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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs.
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Parksperrenvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt und dazu eingerichtet, bei Betätigung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke in eine Verzahnung eines Parksperrenrades des Kraftfahrzeuggetriebes einzugreifen, um durch diesen Eingriff der Sperrklinke eine mit dem Parksperrenrad wirkverbundene Abtriebswelle des Getriebes gegen Rotation zu blockieren und somit ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2005 015 161 B4 eine Parksperrenvorrichtung für ein automatisiertes Getriebe mit einer Getriebeaktorik in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges hervor. Eine Sperreinrichtung ist zum Blockieren einer abtriebseitigen Getriebewelle vorgesehen. Die Sperreinrichtung ist durch die Getriebeaktorik betätigbar und umfasst eine Sperrverzahnung zwischen der Getriebeausgangswelle und einem gehäusefesten Abschnitt. Als Sperrverzahnung ist eine koaxial zur Getriebeausgangswelle angeordnete Schiebemuffe vorgesehen, deren Verzahnung mit einer gehäusefesten Verzahnung koppelbar ist, um die Getriebeausgangswelle zu sperren. Als gehäusefeste Verzahnung ist ein begrenzt drehbar gelagertes Zahnrad vorgesehen. Das Zahnrad ist mit einer drehfest an dem Gehäuse angeordneten Nabe derart gekoppelt, dass das Zahnrad um einen Drehwinkel von etwa +/- 2° drehbar gelagert ist, bevor ein Anschlag an der Nabe erreicht wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Parksperrenvorrichtung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung für ein Getriebe eines Fahrzeugs, umfasst eine Welle mit einer drehfest daran angeordneten Nabe, eine Schiebemuffe mit einer ersten Axialverzahnung, wobei die Schiebemuffe drehfest mit der Nabe verbunden und in axialer Richtung auf der Nabe verschiebbar ist, einen Kupplungskörper mit einer zweiten Axialverzahnung, wobei der Kupplungskörper drehfest mit einem stationär festgelegten Gehäuse verbunden ist, und mindestens ein Federelement, das den Kupplungskörper axial in Richtung der Schiebemuffe vorspannt, wobei die erste Axialverzahnung dazu eingerichtet ist, bei einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe in Richtung des Kupplungskörpers mit der zweiten Axialverzahnung derart zusammenzuwirken, dass ein axiales Eindringen der ersten Axialverzahnung in die zweite Axialverzahnung und eine daraus resultierende drehfeste Verbindung zwischen Schiebemuffe und Kupplungskörper nur dann erfolgt, wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle unterschritten ist, wobei wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle nicht unterschritten ist, das Eindringen der ersten Axialverzahnung in die zweite Axialverzahnung durch axiale Ausweichbewegung des Kupplungskörpers entgegen einer Federkraft des mindestens einen Federelements verhindert wird, wobei die Schiebemuffe und der Kupplungskörper aneinander abgleiten.
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Mit anderen Worten ist die Parksperrenvorrichtung dazu eingerichtet, bei Betätigung eine Welle mit einem Gehäuse zu verbinden, um dadurch eine Rotation der Welle zu verhindern. Bevorzugt ist die Welle als Abtriebswelle des Getriebes ausgebildet. Allgemein kann jede Welle eines Getriebes verwendet werden. Unter einer Welle ist vorliegend ein Bauteil zu verstehen, das Drehmoment und Drehzahl an damit verbundenen Bauteilen übertragen kann.
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Die Nabe wird vorzugsweise axial auf die Welle geschoben und ist bevorzugt über einen Formschluss mit der Welle drehfest verbunden. Auf der Nabe ist eine Schiebemuffe angeordnet. Insbesondere ist die Schiebemuffe durch Formschluss drehfest mit der Nabe verbunden. Bevorzugt sind an einer Außenumfangsfläche der Nabe formschlüssige Elemente angeordnet, die mit formschlüssigen Elementen an der Innenumfangsfläche der Schiebemuffe verbunden sind. Diese formschlüssigen Elemente erstrecken sich derart in axialer Richtung, dass sie die Schiebemuffe bei der axialen Bewegung auf der Nabe axial führen. Die Schiebemuffe bewegt sich bei Betätigung axial auf der Nabe in Richtung des Kupplungskörpers, der seinerseits gehäusefest ausgebildet ist.
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An einer zum Kupplungskörper gerichteten Stirnfläche der ringförmig ausgebildeten Schiebemuffe ist die erste Axialverzahnung ausgebildet. Insbesondere ist auch der Kupplungskörper ringförmig ausgebildet, wobei an einer zur Schiebemuffe gerichteten Stirnfläche die zweite Axialverzahnung ausgebildet ist. Der Kupplungskörper wird durch mindestens ein Federelement in axialer Richtung zur Schiebemuffe vorgespannt. Vorzugsweise sind mehrere Federelemente in Umfangsrichtung verteilt an dem Kupplungskörper angeordnet, wobei jedes Federelement axial zwischen dem Gehäuse und dem Kupplungskörper zur Anlage kommt. Insbesondere ist das jeweilige Federelement als Druckfeder ausgebildet. Alternativ ist die Verwendung von mindestens einer Tellerfeder oder anderen Federelementen denkbar.
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Das jeweilige Federelement ist dazu eingerichtet, bei einer Betätigung der Parksperrenvorrichtung und axialen Verschiebung der Schiebemuffe in Richtung des Kupplungskörpers ein Einfedern des Kupplungskörpers, also eine Bewegung des Kupplungskörpers in axialer Richtung entgegen der Federkraft zu ermöglichen. Dieses axiale Einfedern findet jedoch nur statt, wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle nicht unterschritten ist und somit die Welle für eine Betätigung der Parksperre zu schnell dreht bzw. die Drehzahl der Welle zu hoch dafür ist. Damit soll verhindert werden, dass die Parksperre eingelegt wird, wenn das Fahrzeug eine Grenzgeschwindigkeit überschritten hat. In diesem Fall dringen die beiden Axialverzahnungen nicht oder nicht nennenswert, also nur geringfügig ineinander ein, sodass die Schiebemuffe und der Kupplungskörper aneinander abgleiten.
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Wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle unterschritten ist und die Welle somit langsam genug dreht bzw. eine geringe Drehzahl aufweist, wirken die erste und zweite Axialverzahnung derart zusammen, dass diese axial so weit ineinander eindringen, dass eine Ausweichbewegung bzw. ein Einfedern des Kupplungskörpers nicht mehr möglich ist, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen Schiebemuffe und Kupplungskörper über die beiden Axialverzahnungen realisiert wird.
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Vorzugsweise weist die zweite Axialverzahnung mehrere in Umfangsrichtung an dem Kupplungskörper abwechselnd verteilte Zähne und Zahnlücken auf, wobei jeder Zahn zu jeder Seite in Umfangsrichtung eine Abschrägung aufweist, sodass sich jeder Zahn zu einem Zahnkopf hin axial in Richtung der Schiebemuffe verjüngt. Die Zähne der zweiten Axialverzahnung sind insbesondere stirnseitig an dem Kupplungskörper ausgebildet und erstrecken sich axial in Richtung der Schiebemuffe. Die beiden Abschrägungen eines jeden Zahnes sind derart ausgebildet, dass sich der jeweilige Zahn axial in Richtung der Schiebemuffe verjüngt. Der Zahnkopf des jeweiligen Zahns ist vorzugsweise plan ausgebildet und beabstandet somit die beiden Abschrägungen in Umfangsrichtung voneinander. Mithin sind die Zähne der zweiten Axialverzahnung teilweise angespitzt, weisen jedoch eine abgestumpfte Spitze aufgrund des planen Zahnkopfes auf. Durch die beiden Abschrägungen am jeweiligen Zahn der zweiten Axialverzahnung ergibt sich der Vorteil, dass die Parksperre dieselbe Wirkungsweise für beide Drehrichtungen der Welle aufweist.
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Bevorzugt weist die erste Axialverzahnung mehrere in Umfangsrichtung an der Schiebemuffe abwechselnd verteilte Zähne und Zahnlücken auf, wobei jeder Zahn in Umfangsrichtung zumindest einseitig eine Abschrägung aufweist. Die Zähne der ersten Axialverzahnung sind insbesondere stirnseitig an der Schiebemuffe ausgebildet und erstrecken sich axial in Richtung des Kupplungskörpers. Die mindestens eine Abschrägung eines jeden Zahnes ist derart ausgebildet, dass sich der jeweilige Zahn axial in Richtung des Kupplungskörpers verjüngt.
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Ferner bevorzugt bilden jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Zähne der ersten Axialverzahnung ein Zahnpaar, wobei in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zähnen des jeweiligen Zahnpaares ein Nabensteg ausgebildet ist. Mithin besteht ein Zahnpaar an der ersten Axialverzahnung stets aus zwei aufeinanderfolgenden, also in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen, die von einem Nabensteg in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. Unter einem Nabensteg ist ein Steg zu verstehen, der an der Nabe ausgebildet ist und somit Teil der Nabe ist. Insbesondere ist der jeweilige Nabensteg einteilig mit der Nabe verbunden und erstreckt sich von der Außenumfangsfläche der Nabe radial nach außen in Richtung der Schiebemuffe. Bevorzugt sind mehrere Nabenstege über den Umfang verteilt an der Außenumfangsfläche der Nabe angeordnet, wobei die Schiebemuffe korrespondierend dazu ausgebildete Ausnehmungen oder Nuten an der Innenumfangsfläche aufweist, um den jeweiligen Nabensteg aufzunehmen. Die Schiebemuffe wird bei der Montage auf die Nabe axial aufgeschoben. Über die Nabenstege ist die Schiebemuffe drehfest sowie formschlüssig mit der Nabe verbunden.
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Vorzugsweise verjüngen sich die beiden Zähne des jeweiligen Zahnpaares axial in Richtung des Kupplungskörpers zum Nabensteg hin. Mit anderen Worten ist die jeweilige Abschrägung an den Zähnen eines jeden Zahnpaares derart ausgebildet, dass diese in Umfangsrichtung zu dem dazwischen angeordneten Nabensteg spitz zusammenlaufen. Durch die beiden Abschrägungen des jeweiligen Zahnpaares der ersten Axialverzahnung ergibt sich der Vorteil, dass die Parksperre dieselbe Wirkungsweise für beide Drehrichtungen der Welle aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Breite des jeweiligen Nabenstegs in Umfangsrichtung kleiner als eine Breite des jeweiligen Zahnkopfes der zweiten Axialverzahnung in Umfangsrichtung. Diese geometrische Bedingung ist vorteilhaft für eine störungsfreie und robuste Betätigung der Parksperre sowie für ein Abgleiten der beiden Axialverzahnungen aneinander.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Breite des jeweiligen Zahnpaares der ersten Axialverzahnung in Umfangsrichtung kleiner als eine Breite der jeweiligen Zahnlücke der zweiten Axialverzahnung in Umfangsrichtung. Diese geometrische Bedingung ist vorteilhaft für eine störungsfreie und robuste Betätigung der Parksperre sowie für ein Eindringen der beiden Axialverzahnungen ineinander.
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Bevorzugt ist eine Schaltgabel an der Schiebemuffe angeordnet und zur axialen Verschiebung der Schiebemuffe eingerichtet. Insbesondere weist die Schiebemuffe an einer Außenumfangsfläche eine Aufnahmegeometrie für die Schaltgabel auf, sodass die Schaltgabel in Axialrichtung formschlüssig mit der Schiebemuffe zusammenwirken kann, um die Schiebemuffe axial zur Nabe zu verlagern und in Richtung des Kupplungskörpers zu verschieben.
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Insbesondere sind die Abschrägungen, die an den Zähnen der ersten Axialverzahnung ausgebildet sind, dazu eingerichtet, an den Abschrägungen, die an den Zähnen der zweiten Axialverzahnung ausgebildet sind, abzugleiten, wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle nicht unterschritten ist, und die Schiebemuffe axial in Richtung des Kupplungskörpers bewegt wird. Über die Geometrie und den Schrägungswinkel der Abschrägungen kann vorteilhafterweise eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle eingestellt werden. Bevorzugt wird die Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle derart eingestellt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nur wenige km/h, beispielsweise weniger als 5 km/h beträgt. Nach diesem Beispiel kann die Parksperre nur dann eingelegt werden, wenn das Fahrzeug langsamer als 5 km/h fährt. Sofern das Fahrzeug mindestens 5 km/h fährt, gleiten die beiden Axialverzahnungen über die jeweiligen Abschrägungen aneinander ab.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der vier Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung in einem entriegelten Zustand,
- 2 eine weitere schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung in dem entriegelten Zustand,
- 3 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung der Parksperrenvorrichtung in einem verriegelten Zustand, und
- 4 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung der Parksperrenvorrichtung in einem Zwischenzustand.
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Die 1 und 2 zeigen Ausschnitte einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung in einem entriegelten Zustand. Die Parksperrenvorrichtung ist für ein nicht näher dargestelltes Getriebe eines Fahrzeugs vorgesehen und umfasst eine Welle 1 mit einer drehfest daran angeordneten Nabe 2, eine Schiebemuffe 3 mit einer ersten Axialverzahnung 3a, einen Kupplungskörper 4 mit einer zweiten Axialverzahnung 4a und mehrere Federelemente 6, die den Kupplungskörper 4 axial in Richtung der Schiebemuffe 3 vorspannen. Die Federelemente 6 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an dem ringförmigen Kupplungskörper 4 angeordnet, wobei jedes Federelement 6 axial zwischen dem Gehäuse 5 und dem Kupplungskörper 4 zur Anlage kommt. Die Nabe 2 ist über eine Nut 9a an der Welle 1 axial auf die Welle 1 aufgeschoben und drehfest mit der Welle 1 verbunden. Ferner ist die Schiebemuffe 3 über Nabenstege 7 an der Nabe 2 und Nuten 9b an der Schiebemuffe 3 drehfest mit der Nabe 2 verbunden und in axialer Richtung auf der Nabe 2 verschiebbar. Dazu ist eine Schaltgabel 8 an der Schiebemuffe 3 angeordnet und zur axialen Verschiebung der Schiebemuffe 3 eingerichtet. Die Schaltgabel wird über einen nicht näher dargestellten Aktuator betätigt. Vorliegend greift die Schaltgabel 8 in eine Geometrie an einer Außenumfangsfläche der Schaltmuffe 3. Der Kupplungskörper 4 ist drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden und axial beweglich in einer Nut 9c, die an einem Teil des Gehäuses 5 ausgebildet ist, angeordnet.
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2 zeigt eine radiale Draufsicht auf die teilweise sowie geschnitten dargestellte Parksperrenvorrichtung. Die erste Axialverzahnung 3a weist mehrere in Umfangsrichtung an der Schiebemuffe 3 abwechselnd verteilte Zähne 3b und Zahnlücken 3c auf. Jeder Zahn 3b an der ersten Axialverzahnung 3a weist eine in Umfangsrichtung ausgebildete Abschrägung 3d, 3e auf, wobei diese Abschrägungen 3d, 3e in Umfangsrichtung seitenwechselnd an dem jeweiligen Zahn 3b ausgebildet sind. Jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Zähne 3b der ersten Axialverzahnung 3a bilden ein Zahnpaar 3f, wobei in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zähnen 3b des jeweiligen Zahnpaares 3f jeweils der Nabensteg 7 ausgebildet ist. Die beiden Zähne 3b des jeweiligen Zahnpaares 3f verjüngen sich axial in Richtung des Kupplungskörpers 4 zum Nabensteg 7 hin. Die Zähne 3b sind an einer Innenumfangsfläche der Schaltmuffe 3 ausgebildet und die Nabenstege 7 sind an einer Außenumfangsfläche der Nabe 2 ausgebildet.
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In Umfangsrichtung umlaufend sowie mit einem Zahn 3b eines Zahnpaares 3f beginnend folgt ein Nabensteg 7, danach ein zweiter Zahn 3b des Zahnpaares 3f, danach wieder ein Nabensteg 7, danach eine Zahnlücke 3c, danach wieder ein Nabensteg 7 und anschließend ein Zahn 3b eines weiteren Zahnpaares 3f.
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Ferner weist die zweite Axialverzahnung 4a mehrere in Umfangsrichtung an dem Kupplungskörper 4 abwechselnd verteilte Zähne 4b und Zahnlücken 4c auf, wobei jeder Zahn 4b zu jeder Seite in Umfangsrichtung eine Abschrägung 4d, 4e aufweist. Durch die beiden Abschrägungen 4d, 4e am jeweiligen Zahn 4b der zweiten Axialverzahnung 4a, verjüngt sich jeder Zahn 4b zu einem Zahnkopf 4f hin axial in Richtung der Schiebemuffe 3. Mit anderen Worten laufen die Zähne 3b der erste Axialverzahnung 3a und die Zähne 4b der zweiten Axialverzahnung 4a zumindest teilweise angespitzt aufeinander zu, wobei die Zähne 4b der zweiten Axialverzahnung 4a durch den jeweiligen Zahnkopf 4f abgeflacht sind, und wobei die Zähne 3b der erste Axialverzahnung 3a durch den jeweiligen Nabensteg 7, der in Umfangsrichtung zwischen zwei Zähnen 3b eines Zahnpaares 3f der erste Axialverzahnung 3a ausgebildet ist, abgeflacht sind.
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Die Abschrägungen 3d, 3e, die an den Zähnen 3b der ersten Axialverzahnung 3a ausgebildet sind, sind dazu eingerichtet, an den Abschrägungen 4d, 4e, die an den Zähnen 4b der zweiten Axialverzahnung 4a ausgebildet sind, abzugleiten, wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle 1 nicht unterschritten ist, und die Schiebemuffe 3 axial in Richtung des Kupplungskörpers 4 bewegt wird. Dabei wird das Eindringen der ersten Axialverzahnung 3a in die zweite Axialverzahnung 4a durch axiale Ausweichbewegung des Kupplungskörpers 4 entgegen einer Federkraft der Federelemente 6 verhindert. Mithin gleiten die Schiebemuffe 3 und der Kupplungskörper 4 aneinander ab, sodass die Parksperre nicht eingelegt werden kann, wenn eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle 1 nicht unterschritten ist.
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Wenn jedoch eine Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle 1 unterschritten wird, kann die Parksperre eingelegt werden, wobei dann ein axiales Eindringen der ersten Axialverzahnung 3a in die zweite Axialverzahnung 4a erfolgt. Dabei wird eine drehfeste formschlüssige Verbindung zwischen Schiebemuffe 3 und Kupplungskörper 4 realisiert. Die Zähne 3b an der ersten Axialverzahnung 3a stützen sich in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle 1 in Umfangsrichtung an den Zähnen 4b an der zweiten Axialverzahnung 4a ab.
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3 zeigt einen stark vereinfachten Ausschnitt der Parksperrenvorrichtung gemäß 2, wobei vorliegend die Parksperrenvorrichtung betätigt und die Parksperre eingelegt ist. Die Zähne 3b eines Zahnpaares 3f der ersten Axialverzahnung 3a greifen in eine Zahnlücke 4c zwischen zwei Zähnen 4b der zweiten Axialverzahnung 4a ein. Ferner ist eine Breite A des jeweiligen Zahnpaares 3f der ersten Axialverzahnung 3a in Umfangsrichtung kleiner als eine Breite C der jeweiligen Zahnlücke 4c der zweiten Axialverzahnung 4a in Umfangsrichtung.
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4 zeigt einen stark vereinfachten Ausschnitt der Parksperrenvorrichtung gemäß 2, wobei vorliegend die Parksperrenvorrichtung betätigt und die Parksperre nicht eingelegt ist, weil die Grenzrotationsgeschwindigkeit der Welle 1 nicht unterschritten ist. Die Abschrägungen 3d, die an den Zähnen 3b der ersten Axialverzahnung 3a ausgebildet sind, gleiten vorliegend an den Abschrägungen 4d, die an den Zähnen 4b der zweiten Axialverzahnung 4a ausgebildet sind, ab. Sofern die Welle 1 in entgegengesetzter Richtung drehen würde, würden die Abschrägungen 3e, die an den Zähnen 3b der ersten Axialverzahnung 3a ausgebildet sind, an den Abschrägungen 4e, die an den Zähnen 4b der zweiten Axialverzahnung 4a ausgebildet sind, abgleiten. Ferner ist eine Breite B des jeweiligen Nabenstegs 7 in Umfangsrichtung kleiner als eine Breite D des jeweiligen Zahnkopfes 4f der zweiten Axialverzahnung 4a in Umfangsrichtung.
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Die geometrischen Bedingungen welche in den 3 und 4 angegeben sind, gelten auch für die 1 und 2, da alle vier Figuren ein einziges Ausführungsbeispiel der Parksperrenvorrichtung zeigen. Diese geometrischen Bedingungen sind vorteilhaft für eine ordnungsgemäße Betätigung der Parksperre und für ein Eindringen und Abgleiten der beiden Axialverzahnungen 3a, 4a ineinander bzw. aneinander.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Nabe
- 3
- Schiebemuffe
- 3a
- erste Axialverzahnung
- 3b
- Zahn
- 3c
- Zahnlücke
- 3d
- Abschrägung
- 3e
- Abschrägung
- 3f
- Zahnpaar
- 4
- Kupplungskörper
- 4a
- zweite Axialverzahnung
- 4b
- Zahn
- 4c
- Zahnlücke
- 4d
- Abschrägung
- 4e
- Abschrägung
- 4f
- Zahnkopf
- 5
- Gehäuse
- 6
- Federelement
- 7
- Nabensteg
- 8
- Schaltgabel
- 9a
- Nut
- 9b
- Nut
- 9c
- Nut
- A
- Breite des Zahnpaares
- B
- Breite des Nabenstegs
- C
- Breite der Zahnlücke
- D
- Breite des Zahnkopfes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005015161 B4 [0003]
