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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Parkmechanismen für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf ein verbessertes drehmomentbasiertes Parksperrensystem, das ein an der Abtriebswelle eines Getriebes befestigtes Kurvenrad verwendet.
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HINTERGRUND
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In Fahrzeugen, die mit Automatikgetrieben ausgerüstet sind, muss ein Mechanismus vorgesehen sein, um das Getriebe und Fahrzeugantriebsräder in der Park- oder P-Stellung des Getriebes zu sperren, um ein Drehen der Antriebsräder und eine Bewegung des Fahrzeugs auszuschließen, wenn es geparkt ist.
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Es gibt zwar viele Varianten, der grundlegende Getriebeparkmechanismus enthält jedoch typischerweise ein mit Zapfen oder Zähnen versehenes Rad, das sich mit der Automatikgetriebe-Abtriebswelle dreht, und eine Klaue, die mit den Zähnen des Rades wahlweise in Eingriff gelangen kann, um dessen Drehung und somit die Bewegung des Fahrzeugs zu verhindern.
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Da ein einfacher Klauen- und Zapfenmechanismus beschädigt oder betriebsunfähig gemacht werden könnte, wenn er eingerückt ist, während sich das Fahrzeug bewegt, berücksichtigen aktuelle Entwürfe diese Eventualität durch Festlegen einer Sperrgeschwindigkeit. Unterhalb der Sperrgeschwindigkeit ist die Klaue eingerückt und macht den Endantrieb und das Fahrzeug unbeweglich. Oberhalb der Sperrgeschwindigkeit lässt der Mechanismus eine Bewegung des Endantriebs und des Fahrzeugs zu. Falls die gewählte Sperrgeschwindigkeit hoch ist, sind Lasten auf das System hoch; falls die gewählte Sperrgeschwindigkeit niedrig ist, kann ein auf einem Gefälle geparktes Fahrzeug wegrollen. Offensichtlich ist daher die Wahl der richtigen Sperrgeschwindigkeit wichtig und stellt einen Kompromiss mehrerer Entwurfs- und Leistungsparameter dar.
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Der typische Zapfen-/Klauen-Parkmechanismus umfasst außerdem mehrere Komponenten wie etwa einen Aktor, eine Aktorfeder, eine Rückstellfeder, eine Klaue, eine Führung und ein mit Zapfen oder Zähnen versehenes Parkrad. Angesichts des Vorangehenden haben die Erfinder festgestellt, dass Verbesserungen an Parksperrenmechanismen sowohl wünschenswert als auch möglich sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte drehmomentbasierte Parksperrenanordnung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen, die mit einem Automatikgetriebe ausgerüstet sind. Die Anordnung umfasst ein Kurvenrad, das an einer Getriebeabtriebswelle befestigt ist, und einen flexiblen Drehbeschränkungshebel oder -arm, der durch einen Nocken, der durch einen Zweirichtungsmotor gedreht wird, wahlweise mit dem Kurvenrad in Eingriff gebracht werden kann. Eine Rückstellfeder entfernt den Hebel translatorisch von dem Kurvenrad, wenn der Nocken in eine ausgerückte Stellung (eine Nicht-Parkstellung, d. h. eine Betriebsstellung) gedreht wird. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Kurvenrad an jeder Kurve Rollen, um die Reibung zu verringern.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte drehmomentbasierte Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad und einen flexiblen Hebel, der wahlweise in Eingriff mit dem Rad bewegt werden kann, besitzt.
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Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad mit einer Reibungsreduzierungsrolle an jeder Kurve und einen flexiblen Arm, der wahlweise in Eingriff mit den Rollen bewegt werden kann, besitzt.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad und einen flexiblen Hebel, der durch einen Nocken und einen Zweirichtungsmotor wahlweise in Eingriff mit dem Rad bewegt werden kann, besitzt.
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Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad mit einer Reibungsreduzierungsrolle an jeder Kurve und einen flexiblen Arm, der durch einen Nocken und einen Zweirichtungsmotor wahlweise in Eingriff mit den Rollen bewegt werden kann, besitzt.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad und einen flexiblen Hebel, der durch eine Rückstellfeder außer Eingriff bewegt wird, besitzt.
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Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parksperrenanordnung für Automatikgetriebe zu schaffen, die ein Kurvenrad mit einer Reibungsreduzierungsrolle an jeder Kurve und einen flexiblen Arm, der durch eine Rückstellfeder außer Eingriff bewegt wird, besitzt.
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ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Parksperrenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Automatikgetriebe und einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
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2 ist ein Seitenaufriss einer Parksperrenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ausgerückten Zustand (Nicht-Parkzustand) oder einer ausgerückten Betriebsart; und
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3 ist ein Seitenaufriss einer Parksperrenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem eingerückten Zustand (Parkzustand) oder einer eingerückten Betriebsart.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 10 umfasst einen Antriebsmotor wie etwa eine Brennkraftmaschine 12, die entweder mit Gas, mit E85 oder mit Diesel als Kraftstoff versorgt wird. Alternativ kann der Motor 12 vollelektrisch sein oder eine Hybridleistungsanlage sein, die sowohl einen oder mehrere Elektromotoren als auch eine Brennkraftmaschine verwendet. Typischerweise ist der Ausgang des Motors 12 direkt mit einem Eingang eines Drehmomentwandlers 14 verbunden und treibt diesen an, wobei der Ausgang des Drehmomentwandlers 14 direkt mit einem Eingang einer Mehrgang-Automatikgetriebeanordnung 16 gekoppelt ist und diesen antreibt. Die Automatikgetriebeanordnung 16 enthält typischerweise mehrere Planetenradsätze, Kupplungen, Bremsen und Aktoren, die wahlweise eingerückt werden, um mehrere Vorwärtsgangübersetzungsverhältnisse und ein Rückwärtsgangübersetzungsverhältnis zu schaffen. Leistung von der Automatikgetriebeanordnung 16 wird durch eine Abtriebswelle 18 abgegeben, der eine Parksperrenanordnung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Die Automatikgetriebeanordnung 16 und die Parksperrenanordnung 20 sind in einem Metallgehäuse 22 enthalten, das typischerweise ein Aluminium- oder Magnesiumguss ist. Eine elastische Dichtung 24 ist zwischen der Abtriebswelle 18 und dem Gehäuse 22 angeordnet und schafft eine fluiddichte Dichtung zwischen diesen, um das (nicht gezeigte) Getriebefluid im Gehäuse 22 zu halten. Die Abtriebswelle 18 ist mit einer Achs- oder Endantriebsanordnung 26, die eine Kardanwelle, ein Differential, ein Paar Achsen sowie Räder und Reifen (sämtlich nicht gezeigt) enthalten kann, gekoppelt und treibt diese an.
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Die Parksperrenanordnung 20 umfasst ein Kurvenrad 30 mit mehreren radial vorstehenden, abgerundeten Finger oder Kurven 32, die sich mit abgerundeten Aussparungen 34 mit verringertem Durchmesser abwechseln. Das Kurvenrad 30 ist durch irgendwelche geeigneten Mittel wie etwa Verschweißen, Vernieten, miteinander in Eingriff befindliche Keilwellen und Sprengringe oder einen Keil (sämtlich nicht gezeigt) an der Abtriebswelle 18 drehfest montiert. Obwohl sieben Kurven 32 gezeigt sind, kann die Anzahl der Kurven 32 selbstverständlich nach oben oder nach unten angepasst werden, falls eine geeignete Abmessungsdifferenz zwischen dem radialen Abstand zu den Spitzen der Kurven 32 und dem radialen Abstand zu einer Sehnenreferenzlinie, die sich zwischen zwei Enden zweier benachbarter Kurven 32 erstreckt, groß genug ist, damit die Parksperrenanordnung 20 richtig arbeitet, d. h. ein ausreichendes Rückhaltedrehmoment für die Abtriebswelle 18 schafft, wenn sie eingerückt ist, um eine Fahrzeugbewegung zu verhindern. Weniger Kurven 32 erleichtern die Erzeugung eines größeren Rückhaltedrehmoments, sie können jedoch einen unerwünscht plötzlichen Park-Eingriff hervorrufen, während mehr Kurven 32 einen gleichmäßigeren Eingriff schaffen, jedoch kein ausreichendes Rückhaltedrehmoment erzeugen könnten.
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Auf das Kurvenrad 30 ist ein steif-elastischer Hebelarm 36 mit einem ersten erweiterten kreisförmigen Ende 38a, das eine erste Durchgangsöffnung 42a definiert, und einem zweiten erweiterten kreisförmigen Ende 38b, das eine zweite Durchgangsöffnung 42b definiert, ausgerichtet. Die erste Durchgangsöffnung 42a nimmt einen Schwenkstift 44 auf, der an dem Gehäuse 22 befestigt sein kann und hiervon absteht und an dem der Hebelarm 36 schwenkbar unterstützt ist. Ein Sprengring 46 oder ein anderes Haltemerkmal oder eine andere Haltebearbeitung wie etwa ein Vernieten hält den Hebelarm 36 an dem Schwenkstift 44. Der Schwenkstift 44 kann ferner eine (nicht gezeigte) Schulter aufweisen, um den Hebelarm 36 axial zu lokalisieren.
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Das zweite erweiterte kreisförmige Ende 38b des Hebelarms 36 ist funktional benachbart angeordnet und mit einem drehbaren Nocken 50 in Eingriff. Der drehbare Nocken 50 definiert eine Oberfläche 52 mit einem einheitlichen, d. h. gleichmäßig zunehmenden (oder abnehmenden) Profil und eine einzige, radial verlaufende Wand oder Schulter 54. Es sollte erkannt werden, dass die äußere Oberfläche des ersten erweiterten kreisförmigen Endes 38a des Hebelarms 36 im Wesentlichen unwichtig ist, während die erste Durchgangsöffnung 42a eine Schwenkmontage schafft. Ebenso ist die zweite Durchgangsöffnung 42b im Wesentlichen unwichtig, während das zweite erweiterte kreisförmige Ende 38b eine geeignete gekrümmte Oberfläche schafft, die als ein Nockenfolger dient, der mit der Oberfläche 52 des drehbaren Nockens 50 in Eingriff ist. Der Hebelarm 36 ist vorzugsweise in dieser Konfiguration hergestellt, um jedoch die Herstellung der Parksperrenanordnung 20 zu vereinfachen und zu beschleunigen, kann er in jeder beliebigen Orientierung installiert sein und in dieser arbeiten.
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Der drehbare Nocken 50 ist an einer Abtriebswelle 56 einer Zweirichtungsmotor- und Untersetzungsbaueinheit 60, die über ein Mehrfachleiterkabel 62 mit elektrischer Energie versorgt wird, drehfest montiert. Die Motor- und Untersetzungsbaueinheit 60 ist vorzugsweise entweder elektrisch oder mechanisch so konfiguriert, dass sie die Abtriebswelle 56 und den Nocken 50 ungefähr um einen Winkel im Bereich von 320° bis 330° und in jedem Fall um weniger als 360° dreht.
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Ein Ansatz oder Vorsprung 64, der sich von der inneren Oberfläche des Gehäuses 22 erstreckt, nimmt eine Rückstell- oder Druckfeder 66, die mit einer Seite des Hebelarms 36 gegenüber dem drehbaren Nocken 50 in Eingriff ist, tragend auf. Die Rückstellfeder 66 schafft eine Vorbelastungskraft für den Hebelarm 36 und stellt sicher, dass dieser sich von dem Kurvenrad 30 wegbewegt und außer Kontakt mit diesem gelangt, wenn der drehbare Nocken 50 in der in 1 gezeigten Nicht-Parkstellung ist. Alternativ kann die Druckfeder 66 durch eine (nicht gezeigte) Zugfeder, die an der gegenüberliegenden Seite des Hebelarms 36 angeordnet ist, oder durch eine (nicht gezeigte) Torsionsfeder, die um die Achse des Schwenkstifts 44 angeordnet ist, ersetzt sein.
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In den 2 und 3 ist eine alternative Ausführungsform des Kurvenrads 30 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Das Kurvenrad 30' gemäß der alternativen Ausführungsform ist als Vorrichtung mit geringerer Reibung entworfen und ausgelegt, weshalb es mehrere Reibungsreduzierungsrollen 70 aufweist, die in ausgerichteten Paaren kreisförmiger Öffnungen 72 in der Nähe der Enden der Kurven 32' drehbar angeordnet sind, so dass der Hebelarm 36 mit den Rollen 70 statt mit den Oberflächen der Kurven 32 in Eingriff gelangt.
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Die Funktionsweise der Parksperrenanordnung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. Selbstverständlich findet diese Beschreibung in gleicher Weise Anwendung auf die Ausführungsform, die das in 1 gezeigte Kurvenrad 30 besitzt. In 2 befindet sich der drehbare Nocken 50 in einer Nicht-Parkstellung oder einer Betriebsart. Dabei ist der Hebelarm 36 durch die Rückstellfeder 66 vorbelastet und nach oben bewegt, wobei der Hebelarm 36 mit den Rollen 70 am Kurvenrad 30' nicht in Kontakt ist, so dass sich das Letztere frei dreht. Dies ist die Stellung des Kurvenrades 30' und des Hebelarms 36 während des Betriebs des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 10 in Vorwärts- und Rückwärtsgängen und in der Neutralstellung.
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In 3 ist der (nicht gezeigte) Gangwählhebel nach Parken oder P bewegt worden und der drehbare Nocken 50 hat sich in die Parkstellung gedreht, wodurch das zweite Ende 38b des Hebelarms 36 translatorisch nach unten bewegt wird, so dass der Mittelabschnitt des Hebelarms 36 mit den Rollen 70 des Kurvenrades 30' in Eingriff gelangt. Die durch den Hebelarm 36 auf die Rollen 70 des Kurvenrades 30' ausgeübte Kraft verhindert eine Drehung der Abtriebswelle 18 bis zu einem maximalen Drehmomentwert, bei dem sich der Hebelarm 36 ausreichend biegt, damit sich die Abtriebswelle 18 dreht, bis das Drehmoment an der Abtriebswelle 18 unter den maximalen Drehmomentwert abfällt. Wenn dies der Fall ist, kann der Hebelarm 36 wieder eine Drehung der Abtriebswelle 18 verhindern.
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Es wird somit anerkannt werden, dass die Parksperrenanordnung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung in vielen funktionalen Perspektiven darstellt. Zunächst basiert die Anordnung 20 auf dem Drehmoment und nicht auf der Einrückgeschwindigkeit wie in derzeitigen Entwürfen. Zweitens besitzt die Anordnung 20 eine symmetrische Konfiguration, so dass sie die gleiche Leistung sowohl während eines Vorwärts- als auch während eines Rückwärtseingriffs schafft. Drittens rastet die Anordnung 20 gleichmäßiger und ruhiger ein als derzeitige Entwürfe, falls der Eingriff erfolgt, während das Fahrzeug in Bewegung ist. Schließlich ist die Anordnung 20 robuster als derzeitige Entwürfe, da ein Eingriff bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten die gleiche Biegung des Hebelarms 36 wie ein Eingriff bei niedrigeren Geschwindigkeiten hervorruft.
