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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebseinheit wie einen Elektromotor und / oder eine Brennkraftmaschine sowie ein Getriebe, in dessen Getriebegehäuse ein Planetengetriebe mit zumindest einem Planetenradsatz angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe eine Parksperre zum selektiven Festlegen zumindest einer Antriebswelle einschließt.
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In Planetengetrieben von Kraftfahrzeugen kommen Parksperren zum Einsatz, welche bei Aktivierung ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs aus dem abgestellten Zustand verhindern, indem sie einen Abtrieb des Antriebssystems blockieren. Dazu sind Parksperren bekannt, bei denen ein Parksperrenrad mit einer Sperrklinke zusammenwirkt. Dabei greift bei einer Aktivierung der Parksperre eine im Planetengetriebegehäuse verschiebbar geführte Speerklinke formschlüssig in eine Verzahnung des einer Antriebswelle zugeordneten Parksperrenrades.
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Eine derartige Parksperrenanordnung ist aus der
DE 43 24 815 A1 bekannt. Dabei ist an einer drehbar in einem Planetengetriebegehäuse gelagerten Welle ein Parksperrenrad mit einer Parksperrenverzahnung drehfest fixiert. Die Parksperrenverzahnung steht in einer Wirkverbindung mit einer Parksperrenklinke, welche um eine in dem Planetengetriebegehäuse eingesetzte Achse verschwenkbar ist. In einer Sperrposition, nach erfolgter Aktivierung der Parksperrenklinke, verrastet diese in einer Zahnlücke der Parksperrenverzahnung des Parksperrenrades.
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Aus der
DE 10 2008 000 481 A1 ist eine Parksperre bekannt, die ein Festsetzen einer Antriebswelle des Planetengetriebes ermöglicht, wobei mittels einer Sperrklinke ein Parksperrenrad festgesetzt werden kann. Das zweiteilige Parksperrenrad umfasst einen radial inneren, mit der Antriebswelle verbundenen Ring sowie einen radial äußeren Ring, welcher den radial inneren Ring zumindest teilweise konzentrisch umschließt, wobei eine Mitnahmevorrichtung mit definierter radialer Überdeckung formschlüssig mit dem inneren Ring verbunden ist. Weiterhin schließt der äußere Ring an seinem Außendurchmesser eine Parkklinkenverzahnung ein, in welche die am Gehäuse verschwenkbar gelagerte Parkklinke zum Festsetzen des Parksperrenrades formschlüssig eingreifen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, bauraumoptimierte Parksperre mit einem robusten Aufbau und hoher Betriebssicherheit zu schaffen, die unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.
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Diese Aufgabenstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß ist als Parksperre eine reibschlüssig und formschlüssig wirkende Kupplung in Form einer Synchroeinheit vorgesehen, die in dem Planetenradsatz implementiert ist, wobei die Synchroeinheit in einem aktivierten Zustand zumindest einzelne Komponenten des Planetenradsatzes gegeneinander sperrt.
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Die grundsätzliche Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung besteht darin, einzelne Komponenten in einem Planetenradsatz, beispielsweise das Sonnenrad und den Planetenträger oder eine Eingangswelle und den Planetenträger mittels einer reibschlüssig und formschlüssig wirkenden, als Synchroeinheit aufgebauten Kupplung gegeneinander zu sperren. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ist eine funktionelle Grundidee umsetzbar, eine Parksperre platzsparend innerhalb eines Planetenradsatzes oder einer Planetengetriebestufe zu integrieren, so dass kein zusätzlicher Platzbedarf im Getriebegehäuse notwendig ist. Weiterhin umfasst das Konzept der Erfindung die Synchroeinheit und eine Vielzahl von Kontaktflächen, die im Sperrfall die Kräfte übertragen.
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Die erfindungsgemäße, als Synchroeinheit ausgeführte Parksperre bildet vorteilhaft ein Schaltelement, mit dem selektiv eine form- und reibschlüssige Verbindung herstellbar ist. Außerdem kann mit der Synchroeinheit im Vergleich zu bisherigen Schaltelementen vorteilhaft ein hohes Drehmoment auf kleinem Bauraum übertragen werden.
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Die erfindungsgemäße Synchroeinheit zeichnet sich weiterhin aus durch eine schnelle und sichere Drehzahlanpassung der miteinander zu verbindenden Getriebeelemente, wobei die geringe Schaltkräfte erfordernde Betätigung und Sperrung der Synchroeinheit geräuschlos erfolgt.
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Gegenüber bekannten Lösungen von Parksperren mit beispielsweise einem komplexen Aufbau und / oder aufwendiger Betätigung besitzt der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen, als Synchroeinheit aufgebauten Parksperre sowohl einen einfachen, kompakten als auch robusten Aufbau. Vorteilhaft ist damit eine Parksperre mit hoher Betriebssicherheit und einem niedrigen Herstellungsaufwand realisierbar, die unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten weiterhin kostengünstig herstellbar ist und mit geringem Montageaufwand in dem Planetenradsatz implementiert werden kann. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine einfache Betätigung der Synchroeinheit.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Synchroeinheit in einem Planetenradsatz von einem Planetengetriebe implementierbar, welches mit einem bevorzugt als Stirnraddifferential ausgeführten Differential kombiniert ist. Bei dieser Anordnung ist die Synchroeinheit vorzugsweise zwischen dem Eingangssonnenrad des Planetenradsatzes und dem Eingangssonnenrad von dem Stirnraddifferential positioniert. Die kompakte Bauweise unterstreichend sind der Planetenradsatz sowie das Stirnraddifferential gemeinsam mit der Synchroeinheit in einem Planetenträger integriert.
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Ein bevorzugter Aufbau sieht vor, dass ein axialbeweglicher Teil, insbesondere ein Innenring der Synchroeinheit, rotativ mit einem Formschluss endseitig auf der Eingangswelle des dem Planetenradsatz zugeordneten Sonnenrades fixiert ist. Weiterhin ist die Welle mittels einer spielbehafteten Steckverzahnung mit dem Elektromotor verbunden. Über ein axiales Verschieben der Welle ist die Synchroeinheit zu betätigen, deren Außenring mit dem Sonnenrad des Stirnraddifferentials in Kontakt steht. Vorzugsweise ist die Welle durch ein Federelement vorgespannt eingebaut, so dass bei einem Ausfall des zur Verstellung eingesetzten Aktuators die Synchroeinheit bzw. die Parksperre aktiv bleibt.
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Außerdem kann eine erfindungsgemäß aufgebaute Synchroeinheit einen Außenring einschließen, der drehfixiert formschlüssig an dem Planetenträger gekoppelt ist und eine axialbewegliche Sperrmuffe der Synchroeinheit unmittelbar formschlüssig mit der Außenverzahnung von einem dem Sonnenrad des Planetenradsatzes zugeordneten Innenring verbunden ist. Eine Aktivierung der Parksperre bzw. der Synchroeinheit erfolgt über ein axiales Verschieben der Sperrmuffe in Richtung des Planetenträgers, wobei in der Sperrposition die Innenverzahnung der Sperrmuffe formschlüssig in die Außenverzahnungen von dem Innenring und dem Außenring des Planetenträgers eingreift. Vorzugsweise ist die axial verschiebbare Sperrmuffe der Synchroeinheit durch ein beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgeführtes Federelement vorgespannt, so dass bei einem Ausfall der Betätigungseinrichtung die Parksperre in der Sperrposition verbleibt.
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Zur mechanischen Betätigung der Synchroeinheit, die eine axial verschiebbare Sperrmuffe einschließt, bietet es sich an, eine Schaltgabel einzusetzen, die formschlüssig in Führungsnuten der Sperrmuffe eingreift. Alternativ dazu kann ein Aktuator zur Betätigung der Synchroeinheit eingesetzt werden. Dazu eignet sich ein Elektromotor, der mit einem zugehörigen Schneckengetriebe die Synchroeinheit zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition verstellt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Elektromotor gemeinsam mit dem Planetengetriebe in einem Gehäuse zu integrieren. Mit dieser Maßnahme kann ein kompaktes, elektromechanisches Antriebssystem realisiert werden, bei dem das Planetengetriebe den Planetenradsatz mit integrierter Synchroeinheit und Stirnraddifferential einschließt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Figuren näher beschrieben und erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die abgebildeten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einem Längsschnitt ein Antriebssystem mit einer erfindungsgemäß gestalteten Synchroeinheit als Parksperre;
- 2: ein Getriebeschema, bei dem mittels der Synchroeinheit in einer Sperrposition ein Antriebsrad blockierbar ist;
- 3: ein Getriebeschema, bei dem mittels der Synchroeinheit in einer Sperrposition zwei Antriebsräder blockierbar sind;
- 4: ein Planetengetriebeschema, bei dem mittels der in einer Planetengetriebestufe integrierten Synchroeinheit zwei Antriebsräder blockierbar sind.
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In der 1 ist ein elektromechanisches Antriebssystem 1 abgebildet, das eine Antriebseinheit sowie ein Getriebe umfasst. In einem Gehäuse 2 des Antriebssystems 1 ist ein Bauraum für einen Stator und Rotor von einem Elektromotor (nicht gezeigt) vorgesehen, dessen Rotor eine Antriebswelle 3 umschließt, die einem angetriebenen Fahrzeugrad (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Rotor ist weiterhin formschlüssig über eine Steckverzahnung 18 mit einer Eingangswelle 4 von einem Planetenradsatz 5 eines Planetengetriebes 10 gekoppelt, welches weiterhin ein Differential einschließt. Auf der von der Antriebswelle 3 abgewandten Seite umfasst das Antriebssystem 1 eine weitere mit einem angetriebenen Fahrzeugrad verbundene Antriebswelle 7. Zur gezielten Sperrung bzw. Blockierung der Antriebswelle 3 ist dem Planetenradsatz 5 als Parksperre eine Synchroeinheit 8 zugeordnet, deren Aufbau weitestgehend bekannten Synchronisierungen von Schaltgetrieben entspricht. Ein mit der Eingangswelle 4 verbundener Innenring 6 der Synchroeinheit 8 bildet ein Trägerelement für eine axial verschiebbare Sperrmuffe 9, deren Innenverzahnung 11 in ein Verzahnungsprofil 12 des Innenrings 6 eingreift und in einer Sperrposition der Synchroeinheit 8 in Außenverzahnungen eines Synchronrings 13 sowie eines am Planetenträger 14 lagefixierten Außenrings 15 verrastet. Bei einer Betätigung der Synchroeinheit 8 wird durch axiales Verschieben der Sperrmuffe 9 zunächst die Drehzahl der Sperrmuffe 9 und die des Außenrings 15 angeglichen. Das geschieht durch Druck auf den dazwischenliegenden Synchronring 13, der über eine konische Kontaktfläche an einem im Außenring 15 drehfixierten Reibring 16 abgestützt ist. Sobald sich eine synchrone Drehzahl einstellt, ist die Sperrmuffe 9 nahezu kraftlos bis zu einer vollständigen Überdeckung des Au-ßenrings 15 verschiebbar und die Antriebswelle 3 blockiert.
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In den 2 bis 4 sind unterschiedliche Getriebeschemata gezeigt, die jeweils eine erfindungsgemäße Synchroeinheit 8 einschließen. Das Planetengetriebe 20 gemäß 2 kann beispielsweise mittels eines Elektromotors (nicht gezeigt) angetrieben werden, der mit der Eingangswelle 4 gekoppelt ist, welche innerhalb einer Reduktionsgetriebestufe 19 einem Sonnenrad 17 zugeordnet ist. Weiterhin ist in der Reduktionsstufe 19 ein Planetenträger 21 sowie drehstarr miteinander gekoppelte Planetenräder 22, 23 eingebracht und ein in dem Getriebegehäuse 2 drehfixiert aufgenommenes Hohlrad 24. Aufgrund des Zahneingriffs vom Sonnenrad 17 in das Planetenrad 22 sowie des Eingriffs vom Planetenrad 22 in das Hohlrad 24 wird bei Drehung des Sonnenrades 17 der Planetenträger 21 in Drehung versetzt, wobei diese Rotation gegenüber dem Drehmoment an der Eingangswelle 4 bei erhöhtem Drehmoment und entsprechend reduzierter Drehzahl erfolgt.
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Ein als Stirnraddifferential 25 ausgelegtes Differentialgetriebe des Planetengetriebes 20 umfasst zwei auch Abtriebssonnenräder genannte Sonnenräder 26, 27, die über Planetenräder 28, 29 miteinander gegensinnig drehbar gekoppelt sind. Durch eine spezielle Gestaltung bzw. maßliche Abstimmung der Sonnenräder 26, 27 mit den Planetenrädern 28, 29 des Stirnraddifferentials 25 kann das am Planetenträger 21 anliegende Drehmoment über die Planetenräder 28, 29 symmetrisch auf die Sonnenräder 26, 27 und die damit in Verbindung stehenden Antriebswellen 3, 7 übertragen werden. Die als Parksperre ausgebildete Synchroeinheit 8, deren Aufbau zuvor detailliert beschrieben wurde, ist in dem Planetengetriebe 20 innerhalb des Planetenträgers 21 zwischen der Eingangswelle 4 und der Antriebswelle 3 positioniert. Im eingerückten Zustand, d.h. bei aktivierter Synchroeinheit 8 ist das mit der Antriebswelle 3 verbundene Fahrzeugrad blockiert.
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Die 3 und 4 zeigen Planetengetriebe 30, 40, in denen die erfindungsgemäße Synchroeinheit 8 abweichend zu 2 positioniert ist. Für übereinstimmende Bauteile sind gleiche Bezugsziffern verwendet. Die nachfolgende Beschreibung ist weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen beschränkt.
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Gemäß 3 ist die Synchroeinheit 8 des Planetengetriebes 30 zwischen der Eingangswelle 4 und dem Planetenträger 21 positioniert, wodurch bei aktivierter Parksperre beide Antriebswellen 3, 7 und folglich zwei Fahrzeugräder blockiert sind.
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Bei dem in 4 abgebildeten Planetengetriebe 40 ist die Synchroeinheit 8 zwischen einer Planetengetriebestufe 31 und der Antriebswelle 3 platziert, wodurch sich bei eingerückter Synchroeinheit 8 ebenfalls eine starre Koppelung bzw. Sperrung der Antriebswellen 3, 7 und der damit verbundenen angetriebenen Fahrzeugräder einstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Gehäuse
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Planetenradsatz
- 6
- Innenring
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Synchroeinheit
- 9
- Sperrmuffe
- 10
- Planetengetriebe
- 11
- Innenverzahnung
- 12
- Verzahnungsprofil
- 13
- Synchronring
- 14
- Planetenträger
- 15
- Außenring
- 16
- Reibring
- 17
- Sonnenrad
- 18
- Steckverzahnung
- 19
- Reduktionsgetriebestufe
- 20
- Planetengetriebe
- 21
- Planetenträger
- 22
- Planetenräder
- 23
- Planetenräder
- 24
- Hohlrad
- 25
- Stirnraddifferential
- 26
- Sonnenrad
- 27
- Sonnenrad
- 28
- Planetenrad
- 29
- Planetenrad
- 30
- Planetengetriebe
- 31
- Planetengetriebestufe
- 40
- Planetengetriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4324815 A1 [0003]
- DE 102008000481 A1 [0004]
