DE102014202213A1

DE102014202213A1 - Parksperre eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014202213A1
Application number: DE102014202213.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hesse; Matthias List; Tobias Miller; Franz Brugger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Parksperre eines Kraftfahrzeugs, mit einem drehfest auf der Ausgangswelle (2) eines automatisierten Getriebes angeordneten und mit einer außenliegenden Sperrverzahnung (5) versehenen Parksperrenrad (4), sowie mit einer tangential zu dem Parksperrenrad angeordneten und um eine zu der Ausgangswelle achsparallele Drehachse (7) schwenkbare Sperrklinke (6) mit einem zu der Sperrverzahnung gerichteten Klinkenzahn (8), der zur Arretierung des Kraftfahrzeugs mittels eines Stellantriebs durch Verschwenken der Sperrklinke in Richtung der Ausgangswelle (2) mit der Sperrverzahnung des Parksperrenrades in Eingriff bringbar ist. Zur Reduzierung von Belastung und Verschleiß der Zahnflanken (9, 13) der Sperrverzahnung (5) und des Klinkenzahns (8) ist vorgesehen, dass an den Zahnflanken (13, 14) der Sperrverzahnung (5) jeweils ein geometrisch fester Berührungspunkt (B1, B2) vorgesehen ist, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke (6) unter Last die zugeordnete Zahnflanke (9, 10) des Klinkenzahns (8) entlang gleitet, und dass die Zahnflanken (9, 10, 13, 14) der Sperrverzahnung (5) sowie des Klinkenzahns (8) radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet sind, dass die jeweilige Flächennormale (17, 23) im Berührungspunkt (B1, B2) durch einen Wälzpunkt (C1, C2) verläuft, der auf einer die Drehachsen (3, 7) des Parksperrenrades (4) und der Sperrklinke (6) verbindenden Verbindungsgeraden (18) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Parksperre eines Kraftfahrzeugs, mit einem drehfest auf der Ausgangswelle eines automatisierten Getriebes angeordneten und mit einer außenliegenden Sperrverzahnung versehenen Parksperrenrad, sowie mit einer tangential zu dem Parksperrenrad angeordneten und um eine zu der Ausgangswelle achsparallele Drehachse schwenkbare Sperrklinke mit einem zu der Sperrverzahnung gerichteten Klinkenzahn, der zur Arretierung des Kraftfahrzeugs mittels eines Stellantriebs durch Verschwenken der Sperrklinke in Richtung der Ausgangswelle mit der Sperrverzahnung des Parksperrenrades in Eingriff bringbar ist.
Kraftfahrzeuge, die mit einem automatisierten Getriebe, wie einem automatisierten Schaltgetriebe, einem Doppelkupplungsgetriebe, einem Planeten-Automatgetriebe oder einem stufenlos verstellbaren Getriebe (CVT), ausgerüstet sind, weisen zur Arretierung ihrer Ausgangswelle zusätzlich zu der üblichen Feststellbremse, die aufgrund entsprechender Zulassungsvorschriften erforderlich ist, auch eine Parksperre auf. Die Parksperre wird bei Fahrzeugstillstand und betätigtem Bremspedal durch das Verschwenken eines Wählhebels in die Parkposition P automatisiert eingelegt und durch das Ausschwenken des Wählhebels aus der Parkposition P wieder automatisiert ausgelegt.
In einer üblichen Bauweise weist eine solche Parksperre ein drehfest auf der Ausgangswelle eines automatisierten Getriebes angeordnetes Parksperrenrad mit einer außenliegenden Sperrverzahnung, eine tangential zu dem Parksperrenrad angeordnete sowie um eine zur Ausgangswelle achsparallele Drehachse schwenkbare Sperrklinke mit einem zu der Sperrverzahnung gerichteten Klinkenzahn, ein Federelement zum Halten der Sperrklinke in einer ausgerasteten Ruheposition, sowie einen steuerbaren Stellantrieb zum Verschwenken der Sperrklinke in eine eingerastete Sperrposition auf.
Beim Vorliegen einer Anforderung zum Einlegen der Parksperre wird der Stellantrieb, bei dem es sich um einen Rotationsantrieb oder um einen Linearantrieb handeln kann, derart angesteuert, dass die Sperrklinke auf ihrer dem Parksperrenrad abgewandten Rückseite durch einen drehbaren Nocken oder durch ein axial verschiebbares Keilelement gegen die Rückstellkraft des Federelementes in Richtung des Parksperrenrades verschwenkt, so dass der Klinkenzahn der Sperrklinke in eine Zahnlücke der Sperrverzahnung eingreift. Hierdurch sind die mit dem Parksperrenrad drehfest verbundene Ausgangswelle des Getriebes und die über einen Achsantrieb mit dieser in Triebverbindung stehenden Antriebsräder des Kraftfahrzeugs formschlüssig gegen eine Drehung gesichert, wodurch das gesamte Kraftfahrzeug arretiert ist und an einem Wegrollen gehindert wird. Bei einer Anforderung zum Auslegen der Parksperre wird der Stellantrieb wieder in seine Ausgangsposition verfahren, so dass die Sperrklinke mit dem Klinkenzahn unter der Wirkung des Federelementes aus der Sperrverzahnung des Parksperrenrades ausschwenkt, und damit die formschlüssige Arretierung der Ausgangswelle gelöst ist.
In der DE 10 2006 042 637 B4 ist eine gattungsgemäße Parksperre eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei der zumindest an dem Klinkenzahn der Sperrklinke der Übergang zwischen einer Zahnflanke und dem Zahnkopf gemäß einer logarithmischen Funktion abgerundet ausgebildet ist, so dass die Sperrklinke beim Einschwenken des Klinkenzahns in die Sperrverzahnung abgewiesen wird, sofern sich das Parksperrenrad aufgrund eines Vorwärtsrollens des Kraftfahrzeugs zu schnell dreht.
Aus der DE 10 2010 042 917 A1 ist eine weitere derartige Parksperre bekannt, bei welcher der Zahnkopf des Klinkenzahns der Sperrklinke und/oder die Zahnköpfe der Sperrverzahnung des Parksperrenrades kreisbogenförmig ausgebildet sowie gegenüber einem Außenradius einseitig radial zurückgenommen sind, wodurch beim Einlegen der Parksperre bis zu höheren Fahrgeschwindigkeiten ein weiches und materialschonendes Abweisen der Sperrklinke erreicht werden soll.
Schließlich ist in der DE 10 2010 053 857 A1 eine gattungsgemäße Parksperre beschrieben, bei der die Sperrklinke durch einen Klinkenzahn mit einer balligen Berührungsfläche, eine bogenförmige Kontur des Klinkenhebels, eine Einschnürung auf der dem Klinkenzahn abgewandten Rückseite des Klinkenhebels, und durch eine S-förmige Betätigungskontur an der Rückseite eines Hebelansatzes belastungstechnisch optimiert ausgebildet ist. Dadurch soll auch eine verlängerte Gebrauchsdauer möglich sein.
Bei den bekannten Parksperren sind die Zahnflanken des Klinkenzahns der Sperrklinke und der Sperrverzahnung des Parksperrenrades meistens gerade ausgeführt und bezüglich der jeweiligen Zahnmittelachse parallel oder nach radial außen konvergent ausgerichtet. Dies führt aber insbesondere beim Ausschwenken der Sperrklinke unter Last, also wenn eine Zahnflanke der Sperrverzahnung aufgrund einer Hanglage des Kraftfahrzeugs mit einer mehr oder weniger großen Umfangskraft gegen die benachbarte Zahnflanke des Klinkenzahns gedrückt wird, zu einer hohen Flächenpressung zwischen der betreffenden Zahnflanke der Sperrverzahnung und der über diese gleitenden Zahnkante des Klinkenzahns, was mit einem hohen Verschleiß und mit einem variablen Lastmoment auf die Sperrklinke verbunden ist.
In der DE 10 2010 053 857 A1 ist zwar erwähnt, dass der Klinkenzahn der Sperrklinke ballig ausgeführt sein und in eine entsprechend angepasste Sperrverzahnung des Parksperrenrades eingreifen kann, wodurch im Hinblick auf einen definierten Kontaktpunkt zwischen den Zahnflanken Form- und Lagetoleranzen ausgeglichen werden sollen. Konkrete Angaben über die geometrische Ausgestaltung der Zahnflanken sind der DE 10 2010 053 857 A1 jedoch nicht zu entnehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Parksperre der eingangs genannten Bauart vorzustellen, bei der die Konturen der Zahnflanken des Klinkenzahns der Sperrklinke und der Sperrverzahnung des Parksperrenrades derart ausgebildet sind, dass deren mechanische Belastung und deren Verschleiß insbesondere beim Ausschwenken der Sperrklinke unter Last möglichst gering sind. Zudem soll das während des Lösens der Parksperre unter Last von dem Parksperrenrad auf die Sperrklinke übertragene Lastmoment möglichst konstant sein sowie das Ausschwenken der Sperrklinke unterstützen.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass an den Zahnflanken der Sperrverzahnung jeweils ein geometrisch fester Berührungspunkt vorgesehen ist, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke unter Last die zugeordnete Zahnflanke des Klinkenzahns entlang gleitet, und dass die Zahnflanken der Sperrverzahnung sowie des Klinkenzahns radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet sind, dass die jeweilige Flächennormale im Berührungspunkt durch einen Wälzpunkt verläuft, der auf einer die Drehachsen des Parksperrenrades und der Sperrklinke verbindenden Verbindungsgeraden liegt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Parksperre sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung geht von einer an sich bekannten Parksperre eines Kraftfahrzeugs aus, die ein drehfest auf der Ausgangswelle eines automatisierten Getriebes angeordnetes und mit einer außenliegenden Sperrverzahnung versehenes Parksperrenrad sowie eine tangential zu dem Parksperrenrad angeordnete und um eine zu der Ausgangswelle achsparallele Drehachse schwenkbare Sperrklinke mit einem zu der Sperrverzahnung gerichteten Klinkenzahn aufweist. Zur Arretierung des Kraftfahrzeugs ist der Klinkenzahn mittels eines Stellantriebs durch Verschwenken der Sperrklinke in Richtung der Ausgangswelle mit der Sperrverzahnung des Parksperrenrades in Eingriff bringbar, wodurch die Ausgangswelle und die mit dieser in Triebverbindung stehenden Antriebsräder des Kraftfahrzeugs formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert sind.
Um insbesondere bei einem Ausschwenken der Sperrklinke aus der Sperrverzahnung des Parksperrenrades unter Last, also wenn das Parksperrenrad aufgrund einer Hanglage des Kraftfahrzeugs ein Lastmoment auf die Sperrklinke überträgt, einen geringen Verschleiß an den Zahnflanken sowie ein möglichst konstantes Lastmoment zu erreichen, ist an den Zahnflanken der Sperrverzahnung jeweils ein geometrisch fester Berührungspunkt vorgesehen, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke unter Last die zugeordnete Zahnflanke des Klinkenzahns entlang gleitet. Zudem sind die Zahnflanken der Sperrverzahnung und des Klinkenzahns radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet, dass die jeweilige Flächennormale im Berührungspunkt durch einen Wälzpunkt verläuft, der auf einer gedachten, die Drehachsen des Parksperrenrades und der Sperrklinke verbindenden Verbindungsgeraden liegt. Aufgrund der dadurch gegebenen geometrischen Verhältnisse ergibt sich für die der Drehachse der Sperrklinke abgewandte Zahnflanke des Klinkenzahns eine radial konvexe Wölbung und für die der Drehachse der Sperrklinke zugewandte Zahnflanke des Klinkenzahns eine radial konkave Wölbung.
Durch die geometrisch feste Lage des Berührungspunktes auf der jeweiligen Zahnflanke der Sperrverzahnung und die identische Neigung der Zahnflanken im Berührungspunkt wird das am Parksperrenrad anliegende Lastmoment unabhängig von der Schwenkposition der Sperrklinke über eine konstante Kraft in die Sperrklinke übertragen und ist dort aufgrund des konstanten Hebelarms auch als konstantes Lastmoment wirksam. Aufgrund der identischen Neigung der Zahnflanken im Berührungspunkt ist die Flächenpressung der Kraftübertragung relativ gering und somit der Verschleiß an den Zahnflanken vergleichsweise niedrig. Die Höhe und die Richtung des auf die Sperrklinke wirksamen Lastmomentes wird vom senkrechten Abstand der Flächennormalen zu der Drehachse der Sperrklinke bestimmt und kann daher über die Lage des Wälzpunktes auf der Verbindungsgeraden in Verbindung mit einer entsprechenden Neigung der Zahnflanken im Berührungspunkt in geeigneter Weise festgelegt werden.
Bei dem genannten Wälzpunkt handelt es sich um einen fiktiven Wälzpunkt, an dem sich gedachte Wälzkreise des Parksperrenrades und der Sperrklinke tangieren. Tatsächlich findet beim Ausschwenken der Sperrklinke unter Last im Berührungspunkt keine Wälzbewegung sondern eine Tangentialbewegung zwischen den betreffenden Zahnflanken des Parksperrenrades und der Sperrklinke statt. Durch die beschriebene Anwendung des Verzahnungsgesetzes auf den Verzahnungseingriff zwischen der Sperrverzahnung des Parksperrenrades und des Klinkenzahns der Sperrklinke kann gegenüber den bekannten Parksperren jedoch eine verschleiß- und belastungstechnisch verbesserte Kontur der Zahnflanken erzielt werden.
Damit bei gegebenem, an dem Parksperrenrad anliegendem Lastmoment im Berührungspunkt eine möglichst niedrige Kraft übertragen wird, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Berührungspunkt an den Zahnflanken der Sperrverzahnung jeweils am radial äußeren Rand der Zahnflanken liegt. Bei einem gerundeten Übergang zwischen der Zahnflanke und dem Zahnkopf des jeweiligen Sperrzahns der Sperrverzahnung liegt der Berührungspunkt demnach am flankenseitigen Beginn der Rundung.
Um bei einer zu der Drehachse der Sperrklinke hin gerichteten Umfangskraft eines Lastmomentes, das beispielhaft angenommen aus einer in Vorwärtsfahrtrichtung gerichteten Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs resultiert, ein das Ausschwenken der Sperrklinke unterstützendes Lastmoment zu erreichen, liegt der Wälzpunkt für die von der Drehachse der Sperrklinke abgewandte Zahnflanke (Vorwärtsflanke) des Klinkenzahns und der mit dieser in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken) der Sperrverzahnung radial außerhalb der Drehachse der Sperrklinke auf der Verbindungsgeraden.
Um bei einer von der Drehachse der Sperrklinke weg gerichteten Umfangskraft eines Lastmomentes, das beispielhaft angenommen aus einer in Rückwärtsfahrtrichtung gerichteten Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs resultiert, ein das Ausschwenken der Sperrklinke unterstützendes Lastmoment zu erreichen, liegt der Wälzpunkt für die der Drehachse der Sperrklinke zugewandte Zahnflanke (Rückwärtsflanke) des Klinkenzahns und der mit dieser in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Rückwärtsflanken) der Sperrverzahnung dagegen radial zwischen den Drehachsen des Parksperrenrades und der Sperrklinke auf der Verbindungsgeraden.
Zur Vereinfachung ihrer Herstellung kann die radiale Kontur der Zahnflanken des Klinkenzahns jeweils durch ein Kreisbogensegment oder durch ein Evolventensegment angenähert sein.
Die radiale Kontur der Zahnflanken der Sperrverzahnung außerhalb des Berührungspunktes ist bevorzugt derart ausgebildet sein, dass dort kein Übertragungskontakt mit der zugeordneten Zahnflanke des Klinkenzahns erfolgt. Dabei kann die konkrete Kontur der Sperrzähne auch mittels üblicher Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitsberechnungen ermittelt werden.
Die Vermeidung eines unerwünschten Übertragungskontaktes außerhalb des Berührungspunktes kann dadurch erreicht werden, dass die radiale Kontur der mit der von der Drehachse der Sperrklinke abgewandten Zahnflanke (Vorwärtsflanke) des Klinkenzahns in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken) der Sperrverzahnung außerhalb des Berührungspunktes konvex gewölbt ist, oder mit der Neigung im Berührungspunkt gerade verläuft, oder konkav gewölbt ist.
Alternativ dazu kann dies auch dadurch erreicht werden, dass die radiale Kontur der mit der von der Drehachse der Sperrklinke abgewandten Zahnflanke (Vorwärtsflanke) des Klinkenzahns in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken) der Sperrverzahnung in einem Segment um den Berührungspunkt mit der Neigung im Berührungspunkt gerade verläuft und außerhalb des Segmentes konvex gewölbt ist, oder abgewinkelt gerade verläuft, oder konkav gewölbt ist.
An den umfangsseitig gegenüberliegenden Zahnflanken des Parksperrenrades kann ein unerwünschter Übertragungskontakt außerhalb des Berührungspunktes jedoch nur dadurch erreicht werden, dass die radiale Kontur der mit der der Drehachse der Sperrklinke zugewandten Zahnflanke (Rückwärtsflanke) des Klinkenzahns in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Rückwärtsflanken) der Sperrverzahnung außerhalb des Berührungspunktes konvex gewölbt ist.
Zum Ausgleich fertigungs- oder verschleißbedingter Fluchtungsfehler ist zweckmäßig zusätzlich vorgesehen, dass die Zahnflanken der Sperrverzahnung und/oder des Klinkenzahns axial ballig ausgebildet sind.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In diesen zeigt
1 eine Axialansicht auf eine Parksperre gemäß der Erfindung in einer ersten Funktionsstellung,
1a die Parksperre gemäß 1 in einem vergrößerten Ausschnitt,
2 eine Axialansicht der Parksperre gemäß 1 in einer zweiten Funktionsstellung,
2a die Parksperre gemäß 2 in einem vergrößerten Ausschnitt,
3 eine Axialansicht der Parksperre gemäß den 1 und 2 in einer dritten Funktionsstellung,
3a die Parksperre nach 3 in einem vergrößerten Ausschnitt,
4 eine Axialansicht der Parksperre gemäß den 1 bis 3 in einer vierten Funktionsstellung,
4a die Parksperre gemäß 4 in einem vergrößerten Ausschnitt, und
5 Kombinationsmöglichkeiten von Zahnflanken der Parksperre gemäß den 1 bis 4 in Form einer Tabelle.
Eine in 1 in einer Axialansicht dargestellte Parksperre 1 eines Kraftfahrzeugs weist ein drehfest auf der Ausgangswelle 2 eines automatisierten Getriebes angeordnetes Parksperrenrad 4 mit einer radial außen angeordneten Sperrverzahnung 5 sowie eine tangential zu dem Parksperrenrad 4 angeordnete und um eine zu der Drehachse 3 der Ausgangswelle 2 achsparallele Drehachse 7 schwenkbare Sperrklinke 6 mit einem zu der Sperrverzahnung 5 gerichteten Klinkenzahn 8 auf. Der Klinkenzahn 8 weist eine von der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 abgewandte erste Zahnflanke 9 und eine zu der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 weisende zweite Zahnflanke 10 auf (1a). Die Sperrverzahnung 5 des Parksperrenrades 4 weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Sperrzähne 11, 11’ auf, zwischen denen sich jeweils eine Zahnlücke 12 befindet. Die Zahnlücken 12 sind in Umfangsrichtung jeweils durch eine erste Zahnflanke 13 eines Sperrzahns 11 und durch eine zweite Zahnflanke 14 des dazu benachbarten Sperrzahns 11’ begrenzt. Die erste Zahnflanke 13 eines Sperrzahns 11 ist mit der von der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 abgewandten ersten Zahnflanke 9 des Klinkenzahns 8 in Kontakt bringbar, während die zweite Zahnflanke 14 des benachbarten Sperrzahns 11’ mit der zu der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 weisenden zweiten Zahnflanke 10 der Sperrklinke 8 in Kontakt bringbar ist.
In der beispielhaften Annahme, dass die Ausgangswelle 2 des automatisierten Getriebes und das Parksperrenrad 4 bei einer Hanglage des Kraftfahrzeugs, bei der die Fahrzeugfront bergab gerichtet ist, in der Darstellung von 1 entsprechend dem Drehpfeil 15 durch die Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs im Gegenuhrzeigersinn gedreht beziehungsweise belastet wird, werden die in diesem Fall miteinander in Kontakt bringbaren Zahnflanken 9, 13 des Klinkenzahns 8 beziehungsweise der Sperrverzahnung 5 nachfolgend auch als Vorwärtsflanken bezeichnet. Analog dazu werden die jeweils gegenüberliegenden Zahnflanken 10, 14 des Klinkenzahns 8 beziehungsweise der Sperrverzahnung 5, die bei einer Hanglage des Kraftfahrzeugs, bei der das Fahrzeugheck bergab gerichtet ist, miteinander in Kontakt bringbar sind, nachfolgend auch als Rückwärtsflanken bezeichnet.
In 1 ist die Sperrklinke 6 derart tief in die Sperrverzahnung 5 des Parksperrenrades 4 eingeschwenkt, dass der Klinkenzahn 8 vollständig in eine Zahnlücke 12 der Sperrverzahnung 5 eingreift und der Zahnkopf des Klinkenzahns 8 an dem Boden der Zahnlücke 12 anliegt. Die Parksperre 1 ist somit eingelegt, und das Kraftfahrzeug wird durch die formschlüssige Arretierung der Ausgangswelle 2 an einem Wegrollen gehindert. Das Einschwenken der Sperrklinke 6 erfolgt mittels eines nicht abgebildeten Stellantrieb, durch den die Sperrklinke 6 über ein an der dem Klinkenzahn 8 abgewandten Rückseite 16 angreifendes Stellelement in Richtung der Ausgangswelle 2 belastet beziehungsweise verschoben wird.
Gemäß 1 sind die Ausgangswelle 2 und das Parksperrenrad 4 aufgrund einer frontseitigen Hanglage des Kraftfahrzeugs entsprechend dem Drehpfeil 15 mit einem Lastmoment beaufschlagt, so dass die Vorwärtsflanke 13 eines Sperrzahns 11 der Sperrverzahnung 5 an der Vorwärtsflanke 9 der Sperrklinke 6 anliegt. Dies ist in 1a für den Bereich A von 1 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt.
Um nun beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 aus der Sperrverzahnung 5 des Parksperrenrades 4 zum Auslegen der Parksperre 1 unter Last einen möglichst geringen Verschleiß an den sich berührenden Zahnflanken 9, 13 und ein konstantes, das Ausschwenken unterstützendes Lastmoment auf die Sperrklinke 6 zu erreichen, ist gemäß der Erfindung die nachfolgend beschriebene Gestaltung der miteinander in Kontrakt geratenden beziehungsweise in Kontakt stehenden Zahnflanken 9, 13 vorgesehen. Zum einen ist an der Zahnflanke 13 des betreffenden Sperrzahns 11 der Sperrverzahnung 5 ein geometrisch fester Berührungspunkt B₁ vorgesehen, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 unter Last die zugeordnete Zahnflanke 9 des Klinkenzahns 8 entlang gleitet. Um die für die Übertragung eines bestimmten Lastmomentes von dem Parksperrenrad 4 auf die Sperrklinke 6 erforderliche Übertragungskraft F₁ möglichst gering zu halten, ist dieser Berührungspunkt B₁ vorliegend auf den radial äußeren Rand der Zahnflanke 13 festgelegt. Die Zahnflanke 13 des Sperrzahns 11 ist derart ausgebildet, dass außerhalb des Berührungspunktes B₁ kein Übertragungskontakt mit der zugeordneten Zahnflanke 9 des Klinkenzahns 8 erfolgt, was im vorliegenden Beispiel durch einen weitgehend geraden Verlauf der Zahnflanke 13 des Sperrzahns 11 der Sperrverzahnung 5 erreicht ist.
An der von der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 wegweisenden Zahnflanke 9 des Klinkenzahns 8 ist der Berührungspunkt B₁ entsprechend der jeweiligen Schwenkposition der Sperrklinke 6 örtlich verschiebbar beziehungsweise variabel definiert. Außerdem sind die Zahnflanken 9, 13 der Sperrverzahnung 5 und des Klinkenzahns 8 radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet, dass die jeweilige Flächennormale 17 im Berührungspunkt B₁ durch einen gedachten Wälzpunkt C₁ verläuft, der auf einer die Drehachsen 3, 7 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 verbindenden Verbindungsgeraden 18 liegt.
Durch die entsprechende Neigung der von der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 wegweisenden Zahnflanke 9 des Klinkenzahns 8, die eine konvexe Wölbung dieser Zahnflanke 9 bewirkt, ist sichergestellt, dass beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 im Berührungspunkt B₁ immer dieselbe, also gleich große und gleich gerichtete Übertragungskraft F₁ in die Sperrklinke 6 übertragen wird. Aufgrund des dadurch gegebenen gleichen senkrechten Abstandes 19 der Übertragungskraft F₁ von der Drehachse 7 ist auch das auf die Sperrklinke 6 wirksame Lastmoment immer gleich groß. Damit dieses Lastmoment so gerichtet ist, dass es beim Auslegen der Parksperre 1 das Ausschwenken der Sperrklinke 6 unterstützt, liegt der Wälzpunkt C₁ für die Vorwärtsflanken 9, 13 des Klinkenzahns 8 und der Sperrverzahnung 5 außerhalb der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 auf der Verbindungsgeraden 18.
In der Axialansicht der 2 und dem in 2a vergrößert dargestellten Bereich B der Parksperre 1 gemäß 2 befindet sich die Sperrklinke 6 in einer Schwenkposition, in der die Vorwärtsflanke 9 des Klinkenzahns 8 im Berührungspunkt B₁ noch gerade Kontakt mit der Vorwärtsflanke 13 des betreffenden Sperrzahns 11 des Parksperrenrades 4 hat. Auch in dieser Schwenkposition ist die Flächennormale 17 gleichgerichtet, so dass auch kurz vor dem Auslegen der Parksperre 1 das auf die Sperrklinke 6 wirksame Lastmoment noch gleich groß ist.
Bei dem Wälzpunkt C₁ handelt es sich um einen fiktiven Wälzpunkt, an dem sich gedachte Wälzkreise 20, 21 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 tangieren. Tatsächlich findet beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 unter Last im Berührungspunkt B₁ keine Wälzbewegung sondern eine Tangentialbewegung zwischen den betreffenden Zahnflanken 9, 13 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 statt. Durch die beschriebene Anwendung des Verzahnungsgesetzes auf den Verzahnungseingriff zwischen der Sperrverzahnung 5 des Parksperrenrades 4 und des Klinkenzahns 8 der Sperrklinke 6 wird im Vergleich zu den bekannten Parksperren jedoch eine verschleiß- und belastungstechnisch verbesserte Kontur der Zahnflanken 9, 13 erzielt.
Der vollständig eingelegte Zustand der Parksperre 1 ist auch in der Axialansicht der 3 und dem in 3a vergrößert dargestellten Bereich C der Parksperre gemäß 3 abgebildet. Im Unterschied zu dem prinzipiell selben Betriebszustand wie in 1 und 1a sind die Ausgangswelle 2 und das Parksperrenrad 4 nun aufgrund einer heckseitigen Hanglage des Kraftfahrzeugs entsprechend dem Drehpfeil 22 mit einem Lastmoment beaufschlagt, so dass nun die Rückwärtsflanke 14 des Sperrzahns 11’ der Sperrverzahnung 5 an der Rückwärtsflanke 10 der Sperrklinke 6 anliegt.
Um dieselbe Funktionalität wie zuvor zu erreichen, ist an der Zahnflanke 14 des betreffenden Sperrzahns 11’ der Sperrverzahnung 5 ein geometrisch fester Berührungspunkt B₂ vorgesehen, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 unter Last die zugeordnete Zahnflanke 10 des Klinkenzahns 8 entlang gleitet. Um die für die Übertragung eines bestimmten Lastmomentes von dem Parksperrenrad 4 auf die Sperrklinke 6 erforderliche Übertragungskraft F₂ möglichst gering zu halten, ist der Berührungspunkt B₂ vorliegend auf den radial äußeren Rand der Zahnflanke 14 des Sperrzahns 11’ festgelegt. Außerhalb dieses Berührungspunktes B₂ ist die Zahnflanke 14 des Sperrzahns 11’ derart ausgebildet, dass dort kein Übertragungskontakt mit der zugeordneten Zahnflanke 10 des Klinkenzahns 8 erfolgt, was vorliegend durch eine konvexe Wölbung der Zahnflanke 14 der Sperrverzahnung 5 erreicht ist.
An der zu der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 weisenden Zahnflanke 10 des Klinkenzahns 8 ist der Berührungspunkt B₂ entsprechend der jeweiligen Schwenkposition der Sperrklinke 6 örtlich verschiebbar beziehungsweise variabel definiert. Außerdem sind die Zahnflanken 10, 14 der Sperrverzahnung 5 und des Klinkenzahns 8 radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet, dass die jeweilige Flächennormale 23 im Berührungspunkt B₂ durch einen Wälzpunkt C₂ verläuft, der auf der die Drehachsen 3, 7 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 verbindenden Verbindungsgeraden 18 liegt. Durch die entsprechende Neigung der zu der Drehachse 7 der Sperrklinke 6 weisenden Zahnflanke 10 des Klinkenzahns 8, die nun eine konkave Wölbung der Zahnflanke 10 bewirkt, ist sichergestellt, dass beim Ausschwenken der Sperrklinke 6 im Berührungspunkt B₂ immer dieselbe, also gleich große und gleich gerichtete Übertragungskraft F₂ in die Sperrklinke 6 übertragen wird. Aufgrund des dadurch gegebenen gleichen senkrechten Abstandes 24 der Übertragungskraft F₂ von der Drehachse 7 ist auch das auf die Sperrklinke 6 wirksame Lastmoment immer gleich groß. Damit dieses Lastmoment so gerichtet ist, dass es beim Auslegen der Parksperre 1 das Ausschwenken der Sperrklinke 6 unterstützt, liegt der Wälzpunkt C₂ für die Rückwärtsflanken 10, 14 des Klinkenzahns 8 und der Sperrverzahnung 5 nun zwischen den Drehachsen 3, 7 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 auf der Verbindungsgeraden 18.
In der Axialansicht der 4 und dem in 4a vergrößert dargestellten Bereich D der Parksperre gemäß 4 befindet sich die Sperrklinke 6 in einer Schwenkposition, in der die Rückwärtsflanke 10 des Klinkenzahns 8 im Berührungspunkt B₂ noch gerade Kontakt mit der Rückwärtsflanke 14 des betreffenden Sperrzahns 11’ des Parksperrenrades 4 hat. Auch in dieser Schwenkposition ist die Flächennormale 23 gleichgerichtet, so dass auch kurz vor dem Auslegen der Parksperre 1 das auf die Sperrklinke 6 wirksame Lastmoment noch gleich groß ist. Auch bei dem Wälzpunkt C₂ handelt es sich um einen fiktiven Wälzpunkt, an dem sich gedachte Wälzkreise 25, 26 des Parksperrenrades 4 und der Sperrklinke 6 tangieren.
In der Tabelle gemäß 5 sind verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von unterschiedlichen Konturen der Zahnflanken 9, 10, 13, 14 der Parksperre 1 angegeben. Gemäß der ersten Zeile der Tabelle sind die Vorwärtsflanken 9, 13 und die Rückwärtsflanken 10, 14 der Parksperre 1 jeweils gerade ausgebildet, was dem aktuellen Serienstand (Stand der Technik) entspricht.
In einer ersten Kombinationsvariante gemäß der zweiten Zeile der Tabelle ist die Vorwärtsflanke 9 (VF) der Sperrklinke 6 entsprechend der Erfindung konvex gewölbt. Die Rückwärtsflanke 10 (RF) der Sperrklinke 6 ist dagegen entsprechend dem Serienstand gerade ausgeführt. Außerdem sind beide Zahnflanken 13, 14 des Parksperrenrades 4 entsprechend dem Serienstand gerade ausgebildet.
In einer zweiten Kombinationsvariante gemäß der dritten Zeile der Tabelle ist die Vorwärtsflanke 9 (VF) der Sperrklinke 6 entsprechend der Erfindung konvex gewölbt. Die Rückwärtsflanke 10 (RF) der Sperrklinke 6 ist dagegen entsprechend dem Serienstand gerade ausgeführt. Die Vorwärtsflanke 13 (VF) des Parksperrenrades 4 ist entsprechend der Erfindung ebenfalls konvex gewölbt, wogegen die Rückwärtsflanke 14 (RF) des Parksperrenrades 4 entsprechend dem Serienstand gerade ausgeführt ist.
In einer dritten Kombinationsvariante gemäß der vierten Zeile der Tabelle ist die Vorwärtsflanke 9 (VF) der Sperrklinke 6 entsprechend der Erfindung konvex gewölbt und die Rückwärtsflanke 10 (RF) der Sperrklinke 6 gemäß der Erfindung konkav gewölbt. Die Vorwärtsflanke 13 (VF) des Parksperrenrades 4 ist nun entsprechend der Erfindung konkav gewölbt, wogegen die Rückwärtsflanke 14 (RF) des Parksperrenrades 4 gemäß der Erfindung konvex gewölbt ist.
In einer vierten Kombinationsvariante gemäß der vierten Zeile der Tabelle ist die Vorwärtsflanke 9 (VF) der Sperrklinke 6 entsprechend dem Serienstand gerade ausgeführt. Die Rückwärtsflanke 10 (RF) der Sperrklinke 6 ist dagegen entsprechend der Erfindung konkav gewölbt. Die Vorwärtsflanke 13 (VF) des Parksperrenrades 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem Serienstand gerade ausgeführt, wogegen die Rückwärtsflanke 14 (RF) des Parksperrenrades 4 gemäß der Erfindung konvex gewölbt ist.
Bezugszeichenliste

1: Parksperre
2: Ausgangswelle
3: Drehachse
4: Parksperrenrad
5: Sperrverzahnung
6: Sperrklinke
7: Drehachse
8: Klinkenzahn
9: Erste Zahnflanke des Klinkenzahns, Vorwärtsflanke
10: Zweite Zahnflanke des Klinkenzahns, Rückwärtsflanke
11: Sperrzahn
11’: Benachbarter Sperrzahn
12: Zahnlücke
13: Erste Zahnflanke der Sperrverzahnung, Vorwärtsflanke
14: Zweite Zahnflanke der Sperrverzahnung, Rückwärtsflanke
15: Drehpfeil
16: Rückseite
17: Flächennormale
18: Verbindungsgerade
19: Normaler Abstand
20: Radial innerer Wälzkreis
21: Radial äußerer Wälzkreis
22: Drehpfeil
23: Flächennormale
24: Normaler Abstand
25: Wälzkreis
26: Wälzkreis
A: Ausschnitt, Bereich
B: Ausschnitt, Bereich
B₁: Berührungspunkt zwischen Vorwärtsflanken
B₂: Berührungspunkt zwischen Rückwärtsflanken
C: Ausschnitt, Bereich
C₁: Wälzpunkt für Vorwärtsflanken
C₂: Wälzpunkt für Rückwärtsflanken
D: Ausschnitt, Bereich
F₁: Übertragungskraft bei Vorwärtsbelastung
F₂: Übertragungskraft bei Rückwärtsbelastung

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 102006042637 B4 [0005]
DE 102010042917 A1 [0006]
DE 102010053857 A1 [0007, 0009, 0009]

Claims

Parksperre eines Kraftfahrzeugs, mit einem drehfest auf der Ausgangswelle (2) eines automatisierten Getriebes angeordneten und mit einer außenliegenden Sperrverzahnung (5) versehenen Parksperrenrad (4), sowie mit einer tangential zu dem Parksperrenrad (4) angeordneten und um eine zu der Ausgangswelle (2) achsparallele Drehachse (7) schwenkbare Sperrklinke (6) mit einem zu der Sperrverzahnung (5) gerichteten Klinkenzahn (8), der zur Arretierung des Kraftfahrzeugs mittels eines Stellantriebs durch Verschwenken der Sperrklinke (6) in Richtung der Ausgangswelle (2) mit der Sperrverzahnung (5) des Parksperrenrades (4) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zahnflanken (13, 14) der Sperrverzahnung (5) jeweils ein geometrisch fester Berührungspunkt (B₁, B₂) vorgesehen ist, an dem beim Ausschwenken der Sperrklinke (6) unter Last die zugeordnete Zahnflanke (9, 10) des Klinkenzahns (8) entlang gleitet, und dass die Zahnflanken (9, 10, 13, 14) der Sperrverzahnung (5) sowie des Klinkenzahns (8) radial derart geneigt beziehungsweise gewölbt ausgebildet sind, dass die jeweilige Flächennormale (17, 23) im Berührungspunkt (B₁, B₂) durch einen Wälzpunkt (C₁, C₂) verläuft, der auf einer die Drehachsen (3, 7) des Parksperrenrades (4) und der Sperrklinke (6) verbindenden Verbindungsgeraden (18) liegt.
Parksperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Berührungspunkt (B₁, B₂) an den Zahnflanken (13, 14) der Sperrverzahnung (5) jeweils am radial äußeren Rand der Zahnflanken (13, 14) liegt.
Parksperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzpunkt (C₁) für die von der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) abgewandte Zahnflanke (Vorwärtsflanke, 9) des Klinkenzahns (8) und der mit dieser in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken, 13) der Sperrverzahnung (5) radial außerhalb der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) auf der Verbindungsgeraden (18) liegt.
Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzpunkt (C₂) für die der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) zugewandte Zahnflanke (Rückwärtsflanke, 10) des Klinkenzahns (8) und der mit dieser in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Rückwärtsflanken, 14) der Sperrverzahnung (5) radial zwischen den Drehachsen (3, 7) des Parksperrenrades (4) und der Sperrklinke (6) auf der Verbindungsgeraden (18) liegt.
Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontur der Zahnflanken (9, 10) des Klinkenzahns (8) jeweils durch ein Kreisbogensegment oder durch ein Evolventensegment angenähert ist.
Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontur der Zahnflanken (13, 14) der Sperrverzahnung (5) außerhalb des Berührungspunktes (B₁, B₂) derart ausgebildet ist, dass dort kein Übertragungskontakt mit der zugeordneten Zahnflanke (9, 10) des Klinkenzahns (8) erfolgt.
Parksperre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontur der mit der von der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) abgewandten Zahnflanke (Vorwärtsflanke, 9) des Klinkenzahns (8) in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken, 13) der Sperrverzahnung (5) außerhalb des Berührungspunktes (B₁) konvex gewölbt ist, oder mit der Neigung im Berührungspunkt (B₁) gerade verläuft, oder konkav gewölbt ist.
Parksperre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontur der mit der von der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) abgewandten Zahnflanke (Vorwärtsflanke, 9) des Klinkenzahns (8) in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Vorwärtsflanken, 13) der Sperrverzahnung (5) in einem Segment um den Berührungspunkt (B₁) mit der Neigung im Berührungspunkt (B₁) gerade verläuft und außerhalb des Segmentes konvex gewölbt ist, oder abgewinkelt gerade verläuft, oder konkav gewölbt ist.
Parksperre nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Kontur der mit der der Drehachse (7) der Sperrklinke (6) zugewandten Zahnflanke (Rückwärtsflanke, 10) des Klinkenzahns (8) in Kontakt bringbaren Zahnflanken (Rückwärtsflanken, 14) der Sperrverzahnung (5) außerhalb des Berührungspunktes (B₂) konvex gewölbt ist.
Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (9, 10, 13, 14) der Sperrverzahnung (5) und/oder des Klinkenzahns (8) zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern axial ballig ausgebildet sind.