Anordnung zur Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Systems

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Systems, insbesondere eines hydraulischen Systems zur Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Betätigungsmittel, das mit einem hydraulischen Geberzylinder mechanisch verbunden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren einen Geberzylinder.

Bei einer hydraulischen Kupplungsbetätigung in einem Kraftfahrzeug wird das Kupplungspedal im Allgemeinen mittels einer Kolbenstange direkt mit dem Kolben des Geberzylinders verbunden. Dadurch ergibt sich je nach Schwenkwinkei des Pedals eine nahezu konstante übersetzung.

Aus der JP 60-56636 ist eine variable Pedalübersetzung bekannt, bei der ein Seilzug auf einer Auflage mit veränderlichem Durchmesser zu liegen kommt. Nachtteilig ist hierbei zum einen der große Schwenkwinkel, den der Seilzug vollführen muss, sowie die eingeschränkte Möglichkeit die übersetzung zu variieren, da der Seilzug grundsätzlich tangential auf der Auflage zu liegen kommt.

Aus der DE 25 16 659 ist eine variable Pedalübersetzung bekannt, bei der sich die übersetzung abhängig von der Kraft in der Kolbenstange verändert. Die Abhängigkeit von der Kraft ist bei der Betätigung von Kupplungen nicht erwünscht, da die Ausrückkraft durch verschiedene Umstände, wie zum Beispiel Temperatur und Betätigungsgeschwindigkeit, stark schwanken kann. Dies hätte zur Folge, dass sich auch die Kuppelpunkte ändern, was durch einen Fahrer als störend empfunden wird.

Die US 2,315,632 offenbart eine variable Pedalübersetzung, bei der eine am Pedal befestigte Rolle auf einer Kulissenscheibe abrollt. An der Kulissenscheibe ist die Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders befestigt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass die gesamte Pedalkraft über eine einzelne Rolle übertragen werden muss. Daraus resultieren hohe Spannungen in der Rolle und der Kulissenbahn. Zudem ist dieser Mechanismus als eigenständiges Bauteil ausgeführt und nicht in den Geberzylinder integriert.

Aus der WO 87/03344 ist ein Geberzylinder bekannt, der in ein Pedal integriert ist. Beim Betätigen des Pedals rollt dabei eine Rolle, die an der Kolbenstange befestigt ist, auf einer Kurvenbahn ab. Nachteilig dabei ist, dass auf die Kolbenstange eine schräge Kraft ausgeübt wird, die eine große Reibkraft an der seitlichen Führung erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Systems anzugeben, die eine variable übersetzung unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik liefert.

Dieses Problem wird gelöst durch eine Anordnung zur Druckbeaufschlagung eines hydraulischen Systems, insbesondere eines hydraulischen Systems zur Betätigung einer Kupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Betätigungsmittel, dass mit einem hydraulischen Geberzylinder mechanisch verbunden ist, wobei der hydraulische Geberzylinder mindestens zwei Druckerzeugungseinheiten umfasst, die mit dem gleichen hydraulischen Ausgang der hydraulischen Druckerzeugungseinheit verbunden sind. Bei einer Betätigung hydraulischen Geberzylinders wird ein hydraulischer Druck erzeugt bzw. es wird Hydraulikfluid aus dem Geberzylinder in ein nachgeordnetes hydraulisches System, in dem in der Regel ein Nehmerzylinder angeordnet ist, gedrückt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Druckerzeugungseinheiten ein erster Hydraulikzylinder mit einem ersten Geberzylinderkolben und ein zweiter Hydraulikzylinder mit einem zweiten Geberzylinderkolben sind. Der erste Hydraulikzylinder sowie der zweite Hydraulikzylinder wirken dabei vorzugsweise auf einen gemeinsamen Druckraum. Der erste Geberzylinderkolben ist vorzugsweise über ein übertragungsmittel mit dem Betätigungsmittel verbunden. Das übertragungsmittel ist vorzugsweise eine Schubstange, die gelenkig mit dem Betätigungsmittel und/oder dem ersten Geberzylinderkolben verbunden ist. Der zweite Geberzylinderkolben ist vorzugsweise über eine Getriebeanordnung mit dem Betätigungsmittel gekoppelt. Die Getriebeanordnung umfasst vorzugsweise ein Koppelgetriebe, welches bevorzugt einen Hebel umfasst, der mit einem Drehgelenk zwischen dem zweiten Geberzylinderkolben und einem Anlenkpunkt des Betätigungsmittels angeordnet ist. Der Anlenkpunkt ist vorzugsweise eine dem Betätigungsmittel fest zugeordnete Rolle. Der Hebel weist vorzugsweise an seiner dem Anlenkpunkt zugewandten Seite eine Kulisse auf. Die Rolle des Anlenkpunktes überstreicht bei einer Auslenkung des Betätigungsmittels die Kulisse und dreht so den Hebel. Die Kulisse ist bevorzugt an einem Kulissenmodul, das mit dem Hebel fest verbunden ist, angeordnet. Hebel und Kulissenmodul werden getrennt voneinander gefertigt und dann miteinander verbunden, z.B. miteinander verschweisst oder verschraubt. Der Hebel weist bevorzugt eine Kröpfung auf, die es ermöglicht, den Hebeldrehpunkt an einem unmittelbar mit dem Geberzylindergehäuse verbundenen Flansch anzuordnen.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Geberzylinder umfassend einen ersten Geberzylinderkolben und einen zweiten Geberzylinderkolben, die auf einen gemeinsamen Druckraum einwirken. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der erste Geberzylinderkolben und der zweite Geberzylinderkolben in etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pedal-/Geberzylinderanordnung in einer ersten Pedalstellung;

Fig. 2 die Pedal-/Geberzylinderanordnung gemäß Fig. 1 in einer zweiten Pedalstellung;

Fig. 3 Verläufe der Pedalkraft zu Pedalweg;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geberzylinders samt Hebel.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Pedal-/Geberzylinderanordnung 1 mit einem hydraulischen Geberzylinder 2. Der hydraulische Geberzylinder 2 umfasst einen ersten Geberzylinder 3 sowie einen zweiten Geberzylinder 4, die in etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Der erste Hydraulikzylinder 3 und zweite Hydraulikzylinder 4 wirken zusammen auf einen gemeinsamen Druckraum 5. Der erste Hydraulikzylinder 3 umfasst einen ersten Geberzylinderkolben 6, der kolbenbodenseitig mit einem Gelenk 7 und einer als Schubstange ausgebildeten mechanischen übertragung 8 über eine Pedalbefestigung 9 mit einem Fußpedal 10 als Betätigungsmittel verbunden ist. Das Fußpedal ist um einen karosseriefesten Pedaldrehpunkt 17 drehbar gelagert. Die Pedalbefestigung 9 kann beispielsweise in Form eines Kugelkopfes ausgeführt sein, so dass die mechanische übertragung 8 drehbar um die Pedalbefestigung 9 als Drehpunkt mit dem Fußpedal 10 verbunden ist. Der erste Hydraulikzylinder 3 ist in etwa rechtwinklig zu dem Fußpedal 10 angeordnet, der zweite Hydraulikzylinder 4 erstreckt sich in etwa rechtwinklig zu dem ersten Hydraulikzylinder 3 in einer durch den ersten Geberzylinder 3 und das Fußpedal aufgespannten Ebene.

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Der Druckraum 5 ist beispielsweise über eine an dem ersten Kolben 6 angeordnete hier nicht dargestellte an sich bekannte Schnüffelnut oder -bohrung mit einem Nachlaufraum 33, der über eine Nachlaufleitung 18 mit einem nicht dargestellten Nachlaufbehälter verbunden ist. Der Druckraum 5 ist mit einem hydraulischen Ausgang 19 verbunden, der eine hydraulische Verbindung über eine nicht dargestellte Druckleitung zu einem nicht dargestellten hydraulischen Nehmerzylinder eines hydraulischen Systems z.B. zur Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bildet.

Der zweite Hydraulikzylinder 4 umfasst einen zweiten Geberzylinderkolben 11 , der auch als Zusatzkolben bezeichnet wird. Der zweite Geberzylinderkolben 11 wirkt auf den gleichen Druckraum 9 wie der erste Geberzylinderkolben 6. Der zweite Geberzylinderkolben 11 wird durch einen Hebel 12 betätigt, der an einem Hebeldrehpunkt 13, der zum Beispiel karosseriefest oder direkt am Geberzylinder, beispielsweise mittels einer an diesem vorgesehene Aufnahme, angeordnet sein kann, drehbar gelagert ist. Der Hebel 12 umfasst eine schalenartige Ausnehmung 22, die eine Betätigungsnocke 15 des zweiten Geberzylinderkolbens 11 umgreift und so ein Kugelgelenk zur übertragung einer Druckkraft zwischen Hebel 12 und zweitem Geberzylinderkolben 11 bildet. Bei einer Drehung des Hebels 12 wird auf diese Weise der zweite Geberzylinderkolben 11 bewegt. Auf der der schalenartigen Ausnehmung 14 abgewandten Seite des Hebels 12 ist eine Kulisse 15 angeordnet, die mit einer Rolle 16 des Fußpedals 10 zusammen wirkt.

Der Hebel 12 bildet mit seiner Kulisse 15 im Zusammenwirken mit der Rolle 16 eine Getriebeanordnung, die den Pedalweg mit veränderlicher übersetzung auf den zweiten Geberzylinderkolben 11 überträgt. Die Getriebeanordnung ist hier ein ebenes Koppelgetriebe.

Bei einer Drehung des Fußpedals 10 um den Pedaldrehpunkt 17 wird die Pedalbefestigung 9 auf einer Kreisbahn um den Pedaldrehpunkt 17 verschoben, sodass über die mechanische übertragung 8 der erste Geberzylinderkolben 6 verschoben wird. Wird zum Beispiel das Fußpedal an einer Pedalfläche 20 in Richtung eines Pfeils 21 zum Beispiel durch Fußbetätigung eines Fahrers eines Fahrzeugs verschoben, so wird der erste Geberzylinderkolben 6 in Richtung des Druckraumes 5 verschoben. Gleichzeitig bewegt sich die Rolle 16 ebenfalls auf einer Kreisbahn um den Pedaldrehpunkt 17. Der Hebel 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel karosseriefest an dem Hebeldrehpunkt 13 befestigt, dadurch schiebt sich bei einer Drehung des Fußpedals 10 die Rolle 16 über die Kulisse 15. Der Hebel 12 führt dadurch eine Drehbewegung um den Hebeldrehpunkt 13 aus und drückt auf den zweiten Geberzyiinderkolben 11.

über die Form der Kulisse 15 kann dabei ein nahezu beliebiges übersetzungsverhältnis zwischen einem Betätigungsweg x mit einer beliebigen Nullstelle x = 0, wie in Fig. 1 eingezeichnet, des Fußpedals 10 und einem Weg y des zweiten Geberzylinderkolbens 11 hergestellt werden. Der Weg des ersten Geberzylinderkolbens 6 wird im Wesentlichen durch den Abstand der Pedalbefestigung 9 zu dem Pedaldrehpunkt 17 sowie dem Winkelverhältnis zwischen den Geraden durch den Pedaldrehpunkt 17 und die Pedalbefestigung 9 sowie einer zweiten Gerade durch die Pedalbefestigung 9 und das Gelenk 7 festgelegt.Durch geeignete Größenverhältnisse des ersten Geberzylinderkolbens 6 und des zweiten Geberzylinderkolbens 11 und durch eine geeignete Gestaltung der Kulisse 15 kann das aus dem Druckraum 5 bei einer Betätigung des Fußpedals 10 verdrängte Volumen an Hydraulikfluid variiert und über den Betätigungsweg x des Fußpedals 10 moduliert werden.

Fig. 1 zeigt die Pedal-/Geberzylinderanordnung in einer ersten Stellung des Fußpedals 10, Fig. 2 zeigt ein demgegenüber um einen Weg x1 betätigtes Fußpedal 10. Wie zu erkennen ist, bewegt sich die Rolle 16 entlang der Kulisse 15 und lenkt dabei den Hebel 12 aus. Dadurch wird der zweite Geberzylinderkolben 11 zusammengedrückt. Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Pedalkraft über den Pedalweg. Die Größenangaben der Pedalkraft in N bzw. des Pedalweges in mm sind hier nur zur Verdeutlichung der Relation zwischen dem erfindungsgemäßen Pedalkraftverlauf und dem Pedalkraftverlauf nach Stand der Technik zu verstehen. In Fig. 3 aufgetragen ist die Pedalkraft in Newton über dem Pedalweg in mm. Dabei wird davon ausgegangen, dass der hydraulische Geberzylinder 2 über einen nicht dargestellten Nehmerzylinder mit einer Fahrzeugkupplung verbunden ist. Die Fahrzeugkupplung erzeugt über den Nehmerzylinder eine Gegenkraft abhängig vom Betätigungsweg. Insofern ist der Kraftverlauf auch von der verwendeten Kupplung abhängig. In Fig. 3 dargestellt ist ein Kraftverlauf A nach Stand der Technik sowie ein Kraftverlauf B mit einer erfindungsgemäßen Pedal-/ Geberzylinderanordnung 1. Wie aus dem Kurvenverlauf zu erkennen ist, weist der Pedalkraftverlauf A nach Stand der Technik ein ausgeprägtes Maximum auf. Dieses kann durch eine erfindungsgemäße Pedal-/ Geberzylinderanordnung 1 zu einem flacheren Verlauf gemäß der Kurve B verändert werden. Bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Pedal-/ Geberzylinderanordnung 1 in einem hydraulischen System zur Betätigung einer Fahrzeugkupplung kann also die erforderliche Maximalkraft, diese ist im Verlauf der Pedalkraft gemäß der Kurve A bei etwa 80 mm Pedalweg, wesentlich abgesenkt werden. Während im Pedalkraftverlauf nach Stand der Technik etwa 130 N Pedalkraft auftreten, sind dies bei der erfindungsgemäßen Pedal- /Geberzylinderanordnung 1 nur noch etwa 100 N.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geberzylinders 2 mit einem ersten Geberzylinder 3 und einem zweiten Geberzylinder 4, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind. In Fig. 1 , 2 und 4 sind gleiche Teile gleich bezeichnet. Der erste Geberzylinder 3 und der zweite Geberzylinder 4 wirken auf den gemeinsamen Druckraum 5. Der erste Geberzylinderkolben 6 wird mittels einer Primärdichtung 23 und einer Sekundärdichtung 24 gegenüber einem mit der Nachlaufleitung 18 verbundenen Nachlaufraum bzw. der Umgebung abgedichtet. Bei einer Betätigung des ersten Geberzylinderkolbens 6 dichtet die Primärdichtung 23 den gemeinsamen Druckraum 5 gegenüber dem Nachlaufraum, der mit der Nachlaufleitung 18 verbunden ist, ab. In einer so genannten Schnüffelstellung, dies ist die vollständig entlastete Stellung, bei der also der erste Geberzylinderkolben 6 in einer möglichst weit aus dem Druckraum 5 herausgezogenen Endstellung ist, werden Schnüffelnute, Schnüffelbohrung oder dergleichen freigegeben, die eine Verbindung zwischen dem gemeinsamen Druckraum 5 und dem mit der Nachlaufleitung 18 verbundenen Nachlaufraum 33 herstellen. Dabei sorgt die Sekundärdichtung 24 für eine Abdichtung des Nachlaufraumes 33 bzw. des Druckraumes 5 gegenüber der Umgebung. Die Sekundärdichtung 24 ist in einem becherförmigen Vorderteil 25 eines Kolbenträgers 26 angeordnet. Der Kolbenträger umfasst eine Ringnut 27, in der ein Dichtring 28 zur Abdichtung gegenüber dem Geberzylindergehäuse 29 angeordnet ist. Der Kolbenträger 26 kann mit dem Geberzylindergehäuse 29 z.B. verpresst oder verklebt sein oder mittels einer Bajonettverbindung befestigt sein. Der Kolbenträger 26 wird in Richtung des Fußpedals 10 von einem Deckel 30 abgedeckt. In axialer Richtung in Richtung des Druckraumes 5 drückt der Kolbenträger 26 ein Distanzelement 31, das im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, auf die Primärdichtung 23. Dadurch wird die Primärdichtung 3 in einem Dichtungssitz 32 gedrückt, der im Wesentlichen eine Stufenbohrung mit einem Durchmesser größer als dem Durchmesser des Druckraumes 5 ist. Die Bohrung des Distanzelements 31 bzw. den Kolbenträger 26 in dem Geberzylindergehäuse 29 weist einen geringfügig größeren Durchmesser auf als die Bohrung für die Primärdichtung 23. Zwischen dem Distanzelement 31 und dem ersten Geberzylinderkolben 6 sowie in axialer Richtung begrenzt durch die Primärdichtung 23 und die Sekundärdichtung 24 wird der Nachlaufraum 33 eingeschlossen.

Der zweite Geberzylinderkolben (Zusatzkolben) 11 weist einen zylindrischen Grundkörper 34 auf, der mit einer den zweiten Geberzylinder 4 bildenden Bohrung einen beweglichen Sitz (spielbehafteten Sitz) hat. In Richtung des Druckraumes 5 weist der zylindrische Grundkörper 34 ein im Querschnitt T-förmiges Vorderteil 35 auf, welches einen Dichtungsring 35 trägt. Der Dichtungsring 35 ist durch das T-förmige Vorderteil 35 formschlüssig mit dem zweiten Geberzylinder 11 verbunden und dichtet den Druckraum 5 gegenüber der Umgebung ab. Bei dem

Dichtungsring 36 kann es sich beispielsweise um einen Gummiring oder einen gummierten Stahlring oder dergleichen handeln. Auf der dem Druckraum 5 abgewandten Seite und damit der dem Hebel 12 zugewandten Seite des Geberzylinderkolbens 11 ist die Betätigungsnocke 14 angeordnet, die über die schalenartige Ausnehmung 22 des Hebels 12 betätigt wird. Der Hebel 12 weist eine Kröpfung 37 auf der dem Fußpedal 10 zugewandten Seite des Hebeldrehpunkts 13 auf. Durch die Kröpfung 37, die im Wesentlichen eine gegenüber der durch die mechanische übertragung 8 gebildeten Ebene in Fig. 4 geneigt ist, wird der Abstand a zwischen einer Kulissenaufnahme 38 und der mechanischen übertragung 8 vergrößert, so dass der Hebeldrehpunkt 13 dadurch näher an das Geberzylindergehäuse 29 gerückt werden kann. Der Hebeldrehpunkt 13 ist z.B. als Welle oder dergleichen an einem Flansch 39 des Geberzylindergehäuses 29 gelagert. Die Kulisse 15 ist an einem von dem Hebel 12 getrennten eigenständigen Modul 40 angeordnet. Das Kulissenmodul 40 wird mit dem Hebel 12 stoffschlüssig, formschlüssig oder dergleichen verbunden, also z.B. angeschraubt, angeschweißt, oder dergleichen. Das Kulissenmodul 40 ist von dem Hebel 12 getrennt gefertigt, da auf diese Art und Weise durch Austauschen des Kulissenmoduls 40 unterschiedliche Anforderungen an die Charakteristik des hydraulischen Geberzylinders für verschiedene Anwendungen bewirkt werden können. Während also andere Bauteile der Darstellung der Fig. 4 gleich bleiben, wird durch schlichtes Auswechseln des Kulissenmoduls 40 und einer anderen darin eingebrachten Kulisse 15, also einer anderen Oberflächenform, eine andere hydraulische Charakteristik, dies ist die Beziehung zwischen dem Pedalweg X gemäß Fig. 1 und 2 und dem an dem hydraulischen Ausgang 19 messbaren Druck sowie Volumenstrom, bewirkt.

Bezugszeichenliste

Pedal-/Geberzylinderanordnung

Geberzyünder

Erster Hydraulikzylinder

Zweiter Hydraulikzylinder

Druckraum

Erster Geberzylinderkolben

Gelenk

Mechanische übertragung

Pedalbefestigung der mechanischen übertragung

Fußpedal

Zweiter Geberzylinderkolben (Zusatzkolben)

Hebel

Hebeldrehpunkt

Betätigungsnocke

Kulisse

Rolle

Pedaldrehpunkt

Nachlaufleitung

Hydraulischer Ausgang

Pedalfläche

Richtungspfeil

Schalenartige Ausnehmung

Primärdichtung

Sekundärdichtung

Becherförmiger Vorderteil

Kolbenträger

Ringnut

Dichtring

Geberzylindergehäuse

Deckel

Distanzelement

Dichtungssitz

Nachlaufraum

Zylindrischer Grundkörper

Vorderteil

Dichtungsring

Kröpfung

Kulissenaufnahme

Flansch

Kulissenmodul