-
Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Parksperrenvorrichtungen sind dazu vorgesehen, bei Betätigung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs eine jeweilige mit dem Parksperrenrad wirkverbundene Antriebswelle oder Abtriebswelle des Kraftfahrzeugs gegen Rotation zu blockieren und somit ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern.
-
Beispielsweise offenbart die
DE 10 2015 008 708 A1 eine Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Sperrelement umfasst, das dazu vorgesehen ist, zur formschlüssigen Arretierung eines Antriebsstrangs in ein Parksperrenrad formschlüssig einzugreifen. Ferner ist ein entlang einer Betätigungsrichtung axial verschiebbaren Betätigungskonus vorgesehen, der zur Betätigung des Sperrelements zumindest eine Betätigungsschräge aufweist, wobei ein zumindest im Wesentlichen parallel zur Betätigungsrichtung wirkender Aktor den Betätigungskonus betätigt. Die zumindest eine Betätigungsschräge ist dabei dem Aktor zugewandt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Parksperrenvorrichtung mit einem vereinfachten und Bauteile einsparenden Aufbau zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
-
Eine erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Welle und eine Kegelhülse, wobei die Welle eine kegelförmige Außenmantelfläche und die Kegelhülse eine damit korrespondierende kegelförmige Innenmantelfläche aufweist, wobei die Welle gegenüber der Kegelhülse, oder umgekehrt, von einer Betriebsstellung in eine Sperrstellung axial verlagerbar ist, und wobei die Außenmantelfläche der Welle in der Sperrstellung an der Innenmantelfläche der Kegelhülse zur Anlage kommt, um eine Rotation der ersten Welle zu verhindern. Die Kegelhülse weist eine zentrische Öffnung auf, durch welche die Welle hindurchgeführt ist, wobei die Innenmantelfläche der Kegelhülse als entsprechendes Negativ zur Außenmantelfläche der Welle ausgebildet ist. Die Kegelhülse und die Welle sind somit im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet, wobei entweder die Kegelhülse relativ zur Welle oder die Welle relativ zur Kegelhülse verlagerbar ist.
-
Das axiale zur Anlage kommen der Welle an der Kegelhülse, oder umgekehrt, bewirkt eine Selbsthemmung oder ein Klemmen der Parksperrenvorrichtung, wobei infolge der Selbsthemmung eine Haftreibung zwischen der Innenmantelfläche der Kegelhülse und der Außenmantelfläche der Welle erzeugt wird, die eine Rotation der Welle um eine Rotationsachse verhindert. Die axiale Verschiebung der Kegelhülse bzw. der Welle erfolgt durch eine externe, separat eingeleitete Kraft, beispielsweise durch einen elektrischen Linearmotor, oder durch pneumatische oder hydraulische Betätigung.
-
Die Welle kann sowohl als Antriebswelle eines Antriebsstrangs als auch als Abtriebswelle eines Abtriebsstrangs vorgesehen sein. Bei einem Kraftfahrzeug können mehrere Antriebswellen oder mehrere Abtriebswellen vorgesehen sein, wobei einzelne oder alle Antriebs- und/oder Abtriebswellen mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung ausgestattet sind.
-
Wird die Parksperrenvorrichtung an einer jeweiligen Abtriebswelle angeordnet, das heißt, ist die Welle zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle verbunden, ist vorteilhafterweise eine spielfreie Positionierung in der Parksperre möglich. Anders gesagt bewegt sich das Kraftfahrzeug bei Betätigung der Parksperrenvorrichtung und somit beim Vorliegen des Kraftfahrzeugs in der Parkstellung nicht mehr. Dies kann beispielsweise beim Parken von Kraftfahrzeugen auf Schiffen oder Zügen von Vorteil sein. Demgegenüber würde die Anordnung der Parksperrenvorrichtung an einer jeweiligen Antriebswelle den Vorteil haben, dass lediglich ein vergleichsweise geringes Moment durch die Parksperrenvorrichtung zu hemmen bzw. aufzunehmen ist.
-
Die Betriebsstellung der Parksperrenvorrichtung liegt vor, wenn die Welle und die Kegelhülse nicht aneinander zur Anlage kommen. Mithin wird die Welle oder die Kegelhülse in der Betriebsstellung nicht betätigt und die Parksperrenvorrichtung ist folglich inaktiv. Das Kraftfahrzeug kann somit in einem normalen Fahrbetrieb betrieben werden.
-
Die Sperrstellung der Parksperrenvorrichtung liegt hingegen vor, wenn entweder die Welle in Richtung der Kegelhülse oder die Kegelhülse in Richtung der Welle verlagert wird und die Welle und die Kegelhülse derart aneinander zur Anlage kommen bzw. aneinandergedrückt werden, dass ein Klemmeffekt erzeugt und eine Rotation der Welle verhindert werden. Mithin kommt es zur Aktivierung der Parksperrenvorrichtung, sodass ein ungewolltes Wegrollen des Kraftfahrzeugs verhindert wird.
-
Vorzugsweise ist die Welle im Bereich der kegelförmigen Außenmantelfläche als Morsekegel oder als Steilkegel ausgeformt. Mit anderen Worten ist die Welle als Kegeldorn ausgebildet. Der Morsekegel oder der Steilkegel können separate Bauteile sein, die dreh- und axialfest mit der Welle verbunden sind. Alternativ kann die Welle und der Morsekegel oder der Steilkegel auch einteilig, das heißt aus einem Stück gefertigt sein.
-
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die axiale Verlagerung der Welle gegenüber der Kegelhülse von der Betriebsstellung in die Sperrstellung mittels eines zur Welle radial verlagerbaren Schiebers, wobei der Schieber bei einer radialen Bewegung mit einer Betätigungsrampe entlang einer komplementären Gegenkontur an der Welle abgleitet. In diesem Fall ist die Welle axial verschiebbar und die Kegelhülse ist starr bzw. gehäusefest, anders gesagt axial- und drehfest. Die Kegelhülse kann in diesem Fall beispielsweise als Gehäuseelement eines Getriebes oder als Teil eines Gehäuseelements ausgebildet sein. Ferner kann die Kegelhülse auch als separates Bauteil fest mit einem Gehäuseelement verbunden sein.
-
Zur Einleitung der Axialbewegung der Welle wird der Schieber von einer Ausgangslage radial nach innen, das heißt in Richtung der Welle in eine Endlage verlagert, um die Bewegung der Welle von der Betriebsstellung in die Sperrstellung einzuleiten bzw. durchzuführen. Mit anderen Worten wird eine radiale Bewegung des Schiebers in eine axiale Bewegung der Welle umgewandelt, indem der Schieber mit dessen Betätigungsrampe an der rampenförmigen Gegenkontur der Welle abgleitet. Die Gegenkontur kann dabei beispielsweise in einer Nut der Welle ausgeformt sein.
-
Der Schieber erfüllt insbesondere eine Doppelfunktion. Zum einen leitet er die Axialbewegung der Welle in Richtung der Kegelhülse ein. Zum anderen bewirkt der Schieber eine Axialsicherung der Welle relativ zur Kegelhülse in der Sperrstellung. Dies verbessert die Sicherheit des Kraftfahrzeugs, da ein ungewolltes Lösen der Parksperrenvorrichtung unterbunden wird.
-
Vorzugsweise umfasst die Parksperrenvorrichtung eine Arretiereinrichtung mit zumindest einer in Richtung zur Welle vorgespannten Kugel, die zumindest in der Betriebsstellung der Parksperrenvorrichtung zumindest teilweise in einer Nut der ersten Welle zur Anlage kommt. Die Arretiereinrichtung ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, die Welle bis zu einer Kraft- und Weggrenze in der Betriebsstellung zu halten und die Welle während der Rotation in Umfangrichtung zu führen, wobei die jeweilige Kugel der Arretiereinrichtung bis zum Erreichen der Kraft- und Weggrenze in der Nut gehalten wird.
-
Bevorzugt ist die jeweilige Kugel zumindest teilweise an einem innerhalb eines Hülsenelements geführten Führungselements aufgenommen und beliebig drehbar gelagert. Die jeweilige Kugel ist dabei insbesondere derart am Führungselement gelagert, dass in der Betriebsstellung der Parksperrenvorrichtung eine Rotation der Welle ungehindert bzw. uneingeschränkt möglich ist. Dazu sind im oder am Führungselement eine Vielzahl von Wälzkörpern angeordnet, die die jeweilige Kugel in jede Richtung beliebig drehbar lagert. Vorzugsweise ermöglichen die Wälzkörper die Rotation der jeweiligen Kugel um eine Drehachse, die parallel zur Rotationsachse der Welle ausgerichtet ist.
-
Das Führungselement ist ferner bevorzugt mittels eines Federelements in Richtung der Welle axial vorgespannt, wobei sich das Federelement dabei beispielsweise axial am Hülsenelement abstützt. Wird die Welle durch den Schieber von der Betriebsstellung in die Sperrstellung verlagert, spannt das Federelement axial vor, in dem das Führungselement zusammen mit der jeweiligen Kugel in Abhängigkeit der spezifischen Ausgestaltung der Nut sowie der axialen Position der Welle radial von der Welle weg nach außen gedrückt werden.
-
Bei Beendigung der Parkstellung, das heißt wenn die reibschlüssige Verbindung zwischen der Welle und der Kegelhülse gelöst werden soll, wird der Schieber radial in die entgegengesetzte Richtung nach außen geführt und die Rückstellkraft des Federelements wird dazu genutzt, die axiale Bewegung der Welle zurück in die Betriebsstellung einzuleiten. Durch die Rückstellkraft des Federelements wird die jeweilige Kugel zurück in dessen ursprüngliche Position bzw. Ausgangsposition in der Nut der Welle zurückgeführt, in der die Rotation der Welle im Wesentlichen uneingeschränkt bzw. ungehindert möglich ist. Dabei entspannt das Federelement der Arretiereinrichtung und drückt das Führungselement sowie die jeweilige Kugel in Richtung der Welle, sodass in Abhängigkeit der entsprechenden Ausgestaltung der Nut eine Rückstellung der jeweiligen Kugel in die Ausgangslage innerhalb der Nut begünstigt wird und dabei die axiale Bewegung der Welle geführt wird.
-
Vorzugsweise ist der Schieber parallel zur Bewegungsrichtung der Welle verlagerbar. Diese Bewegung des Schiebers kann insbesondere dann genutzt werden, wenn das Federelement kleiner und somit platzsparend dimensioniert wird. Der Schieber unterstützt dabei die Rückführung der Welle von der Sperrstellung zur Betriebsstellung. Dabei kommt der Schieber vorzugsweise an einer der Gegenkontur axial gegenüberliegenden Stirnfläche der Welle zur Anlage.
-
Bevorzugt ist der Schieber U-förmig ausgebildet. Anders gesagt ist der Schieber gabelförmig mit einem ersten und zweiten Arm ausgebildet, wobei die Arme des Schiebers die Welle während der radialen Verlagerung des Schiebers in Richtung der Welle im Bereich der Gegenkontur zumindest abschnittsweise umgreifen, sodass eine optimale Krafteinleitung in die Welle realisiert wird.
-
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Kegelhülse zumindest mittelbar mit einem Gewindetrieb wirkverbunden, wobei die Kegelhülse durch Betätigung des Gewindetriebs in eine axiale Verlagerung gegenüber der Welle versetzbar ist. In diesem Fall ist die Welle starr und somit zumindest in axialer Richtung nicht beweglich, wobei die Kegelhülse demgegenüber axial beweglich ist. Der Gewindetrieb kann beispielsweise ein Kugelgewindetrieb oder als Trapezgewindetrieb ausgebildet sein. Auch weitere alternative Möglichkeiten zur axialen Verlagerung der Kegelhülse relativ zur Welle sind denkbar, so zum Beispiel eine pneumatische oder hydraulische Betätigung oder eine Betätigung mittels eines elektrischen Linearmotors.
-
Am Beispiel eines Kugelgewindetriebs kann die Kegelhülse als Gewindemutter ausgebildet sein, oder zumindest mittelbar mit der Gewindemutter des Kugelgewindetriebs verbunden sein, wobei die Gewindemutter durch Rotation einer Gewindespindel in eine axiale Verlagerung versetzbar ist. Alternativ kann die Kegelhülse auch die Gewindespindel sein, oder zumindest mittelbar mit der Gewindemutter des Kugelgewindetriebs verbunden sein, wobei die Gewindespindel in diesem Fall als Hohlwelle ausgeführt ist und die Welle die Hohlwelle durchdringt. In diesem Fall wird die Gewindespindel durch eine Rotation der Gewindemutter in eine longitudinale Bewegung versetzt.
-
Vorzugsweise ist die Kegelhülse zumindest teilweise von einem Aufnahmeelement umgeben oder darin aufgenommen, wobei das Aufnahmeelement aus einem ersten Werkstoff ausgebildet ist. Die Kegelhülse ist aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet, wobei der erste Werkstoff elastischer ist als der zweite Werkstoff ist. Dadurch können Fluchtungsfehler ausgeglichen werden, sodass eine selbsttätige Zentrierung der Kegelhülse zur Welle erfolgt.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform.
-
Gemäß den 1 und 2 umfasst eine Parksperrenvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine Welle 1 sowie eine Kegelhülse 2. Die Kegelhülse 2 weist eine zur Welle 1 konzentrische Öffnung 17 auf, durch die die Welle 1 hineingeführt ist. Die Welle 1 weist eine kegelförmige Außenmantelfläche 3 auf und die Kegelhülse 2 weist eine damit korrespondierende kegelförmige Innenmantelfläche 4 auf. Die Kegelhülse 2 bildet mit dessen Innenmantelfläche 4 somit die Negativform zur Außenmantelfläche 3 der Welle 1.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform nach 1 ist die Welle 1, die vorliegend als Morsekegel ausgebildet ist, gegenüber der Kegelhülse 2 von einer Betriebsstellung in eine Sperrstellung axial verlagerbar. Mithin ist die Welle 1 axial beweglich. Die Kegelhülse 2 ist ortsfest, beispielsweise an einem Gehäuse axial- und drehfest angeordnet. Vorliegend ist die Parksperrenvorrichtung während einer Verlagerung der Welle 1 in Richtung der Kegelhülse 2, das heißt in eine erste Bewegungsrichtung 14a von der Betriebsstellung in die Sperrstellung dargestellt.
-
Die axiale Verlagerung der Welle 1 gegenüber der Kegelhülse 2 von der Betriebsstellung in die Sperrstellung wird mittels eines zur Welle 1 radial verlagerbaren Schiebers 5 eingeleitet und durchgeführt, wobei der Schieber 5 in eine radial verlaufende erste Bewegungsrichtung 16a verlagert wird und mit dessen Betätigungsrampe 6 entlang einer komplementären Gegenkontur 7 an der Welle 1 abgleitet. Dieses Abgleiten bewirkt eine axiale Bewegung der Welle 1. Anders gesagt wird die radiale Bewegung des Schiebers 5 in dessen erster Bewegungsrichtung 16a in eine axiale Bewegung der Welle 1 in dessen erste Bewegungsrichtung 14a umgewandelt. Der Schieber 5 kann U-förmig ausgebildet sein, um eine radiale Krafteinleitung auf die Welle 1 zu optimieren.
-
Ferner ist in der Parksperrenvorrichtung eine Arretiereinrichtung 8 vorgesehen, die ein Hülsenelement 11, ein darin längsgelagertes und axial geführtes Führungselement 12 sowie eine an einem der Welle 1 zugewandten Ende des Führungselement 12 angeordnete Kugel 9 umfasst. Das Führungselement 12 ist axial verschieblich im Hülsenelement 11 angeordnet und mittels eines Federelements 13 in Richtung der Welle 1 axial vorgespannt. Die Kugel 9 kommt somit aufgrund der Vorspannung in einer umlaufenden Nut 10 der Welle 1 zur Anlage, wobei die Nut 10 insbesondere in der Betriebsstellung der Parksperrenvorrichtung dazu dient, dass die Kugel 9 einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs freigibt und eine Rotation der Welle 1 während des Normalbetriebs uneingeschränkt ermöglicht. Dazu ist die Kugel 9 durch eine Wälzkörperlagerung, die zwischen der Kugel 9 und dem Führungselement 12 angeordnet ist, beliebig drehbar gelagert.
-
Der radiale Weg, den der Schieber 5 von der Ausgangsposition in dessen erster Bewegungsrichtung 16a bis zum Endposition radial verlagert, bestimmt den axialen Weg, den die Welle 1 bei dessen Betätigung von der Betriebsstellung in die Sperrstellung bewegt wird, wobei die Welle 1 mit dessen Außenmantelfläche 3 in der Sperrstellung an der Innenmantelfläche 4 der Kegelhülse 2 zur Anlage kommt, sodass es zu einer Haftreibung zwischen der Innenmantelfläche 4 der Kegelhülse 2 und der Außenmantelfläche 3 der Welle 1 kommt, die eine Rotation der Welle 1 verhindert und somit die Parkstellung des Kraftfahrzeugs aktiviert. Der Schieber 5 dient ferner als Axialsicherung der reibschlüssigen Verbindung zwischen Welle 1 und Kegelhülse 2 und erfüllt somit eine Doppelfunktion.
-
Zum Lösen der Parkstellung wird der Schieber 5 radial nach außen, das heißt in eine zweite Bewegungsrichtung 16b verlagert, sodass die Verbindung zwischen der Betätigungsfläche 6 des Schiebers 5 sowie der Gegenkontur 7 der Welle 1 gelöst wird. Infolgedessen wird die Rückstellkraft des axial vorgespannten Federelements 13 genutzt, um eine Rückstellung der Welle 1 von der Sperrstellung in die Betriebsstellung einzuleiten und durchzuführen. Dabei verlagert das Führungselement 12 mit der Kugel 9 axial in Richtung der Welle 1, wobei die Kugel 9 in diejenige Position der Nut 10 befördert wird, in der die kleinstmögliche Federspannung im Federelement 13 herrscht. Dies ist vorliegend der radial tiefste Punkt der Nut 10. Dieser Entspannungsvorgang des Federelements 13 initiiert in Abhängigkeit dessen Federkraft eine Verlagerung der Welle 1 in eine zweite Bewegungsrichtung 14b bis zur Betriebsstellung. Zur Unterstützung dieses Verlagerungsvorgangs kann der Schieber 5 parallel zur Bewegungsrichtung der Welle 1 in dessen zweiter Bewegungsrichtung 14b verlagert werden, nämlich in eine dritte Bewegungsrichtung 16c, wobei der Schieber 5 dazu an einer Stirnfläche 18 der Welle 1 zur Anlage kommt und die Welle 1 zusätzlich in die zweite Bewegungsrichtung 14b der Welle 1 drückt. Dadurch kann das Federelement 13 schlanker ausgestaltet werden.
-
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Kegelhülse 2 mittelbar mit einem - hier nicht gezeigten - Kugelgewindetrieb wirkverbunden. Bei Betätigung des Kugelgewindetriebs wird die Kegelhülse 2 in eine axiale Verlagerung gegenüber der Welle 1 versetzt. Anders gesagt ist die Welle 1 in diesem Ausführungsbeispiel axialfest angeordnet, wobei die Kegelhülse 2 zur Einleitung der Parkstellung von der Betriebsstellung in eine erste Bewegungsrichtung 15a in die Sperrstellung verlagert wird. In der Sperrstellung kommt die Kegelhülse 2 analog zum ersten Ausführungsbeispiel nach 1 mit dessen Innenmantelfläche 4 an der Außenmantelfläche 3 der Welle 1 zur Anlage, um eine Rotation der Welle 1 zu verhindern und damit die Parksperrenvorrichtung bzw. eine Parkstellung des Kraftfahrzeugs zu aktivieren. Bei einer gegenläufigen Betätigung des Kugelgewindetriebs wird die Kegelhülse 2 in eine zweite Betätigungsrichtung 15b versetzt, sodass die Rotationshemmung der Welle 1 beendet wird und die Rotation der Welle 1 zur Fortführung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erneut freigegeben ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Welle
- 2
- Kegelhülse
- 3
- Außenmantelfläche
- 4
- Innenmantelfläche
- 5
- Schieber
- 6
- Betätigungsrampe
- 7
- Gegenkontur
- 8
- Arretiereinrichtung
- 9
- Kugel
- 10
- Nut
- 11
- Hülsenelement
- 12
- Führungselement
- 13
- Federelement
- 14a, 14b
- Bewegungsrichtung der Welle
- 15a, 15b
- Bewegungsrichtung der Kegelhülse
- 16a, 16b, 16c
- Bewegungsrichtung des Schiebers
- 17
- Öffnung
- 18
- Stirnfläche
-
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 102015008708 A1 [0002]
