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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeug. Derartige Parksperrenanordnungen werden eingesetzt, um eine Abtriebswelle des Kraftfahrzeuges zu hemmen, so dass das Kraftfahrzeug an einem unbeabsichtigten Wegrollen gehindert wird, wenn der Motor kein Drehmoment zur Verfügung stellt.
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Aus Naunheimer, Bertsche, Lechner: Fahrzeuggetriebe, 2. Auflage, Springer, 2007, Seite 371, .49 ist ein Parksperrensystem mit einem hydraulischen Parksperrenzylinder und einem hiermit mechanisch verbundenen Sperrkegel bekannt, der auf eine Klinke einwirkt. Der Sperrkegel ist vom Parksperrenzylinder entfernt angeordnet und über eine vom Parksperrenzylinder verdrehbare Parkscheibe und eine hiermit verbundene Verbindungsstange betätigbar. Unterhalb des Sperrkegels ist eine Führungsplatte angeordnet.
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Aus der
DE 10 2009 004 263 A1 ist eine Parksperre mit einer Betätigungseinheit zur Betätigung eines Sperrelements bekannt. Durch Schwenken des Sperrelements um einen Lagerstift wird eine Stelle im Automatikgetriebe blockiert. Die Betätigungseinheit umfasst einen drehbaren Steuerhebel und einen bewegbaren Bolzen, an dessen Ende ein Distanzelement angeordnet ist. Das Distanzelement zur Beaufschlagung des Sperrelements wird in einem Stützelement abgestützt. Die Betätigungseinheit ist über ein Anschlusselement eines Verbindungsstifts mit einem von einem Fahrzeuglenker bedienbaren Wählhebel zur Einstellung der Fahrstufe verbindbar.
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Aus der
DE 10 2009 023 498 A1 ist eine Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrisch angetriebenen Antriebsachse bekannt. Dabei wird der Elektroantrieb genutzt, um ein Drehmoment auf die Abtriebswelle zu übertragen und so die zum Lösen des Sperrmechanismus erforderlichen Aktuierungskräfte zu reduzieren. Der Sperrmechanismus umfasst ein bewegbares Druckelement, das mit einer Sperrklinke zusammenwirkt. Das Druckelement ist in eine Schließstellung überführbar, in der es die Sperrklinke in Richtung Sperrenrad beaufschlagt, und in eine Freigabestellung, in der die Sperrklinke freigegeben ist.
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Aus der
JP S58- 110 343 A ist eine weitere Parksperrenanordnung bekannt, die ein in einem Gehäuse axial geführtes bolzenartiges Riegelelement aufweist. An einem geführten Ende des Riegelelements ist ein Motor angeordnet, der das Riegelelement in eine Freigabestellung, in der die Welle freigegeben ist, und eine Schließstellung, in der die Drehbewegung der Welle gehemmt ist, überführen kann.
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Aus der
DE 10 2006 022 963 A1 ist eine Parksperrenanordnung für ein automatisiertes Getriebe bekannt. Die Sperrenanordnung ist durch einen ersten Federspeicher in eine Sperrposition vorgespannt, in der das Getriebe gesperrt ist, und mittels eines hydraulischen Aktuators von der Sperrposition in eine Freigabeposition versetzbar, in der das Getriebe entsperrt ist. Ein Kolben des Aktuators ist über eine Stange mit einem Konus verbunden, der auf ein schwenkbares Sperrglied einwirkt. Der Konus ist an einem Gehäuse des Getriebes abgestützt.
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Aus der
DE 10 2008 011 115 A1 ist eine Getriebesperrvorrichtung mit einem Gehäuseelement bekannt, die zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Die Sperrvorrichtung weist einen schwenkbaren Klinkenarm auf, der mit einem Sperrrad zusammenwirkt, eine Stützmechanik zur Aufbringung einer den Klinkenarm in der Sperrstellung haltenden Stützkraft, und ein Schwenkhebelelement zum Betätigen der Stützmechanik. Der Klinkenarm ist auf einem Achszapfen gelagert, der drehfest mit dem Schwenkhebel verbunden ist. Der Achszapfen ist durch das Gehäuseelement schwenkbewegbar hindurchgeführt.
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Bei Parksperren ist die Integration in bestehende Bauraumverhältnisse des Kraftfahrzeugs schwierig. Insbesondere müssen einzelne Bauteile der Parksperre am Antriebsstrang, beispielsweise einem Getriebe, des Kraftfahrzeugs montiert und an entsprechenden Lagerstellen aufgenommen werden. Eine Funktionsprüfung der Parksperre ist erst in montiertem Zustand am Kraftfahrzeug möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Parksperrenanordnung vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist, eine gute Abstützung der wirksamen Kräfte ermöglicht und die einfach an entsprechender Stelle im Kraftfahrzeug montierbar ist.
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Die Lösung besteht in einer Parksperrenanordnung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Vorteil besteht darin, dass Teile der Parksperrenanordnung, und zwar zumindest der Aktuator, das Sperrelement und das Stützelement, eine vormontierte Baueinheit bilden, die somit eine integrierte Abstützung für die von dem Riegelelement einwirkenden Kräfte ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass das Stützelement zumindest mittelbar mit dem Aktuator verbunden ist. Mit zumindest unmittelbarer Verbindung ist gemeint, dass das Stützelement direkt mit dem Aktuator verbunden sein kann, oder indirekt unter Zwischenschaltung eines weiteren Bauteils, das fest mit dem Aktuator verbunden ist. Durch die Integration von Aktuator, Sperrelement und Stützelement kann in vorteilhafter Weise schon vor der Endmontage eine Funktionsprüfung der Baueinheit erfolgen. Außerdem wird durch das Stützelement eine genaue Ausrichtung und gute Abstützung der Baueinheit gegenüber dem ortsfesten Bauteil, beispielsweise einem Getriebegehäuse erreicht. Ein weiterer Vorteil des integrierten Stützelements ist darin zu sehen, dass die Anzahl der Teile, der Schnittstellen und damit auch der Montageaufwand bei der Endmontage des Kraftfahrzeugs reduziert sind. Außerdem ist die Parksperreneinheit durch das integrierte Stützelement geschützt.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Stützelement gegen axiale Verschiebung und/oder gegen Verdrehung gegenüber einem Gehäuse des Aktuators gesichert ist. Vorzugsweise ist das Stützelement fest mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden. Hierunter sind auch Verbindungen zu verstehen, bei denen das Stützelement mittelbar mit dem Gehäuse fest verbunden ist, beispielsweise über ein Zwischenbauteil, das an dem Gehäuse fixiert ist und an dem das Stützelement wiederum befestigt ist.
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Das Stützelement wird vorzugsweise als separates Bauteil hergestellt und nachträglich mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden. Dabei kann das Stützelement formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden werden. Als formschlüssige Verbindung kann beispielsweise eine Verzahnung verwendet werden. Zur kraftschlüssigen Verbindung kann durch Verpressen des Stützelements in eine entsprechende Ausnehmung bzw. Öffnung des Gehäuses des Aktuators realisiert werden. Als stoffschlüssige Verbindung können, je nach Materialpaarung des Aktuatorgehäuses und des Stützelements Schweißen, Löten oder Kleben in Frage kommen. Es versteht sich, dass auch Kombinationen der genannten Verbindungsmethoden denkbar sind. Vorzugsweise ist das Stützelement aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, insbesondere einem Stahlwerkstoff. Das Aktuatorgehäuse ist vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt. Es ist jedoch prinzipiell auch denkbar, dass das Stützelement und das Gehäuse einteilig gestaltet bzw. hergestellt sind.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist an dem Aktuatorgehäuse eine Zwischenhülse vorgesehen, die fest mit dem Aktuatorgehäuse verbunden ist, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet ist. Das Stützelement ist auf die Zwischenhülse aufgeschoben und auf diese Weise mittelbar mit dem Aktuatorgehäuse verbunden. Dabei ist zwischen der Zwischenhülse und dem Stützelement vorzugsweise eine Presspassung gebildet. Die Zwischenhülse hat im Querschnitt ein unrundes Innenprofil, so dass ein von dem Aktuator betätigbares Schiebeelement gegenüber dieser verdrehgesichert ist. Die Außenfläche der Zwischenhülse vorzugsweise zumindest größtenteils zylindrisch gestaltet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Zwischenhülse an ihrem freien Ende eine oder mehrere Rastnasen, die in eine entsprechende Ausnehmung des Stützelements eingreifen können, so dass dieses gegenüber der Zwischenhülse axial gesichert ist. Zur radialen Sicherung kann an der Zwischenhülse außen einen Vorsprung vorgesehen sein, der in eine entsprechende Ausnehmung der Stützhülse eingreifen kann.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Stützelement eine Stützfläche auf, gegen die sich das Sperrelement zumindest mit einem Teil seiner Außenfläche abstützen kann, wobei sich die Stützfläche zumindest teilweise parallel zur Achse des Sperrelements erstreckt. Mit Achse des Sperrelements ist die Achse gemeint, entlang derer das Sperrelement vom Aktuator linear bewegbar ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Achse des Sperrelement zumindest etwa koaxial zur Achse des Aktuators angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine kompakte Bauform, die eine geringe radiale Erstreckung aufweist und damit einfach zu montieren ist. Das Sperrelement weist eine Haltefläche auf, die mit dem Riegelelement zusammenwirkt, um das Riegelelement in der Schließstellung zu halten. Dabei sind die Haltefläche des Sperrelements und die Stützfläche des Stützelements vorzugsweise so angeordnet, dass sie einander zumindest teilweise diametral gegenüberliegen. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die Radialkräfte, die von der Welle auf das Riegelelement und von dem Riegelelement auf das Sperrelement wirken, wirksam am Stützelement abgestützt werden.
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Die Form des Stützelements kann generell beliebig gestaltet werden, wobei es an einem Ende mit dem Gehäuse des Aktuators befestigt ist und eine längliche Erstreckung zum Führen und Abstützen des Sperrelements aufweist. Im Anschlussbereich mit dem Gehäuse ist das Stützelement vorzugsweise ring- oder hülsenförmig. Dabei sind prinzipiell beliebige Querschnitte denkbar, beispielsweise ein dreieckiges, viereckiges oder ein poligonales Profil. Besonders günstig ist die Verwendung eines kreisrunden Profils, da sich dieses einfach aus einem Rohr herstellen lässt. Vorzugsweise sind die Stützfläche des Stützelements und die Außenfläche des Sperrelements, zumindest in dem Teilbereich, in dem das Sperrelement gegenüber dem Stützelement geführt und abgestützt ist, zylindrisch gestaltet. Durch diese Ausgestaltung wird eine Drehbewegung des Sperrelements gegenüber dem Stützelement ermöglicht, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.
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Im Anschluss an den hülsenförmigen Abschnitt hat das Stützelement vorzugsweise einen Stegabschnitt, der im Querschnitt betrachtet auf der dem Riegelelement zugewandten Seite offen ist. Das Riegelelement kann entsprechend in die Öffnung eintauchen, um die Welle freizugeben. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Länge des Stützelements so gestaltet, dass das Sperrelement zumindest in dem Bereich des Riegelelements abgestützt ist. Das Sperrelement ist dabei gegenüber dem Stützelement axial verschiebbar angeordnet, wobei vorzugsweise in jeder axialen Verschiebeposition eine Abstützung des Sperrelements gegenüber dem Stützelement gewährleistet sein soll.
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Der Aktuator ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung so gestaltet, dass er eine axiale Bewegung zum Verschieben des Sperrelements erzeugt. Dabei ist zur axialen Bewegung des Sperrelements vorzugsweise ein Spindeltrieb vorgesehen, der von dem Aktuator antreibbar ist und eine Drehbewegung des Aktuators in eine Linearbewegung des Sperrelements umsetzt. Die Drehbewegung wird vorzugsweise durch einen Elektromotor erzeugt, der von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbar ist. Es sind jedoch prinzipiell auch andere Formen von Aktuatoren denkbar, beispielsweise ein Aktuator, der unmittelbar eine translatorische Bewegung zum Verschieben des Sperrelements erzeugt, wie ein hydraulisch oder pneumatisch betätigter Aktuator.
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Es ist vorgesehen, dass die Parksperreneinheit an einem stehenden Bauteil des Kraftfahrzeugs befestigbar ist, insbesondere einem Getriebegehäuse eines Getriebes im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise hat das stehende Bauteil einen Stützabschnitt, gegen den das Stützelement, zumindest axial in einem Teilbereich zwischen der ersten und zweiten Schiebestellung des Sperrelements, außen abstützbar ist. Auf diese Weise können die von der Welle bzw. dem Riegelelement auf das Sperrelement und von diesem auf das Stützelement wirkenden Radialkräfte in das stehende Bauteil eingeleitet werden.
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Bei der Welle kann es sich prinzipiell um ein beliebiges drehmomentübertragendes Bauteil handeln, das im Antriebsstrang zwischen der Antriebseinheit und den Rädern des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dabei kann die Welle beispielsweise eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, eine Getriebewelle oder auch ein anderes Bauteil sein, welches Drehmoment auf die Räder übertragt, wie z. B. der Differentialkorb eines Differentialgetriebes oder eine Komponente einer Bremse. Um einen Sperreffekt auf die Räder des Kraftfahrzeugs zu haben, muss eine direkte drehmomentübertragende Verbindung mit den Rädern bestehen, das heißt es darf keine Abkopplung, durch welche der Drehmomentfluss unterbrochen ist, zwischen den Rädern und der Welle vorhanden sein. Im Folgenden wird allgemein die Bezeichnung Welle oder Antriebswelle verwendet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Sperrmechanismus ein Sperrenrad auf, das drehfest mit der Welle verbunden ist und das mit dem Riegelelement zusammenwirkt. Das Riegelelement ist in eine Sperrstellung überführbar, in der das Riegelelement mit dem Sperrenrad formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der das Sperrenrad gegenüber dem Riegelelement frei drehen kann. Um das Riegelelement in die Entriegelungsstellung zu überführen ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, welches das Riegelelement in Richtung von dem Sperrenrad weg beaufschlagt. Das Riegelelement ist vorzugsweise in Form einer Sperrklinke gestaltet, die um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist. Die Sperrklinke weist vorzugsweise einen Sperrzahn auf, der in umfangsverteilte Ausnehmungen des Sperrenrads einrasten kann. Selbstverständlich ist auch eine kinematische Umkehr in der Gestalt denkbar, dass die Sperrklinke eine Ausnehmung aufweist, die mit umfangsverteilten Zähnen des Sperrenrads in formschlüssigen Eingriff gebracht werden kann.
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Ist beim Aktuieren des Sperrmechanismus die Drehstellung der Welle derart, dass das Riegelelement einer Sperrausnehmung gegenübersteht, kann der formschlüssige Eingriff des Riegelelements in die Sperrausnehmung unmittelbar erfolgen, so dass die Welle blockiert ist. Um eine sicheres Blockieren auch zu gewährleisten, wenn das Riegelelement bei Aktuierung des Sperrmechanismus einem Steg zwischen zwei Sperrausnehmungen des Sperrenrads gegenüberliegt, sind Federmittel vorgesehen, die zwischen dem Aktuator und dem Sperrelement wirksam sind. Die Federmittel spannen das Sperrelement bei Betätigen des Aktuators axial vor. Sobald dann beim Weiterdrehen des Sperrenrads eine Drehposition erreicht wird, in der sich das Riegelelement und eine Sperrausnehmung gegenüberstehen, wird das Sperrelement von den vorgespannten Federmitteln vom Aktuator weg verschoben, wobei das Sperrelement das Riegelelement nach radial innen beaufschlagt und das Riegelelement in die gegenüberliegende Sperrausnehmung einrastet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Parksperreneinheit einen Entriegelungsmechanismus für eine Zwangsentriegelung, die beispielsweise bei einem Defekt der Elektronik zum Einsatz kommen. Hierfür weist das Sperrelement vorzugsweise eine Ausnehmung auf, die sich über einen Umfangsteilabschnitt erstreckt. Weiter ist vorgesehen, dass das Sperrelement über den Entriegelungsmechanismus verdrehbar ist. In einer ersten Drehstellung des Sperrelements fixiert dieses das Riegelelement in der Schließstellung, in der die Welle an einer Drehbewegung gehindert ist. Durch Überführen des Sperrelements in eine zweite Drehstellung, kann das Riegelelement in die Ausnehmung des Sperrelements eintauchen, so dass die Welle freigegeben wird. Der Entriegelungsmechanismus umfasst vorzugsweise ein Entriegelungselement, das drehfest mit dem Sperrelement verbunden ist und mittels eines Hebels verdreht werden kann. Die Freigabe des Riegelelements aus der entsprechenden Sperrausnehmung kann bei verspanntem System, das heißt bei Hanglage, durch eine entsprechende Geometrie am Rückstellelement oder durch externes Bewegen des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Parksperrenanordnung in Offenstellung
- a) im Längsschnitt durch die Parksperre,
- b) in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
- c) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet in einer ersten axialen Betrachtungsrichtung,
- d) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet, in einer zweiten axial Betrachtungsrichtung;
- 2 die Parksperrenanordnung aus 1 in vorgespannter Stellung
- a) im Längsschnitt durch die Parksperre,
- b) in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
- c) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet in einer ersten axialen Betrachtungsrichtung,
- d) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet, in einer zweiten axialen Betrachtungsrichtung;
- 3 die Parksperrenanordnung aus 1 in einer Schließstellung
- a) im Längsschnitt durch die Parksperre,
- b) in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
- c) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet in einer ersten axialen Betrachtungsrichtung,
- d) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet, in einer zweiten axialen Betrachtungsrichtung;
- 4 die Parksperrenanordnung aus 1 in einer notentriegelten Stellung
- a) im Längsschnitt durch die Parksperre,
- b) in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
- c) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet in einer ersten axialen Betrachtungsrichtung,
- d) im Querschnitt durch eine Schnittebene, die das Riegelelement beinhaltet, in einer zweiten axialen Betrachtungsrichtung.
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Die 1 bis 4 werden nachfolgend zunächst gemeinsam beschrieben. Es ist eine Parksperrenanordnung 2 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, wobei von dem Kraftfahrzeug nur ein ortsfestes Bauteil 3, insbesondere ein Teil eines Getriebegehäuses, erkennbar ist. Die Parksperrenanordnung 2 ist an einer Welle 4 im Drehmomentfluss zwischen einem nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor, und einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Parksperrenanordnung 2 umfasst neben der Welle 4 einen Sperrmechanismus 6, der indirekt auf die Welle 4 einwirkt.
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Der Sperrmechanismus 6 dient dazu, eine Drehbewegung der Welle 4 bedarfsweise zu hemmen bzw. freizugeben. Zum Betätigen des Sperrmechanismus 6 dient ein Aktuator 7, der vorzugsweise als elektromechanischer Aktuator ausgestaltet ist, der von einer elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) ansteuerbar ist. Es versteht sich jedoch, dass der Aktuator auch alternative Ausgestaltungen haben kann, beispielsweise in Form eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators. Der Aktuator 7 umfasst eine Antriebswelle 8, die bei Betätigen des Aktuators 7 um die Drehachse A rotiert. Die Antriebswelle 8 wirkt auf ein Schiebeelement 9 ein, wobei ein Spindeltrieb zwischen der Antriebswelle 8 und dem Schiebeelement 9 vorgesehen, der die Drehbewegung der Antriebswelle 8 in eine lineare Verschiebebewegung des Schiebeelements 9 umsetzt.
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Der Sperrmechanismus 6 umfasst ein linear bewegbares Sperrelement 10, welches über ein Schiebeelement 9 mittelbar von dem Aktuator 7 linear verschiebbar ist. Das Sperrelement 10 ist so mit dem Schiebeelement 9 verbunden, das es gegenüber diesem begrenzt axial beweglich ist. Bei Betätigung des Aktuators 7 wird das Schiebeelement 9 axial bewegt, welches über ein zwischengeschaltetes Federelement 12 auf das Sperrelement 10 einwirkt. Das Federelement 12 ist an den beiden genannten Elementen 9, 10 zur Erzeugung einer Vorspannkraft axial abgestützt. Zur axialen Abstützung ist am Schiebeelement 9 ein umlaufender Kragen und an einer Stirnseite des Sperrelements 10 eine Ausnehmung mit einer radialen Stützfläche vorgesehen. Das Schiebeelement 9 hat weiter einen insbesondere stiftförmigen Abschnitt 13, der in eine entsprechende Bohrung 14 des Sperrelements 10 eingesteckt ist. An seinem freien Ende hat das Schiebelement 9 eine Verdickung 15, die als Anschlag gegenüber dem Sperrelement 10 dient.
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Das Sperrelement 10 kann eine erste axiale Schiebestellung einnehmen, in der es an den Aktuator 7 angenähert ist, sowie in eine zweite axiale Schiebestellung, in der es vom Aktuator 7 weiter entfernt angeordnet ist. Auf die Verstellung des Schiebeelements 10 zum Öffnen bzw. Schließen der Parksperre wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Das Sperrelement 10 hat eine Funktionsfläche 17, die mit einer entsprechenden Gegenfläche 19 eines Riegelelements 16 zum Aktuieren der Parksperre zusammenwirkt. Dabei bilden das Sperrelement 10 und das Riegelelement 16 gemeinsam den Sperrmechanismus 6. Das Riegelelement 16 ist in Form einer Sperrklinke gestaltet, die an einem Ende um eine Schwenkachse B schwenkbar gelagert ist. An ihrem entgegengesetzten freien Ende weist die Sperrklinke außen die Gegenfläche 19 auf, die von der Funktionsfläche 17 des Sperrelements 10 beaufschlagbar ist, sowie innen einen Sperrzahn 20 zum Festsetzen der Welle 4. Die Flächen 17, 19 sind so gestaltet, dass eine translatorische Bewegung des Sperrelements 10 entlang der ersten Achse A eine Verlagerung des Riegelelements 16 in Richtung zur dritten Achse C bewirkt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Funktionsfläche 17 des Sperrelements 10 konisch gestaltet ist, wobei es sich versteht, dass diese auch sphärisch gestaltet sein könnte. Die Gegenfläche 19 ist gegenüber einer Ebene, die die Drehachse C der Welle 4 beinhaltet und durch den Kontaktpunkt zwischen Funktionsfläche 17 und Gegenfläche 19 verläuft, winklig angeordnet. Im Anschluss an den Abschnitt mit Funktionsfläche 17 hat das Sperrelement 10 einen zylindrischen Abschnitt 42, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Führungs- bzw. Halteabschnitts 46, mit dem das Sperrelement 10 gegenüber dem Stützelement 25 geführt ist bzw. der zum Halten des Riegelelements 16 dient. Um den zylindrischen Abschnitt 42 ist somit ein Ringraum gebildet, in den das Riegelelement 16 in seiner Offenstellung eintauchen kann.
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Das Riegelelement 16 dient dazu, die Welle 4 wahlweise festzusetzen, so dass der Antriebsstrang an einer Drehbewegung gehindert wird, oder freizugeben, so dass die Komponenten des Antriebsstranges frei drehen können. Zum Überführen des Riegelelements 16 von der Sperrstellung in die Freigabestellung ist ein Federelement 22 vorgesehen. Das Federelement 22 ist in Form einer Schenkelfeder gestaltet, welche mit einem ersten Schenkel an dem stehenden Bauteil 3 und mit einem zweiten Schenkel an dem Riegelelement 16 abgestützt ist.
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Die Parksperrenanordnung 2 weist ferner ein Sperrenrad 23 auf, das drehfest mit der Welle 4 verbunden ist. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Längsverzahnung oder eine Keilwellenverzahnung realisiert werden. Das Sperrenrad 23 weist an einer äußeren Umfangsfläche eine Vielzahl von über dem Umfang verteilten Rastausnehmungen 24 auf, in die das Riegelelement 16 mit seinem Sperrzahn 20 formschlüssig eingreifen kann. Das Riegelelement 16 ist in eine Sperrstellung drehend überführbar, in der es mit dem Sperrenrad 23 formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad 23 an einer Drehbewegung gehindert wird. In der Entriegelungsstellung ist das Riegelelement 16 gegenüber dem Sperrenrad 23 nach außen verschwenkt, so dass das Sperrenrad 23 und damit der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs frei drehbar ist.
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Die Parksperrenanordnung 2 umfasst ferner ein Stützelement 25, das zum Führen bzw. Abstützen des Sperrelements 10 dient. Das Stützelement 25 ist zumindest mittelbar fest mit dem Aktuator 7 verbunden, und zwar insbesondere mit dem Gehäuse 26 des Aktuators 7. Die Verbindung zwischen Stützelement 25 und dem Gehäuse 26 ist so gestaltet, dass das Stützelement 25 gegen axiale Verschiebung und/oder Verdrehung gegenüber dem Aktuator 7 gesichert ist. Zum Befestigen des Stützelements 25 ist vorliegend eine Zwischenhülse 11 vorgesehen, die fest mit dem Aktuatorgehäuse 26 verbunden ist, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet ist. Das Stützelement 25 ist auf die Zwischenhülse 11 aufgeschoben und auf diese Weise indirekt mit dem Aktuatorgehäuse 26 fest verbunden. Stützelement 25 und Zwischenhülse 11 sind in mehrerlei Hinsicht gegeneinander gesichert, und zwar ist zwischen beiden Bauteilen eine kraftschlüssige Verbindung in Form einer Presspassung gebildet. Weiterhin hat die Zwischenhülse 11 an ihrem freien Ende eine oder mehrere Rastnasen 43, die eine Öffnung 45 des Stützelements 25 hintergreift, so dass die beiden Bauteile axial gegeneinander gesichert sind. Zur radialen Sicherung kann an der Zwischenhülse 11 außen einen Vorsprung vorgesehen sein, der in eine entsprechende Ausnehmung des Stützelements 25 eingreifen kann. Die Zwischenhülse 11 hat im Querschnitt ein unrundes Innenprofil, so dass das Schiebeelement 9 gegenüber dieser verdrehgesichert ist. Die Außenfläche der Zwischenhülse 11 ist zylindrisch gestaltet.
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Wie insbesondere in den Querschnitten durch die Schnittebene, welche das Sperrelement 10 beinhaltet, erkennbar ist, ist das Stützelement 25 hülsenförmig gestaltet und weist eine innere Stützfläche 27 zum Führen und Abstützen des Sperrelements 10 auf. Die Stützfläche 27 ist innen zylindrisch gestaltet, und die Anlagefläche 28 des Sperrelements 10 außen zylindrisch gestaltet. Somit wird eine einfache Fertigung und Montage erreicht.
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An seinem dem Aktuator 7 zugewandten Ende hat das Stützelement 25 einen umlaufend geschlossenen Abschnitt, der auch als Hülsenabschnitt 29 bezeichnet werden kann. Im Anschluss an den Hülsenabschnitt 29 hat das Stützelement 25 einen Stegabschnitt 30, der auf der dem Sperrenrad 23 zugewandten Seite die Öffnung 45 bildet. Die Wandung des Stegabschnitts 30 erstreckt im Querschnitt betrachtet über einen Kreisbogenabschnitt von mehr als 180°, so dass das Sperrelement 10 in diesem Bereich koaxial zur Achse A sicher geführt und abgestützt ist. Es versteht sind, dass das Stützelement 25 auch ein von einem kreisrunden Querschnitt abweichendes Profil aufweisen kann, beispielsweise ein eckiges oder ovales Profil.
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Die Parksperrenanordnung 2 umfasst ferner einen Entriegelungsmechanismus 31, der zur Zwangsentriegelung der Parksperrenanordnung dient. Eine solche Zwangsentriegelung kann beispielsweise erforderlich sein, wenn ein Defekt der Elektronik des Kraftfahrzeugs auftritt und ein Lösen des Riegelelements 16 erforderlich ist, um das Kraftfahrzeug abzuschleppen. Der Entriegelungsmechanismus 31 umfasst ein Entriegelungselement 32, welches gegenüber dem stehenden Bauteil 3 axial fixiert und gegenüber diesem drehbar ist. Das Entriegelungselement 32 ist stiftförmig gestaltet und weist einen Endabschnitt 33 auf, der in die Bohrung 14 des Sperrelements 10 eingeschoben ist. Dabei ist zwischen dem Entriegelungselement 32 und dem Sperrelement 10 eine Spielpassung vorgesehen, so dass das Sperrelement 10 relativ zum Entriegelungselement 32 axial verschiebbar ist. Ferner ist das Entriegelungselement 32 drehfest mit dem Sperrelement 10 verbunden. Hierfür hat die Bohrung 14 des Sperrelements 10 und der darin eingesteckte Endabschnitt des Entriegelungselements 32 jeweils ein unrundes Querschnittsprofil. An dem dem Sperrelement 10 entgegengesetzten freien Ende hat das Entriegelungselement 32 einen Betätigungshebel 34, mit dem das Entriegelungselement 32 verdreht werden kann. Anstelle des Betätigungshebels können auch andere Mittel zur Drehmomenteinleitung vorgesehen sein, beispielsweise ein Schraubenkopf mit unrundem Profil, insbesondere mit Innen- oder Außensechskant. Das stehende Bauteil 3 hat eine hülsenförmige Lagerstelle 37, in der das Entriegelungselement 32 drehbar gelagert ist. Zur Abdichtung des Inneren des Getriebegehäuses 3 ist ein Dichtungsring 35 vorgesehen.
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Um eine Zwangsentriegelung zu ermöglichen, weist das Sperrelement 10 in einem Umfangsteilabschnitt eine Ausnehmung 36 auf, in die das Riegelelement 16 eintauchen kann, wenn das Sperrelement 10 sich in einer Drehposition befindet, in der die Ausnehmung 36 dem Riegelelement 16 bzw. dem Sperrenrad 23 zugewandt ist. Hierauf wird weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung der 4a bis 4d noch näher eingegangen.
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Die Baueinheit umfassend Aktuator 7, Stützelement 25, Schiebeelement 9, Sperrelement 10 und Entriegelungselement 32 kann als vormontierte Baueinheit in das stehende Bauteil 3 eingeschoben und fest mit diesem verbunden werden. Hierfür ist eine Flanschverbindung 33 vorgesehen, die beispielsweise durch hier nicht dargestellte Schrauben verbunden werden kann. Das ortsfeste Bauteil 3 hat benachbart zur der Öffnung, in die die Baueinheit eingeschoben wird, einen ersten Lagerabschnitt 38, in dem das Stützelement 25 gelagert ist. Der erste Lagerabschnitt 38 ist in Form eines umlaufenden Rings gestaltet, der den Hülsenabschnitt 28 des Stützelements 25 umgibt. Zur Abdichtung des Getriebeinnenraums ist ein Dichtring 39 zwischen dem Lagerabschnitt 38 und dem Hülsenabschnitt 28 wirksam eingesetzt. Das ortsfeste Bauteil 3 hat ferner einen zweiten Lagerabschnitt 40 zum Lagern bzw. Abstützen des Stützelements 25 gegenüber dem ortsfesten Bauteil 3. Dabei ist der zweite Lagerabschnitt 40 an dem dem Aktuator entgegengesetzten Ende des Stützelements 25 angeordnet. Auf diese Weise wird durch die beiden Lagerabschnitte 38, 40 insgesamt eine gute Befestigung bzw. Abstützung des Stützelements 25 gegenüber dem ortsfesten Bauteil 3 bewerkstelligt.
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Im Folgenden wird der Schaltvorgang zum Feststellen des Antriebsstranges mittels der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
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Die 1a bis 1d zeigen den Zustand, bei dem das Sperrelement 10 in der ersten axialen Schiebestellung angeordnet ist, in der das Sperrelement 10 an den Aktuator 7 angenähert ist. Dabei taucht der Endabschnitt des Riegelelements 16 beaufschlagt von dem Federelement 22 in den das Sperrelement 10 umgebenden Ringraum ein. Dabei ist der Sperrzahn 20 gegenüber einer Einhüllenden um das Sperrenrad 23 nach radial außen versetzt, so dass das Sperrenrad 23 frei gegenüber dem Riegelelement 16 drehen kann. Der Antriebsstrang ist zur Übertragung eines Drehmoments vom Antriebsmotor zu den Rädern freigegeben.
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Wenn die Parksperrenanordnung 2 aktiviert wird, um das Kraftfahrzeug in einer Parkstellung am Wegrollen zu hindern, erhält der Aktuator 7 ein entsprechendes elektronisches Signal von der elektronischen Steuereinheit. In der weiteren Abfolge zum Sperren der Welle 4 sind generell zwei Szenarien denkbar. Stehen sich im geparkten Zustand der Sperrzahn 20 des Riegelelements 16 und ein zwischen zwei Ausnehmungen 24 liegender Steg 21 des Sperrenrads 23 gegenüber, so wird die Feder 12 axial vorgespannt. Durch Betätigen des Aktuators 7 wird das Schiebeelement 9 in Richtung Sperrelement 10 bewegt. Die Funktionsfläche 17 des Sperrelements 10 gleitet an der Gegenfläche 19 des Riegelelements 16 ab, wobei das Riegelelement 16 nach radial innen auf das Sperrenrad 23 zu beaufschlagt wird. Axial benachbart zur Funktionsfläche 17 hat das Sperrelement eine Haltefläche 18, die das Riegelelement 16 in der Schließstellung fixiert. Die Haltefläche 18, welche einen Teil der Außenfläche des Sperrelements 10 bildet, wirkt mit einer entsprechende Gegenfläche 41 an der Außenseite des Riegelelements 16 zusammen. Die Position, in der das Riegelelement 16 von der Haltefläche 18 fixiert ist bzw. an einer Bewegung nach radial außen gehindert ist, ist in den 2a bis 2d gezeigt.
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Wird dann beim Weiterdrehen des Sperrenrads 23 eine Drehposition erreicht, in der der Sperrzahn 20 des Riegelelements 16 und eine Sperrausnehmung 24 einander gegenüberliegen, wird das von den Federmitteln 12 axial beaufschlagte Sperrelement 10 entlang der Achse A von dem Aktuator 7 wegbewegt. Dabei wird das Riegelelement 16 durch den flächigen Kontakt zwischen der Funktionsfläche 17 und der Gegenfläche 19 um die Achse B verschwenkt, wobei der Sperrzahn 20 radial innen auf das Sperrenrad 23 zu bewegt wird. Dabei greift der Sperrzahn 20 in die gegenüberliegende Ausnehmung 24 formschlüssig ein, so dass die drehfest mit dem Sperrenrad 23 verbundene Welle 4 an einer Drehbewegung gehindert ist.
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Ist beim Betätigen des Aktuators 7 die Drehstellung der Welle 4 derart, dass der Sperrzahn 20 des Riegelelements 16 unmittelbar einer Sperrausnehmung 24 gegenüberliegt, erfolgt der formschlüssige Eingriff des Riegelelements 16 in die Sperrausnehmung 24 unmittelbar. Der so definierte geschlossene Zustand, bei dem das Riegelelement 16 formschlüssig mit dem Sperrenrad 23 in Eingriff ist, ist in den 3a bis 3d gezeigt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Entriegelungsmechanismus 31 beschrieben, der dazu dient, den Sperrmechanismus 6 zwangsweise zu entriegeln, wenn die elektronische Steuerung der Parksperre oder des Kraftfahrzeugs außer Betrieb ist. Ausgangspunkt ist, dass das Sperrelement 10 in der vorgeschobenen zweiten axialen Stellung angeordnet ist und der Sperrzahn 20 formschlüssig in eine entsprechende Sperrausnehmung 24 des Sperrenrads 23 eingreift. In diesem Zustand ist die Welle 4 an einer Drehbewegung gehindert, wie in den 3a bis 3d gezeigt. Durch Verdrehen des Betätigungshebels 34 von der ersten Drehstellung, die in 3c gezeigt ist, entgegen dem Uhrzeigersinn in die zweite Drehstellung, die in 4c gezeigt ist, wird das Entriegelungselement 32 entsprechend verdreht. Dies bewirkt wiederum ein entsprechendes Verdrehen des Sperrelements 10, das drehfest mit dem Entriegelungselement 32 verbunden ist, um die Achse A. Die Ausnehmung 36 des Sperrelements 10 erstreckt sich in Umfangsrichtung etwa über bis zu 90°. Das Verdrehen des Sperrelements 10 von der ersten Drehstellung in die zweite Drehstellung führt dazu, dass die Ausnehmung 36 in eine Position verdreht wird, in der sie dem Riegelelement 16 zugewandt ist. In dieser zweiten Drehstellung wird das Riegelelement 16, das von dem Federelement 22 nach radial außen beaufschlagt ist, in die Ausnehmung 36 des Sperrelements 10 ein, so dass die Welle 4 freigegeben wird. Dabei wirkt die Federkraft in der vorliegenden Darstellung im Uhrzeigersinn um die Achse B, um die das Riegelelement 16 entsprechend verschwenkt wird. Dieser zwangsentriegelte Zustand ist in den 4a) bis 4d) gezeigt.
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Nachdem der Betätigungshebel 34 wieder freigegeben wurde, kann das Sperrelement 10 zunächst noch nicht in die Ursprungslage, d. h. die erste Drehstellung zurückgedreht werden, da Seitenflächen 47 der Ausnehmung 36 mit dem Riegelelement 16 in Anlage kommen. Erst nachdem der Aktuator 7 nach Beseitigung des Systemfehlers das Sperrelement 10 angezogen hat und dieses die erste axiale Stellung eingenommen hat, kann das Sperrelement 10 wieder in die erste Drehstellung zurückgedreht werden. Hierfür ist eine Rückstellfeder 44 vorgesehen, die den Betätigungshebel 34 nach dem Anziehen des Sperrelements 10 durch den Aktuator 7 wieder in die erste Drehstellung beaufschlagt. In dieser Stellung befindet sich die Funktionsfläche 17 des Sperrelements 10 wieder im Umfangsbereich des Rastelements 16, so dass die Parksperre bei Bedarf wieder aktiviert werden kann. Die Rückstellfeder 44 ist schematisch in den 3c und 4c gezeigt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 liegt darin, dass der Aktuator 7, das Stützelement 25, sowie die darin aufgenommenen Bauteile Schiebeelement 9, Feder 12, Sperrelement 10 und Entriegelungselement 32 eine vormontierte Baueinheit bilden, die einfach in das Getriebegehäuse 3 eingeschoben und gegenüber diesem fixiert werden kann. Dabei ermöglicht das fest mit dem Aktuatorgehäuse 7 verbundene Stützelement 25 eine gute Führung und radiale Abstützung der vom Riegelelement 16 auf das Sperrelement 10 wirkenden Radialkräfte. Die vormontierte Baueinheit hat eine geringe Anzahl von Teilen und erfordert nur eine Schnittstelle zum ortsfesten Bauteil 3, so dass auch der Montageaufwand bei der Endmontage am Kraftfahrzeug gering ist. Das Riegelelement 16, die Welle 4 und das Sperrenrad 23 sind bereits vor der Montage der Parksperreneinheit in dem Getriebegehäuse 3 vormontiert. Es kann jedoch nach einer alternativen Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass das Riegelelement 16 Teil der vormontierten Baueinheit ist und gemeinsam mit dieser in das Getriebegehäuse eingebaut wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
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- 2
- Parksperrenanordnung
- 3
- stehendes Bauteil
- 4
- Welle
- 5
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- 6
- Sperrmechanismus
- 7
- Aktuator
- 8
- Antriebswelle
- 9
- Schiebeelement
- 10
- Sperrelement
- 11
- Zwischenhülse
- 12
- Federelement
- 13
- Ansatz
- 14
- Bohrung
- 15
- Verdickung
- 16
- Riegelelement
- 17
- Funktionsfläche
- 18
- Haltefläche
- 19
- Gegenfläche
- 20
- Sperrzahn
- 21
- Steg
- 22
- Federelement
- 23
- Sperrenrad
- 24
- Sperrausnehmung
- 25
- Stützelement
- 26
- Aktuatorgehäuse
- 27
- Stützfläche
- 28
- Außenfläche
- 29
- Hülsenabschnitt
- 30
- Stegabschnitt
- 31
- Entriegelungsmechanismus
- 32
- Entriegelungselement
- 33
- Flanschverbindung
- 34
- Betätigungshebel
- 35
- Dichtung
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Lagerabschnitt
- 38
- erstes Lager
- 39
- Dichtring
- 40
- zweites Lager
- 41
- Gegenfläche
- 42
- Zylinderabschnitt
- 43
- Rastnase
- 44
- Rückstellfeder
- 45
- Öffnung
- 46
- Führungsabschnitt
- 47
- Seitenfläche
- A
- Achse
- B
- Achse
- C
- Achse
