-
Die Erfindung betrifft ein Sperrrad für eine Parksperreinrichtung zur Blockierung einer Rotationsbewegung in einem Abtrieb eines Kraftfahrzeuges, die Parksperreinrichtung selbst sowie eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Parksperreinrichtung.
-
Einrichtungen zur Sicherung der Position eines parkenden Fahrzeuges sind seit langem bekannt. Üblicherweise wurden dazu sogenannte Handbremsen eingesetzt, die mechanisch eine Bremswirkung auf Räder des Kraftfahrzeuges ausübt, um diese im Stillstand zu blockieren und derart das geparkte Fahrzeug in der Parkposition zu sichern.
Andere bekannte Parksperreinrichtungen wirken hingegen auf die Antriebsachse des Fahrzeugs zwecks Blockade der angetriebenen Räder. Die Blockadewirkung soll auch eintreten, wenn eine Trennkupplung zwischen Motor und Getriebe des Kraftfahrzeugs geöffnet ist und somit keine Motorbremse auf das Fahrzeug wirkt. Das bedeutet, dass beim Parken des Kraftfahrzeuges die Bremswirkung des Motors nicht genutzt werden kann, um ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs zu verhindern. Entsprechend wird üblicherweise vorgesehen, dass die Parksperreinrichtung auf die Abtriebsseite des Getriebes und somit auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges selbst wirkt, um die Rotationsbewegung von Rädern zu blockieren.
Aus der
WO 2001/09534 A1 ist ein Schaltgetriebe für ein Fahrzeug bekannt, welches eine Parksperreinrichtung zur Blockierung der Abtriebswelle aufweist. Die Parksperreinrichtung umfasst ein Zahnrad mit einer Außenverzahnung sowie eine schwenkbar angeordnete Sperrklinke, die dazu eingerichtet ist, in die Verzahnung des Zahnrades einzugreifen und dessen Rotation zu blockieren. Derart kann ein mit der Parksperreinrichtung ausgestattetes Fahrzeug in einer Parksituation gesichert werden.
Bei Parksperren mit Sperrklinken, die unter Federkraft auf eine Außenverzahnung eines Sperrrates gedrückt werden, fällt beziehungsweise drückt ein jeweiliges Sperrelement radial in Richtung Zentrum des Sperrrades, sodass es bei weiterer Drehung des Sperrrades gegen die durch die Drehung als nächste herangeführte Zahnflanke stößt. Dabei spielt jedoch die Umfangsgeschwindigkeit des Sperrrades eine wesentliche Rolle. Ist diese Umfangsgeschwindigkeit relativ gering und somit im Bereich einer sogenannten Sperrgeschwindigkeit, gelangt das Rastelement in die Verzahnung und sperrt die weitere Rotation des Sperrrades. Ist die Drehgeschwindigkeit jedoch relativ hoch, wie zum Beispiel im Bereich einer sogenannten Abweisungsgeschwindigkeit bzw. Abhubgeschwindigkeit, so erhält die Sperrklinke durch die Zähne der Verzahnung ständig Impulse in radialer Richtung, so dass das Rastelement der Sperrklinke nicht mehr in die Verzahnung eingreifen kann. Der Geschwindigkeit-Bereich zwischen der Sperrgeschwindigkeit und der Abweisungsgeschwindigkeit bzw. Abhubgeschwindigkeit ist eine sogenannte Toleranzzone, in der sowohl die eine Situation, also das Eingreifen des Rast Elements in die Außenverzahnung, als auch die andere Situation, also das Nicht-Eingreifen in die Verzahnung, vorliegen kann. Nachteilig daran ist allerdings, dass auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten des Sperrrades die Sperrklinke gegen Zahnflanken trifft und diese Impulse in dem mit der Parksperreinrichtung ausgestatteten Fahrzeug hörbar und gegebenenfalls auch spürbar sind. Des Weiteren führt diese impulsbehaftete Beanspruchung zu einem Verschleiß an der Verzahnung als auch an der Sperrklinke, der sich reduzierend auf die Lebensdauer des Systems auswirken kann bzw. auch die Zahngeometrie negativ beeinflussen kann.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sperrrad für eine Parksperreinrichtung sowie die Parksperreinrichtung selbst zur Verfügung zu stellen, die einen verschleißarmen Betrieb und demzufolge eine erhöhte Lebensdauer gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Sperrrad nach Anspruch 1 sowie durch die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Sperrrades sind in den Unteransprüchen 2-5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Parksperreinrichtung sind in den Unteransprüchen 7-9 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welche eine erfindungsgemäße Parksperreinrichtung aufweist.
-
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft ein Sperrrad für eine Parksperreinrichtung zur Blockierung einer Rotationsbewegung in einem Abtrieb eines Kraftfahrzeuges. Dieses Sperrrad umfasst eine Außenverzahnung mit mehreren sich radial erstreckenden Zähnen, wobei bei einem jeweiligen Zahn der Zahnkopf derart ausgestaltet ist, dass sich die Mitte des Zahnkopfes auf einem Kopfkreisdurchmesser befindet. Ein jeweiliger Zahn weist in Umfangsrichtung des Sperrrades zumindest an einer Seite einen Vorsprung auf, der auf einem Vorsprungs-Durchmesser angeordnet ist, der größer ist als der Kopfkreisdurchmesser, so dass eine an dem Sperrrad anliegende Sperrklinke bei Rotation des Sperrrades durch den Vorsprung nach radial außen beschleunigbar ist. Die Zähne der Außenverzahnung sind wie üblich sich nach radial außen erstreckend angeordnet. Ein jeweiliger Zahnkopf ist dabei der Bereich des Zahns, der durch Zahnflanken in Umfangsrichtung begrenzt ist und einen größeren Durchmesser aufweist als der Zahnfuß. Die Mitte eines jeweiligen Zahnkopfes ist der Bereich, der sich mittig zwischen den beiden den jeweiligen Zahnkopf begrenzenden Zahnflanken befindet. Zumindest dieser Bereich liegt auf dem Kopfkreisdurchmesser.
Je höher die Winkelgeschwindigkeit des Sperrrades ist, umso höher ist die Beschleunigung, die die an der Außenverzahnung anliegende Sperrklinke erfährt, sodass sie -in Abhängigkeit von der Trägheit bzw. des Massenträgheitsmoments der Sperrklinke - eine von dem Sperrrad wegweisende Trajektorie erhält und umso länger vom Kopfkreisdurchmesser abgehoben wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Zahnkopf beidseitig in Umfangsrichtung jeweils einen Vorsprung aufweist. Derart lässt sich eine Sperrwirkung unabhängig von der Drehrichtung des Sperrrades erzielen, so dass das Sperrrad bei einer Drehbewegung zur Realisierung einer Vorwärtsfahrt gesperrt werden kann als auch bei einer Drehbewegung zur Realisierung einer Rückwärtsfahrt.
-
Zur Erleichterung der radialen Bewegung einer an der Verzahnung anliegenden Sperrklinke sollte der Zahnkopf eine Rampe aufweisen, die die radial äußere Oberfläche des auf dem Kopfkreisdurchmesser befindlichen Bereiches des Zahnkopfes mit der radial äußeren Oberfläche des Vorsprunges verbindet. Damit soll ein möglichst sanfter Übergang zwischen der eigentlichen Oberfläche des Zahnkopfes auf den Vorsprung geschaffen werden, um eine Stoßbelastung des Vorsprunges durch die Sperrklinke zu vermeiden und um die Winkelbeschleunigung der am Zahnkopf anliegenden Sperrklinke zu erleichtern, nach dem Prinzip einer Sprungschanze.
-
Die Rampe kann insbesondere einen Anstieg von 5° bis 45°, insbesondere von 10° bis 30°, haben, wobei dieser Anstieg bezogen ist auf eine Tangente am Kopfkreisdurchmesser an dem Punkt des Überganges des Zahnkopfes in die Rampe, in dem der Zahnkopf noch auf dem Kopfkreisdurchmesser liegt.
-
Der Vorsprung weist in Umfangsrichtung eine Vorsprungs-Erstreckung VE auf. Eine an den Vorsprung in Umfangsrichtung anschließende Zahnlücke weist eine Lücken-Erstreckung LE auf, wobei die Vorsprungs-Erstreckung VE zur Lücken-Erstreckung LE in folgendem Verhältnis steht: VE/LE = 0,1 ... 0,3. Das bedeutet, dass die Erstreckung des Vorsprunges VE deutlich geringer ist als die Erstreckung der Lücke, so dass bei ausreichend geringer Rotationsgeschwindigkeit des Sperrrades das Eintauchen der Sperrklinke in die Zahnlücke gewährleistet ist.
-
Des Weiteren wird eine Parksperreinrichtung zur Blockierung einer Rotationsbewegung in einem Abtrieb eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt, die ein erfindungsgemäßes Sperrrad sowie eine beweglich angeordnete Sperrklinke zur Anlage an dem Sperrrad zwecks dessen Eingriff in die Verzahnung des Sperrrades bei ausreichend geringer Rotationsgeschwindigkeit aufweist.
-
Die Parksperreinrichtung ist dazu ausgestaltet, bei rollendem Fahrzeug aktiviert zu werden, sodass die Parksperreinrichtung einen Befehl „Schließen“ erhält.
-
Beim Eingriff der Sperrklinke in die Verzahnung des Sperrrades greift das Rastelement der Sperrklinke in eine Zahnlücke ein.
Vorzugsweise ist dabei die Sperrklinke rotierbar gelagert. Derart führt die Sperrklinke eine rotatorische Schwenkbewegung aus.
In weiterer Ausgestaltung kann die Parksperreinrichtung eine Federeinrichtung zur zumindest mittelbaren Beaufschlagung der Sperrklinke mit einer Kraft aufweisen, von der mindestens eine Komponente radial zum Sperrrad verläuft. Das heißt, dass die Federeinrichtung vorzugsweise derart auf die Sperrklinke wirkt, dass diese radial auf das Sperrrad und damit auf die Verzahnung drückt. In alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sperrklinke lediglich schwerkraftbedingt auf die Verzahnung drückt.
In weiterer günstiger Ausgestaltung der Parksperreinrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Abtriebswelle eines Getriebes aufweist, wobei das Sperrrad drehmomentfest mit der Abtriebswelle verbunden ist oder von dieser als integraler Bestandteil ausgebildet ist. In alternativer Ausgestaltung ist das Sperrrad mit einem Getriebeelement verbunden, welches drehmomentfest mit der Abtriebswelle verbindbar oder verbunden ist.
Ergänzend wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend ein Getriebe sowie eine erfindungsgemäße Parksperreinrichtung, wobei die Parksperreinrichtung mit einem Element des Getriebes drehmomentfest verbunden ist oder von diesem ausgebildet ist. Somit ist die Parksperreinrichtung mit einer Abtriebsseite der Antriebsanordnung gekoppelt, so dass bei Verriegelung des Sperrrades der Abtrieb blockiert ist und demzufolge die Parksperre aktiviert ist.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es zeigen
- 1: einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Parksperreinrichtung in einer ersten Situation,
- 2: einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Parksperreinrichtung in einer zweiten Situation,
- 3: einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Parksperreinrichtung in einer dritten Situation,
- 4: die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung mit abgehobener Sperrklinke,
- 5: die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung mit ausgerasteter Sperrklinke,
- 6: die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung mit eingerasteter Sperrklinke, und
- 7: die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung mit Darstellung unterschiedlicher Bewegungsbahnen der Sperrklinke in Abhängigkeit von den Rotationsgeschwindigkeiten.
-
Zunächst wird der allgemeine Aufbau der erfindungsgemäßen Parksperreinrichtung anhand 1 beschrieben.
Die Parksperreinrichtung umfasst ein Sperrrad 1, welches um eine hier nicht dargestellte Rotationsachse drehbar gelagert ist. Das Sperrrad 1 dreht sich in Rotationsrichtung 3 und somit in der hier dargestellten Drehrichtung entgegen des Uhrzeigersinns. In Umfangsrichtung 2 verteilt am Umfang des Sperrrades 1 ist eine Außenverzahnung 4 mit mehreren Zähnen 10 vorgesehen. Der Zahnkopf 11 eines jeweiligen Zahns 10 ist als Zylinderabschnitt ausbildet. Dabei befindet sich zumindest die Mitte des Zahnkopfes 12 auf dem Kopfkreisdurchmesser 13.
Der Zahnkopf 11 befindet sich somit im Wesentlichen auf einem Kopfkreisdurchmesser 13.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der Zahnkopf 11 in Umfangsrichtung 2 beidseitig angeordnete Vorsprünge 20 auf, wobei die Erfindung nicht auf die Anordnung von beidseitigen Vorsprüngen 20 eingeschränkt ist, sondern auch vorgesehen kann, lediglich an einer umfangsseitigen Begrenzung des Zahnkopfes 11 einen derartigen Vorsprung 20 anzuordnen. Der Vorsprung 20 erstreckt sich radial bis auf den Vorsprungs-Durchmesser 21, der größer ist als der Kopfkreisdurchmesser 13. Dadurch bildet ein jeweiliger Vorsprung 20 eine Rampe 30 aus. Von dem auf dem Kopfkreisdurchmesser befindlichen Bereich 14 erstreckt sich die Rampe 30 vom Punkt des Überganges 33 nach radial nach außen, sodass sie in Bezug zu einer Tangente 32, die am Punkt des Überganges 33 am Kreis des Kopfkreisdurchmessers 13 anliegt, einen Anstieg 31 aufweist.
Der Vorsprung 20 bildet somit durch seine Rampe 30 eine Art Sprungschanze für die radial außen drehbeweglich angeordnete Sperrklinke 50 bzw. deren an einem Schwenkhebel 52, der rotatorisch an einem Drehlager 51 gelagert ist, angeordnetes Rastelement 53 aus.
An einen jeweiligen Vorsprung 20 schließt sich in Umfangsrichtung 2 jeweils eine Zahnlücke 40 an, wobei der Übergang zwischen einem Vorsprung 20 und der Zahnlücke 40 durch eine im Wesentlichen radial verlaufende Zahnflanke 41 realisiert ist. Eine jeweilige Zahnlücke 41 ist sehr viel länger in Umfangsrichtung 2 als ein jeweiliger Vorsprung 20. Das bedeutet, dass die Vorsprungs-Erstreckung VE in Umfangsrichtung 2 sehr viel geringer ist als die Lücken-Erstreckung LE in Umfangsrichtung 2.
Die 2 und 3 zeigen dabei Situationen, in denen aufgrund der Relativ-Rotationsbewegung zwischen dem Sperrrad 1 und der Sperrklinke 50 das Sperrrad 1 unter der Sperrklinke 50 hindurch gedreht hat, so dass das Rastelement 53 der Sperrklinke 50 auf die Rampe 30 des Vorsprungs 20 bewegt wird. Dadurch erhält die Sperrklinke 50 eine in den 2 und 3 angedeutete radiale Beschleunigung 54 nach außen.
In Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Sperrrades 1 kommt es nun dazu, dass sich die Sperrklinke 50 relativ weit vom Sperrrad 1 entfernt und nicht in die dem jeweiligen Vorsprung 20 benachbarte Zahnlücke 40 eingreift, so wie es in den 4 und 5 dargestellt ist; oder es kommt dazu, dass die Sperrklinke bzw. deren Rastelement 53 in diese dem Vorsprung 20 benachbarte Lücke 40 eingreift, so wie es in 6 gezeigt ist.
In den 4 und 5 ist die Situation dargestellt, dass aufgrund relativ hoher Drehgeschwindigkeit des Sperrrades 1 und dadurch bedingter relativ großer radialer Beschleunigung 54 der Sperrklinke 50 diese so weit vom Sperrrad 1 abgehoben wird, dass sie bei weiterer Bewegung des Sperrrades 1 auf in Umfangsrichtung dem nächsten Vorsprung 20 zur Anlage kommt, so wie es in 5 dargestellt ist. Das bedeutet, dass bei ausreichend hoher Drehgeschwindigkeit des Sperrrades 1 durch die Rampe 30 des Vorsprungs 20 die Sperrklinke 50 derart weit vom Sperrrad 1 abgehoben wird, dass sie nicht in die Verzahnung bzw. in die Zahnlücken 40 der Verzahnung 4 eingreift.
In 6 ist die Situation dargestellt, in der das Sperrrad 1 eine verringerte Geschwindigkeit aufwies, so dass die Sperrklinke 50, zum Beispiel durch Beaufschlagung mit Schwerkraft oder der Kraft einer hier nicht dargestellten Federeinrichtung, wieder an das Sperrrad 1 herangeführt wurde, so dass das Rastelement 53 der Sperrklinke 50 in die Zahnlücke 40 eingreift und demzufolge eine weitere Rotationsbewegung des Sperrrades 1 blockiert.
In 7 ist die Parksperreinrichtung im Zusammenhang mit den bei den unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Sperrrades 1 auftretenden Flugflugbahnen dargestellt. Je geringer dabei die Drehgeschwindigkeit des Sperrrades 1 ist, umso steiler fällt die jeweilige Flugbahn der Sperrklinke bzw. dessen Rastelements 53 ab. Die erfindungsgemäße Parksperreinrichtung ist dazu ausgestaltet, bei einer Sperrgeschwindigkeit oder einer geringeren Geschwindigkeit als der Sperrgeschwindigkeit die Drehbewegung des Sperrrades 1 zu blockieren und demzufolge einen Fahrbetrieb zu sperren. Außerdem ist die Parksperreinrichtung dazu ausgestaltet, bei einer Abhubgeschwindigkeit oder einer größeren Geschwindigkeit als die Abhubgeschwindigkeit eine Sperrwirkung durch die Sperrklinke zu vermeiden und demzufolge einen weiteren Drehbetrieb zu ermöglichen. Die Sperrgeschwindigkeit ist dabei geringer als die Abhubgeschwindigkeit. In einem Geschwindigkeit-Bereich zwischen der Sperrgeschwindigkeit und der Abhubgeschwindigkeit soll die Parksperreinrichtung entweder ebenfalls den Eingriff der Sperrklinke in die Außenverzahnung verhindern, oder sicher den Eingriff gewährleisten, um an der Parksperreinrichtung auftretenden Verschleiß zu mindern.
7 stellt die Flugbahn 60 bei geringerer Geschwindigkeit als der Sperrgeschwindigkeit dar. Es ist ersichtlich, dass bei Realisierung dieser Flugbahn 60 die Sperrklinke 50 bzw. dessen Rastelement 53 in die Zahnlücke 40 eingreift. Dieselbe Situation tritt auf bei einer Rotationsgeschwindigkeit des Sperrrades 1 auf, welche zur Flugbahn bei Sperrgeschwindigkeit 61 führt. Auch hier landet das Rastelement 53 der Sperrklinke 50 in der Zahnlücke 40. Bei Realisierung einer DrehGeschwindigkeit des Sperrrades 1 zwischen der Sperrgeschwindigkeit und der Abhubgeschwindigkeit wird eine Flugbahn 62 bei mittlerer Geschwindigkeit realisiert. Wird vom Sperrrad 1 die Abhubgeschwindigkeit realisiert, kommt es zu einer entsprechenden Flugbahn 63, die bewirkt, dass die Sperrklinke 50 über die Zahnlücke 40 sowie über den in Umfangsrichtung 2 nächsten Vorsprung 20 angehoben wird, sodass dieser Vorsprung 20 unter der Sperrklinke 50 hinweg bewegt wird und die Sperrklinke 50 nicht in die Verzahnung eingreift. Dieselbe Situation tritt selbstverständlich dann auch auf, wenn das Sperrrad 1 eine höhere Drehgeschwindigkeit als die Abhubgeschwindigkeit ausführt, wobei die Flugbahn 64 in dieser Situation ausgeführt wird und die Sperrklinke 50 ebenfalls nicht in die Verzahnung eingreift.
Dementsprechend ist das System so ausgestaltet, dass es in Abhängigkeit der realisierten Drehgeschwindigkeit entweder zu einem sauberen Eingreifen der Sperrklinke in die Außenverzahnung 4 kommt, oder zu einem sauberen Abhub von der Außenverzahnung und demzufolge zu einem Nicht-Eingreifen in die Außenverzahnung 4.
Mit dem hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Sperrrad und der damit ausgestatteten Parksperreinrichtung wird somit eine Einrichtung zur Verfügung gestellt, die sicherstellt, dass in Abhängigkeit von der realisierten Drehgeschwindigkeit des Sperrrades sicher ein Eingreifen der Sperrklinke und demzufolge eine Sperrung der Drehung erfolgt oder aber sauber ein Eingreifen der Sperrklinke verhindert wird, sodass der Verschleiß am Sperrrad und der Sperrklinke sowie entsprechende Geräuschemissionen verringert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sperrrad
- 2
- Umfangsrichtung
- 3
- Rotationsrichtung
- 4
- Außenverzahnung
- 10
- Zahn
- 11
- Zahnkopf
- 12
- Mitte des Zahnkopfes
- 13
- Kopfkreisdurchmesser
- 14
- auf dem Kopfkreisdurchmesser befindlicher Bereich
- 20
- Vorsprung
- 21
- Vorsprungs-Durchmesser
- VE
- Vorsprungs-Erstreckung
- 30
- Rampe
- 31
- Anstieg
- 32
- Tangente
- 33
- Punkt des Überganges
- 40
- Zahnlücke
- 41
- Zahnflanke
- LE
- Lücken-Erstreckung
- 50
- Sperrklinke
- 51
- Drehlager
- 52
- Schwenkhebel
- 53
- Rastelement
- 54
- radiale Beschleunigung
- 60
- Flugbahn bei geringerer Geschwindigkeit als Sperrgeschwindigkeit
- 61
- Flugbahn bei Sperrgeschwindigkeit
- 62
- Flugbahn bei mittlerer Geschwindigkeit
- 63
- Flugbahn bei Abhubgeschwindigkeit
- 64
- Flugbahn bei größerer Geschwindigkeit als Abhubgeschwindigkeit
-
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
-
