DE10100216B4

DE10100216B4 - Elektromechanisches Sperrsystem

Info

Publication number: DE10100216B4
Application number: DE10100216A
Authority: DE
Inventors: Miguel I. Chihuahua Avila
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: US6231475B1; DE10100216A1

Abstract

Elektromechanisches Gangsperrsystem mit einer Fahrzeugstromversorgung (152); einem Zündschalter (154), der mit der Fahrzeugstromversorgung (152) elektrisch gekoppelt ist; einem Bremspedal (160); einem Automatikgetriebe (164) und einer elektromechanischen unidirektionalen Kugelkupplung (100), die elektrisch mit dem Zündschalter (154) und dem Bremspedal (160) und mechanisch mit dem Automatikgetriebe (164) gekoppelt ist, wobei die unidirektionalen Kugelkupplung umfasst:
einen Sperrkranz (102);
einen Lagerträgerkranz (120), der so bemessen ist, dass er zumindest teilweise in dem Sperrkranz (102) aufnehmbar ist;
einen Lagerkanal (127), der zwischen dem Sperrkranz (102) und dem Lagerträgerkranz (120) ausgebildet ist; und
zumindest eine Lagerkugel (126), die in dem Lagerkanal (127) angeordnet ist, wobei bei aktiviertem Zündschalter die Lagerkugel (126) in Verbindung mit dem Lagerkanal (127) bewirkt, dass bei unbetätigtem Bremspedal eine Drehbewegung zwischen den beiden Kränzen in einer ersten Richtung und damit ein Einlegen eines Gangs des Automatikgetriebes blockiert ist, und erst bei Betätigen des Bremspedals eine Drehbewegung zwischen den...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft elektromechanische Sperrmechanismen für Fahrzeuggetriebe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele heutzutage erhältliche Fahrzeuge sind mit einem Sicherheitsmechanismus ausgerüstet, der verhindert, daß ein Automatikgetriebe in einen Gang geschaltet werden kann, wenn der Fahrer das Bremspedal nicht drückt. Dieses Sicherheitsmerkmal verhindert, daß ein Fahrzeug unbeabsichtigt in einen Gang geschalten wird, wenn sich der Fahrer außerhalb des Fahrzeugs befindet oder wenn er oder sie zum Fahren noch nicht bereit ist.
Gangsperreinrichtungen des derzeitigen Standes der Technik umfassen Vorrichtungen, wie beispielsweise Mechanismen vom Ratschentyp oder Sperrstiftmechanismen. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt, daß diese alternativen Gangsperreinrichtungen zahlreiche Teile und Komponenten umfassen, welche die Herstellungszeit und Produktionskosten erhöhen. Überdies neigen sie aufgrund der Menge an bewegbaren Teilen, die in diesen alternativen Gangsperreinrichtungen enthalten sind, zum Klappern, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, und somit zur Erhöhung des Geräusches im Fahrer-/Passagierraum.

Die DE 26 34 818 und die U.S. 2,919,000 betrifft eine elektromagnetische Rollenkupplung mit einem Paar relativ zueinander drehbaren Kupplungselementen, wobei mit dieser Kupplung elektromagnetisch sowohl ein Freilaufzustand als auch ein blockierter Zustand zwischen den Kupplungselementen hergestellt werden kann.

Die DE 199 23 970 A1 , die U.S. 5,542,514 A und die DE 38 30 199 C1 betreffen ein Vierradantriebssystem mit elektromagnetischen Rollen- oder Kugelkupplungen, die einer Umschaltung zwischen einem Zweirad- und einem Vierradantrieb eines Fahrzeugs dienen.

Die vorliegende Erfindung hat diese Nachteile des Standes der Technik erkannt und die unten offenbarten Lösungen für einen oder mehrere Mängel des Standes der Technik vorgesehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß ist ein elektromechanisches Gangsperrsystem nach Anspruch 1 vorgesehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerkanal zwischen einer Nockenfläche, die durch den Sperrkranz definiert ist, und eine Außenfläche hergestellt, die durch den Lagerträgerkranz definiert ist. Der Lagerkanal umfaßt auch einen Abschnitt mit konstanter Breite und einen Abschnitt mit variabler Breite. Vorzugsweise bildet der Sperrkranz eine Bohrung, der Lagerträgerkranz bildet eine Bohrung und der Sperrkranz und der Lagerträgerkranz sind auf einer Welle angeordnet, die so bemessen ist, daß sie in beiden Bohrungen aufnehmbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Kupplungsanordnung auch eine Spulenanordnung benachbart des Lagerträgerkranzes. Die Spulenanordnung kann angeregt werden, um eine relative Bewegung zwischen dem Lagerträgerkranz und der Spulenanordnung zu verhindern, und die Spulenanordnung umfaßt zumindest einen Rahmen, der um die Welle angeordnet ist, und eine Spule in einer umgebenden Beziehung mit dem Rahmen. Überdies bildet der Lagerträgerkranz einen Lagerhalteflansch, um das Lager in dem Lagerkanal zu halten. Der Lagerhalteflansch ist, wenn die Spule angeregt wird, mit der Spulenanordnung magnetisch gekoppelt, um zu verhindern, daß sich der Lagerträgerkranz relativ zu der Spulenanordnung bewegt. Vorzugsweise umgibt ein Spulengehäuse die Spule und den Rahmen, und eine Verbindungsstange erstreckt sich von dem Sperrkranz. Die Verbindungsstange ist mechanisch mit einer Getriebesteuerverbindung gekoppelt, die ihrerseits mechanisch mit einem automatischen Getriebe gekoppelt ist.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine unidirektionale Kugelkupplung zumindest einen Lagerkanal, der zwischen zwei konzentrischen Kränzen hergestellt ist. Der Lagerkanal besitzt einen Abschnitt mit konstanter Breite, der zu einem Abschnitt mit variabler Breite führt, und zumindest ein Lager ist in dem Lagerkanal angeordnet. Das Lager wirkt mit beiden Abschnitten zusammen, um eine Drehbewegung zwischen den beiden konzentrischen Kränzen in einer ersten Richtung zu verhindern und eine Drehbewegung zwischen den Kränzen in einer zweiten Richtung zuzulassen.

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG
1 ist eine Explosionsansicht im Schnitt der unidirektionalen Kugelkupplung.
2 ist eine Gesamtansicht im Schnitt, die zeigt, wie die unidirektionale Kugelkupplung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn sperrt.
3 ist eine Gesamtansicht im Schnitt, die zeigt, wie sich die unidirektionale Kugelkupplung in einer Richtung im Uhrzeigersinn frei bewegt.
4 ist eine Detailansicht eines Abschnittes, der in 2 durch Kreis 4 gezeigt ist, und
5 ist ein Blockdiagramm, das ein typisches elektromechanisches Gangsperrsystem darstellt.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In 1 ist eine unidirektionale Kugelkupplung gezeigt, die allgemein mit 100 bezeichnet ist. 1 zeigt, daß die unidirektionale Kugelkupplung 100 einen allgemein zylindrischen Sperrkranz 102 aus Kunststoff oder bevorzugter aus Metall umfaßt, der einen Innenkanal 104 um eine Zentralnabe 106 bildet. 1 zeigt, daß die Zentralnabe 106 eine Zentralbohrung 108 bildet, die so bemessen ist, daß eine Haltewelle 110 aufgenommen werden kann, die ein proximales Ende 112 und ein distales Ende 114 aufweist. Überdies ist eine Verschiebehebelverbindungsstange 116 mit dem Außenrand des Sperrkranzes 102 verkranzen, obwohl die Verbindungsstange 116 einstückig mit dem Kranz 102 ausgebildet sein kann. Der Sperrkranz 102 stößt, wenn er über die Haltewelle 110 gesteckt wird, an eine Endkappe 118 an, die einstückig an dem proximalen Ende 112 der Welle 110 ausgebildet ist.
1 zeigt auch einen allgemein scheibenförmigen Lagerträgerkranz 120, der vorzugsweise aus Metall besteht und eine Zentralbohrung 122 ausbildet. Ein breiter Abschnitt 122a der Zentralbohrung 122 ist so bemessen, daß er über die Zentralnabe 106 des Sperrkranzes 102 paßt. Ein enger Abschnitt 122b der Zentralbohrung 122 nimmt auch die Haltewelle 110 auf. Ein Lagerhalteflansch 124 erstreckt sich radial auswärts von dem Lagerträgerkranz 120. Demgemäß bedeckt der Flansch 124 den Innenkanal 104, wenn der Lagerträgerkranz 120 über der Zentralnabe 106 angebracht ist. Zusätzlich weist der Lagerträgerkranz 120 eine Außenfläche 125 mit einer zylindrischen Kontur auf (im Querschnitt kreisförmig, wie in den 2 und 3 gezeigt ist, die unten diskutiert sind). Der Durchmesser der Außenfläche 125 ist so ausgebildet, daß der Lagerträgerkranz 120 den In nenkanal 104 teilweise füllt, wenn er über der Zentralnabe 106 angebracht ist.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, sind drei Kugellager 126 vorzugsweise aus Metall in dem Innenkanal 104 zwischen dem Sperrkranz 102 und dem Lagerträgerkranz 120 angeordnet. Die 2 und 3 zeigen, daß, wenn der Lagerträgerkranz 120 in dem Sperrkranz 102 angeordnet ist, dieser den Innenkanal 104 teilweise füllt und einen Lagerkanal 127 bildet, der drei identische Nockenflächen 128 aufweist. Jede Nockenfläche 128 erstreckt sich entlang ihrer Länge radial einwärts. Jede Nockenfläche 128 kann gerade oder gekrümmt sein, d.h. kann mit einer teilweise spiralförmigen Kontur ausgebildet sein. Die Nockenflächen 128 sind um den Innenkanal 104 herum gleichermaßen beabstandet. Überdies bildet der Sperrkranz 102 drei Nockenseiten 130, die zu dem Mittelpunkt der Haltewelle 110 radial ausgerichtet sind. Demgemäß erstrecken sich die Nokkenseiten 130 in den Innenkanal 104, um jede Nockenfläche 128 zu trennen und jedes Lager 126 in einem jeweiligen Abschnitt des Innenkanales 104 zu halten.
In 4 sind die Einzelheiten des Innenkanales 104 gezeigt. Wie gezeigt ist, weist jeder Abschnitt des Lagerkanales 127 einen Abschnitt mit konstanter Breite 129 und einen Abschnitt mit variierender Breite 131 auf, die zwischen einer einzelnen Nockenfläche 128 und der Außenfläche 125 des Lagerträgerkranzes 120 ausgebildet sind. Insbesondere weist der Abschnitt 129 mit konstanter Breite innerhalb des Kanales 127 eine konstante Breite 129a über einen Abstand auf, der in etwa gleich dem Durchmesser des Lagers 126 ist, das darin angeordnet ist. Jedoch beginnt an dem Ende des Abschnittes 129 mit konstanter Breite des Lagerkanales 127 der Abschnitt 131 mit variierender Breite. Wie gezeigt ist, nimmt die Breite 131a des Abschnittes 131 mit variierender Breite unmittelbar benachbart des Abschnittes 129 mit konstanter Breite geringfügig ab und dann nimmt die Breite 131a weiterhin in Richtung, aber nicht notwendigerweise die gesamte Strecke zu der nächsten Nockenseite 130 ab.
Wie auf der rechten Seite von 1 zur Vervollständigung der physikalischen Beschreibung der Kugelkupplung 100 gezeigt ist, ist eine Spulenanordnung 132 über dem distalen Ende 114 der Haltewelle 110 benachbart des Lagerträgerkranzes 120 angeordnet. 1 zeigt, daß die Spulenanordnung 132 einen Rahmen 134 umfaßt, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht und mit einer Zentralbohrung 135 ausgebildet ist. Der Rahmen 134 umgibt die Welle 110, und eine I-förmige Einlage 136 ist um den Rahmen 134 angeordnet. In der Einlage 136 ist eine Ringspule 138 aufgenommen, und ein hohles und allgemein zylindrisches Spulengehäuse 140 umgibt und schützt die Spule 138. Das Gehäuse 140 kann mit dem Rahmen 134 einstückig ausgebildet sein.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Federklammer 142 über dem distalen Ende 114 der Haltewelle 110 angebracht, um den Sperrkranz 102, den Lagerträgerkranz 120 und die Spulenanordnung an der Haltewelle 110 richtig an der Stelle zu halten.
In 5 ist ein elektromechanisches Gangsperrsystem gezeigt, das allgemein mit 150 bezeichnet ist und die Kugelkupplung 100 der vorliegenden Erfindung umfaßt. 5 zeigt, daß das Sperrsystem 150 eine Fahrzeugenergieversorgung 152 umfaßt, die elektrisch mit einem Zündschalter 154 über eine elektrische Leitung 156 gekoppelt ist. Die Kugelkupplung 100, und insbesondere die Spule 138 ist mit dem Zündschalter 134 über eine elektrische Leitung 158 und mit einem Bremspedal 160 über eine elektrische Leitung 162 elektrisch gekoppelt. 5 zeigt auch, daß die Kugelkupplung 100 mit einem Automatikgetriebe 164 über eine Getriebesteuerverbindung 166 mechanisch gekoppelt ist, die ihrerseits mit der Verschiebehebelverbindungsstange 116 mechanisch gekoppelt ist.
BETRIEB
Wie in den 1 bis 5 gemeinsam gezeigt ist, wird, wenn der Zündschalter 154 angeschaltet ist und das Fahrzeug parkt, Energie an die Kugelkupplung 100 geliefert. Demgemäß wird die Spule 138 angeregt. Wenn die Spule 138 angeregt ist, wird der Flansch 124 durch die magnetische Anziehungskraft dazwischen eng an der Spulenanordnung 132 gehalten. Mit anderen Worten kann sich, wenn die Spule 138 angeregt ist, der Lagerkranz 120 nicht drehen.
Demgemäß wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs versucht, das Automatikgetriebe 164 in einen Gang zu schalten, jedes Kugellager 126 in dem Abschnitt 131 mit variabler Breite des Lagerkanales 127 zwischen der Nockenfläche 128 und der Außenfläche 125 des Lagerträgerkranzes 120 eingekeilt, wie in 2 gezeigt ist. Dies verhindert, daß sich der Sperrkranz 102 in der Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn drehen kann, wie in 2 gezeigt ist. Jedoch liegt, wenn die Spule 138 immer noch angeregt ist und der Sperrkranz in der Richtung im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie in 3 gezeigt ist, jedes Kugellager 126 an seiner jeweiligen Nockenseite 130. Jedes Lager 126 bleibt in dem Abschnitt 129 mit konstanter Breite des Lagerkanales 127, wie in 3 gezeigt ist, wo durch zugelassen wird, daß sich der Sperrkranz 102 in der Richtung im Uhrzeigersinn drehen kann.
Wenn die Bremse 160 gedrückt wird, ist die Energieversorgung zu der Spule 138 unterbrochen, wobei der Lagerträgerkranz 120 von der Spulenanordnung 132 freigegeben und zugelassen wird, daß sich dieser mit dem Sperrkranz 102 frei drehen kann. Dies erlaubt, daß das Automatikgetriebe 164 in einen Gang geschaltet werden kann.
Zu der oben beschriebenen Konfiguration des Aufbaues sei angemerkt, daß eine unidirektionale Kugelkupplung verhindern kann, daß das Automatikgetriebe 164 aus einer Parkstellung in einen Gang geschaltet werden kann, sofern der Fahrer das Bremspedal 160 nicht drückt. Andererseits ist der Fahrer in der Lage, das Automatikgetriebe 164 von irgendeinem anderen Gang in die Parkstellung ohne Drücken des Bremspedales 160 zu schalten.

Claims

Elektromechanisches Gangsperrsystem mit einer Fahrzeugstromversorgung (152); einem Zündschalter (154), der mit der Fahrzeugstromversorgung (152) elektrisch gekoppelt ist; einem Bremspedal (160); einem Automatikgetriebe (164) und einer elektromechanischen unidirektionalen Kugelkupplung (100), die elektrisch mit dem Zündschalter (154) und dem Bremspedal (160) und mechanisch mit dem Automatikgetriebe (164) gekoppelt ist, wobei die unidirektionalen Kugelkupplung umfasst: einen Sperrkranz (102); einen Lagerträgerkranz (120), der so bemessen ist, dass er zumindest teilweise in dem Sperrkranz (102) aufnehmbar ist; einen Lagerkanal (127), der zwischen dem Sperrkranz (102) und dem Lagerträgerkranz (120) ausgebildet ist; und zumindest eine Lagerkugel (126), die in dem Lagerkanal (127) angeordnet ist, wobei bei aktiviertem Zündschalter die Lagerkugel (126) in Verbindung mit dem Lagerkanal (127) bewirkt, dass bei unbetätigtem Bremspedal eine Drehbewegung zwischen den beiden Kränzen in einer ersten Richtung und damit ein Einlegen eines Gangs des Automatikgetriebes blockiert ist, und erst bei Betätigen des Bremspedals eine Drehbewegung zwischen den Kränzen in der ersten Richtung und damit ein Einlegen eines Gangs des Automatikgetriebes möglich ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Lagerkanal (127) zwischen einer Nockenfläche (128), die durch den Sperrkranz (102) definiert ist, und einer Außenfläche (125) ausgebildet ist, die durch den Lagerträgerkranz (120) definiert ist, wobei der. Lagerkanal (127) ein Nockenprofil umfasst mit: einem Abschnitt (129) mit konstanter Breite, an den eine stufenförmige Nockenseite (130) angrenzt, durch die das Lager (126) in einer zweiten Richtung frei drehbar ist, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Sperrkranz (102) und dem Lagerträgerkranz (120) zuzulassen; und einem Abschnitt (131) mit abnehmender Breite, durch den das Lager (126) in der ersten Richtung zwischen der Nockenfläche (128) und der Außenfläche (125) verkeilbar ist, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Sperrkranz (102) und dem Lagerträgerkranz (120) zu verhindern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugelkupplung (100) ferner umfasst: eine Spulenanordnung (132) benachbart des Lagerträgerkranzes (120), wobei die Spulenanordnung (132) anregbar ist, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Lagerträgerkranz (120) und der Spulenanordnung (132) zu verhindern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sperrkranz (102) ferner eine Bohrung (108) bildet, der Lagerträgerkranz (120) ferner eine Bohrung (122) bildet und die Kupplungsanordnung ferner umfasst: eine Welle (110), die so bemessen ist, dass sie in beiden Bohrungen (108, 122) aufnehmbar ist, wobei der Sperrkranz (102) und der Lagerträgerkranz (120) auf der Welle (110) angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung (132) ferner umfasst: zumindest einen Rahmen (134), der um die Welle (110) herum angeordnet ist, und eine Spule (138) in einer umgebenden Beziehung mit dem Rahmen (134).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerträgerkranz (120) ferner einen Lagerhalteflansch (124) bildet, der sich radial auswärts von dem Lagerträgerkranz (120) erstreckt, um das Lager (126) in dem Lagerkanal (127) zu halten, wobei der Lagerhalteflansch (124) magnetisch mit der Spulenanordnung (132) gekoppelt ist, wenn die Spule (138) angeregt ist, um zu verhindern, dass sich der Lagerträgerkranz (120) relativ zu der Spulenanordnung (132) bewegen kann.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einem Spulengehäuse (140), das die Spule (138) und den Rahmen (134) umgibt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einer Verbindungsstange (116), die sich von dem Sperrkranz (102) erstreckt, wobei die Verbindungsstange (116) mechanisch mit einer Getriebesteuerverbindung (166) gekoppelt ist, wobei die Getriebesteu erstange mechanisch mit einem Automatikgetriebe (164) gekoppelt ist.