DE102010053857A1

DE102010053857A1 - Parksperre

Info

Publication number: DE102010053857A1
Application number: DE201010053857
Authority: DE
Inventors: Dr. Smetana Tomas; Carsten Ohr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-06-14
Also published as: WO2012076250A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sperrklinke (3) mit einem Zentralbereich (37), der ein Lagerauge (38) aufweist, über das die Sperrklinke (3) lagerbar und um das sie verdrehbar ist, mit einem Hebelarm (34) als Ausleger vom Zentralbereich (37), mit einem von dem Lagerauge (38) über den Hebelarm (34) beabstandeten Klinkenzahn (31) zum Eingriff in eine Sperrverzahnung (82) und mit einer rückseitig zum Klinkenzahn (31) angeordneten Betätigungskontur (36) für ein Betätigungselement, wobei die Sperrklinke (3) auf der vom Klinkenzahn (31) abgewandten Rückseitenprofil (17) eine Einschnürung (39) aufweist sowie eine Sperrklinke (3) mit einem balligen Klinkenzahn (31).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sperrklinke für eine Parksperre.
Hintergrund der Erfindung
Parksperren werden beispielsweise in stationären Maschinen zur Arretierung von Zahnrädern, in Ratschenfreiläufen, Rücklaufsperren oder in Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Insbesondere wenn in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nicht-mechanische Komponenten verbaut werden wie bei Automatikgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern oder Fahrzeugen mit Elektroantrieb, dienen Parksperren zur Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs im Falle eines Fahrzeugstillstands oder bei abgestelltem Motor. Dazu kann die Parksperre durch den Fahrer oder indirekt über elektrische Hilfsmittel aktiviert werden. Sie blockiert dann in der Regel formschlüssig die Getriebeausgangswelle.
In der gattungsgemäßen DE 1 043 829 A1 ist eine Parksperre mit einer gegen eine Rückstellkraft verschwenkbaren Sperrklinke vorgesehen, die mittels eines Klinkenzahns in eine außenumfänglich auf einem Parksperrenrad angeordnete Sperrverzahnung formschlüssig eingreifen kann. Ist der Formschluss hergestellt, verhindert das drehfest auf der Getriebeabtriebswelle angeordnete Parksperrenrad deren Bewegung und damit die Bewegung des Fahrzeugs.
Die Betätigung der Sperrklinke erfolgt durch eine linear verschiebliche Betätigungseinheit, die als ein Schlitten eine rahmenartige Form aufweist, wobei ein Wählhebel an längs verlaufenden Seitenwänden des rahmenartigen Gestänges angreift. Die Betätigungseinheit weist zwei gemeinsam gelagerte Rollen auf, über die sie auf die Sperrklinke einwirkt.
Die Sperrklinke muss das Parksperrenrad auch bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten bis zu etwa 5 km/h sowie auf unebener Strecke mit bis zu 30° Gefälle sicher halten sowie ein- und ausrasten können. Beim Ein- und Auslegen der Parksperre treten in Abhängigkeit des Fahrzeuggewichts Kräfte bis in den zweistelligen kN-Bereich auf. Zur Überwindung dieser hohen Betätigungskräfte müssen die das Betätigungselement verstellenden Aktuatoren relativ leistungsfähig ausfallen.
Die Sperrklinke ist ein insbesondere im Bereich ihrer Außenkontur hoch belastetes Bauteil. Als sicherheitsrelevantes Bauteil muss sie auch bei hohen Kräften sicher verriegeln. Sie ist daher relativ massiv ausgebildet, was wiederum hohe Vorspannungen einer die Sperrklinke betätigenden Feder erfordert. Aufgrund der hohen Masse ist ein Verriegelungssystem mit einer derartigen Sperrklinke relativ träge.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine bei gleicher Belastbarkeit leichtere Sperrklinke bereitzustellen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sperrklinke gemäß den Ansprüchen 1 und 8 gelöst. Die Sperrklinke nach Anspruch 1 weist ein zur zu sichernden Sperrverzahnung gerichtetes Vorderseitenprofil und ein von der Sperrverzahnung weg gerichtetes Rückseitenprofil auf. Erfindungsgemäß ist das Rückseitenprofil gewölbt, weist also keinen einfachen, geraden Ausleger auf. Wesentlich dabei ist, dass das Rückseitenprofil ein bezüglich dem rückseitigen Zentralbereich und dem Punkt des Rückseitenprofils, der dem Klinkenzahn gegenüberliegend angeordnet ist, eine Einschnürung aufweist. Die Einschnürung verleiht dem Rückseitenprofil eine konkave Form, wobei das Maximum der Einschnürung relativ nah am Drehpunkt der Sperrklinke liegt. Die Einschnürung bewirkt gegenüber einer Sperrklinke ohne Einschnürung, dass die Spannungen an der Außenkontur erheblich geringer sind. Es hat sich herausgestellt, dass trotz des aufgrund der Einschnürung verminderten Materials gegenüber einer Sperrklinke mit im Wesentlichen geradem oder zum Klinkenzahn hin konisch zulaufendem Ausleger die Spannungen geringer werden. Die Spannungsverteilung in der gesamten Sperrklinke wird vergleichmäßigt. Als besonders gleichmäßig belastet erweist sich ein Rückseitenprofil mit einem S-förmigen Profil.
In einer ersten, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung definieren sich das Rückseitenprofil und das Vorderseitenprofil entlang einer Geraden, die im folgenden Hebelgerade genannt wird. Die Hebelgerade ist die Trägergerade des Hebelarms, also diejenige Gerade, die durch den Drehpunkt der Sperrklinke und durch den Punkt des Klinkenzahns definiert ist, der den Kontakt zum Parksperrenrad herstellt. Von der Hebelgeraden sind auf dem Abschnitt vom orthogonal auf die Hebelgerade projizierten Maximum der Einschnürung bis zum Drehpunkt Rückseitenkontur die Abstände des Vorder- und Rückseitenprofils gleich oder zumindest annähernd gleich. Die Kerbspannungen werden dadurch erheblich herabgesetzt.
In einer zweiten, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser des Auslegers zwischen dem Klinkenzahn und dem Maximum der Einschnürung im Wesentlichen konstant. Ein in erster Näherung konstant breiter Hebelarm zwischen dem Drehpunkt und dem Angriffspunkt des Klinkenzahns ist gleichmäßig belastet und gleichzeitig masseoptimiert. Um die eingeleiteten Kräfte möglichst gleichmäßig über die gesamte Breite abstützen zu können, sollte der Hebelarm sowohl vorder- als auch rückseitig verrundet sein. Im Querschnitt gesehen sind sowohl die Rückseite als auch die zum Parksperrenrad gerichtete Vorderseite Teilkreisabschnitte mit gleichem Mittelpunkt und unterschiedlichem Radius. Der gedachte Mittelpunkt der Teilkreisabschnitte liegt vorzugsweise im Bereich eines die Sperrverzahnung tragenden Parksperrenrads. Der Radius der rückseitigen Kontur beträgt etwa das 1,1-fache des Radius der vorderseitigen Kontur.
Eine dritte Ausgestaltung sieht vor, dass die Sperrklinke ein Lagerauge mit dem Drehpunkt der Sperrklinke als Mittelpunkt des Lagerauges aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vorder- und Rückseitenprofil von dem Lagerauge so beabstandet sind, dass deren Abstände etwa die Hälfte des Hebelarmdurchmessers betragen.
Es hat sich herausgestellt, dass bei gleichzeitiger Realisierung aller drei vorstehenden Ausgestaltungen und zusätzlicher Forderung, dass die Verlängerung des Teilkreises der Rückseitenkontur durch den Drehpunkt der Sperrklinke verläuft, die Oberflächenspannungen gegenüber den einzelnen Maßnahmen für sich nochmals reduziert sind. Das Vorderseitenprofil und das Rückseitenprofil sind durch diese Maßnahmen zwischen dem Drehpunkt und dem Klinkenzahn eindeutig definiert, wenn man einen festen Winkelabstand zwischen diesen beiden Punkten vom Mittelpunkt der Teilkreisabschnitte aus gesehen fordert. Für diesen Winkelabstand hat sich ein Wert zwischen 20° und 30° als optimal erwiesen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Sperrklinke nach Anspruch 8. Der Klinkenzahn ist ballig ausgeführt und greift in ein entsprechend angepasste Sperrverzahnung so ein, dass die Berührungsflächen nicht stückweise linear verlaufen, sondern verrundet ineinander übergehen. Durch einen verrundeten Verlauf, der einem Evolventeneingriff ähnelt, kann sichergestellt werden, dass der Kontaktpunkt zwischen dem Klinkenzahn und der Sperrverzahnung unabhängig von Form- und Lagetoleranzen exakt definiert ist. Kantenläufer werden dadurch vermieden. Ein derartiger Klinkenzahn verlängert unabhängig von der übrigen Form der Sperrklinke ihre Gebrauchsdauer. Diese Ausgestaltung lässt sich wie die nachfolgenden Ausgestaltungen auch mit den Merkmalen einer Sperrklinke nach Anspruch 1 kombinieren.
In einer Variante geht der Klinkenzahn nicht scharfkantig in den Hebelarm der Parksperre über, sondern ist mit einem Radius versehen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, verrundete Einkerbungen an dem Übergang zwischen dem Klinkenzahn und dem Hebelarm vorzusehen. Durch die Einkerbungen wird die Sperrklinke ebenfalls belastbarer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wirkt eine Betätigungseinheit zur Sperrung der Sperrklinke so auf den Hebelarm ein, dass der Abstand des Drehpunktes zum Berührungspunkt zwischen dem Klinkenzahn und dem Parksperrenrad kleiner ist als zwischen dem Drehpunkt und dem Angriffspunkt der Betätigungseinheit auf dem Rückseitenprofil. Die Spannungsverteilung in der Sperrklinke ist dadurch besonders günstig.
Eine die Parksperre verriegelnde Betätigungseinheit kann wie eine Rolle eine runde, insbesondere zylindrische Außenkontur aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rolle auf dem Rückseitenprofil abrollt. Das Rückseitenprofil bildet damit eine Rampe für die Rolle. Besonders bevorzugt ist, dass die Ruheposition der Rolle im entriegelten Zustand hebelendseitig ist, so dass die Rolle sich zum Verriegeln in Richtung des Drehpunkts bewegt. Dadurch kann bei der Auslegung des Rückseitenprofils des Hebelarms bis zur Höhe des Klinkenzahns allein auf die Spannungsoptimierung abgestellt werden, während es im weiteren Verlauf auf eine möglichst gute Führung der Rolle abgestimmt werden kann. Den weiteren Profilverlauf bestimmen somit der gewünschte Kraftverlauf und eventuelle Sicherungspositionen für die Rolle. So ist beispielsweise in einer Variante ein Betätigungsplateau als Berührungspunkt zwischen der Sperrklinke und dem Betätigungselement vorgesehen. Für eine Rolle oder ein Wälzlager als Rolle geeignet ist eine S-förmige Kontur mit zwei Plateaus, die die Zustände verriegelt und entriegelt darstellen.
Die Sperrklinke ist bevorzugt aus durchgehärtetem Stahl hergestellt. Alternativ ist sie aus vergütetem Stahl hergestellt und zumindest partiell induktiv gehärtet. Vorzugsweise erfolgt die Fertigung durch Feinstanzen. Denkbar sind auch Schmiedeverfahren und spanabhebende Nacharbeiten. Dabei ist insbesondere die Rückseitenkontur geschliffen, um bei einer Rolle als Betätigungselement eine reibungsarme Bewegung zu ermöglichen.
Die Sperrklinke kann auf ihrer vom Hebelarm abgewandten Seite des Zentralbereichs mit dem Lagerauge ein Sackloch für eine Rückstellarretierung aufweisen. Das Sackloch weist seine Öffnung in Richtung des Rückseitenprofils auf. Eine Rückstellarretierung im Sackloch kann gegen das Gehäuse, gegen das die Sperrklinke beweglich ist, vorgespannt werden. Die Rückstellarretierung kann die Rückstellfunktion zum Entriegeln der Sperrklinke übernehmen, wenn sie durch die Betätigungseinheit nicht mehr belastet ist. Alternativ oder zusätzlich stellt sie sicher, dass die Sperrklinke in einer Sollposition verrastet.
Die erfindungsgemäße Sperrklinke eignet sich besonders für Parksperren von Fahrzeuggetrieben. Sie weist trotz ihrer reduzierten Masse eine höhere Festigkeit auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Parksperre mit einem Elektromotor als Aktuator, einem durch den Aktuator translatorisch bewegbaren Betätigungselement, das über eine Drei-Lager-Anordnung eine Sperrklinke betätigt, in entriegelter Stellung im Querschnitt,
2 die Parksperre aus 1 in verriegelter Stellung im Querschnitt,
3a die Parksperre nach 2 im Längsschnitt,
3b die Parksperre nach 2 in einer Aufsicht,
3c die Parksperre nach 2 in einer perspektivischen Schrägdarstellung,
4a eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit koaxialer Anordnung eines über einen Planetenwälzgewindetrieb angebundenen Aktuators,
4b eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit achsparalleler Anordnung eines über ein Zugmittel angebundenen Aktuators,
4b eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit achsparalleler Anordnung eines über ein Zahnradgetriebe angebundenen Aktuators,
4c eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit winkliger Anordnung eines über eine Zahnstange angebundenen Aktuators,
5a eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit einer Sicherung des Betätigungselements über eine Schlingbandbremse,
5b eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit einer Sicherung des Betätigungselements über einen Freilauf,
5c eine weitere erfindungsgemäße Parksperre mit einer Sicherung des Betätigungselements über eine Arretierung,
6 eine vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit den drei Wälzlagern,
7 ein einzelnes Wälzlager aus 6,
8 eine weitere Parksperre mit zwei mit dem Betätigungselement und der Sperrklinke in Wirkverbindung stehenden Nadellagern,
9 einen Querschnitt durch ein Getriebe mit einem Parksperrenrad und einer in dieses eingreifenden Parksperre,
10a die Parksperre nach 1 im unverriegelten Zustand,
10b die Parksperre nach 1 im unverriegelten, aber vorgespannten Zustand,
10c die Parksperre nach 1 im verriegelten Zustand und
11 die vergrößerte Sperrklinke der Parksperre nach 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine Parksperre 1 im entriegelten sowie im verriegelten Zustand. Die Parksperre 1 weist als Hauptbauteile eine wälzgelagerte Sperrklinke 3, eine Betätigungseinheit 5 und ein Parksperrengehäuse 11 mit einer Gehäuseplatte 7 auf. Die Parksperre baut kompakt, da die Betätigungseinheit 5 und die Sperrklinke fast parallel zueinander ausgerichtet sind. Wie aus den 3a–3c hervorgeht, ist die Gehäuseplatte 7 als ein ebenes Blechstück ausgebildet, das Freistanzungen 71 aufweist, über die die Gehäuseplatte 7 mittels nicht dargestellter Schrauben fest mit einem Getriebegehäuse 85 (9) verbindbar ist und einen Deckel für das Getriebegehäuse 85 bildet. Ein Teil der Freistanzungen 71 wird genutzt, um einen Aktuator 2 in Form eines Elektromotors an der Halteplatte 7 zu befestigen. Weitere Stanzausnehmungen 74 sind zur Befestigung von Sensoren 75 vorgesehen.
Fast alle Bauteile der Parksperre 1 sind auf der zum Getriebe 73 gerichteten Seite 78 der Gehäuseplatte 7 angeordnet. Lediglich Teil des Sensorgehäuses 76 der Sensoren 75 mit Anschlüssen 77 zum Abgriff des Sensorsignals sowie der Aktuator 2 mit seiner Anbindung 21 an die Betätigungseinheit 5 sind auf der dem Getriebe 85 abgewandten Seite 79 angeordnet. Die rechteckig geformte Gehäuseplatte 7 überragt in ihren Ausmaßen die übrigen Bauteile lateral. Sie kann einfach durch radiales Zuführen ohne Verkippung montiert werden. Eine der Freistanzungen 71, 74 ist mit einem (nicht dargestellten) Entlüftungsventil verschlossen.
Die grundsätzliche Funktionsweise der Parksperre 1 wird anhand der 4a bis 4d erläutert. Der Aktuator 2 wirkt über eine Anbindung 21 auf die Betätigungseinheit 5 ein. Der Aktuator 2 ist hier schematisch dargestellt und kann sowohl mechanisch als ein Gestänge, ein Seilzug oder ein Hebel als auch als ein Elektromotor ausgebildet sein. Insbesondere wenn Hydraulik- oder Druckluftmittel getriebenah zur Verfügung stehen, kann selbstverständlich der Aktuator 2 auch als Druckspeicher gebildet sein. Dabei muss dieser nicht notwendigerweise wie in 4a einen Teil der Parksperre 1 bilden. Er kann auch über die Anbindung 21 mit der Parksperre 1 lediglich koppelbar sein (4b), so dass er bei begrenztem Bauraum flexibler angeordnet werden kann. Der Aktuator 2 ist entweder koaxial (4a), achsparallel (4b und 4c) oder winklig, insbesondere rechtwinklig (4d), zur translatorischen Kraftrichtung 51 der Betätigungseinheit 5 angeordnet. Die Art der Anbindung 21 bemisst sich nach der Art des Aktuators 2.
In 4a greift ein koaxial angeordneter Hohlwellen-Elektromotor 22 mechanisch in eine Betätigungsstange 52 ein. Die kreiszylindrische Betätigungsstange 52 ist nur schematisch dargestellt und weist auf ihrer Radialmantelfläche 59 ein Gewinde 53 auf. Anstelle des Gewindes 53 kann auch ein Kugelumlauftrieb vorgesehen sein. Das Gewinde 53 steht als Spindel mechanisch mit einem Gegengewinde 54 des Hohlwellen-Elektromotors 22 in Eingriff. Nicht dargestellt ist eine Variante, in der die Spindel über Spindelplaneten einen Teil eines Planetenwälzgetriebes bilden, um eine geeignete Übersetzung der Aktuatorkraft zu erhalten.
In den Varianten der 4b und 4c ist der Aktuator 2 mit seiner Hauptachse 23 achsparallel zur Kraftrichtung 51 der Betätigungseinheit 5 angeordnet. Um mit den übrigen Bauteilen der Parksperre 1 eine kompakte Baueinheit zu bilden, ist er unmittelbar an der Gehäuseplatte 7 angeordnet. Die Anbindung 21 an das Betätigungsstange 52 erfolgt über einen Riemen 55 bzw. ein Zahnradgetriebe 56, über die gleichzeitig eine Übersetzung des Motormoments erfolgen kann. Die Betätigungsstange 52 kann wiederum als Kugelumlauftrieb, Spindel- oder Gewindestange ausgebildet sein. Sie ist über ein Radial-Linear-Wälzlager 12 im Parksperrengehäuse 11 verdrehbar, aber in translatorisch zwangsgeführt.
Gemäß 4d ist die Betätigungsstange 52 als Zahnstange ausgebildet, in deren Verzahnung 57 ein Motorabtriebszahnrad 58 eingreift. Die Führung der Betätigungsstange 52 erfolgt über ein im Parksperrengehäuse 11 angeordnetes Linearwälzlager 13.
In allen Varianten der 4a–4d weist die Betätigungsstange 52 ein Sackloch 61 auf, in dem sich ein Federelement 6 abstützt. Das Federelement 6 ist als ein in seinem Querschnitt dem Durchmesser des Sacklochs 61 angepasste Schraubenfeder ausgebildet. Es ist somit verkippungssicher geführt. Mit seinem Federende 62 stützt es sich am Parksperrengehäuse 11 ab.
Dadurch dass die Betätigungsstange 52 teilweise hohl ist und das Federelement 6 im Inneren der Betätigungsstange 52 geführt werden kann, steht der radiale Außenmantel 59 als Funktionsfläche 92 für einen mechanischen Eingriff oder aufgrund von nunmehr geringen Abständen für ein elektromagnetisch wechselwirkendes Feld zur Verfügung.
Die Betätigungsstange 52 wirkt an ihrer dem Sackloch 61 gegenüberliegenden Seite auf ein Zwischenelement 4 ein, das sowohl mit der Betätigungsstange 52 als auch mit der Sperrklinke 3 in Wirkverbindung steht. Das Zwischenelement 4 weist drei Wälzlager 41, 41', 41'' auf, deren Innenringe durch Bolzen 42, 42', 42'' gebildet werden. Die Bolzen 42, 42', 42'' sind über einen Käfig 43 miteinander verbunden, der durch dies Betätigungsstange 52 verschiebbar ist. Das Wälzlager 41' wälzt sich mit seinem dickwandigen Außenring 44' auf dem Rückseitenprofil 17 des Hebelarms 34 der Sperrklinke 3 ab und verschwenkt dadurch die Sperrklinke 3 um einen Drehpunkt 32. Die Sperrklinke 3 ist durch eine Rückstellarretierung 33 gegen das Parksperrengehäuse 11 so vorgespannt, dass sie ohne Beaufschlagung durch das Betätigungselement 52 bzw. das Zwischenelement 4 in ihre Ausgangsstellung zurückstellt.
Dargestellt ist in den 4a–4d jeweils der Zustand, in dem die Parksperre 1 verriegelt ist. Dazu weist die Sperrklinke 3 einen Klinkenzahn 31 auf, der in eine Zahnlücke 81 einer radial gerichteten Sperrverzahnung 82 des Parksperrenrads 8 eingreift. Aus Sicherheitsgründen übertrifft die Federkraft des Federelements 6 die der Rückstellarretierung 33, so dass das Federelement 6 im verriegelten Zustand der Parksperre 1 entspannt ist. In dieser Ausbildung kann bei Ausfall des Aktuators 2 ein automatisches Verriegeln der Parksperre 1 erfolgen.
Zur Herabsetzung der erforderlichen Aktuatorkraft wirkt die Betätigungseinheit 52 über die Wälzlager 41, 41', 41'' auf die Sperrklinke 3 ein. In der Variante nach der 8 sind zwei baugleiche, miteinander in Wälzkontakt stehende Wälzlager 41, 41' vorgesehen, wobei das erste Wälzlager 41 an dem Parksperrengehäuse 11 abwälzt und das zweite Wälzlager 41' an der Sperrklinke 3. Ihre Innenringe sind als Bolzen 42, 42' mit dem Käfig 43 verbunden. Damit die Parksperre 1 trotz der Reibungsreduzierung die notwendige Festigkeit aufweist, sind die Wälzlager 41, 41' als Nadellager ausgebildet mit sehr dünnen Nadeln als Wälzkörper 46 und weisen sehr massive Außenringe 44, 44' auf.
7 zeigt ein geeignetes Wälzlager 41 in vergrößerter Darstellung. Es weist einen Innenring 47 auf, so dass der nicht der Bolzen 42 selbst, sondern in dieser Variante der Innenring 47 die Laufbahn für die Wälzkörper 46 bildet. Zur Steigerung der Tragzahl bei den hier vorherrschenden, relativ niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten ist das Wälzlager 41 vollrollig bestückt.
In der Ausführung nach 6 sind drei gleichartige Wälzlager 41, 41', 41'' in Form eines gleichschenkligen, aber nicht gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die Wälzlager 41 und 41' sowie 41' und 41'' weisen untereinander Berührungsflächen 48, 48' auf, während die Wälzlager 41 und 41'' durch einen Spalt 49 voneinander beabstandet sind. Damit ist sichergestellt, dass stets nur zwei Wälzlager 41, 41', 41'' im Kraftfluss kontaktieren. Dabei wälzen die Wälzlager 41 und 41'' an dem Parksperrengehäuse 11 ab, während das Wälzlager 41' auf der Sperrklinke 3 entlang fährt und diese aufgrund der auf der Rückseitenkontur 17 angeordneten Rampe 91 betätigt. Diese Dreiecksanordnung bietet einen großen Schutz gegen Verkippen und erlaubt damit einfachere Gestaltungen der Betätigungseinheit 5.
Die Betätigungseinheit 5 wirkt sowohl in der 3-Lager-Anordnung nach 6 als auch in der 2-Lager-Anordnung nach 8 über eine Stirnplatte 45 auf den Käfig 43 ein. Damit werden alle Wälzlager 41, 41', 41'' als System bewegt. Zur weiteren Herabsetzung der Reibung ist die Oberfläche der Sperrklinke 3 geschliffen.
Aufgrund der durch die Wälzlager 41, 41', 41'' herabgesetzten Reibung und der fehlenden Selbsthemmung sind Haltemittel 24 vorgesehen, die den Aktuator 2 entlasten (5a–5c). Dessen Energiebedarf sinkt dadurch, da er nicht ständig mit Energie oder zumindest mit weniger Energie als ohne Haltemittel versorgt werden muss, um das Federelement 6 in einem vorgespannten Zustand zu halten. In der Ausbildung nach 5a weist die Parksperre 1 ein Haltemittel 24 in Form einer Schlingbandbremse 25 auf. Die Schlingbandbremse 25 ist außerhalb des Getriebegehäuses 72 angeordnet und kann dadurch relativ frei positioniert werden. 5b zeigt eine Parksperre 1 mit einem Freilauf 26 als Haltemittel 24. Der Freilauf 26 ist schaltbar bzw. axial entriegelbar, so dass die Parksperre 1 nach Schaltung des Freilaufs selbst schalten kann. In 5c ist das Haltemittel 24 als eine Schaltarretierung 27 ausgebildet. Die Schaltarretierung 27 ist in einer Freistanzung 71 des Parksperrengehäuses 11 verpresst und weist zur Betätigungsstange 52 gerichtet eine federbelastete Rastkugel 28 auf. Die Rastkugel 28 gleitet auf der Betätigungsstange 52, bis sie in einer komplementären Rastausnehmung 29 verrastet. Die Rastkraft kann so hoch gewählt werden, dass die Schaltarretierung 27 unter normalen Betriebsbedingungen, also unter Abwesenheit von starken Stößen, allein die Betätigungsstange 52 sichert. Alternativ oder zusätzlich ist der Aktuator 2 relativ gering bestromt, um bei Ausfall des Aktuators 2 oder des Stromnetzes ein automatisches Schalten der Parksperre 1 zu bewirken. Die Schaltarretierung 27 kann auch wie in DE 10 2005 018 899 A1 ausgebildet (nicht dargestellt) und auf der Betätigungsstange 52 angeordnet sein und beispielsweise gegen das Parksperrengehäuse 11 verrasten. Schließlich ist es möglich, die Wälzlager 41, 41', 41'' selbst in Ausnehmungen zu sichern.
9 zeigt die Einbausituation einer Parksperre 1 in einem Getriebe 84 eines Kraftfahrzeugs. Das Getriebe 84 weist ein Getriebegehäuse 85 mit einem radial gerichteten Fenster 80 auf. Das Fenster 80 ist eine Ausnehmung mit einer in etwa rechteckigen Form, die das Parksperrengehäuse 11 aufnimmt und deren Form entspricht. Das Fenster 80 weist parallele, radial gerichtete Haltewände 86 auf, an denen sich das Parksperrengehäuse 11 abstützen kann. Um Montagefehler durch unterschiedliche radiale Montagehöhen der Parksperre 1 auszuschließen, weist die Gehäuseplatte 7 einen umlaufenden Rand 73 auf, mit dem sie auf den Haltewänden 86 aufliegt. Über Querwände 72 kann sich die Parksperre 1 zusätzlich am Getriebegehäuse 85 abstützen.
Die 10a bis 10c zeigen eine spezielle Parksperre 1, bei der die Betätigungseinheit 5 eine Betätigungsstange 52 als ein Hohlrohr 60 mit einer gestuften Durchgangsausnehmung 63 aufweist. Die Stufe ist als ein kreiszylindrischer Ringabsatz 64 ausgebildet, an dem sich das Federelement 6 abstützt. Weiterhin ist in der Durchgangsausnehmung 63 ein Betätigungsstift 65 so angeordnet, dass das Federelement 6 auch innenseitig geführt ist. In dem Bereich der Durchgangsausnehmung 63, die den kleineren Durchmesser aufweist, steht der Betätigungsstift 65 mit der Betätigungsstange 52 formschlüssig in Kontakt. Der Betätigungsstift 65 weist einen Kopf 66 auf, der die Stirnplatte 45 des Käfigs 43 hintergreift. Der Betätigungsstift 65 kann damit als ein Zugstift für das Zwischenelement 5 wirken. An seinem dem Kopf 66 abgewandten Ende 67 ist eine Scheibe 68 angeordnet, an der sich das Federende 62 abstützt, sowie ein Magnet 69 als Signalgeber für einen Sensor 75, der als Mutter gleichzeitig die Scheibe 68 axial sichert. Der Betätigungsstift 65, die Betätigungsstange 52 und das Federelement bilden zusammen die Betätigungseinheit 5.
In dem entriegelten Zustand der Parksperre 1 (10a) liegt das mit der Sperrklinke 3 in Kontakt stehende Wälzlager 41' am drehpunktentfernten Ende 35 des Hebelarms 34 an. Durch einen S-förmigen Betätigungskonturverlauf 36 wird die Sperrklinke 3 bei Verschiebung des Wälzlagers 41' auf der Betätigungskontur 36 in Richtung des Parksperrenrads 8 gezwungen einzufedern (10c) und verrastet mit diesem. Dieser Zustand wird gesichert durch eine parksperrengehäusefeste Sicherungsarretierung 14, die gegen ein Rastgebirge, das als einfache Kerbe 15 dargestellt ist, verrastet. Die Position der Betätigungseinheit 5 kann somit nur durch zusätzlichen Kraftaufwand verändert werden.
In dem ungünstigen Fall, dass beim Einlegen der Parksperre 1 der Klinkenzahn 31 und ein Parksperrenradzahn 87 genau aufeinandertreffen und nicht aneinander vorbei gleiten, steigen die Betätigungskräfte stark an. Durch den Aktuator 2 wird dann die Betätigungsstange 52 weiter verschoben, während der am Käfig 43 gehaltene Betätigungsstift 65 stationär gehalten wird. Dadurch wird das Federelement 6 komprimiert. Die Relativverschiebung endet, wenn die Sicherungsarretierung 14 in der Kerbe 15 verrastet. In diesem Zwischenzustand ist das Federelement 6 stark vorgespannt. Bei plötzlicher Verschiebung des Parksperrenrads kann das Federelement 6 seine Energie sprunghaft freisetzen, so dass stromlos ein Verrasten des Klinkenzahns 31 in der nächstliegenden Zahnlücke 81 des Parksperrenrads 8 sichergestellt ist. Ein Fahrzeug mit dieser Parksperre 1 rollt daher nur unwesentlich. Da lediglich die Betätigungsstange 52 axial verschoben wurde und nicht der den Magneten 69 tragende Betätigungsstift 65, kann dem Fahrer eine Rückmeldung darüber gegeben werden, dass die Parksperre 1 betätigt, aber noch nicht verrastet ist.
11 zeigt die Sperrklinke 3 aus 1 in vergrößerter Darstellung. Sie weist einen Zentralbereich 37 mit einem Lagerauge 38 auf, über das sie um eine Drehachse d wälzgelagert und vor dem Einbau durch eine Transportsicherung gesichert ist. Vom Zentralbereich 37 erstreckt sich der Hebelarm 34 bis zum Klinkenzahn 31, um dann in einem sich verjüngenden Hebelansatz 19 auszulaufen. Auf der dem Hebelarm 34 abgewandten Seite des Zentralbereichs 37 ist eine Bohrung 88 für eine Rückstellarretierung 33 angeordnet. Das zum Parksperrenrad 8 gerichtete Vorderseitenprofil 16 ist im Wesentlichen durch eine Negativkontur einer Kreisbahn mit einem Mittelpunkt im Bereich des Parksperrenrads 8 und einem Radius R₁ bestimmt. Lediglich im Zentralbereich 37 weist sie eine Abflachung 89 auf. Die Negativkontur ist weiterhin durch den Klinkenzahn 31 durchbrochen.
Das Rückseitenprofil 17 weist eine Doppel-S-Form auf. Genauer ist es durch die Forderung bestimmt, dass es vom Klinkenzahn 31 in Richtung des Drehpunktes 32 durch einen Radius R₂ bestimmt ist, der dem 1,1-fachen von R₁ entspricht, wobei beide Radien den gleichen Mittelpunkt haben. Beim Übergang in den Zentralbereich 37 wird eine Wandstärke von 5% von r₁ nicht unterschritten. Diese Forderungen führen zu einer rückseitigen Einschnürung 39. Vom Maximum der Einschnürung 39 in Richtung des Drehpunktes 32 sind die Querschnittsflächen A₁ und A₂, die sich von der durch den Angriffspunkt des Klinkenzahns 31 (F_T/F_R) und dem Drehpunkt 32 (–F_T/F_R2) gebildeten Hebelgeraden g erstrecken, lokal gesehen gleich groß (A₁ = A₂).
Am Hebelansatz 19 verjüngt sich das Rückseitenprofil 17 über eine Rampe 91, um eine geeignete Betätigungskontur 36 für das sich mit der Radialkraft F_R1 abstützende Wälzlager 41' zu bilden. Die Rampe 91 weist dazu eine Steigung von ca. 30° auf. Schließlich mindern Einkerbungen 18 am Ansatz des Klinkenzahns 31 kritische Spannungen. Die so optimierte Sperrklinke 3 weist die Form eines Wasserhahns bzw. einer Teekanne auf.
Bezugszeichenliste

1: Parksperre
2: Aktuator
3: Sperrklinke
4: Zwischenelement
5: Betätigungseinheit
6: Federelement
7: Gehäuseplatte
8: Parksperrenrad
9: (nicht belegt)
10: (nicht belegt)
11: Parksperrengehäuse
12: Radial-Linear-Wälzlager
13: Linearwälzlager
14: Sicherungsarretierung
15: Kerbe
16: Vorderseitenkontur
17: Rückseitenprofil
18: Einkerbung
19: Hebelansatz
20: (nicht belegt)
21: Anbindung
22: Hohlwellen-Elektromotor
23: Hauptachse
24: Haltemittel
25: Schlingbandbremse
26: Freilauf
27: Schaltarretierung
28: Rastkugel
29: Rastkontur
30: (nicht belegt)
31: Klinkenzahn
32: Drehpunkt
33: Rückstellarretierung
34: Hebelarm
35: drehpunktentferntes Ende
36: Betätigungskontur
37: Zentralbereich
38: Lagerauge
39: Einschnürung
40: (nicht belegt)
41: Wälzlager
42: Bolzen
43: Käfig
44: Außenring
45: Stirnplatte
46: Wälzkörper
47: Innenring
48: Berührungsflächen
49: Spalt
50: (nicht belegt)
51: Kraftrichtung
52: Betätigungsstange
53: Gewinde
54: Gegengewinde
55: Riemen
56: Zahnradgetriebe
57: Verzahnung
58: Motorabtriebszahnrad
59: Radialmantelfläche
60: Hohlrohr
61: Sackloch
62: Federende
63: Durchgangsausnehmung
64: Ringabsatz
65: Betätigungsstift
66: Kopf
67: kopfabgewandtes Ende
68: Scheibe
69: Magnet
70: (nicht belegt)
71: Freistanzung
72: Querwand
73: Rand
74: Stanzausnehmung
75: Sensor
76: Sensorgehäuse
77: Anschluss
78: getriebezugewandte Seite
79: getriebeabgewandte Seite
80: (nicht belegt)
81: Zahnlücke
82: Sperrverzahnung
83: Fenster
84: Getriebe
85: Getriebegehäuse
86: Haltewand
87: Parksperrenradzahn
88: Bohrung
89: Abflachung
90: Rollelement
91: Rampe
92: Funktionsfläche
g: Hebelgerade
r₁: Innenradius
r₂: Außenradius
F_T: Tangentialkraft
F_R: Radialkraft
F_R1: Teilradialkraft
F_R2: Teilradialkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1043829 A1 [0003]
DE 102005018899 A1 [0055]

Claims

Sperrklinke (3) für eine Parksperre (1), aufweisend: – einen Zentralbereich (37) mit einem Lagerauge (38), über das die Sperrklinke (30) lagerbar und um das sie verdrehbar ist, – einen Hebelarm (34) als Ausleger vom Zentralbereich (37), – einen von dem Lagerauge (38) über den Hebelarm (34) beabstandeten Klinkenzahn (31) zum Eingriff in eine Sperrverzahnung (82), – eine rückseitig zum Klinkenzahn (31) angeordnete Betätigungskontur (36) für eine Betätigungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (3) auf ihrem vom Klinkenzahn (31) abgewandten Rückseitenprofil (17) eine Einschnürung (39) aufweist.
Sperrklinke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (39) von der Geraden (g), die durch den Kontaktpunkt zwischen dem Sperrklinkenzahn (31) und dem Parksperrenrad (8) sowie durch den Drehpunkt (32) der Sperrklinke (30) verlaufend definiert ist, so ausgebildet ist, dass vom Maximum der Einschnürung (38) in Richtung des Drehpunktes (32) der Sperrklinke (3) das Rückseitenprofil (17) und das Vorderseitenprofil (18) gleich beabstandet sind.
Sperrklinke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (34) vom Maximum der Einschnürung (38) in Richtung des Sperrklinkenzahns (31) eine in Drehrichtung gesehen konstante Breite aufweist.
Sperrklinke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Sperrverzahnung (82) gerichtete Vorderseitenprofil (18) des Hebelarms (34) eine Negativform eines Teilkreises mit Radius r₁ beschreibt.
Sperrklinke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt (32) im Lagerauge (38) und dem zur Sperrverzahnung (82) gerichteten Klinkenzahn (31) nicht größer ist als der zwischen dem Drehpunkt (32) und der Betätigungskontur (36).
Sperrklinke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus durchgehärtetem oder aus vergütetem und partiell induktiv gehärtetem Stahl ausgebildet ist.
Sperrklinke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückseitenprofil (17) eine Rampe (89) für ein Rollelement (90) bildet.
Sperrklinke nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinkenzahn (31) ballige Berührungsflächen für die Sperrverzahnung (82) aufweist.
Sperrklinke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (3) im Zentralbereich (37) dem Hebelarm (34) gegenüberliegend eine Bohrung (88) für eine Rückstellarretierung (33) aufweist.
Parksperre (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe oder ein Differential eines Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.