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Die Erfindung betrifft eine Parksperre für ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Getriebe sowie einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Parksperren sowie mit einer solchen Parksperre ausgestattete Getriebe oder Antriebsstränge werden insbesondere in Kraftfahrzeugen im Zusammenhang mit automatischen Getrieben oder zwei-Kupplungs-Getrieben eingesetzt. Die Parksperre dient dabei zur Arretierung eines Abtriebes eines solchen Getriebes, um damit mittels der an den Abtrieb angeschlossenen Fahrwerkskomponenten und der Räder des Kraftfahrzeuges ein Wegrollen desselben zu verhindern. Eine solche Parksperre kann damit im Zusammenhang mit einer Parkbremse oder auch als Alternative dazu verwendet sein.
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Die
DE 10 2005 015 161 A1 offenbart eine Parksperranordung für ein automatisiertes Getriebe. Eine Sperreinrichtung wird axial in ein Parksperrrad eingeschoben, wobei die Sperreinrichtung und das Parksperrrad als innen verzahnte und außen verzahnte Zahnräder ausgebildet sind, welche dann ineinandergreifen. Die Zähne der jeweiligen Zahnräder sind jeweils radial angeordnet. Damit nimmt die gezeigte Parksperre einen großen Bauraum in Anspruch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Parksperre gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den zugehörigen Unteransprüchen entnommen werden. Zudem wird die Aufgabe durch ein Getriebe gemäß Anspruch 9 und einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Durch die radial zur Längsachse bewegliche Anordnung des Kontaktelementes im Steuerelement wird der Aktuator je nach Ausgestaltung der Aufnahme frei von Querkräften oder mit reduzierten Querkräften aufgenommen. Damit wird ein Verschleiß des Aktuators oder auch ein vorzeitiges Versagen desselben durch schädliche Querkräfte wirksam vermieden.
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Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert:
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Ein „Abtrieb“ des Getriebes ist beispielsweise eine Abtriebswelle oder ein mit einer Abtriebswelle in Verbindung stehendes Element des Getriebes, wobei über den Abtrieb eine Verbindung zum Antriebsstrang in Richtung beispielsweise der Räder oder einer Achse eines Kraftfahrzeuges hergestellt ist. Mittels eines solchen Abtriebs können sowohl von einem Motor kommende Kräfte und Momente des Getriebes sowie auch eine durch die Parksperre initiierte Sperrung des Abtriebs an übrige Teile des Antriebsstrangs oder der Räder weitergeleitet werden.
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Ein „Parksperrrad“ kann jedes Element sein, welches mit dem Abtrieb mechanisch, beispielsweise drehfest, in Wirkverbindung steht. Dabei dient ein solches Parksperrrad dazu, mit übrigen Bauteilen so zu interagieren, dass bei beispielsweise Rotationssperrung des Parksperrrads auch der Abtrieb des Getriebes nicht mehr rotatorisch beweglich ist und damit der Abtrieb gesperrt werden kann.
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Ein „Sperrelement“ kann jedes Bauteil und jedes Element sein, welches auf das Parksperrrad einwirken kann, sodass dann das Parksperrrad an beispielsweise an einer rotatorischen Bewegung gehemmt oder gehindert wird, sodass die Funktion der Parksperre korrekt ausgeführt ist.
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Ein „Aktuator“ ist beispielsweise ein pneumatischer oder hydraulisch aktuierter Zylinder, Servomotor, ein Hub- oder Stellmagnet sowie jede andere Einrichtung, welche auf einen Steuerbefehl hin eine Funktion ausführt, welche dann eine mechanische Folge nach sich zieht.
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Ein „Steuerelement“ kann beispielsweise eine Hebelübersetzung oder eine andere mechanische Einrichtung sein, welche dazu geeignet ist, die vom Aktuator ausgehende Bewegung so auf das Sperrelement zu übertragen, dass es in seiner Funktion überführt wird. Beispielsweise ist ein solches Steuerelement ein Zwischenbauteil, welches zwischen Sperrelement und Aktuator angeordnet ist.
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Ein „feststehendes Element“ des Getriebes ist beispielsweise das Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse in Verbindung stehendes Bauteil, in welchem das Sperrelement in mindestens einem von sechs möglichen Freiheitsgeraden gelagert und aufgenommen ist. Damit kann das Sperrelement an das feststehende Element Kräfte übertragen oder Kräfte, welche vom Parksperrrad ausgehen, an das feststehende Element weiterleiten.
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Ein „Blockieren“ des Abtriebs beschreibt insbesondere ein Festsetzen des Abtriebs im Sinne der vollständigen Einschränkung einer beispielsweise freien Rotation des Parksperrades mit dem Abtrieb.
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Eine „Freistellung“ ist beispielsweise jene Stellung des Steuerelementes und/oder der Parksperre, in welcher der Abtrieb frei beweglich bleibt und die Parksperre somit außer Funktion ist.
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Eine „Sperrstellung“ kann eine solche Stellung des Steuerelementes und/oder der Parksperre sein, in welcher die Parksperre ihre Funktion ausführt, in welcher nämlich der Abtrieb des Getriebes in seiner Beweglichkeit eingeschränkt oder gesperrt ist.
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Ein „Schneckentriebelement“ kann jedes Element sein, welches geeignet ist mit einem nach Art des Schneckentriebs wirkenden Mechanismus eine rotatorische Bewegung in eine axiale Bewegung umzusetzen. Beispiele hierfür sind ein nach Art eines Gewindes ausgestaltetes Element oder ein mit dem Prinzip des Keils wirkendes Element.
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„Tangential“ zur Längsachse beschreibt eine Richtung, die tangential oder annähernd tangential zu einer Hauptachse des Getriebes, beispielsweise der Achse der Abtriebswelle oder auch zum Steuerelement oder in einem Winkel von +10° bis -10° abweichend von dieser tangentialen Richtung wirkt. Insbesondere kann es dazu kommen, dass der Aktuator nur in einer bestimmten Stellung tangential zum Steuerelement steht und während seiner Bewegung auch von dieser tangentialen Richtung abweichen kann. Winkelangaben beziehen sich hier auf einen Vollwinkel von 360°.
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In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement in der Aufnahme und/oder im Aktuator drehbeweglich um eine Achse angeordnet, wobei die Achse im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet ist.
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Mit einer solchen Anordnung kann bei Verdrehung des Steuerelementes gegenüber der Längsachse des Getriebes auch eine Reduzierung von Momenten oder sogar eine Befreiung von Momenten erfolgen, sodass der Aktuator nahezu kraft- und momentenfrei entlang seiner Wirkachse wirken kann.
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Ein „Kontaktelement“ kann dabei jedes mechanische Element sein, welches Kräfte vom Aktuator an die Aufnahme übertragen kann. Beispielsweise ist ein Kontaktelement ein Stift oder ein an den Aktuator und/oder die Aufnahme angepasstes, drehbeweglich im Aktuator aufgenommenes CNC-Frästeil.
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Um eine größtmögliche Befreiung des Aktuators von Momenten zu erreichen, ist am Kontaktelement ein Wälz- oder Gleitlager zur drehbeweglichen Aufnahme des Kontaktelementes am Aktuator vorgesehen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Aktuator ein Führungsmittel auf, wobei das Führungsmittel den Aktuator mechanisch derart axial führt, dass Querkräfte am Aktuator reduziert sind, wobei das Führungsmittel insbesondere eine Führungsstange im Aktuator ist.
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Ein solches Führungsmittel stützt im Aktuator Querkräfte wirksam ab, sodass eine weitere Erhöhung der Lebensdauer des Aktuators erreicht wird. Beispielsweise ist ein solches Führungsmittel der Kolben des Aktuators oder ein anderes geeignetes Element.
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Um ein Aktivieren der Parksperre wirksam zu unterstützen, weist der Aktuator einen mechanischen Energiespeicher auf, wobei das Sperrelement in einem aktivierten Zustand des Aktuators mittels dem Steuerelement unterstützt durch den mechanischen Energiespeicher in Eingriff bringbar ist. Damit wird erreicht, dass die Parksperre nach Aktivierung durch den Aktuator teilautomatisch in Funktion tritt, sodass die Betriebskräfte des Aktuators reduziert sind.
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Ein „mechanischer Energiespeicher“ kann jedes Element sein, welches dazu geeignet ist, durch Verformung eines Festkörpers, Kompression eines Gases oder einer Kombination dieser Eigenschaften mit anderen Wirkprinzipien Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Beispielsweise ist ein solcher mechanischer Energiespeicher eine Feder, eine Schraubenfeder, eine Gasdruckfeder, ein Druckspeicher oder eine andere ähnlich geartete Einrichtung.
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In einer Ausführungsform ist der Aktuator ein elektromotorisch, magnetisch, pneumatisch und/oder hydraulisch wirkender Linearantrieb.
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Ein Solcher Aktuator kann bestmöglich an bestehende Systeme, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, angeschlossen werden. So kann ein hydraulischer Aktuator in einem PKW eingesetzt sein, wobei ein pneumatischer Aktuator in einer Landmaschine eingesetzt ist, da hier Druckluft als pneumatischer Energieträger von anderen Fahrzeugsystemen verfügbar ist.
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Um die Parksperre besonders kompakt bauen zu können, ist das Steuerelement ringförmig ausgebildet und/oder weist eine spiralförmige Stirnfläche in axialer Richtung auf, wobei die spiralförmige Stirnfläche axial auf das Sperrelement einwirkt.
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Eine „spiralförmige Stirnfläche“ ist beispielsweise die Stirnfläche eines Rings oder einer Scheibe, welche im Verlauf einer Rotation eines solchen Elementes in axialer Richtung ansteigt, also beispielsweise ein Element mit in Rotationsrichtung kontinuierlich ansteigender Dicke. Eine solche spiralförmige Stirnfläche kann auch mehrfach am Umfang ausgebildet sein, um Kräfte aufzuteilen
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuerelement in einer gemeinsamen Wirkachse mit dem Parksperrrad und/oder dem Sperrelement angeordnet.
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In dieser Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Parksperre noch kompakter ausgeführt werden.
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Eine „gemeinsame Wirkachse“ bezeichnet eine Richtung oder eine Achse, welche im Wesentlichen gemeinsam verläuft. Dabei können das Steuerelement und das Parksperrrad und/oder das Sperrelement auch leicht abweichende Achsen in deren Wirkung aufweisen. Beispielsweise kann es eine Abweichung zwischen der Eingriffsachse von Parksperrrad und Sperrelement sowie der Wirkachse des Steuerelementes oder einer Rotationsachse des Steuerelementes von -10° bis +10° geben. Winkelangaben beziehen sich auf einen Vollwinkel von 360°.
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In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Getriebe mit einer Parksperre gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen.
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Ein solches Getriebe kann alle Vorteile der oben beschriebenen Parksperre nutzen.
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In einem zusätzlichen Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch einen Antriebsstrang, welcher ein Getriebe der bezeichneten Form aufweist.
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Ein solches Antriebsstrang kann alle Vorteile eines oben beschriebenen Getriebes nutzen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Parksperre in isometrischer Ansicht,
- 2 ein Detail einer Ansteuerung einer Parksperre in einer axialen Draufsicht sowie
- 3 eine Schnittdarstellung der Ansteuerung aus 2
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Eine Parksperre 101 weist ein Parksperrrad 103 mit einer Achsaufnahme 102 auf. In der Achsaufnahme 102 ist eine Abtriebsachse (nicht gezeigt) eines Getriebes drehfest eingefügt, sodass das Parksperrrad 103 mit der Abtriebsachse form- oder kraftschlüssig verbunden ist. Das Parksperrrad 103 ist mit der Abtriebsachse frei drehbar im Getriebe angeordnet. Die Abtriebsachse leitet Kräfte und Momente des Getriebes an einen Achsantrieb eines Fahrzeuges (nicht gezeigt).
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Das Parksperrrad 103 weist an seiner Stirnseite Klauen 104, welche in Form einer Axialverzahnung ausgeführt sind, auf. Das Parksperrrad 103 und die Abtriebsachse können sich um eine Achse 131 drehen.
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Auf der gleichen Achse 131 ist ein Klauenrad 105 mit axial gegenüber dem Parksperrrad 103 angeordneten Klauen 106 angeordnet. Die Klauen 104 des Parksperrrads 103 sowie die Klauen 106 des Klauenrads 105 sind wechselseitig so ausgebildet, dass das Klauenrad 105 bei Verschiebung entlang der Achse 131 in Richtung des Parksperrrads 103 ineinandergreifen. Damit können dann das Parksperrrad 103 und das Klauenrad 105 eine rotationsfeste Verbindung ausbilden.
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Das Klauenrad 105 befindet sich in einer Freistellung, sodass die Klauen 106 und die Klauen 104 außer Eingriff sind (1).
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Zwischen Klauenrad 105 und Parksperre 103 sind Rückstellfedern 109 angeordnet, welche das Klauenrad 105 vom Parksperrrad 103 wegdrücken. Um das Klauenrad 105 mit Parksperrrad 103 in Eingriff zu bringen, werden diese Rückstellfedern 109 entgegen ihrer Wirkrichtung komprimiert.
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Ein Aktivierrad 107 ist entlang der gleichen Achse 131 angeordnet. Das Aktivierrad 107 ist ringförmig ausgebildet und weist eine Aufnahme 121 zu dessen Betätigung auf. Das Aktivierrad 107 ist axial fest, jedoch rotationsfrei um die Achse 131 angeordnet.
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Weiterhin weist das Aktivierrad Stirnflächen 123 auf, welche mit Vorsprüngen 122 des Klauenrades 105 zusammenwirken. Die Stirnflächen 123 sind so ausgebildet, dass diese spiralförmig verlaufen, und zwar im Bezug zu Achse 131. Um den Umfang variiert somit die Dicke des Aktivierrads 107 in Richtung der Achse 131 im Bereich jeder Stirnfläche 123.
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Das Klauenrad 105 weist an seiner Außenseite Kugeln 108 auf, welche eine Axiallager 110 bilden, sodass das Klauenrad 105 axial beweglich in einem Gehäuse 151 des Getriebes aufgenommen ist. Weiterhin sind am Aktivierrad 107 Nuten 112 vorgesehen, welche das Klauenrad 105 rotationsfest, jedoch axial beweglich im Gehäuse 151 des Getriebes (nicht gezeigt) aufnehmen.
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Auf die Aufnahme 121 des Aktivierrads 107 wirkend ist ein Aktuator 111 angeordnet, der Aktuator 111 ist ein servomotorischer Linearantrieb, welcher so auf die Aufnahme 121 einwirkt, dass das Aktivierrad 107 durch die Wirkung des Aktuators 111 eine Drehbewegung durchführt.
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Dazu weist der Aktuator 111 einen Kolben 113, welcher mit der Aufnahme 121 an einer Seite in Wirkverbindung steht, auf. An einer Gegenseite der Aufnahme 121 wirkt ein Stößel 115 auf die Aufnahme 121. Dabei ist der Stößel 115 in seiner Wirkrichtung ebenso wie der Aktuator 111 tangential zum Aktivierrad 107 angeordnet. Der Stößel 115 ist in einer Lagerung 119, welche im Gehäuse 151 des Getriebes aufgenommen ist, gelagert und mit einer Feder 117 beaufschlagt.
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In der Aufnahme 121 ist ein Langloch 161 angeordnet. Das Langloch 161 verläuft mit seiner Längsausdehnung radial zur Achse 131 der Parksperre 101.
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Innerhalb des Langlochs 161 ist ein Stift 163 angeordnet, welcher an den Wandungen des Langlochs 161 anliegt, damit Kräfte auf die Aufnahme 121 des Aktivierrades 107 übertragbar sind.
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Auf dem Kolben 113 des Aktuators 111 ist an dessen Spitze ein Kopfstück 165 aufgepresst. Das Kopfstück 165 weist ein Wälzlager 167 auf, welches den Stift 163 aufnimmt. Zwischen dem Aktuator 111 sind somit über den Kolben 113 das Kopfstück 165, das Wälzlager 167 sowie den Stift 163 Kräfte auf die Aufnahme 121 übertragbar. Mittels des Aktuators 111 wird somit das Aktivierrad 107 bewegt und ein Schaltvorgang ausgelöst.
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Durch die Aufnahme des Stiftes 163 im Kopfstück 165 mittels dem Wälzlager 167 einerseits sowie andererseits im Langloch 161 in der Aufnahme 121 erfolgt eine Übertragung von Kräften vom Aktuator 111 auf das Aktivierrad 107 momentenfrei. Weiterhin sind durch die Ausgestaltung des Langloches 161 in radialer Richtung zur Achse 131 weitestgehend Querkräfte auf den Aktuator 111 reduziert. Lediglich die Reibkräfte zwischen dem Stift 163 und dem Langloch 161 an einer feinen Kontaktlinie müssen als Querkräfte von dem Aktuator 111 kompensiert werden. Die Kräfte werden durch Schmierung der Anordnung mit Getriebeöl noch weiter reduziert.
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Die Funktion der Parksperre 101 soll im Folgenden erläutert werden:
- In einer Freistellung (1) ist das Klauenrad 105 vom Parksperrrad 103 beaufschlagt, und wird durch die Federn 109 in dieser Position gehalten. Das Parksperrrad 103 mit der Antriebswelle kann damit frei im Getriebe drehen oder beispielsweise Antriebskräfte weiterleiten.
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Der Aktuator 111 ist nicht aktiviert, die Fahne 121 des Aktivierrads 107 ist in nahezu senkrechter Stellung.
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Das Aktivierrad 107 ist in einer solchen Position, dass es gegenüber den Vorsprüngen 122 des Klauenrads 105 eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist und somit auch keine Kräfte auf das Klauenrad 105 übertragen werden.
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Wird nun das Aktivierrad 107 und damit auch die Parksperre 101 in eine Sperrstellung überführt, so geschieht dies mittels des Aktuators 111 wie folgt:
- Der Kolben 113 des Aktuators 111 wird eingefahren und die Rotation des Aktivierrades 107 dadurch freigegeben, der Stößel 115 wird durch die Relaxation der Feder 117 ausgefahren. Die Feder 117 drückt dabei auch den Kolben 113. Das Aktivierrad 107 wird damit in Rotation um die Achse 131 versetzt. Dabei unterstützt die Feder 117 am Stößel 115 den Vorgang. Die Stirnflächen 123 wirken nun durch ihre spiralförmige Anordnung am Aktivierrad 107 auf die Vorsprünge 122 des Klauenrads 105.
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Das Klauenrad 105 wird axial in Richtung des Parksperrrads 103 bewegt. Dabei wird das Klauenrad 105 mittels des Axiallagers 110 im Gehäuse 151 des Getriebes geführt. Dies geschieht verdrehfest gegenüber dem Getriebe, da die Nuten 112 das Klauenrad 105 an einer Rotation hindern. Die Rückstellfedern 109 werden dabei komprimiert, die Klauen 104 und 106 greifen ineinander. Damit entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Klauenrad 105 und Parksperrrad 103.
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Aufgrund der rotationsfesten Lagerung des Klauenrads 105 im Gehäuse 151 des Getriebes mittels der Nuten 112 ist somit der Parksperrrad 103 an einer Rotation gehindert. Kräfte werden über die Klauen 104 und die Klauen 106 und das Klauenrad 105 mittels der Nuten 112 an das Gehäuse 151 des Getriebes übertragen.
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Aufgrund der so blockierten Rotation des Parksperrrads 103 kann die Abtriebswelle und somit der gesamte Abtriebsstrang des Fahrzeuges nicht mehr rotatorisch bewegt werden, sodass das Fahrzeug an einem Wegrollen gehindert wird.
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Steht das Parksperrrad 103 während der Überführung der Parksperre 101 in eine Stellung so, dass Zähne der Klauen 104 sowie Zähne der Klauen 106 direkt gegenüber stehen und das Klauenrad 105 nicht in das Parksperrrad 103 einrasten können, so wird spätestens bei einem leichten Rollen des Fahrzeugs, beispielsweise an einem Hang, eine rotatorische Position geschaffen, in der die Parksperre 101 sicher einrastet.
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Das Deaktivieren der Parksperre 101 in Richtung einer Freistellung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, nämlich indem der Aktuator 111 in seine ausgefahrene Position zurückgeführt, das Aktivierrad 107 gegen die Feder 117 zurückgestellt und das Klauenrad 105 durch die Rückstellfedern 109 wieder in die Freistellung gedrückt wird.
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Damit sind dann die Klauen 104 und die Klauen 106 außer Eingriff gebracht und die Abtriebswelle des Getriebes kann frei drehen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Parksperre
- 102
- Achsaufnahme
- 103
- Parksperrrad
- 104
- Klauen
- 105
- Klauenrad
- 106
- Klauen
- 107
- Aktivierrad
- 108
- Kugel
- 109
- Rückstellfeder
- 110
- Axiallager
- 111
- Aktuator
- 112
- Nut
- 113
- Kolben
- 115
- Stößel
- 117
- Feder
- 119
- Lagerung
- 121
- Aufnahme
- 122
- Vorsprung
- 123
- Stirnfläche
- 131
- Achse
- 161
- Langloch
- 163
- Stift
- 165
- Kopfstück
- 167
- Wälzlager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005015161 A1 [0003]
- DE 102016200542 A1 [0004]
