsenartigen Verbindungsteil 32 angeordnet, an dessen Boden 33 sie
sich abstützt. Der Boden 33 ist mit einer Ausnehmung versehen, welche von dem Bolzen
16a durchsetzt wird. Das Verbindungsteil 32 ist an seinem dem Boden 33 gegenüberliegenden
Rand 34 mit zwei Schneiden 35 versehen, welche in F i g. 2 um 90°
in die Zeichenebene gedreht dargestellt sind und welche die mittelbare Abstütz-
und Schwenkstelle der Unterstützungsfeder 18a darstellen. Diese Abstütz- und Schwenkstelle
36 projiziert sich in der Zeichenebene in einem Punkt. Die Ruhelage des Pädalhebels
ist so gewählt, daß das Moment im Sinne des Pfeiles 25 den Hebelarm a gemäß Fig.
1 aufweist.
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Bei einer gleichbleibenden Schwenkung des Pedalhebels um denselben
Winkel zwischen den mit den Bezugszeichen 17b und 17c bezeichneten Stellen,
welche den Stellen 17 und 17a in F i g. 1 entsprechen, wächst infolge
der näherliegenden Abstütz- und Schwenkstelle 36 der Schwenkwinkel der Unterstützungsfeder.
Deswegen weist nunmehr das Unterstützungsmoment im Sinne des Pfeiles 29 einen Hebelarm
c auf, welcher größer ist als b.
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Zusammengefaßt bedeutet dies also, daß bei einer der Unterstützungsfeder
18 entsprechenden Auslegung der Unterstützungsfeder 18 a mittels der letzteren vorteilhaft
ein größeres Unterstützungmoment erzielt werden kann oder daß - bei konstantem Unterstützungsmoment
- die Unterstützungsfeder 18a schwächer ausgelegt und damit in ihren Abmessungen
kleiner gehalten werden kann. Infolge der kleineren Federkraft vermindern sich auch
die Reibungsverluste in allen Gelenk- und Lagerstellen.
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Bei der in F i g. 3 .dargestellten Ausführungsform der Einrichtung
nach der Erfindung ist - zum Unterschied gegenüber F i g. 2 - außer der Unterstützungsfeder
18 a noch eine Zusatzfeder 37 vorgesehen, welche die Unterstützungsfeder 18 a umgibt
und in einer Hülse 38 angeordnet ist. Die Hülse 38 stützt sich mit ihrem Boden 39
an der Mutter 20 ab. Die Zusatzfeder 37 stützt sich einerseits mittelbar
über den den Rand 40 des Verbindungsteils 32a übergreifenden Rand 41 einer
Muffe 42 am Verbindungsteil 32a, andererseits am Boden 39 ab, der zugleich
auch als Anschlag für die Unterstützungsfeder 18a dient. Durch eine Verstellung
der Mutter 20 kann demnach eine Veränderung der Vorspannung sowohl der Unterstützungsfeder
18 a als auch der Zusatzfeder 37 vorgenommen werden.
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Die Muffe 42 ist innerhalb des Verbindungsteils 32a axial verschiebbar
angeordnet. Als Mitnehmer für diese axiale Verschiebung dient der den Rand 41 übergreifende
und einwärts gebördelte Rand 43 der Hülse 38. Die vorstehend genannte axiale Verschiebungsfähigkeit
der Muffe 42 stellt den Federweg der Zusatzfeder 37 dar. Er ist in F i g.
3 durch den Abstand s zwischen dem am Rand 40 des Verbindungsteils 32 a anliegenden
Rand 41 und dem Rand 43 gekennzeichnet. Wird bei der Betätigung des Pedalhebels
an der Zusatzfeder der Abstand s überschritten, so hebt die Hülse 38 die
Muffe 42 vom Verbindungsteil 32a ab. Die Zusatzfeder wirkt nun nicht mehr.
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In der Ausführungsform nach F i g. 4 stützt sich die Zusatzfeder 37
einerseits unmittelbar am Rand 40 des Verbindungsteils 32a, andererseits
am Boden 44 einer begrenzt axial verschiebbaren Hülse 38 a ab, der
seinerseits an einer tellerförmigen, durch die Mutter 20 gesicherten Anschlagplatte
45 anliegt, welche zugleich auch zur Abstützung der Unterstützungsfeder 18a dient.
Die Hülse ist mit einem einwärts gebördelten Rand 46 versehen, der den Rand
40 des Verbindungsteils 32a übergreift und den Begrenzungsanschlag für die Axialbewegung
der Hülse 38a bildet. Diese Axialbeweglichkeit, die den Federweg .der Zusatzfeder
37 darstellt, ist in F i g. 4 als Abstand s zwischen dem Rand 40 des Verbindungsteils
32a und dem Rand 46 veranschaulicht. Beim Überschreiten dieses Abstandes s während
der Pedalbetätigung hebt die Hülse 38a im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 3
nun von der Anschlagplatte 45 ab. Die Zusatzfeder ist auch dann abgeschaltet.