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Die Erfindung betrifft eine Parksperre in einer stromlos-gesperrten Konfiguration zum Integrieren in ein Fahrzeuggetriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Sperrklinke mit einem Sperrnocken, wobei der Sperrnocken in eine Zahnlücke eines Parksperrenrads derart einbringbar ist, dass der Sperrnocken aus der Zahnlücke soweit heraushebbar ist, dass eine Drehbewegung des zugeordneten Parksperrenrads freigegeben ist;
- - einen Parkmechanismus, welcher sich ohne äußere Betätigung in einer Sperrstellung befindet; und
- - eine Querkraftabstützfläche für den Parkmechanismus zum Aufnehmen von in den Parkmechanismus eingeleiteten Querkräften,
wobei der Parkmechanismus aktiv in eine Offenstellung überführbar ist und in der Offenstellung der Sperrnocken aus einer Zahnlücke herausführbar ist. Die Parksperre ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Parkmechanismus eine Haltefläche und die Querkraftabstützfläche eine korrespondierende Gegenfläche aufweist, welche in der Offenstellung den Parkmechanismus haftreibend aneinanderliegen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Parksperrenvorrichtung mit einer solchen Parksperre zum Unterbinden eines Wegrollens eines stehenden Kraftfahrzeugs, ein Fahrzeuggetriebe mit einer solchen Parksperrenvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrzeuggetriebe.
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Aus dem Stand der Technik sind Parksperrenvorrichtungen mit einer Parksperre bekannt, welche sicherstellen sollen, dass ein geparktes, also in der Regel verlassenes, Kraftfahrzeug nicht wegrollen kann. Beispielsweise wirkt die Parksperre der Parksperrenvorrichtung formschlüssig, indem ein Sperrnocken in eine Zahnlücke eines Parksperrenrads eingreift. Diese Stellung des Sperrnockens wird als Eingriffstellung bezeichnet. Ist das Parksperrenrad frei rotierbar, so wird dies als Freistellung bezeichnet. Eine solche Sperrung für Kraftfahrzeuge mit Automatikgetriebe oder mit elektrifiziertem Sperrenantrieb, beispielsweise bei Hybrid-Fahrzeugen, ist gesetzlich vorgeschrieben. Beispielsweise ist eine solche Parksperrenvorrichtung aus der
DE 10 2017 102 804 A1 bekannt.
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Angesichts der Vielzahl an Komponenten in einem Kraftfahrzeug, ist es erforderlich, eine hohe Kompaktheit der Komponenten zu erreichen. Daher ist es angestrebt, einen Parksperre in ein Fahrzeuggetriebe zu integrieren, wobei möglichst wenig, bevorzugt bereits vorhandener, Bauraum genutzt werden soll. Kundenseitig, beispielsweise von den OEM [engl.: Original Equipment Manufacturer; wird im Fahrzeugbau als ein Hersteller der konsumentenbekannten Automarken verstanden], wird häufig eine Parksperrenvorrichtung verlangt, bei welcher bei einem Systemausfall, beispielsweise bei einem Stromausfall, die Sperrstellung vorliegt, also die Sperrstellung die normale Stellung ist. Dies wird als normal-gesperrte oder stromlos gesperrte Konfiguration der Parksperre bezeichnet. Die Sperrstellung ist also als Rückfallposition eingerichtet und verhindert auch bei einem Stromausfall, dass das Kraftfahrzeug wegrollen kann. Aus dieser Forderung folgt, dass die Freistellung nur aktiv, also unter Bestromung eines Sperrenantriebs, vorliegen darf. Bei konventionellen Parksperrenvorrichtung ist der Stromverbrauch bei der Freistellung zu hoch, insbesondere, weil die Freistellung im Betrieb des Kraftfahrzeugs die Hauptstellung darstellt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. 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, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Parksperre in einer stromlos-gesperrten Konfiguration zum Integrieren in ein Fahrzeuggetriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Sperrklinke mit einem Sperrnocken, wobei der Sperrnocken in eine Zahnlücke eines Parksperrenrads derart einbringbar ist, dass eine Drehbewegung des zugeordneten Parksperrenrads mittels formschlüssigen Eingriffs in die Zahnlücke gesperrt ist, wobei die Sperrklinke derart bewegbar ist, dass der Sperrnocken aus der Zahnlücke soweit heraushebbar ist, dass eine Drehbewegung des zugeordneten Parksperrenrads freigegeben ist;
- - einen Parkmechanismus, welcher sich ohne äußere Betätigung in einer Sperrstellung befindet und in der Sperrstellung die Sperrklinke von dem Parkmechanismus in die Zahnlücke eines Parksperrenrads gezwungen ist;
- - eine Querkraftabstützfläche für den Parkmechanismus zum Aufnehmen von in den Parkmechanismus eingeleiteten Querkräften,
wobei der Parkmechanismus aktiv in eine Offenstellung überführbar ist und in der Offenstellung des Parkmechanismus der Sperrnocken aus einer Zahnlücke herausführbar ist.
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Die Parksperre ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Parkmechanismus eine Haltefläche und die Querkraftabstützfläche eine korrespondierende Gegenfläche aufweist, wobei die Haltefläche und die Gegenfläche in der Offenstellung den Parkmechanismus haftreibend aneinanderliegen.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Die hier vorgeschlagene Parksperre, beziehungsweise die gesamte Parksperrenvorrichtung, lässt sich bevorzugt auf besonders wenig Bauraum in ein Fahrzeuggetriebe integrieren. Ein solches Fahrzeuggetriebe ist beispielsweise ein Übersetzungsgetriebe, ein Differential, eine Reibkupplung oder ein Drehmomentwandler zum Übertragen eines Drehmoments von einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrische Maschine, auf zumindest ein Fahrzeugrad, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs.
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Die Sperrklinke umfasst als Funktionselement einen Sperrnocken. Der Sperrnocken ist dazu eingerichtet, formschlüssig in eine Zahnlücke eines Parksperrenrads einzugreifen, wobei in einer Normalstellung der Parksperre, also in einem nicht-aktivierten (meist elektrisch bestromten), also verbrauchsenergieaufnehmenden, Zustand des Sperrenantriebs, sich der Parkmechanismus in der Sperrstellung befindet. Der sich in der Sperrstellung befindende Parkmechanismus zwingt den Sperrnocken in die Zahnlücke des Parksperrenrads; das ist die Eingriffstellung des Sperrnockens beziehungsweise der Sperrklinke. In der Eingriffstellung der Sperrklinke ist das Parksperrenrad an einer Drehung um seine Radachse gehindert, also gesperrt, weil der formschlüssige Eingriff des Sperrnockens in eine Zahnlücke bewirkt, dass das Parksperrenrad sich nicht mehr oder nur in gesetzlich zulässigen Rahmen um seine Radachse verdrehen kann. Damit ist das zugehörige Fahrzeugrad in diesem Antriebsstrang festgestellt und das Kraftfahrzeug kann nicht mehr wegrollen.
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Der Parkmechanismus unterliegt einer Schließkraft, beispielsweise ausgeübt von einem (unter Umständen separaten Schließ-) Energiespeicher und/oder der Schwerkraft. Diese Schließkraft wird passiv ausgeübt und bewegt den Parkmechanismus aus der Offenstellung in die Sperrstellung, sofern dem keine (größere) Kraft ausgehend von der Sperrklinke entgegensteht. Von einem (unter Umständen externen) Sperrenantrieb ist im aktivierten Zustand, beispielsweise unter Bestromung des Sperrenantriebs, (aktiv) eine Öffnungskraft auf den Parkmechanismus ausübbar, sodass der Parkmechanismus dann aus der Sperrstellung in die Offenstellung überführt wird beziehungsweise in der Offenstellung (aktiv) gehalten ist.
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Die Sperrklinke selbst ist von einem (unter Umständen separaten Freistell-) Energiespeicher und/oder der Schwerkraft mit einer Freistellkraft derart vorgespannt, dass die (freie) Sperrklinke aus dieser Eingriffstellung (eigenständig) heraus bewegt wird, wenn sich der Parkmechanismus in der Offenstellung befindet. Damit ist mit dem Parkmechanismus in der Offenstellung das Parksperrenrad frei drehbar; das ist die Freistellung des Sperrnockens beziehungsweise der Sperrklinke. Der die Sperrklinke in die Freistellung vorspannende (Freistell-) Energiespeicher, beispielsweise in schwenkbarer Ausführungsform mittels einer an der Sperrenachse gelagerten Schenkelfeder, und/oder die Schwerkraft wirkt dem Parkmechanismus also mit der Freistellkraft (beziehungsweise bei einer Hebeleinrichtung mit einem Freistellmoment) entgegen, ist aber (beispielsweise mittels eines Hebelverhältnisses mittels einer Hebeleinrichtung) schwächer als die von dem Parkmechanismus ausgehende Schließkraft.
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In einer Ausführungsform ist zum Freistellen der Sperrklinke sowie zum Überführen des Parkmechanismus in die Sperrstellung ein einziger, also gemeinsamer, Energiespeicher, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, vorgesehen. Dieser Energiespeicher wirkt in einer Richtung gegen einen (Freistell-) Anschlag der Sperrklinke und in der Gegenlagerrichtung gegen einen (Schließ-) Anschlag des Parkmechanismus. Ist der Parkmechanismus frei bewegbar, so ist das aus der Schließkraft mit dem Schließanschlag erzeugte Schließmoment größer als das aus der Freistellkraft mit dem Freistellkraft erzeugte Freistellmoment auf die Sperrklinke, sodass der Parkmechanismus in die Sperrstellung gedrückt wird und damit die Sperrklinke in die Eingriffstellung bewegt wird.
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Für die meisten Anwendungen ist es erwünscht, dass eine Sperrung gegen ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs erst bei einer vorbestimmten Einleggeschwindigkeit, beispielsweise erst bei einer Geschwindigkeit unterhalb von 2 km/h [zwei Kilometern pro Stunde], des betreffenden Kraftfahrzeugs einlegbar ist. Oberhalb einer vorbestimmten Auswurfgeschwindigkeit, beispielsweise von 4 km/h, soll eine Sperrung selbsttätig verhindert werden. Dies wird hier gelöst, indem der Sperrnocken von dem rotierenden Parksperrenrad frühestens ab einer der Einleggeschwindigkeit und spätestens ab einer der Auswurfgeschwindigkeit entsprechenden Rotationsgeschwindigkeit des Parksperrenrads abgewiesen wird. Dazu sind die Geometrie des Sperrnockens, die Schließkraft des Parkmechanismus entsprechend ausgelegt.
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Ist allerdings die Sperrstellung von dem Parkmechanismus eingenommen, ist der Sperrnocken mittels Formzwang in der Eingriffstellung gehalten. Bei betriebsgemäßer Betätigung des Kraftfahrzeugs ist dann der Sperrnocken infolge des Formzwangs nicht mehr aus der Zahnlücke auswerfbar. Der Formzwang wird von der mechanischen Abstützverkettung von der Sperrklinke, dem Parkmechanismus und einer Querkraftabstützfläche erzeugt. Die Querkraftabstützfläche ermöglicht einen wenig steifen Aufbau des Parkmechanismus gegen die Freistellkraft beziehungsweise Abweisekraft, welche von der Sperrklinke auf den Parkmechanismus übertragen wird, wenn der Sperrnocken in die Eingriffsstellung überführt wird beziehungsweise überführt ist. Die Querkraftabstützfläche ist beispielsweise von einem festen Bauteil, bevorzugt von einem Wandungsabschnitt eines Getriebegehäuses des Fahrzeuggetriebes, in welches die Parksperre integriert ist, gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Parkmechanismus während einer Krafteinwirkung auf die Sperrklinke dauerhaft in kraftübertragendem Kontakt mit der Querkraftabstützfläche. Die Querkraftabstützfläche ist dann als Bahn für den Parkmechanismus ausgeführt.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass der Parkmechanismus eine Haltefläche und die Querkraftabstützfläche eine korrespondierende Gegenfläche aufweist. Der Parkmechanismus ist in der Offenstellung relativ zu der Querkraftabstützfläche derart angeordnet, dass (nahezu ausschließlich) in der Offenstellung die Haltefläche und die Gegenfläche kraftübertragend aneinanderliegen. Es liegt dann bei einer Relativbewegung zwischen dem Parkmechanismus und der Querkraftabstützfläche eine Reibkraft an beziehungsweise es liegt eine reibschlüssige Haftung vor. Dadurch steht diese Haftreibung beziehungsweise die Reibkraft der Schließkraft des Parkmechanismus entgegen, jedoch nicht blockiert. Die Haltefläche und die Querkraftabstützfläche sind also nicht selbsthemmend eingerichtet. Im Gegenteil ist diese entgegenstehende Reibkraft von der Schließkraft, also passiv, überwindbar, sodass der Parkmechanismus unter den oben genannten Randbedingungen selbsttätig die Sperrstellung einnimmt. Der (passive) Kraftüberschuss des Parkmechanismus ist also derart auszulegen, dass dieser Kraftüberschuss ausreicht, den Sperrnocken wieder in eine Zahnlücke zu bringen, unter Umständen erst nach Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit (Einleggeschwindigkeit) des Kraftfahrzeugs.
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Die benötigte (aktive) Öffnungskraft von einem Sperrenantrieb ist aber dadurch in der Offenstellung deutlich reduziert. Zugleich liegt, sobald die Haltefläche nicht mehr an der Gegenfläche anliegt, also außerhalb der Offenstellung, in dem entsprechend verbleibenden Wegabschnitt des Überführens des Parkmechanismus aus der Offenstellung in die Sperrstellung keine (vergrößerte) Reibkraft entgegen, sodass die Schließkraft (nahezu) unbeeinträchtigt auf die Sperrklinke wirkt. Die einzige entgegenstehende Reibkraft entspricht betragsmäßig der (beispielsweise konventionellen) Reibkraft zwischen der (Rückseite der) Sperrklinke und dem Parkmechanismus und/oder zwischen der Querkraftabstützfläche und dem Parkmechanismus.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Parksperre vorgeschlagen, dass der Parkmechanismus einen zwischen der Offenstellung und der Sperrstellung verschiebbaren Verriegelungsstift mit einer Erstreckungsachse aufweist,
wobei der Verriegelungsstift in der Offenstellung gegenüber der Sperrstellung um eine Schwenkachse verkippt ist, wobei die Schwenkachse quer zu der Erstreckungsachse ausgerichtet ist,
wobei bevorzugt die Sperrklinke zum Eingriff in ein Parksperrenrad um eine Klinkenachse verschwenkbar ist und die Schwenkachse des Verriegelungsstifts parallel zu der Klinkenachse ausgerichtet ist.
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Der Verriegelungsstift ist hauptsächlich axial, also entlang seiner Erstreckungsachse, bewegbar, beschreibt aber die axiale Bewegung überlagernd eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse, um in die Offenstellung zu gelangen. Erst in der Offenstellung sind die Haltefläche des Verriegelungsstifts und die Gegenfläche der Querkraftabstützfläche miteinander in kraftübertragendem Kontakt. Die Erstreckungsachse ist die längste räumliche Erstreckung des Verriegelungsstifts und/oder entspricht der axiale Bewegungsrichtung des Verriegelungsstifts. Die Bewegungsrichtung ist definiert über den Weg zwischen der Offenstellung und der Sperrstellung. Für eine Vorspannung des Verriegelungsstifts mittels einer Schraubenfeder mit gerader Federachse zum Erzeugen der Schließkraft ist die Bewegungsrichtung parallel, bevorzugt bei einem von der Schraubenfeder umhüllten Verriegelungsstift oder umgekehrt bei einer in den Verriegelungsstift zentral eingebrachten Schraubenfeder kongruent, mit der Bewegungsrichtung und der Erstreckungsachse. Die Schwenkachse ist quer zu der Erstreckungsachse ausgerichtet. In der Offenstellung ist der Verriegelungsstift im Vergleich zu einem ideal kürzesten Weg um die Schwenkachse herausgeschwenkt. Damit ist Haltefläche und die Gegenfläche wirksam miteinander verpresst beziehungsweise (von der Schließkraft) dem Verriegelungsstift zunächst eine Schwenkbewegung aufzuzwingen, bevor der Verriegelungsstift mit seiner Erstreckungsachse wieder parallel mit dem kürzesten Weg ausgerichtet ist. Dazu ist also eine zusätzliche (Reib-) Kraft zu überwinden. Die übrige Ausführungsform der Parksperre ist somit konventionell ausführbar. Diese Nutzung einer entgegenstehenden Reibkraft an der Haltefläche des Parkmechanismus ist somit ohne große Änderungen und ohne zusätzlich benötigten Bauraum umsetzbar.
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Bei einer Ausführungsform der Sperrklinke als um eine Klinkenachse verschwenkbares Bauteil ist bevorzugt die Schwenkachse des Verriegelungsstifts parallel ausgerichtet. Der Verriegelungsstift folgt also der Schwenkbewegung der Sperrklinke und die Freistellkraft der Sperrklinke ist damit für ein Halten des Verriegelungsstifts in der Offenstellung ergänzend nutzbar, weil eine Kraftvektorkomponente der Freistellkraft der Vorspannung des Verriegelungsstifts (axial) entgegengerichtet ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Parksperre vorgeschlagen, dass der Verriegelungsstift eine zu der Bewegungsrichtung geneigte Haltefläche aufweist und die Gegenfläche von einer offenstellungsseitigen Kante der Querkraftabstützfläche gebildet ist.
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Indem die Haltefläche zu der Bewegungsrichtung des Verriegelungsstifts geneigt ist, ist mit einfachen Mitteln erreicht, dass zwar einerseits eine der Bewegung in Sperrstellung entgegenstehende Reibkraft erzeugt wird aber andererseits die Schließkraft noch immer in der Lage ist, diese Reibkraft zu überwinden. Eine bevorzugt dauerhaft (bezogen auf die Erstreckungsachse) axial ausgerichtete Schließkraft, also mitschwenkende Schließkraft infolge eines mitschwenkenden (Schließ-) Energiespeichers, aus diesem mechanischen Zusammenhang dem Verriegelungsstift eine (Rück-) Schwenkbewegung aufzwingt. Beim aktiven Öffnen der Parksperre schnappt bei dieser Ausführungsform bei Erreichen der Offenstellung der Verriegelungsstift mit einer Schwenkbewegung hinter diese Kante.
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Die offenstellungsseitige Kante, also welche in der Offenstellung dem Verriegelungsstift zumindest mit einer axialen Reaktionskraft-Komponente entgegenweist, weist eine geringe Flächenausdehnung auf, sodass die aus der Schließkraft resultierende Flächenpressung groß ist und damit die Reibkraft groß beziehungsweise eine ausreichende Haftreibung erzeugt ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform umgekehrt die Gegenfläche geneigt ist und die Haltefläche eine Kante ausbildet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Parksperre vorgeschlagen, dass der Verriegelungsstift klinkenseitig eine Rolleneinrichtung aufweist und die Gegenfläche von einer offenstellungsseitigen Stufe in der Querkraftabstützfläche gebildet ist.
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Mit dem Einsatz einer Rolleneinrichtung, bevorzugt umfassend eine Doppelrolle mit einer ersten Rolle zum Abrollen auf der Rückseite der Sperrklinke und einer zweiten Rolle zum Abrollen an der Querkraftabstützfläche, und besonders bevorzugt zum dabei aufeinander Abrollen der beiden Rollen, ist die im Übrigen der Schließbewegung des Parkmechanismus entgegenstehende Reibung reduziert. Damit sind die Kräfteverhältnisse der Parksperre insgesamt reduzierbar. Zum Erzeugen der erwünschten entgegenstehenden Reibkraft ist hier vorgeschlagen, dass offenstellungsseitig eine Stufe gebildet ist. Diese Stufe muss die Rolleneinrichtung ausgehend aus der Offenstellung zunächst hochrollen, also dem Verriegelungsstift eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse aufzwingen, bevor die Rolleneinrichtung wieder (in beispielsweise konventioneller Weise) an der Querkraftabstützfläche nahezu reibungsfrei den Schließweg abrollend die Sperrstellung einnehmen kann. Bevorzugt ist hierbei die hochrollende (beispielsweise zweite) Rolle in der Offenstellung auf einem Stufenabsatz (Fläche senkrecht zu der Stufenhöhe, also dem Auftritt) abgelegt, sodass vor einem Hochrollen zunächst eine relative Verdrehung zwischen der (beispielsweise zweiten) Rolle und dem Stufenabsatz stattfinden muss. Es tritt also zusätzlich eine der Rückkehr in die Sperrstellung entgegenstehende Reibkraft auf. Beim aktiven Öffnen der Parksperre schnappt bei dieser Ausführungsform bei Erreichen der Offenstellung der Verriegelungsstift beziehungsweise die Rolleneinrichtung mit einer Schwenkbewegung hinter diese Stufe. Die Höhe der Stufe ist nach dem Durchmesser der (querkraftabstützflächenseitigen) Rolle und der erwünschten beziehungsweise maximal möglichen Gegenkraft auszulegen, sodass die Schließkraft diese Gegenkraft zuverlässig überwinden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Parksperrenvorrichtung zum Unterbinden eines Wegrollens eines stehenden Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Parksperrenrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt getriebeausgangsseitig in einem Fahrzeuggetriebe; und
- - eine Parksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Parksperrenrad bei formschlüssigem Eingriff des Sperrnockens an einer Drehbewegung gehindert ist.
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Die hier vorgeschlagene Parksperrenvorrichtung umfasst eine Parksperre und ein Parksperrenrad. Das Parksperrenrad ist in den Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt in ein Fahrzeuggetriebe, integriert und gemäß vorhergehender Beschreibung schaltbar zwischen einer Offenstellung und einer Sperrstellung, sodass das Parksperrenrad in der Sperrstellung des Parkmechanismus an einer Drehbewegung gehindert ist.
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In einer Ausführungsform bilden die Parksperre und das Parksperrenrad eine Baueinheit. Eine solche Baueinheit ist für den Einbau als zusammenhängendes Bauteil auslieferbar und ohne die Notwendigkeit, diese Baueinheit wieder auseinanderzunehmen, am vorgesehenen Montageort, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, montierbar.
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In einer Ausführungsform ist die Sperrklinke und der Parkmechanismus, und in einer Ausführungsform auch das Parksperrenrad, eine Baueinheit, während ein Sperrenantrieb separat gebildet ist, welche in einer Ausführungsform eine separate weitere Baueinheit bilden. Der Sperrenantrieb sind beispielsweise mit einer konventionellen Sperrklinke und/oder einem konventionellen Parkmechanismus verwendbar.
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In einer Ausführungsform bilden die Parksperre und ein Sperrenantrieb eine Baueinheit, welche von extern durch eine Öffnung in ein Fahrzeuggetriebe einführbar und dort montierbar ist, wobei bevorzugt das Fahrzeuggetriebe im Übrigen fertig montiert ist. Das Parksperrenrad bildet ein bereits zuvor montiertes Rad des Fahrzeuggetriebes.
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Das Parksperrenrad ist im Einbau in ein Kraftfahrzeug derart angeordnet, dass zumindest eines der Fahrzeugräder nicht mehr bewegbar ist, wenn sich der Sperrnocken in der Eingriffstellung befindet, also das Parksperrenrad nicht mehr drehbar ist, beziehungsweise bei einer Anordnung des Parksperrenrads vor einem Differential die zum dem Differential paarig angeordneten Fahrzeugräder nur noch gegenläufig drehbar sind (Differentialfreiheitsgrad). Hierbei sind in dieser Betrachtung die Verbindungssteifigkeit und Spiel zwischen dem Parksperrenrad und dem Sperrnocken, sowie hin zu dem betreffenden Fahrzeugrad, nicht berücksichtigt, sodass das Fahrzeugrad in der technischen Umsetzung unter Umständen innerhalb eines kleinen Drehwinkels weiterhin bewegbar ist. Für diese Bewegbarkeit des Kraftfahrzeugs sind jedoch die gesetzlichen Rahmenbedingungen einhaltbar.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform ist das Parksperrenrad dauerhaft mit dem Antriebstrang mitrotierend ausgeführt und in einer anderen Ausführungsform ist das Parksperrenrad zumindest in der Sperrstellung (mittelbar) mit dem zumindest ein Fahrzeuggrad drehmomentübertragend fest verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeuggetriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Drehmomenteingang zum Aufnehmen eines Drehmoments von einer Antriebsmaschine;
- - einen Drehmomentausgang zum Abgeben eines aufgenommenen Drehmoments an zumindest ein Fahrzeugrad;
- - eine Mehrzahl von Rädern zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Drehmomenteingang und dem Drehmomentausgang;
- - ein Getriebegehäuse zum Einhausen zumindest der Räder des Fahrzeuggetriebes; und
- - eine Parksperrenvorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Sperren des Parksperrenrads, wobei das Parksperrenrad ein Rad des Fahrzeuggetriebes bildet.
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Das Fahrzeuggetriebe, beispielsweise ein Automatikgetriebe, umfasst das Parksperrenrad. Beispielsweise bildet das Parksperrenrad ein dauerhaft oder schaltungsabhängig angetriebenes Rad, beispielsweise ein Stirnrad, eines schaltbaren Übersetzungsgetriebes, wobei bevorzugt die zumindest eine Zahnlücke für den Eingriff des Sperrnockens (vergleiche nachfolgende Beschreibung) als separater Rücksprung gebildet ist, also nicht Teil einer das Motordrehmoment übertragenden Stirnradverzahnung ist.
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Das Fahrzeuggetriebe weist einen Drehmomenteingang, beispielsweise eine oder mehrere Getriebeeingangswellen, auf und einen Drehmomentausgang, beispielsweise eine oder mehrere Getriebeausgangswellen, auf. Im Fahrzeuggetriebe wird das Drehmoment umgelenkt, untersetzt, übersetzt und/oder abnahmegerecht verteilt (als Differential). In einer Ausführungsform ist das Fahrzeuggetriebe eine Kupplung, beispielsweise eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung im Drehmomentfluss. Der Drehmomenteingang ist antriebsmaschinenseitig und der Drehmomentausgang ist antriebsradseitig angeordnet. Die Drehmomentrichtung ist jedoch auch umgekehrt von einem Fahrzeugrad hin zu einer Antriebsmaschine beziehungsweise hin zu einem Generator möglich.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeuggetriebes vorgeschlagen, dass das Fahrzeuggetriebe weiterhin ein Sperrenantrieb zum aktiven Betätigen der Parksperrenvorrichtung aufweist,
wobei bevorzugt der Sperrenantrieb vollständig außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist,
wobei besonders bevorzugt die Parksperrenvorrichtung vollständig innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist.
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Der Sperrenantrieb ist zum aktiven Betätigen der Parksperre eingerichtet. Wird der Sperrenantrieb aktiviert, beispielsweise bestromt, so wird der Parkmechanismus aus der Sperrstellung in die Offenstellung überführt beziehungsweise in der Offenstellung gehalten. Der dafür nötige Verbrauchsenergie, also die Leistungsaufnahme des Sperrenantriebs, ist ab Erreichen der Offenstellung deutlich reduziert, wobei zugleich die Rückkehr in die (stromlos-) gesperrte Stellung sichergestellt ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeuggetriebes vorgeschlagen, dass die Parksperrenvorrichtung in einen von einem Getriebegehäuse gebildeten Getrieberaum des Fahrzeuggetriebes integriert ist.
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Aufgrund der Zunahme an Komponenten und dem ständigen Bedarf, die Baugröße beziehungsweise das benötigte Bauvolumen von Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu reduzieren, ist es vorteilhaft, die Parksperrenvorrichtung in das Fahrzeuggetriebe zu integrieren. Hierzu ist hier vorgeschlagen, dass die Parksperrenvorrichtung in dem von dem Getriebegehäuse gebildeten Getrieberaum untergebracht und bevorzugt abgestützt ist. Das Fahrzeuggetriebe ist zudem in einer Ausführungsform als Baueinheit mit der Parksperrenvorrichtung in einem Kraftfahrzeug montierbar, wodurch der Montageaufwand für einen OEM reduzierbar ist.
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Für eine Ausführungsform mit erwünschter Austauschbarkeit des Sperrenantriebs ist dieser vorteilhaft außerhalb des Fahrzeuggetriebes angeordnet, beispielsweise ein kleines Durchgangsloch in dem Getriebegehäuse ermöglicht dem Sperrenantrieb beziehungsweise dessen beispielsweise stiftförmige Betätigungseinheit (beispielsweise eine axial bewegbare Spindel), die Betätigung des Parkmechanismus von außerhalb des Getriebegehäuses. Bevorzugt ist der Sperrenantrieb positioniert zu dem Parkmechanismus (und unter Umständen zu dem kleinen Durchgangsloch) von außen an dem Fahrzeuggetriebe befestigbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine Antriebsmaschine;
- - zumindest ein Fahrzeugrad; und
- - einen die Antriebsmaschine und zumindest eines der Fahrzeugräder drehmomentübertragend verbindenden Antriebsstrang mit zumindest einem Fahrzeuggetriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei das Parksperrenrad der Parksperrenvorrichtung zumindest in einer Parkschaltstellung derart in den Drehmomentfluss geschaltet ist, dass das zumindest eine mittels des Antriebsstrangs verbundene Fahrzeugrad zu dem Parksperrenrad rotatorisch fixiert ist, sodass das betreffende Fahrzeugrad nur dann rotierbar ist, wenn der Parkmechanismus aktiv in die Offenstellung gezwungen ist.
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Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein motorisiertes Zweirad. Das Kraftfahrzeug weist einen Antriebsstrang auf, welcher zumindest eine Antriebsmaschine umfasst, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine. Das von der Antriebsmaschine abgebbare Drehmoment wird über ein Fahrzeuggetriebe an zumindest ein Fahrzeugrad, das Antriebsrad, abgegeben. Das hier bezeichnete Fahrzeuggetriebe ist bevorzugt ein schaltbares Übersetzungsgetriebe. Alternativ ist das Fahrzeuggetriebe beispielsweise ein festes Übersetzungsgetriebe, also mit unveränderbarer Übersetzung, oder ein Differential oder eine Rutschkupplung. Die hier vorgeschlagene Parksperrenvorrichtung ist bevorzugt wie oben beschrieben ausgeführt und in das Fahrzeuggetriebe integriert.
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Eine Drehbewegung des zumindest einen Fahrzeugrads ist in einer Parkschaltstellung nur möglich, wenn die Parksperre (und die gesetzlich vorgeschriebene Parkbremse) gelöst sind. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung zur Parksperrenvorrichtung verwiesen.
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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 Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: Schnittansicht einer Parksperre mit Parkmechanismus in Sperrstellung;
- 2: Schnittansicht einer Parksperre mit Parkmechanismus in Offenstellung;
- 3: Schnittansicht einer Parksperre mit Parkmechanismus mit Rolleneinrichtung; und
- 4: ein Kraftfahrzeug mit einer in das Fahrzeuggetriebe integrierten Parksperrenvorrichtung in schematischer Ansicht.
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In 1 ist eine seitliche Schnittansicht einer Parksperre 1 mit einem Parkmechanismus 7 in der Sperrstellung und in 2 in der Offenstellung dargestellt. Im Weiteren wird sowohl auf 1 als auch auf 2 Bezug genommen. In dieser Sperrstellung ist die Sperrnocke 4 in eine Zahnlücke 5 eines zugeordneten Parksperrenrads 6 gezwungen, also in einer Eingriffstellung. Dadurch ist die Drehbewegung 45 des Parksperrenrads 6 um seine Radachse 32 verhindert ist. Der Parkmechanismus 7 umfasst hier einen Verriegelungsstift 11 welcher entlang seiner (darstellungsgemäß waagerechten) Erstreckungsachse 12 verschiebbar ist. Diese Bewegung ist von einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse 13 (bezogen auf die Radachse 32 des Parksperrenrads 6 nach außen) überlagerbar, jedoch nicht außerhalb der Offenstellung. In allen (Zwischen-) Stellungen inklusive der Sperrstellung ist die Schwenkbewegung von der Querkraftabstützfläche 8 im Zusammenwirken mit dem Verriegelungsstift 11 unterbunden. Die Querkraftabstützfläche 8 ist hier (mittelbar) von dem ausschnittsweise gezeigten Getriebegehäuse 27 gebildet, wobei hier (optional) ein separates Rahmenbauteil 33, beispielsweise zum Schaffen einer reibungsarmen und/oder definiert-ebenen Gleitoberfläche für den Verriegelungsstift 11, vorgesehen ist.
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Die Sperrklinke 3 ist hier um eine Klinkenachse 14 verschwenkbar ausgeführt auf einem Klinkenbolzen 34 gelagert, sodass die Sperrklinke 3 wie in 2 nach außen schwenkbar ist. In der Sperrstellung des Parkmechanismus 7 (1) ist die Sperrklinke 3 in die Eingriffstellung von der Schließkraft 35 eines (Schließ-) Energiespeichers 36 gezwungen und so greift der Sperrnocken 4 in eine Zahnlücke 5 formschlüssig ein, sodass das Parksperrenrad 6 an einer Drehbewegung 45 um seine Radachse 32 gehindert ist. In der Offenstellung des Parkmechanismus 7 (2), welche ausschließlich aktiv mittels einer externen Öffnungskraft 37 (eines Sperrenantriebs 28, vergleiche 4) bewirkbar ist, ist die Sperrklinke 3 freigegeben und wird somit von der Freistellkraft 38 eines (Freistell-) Energiespeichers 36 in die Freistellung überführt. Das Parksperrenrad 6 ist nun um die Radachse 32 frei rotierbar. Bei der Rückführung des Parkmechanismus 7 in die Sperrstellung ist die Schließkraft 35 derart gering, dass die Sperrklinke 3 in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung, und bevorzugt bei einer zu hohen Rotationsgeschwindigkeit des Parksperrenrads 6, nicht in die Eingriffstellung gezwungen werden kann. Wenn aber einmal die Eingriffstellung erreicht ist und der Parkmechanismus 7 sich in der Sperrstellung befindet, dann ist bei auslegungsgemäß maximalem Drehmoment an dem Parksperrenrad 6 der Sperrnocken 4 nicht mehr auswerfbar.
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Der Verriegelungsstift 11 ist (bezogen auf die Radachse 32 radial und bezogen auf die Erstreckungsachse 12 quer) gegen Querkräfte, vor allem ausgehend von der Sperrklinke 3 im Zusammenwirken mit dem Parksperrenrad 6, mittels der Querkraftabstützfläche 8 abgestützt, sodass von dem Verriegelungsstift 11 (nahezu) keine Querkräfte, also keine Biegelasten, aufgenommen werden müssen.
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Bei dieser Ausführungsform ist ein einziger als Schraubendruckfeder ausgeführter Energiespeicher 36 zum Erzeugen der Schließkraft 35 und der Freistellkraft 38 vorgesehen. Über die von den Hebelverhältnissen um die Klinkenachse 14 der Sperrklinke 3 ist die Schließkraft 35 größer als die Freistellkraft 38, obwohl die Federweg bedingte Federkraft des Energiespeichers 36 beidseitig identisch ist. Die dargestellte Pfeilgröße trägt also der effektiven Wirkung Rechnung.
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In 2 ist zu erkennen, dass der Verriegelungsstift 11 um die Schwenkachse 13 (nach außen) verkippt ist. Die Gegenfläche 10 des Verriegelungsstifts 11 ist in Haftreibung mit der als Kante 16 ausgebildeten Gegenfläche 10. Die (aktive) Öffnungskraft 37 kann somit in der aktiv zu haltenden Offenstellung der Parksperre 1 reduziert werden.
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In 3 ist die Parksperre 1 mit einer Rolleneinrichtung 17 mit einer ersten Rolle zum Abrollen auf der Rückseite der Sperrklinke 3 und einer zweiten Rolle zum Abrollen an der Querkraftabstützfläche 8. Im Übrigen ist die gezeigte Ausführungsform rein der besseren Übersichtlichkeit halber mit der Ausführungsform gemäß 1 und 2 identisch ausgeführt und es wird insoweit auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen. In der gezeigten Offenstellung des Parkmechanismus 7 ist die Rolleneinrichtung 17 mit einer Haltefläche 9 (beliebiger Abschnitt der zweiten Rolle) hinter eine als Stufe 18 ausgebildeten Gegenfläche 10 verschnappt und so dort zurückgehalten.
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In 4 ist rein schematisch ein Kraftfahrzeug 20 gezeigt, bei welchem das linke vordere Fahrzeugrad 25 und das rechte vordere Fahrzeugrad 26 mittels der Parksperrenvorrichtung 19, beispielsweise wie in 1 bis 3 gezeigt, blockierbar sind. Dazu ist die Parksperrenvorrichtung 19 mit der Parksperre 1, dem Sperrenantrieb 28 und mit einem Parksperrenrad 6 in einem Fahrzeuggetriebe 2 (hier optional innerhalb des Getrieberaums 39 in einem Getriebegehäuse 27) im Drehmomentfluss 31 derart angeordnet, dass dadurch ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs 20 verhinderbar ist. Zwischen der Antriebsmaschine 23 und den vorderen Fahrzeugrädern 25,26 und ist ein Antriebsstrang 21 für das Kraftfahrzeug 20 gebildet, wobei die Antriebsmaschine 23 über einen Drehmomenteingang 22, beispielsweise die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit dem Fahrzeuggetriebe 2 und wiederum das Fahrzeuggetriebe 2 über den Drehmomentausgang 24 (pars pro toto hier nur rechts gekennzeichnet) mit dem linken vorderen Fahrzeugrad 25 und dem rechten vorderen Fahrzeugrad 26 drehmomentübertragend verbunden ist.
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Die Parksperrenvorrichtung 19 ist hier mit zumindest einem der folgenden Bedienelemente betätigbar:
- - von einem Getriebeschalthebel 40, beispielsweise mittels einer Parkschaltstellung „P“,
- - einem Parkhebel 41; und
- - einem Zündknopf 42, auch beispielsweise mit einem konventionellen Zündschlüssel betreibbar.
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Die Antriebsmaschine 23 ist hier als 3-zylindrige Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Das Fahrzeuggetriebe 2 ist oder umfasst beispielsweise ein schaltbares Übersetzungsgetriebe, welches mittels des Getriebeschalthebels 40 und/oder automatisch für eine unterschiedliche Übersetzung des Drehmoments schaltbar ist. In Richtung der Längsachse 43 hinter der Fahrerkabine 44 des Kraftfahrzeugs 20 sind weiterhin ein linkes hinteres Fahrzeugrad 29 und ein rechtes hinteres Fahrzeugrad 30 vorgesehen, welche in einer alternativen Ausführungsform, beispielsweise über eine Kardanwelle, in den Drehmomentfluss 31 geschaltet sind, sodass das Parksperrenrad 6 nur für die hinteren Fahrzeugräder 29,30 und oder für alle Fahrzeugräder 25,26,29,30 bis in der Sperrstellung des Parkmechanismus 7 im Drehmomentfluss 31 angeordnet ist, sodass eine Wegrollen des Kraftfahrzeug 20 verhindert ist. Alternativ ist der gezeigte Antriebsstrang 21 hinten in dem Kraftfahrzeug 20 angeordnet und/oder zum Antreiben der beiden hinteren Fahrzeugräder 29,30, eingerichtet.
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Mit der hier vorgeschlagenen stromlos-gesperrten Parksperre ist bei geringem Energieverbrauch in der Offenstellung zugleich ein kompakter Aufbau ermöglicht, wobei sich die Parksperre nahezu bauraumneutral in ein Fahrzeuggetriebe integrieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperre
- 2
- Fahrzeuggetriebe
- 3
- Sperrklinke
- 4
- Sperrnocken
- 5
- Zahnlücke
- 6
- Parksperrenrad
- 7
- Parkmechanismus
- 8
- Querkraftabstützfläche
- 9
- Haltefläche
- 10
- Gegenfläche
- 11
- Verriegelungsstift
- 12
- Erstreckungsachse
- 13
- Schwenkachse
- 14
- Klinkenachse
- 15
- Bewegungsrichtung
- 16
- Kante
- 17
- Rolleneinrichtung
- 18
- Stufe
- 19
- Parksperrenvorrichtung
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Antriebsstrang
- 22
- Drehmomenteingang
- 23
- Antriebsmaschine
- 24
- Drehmomentausgang
- 25
- linkes vorderes Fahrzeugrad
- 26
- rechtes vorderes Fahrzeugrad
- 27
- Getriebegehäuse
- 28
- Sperrenantrieb
- 29
- linkes hinteres Fahrzeugrad
- 30
- rechtes hinteres Fahrzeugrad
- 31
- Drehmomentfluss
- 32
- Radachse
- 33
- Rahmenbauteil
- 34
- Klinkenbolzen
- 35
- Schließkraft
- 36
- Energiespeicher
- 37
- Öffnungskraft
- 38
- Freistellkraft
- 39
- Getrieberaum
- 40
- Getriebeschalthebel
- 41
- Parkhebel
- 42
- Zündknopf
- 43
- Längsachse
- 44
- Fahrerkabine
- 45
- Drehbewegung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017102804 A1 [0002]
