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Die Erfindung betrifft eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Getriebeautomaten oder ein Fahrzeug mit Elektroantrieb.
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Hintergrund der Erfindung
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Parksperren werden in Getrieben von Kraftfahrzeugen zur Sicherung des Fahrzeugs gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen genutzt. Insbesondere wenn in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nicht-mechanische Komponenten verbaut werden wie bei Automatikgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern, sichern Parksperren die Fahrzeugposition im Falle eines Fahrzeugstillstands oder bei abgestelltem Motor. Dazu kann die Parksperre durch den Fahrer oder indirekt über elektrische Hilfsmittel aktiviert wer-den. Sie blockiert dann in der Regel formschlüssig die Getriebeausgangswelle.
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In der
DE 1 043 829 A1 ist eine Parksperre in Form 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 sie mit dem drehfest auf der Getriebeabtriebswelle angeordneten Parksperrenrad dessen 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. Die Sperrklinke muss das Parksperrenrad auch bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten bis zu einer Grenzgeschwindigkeit von etwa 5 km/h sowie auf unebener Strecke mit bis zu 30° Gefälle sicher halten sowie ein- und ausrasten können. Beim Ein- und Auslegen der Parksperre treten in Abhängigkeit des Fahrzeuggewichts Kräfte bis in den zweistelligen kN-Bereich auf. Entsprechend müssen bei einem Eingriffskontakt die Bauteile größer dimensioniert werden, was wiederum mit einer höheren Masse einhergeht. Vor allem die Klinke (Sperrelement, welches über einen Mechanismus in das Parksperrenrad im Antriebsstrang eingreift) muss massiv ausgeführt sein um diese hohen Lasten abzufangen.
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Dabei sind statische Kräfte, die in geparkter Position wirken, von dynamischen Kräften, die beim sogenannten Ratschen, dem Abweisen der Sperrklinke ab der Grenzgeschwindigkeit, auftreten, zu unterscheiden. Infolge der hohen Klinkenmasse treten vorwiegend beim Ratschvorgang sehr hohe Beschleunigungen auf, die in hohe dynamische Massenkräfte resultieren und abgefangen werden müssen.
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Des Weiteren entstehen bei eingelegter Parksperre insbesondere am Hang durch das Halten des gesamten Fahrzeugs neben dem Torsionsmoment hohe Abstützkräfte im Antriebsstrang. Ursache hierfür ist der eine Eingriffskontakt, welcher eine Umfangskraftkomponenten zum Halten des Fahrzeuges und eine Radialkraftkomponente hervorruft. Die Radialkraftkomponente wirkt in einer Richtung auf die Wellenlagerung und in der anderen Richtung auf die Klinkenabstützung im Gehäuse. Die erfordert den Einsatz größer dimensionierter Wellenlager und Maßnahmen, um die hohe Kontaktpressung zwischen Klinke und Gehäuse abzufangen.
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Die so entstehenden Belastungsspitzen sollen sich nach
DE 10 2016 201 228 A1 verringern lassen, indem zwei Sperrklinken zur Verriegelung zu verwenden. Jedoch ist schon fertigungsbedingt nicht sichergestellt, dass beide Sperrklinken genau zeitgleich anschlagen, so dass zumindest beim Anschlagen während des Einlegens der Parksperre die volle Last an einer Sperrklinke anliegt. Damit kann lediglich die statische Dauerbelastung reduziert werden. Zur Verringerung der Masse einer Parksperre ist in
DE 10 2016 201 228 A1 vorgeschlagen, die Verriegelung durch mehrere Arretierelemente vorzunehmen. Nachteilig ist, dass die Arretierelemente unabhängig voneinander einfedern und demzufolge die Maximallast beim Einlegen der Parksperre ebenfalls durch nur ein Arretierelement abgestützt wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten Lösungen zu vermeiden und eine leicht und kompakt bauende Parksperre zu schaffen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Parksperre gemäß Anspruch 1 gelöst. Dadurch dass der Aktuator das Sperrelement axial beidseitig einfasst, kann er koaxial zum Parksperrenrad angeordnet werden und beansprucht besonders wenig Bauraum. Insbesondere entfällt ein überstrichener Winkelbereich einer Sperrklinke. Weiterhin kann er dadurch räumlich nah an den Zähnen des Parksperrenrads angeordnet werden, wodurch auftretende Toleranzen minimiert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Aktuator ringförmig auszubilden. Ein ringförmiger Aktuator kann ein oder mehrere Sperrelemente gleichzeitig beaufschlagen und damit die beim Einlegen der Parksperre auftretenden Kräfte sicher abstützen. Insbesondere wenn radial wenig Bauraum zur Verfügung steht, etwa bei Integration der Parksperre in eine elektrisch angetriebene Achse, ist ein axial oder in Umfangsrichtung beweglicher Aktuator von Vorteil. Der ringförmige Aktuator kann axial versetzt zum Parksperrenrad angeordnet sein oder dieses radial einfassen.
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Durch den Einsatz von mehreren, gleichzeitig aktuierten Sperrelementen ergeben sich folgende Vorteile: Zum einen können die Reaktionskräfte an den Getriebelagern durch eine gezielte Anordnung der Sperrelemente reduziert oder sogar eliminiert werden. Bevorzugt werden die Sperrelemente rotationssymmetrisch angeordnet. Infolgedessen heben sich die Radialkraftkomponenten der Einzelkontakte teilweise oder im Idealfall vollständig auf. Zum anderen kann der benötigte Bauraum durch bessere Beanspruchungen der Bauteile bzw. Reduzierung der Last im Einzeleingriff reduziert werden. Vorteilhaft ist eine Beaufschlagung der Sperrelemente über Rampenkonturen. Dazu kann der Aktuator eine Rampe für jedes Sperrelement aufweisen, die bei axialer Verschiebung eine radiale Zwangsführung bildet.
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Durch die simultane und damit gleichzeitige Bewegung der Sperrelemente wird sichergestellt, dass sich die Last tatsächlich auf mehrere Sperrelemente verteilt. Die Sperrelemente können in ihrer Bewegungsrichtung ein kleines Spiel aufweisen, so dass bei zunächst ungleichmäßiger Belastung der Sperrelemente ein Ausgleich zwischen den Sperrelementen über den Aktuator erfolgt.
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Bei den mehreren Kontakten muss sichergestellt sein, dass alle Kontakte gleichzeitig sperren um anschließend die Last beim Halten des Fahrzeuges möglichst gleichmäßig aufzuteilen.
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Das gleichzeitige Einlegen bzw. die Synchronisation aller Sperrelemente ist ein wesentlicher Vorteil einer Parksperre mit mehreren Kontakten, da alle Elemente erst eingelegt werden, wenn diese sich an ihrer vorbestimmten Position zum Gegenbauteil befinden. Das synchronisierte Einlegen wird durch den Aktuator bewirkt.
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Für die Erfindung ist es nicht erforderlich, dass alle Sperrelemente zu jedem Zeitpunkt synchron bewegt werden. Vielmehr ist es ausreichend, eine Initialbewegung eines der Sperrelemente vorzusehen. Erst nach einer Vorpositionierung des Sperrelements wird über den Aktuator die Initial- oder eine Folgebewegung auf alle Sperrelemente synchronisiert übertragen.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung sind die Sperrelemente alle oder teilweise durch den Aktuator geführt, so dass dieser ein Führungselement für die Sperrelemente bildet. Der Sperrelementträger kann dazu käfigartig aufgebaut sein und mehrere Taschen aufweisen, in denen jeweils zumindest ein Sperrelement angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Sperrelemente als Kugeln ausgebildet.
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Die gleichmäßige Aufteilung der Last beim blockierten Antriebsstrang erfolgt stets über die Steifigkeiten der Einzelbauteile bzw. des kompletten Systems. Hierbei müssen die einfließenden Fertigungstoleranzen durch die Weichheit des Systems aufgefangen werden, um eine Überlastung im Einzelkontakt und dem Versagen bzw. der Zerstörung der Parksperre entgegen zu wirken. Zur Glättung von Lastspitzen sind Dämpfungselemente wie beispielsweise Elastomere geeignet.
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Die Rückführung der Parksperre aus dem verriegelten Zustand (Sperrstellung) in den entriegelten Zustand (Entsperrstellung) kann durch einen mechanisch, hydraulisch oder elektrisch betätigten Mechanismus erfolgen. Im einem einfachen Fall wirkt der Mechanismus auf eine axial gerichtete Wandung des Aktuators ein.
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Vorgespannt ist der Aktuator durch eine Feder, die sich vorzugsweise am Aktuator und am die Sperrkörper aufnehmenden Trägerkörper abstützt. Liegt diese am Außenumfang eines als kragenförmig ausgebildeten Trägerkörpers an, benötigt diese sehr wenig zusätzlichen Bauraum.
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Die erfindungsgemäße Parksperre eignet sich für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge. Die Sperrelemente sind mit den Radialausnehmungen in Eingriff bringbar. Dazu können sie in den Radialausnehmungen verrasten. Alternativ oder zusätzlich werden sie nach ihrem Eingriff in die Radialausnehmungen gesichert, so dass eine weitere Bewegung ausgeschlossen ist. Die Parksperre baut kompakt, da die Zahnhöhe des Parksperrenrads nicht das komplette Sperrelement in radialer Richtung aufnehmen muss, sondern mit dem das Parksperrenrad radial umgebenden Bauteil gemeinsam eine Tasche bildet, so dass die Parksperre radial klein baut. Axial ist für den Aktuator nur eine geringfügige Verschiebung erforderlich, so dass die Parksperre ebenfalls kompakt in dieser Richtung aufgebaut ist. Insbesondere ist kein Freiraum erforderlich, der von einer hebelartigen Sperrklinke überstrichen wird.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erste, erfindungsgemäße Parksperre in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 die Parksperre gemäß 1 in einer vergrößerten, teilgeschnittenen Ansicht,
- 3 die Parksperre gemäß 2 in einer nochmals vergrößerten, teilgeschnittenen Ansicht im ausgelegten Zustand,
- 4 die Parksperre gemäß 2 in einer nochmals vergrößerten, teilgeschnittenen Ansicht im eingelegten Zustand,
- 5 eine zweite, erfindungsgemäße Parksperre in einer perspektivischen Ansicht und
- 6 die Parksperre gemäß 1 in einer vergrößerten, teilgeschnittenen Ansicht.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 bis 4 zeigen eine erste, erfindungsgemäße Parksperre 1 mit einem getriebewellefesten Parksperrenrad 2. Das Parksperrenrad 2 weist eine Verzahnung mit Zähnen 22 und Zahnlücken 23, welche Radialausnehmungen 3 bilden, an seinem Außenumfang auf. Die Radialausnehmungen 3 nehmen im gesperrten Zustand der Parksperre 1 Sperrelemente 4 auf und sind in ihrer Kontur an die der Sperrelemente 4 angepasst, wenn auch nicht notwendigerweise komplementär zu diesen ausgebildet. Ein Trägerkörper 21 umgibt das Parksperrenrad 2 radial und weist Taschen 7 auf. In jeder Tasche 7 ist genau ein Sperrelement 4 angeordnet und durch den Trägerkörper 21 axial geführt. Der Trägerkörper 21 weist weiterhin einen Flanschabschnitt 29 mit Durchgangsausnehmungen 30 auf, über die er mit einem Getriebegehäuse verschraubt werden kann.
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Die Sperrelemente 4 sind vorliegend als Kugeln ausgebildet.
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Das Parksperrenrad 2 ist weiterhin von einem Aktuator 5 radial eingefasst. Der Aktuator 5 ist axial in Richtung zur Drehachse 12 des Parksperrenrads 2 verdrehbar und weist Rampenkonturen 24 auf, an der die Sperrelemente 4 entlang gleiten oder abwälzen können. Die Rampenkonturen 24 sind Teil von Sperrelementtaschen 31 des Aktuators 5, welche die Sperrelemente 4 radial außen einfassen. Der Aktuator 5 bildet damit einen Sperrelementträger 6 aus.
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Die Sperrelemente 4 befinden sich im offenen Zustand der Parksperre 1 radial außen an einer Rampenkontur 24 des Aktuators 5. Vorliegend weist der Aktuator 5 eine gemeinsame Rampenkontur 24 für alle Sperrelemente 4 auf. Damit die Sperrelemente 4 im offenen Zustand der Parksperre 1 beispielsweise schwerkraftbedingt nicht in die Zahnlücken 23 fallen, weist der Aktuator 5 einen Sperrelementhalter 25 auf, der radial innerhalb des Trägerkörpers 21 angeordnet ist und ein Einfallen der Sperrelemente 4 in die Zahnlücken 23 des Parksperrenrads 2 verhindert. Der Sperrelementhalter 25 kann als eigenständiges Bauteil ausgebildet sein oder mit dem Aktuator 5 oder dem Trägerkörper 21 fest verbunden sein. Vorliegend handelt es sich bei dem Sperrelementhalter 25 um ein Ringelement, das Haltenasen 32 aufweist. Die Haltenasen 32 bewirken, dass die Sperrelemente 4 im geöffneten Zustand immer radial nach au-ßen gegen die Rampenkontur 24 des Aktuators 5 gedrückt werden. Die Sperrelemente 4 befinden sich damit im offenen Zustand der Parksperre 1 radial außen an der Rampenkontur 24 des Aktuators 5. Hierbei drückt der als Federelement ausgeführte Sperrelementhalter 25 die Sperrelemente 4 an die Rampenkontur 24, sodass ein alleiniges Einfallen der Sperrelemente 4 in die Lücken 23 des Parksperrenrads 2 nicht möglich ist.
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Zum Schließen der Parksperre 1 fährt ein lediglich schematisch dargestellte Aktuierungseinheit 20 in Richtung des Einlegens 10, in der Zeichnung nach links, und gibt die Axialbewegung des Aktuators 5 entlang der Drehachse 12 frei. Die Aktuierungseinheit 20 kann vorliegend Teil eines Linearaktuators mit ein- und ausfahrender Achse (nicht dargestellt) oder eine Schaltgabel sein.
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Der Trägerkörper 21 ist als Hülse mit einem Axialabschnitt 26 und einem Flanschabschnitt 29 ausgebildet. Auf dem Axialabschnitt 26 des Trägerkörpers 21 ist eine Druckfeder 28 angeordnet, die die Parksperre 1 vorspannt. Wird sie in ihrer Bewegung freigegeben, bewegt sich der Aktuator 5 vom Flanschabschnitt 29 weg und erzwingt über die Rampenkonturen 24 ein Einlegen der Sperrelemente 4 in die Zahnlücken 23. Hierbei erfolgt die Bewegung entgegen der Federkraft des Sperrelementhalters 25.
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Der Aktuator 5 weist zum Flanschabschnitt 29 gereichtet einen Ringbereich 35 auf, in den die Rampenkontur 24 ausläuft. Der Ringbereich 35 ist koaxial zum Axialabschnitt 26 des Trägerkörpers 21 angeordnet und überdeckt im eingelegten Zustand der Parksperre 1 die Sperrelemente 4 radial. Damit verhindert er ein selbsttätiges Auslegen der Parksperre 1. Vorliegend ist die Druckfeder 28 als Wellenfeder ausgeführt.
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Beim Eintauchen der Sperrelemente 4 in das Parksperrenrad 2 wird oberhalb der Grenzeinlegegeschwindigkeit des Fahrzeuges (bzw. Drehzahl Getriebewelle) durch die Form der als Kugeln ausgebildeten Sperrelemente 4 sowie Konturausführung der Zähne 22 des Parksperrenrads 2 eine Abweisung der Sperrelemente radial nach außen stattfinden. Entsprechend wird Aktuator 5 entgegen der Federkraft der Druckfeder 28 axial zurückbewegt.
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Unterhalb der Grenzgeschwindigkeit tauchen die Sperrelemente 4 in die nächste Zahnlücke 23 des Parksperrenrads 23 ein. Der Aktuator 5 bewegt sich durch die Druckfeder 28 bis zu einem nicht dargestellten Endanschlag, der vorzugsweise an der Aktuierungseinheit 20 angeordnet ist, axial nach links. Sobald der zylindrische Ringbereich 35 des Aktuator 5 über den Sperrelementen 4 steht, können diese nicht mehr radial nach außen gedrückt werden und die Parksperre ist geschlossen. Das Drehmoment zum Halten des Fahrzeuges wird über das Fahrzeugrad zur Getriebewelle (nicht dargestellt) auf das Parksperrenrad 2 und von hier über die im Kontakt stehenden Kugeln 4 auf den Trägerkörper 21 zum Getriebegehäuse (nicht dargestellt) übertragen.
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Da alle Sperrelemente 4 sich in einem gemeinsamen Sperrelementträger 6 befinden, werden sie in die gleiche Drehrichtung mitbewegt. Der Sperrelementträger 6 bildet vorliegend den Aktuator 5 selbst und synchronisiert die Bewegung aller Sperrelemente 4, indem es sie synchron über die entsprechende Gegenkontur des Parksperrenrads 2 mitnimmt.
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Vor dem Auslegen der Parksperre 1 befinden sich die Sperrelemente 4 in den Zahnlücken 23 des Parksperrenrads 2. Beim Öffnen der Parksperre 1 fährt die Aktuierungseinheit 20 nach rechts und drückt den Aktuator 5 entgegen der Federkraft der Druckfeder 28. Infolgedessen bewegt sich der Aktuator 5 entlang der Drehachse 12 axial. Sobald die radiale Bewegung der Sperrelemente 4 durch den Aktuator 5 freigegeben ist, werden diese durch das am Parksperrenrad 2 anliegende Drehmoment über die Sperrelement- und Zahnflankenkontur radial nach außen gedrückt.
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Die Aktuierungseinheit 20 drückt den Aktuator 5 bis zu einem bestimmten Hubweg oder festem Anschlag am Trägerkörper 21. In dieser Position bleibt die Aktuierungseinheit 20 stehen und wird gegebenenfalls zusätzlich arretiert, wodurch die Parksperre 1 im geöffneten Zustand verbleibt und das Parksperrenrad 2 mit der Getriebewelle frei rotieren kann.
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Die 5 und 6 zeigen eine zweite, erfindungsgemäße Parksperre 20. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform nach den 1 bis 4 erfolgt die Betätigung über mehrere, vorliegend drei Druckfedern 28, die als Schraubendruckfedern ausgebildet sind und sich am Flanschabschnitt 29 abstützen. Der Aktuator 5 kapselt die drei Druckfedern 28, so dass diese verliersicher gehalten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperre
- 2
- Parksperrenrad
- 3
- Radialausnehmung
- 4
- Sperrelement
- 5
- Aktuator
- 6
- (Sperrelementträger)
- 7
- Taschen
- 8
- -
- 9
- -
- 10
- Richtung des Einlegens
- 11
- Richtung des Auslegens
- 12
- Drehachse
- 20
- Aktuierungseinheit
- 21
- Trägerkörper
- 22
- Zahn
- 23
- Zahnlücke
- 24
- Rampenkontur
- 25
- Sperrelementhalter
- 26
- Axialabschnitt des Trägerkörpers
- 27
- Radialvorsprung
- 28
- Druckfeder
- 29
- Flanschabschnitt
- 30
- Durchgangsausnehmung
- 31
- Sperrelementtasche
- 32
- Haltenase
- 33
- Nut
- 34
- Stift
- 35
- Ringbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1043829 A1 [0003]
- DE 102016201228 A1 [0007]
