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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperrenanordnung sowie ein Betätigungselement für eine Parksperrenanordnung. Mit einem Sperrkegel wird eine Sperrklinke einer Parksperrenanordnung eingelegt, sodass ein Parksperrenrad rotatorisch festgesetzt ist. Entsprechende Parksperrenanordnungen werden in Antriebssträngen von (Kraft-) Fahrzeugen verwendet, insbesondere wenn die Berücksichtigung von Wandler-Automatikgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder ein (ausschließlich) elektrischer Antrieb vorgesehen sind.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Parksperrenanordnungen bekannt, wie z.B. die
DE 10 2015 002 428 A1 ,
DE 10 2015 008 708 A1 ,
DE 10 2015 116 654 A1 oder die nachveröffentlichte
DE 20 2018 101 834 U1 . So offenbart
DE 10 2015 206 157 A1 beispielsweise eine Parksperrenanordnung mit Betätigungselement zum Betätigen einer Parksperrenklinke. Die Parksperrenklinke kann, je nach Betätigungszustand, ein Parksperrenrad sperren oder freigeben. Eine Antriebseinrichtung weist eine Kurvenkontur auf, mittels welcher eine Drehbewegung in eine Axialbewegung des Betätigungselements zum Sperren oder Freigeben des Parksperrenrads umwandelbar ist. Weiter verfügt die Parksperrenanordung über ein Antriebs-/Schneckenrad. Ebenfalls aus dem genannten Stand der Technik ist bekannt, einen Notaktor vorzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Parksperrenanordnung, insbesondere ein verbessertes Betätigungselement bereitzustellen. Vor allen Dingen soll die Zuverlässigkeit für einen Vorgang des Einlegens der Parksperre weiter gesteigert werden.
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Verallgemeinert findet eine Parksperrenanordnung, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Betätigungselement, in einem Antriebsstrang für ein (Kraft-) Fahrzeug Verwendung, wobei dieser wenigstens ein Antriebselement, eine Abtriebswelle, ein Steuergerät und eine Parksperrenanordnung umfasst. Bei dem Antriebselement handelt es sich um einen oder mehrere Motoren des Fahrzeugs. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Verbrennungsmotor (Diesel, CNG, Benzin, LPG) oder einen elektrischen Motor handeln. Es sind jedoch auch hybride Antriebsstränge umfasst, in denen jeweils ein Verbrennungsmotor und in Ergänzung dazu ein elektrischer Motor vorgesehen sind. Die Abtriebswelle kann entweder direkt eines oder mehrere Räder des Fahrzeugs, oder ein Verteilergetriebe antreiben. Durch die Parksperrenanordnung kann ein Rollen des Fahrzeugs verhindert werden, insbesondere durch das Festsetzen bzw. Verblocken einer Welle mittels der Parksperre.
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Eine Parksperre weist wenigstens eine Antriebsvorrichtung auf, welche eine Drehbewegung über einen Schneckentrieb auf ein Schneckenrad überträgt. Das Schneckenrad weist stirnseitig eine radial umlaufende Helix-Kontur auf. Ferner umfasst die Parksperrenanordnung einen Aktor mit einem Aktorstift und einer Aktorrolle, wobei die Aktorrolle auf der Helix-Kontur abgestützt ist bzw. auf dieser abrollt, wenn das Schneckenrad eine Rotationsbewegung vollzieht. Dies bewirkt eine axiale Bewegung des Schneckenrads, wobei hierdurch ein Sperrkegel gegen eine Sperrklinge ein- oder ausgerückt wird. Daraus resultiert ein Ein- oder Auslegen einer Sperrklinke in eine Verzahnung eines Parksperrenrads.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Betätigungselement für eine Parksperrenanordnung gemäß Patentanspruch 1, 2 und 3 sowie durch eine Parksperrenanordnung gemäß Patentanspruch 4, 5 und 6 gelöst. Dabei umfasst das Betätigungselement eine Hohlwelle und ein darin angeordnetes Verbindungselement auf. Das Verbindungselement ist an einem ersten Ende mit der Hohlwelle verbunden und an einem zweiten Ende ist ein federnd gelagerter Sperrkegel zum Einlegen einer Sperrklinke angeordnet. Das Verbindungselement kann als Stange oder stangenähnliches Element ausgeführt sein. Im Wesentlichen weist es vorteilhaft eine längliche Kontur auf.
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Der Sperrkegel ist dahingehend federnd gelagert, dass dieser gegen eine Spannfeder vorgespannt werden kann, wenn das Betätigungselement axial in Richtung des Sperrkegels bewegt wird und der Sperrkegel, beispielsweise aufgrund einer Zahn-auf-Zahn-Stellung von Sperrklinke und Parksperrenrad, nicht seine Endposition zum Einlegen der Parksperre einnehmen kann. Dementsprechend wird die Spannfeder vorgespannt und erst dann entlastet, wenn der Sperrkegel, nach dem Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung, seine Endposition zum Einlegen der Parksperre einnimmt. Hieraus ergibt sich auch, dass der Sperrkegel axial verschiebbar an oder auf dem Verbindungselement angeordnet ist.
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Die Verbindung zwischen Hohlwelle und Verbindungselement ist beweglich ausgeführt. Hierdurch wird wenigstens ein Freiheitsgrad bezüglich der Bewegungsfreiheit zwischen Verbindungselement und Hohlwelle gewährleistet. Insbesondere bezieht sich die Gewährleitung wenigstens eines Freiheitsgrades auf ein Schwenken oder Rotieren um einen Verbindungspunkt, somit eine gelenkige Verbindung. Translatorisch sind Hohlwelle und Verbindungselement derart miteinander verbunden, dass keine Relativbewegung zueinander möglich ist.
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Weiter weist das Verbindungselement an dem ersten Ende eine ösenförmige Kontur mit wenigstens einer Ausnehmung auf, wobei Fixiermittel durch die Ausnehmung hindurchragen und in dazu korrespondierende Aufnahmen eingreifen.
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Bei der Ausnehmung handelt es sich beispielsweise um eine durchgehende Bohrung. Alternativ ist auch denkbar, dass zwei gegenüberliegend angeordnete Sacklöcher vorgesehen werden, in welche Fixiermittel eingreifen. Als Fixiermittel können beispielsweise Stifte, Bolzen, Schrauben etc. verwendet werden. Die korrespondierenden Aufnahmen können in einfachster Ausgestaltung Ausnehmungen in Form von Vertiefungen in der Hohlwelle sein, auch das Vorsehen von Bohrungen ist möglich. Insbesondere können die Fixiermittel auch in die Auflagen eingeschraubt, geklemmt oder mittels geeigneter Hilfsmittel geklebt oder verschweißt werden. Besonders vorteilhaft wird durch die zuvor beschriebene bewegliche Verbindung ein Schwenken um eine längs durch das/die Fixiermittel verlaufende Schwenkachse ermöglicht. Dadurch kann der Sperrkegel beim Ein- und Auslegen der Parksperre Ausweichbewegungen vollziehen.
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Erfindungsgemäß weist die Ausnehmung an dem ersten Ende des Verbindungselements eine sanduhrförmige Kontur auf. Hierunter ist zu verstehen, dass die Ausnehmung eine sich jeweils von außen zum Mittelpunkt der Ausnehmung hin verjüngende Kontur aufweist. Durch diese Ausführung der Ausnehmung wird an einer Außenkante zwischen Fixiermittel und Verbindungselement ein Freiraum geschaffen, welcher sich nach innen verringert. Dieser Freiraum bewirkt, dass das Verbindungselement in Bezug auf die Hohlwelle nicht nur in der zuvor beschriebenen Weise um eine, durch das Fixiermittel verlaufende, Schwenkachse geschwenkt werden kann, sondern nun auch in einer dazu orthogonalen Ebene verschwenkt werden kann. Somit wird eine Beweglichkeit erzielt, welche, mit Ausnahme einer Rotation in dem Verbindungspunkt, der einer kugelgelenkigen Verbindung entspricht.
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In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist das Verbindungselement an seinem ersten Ende anstatt einer ösenförmigen Kontur auch eine kugelförmige Kontur auf. Dementsprechend ist in der Hohlwelle eine Aufnahme vorzusehen, welche eine dazu korrespondierende Kontur aufweist.
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Hierbei wird die zu der kugelförmigen Kontur korrespondierende Aufnahme durch zwei Halbschalen gebildet, wobei die Halbschalen innenliegend jeweils eine halbkugelförmige Ausnehmung bzw. Vertiefung aufweisen. Hierdurch wird, sobald die beiden Halbschalen zusammengeführt werden, ein kugelförmiger Hohlraum zur Aufnahme des ersten Endes des Verbindungselements geschaffen. Ferner weisen die beiden Halbschalen eine, beispielsweise zylinder- oder kegelförmige Ausnehmung auf der dem zweiten Ende des Verbindungselements zugewandten Seite auf, durch welches das Verbindungselement hindurch ragt.
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Ferner können die Halbschalen Ausnehmungen in Form von Bohrungen aufweisen, durch welche beispielsweise ein Schmiermittel zur Reibungsminderung zwischen Verbindungselement und Halbschalen zugeführt werden kann. Dabei kann das Schmiermittel durch eine Versorgungseinrichtung zugeführt werden. Alternativ können die Bohrungen mit einem Schmiermittel befüllt und anschließend durch geeignete Mittel (z.B. Blindstopfen, Schraube, Verschluss) verschlossen werden. Insbesondere können die Halbschalen durch seitliche Zugänge in die Hohlwelle eingebracht werden. Anschließend wird ein Fixiermittel in Form einer Hülse über ein, zu dem zweiten Ende des Verbindungselements benachbarten Ende der Hohlwelle, über die Hohlwelle gestülpt bzw. gepresst. Hierdurch werden die kugelförmige Kontur in der durch Halbschalen gebildeten Aufnahme und die Halbschalen in der Hohlwelle fixiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung können beispielsweise Fixiermittel durch die Ausnehmungen geführt werden, welche entweder die Halbschalen in der Hohlwelle, oder das Verbindungselement in dem Aufnahmemittel fixieren.
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Alternativ dazu kann auch durch Fixiermittel eine kugelförmige Aufnahme innerhalb der Hohlwelle angebracht werden, wobei das Verbindungselement an seinem ersten Ende eine dazu korrespondierende Kontur aufweist, welche die kugelförmige Aufnahme zumindest teilweise umschließt. Durch den so ausgeformten Gelenkkopf wird ein sogenanntes 3D-Gelenk bereitgestellt. Verbindungen zwischen Verbindungselement und Hohlwelle, welche über mehr als einen Freiheitsgrad in zuvor beschriebener Weise verfügen, können dabei vereinfacht als 3D-Gelenk bezeichnet werden. Diese werden insbesondere dann verwendet, wenn die Hohlwelle im Ein- und Auslegevorgang der Parksperre neben einer translatorischen Bewegung auch eine rotatorische Bewegung vollzieht. Die rotatorische Bewegung wird dabei durch das Schneckenrad hervorgerufen, welches je nach Ausführung drehfest mit der Hohlwelle verbunden sein kann. Soweit die Hohlwelle und insbesondere das Schneckenrad rotatorisch entkoppelt sind bzw. der rotatorische Freiheitsgrad der Hohlwelle gesperrt ist, kann auch ein sogenanntes 2D-Gelenk verwendet werden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann das Verbindungselement an dem ersten Ende eine gelenkige Verbindung zu der Hohlwelle aufweisen, wobei diese durch ein Kreuzgelenk gebildet wird. Ein Kreuzgelenk stellt dabei eine winkelbewegliche Verbindung zwischen dem Verbindungselement und der Hohlwelle dar.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Parksperrenanordnung mit einer ersten Ausführungsform des Betätigungselements;
- 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Betätigungselements;
- 3: eine schematische Darstellung der als Halbschalen ausgeführten Aufnahmemittel;
- 4: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Betätigungselements;
- 5: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Betätigungselements.
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1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Parksperrenanordnung 12, sowie in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform eines Betätigungselements 1. Das Betätigungselement 1 weist eine Hohlwelle 2 und ein darin angeordnetes Verbindungselement 3 auf. An einem ersten Ende 4 des Verbindungselements 3 verfügt dieses über eine ösenformige Kontur 9, während an einem zweiten Ende 5 ein Sperrkegel 6 angeordnet ist, welcher in Richtung des ersten Endes 4 gegen eine Spannfeder 8 abgestützt ist.
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Das Verbindungselement 3 weist an dem ersten Ende 4 im Bereich der ösenförmigen Kontur 9 eine Ausnehmung 10 in Form einer Durchgangsbohrung auf, durch welche ein Stift oder Bolzen als Fixiermittel 11 hindurchragt. Das oder die Fixiermittel 11 greift in der Hohlwelle 2 in hier nicht gezeigte Aufnahmen, wodurch Hohlwelle 2 und Verbindungselement 3 translatorisch gekoppelt sind, also translatorische Bewegungen 14 in gleicher Weise erfahren bzw. vollziehen. Durch diese Anordnung mit ösenförmiger Kontur 9 und Fixiermittel 11 in einer Ausnehmung 10 ist das Verbindungselement 3 beweglich, insbesondere schwenkbar in der Hohlwelle 2 angeordnet, wodurch dieses eine Ausgleichsbewegung 13 vollziehen kann. Die Ausgleichsbewegung 13 wird einerseits durch den Durchmesser der Hohlwelle 2, andererseits aber auch durch ein Führungselement 15 begrenzt. Durch das Führungselement 15 ist sichergestellt, dass der Sperrkegel 6 beim Einlegen der Parksperre korrekt gegen eine abgeschrägte Flanke einer Sperrklinke 7 geführt wird und diese in Richtung eines Parksperrenrads 18 drückt. Insbesondere weist das Führungselement 15 auf Höhe der Sperrklinke 7 eine Erhebung 16 auf, welche mit einer Rampe den Sperrkegel 6 gegen die abgeschrägte Flanke der Sperrklinke 7 führt. 1 zeigt die Parksperrenanordnung 12 in einem eingelegten Zustand der Parksperre. Dabei greift die Sperrklinke 7 in eine Verzahnung des Parksperrenrads 18 ein.
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Das Schneckenrad 19 und damit das Betätigungselement 1 bzw. die Hohlwelle 2 können gegen eine Rückstellfeder 17 vorgespannt werden, um die translatorische Bewegung 14 zu unterstützen.
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Durch einen nicht gezeigten Antrieb kann eine Drehbewegung auf eine Außenverzahnung eines Schneckenrads 19 übertragen, wodurch sich eine stirnseitig an dem Schneckenrad angebrachte, radial umlaufende Helix-Kontur 20 an einem nicht gezeigten Aktor abstützt. Durch die Steigung der Helix-Kontur 20 dazu führt, dass das Betätigungselement 1 eine translatorische Bewegung 14 erfährt. Das Schneckenrad 19 kann auch rotatorisch von der Hohlwelle 2 entkoppelt sein, wodurch diese ausschließlich die translatorische Bewegung 14 erfährt.
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2 zeigt in einer schematischen Schnitt-Darstellung eine zweite Ausführungsform des Betätigungselements 1. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 1 verfügt das Verbindungselement 3 hier über eine kugelförmige Kontur 21 an dem ersten Ende 4. Die kugelförmige Kontur 21 wird dabei von Aufnahmemitteln 22 umschlossen, wobei diese insbesondere als Halbschalen ausgeführt sind. Die Aufnahmemittel 22 sind mit der Hohlwelle 2 verbunden, sodass keine Relativbewegungen, bzw. lediglich ein geringes Spiel, zwischen Hohlwelle 2 und Aufnahmemitteln 22 möglich sind.
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Die kugelförmige Kontur 21 des Verbindungselements 3 und die dazu korrespondierenden Aufnahmemittel 22 bewirken, dass das Verbindungselement 3 nicht nur eine Ausgleichsbewegung 13 vollziehen kann, sondern nun auch eine Rotationsbewegung 23 um eine Längsachse 24 vollziehen oder eine Verdrehung gegen die Hohlwelle 2 ausgleichen kann. Es wird ein sogenanntes 3D-Gelenk gebildet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der als Halbschalen ausgeführten Aufnahmemittel 22, wie sie bei dem Betätigungselement 1 gemäß der Ausführungsform nach 2 verwendet werden. Die Halbschalen weisen innenliegend eine halbkugelförmige Vertiefung 25 auf, wobei mittig der Vertiefung 25 eine Ausnehmung 26 in Form einer Bohrung vorgesehen ist. An einer Stirnseite verfügen die Halbschalen über eine bogenförmige Ausnehmung 27, wobei hier später das Verbindungselement 3 unterhalb der kugelförmigen Kontur 21 durchgeführt wird. Die beiden Halbschalen bilden ein Aufnahmemittel 22, wenn diese, wie durch den Pfeil 28 angedeutet, übereinander gelegt werden. Durch die Ausnehmungen 26 kann beispielsweise ein Schmiermittel zugeführt werden, um einen Verschleiß zwischen Verbindungselement 3 und Halbschalen zu reduzieren.
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Sobald die beiden Halbschalen übereinander gelegt wurden, bildet sich innenliegend durch die halbkugelförmigen Vertiefungen 25 ein Hohlraum aus, welcher die kugelförmige Kontur 21 des Verbindungselements 3 aufnehmen kann.
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4 offenbart eine dritte Ausführungsform des Betätigungselements 1. Dabei ist das Verbindungselement 3 durch ein Kreuzgelenk 29 mit einem Hilfselement 30 gelenkig verbunden, wobei das Hilfselement 30 fest mit der Hohlwelle 2 verbunden ist. Somit sind Hohlwelle 2 und Verbindungselement 3 durch das Kreuzgelenk 29 und das Hilfselement 30 gelenkig miteinander verbunden.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Betätigungselements 1, wobei dieses einige Merkmale der Ausführungsformen nach den 1 und 2 kombiniert. So weist das Verbindungselement 3 an seinem ersten Ende 4 eine kugelförmige Kontur 21 auf. Allerdings sind keine Aufnahmemittel 22 vorgesehen. Vielmehr ist in der kugelförmigen Kontur 21 des Verbindungselements 3 vorliegend eine Ausnehmung 10 vorgesehen, durch welche ein Fixiermittel 11 ragt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach 1 verfügt die Ausnehmung 10 hier nicht über eine zylindrische Kontur (Bohrung), sondern weist eine sanduhrförmige Kontur auf. Dies bedeutet, dass sich die Ausnehmung 10 nach innen verjüngt und nach außen weitet. Hierdurch wird ein nach außen größer werdender Freiraum geschaffen, wodurch Pendeln des Verbindungselements 3 um die Längsachse 24 - also eine Ausgleichsbewegung 13 - ermöglicht wird. Gleichzeitig ist ein Pendeln oder Schwenken um eine Längsachse 31 des Fixiermittels 11 realisierbar, wodurch die Bewegungsfreiheit des Verbindungselements 3 in Form einer weiteren Ausgleichsbewegung 32 resultiert. Die Längsachsen 24, 31 sind zueinander vorliegend orthogonal angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungselement
- 2
- Hohlwelle
- 3
- Verbindungselement
- 4
- Erstes Ende
- 5
- Zweites Ende
- 6
- Sperrkegel
- 7
- Sperrklinke
- 8
- Spannfeder (Sperrkegel)
- 9
- Ösenförmige Kontur
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Fixiermittel
- 12
- Parksperrenanordnung
- 13
- Ausgleichsbewegung
- 14
- Translatorische Bewegung
- 15
- Führungselement
- 16
- Erhebung
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Parksperrenrad
- 19
- Schneckenrad
- 20
- Helix-Kontur
- 21
- Kugelförmige Kontur
- 22
- Aufnahmemittel
- 23
- Rotationsbewegung
- 24
- Längsachse
- 25
- Halbkugelförmige Vertiefung
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Bogenförmige Ausnehmung
- 28
- Pfeil
- 29
- Kreuzgelenk
- 30
- Hilfselement
- 31
- Längsachse
- 32
- Ausgleichsbewegung
