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Die Erfindung betrifft eine Sperrklinke für eine Parksperre eines Fahrzeuggetriebes, wobei die Sperrklinke ein Lagerauge aufweist, über das die Sperrklinke um eine Achse verdrehbar ist, sowie einen Klinkenzahn zum Eingriff in eine Sperrverzahnung und einen Hebelarm, über den der Klinkenzahn von dem Lagerauge beabstandet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Parksperren werden beispielsweise in stationären Maschinen zur Arretierung von Zahnrädern, in Ratschenfreiläufen, Rücklaufsperren oder in Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Insbesondere wenn in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nicht-mechanische Komponenten verbaut werden wie bei Automatikgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern oder Fahrzeugen mit Elektroantrieb, dienen Parksperren zur Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs im Falle eines Fahrzeugstillstands oder bei abgestelltem Motor. Dazu kann die Parksperre durch den Fahrer oder indirekt über elektrische Hilfsmittel aktiviert werden. Sie blockiert dann in der Regel formschlüssig die Getriebeausgangswelle.
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In der
DE 1 043 829 A1 ist eine Parksperre mit einer gegen eine Rückstellkraft verschwenkbaren Sperrklinke vorgesehen, die mittels eines Klinkenzahns in eine außenumfänglich auf einem Parksperrenrad angeordnete Sperrverzahnung formschlüssig eingreifen kann. Ist der Formschluss hergestellt, verhindert das drehfest auf der Getriebeabtriebswelle angeordnete Parksperrenrad deren Bewegung und damit die Bewegung des Fahrzeugs.
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Die Betätigung der Sperrklinke erfolgt durch eine linear verschiebliche Betätigungseinheit, die als ein Schlitten eine rahmenartige Form aufweist, wobei ein Wählhebel an längs verlaufenden Seitenwänden des rahmenartigen Gestänges angreift. Die Betätigungseinheit weist zwei gemeinsam gelagerte Rollen auf, über die sie auf die Sperrklinke einwirkt.
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Sperrklinken müssen als sicherheitsrelevante Bauteile Kräften sicher verriegeln. Dazu sind sie in der Regel steif und massiv ausgeführt, um den hohen Belastungen standzuhalten. Häufig werden Sperrklinken daher geschmiedet und an ihren Funktionsflächen nachbearbeitet. Die Sperrklinken sind folglich relativ massiv ausgebildet, was wiederum hohe Vorspannungen einer die Sperrklinke betätigenden Feder erfordert. Aufgrund der hohen Masse ist ein Verriegelungssystem mit einer derartigen Sperrklinke relativ träge. Außerdem ist die Lagerstelle bei einem Verriegelungs- bzw. einem Entriegelungsstoß hoch belastet.
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Aus
DE 10 2017 127 214 A1 ist eine stanzpaketierte Sperrklinke bekannt. Eine nennenswerte Entlastung der Lagerstelle erfolgt nicht.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sperrklinke bereitzustellen, die ein geringes Gewicht aufweist und die Lagerstelle entlastet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch eine Sperrklinke gemäß Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Sperrklinke erlaubt es, auf ein ressourcenaufwändiges Schmieden zu verzichten. Durch den verformbaren Hebelarm wird zum einen der Impulsstoß verbreitert und in seiner Höhe dadurch herabgesetzt. Zum anderen kann durch innere Reibung ein Teil der Bewegungsenergie vernichtet werden.
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Der hoch belastete Klinkenzahn ist vorzugsweise weiterhin aus Vollmaterial ausgebildet. Da die Sperrklinke im Wesentlichen nur hohe Radialkräfte abstützen muss, ist es ausreichend, wenn in dem Bereich, der diese Radiallast trägt, allein massiv ausgebildet ist. Dazu kann ein Klinkenkopf vorgesehen sein, der zum Parksperrenrad den Klinkenzahn ausbildet und rückseitig sich direkt oder indirekt über eine Betätigungseinheit an einer Gegenfläche abstützt.
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Der Hebelarm verbindet den Klinkenzahn mit dem Lagerauge. Er kann dazu mit einem der beiden Bauteile oder mit beiden einteilig hergestellt sein. Es ist allerdings vorteilhaft, ihn elastischer als den Klinkenzahn auszubilden.
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In einer Ausführungsform ist es möglich, den Hebelarm in einem Klinkengehäuse anzuordnen. Das Klinkengehäuse fasst vorzugsweise den Klinkenzahn, den Hebelarm und das Lagerauge vollumfänglich ein. Im Bereich des Hebelarms kann das Klinkengehäuse beschichtet sein oder mit Vorsprüngen versehen werden, um lokal die Reibung zu erhöhen und die Übertragung des Stoßimpulses zeitlich zu strecken.
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Das Klinkengehäuse liegt im Bereich des Klinkenzahns und des Lagerauges vorzugsweise ohne Abstand an den Bauteilen an. Im Bereich des Hebelarms kann es beabstandet sein, um ein Deformieren des Hebelarms zu ermöglichen, aber auch einer maximalen Deformation Grenzen zu setzen. Das Klinkengehäuse kann als eine Blechhülle ausgebildet und/oder gehärtet sein.
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Der Hebelarm kann mehrere Einzelarme aufweisen. Die Einzelarme sind relativ zueinander beweglich. Unter hoher Last stützen sie sich vorzugsweise aneinander ab.
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Die Einzelarme können einteilig hergestellt sein, so dass sie bei der Montage nicht zueinander positioniert werden brauchen. Vorzugsweise weist die Sperrklinke ein oder zwei Einzelarme auf. Je nachdem, wie hoch die abzustützenden Kräfte sind, sind auch drei oder eine andere Anzahl von Einzelarmen denkbar.
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Besonders massearm baut die Sperrklinke, wenn der Hebelarm bzw. seine Einzelarme eine Rippen- oder Wabenstruktur aufweisen. Vorzugsweise sind alle Einzelklinken aus dem gleichen Werkstoff hergestellt. Abweichend davon sind auch unterschiedliche Materialpaarungen denkbar.
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Der Hebelarm kann als Ganzes ein Doppel-T-Profil im Querschnitt aufweisen.
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Durch die geringeren Materialstärken der Einzelarme sind die nötigen Geometrien stanztechnisch herstellbar. Die Klinkengeometrien sind vorzugsweise so gewählt, dass eine kostspielige spanende Nacharbeit idealerweise nicht erforderlich ist.
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In der Regel werden Sperrklinken immer einer Wärmebandlung unterzogen wie beispielsweise Einsatzhärten. Folgende Fertigungsmöglichkeit ist bevorzugt vorgesehen: In einer ersten Variante werden die Einzelteile miteinander verbunden, beispielsweise durch Vernieten, und mit dem Klinkengehäuse versehen. Anschließend werden die zu einer Sperrklinke verbundenen Einzelteile - ggf. als Teil einer weiteren Baugruppe - gehärtet. In der abschließenden Verzugskontrolle braucht dann nur ein Teil kontrolliert werden, was den Aufwand reduziert.
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Die Sperrklinke weist Funktionsflächen auf, die mit nebengeordneten Bauteilen zusammenwirken. Dies sind beispielsweise der Klinkenzahn, das Lagerauge oder eine Abstützfläche für eine Vorspanneinheit. Diese Funktionsflächen können entweder vor oder nach dem Härten bearbeitet werden.
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In einer Ausbildung der Erfindung weisen die Einzelelemente der Sperrklinke Sicherungselemente auf, mittels derer sie formschlüssig aneinander gehalten sind. Zusätzlich oder alternativ können die Einzelteile stoffschlüssig verbunden sein. Ein Verpressen, ein Verstemmen, Verbördeln oder andere kraftschlüssige Verbindungen können alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hebelarm aus einem vom Klinkenzahn unterschiedlichen Material ausgebildet.
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Die Einzelklinken weisen in einer Ausführungsform unterschiedliche Geometrien auf. So können beispielsweise die inneren Einzelklinken gegenüber den äußeren in verkürzt sein.
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Die Ausleitung der Stützkraft der Sperrklinke, die durch das Verriegelungsmoment und dem Eingriffswinkel des Klinkenzahns der Sperrklinke mit der Verzahnung des Parksperrenrads erzeugt wird, erfolgt vorzugsweise über ein Rollenpaket in das Gehäuse einer Parksperre. Dabei sind beispielsweise zwei gehäuseseitige Rollen zur Reibungsminimierung nadelgelagert. Sie bilden Stützrollen aus. Die dritte Rolle, die auf der Sperrklinke abrollt, ist eine Vollrolle, die ihre Radiallagerung durch die beiden darüber befindlichen Stützrollen erfährt.
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Die Rollen können in einem Sperrschlitten integriert sein, der zwei längliche Seitenteile aufweist, die vorzugsweise als Blechstanzteile hergestellt sind. Beide Seitenteile sind durch zwei Querteile stirnseitig verbunden. Auch die Querteile sind vorzugsweise als Blechstanzteile hergestellt. Die Seitenteile und die Querteile können miteinander vernietet sein. Der Sperrschlitten trägt ein Antriebszahnsegment sowie Führungsrollen. Die Führungsrollen sind so platziert, dass diese im optimalen Kraftfluss zum Antriebsritzel stehen.
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Der Sperrschlitten weist ferner eine Druckfeder auf, die auf dem Antriebszahnsegment geführt ist. Er nimmt auch die Achsen der Stützrollen auf und führt diese axial.
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Der Sperrschlitten kann optional mit Endanschlägen versehen werden. Die Endanschläge können zum Einlernen des Systems genutzt werden, beispielsweise für den Fall, dass eine elektromotorische Ansteuerung erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Sperrklinke kann als Parksperre in verschiedenen Arten von Getrieben verbaut werden. Beispielsweise eignet sie sich für Kraftfahrzeuge mit manuellen Getrieben, mit automatisierten oder automatischen Getrieben oder für Getriebe von Elektrofahrzeugen.
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Figurenliste
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In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrklinke im Längsschnitt,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrklinke im unbelasteten Zustand im Längsschnitt,
- 3 die Sperrklinke nach 2 im belasteten Zustand im Längsschnitt,
- 4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sperrklinke im unbelasteten Zustand im Längsschnitt und
- 5 die wesentlichen Bauteile einer Parksperre nach dem Stand der Technik.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In der
5 ist eine Parksperre
1 gezeigt, wobei nur die wesentlichen Funktionsteile dargestellt sind. Abdeckungen und Anbindungsbauteile der Anordnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Nachfolgend werden die erfindungsrelevanten Merkmale beschrieben, die auf einem grundsätzlichen Baukonzept einer Parksperre basieren, wie sie in
DE 10 2010 053 857 A1 und
DE 10 2011 080 498 A1 im Detail erläutert sind. Auf diese vorbekannten Lösungen wird insofern ausdrücklich Bezug genommen, um betreffend das grundsätzliche Funktionsprinzip einer Parksperre Wiederholungen zu vermeiden.
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Generell umfasst die Parksperre 1 eine Sperrverzahnung 2, die eine Anzahl Ausnehmungen 3 an ihrem Umfang aufweist. Weiteres zentrales Bauteil der Parksperre 1 ist eine Sperrklinke 4, die um eine Drehachse a schwenkbar angeordnet ist.
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In 5 ist die Sperrklinke 4 in einer nach unten (in Richtung auf die Sperrverzahnung 2) gerichteten Stellung zu sehen, in der ein Klinkenzahn 5 der Sperrklinke 4 in eine der Ausnehmungen 3 der Sperrverzahnung 2 eingreift und so die Anordnung verriegelt.
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Die Verriegelung bzw. Entriegelung der Parksperre 1 erfolgt über einen Aktuator 6, der hier als Welle angedeutet ist, die für das Ver- bzw. Entriegeln um eine Drehachse c dreht.
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Die Übertragung der Bewegung des Aktuators 6 auf die Sperrklinke 4 erfolgt mittels eines Getriebeelements 7. Wie bei den genannten vorbekannten Lösungen, umfasst das Getriebeelement 7 einen linearverschieblichen Sperrschlitten 12, in dem drei Rollen 13, 14 und 15 gelagert sind.
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Die Rolle 13 kann dabei Kontakt mit einer Rampe 17 nehmen, die an der Sperrklinke 4 ausgebildet ist. Bei linearer Bewegung des Sperrschlittens 12 wird folglich die Sperrklinke 4 verschwenkt.
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Das Getriebeelement 7 umfasst einen Kurbeltrieb 8, mit dem ein Teil 9 des Getriebeelements 7 linear bewegt werden kann. Zwischen dem Teil 9 und dem Sperrschlitten 12 ist eine Stange 16 angeordnet, so dass sich eine lineare Bewegung des Teils 9 auf den Sperrschlitten 12 überträgt. Die Stange 16 ist von einer Druckfeder 20 umschlossen, die die Sperrklinke 4 vorspannt und in der verriegelten Position hält. Der Kurbeltrieb 8 hat dabei eine Kurbel 10 und einen Pleuel 11, die gelenkig miteinander verbunden sind. Die Kurbel 10 ist mit dem Aktuator 6 drehfest verbunden. Der Pleuel 11 ist mit dem Teil 9 gelenkig verbunden.
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Wird nun der Aktuator 6 betrieben, d. h. erfolgt eine Drehung um die Achse c, bewegt sich die Kurbel 10 entsprechend mit und zieht das Pleuel 11 mit. Mit dem Kurbeltrieb 8 kann - aufgrund der Eigenschaft eines Kurbeltriebs - nun bei gleichem, kleinem anliegendem Drehmoment am Aktuator 6 anfangs eine große Kraft zum Entriegeln realisiert werden, ohne den Gesamtstellweg zu reduzieren. Gegen zunehmenden Stellwinkel bzw. -weg nimmt die Kraft dann ab, was in diesem Fall aber nicht stört, da eine große Kraft nur anfangs benötigt wird, bis (in diesem Fall) die Rolle 13 den Hochpunkt der Rampe 17 der Sperrklinke 4 erreicht hat und die Verriegelung der Sperrklinke durch die Rolle 13 somit aufgehoben wird.
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Wie 5 weiter zu entnehmen ist, weist die Schwenkachse b der scharnierartigen Verbindung zwischen der Kurbel 10 und dem Pleuel 11 in vertikaler Richtung, während die Drehachse a der Sperrklinke 4 in horizontale Richtung weist. Projiziert man demgemäß die Schwenkachse b auf die Drehachse a, sind diese beiden Achsen zueinander rechtwinklig ausgerichtet.
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Beim Einlegen der Parksperre wälzt die Rolle 13 auf der Sperrklinke 4 ab, während die Rollen 14, 15 auf der Armierung 27 abrollen. Die Armierung 27 ist als ein ebenes, gehärtetes Stahlblech ausgebildet und kontaktiert rückseitig das Gehäuse 21 der Parksperre 1. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden gehäuseseitigen Rollen 14, 15 zur Reibungsminimierung nadelgelagert und bilden Stützrollen aus. Die dritte Rolle 13, die auf der Sperrklinke abrollt, ist eine Vollrolle. Die Rollen sind in einem Sperrschlitten 12 integriert.
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Aus den 1 bis 4 ist ersichtlich, dass die Sperrklinke 4 ein Lagerauge 20, einen Hebelarm 21 und einen massiven Klinkenkopf 22 aufweist. Der Hebelarm 21 ist aus mehreren Einzelarmen 23, 24, 25 gebildet, die vorliegend allerdings einstückig ausgebildet sind. Im Falle der 2 und 3 bilden die Einzelarme 23, 24, 25 ein Doppel-T-Profil aus. Sie bilden eine Rippenstruktur aus und werden außenseitig von einem dünnwandigen Klinkengehäuse 22 aus Blech umschlossen.
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Zwischen den Einzelarmen 23, 24, 25 ist in 2 und 3 ein Spalt 28 ausgebildet. Bei Belastung des Hebelarms 21 kann sich dieser innerhalb des Spalts 28 verformen und am Klinkengehäuse 22 abstützen. Alternativ kann der Spalt auch zwischen dem Klinkengehäuse 22 und den Einzelarmen 23, 24, 25 ausgebildet sein.
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In der Ausführungsform nach den 2 und 3 sind die Einzelarme 23, 24, im unbelasteten Zustand voneinander beabstandet. Unter Last (3) stützen sie sich dann reversibel aneinander ab.
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Die Sperrklinke 4 nach 4 weist Rippen auf, die die Bauteilsteife erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperre
- 2
- Sperrverzahnung
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Sperrklinke
- 5
- Klinkenzahn
- 6
- Aktuator
- 7
- Getriebeelement
- 8
- Kurbeltrieb
- 9
- Teils des Getriebeelements
- 10
- Kurbel
- 11
- Pleuel
- 12
- Sperrschlitten
- 13
- Rolle
- 14
- Rolle
- 15
- Rolle
- 16
- Stange
- 17
- Rampe
- 20
- Lagerauge
- 21
- Hebelarm
- 22
- Klinkengehäuse
- 23
- Klinkenkopf
- 24
- Einzelarm
- 25
- Einzelarm
- 26
- Einzelarm
- 27
- Armierung
- 28
- Spalt
- a
- Drehachse der Sperrklinke
- b
- Schwenkachse der Verbindung zwischen Kurbel und Pleuel
- c
- Drehachse des Aktuators
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1043829 A1 [0003]
- DE 102017127214 A1 [0006]
- DE 102010053857 A1 [0029]
- DE 102011080498 A1 [0029]
