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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperrenanordnung mit einem Parksperrenrad und einem Torsionsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Parksperrenrad.
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Mit einer Parksperrenanordnung wird in einem eingelegten bzw. betätigten Zustand wenigstens eine Welle des Antriebsstrangs rotatorisch festgesetzt. Vorteilhaft handelt es sich dabei um eine Abtriebswelle, welche mit wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbunden ist. Es können jedoch auch andere Wellen des Antriebsstrangs festgesetzt werden, welche direkt oder indirekt (beispielsweise durch ein Getriebe über-/untersetzt) auf ein Rad oder eine Abtriebswelle wirken.
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Aus dem Stand der Technik sind grundsätzlich Parksperrenanordnungen bekannt. Auch das Vorsehen einer Dämpfung eines Parksperrenrads ist durch den Stand der Technik offenbart. So zeigt
DE 10 2013 204 174 A1 ein Fahrzeug mit einer Parksperrenanordnung, bei der ein Klinkenrad aus einer inneren und einer äußeren Komponente besteht. Die innere und äußere Komponente des Klinkenrads sind durch einen Zwischenring drehfest miteinander verbunden. Durch den Zwischenring lässt sich eine Eigendämpfung des Klinkenrads im Vergleich zu herkömmlichen massiven Klinkenrädern erhöhen.
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Weiter zeigt
DE 101 43 386 A1 eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, welche eine mit den Antriebsrädern in Wirkverbindung stehende Antriebswelle umfasst, die ein Eingriffsrad aufweist, welches durch ein Sperrelement beeinflussbar ist. Die Parksperre ist dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsrad zur Antriebswelle drehbar gelagert ist und zur Drehmitnahme mit einem zur Antriebswelle drehfesten Element in Wirkverbindung steht, wobei im Drehmomentweg zwischen dem Eingriffsrad und dem drehfesten Element mindestens ein elastisch deformierbares Element angeordnet ist, welches bei einer Blockierung des Eingriffsrades durch das Sperrelement eine Restrotationsenergie des Antriebsstranges aufnehmen kann.
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US 6 419 068 B1 betrifft einen Parkmechanismus für ein Automatikgetriebe, umfassend ein Zahnrad, das an der Drehmomentausgangswelle des Getriebes befestigt ist, und eine Parkklinke, die schwenkbar an einem Getriebegehäuse angebracht ist. Die Sperrklinke hat einen Sperrklinkenzahn, der mit Zahnabständen auf dem Zahnrad in Eingriff gebracht werden kann, wodurch die Ausgangswelle des Übertragungsdrehmoments gegen Drehbewegungen blockiert wird. Torsionsdämpferelemente werden von der Drehmomentausgangswelle und vom Zahnrad getragen. Dämpferelemente befinden sich zwischen der Registrierung der radialen Ausdehnungen des Zahnrads am Innendurchmesser des Zahnrads und an einer Nabe, die fahrbar an der Drehmomentausgangswelle befestigt ist, wodurch eine begrenzte Zahnradbewegung relativ zu den Trägheitskräften der Drehmomentausgangswelle als Dämpfung ermöglicht wird Der Sperrklinkenzahn greift in eine Zahnlücke auf dem Zahnrad ein.
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Aus
US 1 785 812 A sind eine Radkonstruktion und Räder bekannt, die speziell für die Verwendung in Verbindung mit Schienenfahrzeugen ausgelegt sind. Auch wird ein Zahnrad mit einem Dämpfungselement gezeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Parksperrenanordnung bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Dämpfung von Schwingungen zu realisieren.
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Die Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung gelöst. Dabei weist die Parksperrenanordnung wenigstens ein Parksperrenrad, eine Sperrklinke und eine Betätigungsvorrichtung auf. Üblicherweise ist die Sperrklinke ortsfest, beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet. Durch die Betätigungsvorrichtung ist die Sperrklinke von einem ausgelegten in einen eingelegten Betätigungszustand verbringbar, wobei unter einer betätigten Parksperrenanordnung zu verstehen ist, dass sich die Sperrklinke in einem eingelegten Betätigungszustand befindet. Dabei greift die Sperrklinke mit einer Eingriffskontur in eine dazu korrespondierende Kontur des Parksperrenrads ein. Hierdurch werden das Parksperrenrad und sämtliche damit gekoppelten Elemente eines Antriebsstrangs rotatorisch festgesetzt.
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Das Parksperrenrad und ein Wellenelement sind koaxial zu einer gemeinsamen Rotationsachse in der gleichen Ebene angeordnet. Bei dem Wellenelement kann es sich beispielsweise um eine Welle eines Antriebsstrangs, beispielsweise eine Abtriebswelle oder eine Radwelle handeln. Alternativ ist von einem Wellenelement auch eine Nabe umfasst, welche an einem Innendurchmesser wiederum mit einer Welle drehfest, beispielsweise mittels einer formschlüssigen Steckverbindung, verbunden ist. Das Wellenelement ist dabei innenliegend und das Parksperrenrad außenliegend angeordnet, mit anderen Worten umgibt das Parksperrenrad das Wellenelement. Zwischen dem Parksperrenrad und dem Wellenelement ist ein Dämpfungselement angeordnet.
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Erfindungsgemäß weisen das Parksperrenrad und das Wellenelement in axialer Ausprägung zu der gemeinsamen Rotationsachse eine zueinander korrespondierende formschlüssige Mitnahmekontur auf. Dabei ist die Mitnahmekontur radial nach außen gerichtet so ausgeführt, dass Vorsprünge eines ersten Konturbereichs in Ausnehmungen eines zweiten Konturbereichs eingreifen. Hierdurch wird erreicht, dass eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment zwischen Parksperrenrad und Wellenelement übertragen werden kann, somit die zuvor genannten Elemente nicht frei gegeneinander drehen können. Aus der zuvor beschriebenen Anordnung ergibt sich ferner, dass das Dämpfungselement in einem Bereich der Mitnahmekontur zwischen dem Parksperrenrad und dem Wellenelement angeordnet ist. Das Parksperrenrad und das Wellenelement bilden somit einen Zwischenraum aus, in welchem das Dämpfungselement eingebracht ist. Dies hat auch den Vorteil, dass das Dämpfungselement axial gesichert ist, also nicht verrutschen oder in unzulässiger Weise deplatziert werden kann. Bei dem Dämpfungselement handelt es sich insbesondere um ein unter Druck- beziehungsweise Krafteinleitung elastisch verformbares Element, wobei die Verformung reversibel ist. Im unbelasteten Zustand nimmt das Dämpfungselement folglich wieder seine ursprüngliche Form an. Durch den Zwischenraum wird gleichzeitig eine adäquate Bewegungsfreiheit des Dämpfungselements sichergestellt, sodass sich dieses unter Belastung verformen beziehungsweise eine Querschnittsänderung vollziehen kann.
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Die Verformung des Dämpfungselements hat zur Folge, dass das Wellenelement und das Parksperrenrad von einer Mittellage zu einer Endlage um einen Verdrehwinkel α gegeneinander verdrehbar sind. Dabei ist in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen jeweils eine Verdrehung von der Mittellage zu einer jeweiligen Endlage möglich, sodass sich ein maximaler Verdrehwinkel amax ergibt, wobei αmax = 2α ist.
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Weiter erfindungsgemäß ist ein Federelement vorgesehen, wobei das Federelement das Parksperrenrad und das Wellenelement axial gegeneinander verspannt. Hierdurch wird ein Reibmoment zwischen Parksperrenrad und Wellenelement erzeugt, welches Schwingungen beim Einlegen der Parksperre entgegenwirkt. Das Federelement kann beispielsweise als Wellen-, Teller- oder Membranfeder ausgeführt sein.
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Weiter ist das Federelement mittels Fixiermitteln an dem Parksperrenrad fixiert. Die Fixiermittel können beispielsweise als Schraube oder Niet ausgeführt sein. Vorteilhaft sind die Fixiermittel achsparallel zu der Rotationsachse angeordnet. Durch die Fixiermittel wird axial eine Kraft auf das Federelement ausgeübt, wodurch das Wellenelement und das Parksperrenrad gegeneinander verspannt werden. Die Fixiermittel sind radial umlaufend gleichmäßig verteilt angebracht.
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In erfindungsgemäßer Ausgestaltung weist das Wellenelement radial umlaufend partielle Ausnehmungen auf, in welche die Fixiermittel eingreifen beziehungsweise hindurchragen. Insbesondere handelt es sich bei den partiellen Ausnehmungen um Langlöcher, welche mit gleichbleibendem Radius gekrümmt ausgeführt sind. Durch das Vorsehen der Ausnehmungen wird eine relative Verdrehung zwischen dem Parksperrenrad und dem Wellenelement einerseits grundsätzlich ermöglicht, andererseits aber auch gleichzeitig auf ein zulässiges Maß begrenzt. Ein Verdrehwinkel β beschriebt dabei eine relative Verdrehung von einer Mittellage zu einer Endlage. Dabei ist in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen jeweils eine Verdrehung von der Mittellage zu einer jeweiligen Endlage möglich, sodass sich ein maximaler Verdrehwinkel βmax ergibt, wobei βmax = 2β ist. In der jeweiligen Endlage kommen die Fixiermittel an einem Ende der Ausnehmung zur Anlage. Hierdurch wird eine Anschlaggeometrie bereitgestellt.
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Grundsätzlich ist der Verdrehwinkel β < α. Daraus ergibt sich, dass eine relative Verdrehung zwischen Parksperrenrad und Wellenelement durch die Endlagen der Fixiermittel in den Ausnehmungen und nicht durch das Dämpfungselement begrenzt wird. Hierdurch wird eine Überlastung oder Schädigung des Dämpfungselements vermieden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Parksperrenanordnung ist der Verdrehwinkel β durch eine Kontur der Fixiermittel variierbar. Hierunter ist zu verstehen, dass je nach technischer Anforderung an die Parksperrenanordnung der Verdrehwinkel β vergrößert oder verringert werden kann. Weisen die Fixiermittel eine Kontur auf, welche in radial umlaufender Erstreckung größer ist, so verringert sich der Verdrehwinkel β. Auch ist es denkbar, anstatt einer Anpassung der Kontur der Fixiermittel verschiedene Hülsen vorzusehen, welche den zuvor genannten Effekt erzielen. Im Ergebnis können somit unter Verwendung von gleichen Parksperrenrädern verschiedene Anwendungen bedient werden. Alternativ könnten in standardisierten Ausnehmungen auch Buchsen eingesetzt werden, welche in gleicher Weise den Verdrehwinkel β beeinflussen.
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Je nach Ausführung des Federelements kann dieses eine nichtlineare Federkennlinie oder eine lineare Federkennlinie aufweisen. In Weiterbildungen kann das Federelement dabei eine progressive Federkennlinie aufweisen. Unter einer nichtlinearen Federkennlinie ist dabei zu verstehen, dass sich die Steifigkeit des Federelements während der Verformung beziehungsweise während der Belastung ändert. Eine progressive Federkennlinie stellt dabei eine besondere Form der nichtlinearen Federkennlinie dar, wobei die Steifigkeit des Federelements überproportional zunimmt, je weiter die Belastung ansteigt.
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Das durch das Federelement erzeugte Reibmoment ist erfindungsgemäß variierbar. Dabei kann entweder das Federelement je nach Anforderung getauscht werden, oder beispielsweise eine durch die Fixiermittel aufgebrachte Kraft (Anzugsmoment bei Schrauben) verändert werden. Somit können auch hierdurch verschiedene Anwendungen der Parksperrenanordnung mit minimalem Aufwand abgedeckt werden.
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In Weiterbildung kann zusätzlich ein Drehfederelement vorgesehen werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Torsionswelle, welche eine vorgegebene Torsionssteifigkeit aufweist. Vorteilhaft ist das Dämpfungselement als Elastomer ausgeführt. Dabei handelt es sich bei dem Elastomer um einen synthetischen Kautschuk oder einen gummiähnlichen Kunststoff. Im Wesentlichen definiert sich die Ähnlichkeit zu Gummi durch die elastisch verformbaren Eigenschaften. Insbesondere kann es sich bei dem Elastomer aber um einen Ethylen-Acrylaz- (AEM), Ethylen-Propylen-/Ethylen-Propylen-Dien-(EPM), Flourkautschuk- (FKM/FPM) oder Polyurethan-Elastomer (PUR) handeln. Im Übrigen können jegliche duktil reversible Werkstoffe verwendet werden.
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Durch das Zusammenwirken von Dämpfungselement, Federelement und Anschlaggeometrie wird ein Torsionsdämpfer der Parksperrenanordnung realisiert.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Parksperrenanordnung mit Parksperrenrad und Torsionsdämpfer;
- 2: eine Schnittdarstellung des Parksperrenrads gemäß 3a;
- 3a: eine schematische Darstellung des Parksperrenrads mit Torsionsdämpfer;
- 3b: eine Schnittdarstellung des Parksperrenrads gemäß 3a;
- 4: eine zweite schematische Darstellung des Parksperrenrads mit Torsionsdämpfer.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Parksperrenanordnung 1 mit einem Parksperrenrad 2 und einem Torsionsdämpfer. Das Parksperrenrad 2 ist auf einem Wellenelement 3 zentriert. Das Wellenelement 3 ist vorliegend mittels einer Steckverbindung 4 mit einer Rotorwelle 5 drehfest verbunden. Nicht gezeigt ist eine elektrische Maschine, deren Rotor drehfest mit der Rotorwelle 5 verbunden ist. Die Rotorwelle 5 ist ferner als Hohlwelle ausgeführt.
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Das Wellenelement 3 weist an einer ersten Seite eine Distanzkontur 6 auf, mit welcher sich das Wellenelement 3 axial gegen die Rotorwelle 5 abstützt. Auf einer zweiten Seite des Wellenelements 3 ist ein Lagerelement 7 angeordnet, durch welches die Rotorwelle 5 beispielsweise in einem hier nicht gezeigten Gehäuse um eine Rotationsachse R drehbar gelagert ist. Das Lagerelement 7 ist als Kugellager ausgeführt. Die erste und zweite Seite des Wellenelements 3 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Eine Kontur des Wellenelements 3 und des Parksperrenrads 2 sind so ausgeführt, dass sie in einem Anlagebereich 8 axial und radial zueinander in Anlage kommen und sich hierdurch gegeneinander abstützen. Gleichzeitig erfolgt hierdurch auch eine Zentrierung des Parksperrenrads 2 auf dem Wellenelement 3. Das Parksperrenrad 2 ist ferner so ausgebildet, dass auf der zweiten Seite ebenfalls eine abstützende Kontur vorgesehen ist, sodass auch hier das Parksperrenrad 2 gegen das Wellenelement 3 abgestützt beziehungsweise auf diesem zentriert wird. Parksperrenrad 2 und Wellenelement 3 weisen somit jeweils auf der ersten und zweiten Seite Konturen zur Zentrierung auf.
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Die abstützenden Konturen können so ausgebildet sein, dass entweder auf beiden Seiten oder auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite eine Abstützung beziehungsweise Zentrierung erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Spaltbreite in diesen Bauteilbereichen je nach Anforderungsprofil unterschiedlich ausgestaltet ist. Hierdurch kann insbesondere eine Verkippung beziehungsweise Schrägstellung des Parksperrenrads 2 angepasst und variiert werden. Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausgestaltung kann aus den daraus resultierenden verschiedenen Reibradien auf der ersten und/oder der zweiten Seite ein Reibwert entsprechend beeinflusst werden.
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Zwischen dem Wellenelement 3 und dem Parksperrenrad 2 ist ein radial umlaufendes Dämpfungselement 9 angebracht. Dieses erstreckt sich axial nicht über die gesamte Länge des Wellenelements 3 beziehungsweise des Parksperrenrads 2. Vielmehr wird die axiale Ausdehnung des Dämpfungselements 9 auf der ersten Seite des Wellenelements 3 durch deren Konturen im Anlagebereich 8 begrenzt. Das Parksperrenrad 2 weist ferner eine Außenverzahnung auf, in welche eine hier nicht gezeigte Sperrklinke in Abhängigkeit des Betätigungszustands der Parksperrenanordnung eingreifen kann.
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Auf der ersten Seite des Wellenelements 3 ist ferner ein Federelement 10 angeordnet. Dieses ist vorliegend als kreisrunde Tellerfeder ausgeführt. Das Federelement 10 wird in seinem Innenradius durch die Distanzkontur 6 des Wellenelements 3 begrenzt, mit anderen Worten wird es auf diese aufgebracht beziehungsweise durch diese zentriert.
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Weiter sind Fixiermittel 11 als Schrauben ausgeführt, durch welche das Federelement 10, das Wellenelement 3 und das Parksperrenrad 2 axial gegeneinander verspannt werden. Die Fixiermittel 11 ragen durch Ausnehmungen 12 des Federelements 10 und Ausnehmungen 13 des Wellenelements 3 hindurch, während sie in Ausnehmungen 14 des Parksperrenrads 2 eingreifen. Insbesondere weisen die Ausnehmungen 14 ein Gewinde auf, in welches die Fixiermittel 11 eingeschraubt werden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der Parksperrenrads 2. Dabei entspricht dies einer Draufsicht auf das Parksperrenrad 2 als Resultats eines Schnitts durch die in 3b eingezeichnete Schnittebene C-C. In dieser Darstellung ist beispielsweise die Außenverzahnung erkennbar, welche durch umfänglich umlaufende alternierende Erhebungen 15 und Vertiefungen 16 gebildet wird. In die Vertiefungen 16 greift in einem eingelegten Zustand die nicht gezeigte Sperrklinke ein und setzt das Parksperrenrad 2 rotatorisch fest. Ferner ist ein Durchlass 17 des Wellenelements 3 dargestellt, durch welchen in einem eingebauten Zustand die Rotorwelle 5 hindurchragt.
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Von einem Mittelpunkt M des Durchlasses 17 aus, welcher auf der Rotationsachse R liegt, ist ein Verdrehwinkel β aufgetragen. Dieser ergibt sich daraus, dass das Parksperrenrad 2 und das Wellenelement 3 um die Rotationsachse R gegeneinander verdrehbar sind. Der Betrag der Verdrehung ergibt sich aus dem doppelten Verdrehwinkel β, wobei ausgehend von einer Mittellage jeweils ein Verdrehwinkel von +/- β abgebildet ist, bevor die Fixiermittel 11 in einer jeweiligen Endlage an dem Wellenelement 3 zur Anlage kommen. Durch die Ausnehmungen 13 des Wellenelements 3 wird somit eine Anschlaggeometrie ausgebildet. Die Ausnehmungen 13 haben dabei eine gekrümmte Kontur in Form eines Langlochs. Insgesamt weist die vorliegende Ausführungsform fünf umlaufend gleichmäßig verteilt angeordnete Ausnehmungen 13, in welche fünf Fixiermittel 11 eingreifen.
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3a zeigt eine zweite schematische Darstellung des Parksperrenrads 2 in der gleichen Perspektive, wie zuvor in 2 dargestellt. Im Gegensatz zu der in 2 beschriebenen Darstellung handelt es sich hier jedoch nicht um eine Darstellung eines Schnitts durch die Schnittebene C-C, sondern um eine Draufsicht auf die gesamte Anordnung des Parksperrenrads 2, des Wellenelements 3 und des Federelements 10. Folglich sind die Ausnehmungen 13 des Wellenelements 3 nicht zu erkennen. Diese werden nun durch das Federelement 10 verdeckt. Das Federelement 10 ist mit den Fixiermitteln 11 an dem Parksperrenrad 2 fixiert. Zu einem Großteil wird auch das Wellenelement 3 durch das Federelement 10 verdeckt.
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3b zeigt eine Schnittdarstellung des Parksperrenrads gemäß 3a durch die dort eingezeichnete Schnittebene A-A. Im Wesentlichen entspricht dies der Darstellung gemäß 1, jedoch fehlen in dieser Darstellung Rotorwelle 5 und Lagerelement 7.
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4 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Parksperrenrads 2 mit Torsionsdämpfer. Dabei zeigt 4 eine Darstellung von einer zu der in 2 entgegengesetzten Blickrichtung. Mit anderen Worten zeigt 2 eine Draufsicht von der ersten Seite des Wellenelements 3, während 2 eine Draufsicht von der zweiten Seite des Wellenelements 3 zeigt.
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Dieser Darstellung ist beispielsweise zu entnehmen, dass das Wellenelement 3 eine vom Mittelpunkt M ausgehend sternförmig ausgeprägte Mitnahmekontur 18 aufweist, welche in dazu korrespondierende Vertiefungen des Parksperrenrads 2 eingreift. Hierdurch ist gewährleistet, dass einerseits ein freies Verdrehen von Parksperrenrad 2 und Wellenelement 3 verhindert wird. Gleichzeitig wird so ein Freiraum geschaffen, in welchen das Dämpfungselement 9 eingebracht werden kann. Dieses befindet sich somit entlang der sternförmigen Mitnahmekontur 18 zwischen Parksperrenrad 2 und Wellenelement 3. Da das Dämpfungselement 9 verformbar ist, kann durch dessen Kompression eine rotatorische Relativbewegung zwischen Parksperrenrad 2 und Wellenelement 3 abgebildet werden. An Flanken der sternförmig ausgeprägten Mitnahmekontur 18 bildet sich ein theoretischer Verdrehwinkel α aus, wobei dieser nur erreicht werden kann, wenn kein Dämpfungselement 9 vorgesehen würde. Durch das Vorhandensein des Dämpfungselements 9 wird der Verdrehwinkel α reduziert. Da die sternförmige Mitnahmekontur beidseitig von dem Dämpfungselement 9 umgeben ist, resultiert hieraus jeweils ein Verdrehwinkel α im Uhrzeigersinn und entgegen des Uhrzeigersinns. Folglich beträgt der maximale Betrag der Verdrehung dem doppelten Verdrehwinkel a, wobei ausgehend von einer Mittellage jeweils ein Verdrehwinkel von +/- α abgebildet ist.
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Aus dem Zusammenwirken von Fixiermitteln 11, als Langloch ausgebildeten Ausnehmungen 13, Dämpfungselement 9 und Federelement 10 ergibt sich die Wirkung des Torsionsdämpfers. Hierdurch können unerwünschte Schwingungen beim Ein- und Auslegen der Parksperre bedarfsgerecht reduziert oder eliminiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperrenanordnung
- 2
- Parksperrenrad
- 3
- Wellenelement
- 4
- Steckverbindung
- 5
- Rotorwelle
- 6
- Distanzkontur
- 7
- Lagerelement
- 8
- Anlagebereich
- 9
- Dämpfungselement
- 10
- Federelement
- 11
- Fixiermittel
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Erhebung
- 16
- Vertiefung
- 17
- Durchlass
- 18
- Mitnahmekontur
- M
- Mittelpunkt
- R
- Rotationsachse
- α
- Verdrehwinkel
- β
- Verdrehwinkel
