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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Getriebeautomaten oder ein Fahrzeug mit Elektroantrieb.
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Hintergrund der Erfindung
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Parksperren werden in Getrieben von Kraftfahrzeugen zur Sicherung des Fahrzeugs gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen genutzt. Insbesondere wenn in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nicht-mechanische Komponenten verbaut werden wie bei Automatikgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern, sichern Parksperren die Fahrzeugposition 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.
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In der
DE 1 043 829 A1 ist eine Parksperre in Form 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 sie mit dem drehfest auf der Getriebeabtriebswelle angeordneten Parksperrenrad dessen Bewegung und damit die Bewegung des Fahrzeugs.
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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.
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Zur Überwindung dieser hohen Betätigungskräfte müssen die die Betätigungseinheit verstellenden Aktuatoren relativ leistungsfähig ausfallen. Besteht die Betätigungseinheit aus einem mechanisch verschiebbaren Betätigungsstift, steht zudem nur eine kleine stirnseitige Fläche zum Einleiten der Kräfte zur Verfügung, was die Gefahr des Verkippens und damit der Fehlfunktion der Parksperre erhöht. Eine derartige Parksperre benötigt zudem relativ viel Bauraum.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kompakte Parksperre zu schaffen, bei der die aufzubringenden Betätigungskräfte reduziert sind.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Parksperre gemäß Anspruch 1 gelöst. Dadurch dass das Kronenrad über einen Trapezgewindetrieb auf die Bestätigungsstange einwirken kann, ist der Hebelarm vergrößert, und die durch den Aktuator aufzubringenden Kräfte werden verringert.
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Das Kronenrad und der Trapezgewindetrieb befinden sich vorzugsweise im oberen Teil des Parksperrengehäuses, und der Motor des Aktuators ist vorzugsweise rechtwinklig zum Parksperrengehäuse angeordnet.
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Wenn die Kraft seitlich auf die Betätigungseinheit eingeleitet wird, steht insbesondere bei einer länglichen Betätigungseinheit wie einem Stift eine größere Fläche zur Verfügung, über die die Betätigungseinheit sicher betätigt werden kann. Stirnseitig wird dadurch Bauraum gewonnen, so dass die Parksperre auch bei axial beengten Platzverhältnissen einsetzbar ist.
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Stehen die Betätigungseinheit und das die Betätigungseinheit verschiebende Bauteil über eine signifikante Länge dauerhaft miteinander in Kontakt, kann zudem eine bessere Führung der Betätigungseinheit erreicht werden.
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Die Ausgestaltung der Funktionsfläche ist auf den Aktuator, über den die Kräfte eingeleitet werden, sowie auf die Art der Krafteinleitung abgestimmt. Die Betätigungseinheit ist Teil eines Planetenwälzgetriebes; bevorzugt bildet sie das Sonnenrad. Mit dem Planetenwälzgetriebe kann die erforderliche Betätigungskraft um eine oder mehrere Größenordnungen herabgesetzt werden. Eine geeignete Wahl sind Spindelplaneten, die mit der Betätigungseinheit ein Übersetzungsverhältnis von ca. 1:50 bewirken. Dadurch kann ein deutlich leistungsschwächerer, günstigerer und kleinerer Aktuator als Antrieb verwendet werden.
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Durch die Kraftanbindung über die Radialfläche der Betätigungseinheit ist eine flexible Anordnung des Aktuators möglich. Die Parksperre lässt sich daher mit dem Aktuator als kompakte Einheit fertigen, was den Montageprozess erleichtert. Die Kompaktheit mindert zudem fertigungsbedingte oder montagebedingte Toleranzen.
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Die Auslösung der Parksperre erfolgt vorzugsweise elektrisch. In einer Variante wird dazu im Fahrbetrieb, also im entriegelten Zustand, die vorgespannte Parksperre dauerhaft bestromt. Bei Unterbrechung der Fahrzeugspannung entfällt die durch den Aktuator aufgebrachte Haltekraft, was ein Schalten in den Sperrzustand zur Folge hat. Bei einer derartigen Parksperrenausführung ermöglicht die Erfindung eine Entlastung des Bordstromnetzes, da wegen der Übersetzung dauerhaft niedrigere Haltekräfte erforderlich sind. Der Energiebedarf der Parksperre sinkt somit etwa um die Hälfte.
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In einer Ausgestaltung weist der Motor des Aktuators eine Motorwelle auf, auf die ein Ritzel aufgepresst ist, das rechtwinklig in das Kronenrad eingreift. Das Kronenrad ist vorzugsweise kraftschlüssig, beispielsweise durch einen Pressverband, mit dem Trapezgewindetriebgehäuse verbunden. Dazu kann es stirnseitig angeordnet sein. Durch die Drehung des Ritzels wird das Trapezgewindetriebgehäuse über das Kronenrad angetrieben.
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Vorzugsweise ist der Trapezgewindetrieb mittels Rillenkugellager drehbar im Parksperrengehäuse gelagert.
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Das Trapezgewindetriebgehäuse ist über die Lagerung axial im Parksperrengehäuse fixiert. Die Fixierung des Lagers kann durch eine Los-Fest-Lagerung erfolgen, wobei eine Schulter und ein Pressverband die Lagerbestandteile axial im Gehäuse fixieren. Alternativ erfolgt die Sicherung eines Lagers durch einen Sicherungsring. Dadurch wird verhindert, dass sich der Trapezgewindetrieb im Parksperrengehäuse axial verschieben lässt. Alternativ kann zwischen der rechten Stirnseite des Trapezgewindetriebgehäuses und dem Parksperrengehäuse ein Axiallager angeordnet sein. Durch die axiale Fixierung des Trapezgewindetriebgehäuses wird die rotatorische Bewegung über den Trapezgewindetrieb in eine translatorische Bewegung der Gewindespindel umgewandelt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Parksperre mit einem Elektromotor als Aktuator, mit einem durch den Aktuator translatorisch bewegbaren Betätigungselement, das über eine Drei-Lager-Anordnung eine Sperrklinke betätigt, in entriegelter Stellung im Querschnitt,
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2 die Parksperre aus 1 in einer Aufsicht,
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3 eine erfindungsgemäße Parksperre im Querschnitt,
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4a eine Parksperre nach dem Stand der Technik mit koaxialer Anordnung eines über einen Trapezgewindetrieb angebundenen Aktuators,
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5 die Parksperre aus 3 in einer Aufsicht,
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6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit den drei Wälzlagern,
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7 ein einzelnes Wälzlager aus 6,
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8 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Parksperre mit zwei mit dem Betätigungselement und der Sperrklinke in Wirkverbindung stehenden Nadellagern und
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9 einen Querschnitt durch ein Getriebe mit einem Parksperrenrad und einer in dieses eingreifenden Parksperre.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 und 2 zeigen eine Parksperre 1 im entriegelten 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 1 baut kompakt, da die Betätigungseinheit 5 und die Sperrklinke 3 fast parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Fast alle Bauteile der Parksperre 1 sind auf der zum Getriebe 84 gerichteten Seite der Gehäuseplatte 7 angeordnet. Der Aktuator 2 ist auf der dem Getriebe 84 abgewandten Seite angeordnet.
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Die grundsätzliche Funktionsweise der Parksperre 1 wird anhand der 4a erläutert. 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. Ein koaxial angeordneter Hohlwellen-Elektromotor 22 greift mechanisch in eine Betätigungsstange 52 der Betätigungseinheit 5 ein. Die kreiszylindrische Betätigungsstange 52 ist nur schematisch dargestellt und weist auf ihrer Radialmantelfläche 59 ein Gewinde 53 auf. Die Betätigungsstange 52 weist ferner 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.
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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.
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Wie die 3 und 5 zeigen, bildet die Trapezgewindemutter 111 eines Trapezgewindetriebs, um eine geeignete Übersetzung der Aktuatorkraft zu erhalten. Sie innerhalb eines Trapezgewindetriebgehäuses 115 angeordnet, das über Rillenkugellager 112, 113 am Parksperrengehäuse 11 gelagert ist und von dem Kronenrad 100 angetrieben wird. Die Trapezgewindemutter 111 ist an das Kronenrad 100 angespritzt. Dazu sind Nasen am Kronenrad vorgesehen, die eine kraftschlüssige Verbindung beim Anspritzen der Trapezgewindemutter zu gewährleisten.
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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 41, 41‘, 41‘‘ 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.
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Zur Verriegelung 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.
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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.
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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.
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In der Ausführung nach 6 sind drei gleichartige Wälzlager 41, 41‘, 41‘‘ in Form eines gleichschenkligen, aber nicht gleichseitigen Dreiecks angeordnet.
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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.
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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.
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Aufgrund der durch die Wälzlager 41, 41‘, 41‘‘ herabgesetzten Reibung und der fehlenden Selbsthemmung sind Haltemittel vorgesehen, die den Aktuator 2 entlasten. 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.
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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.
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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. 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperre
- 2
- Aktuator
- 3
- Sperrklinke
- 4
- Zwischenelement
- 5
- Betätigungseinheit
- 6
- Federelement
- 7
- Gehäuseplatte
- 8
- Parksperrenrad
- 11
- Parksperrengehäuse
- 17
- Rückseitenkontur
- 22
- Hohlwellen-Elektromotor
- 31
- Klinkenzahn
- 32
- Drehpunkt
- 33
- Rückstellarretierung
- 34
- Hebelarm
- 41
- Wälzlager
- 42
- Bolzen
- 43
- Käfig
- 44
- Außenring
- 45
- Stirnplatte
- 46
- Wälzkörper
- 47
- Innenring
- 48
- Berührungsflächen
- 49
- Spalt
- 51
- Kraftrichtung
- 52
- Betätigungsstange
- 53
- Gewinde
- 59
- Radialmantelfläche
- 60
- Hohlrohr
- 61
- Sackloch
- 62
- Federende
- 65
- Betätigungsstift
- 80
- Fenster
- 81
- Zahnlücke
- 84
- Getriebe
- 85
- Getriebegehäuse
- 86
- Haltewand
- 87
- Parksperrenradzahn
- 91
- Rampe
- 92
- Funktionsfläche
- 100
- Kronenrad
- 101
- Motorspindel
- 102
- Ritzel
- 103
- Spindel
- 104
- Spindelplanet
- 105
- Planetenwälzgewindetriebgehäuse
- 106
- Lager
- 107
- Lager
- 110
- Trapezgewindetrieb
- 111
- Trapezgewindemutter
- 112
- Rillenkugellager
- 113
- Rillenkugellager
- 115
- Trapezgewindetriebgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1043829 A1 [0003]
- DE 102010053861 A1 [0006]
