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Dokumentenidentifikation DE102004010814A1 15.12.2005
Titel Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken der Kupplung eines Kraftfahrzeugs
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Stolze, Dirk, 85120 Hepberg, DE;
Bojarra, Thorsten, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 05.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004010814
Offenlegungstag 15.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.12.2005
IPC-Hauptklasse F16D 25/08
IPC-Nebenklasse B60K 23/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einem auf einem Betätigungsweg Wa vor und zurück bewegbaren Pedal, das durch die Ausübung eines Ausrück-Drehmomentes auf dem Betätigungsweg gegen ein Rückstell-Drehmoment einer Rückstellvorrichtung in eine Ausrückstellung der Kupplung bewegbar ist, wobei die Rückstellvorrichtung wenigstens eine Feder 24b aufweist. Um eine Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs so auszugestalten, dass eine Steuerung der Größe der Ausrück- und/oder der Einrückkraft mit einfachen Mitteln möglich ist, weist die Feder 24b eine nicht lineare Federkennlinie auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um eine im Kraftfahrzeugbau übliche und bekannte Konstruktion, bei der die Kupplung durch wenigstens eine erste Feder in ihre Einrückstellung beaufschlagt wird. Zum Ausrücken der Kupplung wird ein mit der Kupplung triebschlüssig verbundenes Pedal über ein Ausrück-Drehmoment belastet, das die erste Feder überdrückt, wobei eine zweite Feder ein Rückstell-Drehmoment für das Pedal erzeugt.

Es ist auch bereits bekannt, die Kupplung durch die Anordnung eines Geberzylinders und eines Nehmerzylinders hydraulisch auszurücken. Ein diesbezüglicher Nehmerzylinder ist in der DE 198 16 513 A1 beschrieben.

Es ist im Kraftfahrzeugbau ferner bekannt, durch besondere Hilfsvorrichtungen die jeweils erforderliche Größe der das Pedal niederdrückenden Ausrückkraft so zu steuern, dass ein ergonomisch günstiger Kraftgrößen-Verlauf erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs so auszugestalten, dass eine Steuerung der Größe der Ausrück- und/oder der Einrückkraft mit einfachen Mitteln möglich ist. Diese Mittel sollen insbesondere eine raumgünstige und kostengünstige Konstruktion ermöglichen. Ferner sollen diese Mittel mit geringen Anpassungsmaßnahmen realisierbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die zugehörigen Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung gemäß dem Anspruch 1 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Federkraft wenigstens einer vorhandenen Feder der Vorrichtung sich dazu eignet, die Größe der Ausrückkraft und/oder Einrückkraft zu steuern.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die Feder der Rückstellvorrichtung eine nicht lineare Federkennlinie auf. Hierdurch ist es möglich, durch gezielten Einsatz einer Vergrößerung und/oder Verringerung der Federkraft die jeweils erforderliche Größe der Betätigungskraft zum Ausrücken und Einrücken des Pedals an eine ergonomisch günstige Vorgabe anzupassen. Hierdurch ist ein ergonomisch günstiges Ausrücken oder Einrücken des Pedals möglich.

Dabei kann die Federkennlinie bezüglich ihrer Federkraft progressiv ausgebildet sein. Dieser jeweils günstige Verlauf der Federkennlinie kann mit der zunehmenden Ausrückbewegung oder Einrückbewegung des Pedals so in Übereinstimmung gebracht werden, dass der günstige Verlauf der Größe der Betätigungskraft beim Ausrücken und Einrücken des Pedals erreicht wird.

Bei der wenigstens einen Feder mit der nicht linearen Federkennlinie kann es sich um eine Feder der Kupplung und/oder eines Geberzylinders und/oder eines Nehmerzylinders und/oder um eine andere oder zusätzliche Feder der Vorrichtung handeln, die auf die Bewegung des Pedals Einfluss nimmt. Hierbei handelt es sich um Bauteile, die vorhanden sind und die durch Vorfertigung erfindungsgemäß ausgebildet werden können. Beim Einsatz solcher angepassten Federn bedarf es nur geringer oder keiner Anpassungsmaßnahmen für den Einbau, so dass die Lagerhaltung und Montage einfach ist.

Eine erfindungsgemäße Feder ist vorzugsweise eine Wendelfeder, insbesondere eine Druck-Wendelfeder. Die nicht lineare Kennlinie lässt sich durch unterschiedliche Ausgestaltungen erreichen, die jeweils einzeln oder in wahlweisen Kombinationen vorhanden sein können, z. B. unterschiedliche Steigung und/oder unterschiedliche Drahtquerschnitte der Wendeln und/oder wenigstens zwei unterschiedliche in Reihe angeordnete Wendelfedern.

Es lässt sich eine kleine und raumgünstige Konstruktion erreichen, wenn der Geberzylinder und/oder der Nehmerzylinder jeweils einen Hohlkolben aufweist bzw. aufweisen und die Feder im Hohlkolben angeordnet ist.

Es ist im übrigen vorteilhaft, der Vorrichtung als Weiterbildung oder unabhängig von der Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 1 eine Einstellvorrichtung zum Verringern und Vergrößern der Federkraft zuzuordnen. Hierzu eignet sich ein axial einstellbares Widerlager für die Feder.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens;

2 einen axialen Schnitt eines erfindungsgemäßen Nehmerzylinders;

3 den Nehmerzylinder in abgewandelter Ausgestaltung;

4 den Nehmerzylinder in weiter abgewandelter Ausgestaltung;

5 den Nehmerzylinder in weiter abgewandelter Ausgestaltung.

Die in 1 in Ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Vorrichtung weist ein Pedal 12, insbesondere ein Fußpedal, auf, das in hängender Anordnung in einem an seinem oberen Ende angeordneten ersten Gelenk 14 schwenkbar an der Karosserie K gelagert und im Fußraum 16 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In einem z.B. nach hinten gerichteten Abstand vom ersten Gelenk 14 ist ein zweites Gelenk 18 am Pedal 12 angeordnet, in dem ein Geberzylinder 20 in der Schwenkebene des Pedals 12 schwenkbar mit dem Pedal 12 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kolbenstange 20a des Geberzylinders 20 durch das Gelenk 18 mit dem Pedal 12 verbunden, wobei der Geberzylinder 20 in nicht dargestellter Weise so schwenkbar abgestützt ist, dass die Kolbenstange 20a der Bogenbewegung des Gelenks 18 bei einer Schwenkbewegung des Pedals 12 zu folgen vermag. Die sich beim Einschieben des Geberzylinders 20 verkleinernde Arbeitskammer des Geberzylinders 20 ist durch eine flexible Hydraulikleitung 22 mit einer Arbeitskammer eines Nehmerzylinders 24 verbunden, so dass beim Vorbewegen bzw. Niedertreten des Pedals 12 die aus dem Geberzylinder 20 verdrängte Hydraulikflüssigkeit den Nehmerzylinder 24 ausschiebt, der eine Kupplung 26 im Antrieb des Kraftfahrzeugs aus ihrer Einrückstellung in ihre Ausrückstellung ausrückt. Für den Anschluss der Hydraulikleitung ist am Geberzylinder 20 und am Nehmerzylinder 24 jeweils ein Leitungsanschluss 22a, 22b angeordnet.

Die Kupplung 26 ist in einem andeutungsweise dargestellten Gehäuse G angeordnet, wobei der Nehmerzylinder 24 ein Loch in der Wandung des Gehäuses G abgedichtet durchsetzt. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Kolbenstange 24a des Nehmerzylinders 24 gegen ein beweglich gelagertes Kupplungselement 26a der Kupplung 26 bewegbar.

Die Kolbenstange 20a des Geberzylinders 20 und die Kolbenstange 24a des Nehmerzylinders 24 sind jeweils durch eine im zugehörigen Zylinder angeordnete Feder 20b, 24b, insbesondere eine Wendel-Druckfeder, in die Ausschubstellung vorgespannt. Außerdem ist der Kupplung 26 eine z. B. darin angeordnete Feder 26b, z. B. eine Wendel-Druckfeder, zugeordnet, die das bewegbare Kupplungselement 26a in seine Einrückstellung vorspannt. Zwischen dem Nehmerzylinder 24 und dem Kupplungselement 26a kann ein Hebel 26c, insbesondere. ein Untersetzungshebel, gelagert sein. Die Kraft der Feder 26b ist stärker als die Kraft der Feder 24b. Letztere wird deshalb durch die Feder 26b überdrückt. Durch die Feder 24b ist die Anlage des Nehmerzylinders 24 an der Kupplung 26 gewährleistet. Es bedarf deshalb keiner in beide Bewegungsrichtungen wirksamen Gelenkverbindung zum einen zwischen der Kolbenstange 24a und dem Hebel 26c und/oder zum anderen zwischen dem Hebel 26c und dem Kupplungselement 26a sondern lediglich der Anlage dieser Elemente aneinander.

Wie das Ausführungsbeispiel nach 1 im Weiteren zeigt, kann eine weitere Feder 28, insbesondere eine Wendelfeder, vorgesehen sein, die z. B. in einem Teleskopstab 30 angeordnet ist und mit zunehmender Vorbewegung bzw. Ausrückbewegung des Pedals 12 aus seiner Anfangsstellung A auf dem Ausrückweg Wa ein sich vergrößerndes Hilfs-Drehmoment M1 auf das Pedal 12 ausübt. Die vom Fahrer aufzubringende Ausrückkraft Fa ist somit spätestens im Endbereich des Ausrückweges Wa durch die Unterstützung der Feder 28 zunehmend verringert. Dies ist ergonomisch günstig und erwünscht und wird durch eine Anordnung der Feder 28 oder des Teleskopstabes 30 erreicht, bei der in der Anfangsstellung des Pedals 12 die durch Gelenke 32, 34 gebildeten Stützpunkte der Feder 28 bzw. des Teleskopstabes 30 bezüglich des Gelenks 14 im wesentlichen auf einer radialen Linie liegen.

Beim Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Linie vom , Gelenk 14 nach hinten, wobei das hintere Gelenk 32 an der Karosserie K angeordnet ist und das vordere Gelenk 34 in einem Abstandsbereich a vom Gelenk 14 angeordnet ist, der gleich oder größer ist als der Abstand b zwischen den Gelenken 14, 18, insbesondere etwa das 1,5-fache dieses Abstands b aufweist.

Die Feder 26b bildet mit ihrer in die Rückstellrichtung gerichteten Kupplungs-Federkraft Fk, die Feder 24b mit ihrer entgegen der Rückstellrichtung gerichteten Federkraft Fn und die Feder 20b mit ihrer in der Rückstellrichtung gerichteten Federkraft Fg eine resultierende Rückstellteilkraft Frt, die ein Rückstell-Drehmoment M2 auf das Pedal 12 ausübt. Unter Berücksichtigung des in die Vorbewegungsrichtung Va des Pedals 12 wirksamen Drehmoments M1 und der vorhandenen Reibung ergibt sich zur Vorbewegung des Pedals 12 ein erforderliches Ausrückmoment M3, das größer ist als die Summe der vorgenannten Drehmomente M1 und M2 (M3 > –M1 +M2), wobei die Summe der Federkräfte Fk, Fn und Fg die resultierende Rückstellteilkraft Frt ergeben, nämlich Fk – Fn + Fg = Frt (unter Berücksichtigung des durch den Hebel 26c herbeigeführten Übersetzungsverhältnisses).

Hierdurch ist eine Rückstellvorrichtung Rs zum Zurückstellen des Pedals 12 gebildet.

Es nehmen somit nicht nur die Kupplungs-Feder 26b mit ihrer Federkraft Fk sondern auch die Federn 24b, 20b mit den Federkräften 24n, 20g und die jeweils wirksame Kraft der Feder 28 Einfluss auf das vom Fahrer aufzubringende Ausrückmoment M3.

Wenigstens eine der das Rückstell-Drehmoment M2 erzeugenden Federn 26b, 24b, 20b weisen eine nicht lineare Kennlinie auf. Hierdurch ist es auf einfache und raumsparende Weise möglich, die auf dem Ausrückweg Wa zwischen der Anfangsstellung A und der Endstellung E und dem Einrückweg We zwischen der Endstellung E und der Anfangsstellung A erforderliche Größe der Ausrückkraft Fa und der Einrückkraft Fe an ergonomisch günstige und vorteilhafte Kraftverläufe anzupassen.

Besonders vorteilhaft ist ein Kraftverlauf, bei dem die Ausrückkraft Fa beim Vorbewegen des Pedals 12 auf dem Ausrückweg Wa zunächst ansteigt und auf der zweiten Weghälfte wieder abfällt. In der Rückbewegungsrichtung Re von der Endstellung E zur Anfangsstellung A ist ein entsprechender Kraftverlauf ebenfalls vorteilhaft.

Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele einer Feder 20b mit progressiver Kennlinie für einen Nehmerzylinder 20 beschrieben.

Die 2 bis 5 zeigen jeweils einen Nehmerzylinder 24 mit einem Hohlkolben 36, von dessen einem Stirnende sich die Kolbenstange 24a erstreckt. Im Hohlraum 38 des Hohlkolbens 36 ist die jeweils als Druck-Wendelfeder ausgebildete Feder 24 z. B. zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnenden des Zylindergehäuses und des Kolbens 36 angeordnet. Im der Kolbenstange 24a abgewandten Endbereich des Zylindergehäuses ist jeweils ein Leitungsanschluss 22b für die Hydraulikleitung 22 vorhanden. Die Gleitfuge der Kolbenführung ist jeweils durch einen Dichtring 40 abgedichtet, der in einer Ringnut sitzt, die z. B. in der Gehäusewandung angeordnet ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist die bezüglich ihrer Federkraft progressive Kennlinie der Feder 24b durch eine sich von Wendel zu Wendel z. B. gleichmäßig vergrößernde Teilung T, T1 gebildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist die bezüglich ihrer Federkraft progressive Kennlinie der Feder 24b durch sich von Wendel zu Wendel z. B. gleichmäßig vergrößernde Querschnitte d, d1, d2 gebildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach 4 ist die bezüglich ihrer Federkraft progressive Kennlinie der Feder 24b dadurch gebildet, dass wenigstens zwei unterschiedliche Federn 24b mit unterschiedlichen Federcharakteristiken axial hintereinanderliegend angeordnet sind. Hierbei kann es sich z. B. um Federn 24b unterschiedlicher Teilung T und/oder Drahtdurchmesser d handeln. Zur besseren gegenseitigen Abstützung ist zwischen den Federn 24b eine Stützscheibe 42 angeordnet. Mit zwei in Reihe angeordneten unterschiedlichen Federn 24b lassen sich unter anderem auf bestimmten Abschnitten starke Veränderungen der Federkennlinie erreichen, z. B. abknickende Federkennlinienabschnitte.

Beim Ausführungsbeispiel nach 5, das beispielhaft ebenfalls einen Nehmerzylinder 24 betrifft, ist eine stufenlos oder in Stufen wirksame Einstellvorrichtung 44 zum Verringern oder Vergrößern der Federkraft Fn oder zum Anpassen der Vorrichtung 10 an Einbauunterschiede oder an den Verschleißzustand der Kupplung 26 vorgesehen. Mit der Einstellvorrichtung 44 kann z.B. das der Kolbenstange 24a abgewandte Widerlager 46 der Feder 24b verstellbar und in der jeweiligen Verstellposition feststellbar sein. Das Widerlager 46 kann durch einen Federring 48 gebildet sein, der in wenigstens zwei oder mehreren axial hintereinanderliegend angeordneten Ringnuten 50 in der Innenwandung des Zylinders wahlweise einsetzbar ist und eine axiale Stützschulter für das zugehörige Ende der Feder 24b bildet.

Für eine Kompensation des Verschleißes der Kupplung 26 ist das Widerlager 46 in 1 nach rechts zu verstellen.

Wenn z. B. der Nehmerzylinder 24 eine Feder 24b mit progressiver Federkennlinie aufweist, vergrößert sich die Federkraft Fn mit zunehmender Vorbewegung des Pedals 12 auf dem Ausrückweg Wa. Hierdurch wird die Federkraft der Feder 26b der Kupplung 26 verringert. Deshalb sinkt auch die erforderliche Ausrückkraft Fa am Pedal 12 mit zunehmender Ausrückbewegung, insbesondere im Endbereich des Ausrückweges Wa, was aus ergonomischen Gründen günstig und erwünscht ist.

10Vorrichtung 12Pedal 14Gelenk 16Fußraum 18Gelenk 20Geberzylinder 20aKolbenstange 20bFeder 22Hydraulikleitung 22aLeitungsanschluss 22bLeitungsanschluss 24Nehmerzylinder 24aKolbenstange 24bFeder 26Kupplung 26aKupplungselement 26bFeder 26cHebel 28Feder 30Teleskopstab 32Gelenk 34Gelenk 36Hohlkolben 38Hohlraum 40Dichtring 42Stützscheibe 44Einstellvorrichtung 46Widerlager 48Federring 50Ringnut aAbstandsbereich bAbstand dQuerschnitt d1Querschnitt d2Querschnitt AAnfangsstellung EEndstellung FaAusrückkraft FeEinrückkraft FgFederkraft FkKupplungs-Federkraft Frtresultierende Rückstellteilkraft GGehäuse KKarosserie M1Hilfs-Drehmoment M2Rückstell-Drehmoment M3Ausrück-Drehmoment ReRückbewegungsrichtung RsRückstellvorrichtung VaVorbewegungsrichtung WaAusrückweg WeEinrückweg

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung (10) zum Ausrücken und Einrücken einer Kupplung (26) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einem auf einem Betätigungsweg (Wa, We) vor und zurück bewegbaren Pedal (12), das durch die Ausübung eines Ausrück-Drehmomentes (M3) auf dem Betätigungsweg (Wa) gegen ein Rückstell-Drehmoment (M2) einer Rückstellvorrichtung (Rs) in eine Ausrückstellung der Kupplung (26) bewegbar ist, wobei die Rückstellvorrichtung (Rs) wenigstens eine Feder (24b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24b) eine nicht lineare Federkennlinie aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie progressiv ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie mit zunehmender Ausrückbewegung (Va) oder Einrückbewegung (Re) des Pedals (12) progressiv ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplung (26) eine sie in ihre Einrückstellung beaufschlagende Feder (26b) zugeordnet ist, deren Federkennlinie nicht linear ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pedal (12) und der Kupplung (26) ein Geberzylinder (20) und ein damit hydraulisch verbundener Nehmerzylinder (24) in Reihe angeordnet sind und einer der beiden Zylinder, insbesondere der Nehmerzylinder (24), oder beide Zylinder jeweils eine Feder (20b, 24b) aufweisen, deren Federkennlinie jeweils nicht linear ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24b) durch eine Wendelfeder, insbesondere eine Druck-Wendelfeder, gebildet ist, deren Steigung (T, T1) unterschiedlich ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24b) durch eine Wendelfeder, insbesondere eine Druck-Wendelfeder, gebildet ist, deren Drahtquerschnitt (d, d1, d2) unterschiedlich ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T, T1) oder der Drahtquerschnitt (d, d1, d2) in der Längsrichtung der Feder (24b) kontinuierlich zunehmen oder abnehmen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder durch zwei axial hintereinanderliegend angeordnete unterschiedliche Federn (24b) gebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberzylinder und/oder der Nehmerzylinder jeweils einen Hohlkolben aufweist bzw. aufweisen und die Feder im Hohlkolben angeordnet ist.
  11. Vorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feder (24b) eine Einstellvorrichtung (44) zum Verringern und Vergrößern ihrer Federkraft (Fn) zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerlager (46) der Feder (24b) axial verstellbar und in der jeweiligen Verstellposition feststellbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (46) durch einen Federring (48) gebildet ist, der in zwei oder mehreren axial hintereinander angeordneten Ringnuten (50) einsetzbar ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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