DE102011016584A1

DE102011016584A1 - Sperrmechanismus

Info

Publication number: DE102011016584A1
Application number: DE201110016584
Authority: DE
Inventors: Reinhard Weingartshofer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere eine Parksperre für eine Welle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke, die in einer Sperrstellung in zumindest eine Rastausnehmung eines mit der Welle verbundenen Klinkenrads eingreift, wobei an dem Klinkenrad ein als Torsionsdämpfer ausgebildeter Achsabschnitt angeordnet ist, der sich zumindest einseitig aus einer durch das Klinkenrad aufgespannten Ebene erstreckt und der zumindest abschnittsweise die Drehachse des Klinkenrads bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle.
Derartige Sperrmechanismen finden beispielsweise als Parksperren Anwendung, um ein Kraftfahrzeug im Stillstand zu sichern. Zu diesem Zweck wird beispielsweise eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs drehfest arretiert. Parksperren kommen insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetrieben und/oder bei Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen zum Einsatz.
Bei der Betätigung der Parksperre können erhebliche Belastungen der beteiligten Komponenten auftreten. Rollt das Fahrzeug beispielsweise bei der Betätigung der Parksperre noch, dann liegt an der zu arretierenden Welle des Fahrzeugs ein Drehmoment an. Die Komponenten der Parksperre müssen die damit zusammenhängenden Kräfte aufnehmen, um das zuverlässige Arretieren der Welle zu bewirken.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sperrmechanismus zu schaffen, der hohe Belastungen aufnehmen kann und der gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist und der eine kompakte Bauform aufweist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Sperrmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Sperrmechanismus weist eine Sperrklinke auf, die in einer Sperrstellung in zumindest eine Rastausnehmung eines mit der Welle verbundenen Klinkenrads eingreift. An dem Klinkenrad ist ein als Torsionsdämpfer ausgebildeter Achsabschnitt angeordnet, der sich zumindest einseitig aus einer durch das Klinkenrad aufgespannten Ebene erstreckt und der zumindest abschnittsweise die Drehachse des Klinkenrads bildet. Mit anderen Worten ist der Achsabschnitt so ausgestaltet, dass Drehmomente der Welle bei einer Aktivierung der Parksperre durch eine zumindest abschnittsweise Torsion des Achsabschnitts aufgenommen werden. Die weiteren Komponenten der Parksperre werden dadurch weniger stark belastet. Durch die Doppelfunktion des Achsabschnitts als Drehachse und als Torsionsdämpfer ist der Sperrmechanismus kostengünstig herstellbar und besitzt eine kompakte Bauform.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dem Achsabschnitt abgewandte Seite des Klinkenrads frei von Kopplungseinrichtungen, mit denen das Klinkenrad mit einer weiteren Welle drehfest koppelbar ist. Mit anderen Worten ist das Klinkenrad bei dieser Ausführungsform des Sperrmechanismus nur auf einer Seite mit einer Welle verbunden, nämlich über dem Achsabschnitt. Die andere Seite des Klinkenrads ist dahingegen nicht mit einer Welle verbunden. Daher sind an dieser Seite des Klinkenrads keine entsprechenden Kopplungseinrichtungen vorgesehen.
Ein dem Klinkenrad abgewandtes Ende des Achsabschnitts kann derart als Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Achsabschnitt und der Welle herstellbar ist, wobei zwischen dem Klinkenrad und dem Verbindungsabschnitt ein Bereich angeordnet ist, der relativ zu der Welle verdrehbar ist. Der Verbindungsabschnitt kann beispielsweise eine Verzahnung sein, die in eine komplementäre Verzahnung der Welle eingreift, um eine drehfeste Kopplung des Achsabschnitts und der Welle herstellen zu können. Der relativ zu der Welle verdrehbare Bereich des Achsabschnitts ist tordierbar relativ zu der Welle, so dass dieser Bereich letztlich als Torsionsdämpfer wirkt. Es versteht sich, dass die Längserstreckung dieses Bereichs beliebig gewählt werden kann, um eine geeignete Torsionsdämpfungswirkung zu erzielen. Insbesondere weist der Bereich zwischen dem Klinkenrad und dem Verbindungsabschnitt eine Längserstreckung auf, die größer, insbesondere um mehr als den Faktor 1,5 größer als die Längserstreckung des Verbindungsabschnitts ist.
Eine besonders kompakte Bauweise wird erreicht, wenn die Welle zumindest abschnittsweise eine Hohlwelle ist, die den Achsabschnitt im Wesentlichen vollständig aufnimmt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Bereich zwischen dem Klinkenrad und dem Verbindungsabschnitt abschnittsweise mit einer Innenwand der Welle in Kontakt steht. Der Kontakt zwischen diesem Bereich des Achsabschnitts und der Innenwand der Welle ermöglicht zwar relative Verdrehungen zwischen den beiden genannten Komponenten, allerdings wird der Achsabschnitt durch die Welle abgestützt, falls Biegemomente auf die Welle wirken sollten. Zur Verbesserung der Stabilität des Sperrmechanismus kann der mit der Innenwand der Welle in Kontakt stehende Abschnitt des Bereichs in axialer Richtung des Achsabschnitts gesehen zumindest teilweise mit einem Lagerungsabschnitt der Welle überlappen, der zur Lagerung der Welle in einem Gehäuse vorgesehen ist. Auf den Achsabschnitt wirkende Biegemomente werden bei dieser Konstruktion über den Lagerungsabschnitt der Welle an das Gehäuse abgeführt, so dass eine zuverlässige Lagerung der Welle und damit letztlich auch des Achsabschnitts gewährleistet ist.
Gemäß einer besonders kompakten Ausführungsform überragt die Welle das dem Klinkenrad abgewandte Ende des Achsabschnitts in axialer Richtung nicht.
Zur Reduktion der Herstellungs- und Montagekosten können das Klinkenrad und der Achsabschnitt einstückig ausgebildet sein.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer vorteilhaften Ausführungsform rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Frontansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus,
2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Klinkenrads mit einem an diesem angeordneten Achsabschnitt und
3 einen Schnitt durch einen Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus.
1 zeigt ein Klinkenrad 10, das um eine Drehachse R drehbar angeordnet ist. Das Klinkenrad 10 ist drehfest mit einer Welle verbunden, beispielsweise einer Welle eines Kraftfahrzeugs. Um das Kraftfahrzeug in einem geparkten Zustand zu sichern, wird das Klinkenrad 10 blockiert, wodurch die genannte Welle und damit letztlich relevante Teile eines Antriebsstrangs und/oder Antriebs des Kraftfahrzeugs blockiert werden.
Um eine Blockade des Klinkenrads 10 zu bewirken, ist eine um eine Schwenkachse S verschwenkbar gelagerte Sperrklinke 12 vorgesehen. In dem in 1 dargestellten Zustand greift die Sperrklinke 12 in eine einer Vielzahl von Rastausnehmungen 14 ein, wodurch eine Drehung des Klinkenrads 10 unterbunden wird.
Das Klinkenrad 10 und die Sperrklinke 12 bilden die Kernkomponenten eine Parksperre 16. Zur Betätigung der Parksperre 16 muss – wie vorstehend bereits erwähnt – die Sperrklinke 12 verschwenkt werden. Dies kann durch eine Vielzahl von Mechanismen bewirkt werden. Da deren Wirkungsweise jedoch nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, wird auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Parksperre 16 nicht nur in einem Kraftfahrzeug sondern grundsätzlich in allen Bereichen zur Anwendung gelangen kann, in denen eine zuverlässige Blockierung einer Welle erforderlich ist.
2 zeigt eine Perspektivansicht des Klinkenrads 10. Das Klinkenrad 10 ist drehfest mit einem Achsabschnitt 18 verbunden. Über den Achsabschnitt 18 kann das Klinkenrad 10 mit der vorstehend bereits genannten Welle des Kraftfahrzeugs drehfest gekoppelt werden. Zu diesem Zweck weist der Achsabschnitt 18 an seinem dem Klinkenrad 10 abgewandten Ende eine Außenverzahnung 20 auf, die mit einer komplementär ausgebildeten Innenverzahnung der Welle in Eingriff gebracht werden kann.
3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Parksperre 16, wobei auf Einzelheiten der Sperrklinke 12 bzw. des ihr zugeordneten Aktuierungsmechanismus aus Gründen der Klarheit verzichtet wurde.
Die Parksperre 16 ist in einem Gehäuse 22 angeordnet. Auf der in 3 linken Seite des Klinkenrads 10 befinden sich keine Komponenten, die mit diesem in drehfester Verbindung stehen. Der Achsabschnitt 18 erstreckt sich von dem Klinkenrad 10 nach rechts durch eine als Hohlwelle ausgebildete Zwischenwelle 24, die mit weiteren Komponenten eines Getriebes über ein einstückig mit der Zwischenwelle 24 ausgebildetes Zahnrad 26 in Kontakt steht. Der Achsabschnitt 18 erstreckt sich im Wesentlichen vollständig durch das Innere der Zwischenwelle 24. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Achsabschnitt 18 und der Zwischenwelle 24 erfolgt über die bereits in Zusammenhang mit der 2 erwähnte Außenverzahnung 20 des Achsabschnitts 18 und eine entsprechende Innenverzahnung 28 der Zwischenwelle 24. Abgesehen von den Verzahnungen 20, 28 liegen keine weiteren Kopplungselemente vor, die eine drehfeste Kopplung des Achsabschnitts 18 oder des Klinkenrads 10 mit der Zwischenwelle 24 bewirken.
Zwar stehen der Achsabschnitt 18 und die Zwischenwelle 24 in einem Lagerbereich 30 miteinander in Kontakt. Dieser Kontakt stellt allerdings keine drehfeste Verbindung zwischen den beiden genannten Komponenten her, sondern dient lediglich zur Aufnahme von Biegemomenten, die auf den Achsabschnitt 18 wirken. Der Achsabschnitt 18 weist zu diesem Zweck eine Schulter 32 auf. Die im Lagerbereich 30 über die Schulter 32 auf die Zwischenwelle 24 übertragenen Biegemomente werden wiederum von einem Lager 34 aufgenommen, das die Zwischenwelle 24 in dem Gehäuse 22 zuverlässig lagert. Da sich der Lagerbereich 30 und das Lagers 34 in axialer Richtung teilweise überlappen, wird die auf die Zwischenwelle 24 wirkende Biegebelastung minimiert. An den dem Klinkenrad abgewandten Ende der Zwischenwelle 24 ist diese durch ein weiteres Lager 34' in dem Gehäuse 22 gelagert. Das Lager 34' überlappt in axialer Richtung gesehen teilweise mit den Verzahnungen 20, 28, die die drehfeste Verbindung des Achsabschnitts 18 mit der Zwischenwelle 24 sicherstellen.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass der Achsabschnitt 18 in einem Bereich T relativ zu der Zwischenwelle 24 verdrehbar ist. Der Bereich T wirkt somit als Torsionsdämpfer. Er nimmt Drehmomentunterschiede zwischen dem Klinkenrad 10 und der Zwischenwelle 24 elastisch auf, so dass beispielsweise eine Blockade des Klinkenrads 10 durch die Sperrklinke 12 gedämpft an die Zwischenwelle 24 weitergegeben wird, was die beteiligten Komponenten schont und Verschleißerscheinungen verringert. Die Dämpfungswirkung des Bereichs T hängt unter anderem von der Wahl des in diesem Bereich verwendeten Materials und seiner geometrischen Ausgestaltung ab. Eine weichere Dämpfung erhält man beispielsweise, wenn der Bereich T bei gleichem Material langer ausgestaltet ist und/oder der Achsabschnitt 18 in diesem Bereich zumindest abschnittsweise einen geringeren Durchmesser aufweist. Abweichend von der dargestellten einstückigen Ausgestaltung des Klinkenrads 10 und des Achsabschnitts 18, die sich vorteilhaft auf die Herstellungs- und Montagekosten auswirkt, kann für bestimmte Anwendungen ein mehrstückiger Aufbau vorgesehen sein, der – falls erforderlich – Dämpfungsbauelemente mit geeigneten Torsionsdämpfungseigenschaften umfasst.
Die in axialer Richtung kompakte Bauweise der Parksperre 16 ergibt sich durch das Einstecken des Achsabschnitts 18 in die als Hohlwelle ausgebildete Zwischenwelle 24. Dadurch kann der als Torsionsdämpfer wirkende Bereich T relativ lang ausgebildet werden, ohne dass die axiale Erstreckung der Parksperre 16 übermäßig groß ist. Die Kompaktheit der Parksperre 16 wird auch dadurch bewirkt, dass die Zwischenwelle 24 das dem Klinkenrad 10 abgewandten Ende des Achsabschnitts 18 in axialer Richtung nicht überragt.
Bezugszeichenliste

10: Klinkenrad
12: Sperrklinke
14: Rastausnehmung
16: Parksperre
18: Achsabschnitt
20: Außenverzahnung
22: Gehäuse
24: Zwischenwelle
26: Zahnrad
28: Innenverzahnung
30: Lagerbereich
32: Schulter
34, 34': Lager
R: Drehachse
S: Schwenkachse
T: Torsionsbereich

Claims

Speermechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle (24), insbesondere Parkspeere für eine Welle (24) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (12), die in einer Sperrstellung in zumindest eine Rastausnehmung (14) eines mit der Welle (24) verbundenen Klinkenrads (10) eingreift, wobei an dem Klinkenrad (10) ein als Torsionsdämpfer ausgebildeter Achsabschnitt (18) angeordnet ist, der sich zumindest einseitig aus einer durch das Klinkenrad (10) aufgespannten Ebene erstreckt und der zumindest abschnittweise die Drehachse (R) des Klinkenrads (10) bildet.
Sperrmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Achsabschnitt (18) abgewandte Seite des Klinkenrads (10) frei von Kopplungseinrichtungen ist, mit denen das Klinkenrad (10) mit einer weiteren Welle drehfest koppelbar ist.
Sperrmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Klinkenrad (10) abgewandtes Ende des Achsabschnitts (18) derart als Verbindungsabschnitt (20) ausgebildet ist, dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Achsabschnitt (18) und der Welle (24) herstellbar ist, wobei zwischen dem Klinkenrad (10) und dem Verbindungsabschnitt (20) ein Bereich (T) angeordnet ist, der relativ zu der Welle (24) verdrehbar ist.
Sperrmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (T) zwischen dem Klinkenrad (10) und dem Verbindungsabschnitt (20) eine Längserstreckung aufweist, die größer, insbesondere um mehr als den Faktor 1,5 größer als die Längserstreckung des Verbindungsabschnitts (20) ist.
Sperrmechanismus nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24) zumindest abschnittsweise eine Hohlwelle ist, die den Achsabschnitt (18) im Wesentlichen vollständig aufnimmt.
Sperrmechanismus nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (T) zwischen dem Klinkenrad (10) und dem Verbindungsabschnitt (20) abschnittsweise mit einer Innenwand der Welle (24) in Kontakt steht.
Sperrmechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Innenwand der Welle (24) in Kontakt stehende Abschnitt (30) des Bereichs (T) in axialer Richtung des Achsabschnitts (18) gesehen zumindest teilweise mit einem Lagerungsabschnitt (34) der Welle (24) überlappt, der zur Lagerung der Welle (24) in einem Gehäuse (22) vorgesehen ist.
Sperrmechanismus nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24) das dem Klinkenrad (10) abgewandte Ende des Achsabschnitts (18) in axialer Richtung nicht überragt.
Sperrmechanismus nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klinkenrad (10) und der Achsabschnitt (18) einstückig ausgebildet sind.