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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer Parksperre gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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In elektrischen Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen kommen Parksperren zum Einsatz, welche bei Aktivierung ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs aus dem abgestellten Zustand verhindern, indem sie eine Rotation einer Antriebswelle oder einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs blockieren. Dazu sind Parksperren bekannt, bei denen ein Parksperrenrad mit einer Sperrklinke zusammenwirkt. Die Sperrklinke greift dabei in ein mit einer der Wellen des Antriebsstrangs drehfest verbundenes Zahnrad ein und sperrt somit den Antriebsstrang gegen eine weitere Rotation. Dadurch wird ein Wegrollen des Kraftfahrzeuges bei einem Stillstand des elektrischen Antriebsmotors verhindert.
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Aus der
EP 3 296 147 A1 ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor bekannt, wobei das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors über eine Zwischenwelle auf ein Differenzial übertragen wird. Dabei ist ein Zahnrad über eine Innenverzahnung drehfest mit der Zwischenwelle verbunden, welches an seinen Stirnseiten Ausnehmungen aufweist, in welche eine Schaltklaue einer Parksperre eingreifen kann, um den Antriebsstrang zu blockieren.
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Die
DE 10 2018 201 370 A1 offenbart einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend eine Hauptgetriebewelle zum Antreiben der angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs durch einen Primärantrieb des Hybridfahrzeugs, und ein Elektromotormodul, wobei das Elektromotormodul einen Elektromotor mit einer Rotorwelle umfasst. Dabei ist ein Drehmoment der Rotorwelle auf die Hauptgetriebewelle übertragbar ist, wobei die Rotorwelle achsparallel zur Hauptgetriebewelle angeordnet ist. Die Rotorwelle ist von der Hauptgetriebewelle über eine Kupplungseinrichtung an- und abkoppelbar, wobei die Kupplungseinrichtung über eine achsparallel zur Hauptwelle verschiebbare Kupplungsaktuierung mit einer Schaltmuffe schaltbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, bauraumoptimierten Antriebsstrang mit einer Parksperre darzustellen, welche sich komfortabel aktivieren lässt und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotors, umfassend eine erste Welle, welche drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und eine koaxial zu der ersten Welle angeordnete zweite Welle, welche in axialer Richtung relativ zu der ersten Welle verschiebbar ist, gelöst. Dabei trägt die erste Welle ein Zahnrad, welches drehbar auf der ersten Welle gelagert ist, wobei die zweite Welle mit einem Sperrelement verbunden ist, wobei an dem Sperrelement Formschlusselemente ausgebildet sind, mit welchen das Sperrelement wahlweise mit dem Zahnrad oder mit dem Gehäuse formschlüssig verbindbar ist, um eine Parksperre für den Antriebsstrang auszubilden. Erfindungsgemäß ist ein Synchronisationsmechanismus vorgesehen, welcher über eine axiale Verschiebung der zweiten Welle ansteuerbar ist. Durch den Synchronisationsmechanismus kann sichergestellt werden, dass die Formschlusselemente stets funktionssicher mit dem Zahnrad oder mit dem Gehäuse verbunden werden, um die Funktion einer Parksperre sicherzustellen. Zudem wird die mechanische Belastung auf das Sperrelement und/oder das Zahnrad oder das Gehäuse reduziert, da Schaltschläge durch den Synchronisationsmechanismus reduziert werden. Der vorgeschlagene Antriebsstrang ermöglicht eine einfache und funktionssichere Aktivierung einer Parksperre für den Antriebsstrang, um das Kraftfahrzeug bei einem Stillstand eines elektrischen Antriebsmotors effektiv gegen ein Wegrollen zu sichern. Durch die Anordnung der zweiten Welle im Inneren der ersten Welle kann eine besonders kompakte Ausführungsform des Antriebsstrangs realisiert werden.
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Durch die in abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Antriebsstrang möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer ersten Stirnseite des Sperrelements erste Formschlusselemente und an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite zweite Formschlusselemente ausgebildet sind. Dadurch kann ein beidseitig wirksames Sperrelement ausgebildet werden, wodurch eine in axialer Richtung besonders kompakte Ausführung des Antriebsstrangs möglich ist.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an dem Zahnrad eine Ausnehmung zur Aufnahme des ersten Formschlusselements und an dem Gehäuse eine weitere Ausnehmung zur Aufnahme des zweiten Formschlusselements ausgebildet ist. Dadurch können die Sperrfunktionen in Zusammenwirken mit dem Sperrelement auf einfache Art und Weise ausgebildet werden, wodurch ein einfaches Schalten zwischen den Betriebszuständen möglich ist.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Formschlusselement und das zweite Formschlusselement auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern des Sperrelements ausgebildet sind. Dadurch kann eine einfache Kontrollmöglichkeit für die Orientierung des Sperrelements bei der Montage des Antriebsstrangs geschaffen werden. Zudem können die Formschlusselemente entsprechend der zu übertragenden Momente an die jeweilige Anforderung angepasst und optimiert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Sperrelements ist vorgesehen, dass mehrere erste Formschlusselemente und mehrere zweite Formschlusselemente an dem Sperrmechanismus ausgebildet sind, wobei die ersten Formschlusselemente und die zweiten Formschlusselemente vorzugsweise jeweils gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Durch mehrere über den Umfang verteilte Formschlusselemente kann das übertragbare Moment erhöht werden. Zudem kann die notwendige Verdrehung bis zum Eingriff zwischen dem Formschlusselement an dem Sperrelement und der entsprechenden Ausnehmung an dem Zahnrad oder dem Gehäuse minimiert werden. Dadurch ist eine einfache und schnelle Synchronisation möglich, da die Formschlusselemente schon bei einer geringen Verdrehung mit der entsprechenden Ausnehmung in Eingriff gebracht werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsstrangs ist vorgesehen, dass das Sperrelement mittels Verbindungsstiften mit der zweiten Welle verbunden ist. Durch Verbindungsstifte kann mit geringem Aufwand eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Welle und dem Sperrelement hergestellt werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Verbindungsstifte durch Öffnungen in der ersten Welle, insbesondere durch Langlöcher in der ersten Welle, geführt sind. Durch jeweils in einem Langloch geführte Verbindungsstifte kann mit geringem Aufwand eine axiale Verschiebbarkeit der zweiten Welle relativ zur ersten Welle erreicht werden. Dadurch kann das Sperrelement auf einfache Art und Weise von einer ersten Schaltstellung, in welcher die ersten Formschlusselemente an dem Sperrkörper mit dem Zahnrad in Wirkverbindung stehen, in eine zweite Schaltstellung überführt werden, in welcher die zweiten Formschlusselemente mit dem Gehäuse in Wirkverbindung stehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Synchronisationsmechanismus erste Synchronisationsstifte umfasst, welche jeweils durch eine radiale Bohrung in der ersten Welle geführt sind, wobei die ersten Synchronisationsstifte in radialer Richtung jeweils durch eine Feder vorgespannt sind. Dadurch können die Synchronisationsstifte in einem unbelasteten Ausgangszustand in die erste Welle eingeschoben werden, sodass die Synchronisationsstifte in dem unbelasteten Ausgangszustand nicht über den Außendurchmesser der ersten Welle vorstehen. Somit kann eine Beschädigung der Synchronisationsstifte durch eine Kollision mit einem weiteren Bauteil, insbesondere mit dem Zahnrad verhindert werden. Durch den Synchronisationsmechanismus kann die Drehzahl der zweiten Welle auf einfache Art und Weise mit der Drehzahl des Zahnrads synchronisiert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Synchronisationsmechanismus zweite Synchronisationsstifte umfasst, welche jeweils durch eine radiale Bohrung in der ersten Welle geführt sind, wobei die zweiten Synchronisationsstifte in radialer Richtung jeweils durch eine Feder vorgespannt sind. Dadurch ist eine einfache Synchronisation der Drehzahl der zweiten Welle mit der Drehzahl des Gehäuses möglich. Da das Gehäuse vorzugsweise rotationsfrei an einem Kraftfahrzeug befestigt ist, kann auf diese Art und Weise mit einfachen Mitteln eine Parksperre ausgebildet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Antriebsstrangs ist vorgesehen, dass an der zweiten Welle Steuerkanten ausgebildet sind, mit welchen der Synchronisationsmechanismus eine Synchronisation der Drehzahl der zweiten Welle mit der Drehzahl des Zahnrads oder mit der Drehzahl des Gehäuses ermöglicht. Durch die Steuerkante und entsprechend korrespondierende Fasen an den Synchronisationsstiften kann durch eine axiale Verschiebung der zweiten Welle auf einfache Art ein Ausschieben der Synchronisationsstifte in die jeweiligen Nuten an dem Zahnrad oder dem Gehäuse realisiert werden. Dabei erfolgt die Synchronisation der Drehzahl vor dem Einrasten der Formschlusselemente in den entsprechenden Ausnehmungen, wodurch eine besonders sanfte und schonende Aktivierung und Deaktivierung einer Parksperre möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zahnrad mittels eines Nadellagers drehbar auf einem Absatz der ersten Welle gelagert ist. Dadurch ist eine in radialer Richtung besonders kompakte Ausführung des Antriebsstrangs möglich.
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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: einen Längsschnitt durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Parksperre;
- 2: eine weitere Schnittdarstellung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer Parksperre;
- 3: eine weitere Schnittdarstellung durch einen Antriebsstrang mit einer Parksperre; und
- 4: ein beidseitig wirksames Sperrelement für einen Antriebsstrang mit einer Parksperre.
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In der 1 ist ein Antriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor, abgebildet. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine erste Welle 2, welche mittels zweier Wälzlager 7, 8 in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Die erste Welle 2 trägt ein Zahnrad 4, welches mittels eines Nadellagers 9 drehbar auf der ersten Welle 2 gelagert ist. Koaxial zu der ersten Welle 2 ist eine zweite Welle 3 angeordnet, welche axial zu der ersten Welle 2 verschiebbar ist. In der ersten Welle 2 ist eine Öffnung 28 ausgebildet. Ein Sperrelement 6 ist über Verbindungsstifte 12 mit der zweiten Welle 3 verbunden, wobei die Verbindungsstifte 12 durch die Öffnungen in der ersten Welle 2 verlaufen. Zur Aufnahme der Verbindungsstifte 12 sind an dem Sperrelement 6 Aufnahmebohrungen 25 ausgebildet, in welchen die Verbindungsstifte 12 formschlüssig, insbesondere mittels einer Presspassung, aufgenommen sind.
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An dem Zahnrad 4 ist eine Ausnehmung 11 ausgebildet, in welche ein Formschlusselement 10 des Sperrelements 6 eingreifen kann. Ferner ist an dem Gehäuse 5 eine Ausnehmung 27 ausgebildet, in welche ein weiteres Formschlusselement 26 des Sperrelements 6 eingreifen kann.
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Die zweite Welle 3 steht mit Synchronisationsstiften 13, 15 in Wirkverbindung, welche jeweils in weitere Öffnungen in der ersten Welle 2 gelagert und jeweils mit einer Feder 14, 16 in radialer Richtung nach innen vorgespannt sind. Dazu sind an der zweiten Welle 3 Steuerkanten 17, 19 ausgebildet, welche mit einer Fase 18, 20 an den Synchronisationsstiften 13, 15 in Wirkverbindung treten können und die Synchronisationsstifte 13, 15 bei einer axialen Verschiebung der zweiten Wellen 3 gegen die Kraft der Federn 14, 16 in radialer Richtung nach außen schieben. Um eine Synchronisation der Drehzahl der zweiten Welle 3 mit dem Zahnrad 4 zu ermöglichen, werden die Synchronisationsstifte 13 in einer ersten Schaltposition des Sperrelements 6 in Synchronisationsnuten 23 an dem Zahnrad 4 eingeführt. Anschließend werden durch eine weitere axiale Verschiebung der zweiten Welle 3 die Formschlusselemente 10 des Sperrelements 6 mit den Ausnehmungen 11 an dem Zahnrad 4 in Eingriff gebracht, sodass ein Formschluss entsteht, welcher eine weitere Verdrehung sperrt.
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In einer zweiten Schaltposition des Sperrelements 6 werden die Synchronisationsstifte 15 durch eine axiale Verschiebung der zweiten Welle 3 in Nuten 29 in dem Gehäuse 5 eingefahren, wobei durch eine weitere axiale Verschiebung der zweiten Welle 3 die Formschlusselemente 26 mit den Ausnehmungen 27 an dem Gehäuse 5 in Eingriff gebracht werden und eine weitere Verdrehung des Antriebsstrangs sperren. Die zweite Welle 3 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt und kann eine zentrische Bohrung 21 aufweisen. 2 zeigt den Antriebsstrang 1 in einer geschnittenen, dreidimensionalen Explosionsdarstellung.
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3 zeigt den Antriebsstrang 1 in einem Querschnitt. Dabei ist zu erkennen, dass vier gleichmäßig über den Umfang der zweiten Welle 3 verteilt angeordnete Synchronisationsstifte 13 jeweils durch eine Öffnung in der ersten Welle 2 vorstehen und in eine Synchronisationsnut 23 in dem Zahnrad 4 eingreifen. Dabei liegt in einem gesperrten Zustand des Antriebsstrangs eine Stirnfläche 22 der Synchronisationsstifte 13 an dem jeweiligen Nutgrund der Synchronisationsnut 23 an. Somit können in einer ersten Schaltposition des Sperrelements 6 die Drehzahl der zweiten Welle 3 und des mit der zweiten Welle 3 drehfest verbundenen Sperrelements 6 mit der Drehzahl des Zahnrads 4 synchronisiert werden. Die Formschlusselemente 10 können durch eine axiale Verschiebung des Sperrelements 6 in Richtung des Zahnrades 4 in die Ausnehmungen 11 des Zahnrades 4 eingreifen und somit eine Verdrehung des Zahnrades 4 relativ zu der zweiten Welle 3 sperren.
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In einer zweiten Schaltposition des Sperrelements 6 greifen die Synchronisationsstifte 15 in die Nuten 29 in dem Gehäuse 5 ein, wodurch die Drehzahl der zweiten Welle 3 mit der Drehzahl des Gehäuses 5 synchronisiert werden kann. Dabei werden die Synchronisationsstifte 15 durch die Steuerkante 19 an der zweiten Welle 3 gegen die Kraft der Federn 16 nach radial außen verschoben, wobei die Synchronisationsstifte 15 in die Nuten 29 des Gehäuses 5 eingreifen.
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In 4 ist das Sperrelement 6 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Das Sperrelement 6 weist eine Innenverzahnung 24 auf, mit welcher das Sperrelement 6 in einer Endposition drehfest mit der ersten Welle 2 verbunden werden kann. Das Sperrelement 6 weist radiale Bohrungen 25 auf, in welchen die Verbindungsstifte 12 formschlüssig aufgenommen sind, um eine Verbindung zwischen der zweiten Welle 3 und dem Sperrelement 6 herzustellen. An einer ersten Stirnfläche des Sperrelements 6 sind erste Formschlusselemente 6 ausgebildet, mit welchen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sperrelement 6 und einer Ausnehmung 11 in dem Zahnrad 4 hergestellt werden kann. An einer der ersten Stirnfläche gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche sind zweite Formschlusselemente 26 ausgebildet, mit welchen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Sperrelement 6 und dem Gehäuse 5 herstellbar ist, um eine Drehung des Antriebsstrangs 1 zu sperren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- erste Welle
- 3
- zweite Welle
- 4
- Zahnrad
- 5
- Gehäuse
- 6
- Sperrelement
- 7
- erstes Wälzlager
- 8
- zweites Wälzlager
- 9
- Nadellager
- 10
- Formschlusselement
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Verbindungsstift
- 13
- Synchronisierungsstift
- 14
- Feder
- 15
- Synchronisierungsstift
- 16
- Feder
- 17
- Steuerkante
- 18
- Fase
- 19
- Steuerkante
- 20
- Fase
- 21
- Bohrung
- 22
- Stirnseite
- 23
- Synchronisationsnut
- 24
- Verzahnung
- 25
- Aufnahmebohrung
- 26
- Formschlusselement
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Öffnung
- 29
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3296147 A1 [0003]
- DE 102018201370 A1 [0004]
