DE102020121928A1

DE102020121928A1 - Parksperre zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes

Info

Publication number: DE102020121928A1
Application number: DE102020121928.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Schulz; Jochen Kohnle; Andreas Kammerer; Morgan Lefranc
Original assignee: Kendrion Villingen GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2040-08-22
Also published as: DE102020121928B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperre (1) zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einem Kolben (60) zum mechanischen Sperren des Getriebes, einem Kolbengehäuse (40), in dem der Kolben (60) entlang einer Längsachse (X-X) beweglich angeordnet ist, einem Druckraum (70), in den ein Druckmittel zum hydraulischen Bewegen des Kolbens (60) einleitbar ist, wobei der Druckraum (70) eine hydraulische Wirkfläche (A) aufweist. Ein elektromagnetischer Aktor (10) dient zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens (60) und weist ein magnetisches Aktorgehäuse (11) mit einer darin angeordneten, bestrombaren Spule (12), einem bei Bestromung der Spule (12) bewegbaren Anker (15) und einen Aktorstößel (13)auf, der in Wirkverbindung mit dem Kolben (70) steht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die hydraulische Wirkfläche (A) in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens (60) mindestens von einer ersten hydraulischen Wirkfläche (A1) in eine zu der ersten Wirkfläche (A1) größeren, zweiten Wirkfläche (A2) veränderbar ist.
Vorteile: Geringes Setzverhalten der Rückstellfeder, Dauerfestigkeit der Parksperre

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperre zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere zum Feststellen eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Parksperren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt, z.B. aus WO 2020/119980 oder D DE 10 2019 114 563 A1 , und dienen üblicherweise der Betätigung einer mechanisch wirkenden Sperreinrichtung, durch die das Getriebe eines Kraftfahrzeuges, insbesondere das automatische Getriebe eines Kraftfahrzeuges blockiert werden kann. Hierzu kann die Parksperre in eine das Getriebe freigebende erste Position und eine das Getriebe sperrende zweite Position positioniert werden, in der beispielsweise eine Sperrklinke oder ein Bolzen in ein Sperrrad des automatischen Getriebes greift und somit das automatische Getriebe in einer Parkposition mechanisch blockiert.
Zur Betätigung der vorbekannten Parksperren werden elektrohydraulische Parksperren vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnen, dass die Parksperre einerseits, beispielsweise mittels eines Federspeichers, vorgespannt ist und die Parksperre mittels eines über ein Druckmedium, in der Regel Hydrauliköl, hydraulisch betätigten Kolbens entsperrt werden kann. Dabei wir regelmäßig eine über einen elektromagnetisch betriebenen Aktor betätigbare Verriegelungs- oder Rasteinrichtung vorgesehen, durch welche ein ungewolltes Betätigen der Parksperre verhindert ist.
Als problematisch an dem Stand der Technik hat sich herausgestellt, dass die vorbekannten Parksperren dauerfest ausgelegt sein müssen. Dies bedeutet, dass die Parksperre auch bei sehr langen Betriebsdauern sicher ihre Verriegelungswirkung beibehält. Aus sicherheitstechnischen Gründen muss deshalb gewährleistet sein, dass die Parksperre auch nach jahrelangem Betrieb weiter funktionsfähig ist. Ein Schwachpunkt hierbei ist insbesondere die den hydraulisch bewegbaren Betätigungskolben in der Parksperre rückstellende Druckfeder. Diese darf kein oder nur so wenig Setzverhalten wie möglich über die Lebensdauer der Parksperre aufweisen, da sonst die erforderliche Betriebspunkte der Parksperre nicht mehr eingehalten werden können. Die kritischen Betriebspunkte bei einer Parksperre befinden sich am Hubanfang, also bei völlig zurückgezogenen Betätigungskolben, sowie bei einer ausgefahrenen Stellung, bei der eine mit dem Betätigungskolben der Parksperre gekoppelter Sperrklinken- oder Bolzenmechanismus im Kraftfahrzeug greift Dieser zweite Betriebspunkt liegt in der Regel nach einem kurzen Hubweg von wenigen Millimetern hinter der Hubanfangsstellung.
Um eine ausreichend dauerfeste Druckfeder zu realisieren, könnte diese theoretisch zwar einen verhältnismäßig dicken Drahtdurchmesser aufweisen. Eine solche Rückstellfeder ist nachteiligerweise nicht nur besonders schwer, sondern auch in ihrer Federkonstante zu steif, so dass die erforderlichen Betriebspunkte nicht eingehalten werden können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine über eine lange Betriebsdauer funktionsfähige Parksperre vorzuschlagen, bei der ein etwaiges Setzverhalten einer in der Parksperre befindlichen Rückstellfeder zumindest weitgehend kompensiert werden kann.
Dieses Ziel wird durch eine Parksperre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Parksperre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs, sieht im Wesentlichen vor:

- einen Kolben zum mechanischen Sperren des Getriebes,
- ein Kolbengehäuse, in dem der Kolben entlang einer Längsachse beweglich angeordnet ist,
- einen Druckraum, in den ein Druckmittel zum hydraulischen Bewegen des Kolbens einleitbar ist, wobei der Druckraum eine hydraulische Wirkfläche aufweist,
- ein elektromagnetischer Aktor (10) zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens mit einer in einem magnetischen Aktorgehäuse angeordneten bestrombaren Spule, einem bei Bestromung der Spule bewegbaren Anker mit einem Aktorstößel, der in Wirkverbindung mit dem Kolben steht, wobei
- die hydraulische Wirkfläche in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens mindestens von einer ersten hydraulischen Wirkfläche in eine zu der ersten Wirkfläche größeren, zweiten Wirkfläche veränderbar ist.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste hydraulische Wirkfläche oder die zweite hydraulische Wirkfläche oder auch beide hydraulischen Wirkflächen als Ringflächen ausgebildet sind. Dabei ist vorzugsweise die erste hydraulische Wirkfläche dem Kolben der Parksperre in Hubanfangsstellung zugeordnet. Unter Hubanfangsstellung ist dabei diejenige Stellung gemeint, bei der der Kolben vollständig in Richtung des elektromagnetischen Aktors zurückgezogen ist. Die zweite, größere hydraulische Wirkfläche befindet sich dagegen in einer von der Hubanfangsstellung weggefahrene Stellung des Kolbens. Diese Stellung kann etwa 3 bis 9 mm, vorzugsweise etwa 6 mm von der Hubanfangsstellung des Kolbens entfernt sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung verfügt der Kolben der Parksperre an seiner dem elektromagnetischen Aktor zugewandten Seite über einen ringförmigen Flansch, welcher über geeignete Dichtmittel, z. B. einen O-Ring, gegenüber dem Gehäuse der Parksperre abgedichtet ist. Mindestens ein Teil dieser Ringfläche begrenzt den Druckraum, dem über eine geeignete Öffnung ein hydraulisches Druckmittel, in der Regel Hydrauliköl, zugeführt wird, um den Kolben axial zu bewegen. Auf der dieser Ringfläche axial gegenüberliegenden Seite wird der Druckraum durch einen geeignete Wandung des Gehäuses der Parksperre begrenzt. Zur Mittenachse der Parksperre hin und parallel zur Längsachse der Parksperre wird der Druckraum durch eine vorzugsweise parallel zur Längsachse der Parksperre gebildeten Wandabschnitt eines Kolbendruckstücks begrenzt und parallel hierzu von einer Innenwandung des Gehäuses der Parksperre. Wird in diesen Druckraum das Druckmittel eingefüllt, kann sich aufgrund des vom Druckmittel erzeugten Drucks der Kolben axial bewegen. Mindestens ein Teil des ringförmigen Flanschbodens des Kolbens bildet dabei die erste hydraulische Wirkfläche gemäß der Erfindung. Die zweite, vergrößerte hydraulische Wirkfläche wird dadurch erreicht, dass bei einer Bewegung des Kolbendruckstücks aufgrund des verminderten Durchmessers der Außenwandung des Kolbendruckstücks ein zusätzlicher ringförmiger Bereich zu der oben erwähnten ersten hydraulischen Wirkfläche hinzukommt.
Zweckmäßigerweise ist das Kolbendruckstück in der Hubanfangsstellung des Kolbens mit einem ersten Außendurchmesser versehen und einem im Druckraum begrenzenden, zweiten Außendurchmesser, der im Vergleich zum ersten Durchmesser verkleinert ist, wenn das Kolbendruckstück und der Kolben um einen vorgegebenen Hub, beispielsweise die oben erwähnten 3 bis 9 mm, aus der Hubanfangsstellung wegbewegt ist.
Der erste Außendurchmesser des Kolbendruckstücks liegt vorzugsweise mindestens annähernd zwischen 11,5 und 12,5 mm, vorzugsweise bei etwa 11,9 mm. Der zweite, also verminderte Außendurchmesser des Kolbendruckstücks liegt vorzugsweise zwischen 10,5 und 11,5 mm, vorzugsweise bei 10,9 mm.
Obwohl der Übergang von dem ersten Außendurchmesser zu dem verkleinerten zweiten Außendurchmesser beliebig gestaltet sein kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen stetigen Übergang vom ersten Außendurchmesser zum zweiten Außendurchmesser vorzusehen. Ein solcher stetiger Übergang kann beispielsweise durch eine konische Verjüngung des Außendurchmessers des Kolbendruckstücks realisiert sein.
In einer weiteren Ausbildung des Kolbendruckstücks ist vorgesehen, dass dieser entlang seiner Längsachse einen mittleren Bereich mit dem erwähnten, verminderten zweiten Durchmesser aufweist und sich an diesen mittleren Bereich links und rechts jeweils ein Bereich mit dem ersten, also vergrößerten Durchmesser anschließt.
Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass die Parksperre mit einer durch den elektromagnetischen Aktor betätigbaren Rasteinrichtung in Wirkverbindung steht. Hierfür ist der Ankerstößel des elektromagnetischen Aktors mit Schiebern oder Auswerfern fest verbunden, welche im Zusammenhang mit Rastkugeln und entsprechend in das Kolbendruckstück eingearbeiteten Ausschnitten dafür sorgen, dass das Kolbendruckstück und der mit dem Kolbendruckstück vorzugsweise feststehend verbundene Kolben sowohl in ausgefahrener, als auch eingefahrener Stellung festgelegt und arretiert werden kann. Eine Betätigung des Kolbens wird nur freigegeben, wenn durch eine Bestromung des elektromagnetischen Aktors eine entsprechende Freigabe der Rasteinrichtung vorgenommen ist.
In einer Ausbildung der Erfindung ist der Kolben mittels einer Rückstellfeder in seine Hubanfangsstellung rückstellbar. Die Rückstellfeder kann hierbei als eine den Kolben mindestens teilweise umgebende Spiralfeder ausgebildet sein und einen Drahtdurchmesser von maximal etwa 3 mm aufweisen. Die Spiralfeder ist dabei vorzugsweise als Ventilfederdraht gemäß EN 10270-2 ausgebildet und aus dem Werkstoff VDSiCrV hergestellt.
Zweckmäßigerweise sind das Kolbendruckstück und der Kolben feststehend miteinander verbunden. Das Kolbendruckstück besteht vorzugsweise wegen Festigkeitsgründen aus Metall. Der Kolben kann dagegen aus Kunststoff, gegebenenfalls faserverstärktem Kunststoff, bestehen. Dabei ist der Kolben auf dem Kolbendruckstück mittels einer Ultraschweißverbindung oder einer Spritzgußverbindung aufgesetzt.
In einer anderen Ausführungsform kann aber das Kolbendruckstück und der Kolben auch einteilig, also einstückig, ausgebildet sein.
Um eine gute Abdichtung zu erreichen, ist das Kolbendruckstück gegenüber dem Gehäuse der Verriegelungseinheit und damit der Parksperre mittels einer Stangendichtung, insbesondere einer Lippendichtung abgedichtet. Dabei ist die Lippendichtung vorzugsweise zwischen einem zur Längsachse der Parksperre ragenden, umlaufenden Bund des Gehäuses der Parksperre und einer Außenwandung des Kolbendruckstücks platziert. Die Abdichtung zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Gehäuses der Parksperre kann dagegen durch eine übliche Kolbendichtung, beispielsweise durch einen zwischen der Außenwandung des Kolbens und der Innenwandung des Gehäuses der Parksperre liegenden O-Ring realisiert sein.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Parksperre im Detail erläutert. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Parksperre in Stirnansicht auf die Seite eines elektromagnetischen Aktorgehäuses mit dahinter angeschlossener Verriegelungseinheit,
2 die Parksperre von 1 entlang des Schnittes II-II in 1 mit einem Druckraum,
3 einen vergrößerten Ausschnitt von 2 im Bereich des Druckraums,
4 die unterschiedliche Wirkflächen A1 und A2 des in 2 bzw. 3 dargestellten Druckraums,
5 eine Hub/Druckkennlinie der erfindungsgemäßen Parksperre von 1 bzw. 2, und
6 eine Hub/Druckkennlinie einer nicht den Betriebsparametern entsprechenden Parksperre.

In den nachfolgend dargestellten Figuren bezeichnen dort gleich verwendete Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung, es sei denn, dass auf eine andere Bedeutung ausdrücklich hingewiesen wird.
Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Parksperre, die nachfolgend mit den Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. In 1 ist die Parksperre 1 in Stirnansicht mit Blick auf die Seite eines elektromagnetischen Aktors 10 und dessen Aktorgehäuse 11 mit dahinter angeschlossener Verrieglungseinheit 50 gezeigt. Dabei ist die Verriegelungseinheit 50 eine hydraulisch betätigbare Verriegelungseinheit, wie nachfolgend noch erläutert werden wird. Hierfür verfügt die Verriegelungseinheit 50 der Parksperre 1 über ein in der Darstellung von 1 hinter dem elektromagnetischen Aktor 10 sitzenden Gehäuse 40, welches zumindest eine Zulauföffnung 41 für ein Hydraulikmittel, z. B. Hydrauliköl, aufweist. Das Gehäuse 11 des elektromagnetischen Aktors 10 besteht vorzugsweise aus Metall, während das Gehäuse 40 der Verrieglungseinheit 50 aus Kunststoff, gegebenenfalls aus faserverstärktem Kunststoff, gebildet ist.
In 2 ist die Schnittansicht der Parksperre von 1 entlang der dort markierten Schnittlinie II - II dargestellt.
In dem topfförmigen Gehäuse 11 des elektromagnetischen Aktors 10 befindet sich zentrisch zur Längsachse X - X ein elektromagnetisches Erregersystem in Form einer Spule 12, einem Ankerstößel 13, der feststehend auf einem Anker 15 sitzt und von einer Rückstellfeder 14 druckbeaufschlagt ist. Das topfförmige Gehäuse 11 ist auf seiner offenen Seite von einem Deckel 16 verschlossen. Aus dem Aktorgehäuse 11 ragt der Ankerstößel 13 hervor. Auf diesem hervorstehenden Bereich des Ankerstößels 13 sitzt beabstandet zueinander ein erster Auswerfer 17 und ein nahe am distalen Ende des Ankerstößels 13 befindlicher, zweiter Auswerfer 18. Diese beiden Auswerfer wirken mit Rastmitteln, vorliegend in Form von Rastkugeln 20 zusammen, die in Ausnehmungen eines Kolbendruckstücks 30 eingreifen können.
In der in 2 gezeigten Darstellung drückt der erste Auswerfer 17 die Rastkugeln 20 in eine gegenüber dem ersten Auswerfer 17 in dem Kolbendruckstück 30 befindlichen Ausnehmung, so dass das Kolbendruckstück 30 in seiner Position fixiert ist. Das Kolbendruckstück 30 ist hierfür rohrförmig gestaltet und konzentrisch um den Ankerstößel 13 herum platziert. Das Kolbendruckstück 30 kann auf einer dem Aktor 11 gegenüberliegenden Ende etwas verjüngt ausgebildet sein. An diesem dem Aktor 10 gegenüberliegenden Ende ist das Kolbendruckstück 30 feststehend mit einem Kolben 60 in Verbindung. Aufgrund der feststehenden Verbindung von Kolbendruckstück 30 und Kolben 60 bewegen sich diese gemeinsam. Wie dargestellt, ist der Kolben 60 wiederum mit einer Kolbenstange 52, vorzugsweise feststehend in Verbindung. Diese Kolbenstange 52 steht mit einem Sperrmechanismus eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges in Verbindung. Beispielsweise betätigt die Kolbenstange 52 eine Sperrklinke, um in ein Zahnrad eines Automatikgetriebes einzugreifen, um dort das Fahrzeug bei Bedarf festlegen zu können.
Das rohrförmige Kolbendruckstück 30, das vorzugsweise aus Metall gebildet ist, umgibt die beiden Auswerfer 17, 18 und ist seinerseits von einer Aufnahmebuchse 19 des elektromagnetischen Aktors 10 umgeben. Diese Aufnahmebuchse 19 ist feststehend an die Stirnseite des Gehäuses 11 des Aktors 10, beispielsweise an den Deckel 16, angefügt.
Um diese Aufnahmebuchse 19 schließt sich abschnittsweise das rohrförmig ausgebildete Gehäuse 40 der hydraulischen Verrieglungseinheit 50. Das Gehäuse 40 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und über eine geeignete Kunststoff-Metallverbindung an der Aufnahmebuchse 19 befestigt. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschweißen hergestellt sein oder aber durch einen Spritzgießprozess, indem das Gehäuse 40 auf die Aufnahmebuchse 19 aufgespritzt wird. An dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 40 ist dieses über einen Deckel 43 abgeschlossen. Der Deckel 43 weist eine mittige Öffnung auf, aus der die Kolbenstange 52 herausragt.
Die Kolbenstange 52 ist im Ausführungsbeispiel rohrförmig gestaltet und umgibt im Inneren des Gehäuses 40 rohrförmig den Kolben 60. Wie bereits erwähnt, ist dieser Kolben 60 feststehend mit dem Kolbendruckstück 30 in Verbindung. Der Kolben 60 verfügt an seinen dem elektromagnetischen Aktor 10 zugewandten Ende über einen ringförmig zur Innenwandung des Gehäuses 40 ragenden, umlaufenden Flansch 61, welcher bis zur Innenwandung des Gehäuses 40 heranreicht. Um eine druckfeste Abdichtung zu erreichen, ist der Flansch 61 mit einem Einstich 62 versehen. In diesem Einstich 62 sitzt eine Dichtung 64 in Form eines O-Rings.
Die Kolbenstange 52 verfügt ebenfalls über einen Flansch 53, der an dem Flansch 61 des Kolbens 60 flächig anliegt. An diesem Flansch 53 liegt ein Ende einer Rückstellfeder 80 an. Das andere Ende dieser Rückstellfeder 80 stützt sich an dem Deckel 43 oder - wie gezeigt - an einem Einlegeteil 44 innerhalb dieses Deckels 43 ab. Im Ruhezustand, wie dieser in 2 dargestellt ist, drückt also die Rückstellfeder 80 die Kolbenstange 42 zusammen mit dem Kolben 60 und dem hiermit feststehenden Kolbendruckstück 30 in die in 2 dargestellte Stellung, die zudem durch die Rastkugeln 20 fixiert ist.
Um die Kolbenstange 52 aus der in 2 dargestellten Stellung nach links zu bewegen ist zweierlei notwendig. Zum einen muss der elektromagnetische Aktor 10 betätigt werden, so dass die Rastkugeln 20 das Kolbendruckstück 30 freigeben. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Spule 12 bestromt und damit der Anker 15 mit dem Ankerstößel 13 zusammen und den Auswerfern 17 und 18 in der Darstellung von 2 nach rechts bewegt werden. Die Rastkugeln 20 rutschen dann aufgrund des Wegbewegens des Auswerfers 17 nach rechts an einer Schräge des Auswerfers 17 aus der Verriegelungsstellung in der Öffnung des Kolbendruckstücks 30. Damit ist das Kolbendruckstück 30 und somit auch der Kolben 60 samt Kolbenstange 52 freigegeben. Fließt dann in einen Druckraum der Verriegelungseinheit 50 Druckmittel, z. B. Hydrauliköl, kann sich der Kolben 60 samt Kolbendruckstück 30 und Ankerstange 52 nach links bewegen. Der hierfür notwendige Druckraum ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet und steht mit der in 1 dargestellten Druckmittelzulauföffnung 41 in Verbindung.
In 3 ist der Bereich des Druckraums 70 vergrößert dargestellt. Der Druckraum 70 ist durch verschiedene Wandabschnitte begrenzt, nämlich parallel zur Längsachse X auf seiner Innenseite durch die Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30. In der in 3 dargestellten Ansicht, die der Hubanfangsstellung des Kolbens 60 entspricht, hat das Kolbendruckstück 30 einen ersten Außendurchmesser D1. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Druckraum 70 parallel zur Längsachse X durch die Innenwandung 46 des Gehäuses 40 begrenzt. Senkrecht zu diesen beiden parallel zur Achse X verlaufenden Wandungen des Druckraums 70 befindet sich einerseits die dem elektromagnetischen Aktor 10 zugewandte Ringfläche des Flansches 61 des Kolbens 60. Gegenüberliegend dieser Ringfläche des Flansches 61 des Kolbens 60 ragt ein zur Achse X vorspringender Bund 45 des Gehäuses 40, welcher den Druckraum 70 zur Seite des elektromagnetischen Aktors 10 hin begrenzt. Um eine Abdichtung zwischen diesem Bund 45 und der Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 sicherzustellen, ist zwischen dem Spalt des Bundes 45 des Gehäuses 40 und der Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 eine Stangendichtung, vorzugsweise eine Lippendichtung 75, platziert, die die Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 ringförmig umgibt und abdichtet.
Wird Druckmittel in den Druckraum 70 eingeführt, steht in der in 3 dargestellten Darstellung zunächst eine hydraulische Wirkfläche A1 zur Verfügung, die durch diejenige Ringfläche A1 bestimmt ist, die einerseits durch den Boden des Flansches 61 des Kolbens 60 bestimmt und durch die Innenwandung 46 des Gehäuses 40 sowie der Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 begrenzt ist. Diese Ringfläche ist in 3 mit A1 bezeichnet.
Wird Druckmittel in den Druckraum 70 gefüllt, beginnt sich der Kolben 60 zusammen mit dem feststehend verbundenen Kolbendruckstück 30 nach links zu bewegen. Dabei startet die Bewegung bei der Hubanfangsstellung des Kolbens 60. Bewegt sich der Kolben 60 zusammen mit dem Kolbendruckstück 30 nach links wird nach einem Abstand B ein Bereich des Außenumfangs 31 des Kolbendruckstücks 30 erreicht, bei dem sich der Außenumfang auf einen zweiten kleineren Durchmesser D2 verringert. Der Übergang von dem Durchmesser D1 zu dem kleineren Durchmesser D2 des Kolbendruckstücks 30 erfolgt dabei stetig, insbesondere konusförmig. Mit der Verkleinerung des Durchmessers der Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 wird der Druckraum 70 und damit die hydraulische Wirkfläche vergrößert, nämlich auf eine hydraulische Wirkfläche A2. Der Innendurchmesser D3 der Innenwandung 46 des Gehäuses 40 bleibt dagegen unverändert. Die Lippendichtung 75 sorgt dafür, dass bei einer Bewegung des Kolbendruckstücks 30 eine sichere Abdichtung des Druckraums 70 gewährleistet bleibt.
Die Zunahme der hydraulischen Wirkfläche von der ersten hydraulischen Wirkfläche A1 zur zweiten hydraulischen Wirkfläche A2 ist in 4 nochmals illustriert. Dabei zeigt 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV - IV von 2. Die Vergrößerung der zunächst wirksamen hydraulischen Wirkfläche A1 auf die zweite hydraulische Wirkfläche A2 ist durch die Reduzierung des Durchmessers von D1 auf D2 des Kolbendruckstücks 30 bedingt. In 4 bezeichnet das Gehäuse 40 der Verriegelungseinheit 50 die Innenwand des Gehäuses 40, 30 das Kolbendruckstück und 31 die Außenwandung des Kolbendruckstücks 30. Wie erläutert, variiert der Durchmesser der Außenwandung 31 des Kolbendruckstücks 30 zwischen den Durchmessern D1 und D2. Der Durchmesser der Innenwandung 46 des Gehäuses 40 ist mit D3 bezeichnet. In 4 ist im Schnitt auch der Ankerstößel 15 erkennbar.
Bei Betrachtung der Druck-/Weg-Kennlinie einer Parksperre ergibt sich folgendes Betriebsverhalten. In dem Diagramm von 5 ist auf der Senkrechten der in den Druckraum 70 eingebrachte Hydraulikdruck P in bar aufgetragen. In der Waagerechten ist der Hubweg der Kolbenstange 60 in Millimeter markiert. Dabei existiert ein zulässiger Betriebsbereich, der einen unteren Betriebsdruck P1 nicht unterschreiten darf. Bis zu einem Hub B2 von z.B. 6 mm darf ein Betriebsdruck P2 nicht überschritten werden. Ab dem Betriebspunkt B2 liegt der zulässige Betriebsdruck bei einem erhöhten Wert P3. Im dargestellten Diagramm von 5 entspricht B1 der Hubanfangsstellung und B2 einem Hub von 3 bis 9 mm, vorzugsweise etwa 6 mm. Bei dem Betriebspunkt B2 ist die von der Kolbenstange 52 betätigte Sperrklinke mit dem Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs in Eingriff und sperrt diese.
Aufgrund der Vergrößerung der hydraulischen Wirkfläche von A1 auf die zweite hydraulische Wirkfläche A2 ist es möglich, dass die auf den Kolben 60 wirkende Kraft gemäß der in 5 dargestellten Kennlinie K1 innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs bleibt. Dies ist dadurch sichergestellt, dass die hydraulische Wirkfläche ab einem Betriebspunkt B3, der zwischen B1 und B3 liegt, von der hydraulischen Wirkfläche A1 auf die größere zweite hydraulische Wirkfläche A2 erhöht wird. Dies macht sich am Betriebspunkt B3 in der Kennlinie K1 erkennbar, in der die Kennlinie kurz waagerecht verläuft bzw. kurz abfällt, um dann wieder anzusteigen. Durch diesen Knick in der Kennlinie K1 ist sichergestellt, dass die Parksperre im zulässigen Betriebsbereich arbeitet. Für die Rückstellfeder 80 bedeutet dies, dass auch ein gewisses Setzverhalten, also ein bestimmtes Nachlassen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 80 hingenommen werden kann, ohne die Betriebssicherheit der Parksperre 1 zu gefährden.
Würde dagegen die hydraulische Wirkfläche in Betrieb der Parksperre nicht vergrößert werden, würde sich eine Situation gemäß der Darstellung von 6 ergeben. Wie daraus ersichtlich, würde bei gleichgestalteter Rückstellfeder 80 die Kennlinien K2 zwischen den Betriebspunkte B2 und B3 in den unzulässigen Betriebsbereich geraten. Eine Inbetriebnahme einer solchen Parksperre wäre aus Sicherheitsgründen nicht möglich.
Abschließend wird darauf verwiesen, dass die Rückstellfeder 80 idealerweise als eine den Kolben teilweise umgebende Spiralfeder ausgebildet ist mit einem Drahtdurchmesser von maximal etwa 3 mm. Dabei besteht die Spiralfeder vorzugsweise aus Ventilfederdraht gemäß EN 10270-2. Als Werkstoff für die Spiralfeder wird vorzugsweise VDSiCrV verwendet.
In einer Ausführungsform der Erfindung, kann der Außendurchmesser D1 zwischen 11,5 und 12,5 mm, vorzugsweise bei 11,9 mm, und der zweite Außendurchmesser D2 mindestens annähernd zwischen 10,5 und 11,5 mm, vorzugsweise 10,9 mm liegen. Der Betriebspunkt B3 kann z.B. bei etwa 3 mm liegen.
Bezugszeichenliste

1: Parksperre
10: elektromagnetischer Aktor
11: Aktorgehäuse
12: Spule
13: Ankerstößel
14: Rückstellfeder
15: Anker
16: Deckel
17: erster Auswerfer
18: zweiter Auswerfer
20: Rastkugel
30: Kolbendruckstück
31: Außenwand
41: Druckmittelzulauföffnung
43: Deckel
44: Einlegeteil
45: Bund
46: Innenwand des Gehäuses
50: Verriegelungseinheit
52: Kolbenstange
53: Flansch
60: Kolben
61: Flansch
62: Einstich
64: Dichtung
70: Druckraum
75: Lippendichtung
80: Rückstellfeder
A: Wirkfläche
A1: erste Wirkfläche
A2: zweite Wirkfläche
B: Abstand
B1: erster Betriebspunkt bei Hubanfangsstellung
B2: zweiter Betriebspunkt
B3: dritter Betriebspunkt
D1: erster Durchmesser
D2: zweiter Durchmesser
K1: erste Kennlinie
K2: zweite Kennlinie
H: Hub des Kolbendruckstücks 30 in mm
P: Eingangsdruck im Druckraum 70 in bar
P1: unterer Betriebsdruck
P2: zweiter Betriebsdruck
P3: dritter Betriebsdruck
X-X: Längsachse
II-II: Schnitt
IV-IV: Schnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2020/119980 [0002]
DE 102019114563 A1 [0002]

Claims

Parksperre (1) zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit - einen Kolben (60) zum mechanischen Sperren des Getriebes, - ein Kolbengehäuse (40), in dem der Kolben (60) entlang einer Längsachse (X-X) beweglich angeordnet ist, - einen Druckraum (70), in den ein Druckmittel zum hydraulischen Bewegen des Kolbens (60) einleitbar ist, wobei der Druckraum (70) eine hydraulische Wirkfläche (A) aufweist, - ein elektromagnetischer Aktor (10) zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens (60), mit einer in einem magnetischen Aktorgehäuse (11) angeordneten bestrombaren Spule (12), einem bei Bestromung der Spule (12) bewegbaren Anker (15) mit einem Aktorstößel (13), der in Wirkverbindung mit dem Kolben (70) steht, dadurch gekenzeichnet, dass die hydraulische Wirkfläche (A) in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens (60) mindestens von einer ersten hydraulischen Wirkfläche (A1) in eine zu der ersten Wirkfläche (A1) größeren, zweiten Wirkfläche (A2) veränderbar ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Wirkfläche (A1) und/oder die zweite hydraulische Wirkfläche (A2) als Ringflächen ausgebildet sind.
Parksperre (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hydraulische Wirkfläche (A1) dem Kolben (60) in Hubanfangsstellung zugeordnet ist, bei der der Kolben (60) vollständig in Richtung des elektromagnetischen Aktors (10) zurückgezogen ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite hydraulische Wirkfläche (A2) dem Kolben (60) in einer von der Hubanfangsstellung weggefahrenen Stellung zugeordnet ist
Parksperre (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung einem von der Hubanfangsstellung weggefahren Strecke von etwa 3 bis 9 mm, vorzugsweise etwa 6 mm entspricht.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wirkfläche (A1) mindestens teilweise durch eine dem elektromagnetischen Aktor (10) zugewandte, ringförmige Stirnfläche eines Flansches (61) des Kolbens (60) gebildet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstößel (22) über eine Rasteinrichtung mit einem mit dem Kolben (60) verbundenen Kolbendruckstück (30) in Wirkverbindung steht.
Parksperre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) in der Hubanfangsstellung des Kolbens (60) einen ersten den Druckraum (70) begrenzenden Außendurchmesser (D1) aufweist, und einen den Druckraum (70) begrenzenden, zweiten Durchmesser (D2), der im Vergleich zum ersten Durchmesser (D1) verkleinert ist, wenn das Kolbendruckstück (30) und der Kolben (60) um einen vorgegebenen Hub aus der Hubangangsstellung wegbewegt ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außendurchmesser (D1) mindestens annähernd 11,5 bis 12,5 mm, vorzugsweise 11,9 mm, und der zweite Außendurchmesser (D2) mindestens annähernd 10,5 bis 11,5 mm, vorzugsweise 10,9mm, beträgt.
Parksperre (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) einen stetigen Übergang vom ersten Außendurchmesser (D1) zum zweiten Außendurchmesser (D2) aufweist und dieser insbesondere konusförmig gestaltet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) in einem mittleren Bereich mit dem zweiten Außendurchmesser (D2) versehen ist und beidseitig von diesem mittleren Bereich den vergrößerten ersten Außendurchmesser (D1) aufweist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (60) mittels einer Rückstellfeder (80) in seine Hubanfangsstellung rückstellbar ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben von einer Kolbenstange (52) mindestens teilweise umgeben ist, wobei das Kolbenrohr (52) mit dem Getriebe der Parksperre in Wirkverbindung steht.
Parksperre (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, , dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) und der Kolben (60) feststehend miteinander verbunden sind.
Parksperre (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) aus Metall und der Kolben (60) aus Kunststoff besteht, wobei der Kolben (60) auf dem Kolbendruckstück (30) mittels einer Ultraschweißverbindung oder einer Spritzgußverbindung aufsitzt.
Parksperre (1) nach Anspruch 14, , dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) und der Kolben (60) einstückig ausgebildet sind.
Parksperre (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (80) eine den Kolben (60) mindestens teilweise umgebende Spiralfeder ist mit einem Drahtdurchmesser von maximal etwa 3 mm, wobei die Spiralfeder vorzugsweise als Ventilfederdraht gemäß EN10270-2 ausgebildet ist und aus dem Werkstoff VDSiCrV besteht.
Parksperre (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (30) gegenüber dem Gehäuse (40) der Verriegelungseinheit (50) mittels einer Stangendichtung, insbesondere einer Lippendichtung (75), abgedichtet ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippendichtung (75) zwischen einem zur Längsachse (X-X) der Parksperre ragenden, umlaufenden Bund (45) des Gehäuses (40) und einer Außenwandung (31) des Kolbendruckstücks (30) anliegt.