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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Parksperre für ein Getriebe mit einem Parksperrenrad und einer diesem zugeordneten Klinke. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Parksperre in einem Getriebe eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, oder eines Stufenautomat- oder Doppelkupplungsgetriebes eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges.
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Stand der Technik
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DE 10 2006 012 343 A1 bezieht sich auf eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug. Die Parksperre umfasst dabei ein Parksperrenrad mit einer Rastverzahnung, in welche eine Sperrklinke einrasten kann. Dabei weisen das Parksperrenrad ebenso wie die Sperrklinke jeweils zusammenwirkende Schrägverzahnungen auf. Die Schrägverzahnungen können dabei als einfache Schrägverzahnungen ausgeführt sein oder auch als gepfeilte Verzahnungen ausgeführt sein.
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DD 31254 bezieht sich auf ein Wendegetriebe für Schiffe. Das Getriebe umfasst mehrere miteinander kämmende Zahnräder, wobei einige der Zahnräder eine Schrägverzahnung aufweisen. Wenn zwei Zahnräder des Getriebes gleichzeitig mit einer klaren Verzahnung in Eingriff gebracht sind, wird das Getriebe blockiert, was ähnlich wirkt wie eine Parksperre bei Kraftfahrzeugen.
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DE 10 2018 202 632 A1 offenbart ein Getriebeteil mit einer Parksperre. Das Getriebeteil weist dabei ein Hohlrad auf. Das Hohlrad kämmt mit einer Maschinenabtriebsverzahnung und weist ebenso wie die Maschinenabtriebsverzahnung eine Schrägverzahnung auf.
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Parksperren mit geradverzahnten Komponenten als Kombination aus Parksperrenrad und einer Klinke finden heutzutage Anwendung in nahezu allen Stufenautomat- und Doppelkupplungsgetrieben von Fahrzeugen. Bei Einlegen der Parksperre und dem Einsatz von geradverzahnten Parksperrenrädern, kommt es zu einer sehr hohen, rein radial gerichteten Krafteinleitung in eine Welle. Bei Achsen-Modulen eines elektrischen Antriebsstranges ist eine direkte Kopplung zwischen einer elektrischen Maschine und dem Parksperrenrad sehr steif ausgelegt. Durch das Einrasten der Klinke in das Parksperrenrad kommt es zu einer abrupten Unterbrechung der Rotation des Rotors. Durch das Rotor-Trägheitsmoment entstehen somit sehr hohe festigkeitsrelevante Lasten, welche ein Hauptgestaltungsmerkmal der Geometrie aller Komponenten zwischen dem Rotor und dem Parksperrenrad darstellen. Dies bedeutet, dass die Komponenten des E-Achsenmoduls speziell auf diesen Lastfall ausgelegt sind.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Parksperre für ein Getriebe vorgeschlagen, mit einem Parksperrenrad und einer diesem zugeordneten Klinke, die bei Aktivierung in eine Verzahnung am Anfang des Parksperrenrades eingreift, wobei die Verzahnung des Parksperrenrades als Schrägverzahnung ausgeführt ist.
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Durch die schrägverzahnte Geometrie der Verzahnung wird bei Einlegen der Klinke, d.h. Aktivierung der Parksperre, die auftretende Kraft in eine radiale und eine axiale Komponente aufgeteilt, was einen positiven Effekt bezüglich der Lasteinleitung in die Komponenten des bei der Aktivierung der Parksperre blockierten Getriebes ermöglicht.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperre weist die Klinke einen Klinkenkopf auf, dessen Schräge komplementär zur Schrägung von Zahnflanken der Schrägverzahnung ausgeführt ist.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Parksperrenrad der Parksperre auf eine Eingangswelle des Getriebes angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Parksperrenrad beispielsweise mit einer Mehrkeilprofilierung versehen, sodass eine drehfeste Anordnung auf der Eingangswelle des Getriebes möglich ist.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperre ist so ausgeführt, dass bei Aktivierung der Klinke, d.h. Eingreifen des Klinkenkopfes in eine Zahnlücke zwischen zwei schrägverzahnten Zähnen, eine Kraft in eine Radialkraft-Komponente und eine Axialkraft-Komponente aufgeteilt sind. Die beiden Kraftkomponenten, d.h. die Radialkraft-Komponente wie auch die Axialkraft-Komponente sind in ihrer absoluten Höhe deutlich geringer verglichen mit den auftretenden reinen radial gerichteten Kräften bei einer Geradverzahnung eines Parksperrsystems.
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In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperre können beispielsweise die Zähne der Schrägverzahnung an den jeweiligen Zahnflanken eine Doppelschräge aufweisen, d.h. die Schrägung ist auf beiden Seiten des Zahns entgegensetzt gerichtet ausgeführt.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Parksperre an einem E-Achsen-Modul eines elektrischen Antriebsstranges eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, auf die Verwendung an einem Stufenautomat- oder Doppelkupplungsgetriebe eines mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperre kann aufgrund der eingesetzten schrägverzahnten Geometrie bei Einlegen der Klinke in die Schrägverzahnung, die in diesem Fall auftretende Last, in eine Radialkraft-Komponente und eine Axialkraft-Komponente aufgeteilt werden. Dies führt dazu, dass der Betrag, der in Radialrichtung wirkenden Kraftkomponente sinkt, wodurch die Belastung der relevanten Bauteile abnimmt. Durch die niedrigere axiale Steifigkeit des Parksperrenrades reduziert sich des Weiteren die Gesamtsteifigkeit des Systems der Parksperre, was wiederum in einer niedrigeren Belastung resultiert. Die axiale Lastkomponente kann durch die ohnehin ausreichend dimensionierten Lager abgestützt werden. Des Weiteren ist von Vorteil, dass durch die Schrägverzahnung ein Teil der Energie durch Gleitreibung abgebaut werden kann.
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Aufgrund der verbesserten Lasteinleitung kann eine reduzierte Dimensionierung vorgenommen werden, da der absolute Betrag, der bei Aktivierung der Parksperre entstehenden Radialkraft, verglichen mit bisherigen Lösungen, erheblich geringer ist, wodurch sich eine reduzierte Dimensionierung der Komponenten erreichen lässt, was wiederum zu einer Gewichtsersparnis einer Bauraumoptimierung und letztlich zu einer Kostenreduktion bei der Fertigung von Getrieben führt.
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Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Minderung der Schädigung des Verschleißes der Komponenten einer Parksperre, insbesondere des Parksperrenrades sowie der Klinke, erreicht werden.
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Denkbar wäre auch eine Aktuierung und somit das Einlegen der Parksperre während einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges. Bei einer doppelseitig ausgebildeten Schrägverzahnung wäre die Kraftumkehr in Axialrichtung bei Rückwärtsfahrt im Vergleich zur Vorwärtsfahrt im Design zu berücksichtigen. Somit kann auch die seltener genutzte Zahnseite schrägverzahnt ausgebildet sein, oder eben geradeverzahnt ausgeführt sein, was kostengünstiger ist. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können, falls eine Doppelschräge an den Zähnen ausgebildet wird, die beidseitigen Schrägen einer Zahnflanke bzw. Zahnflanken unterschiedlich hinsichtlich der Schrägungswinkel ausgestaltet sein. Dadurch kann die Kraftaufteilung in radiale und axiale Richtung bei Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt optimal an die belasteten mechanischen Komponenten angepasst werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Parksperre in Geradverzahnung in perspektivischer Ansicht,
- 2 eine Draufsicht auf die Parksperre gemäß 1,
- 3 eine Draufsicht auf eine Parksperre mit schrägverzahntem Parksperrenrad und einer Klinke,
- 3.1 eine Draufsicht auf die Schrägverzahnung am Umfang des Parksperrenrades,
- 3.2 eine Draufsicht auf den Klinkenkopf der mit der Schrägverzahnung des Parksperrenrades zusammenwirkenden Klinke und
- 4 die Anordnung des Parksperrenrades der Parksperre auf einer Eingangswelle eines Getriebes.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine Parksperre 22 mit einem Parksperrenrad 10 und einer an dessen Umfang zugeordneten Klinke 18. Die Klinke 18 ist um eine Drehachse 20 beweglich. Das Parksperrenrad 10 weist an seinem Umfang eine Geradverzahnung 12 auf, die aus einzelnen Zähnen 16 gebildet ist, die jeweils durch eine Zahnlücke 14 in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. Zum Blockieren des Parksperrenrades 10 wird die Klinke 18 aktiviert, so dass diese in eine Zahnlücke 14 zwischen zwei Zähnen 16 des Parksperrenrades 10 eingreift und eine Rotation der Welle, auf der das Parksperrenrad 10 aufgenommen ist, blockiert.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Parksperre 22, die das Parksperrenrad 10 sowie die Klinke 18 umfasst, im aktivierten Zustand. Die Klinke 18 ist in die Zahnlücke 14 zwischen zwei Zähnen 16 des Parksperrenrades 10 eingefahren und blockiert die Rotation des Parksperrenrades 10.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperre 22 ist am Umfang des Parksperrenrades 10 eine Schrägverzahnung 30 ausgeführt. Die Schrägverzahnung 30 umfasst mehrere Zähne 16, die durch die Zahnlücke 14 voneinander getrennt sind. Aus der Draufsicht gemäß 3 geht hervor, dass ein Klinkenkopf 38 der Klinke 18 bei Aktivierung der Parksperre 22 in die Zahnlücke 14 zwischen zwei Zähnen 16 der Schrägverzahnung 30 eingreift und die Rotation des Parksperrenrades 10 bzw. der Welle, auf der das Parksperrenrad 10 drehfest aufgenommen ist, blockiert. Das Parksperrenrad 10 weist beispielsweise eine Mehrkeilprofilierung 42 auf, mit welcher es auf einer in 4 dargestellten Eingangswelle 64 eines Getriebes drehfest aufgenommen ist.
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Den 3.1 und 3.2 sind Einzelheiten der Schrägverzahnung 30 des Parksperrenrades 10 sowie der Klinke 18 zu entnehmen.
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Aus der Draufsicht gemäß 3.1 geht hervor, dass die einzelnen Zähne 16 der Schrägverzahnung 30 jeweils Zahnflanken 32 aufweisen. Ein jeder Zahn 16 der Schrägverzahnung 30 weist in Bezug auf seine Zahnflanken 32 eine Doppelschräge 44 auf. Aus der Draufsicht gemäß 3.1 geht hervor, dass die Schrägung der jeweiligen Zahnflanken 32 an einem Zahn 16 gegenläufig zueinander ausgebildet ist. Komplementär zur Geometrie der Zähne 16 sind zwischen den einzelnen Zähnen 16 Zahnlücken 14 vorhanden. Anstelle einer Doppelschräge 44 könnten die Zahnflanken 32 auch in unterschiedlichen Schrägen 40 ausgebildet sein, hinsichtlich des Schrägungswinkels, um eine Kraftaufteilung in radiale und axiale Richtung bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt optimal an die belasteten mechanischen Komponenten anzupassen.
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Analog verhält es sich mit der Form eines Klinkenkopfes 38 der Klinke 18, gemäß der Draufsicht in 3.2. Auch hier ist der Klinkenkopf 38 beidseits mit einer Schräge 40 versehen, wobei die Schräge 40 am Klinkenkopf 38 zur Schräge 40 der Zahnflanken 32 der Schrägverzahnung 30 korrespondiert.
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Wird die Klinke 18 aktiviert, so greift der Klinkenkopf 38 in eine Zahnlücke 14, die zwischen zwei Zähnen 16 der Schrägverzahnung 30 gebildet ist, ein und blockiert das Parksperrenrad 10 und damit die Welle, auf der das Parksperrenrad 10 aufgenommen ist. Aufgrund der Schrägverzahnung 30 entsteht eine Kraft, die - wie in den 3.1 und 3.2 dargestellt - eine Radialkraft-Komponente 34 und eine Axialkraft-Komponente 36 aufweist. In Bezug auf die in den 1 und 2 dargestellte Geradverzahnung 12 am Umfang des Parksperrenrades 10 ist der Betrag der Radialkraft-Komponente 34 gemäß der 3.1. und 3.2 deutlich verringert, wodurch die Belastung der relevanten Bauteile, d.h. des Parksperrenrades 10 sowie der Eingangswelle 64 (vgl. Darstellung gemäß 4) abgesenkt wird, so dass die Bauteile entsprechend kleiner dimensioniert werden können, da der Lastfall, für den sie ansonsten ausgelegt sind, in diesem Umfang nicht mehr auftritt, sondern durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung die Radialkraft-Komponente 34 und die Axialkraft-Komponente 36 betragsmäßig kleiner sind als verglichen mit dem Lastfall, der auftritt, falls eine Geradverzahnung 12 am Parksperrenrad 10 ausgeführt ist. Die in diesem Falle auftretende Kraft ist eine reine Radialkraft, die betragsmäßig die Radialkraft-Komponente 34, so wie sie beim Einsatz einer Schrägverzahnung 30 am Umfang eines Parksperrenrades 10 auftritt, bei weitem übersteigt.
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4 zeigt in schematischer Weise einen Schnitt durch einen Teil eines Getriebes. Bei der Darstellung in 4 handelt es sich beispielsweise um ein Getriebe, welches im elektrischen Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges verbaut ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperre 22 kann hingegen auch bei Stufenautomat- oder Doppelkupplungsgetrieben Einsatz finden, die an Fahrzeugen verbaut werden, die mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben sind.
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Aus 4 geht hervor, dass eine Eingangswelle 64 in einem ersten Lager 50 und einem zweiten Lager 52 gelagert ist. Auf der Eingangswelle 64 befindet sich, beispielsweise über die Mehrkeilprofilierung 42 drehfest angelagert, das Parksperrenrad 10. Das Parksperrenrad 10 weist die in 3.1 in der Draufsicht dargestellte Schrägverzahnung 30 auf. Des Weiteren ist an der Eingangswelle 64 ein Ritzel 58 ausgeführt, Lagersitze des ersten Lagers 50 bzw. des zweiten Lagers 52 sind durch Bezugszeichen 62 bezeichnet. Die Eingangswelle 64 ist von einer Durchgangsbohrung 66 durchzogen. Die Eingangswelle 64 ist mit einem hier nur schematisch angedeuteten Rotor 60 drehfest über eine Steckverzahnung 54 verbunden. Am Getriebe ist ferner ein Getriebedeckel 56 montiert, der das erste Lager 50 überdeckt.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012343 A1 [0002]
- DE 102018202632 A1 [0004]
