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Die Erfindung betrifft eine Parksperre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug und einen Antriebsstrang.
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Parksperren für Getriebe werden beispielsweise in Automatikgetrieben, Zwei-Kupplungs-Getrieben und elektrischen Antriebssystemen verwendet, um das Getriebe oder einen Antriebsstrang derart zu blockieren, dass ein daran angeschlossener Abtriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges blockiert ist, sodass das Fahrzeug nicht wegrollen kann. Dazu sind verschiedene Parksperrmechanismen bekannt.
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In der
DE 10 2005 015 161 A1 wird eine Parksperranordnung für ein automatisches Getriebe offenbart. Ein radial innenverzahntes Parksperrrad wird mittles eines außen verzahnten Blockierrades blockiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Parksperre gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Getriebe gemäß Anspruch 9 sowie einen Antriebstrang gemäß Anspruch 10.
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Dadurch, dass der erste Aktuator eine dem feststehenden Element des Getriebes zugeordnete axiale Führung zum Aufnehmen von winklig zur axialen Führung auftretenden Kräften aufweist, kann der entsprechende Aktuator nahezu querkraftfrei bewegt werden, sodass eine lange Haltbarkeit ermöglicht ist.
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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 Abtriebsstrang in Richtung beispielsweise der Räder oder einer Achse eines Kraftfahrzeuges hergestellt ist. Mittels eines solchen Abtriebs können sowohl von einem Motor eingeleitete Kräfte und Momente über das Getriebe sowie auch eine durch die Parksperre initiierte Sperrung des Abtriebs an übrige Teile des Abtriebsstrangs 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 oder jedes Element sein, welches auf das Parksperrrad einwirken kann, sodass das Parksperrrad 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 jeder andere Einrichtung, welche auf einen Steuerbefehl hin eine Funktion ausführt, welche dann eine mechanische Folge auslöst.
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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 Funktion gesetzt 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 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 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“ ist eine solche Stellung des Steuerelementes und/oder der Parksperre, 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 mittels Rotation wirkendes Element.
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Eine „Längsachse“ kann jede Achse sein, welche beispielsweise in einer Hauptrichtung entlang einer Getriebewelle verläuft. Beispielsweise ist eine solche Längsachse die Achse, um welches das Steuerelement rotiert.
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Eine „axiale Führung“ ist beispielweise eine Linearführung oder jede andere Führung, welche den Aktuator entlang seiner Wirkrichtung derart führt, dass Querkräfte vermieden und/oder von der axialen Führung aufgenommen werden.
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Um den ersten Aktuator möglichst sicher führen zu können, weist der erste Aktuator eine Aufnahme und einen Stößel auf, wobei die Aufnahme dem feststehenden Element des Getriebes zugeordnet ist und der Stößel gegenüber der Aufnahme axial beweglich ist und/oder in der Aufnahme axial geführt ist und auf das Steuerelement wirkt.
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Eine „Aufnahme“ kann jede technische Einrichtung sein, welche geeignet ist, einen Teil des ersten Aktuators oder ein anderes Bauteil zu führen, aufzunehmen oder zu leiten. Ein „Stößel“ kann jedes Element sein, welches auf das Steuerelement derart wirkt, dass Kräfte vom Aktuator, von einem Energiespeicher oder auf andere Weise an das Steuerelement übertragen werden können. Beispielsweise ist ein solcher Stößel ein zylindrisches Element mit pilzförmigem Kopf, wobei der pilzförmige Kopf auf das Steuerelement einwirkt.
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In einer Ausführungsform ist die axiale Führung ein Führungsstift in dem feststehenden Element des Getriebes, wobei der Stößel auf dem Führungsstift geführt ist.
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Auf diese Weise, nämlich durch die Führung des Stößels auf dem Führungsstift, kann die Anordnung sehr kompakt ausgebildet sein.
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Ein „Führungsstift“ ist dabei beispielsweise ein gehärteter Stahlstift, ein Abschnitt einer Stahlwelle oder ein Kunststoffstift runden Querschnitts. Weiterhin kann der Führungsstift aber auch einen anderen Querschnitt als einen runden Querschnitt aufweisen. So kann der Führungsstift beispielsweise sechseckig oder viereckig ausgeführt sein, um eine Rotation des Stößels zu unterbinden.
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Um den Aktuator in seiner Funktion sicher zu unterstützen, ist dem ersten Aktuator ein zwischen einem Speicherzustand und einem Leerzustand überführbarer mechanischer Energiespeicher zugeordnet.
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Ein „mechanischer Energiespeicher“ kann dabei jedes mechanische Element oder jede mechanische Baugruppe sein, welche geeignet ist, Energie zwischenzeitlich zu speichern und, beispielsweise bei Freigabe des mechanischen Energiespeichers mittels eines ausgelösten Halteelementes, wieder abzugeben. Beispielsweise ist ein solcher mechanischer Energiespeicher eine Feder, eine Schraubenfeder oder eine Gasdruckfeder. Weiterhin kann ein solcher mechanischer Energiespeicher auch eine Einheit mit komprimiertem Gas sein.
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Ein „Speicherzustand“ ist der Zustand des mechanischen Energiespeichers, in dem dieser Energie aufgenommen hat und abgeben kann.
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Ein „Leerzustand“ ist der zustand des Energiespeichers, in welchem die darin gespeicherte Energie teilweise oder vollständig abgegeben ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der mechanische Energiespeicher eine Feder, wobei die Feder parallel zu einer axialen Führung angeordnet ist.
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Um die Feder kompakt und sicher in der Anordnung aufnehmen zu können, ist die Feder an einer Außenseite des Kolbenelements und/oder an einer Innenseite der Aufnahme angeordnet.
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Damit kann die Feder in einem Bereich zwischen Innenseite der Aufnahme und Außenseite des Kolbenelementes gleiten und ein entsprechender Bauraum dort angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Freistellung im Speicherzustand des mechanischen Energiespeichers und die Sperrstellung im Leerzustand des mechanischen Energiespeichers eingerichtet. Eine solche Wirkungsweise des mechanischen Energiespeichers bewirkt, dass das Sperrelement durch den mechanischen Energiespeicher automatisch oder teilautomatisch in Eingriff gebracht wird, so dass auch bei Ausfall anderer Bauteile oder in einem Reparaturfall die Parksperre aktiviert ist.
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Um beispielsweise die Parksperre sowohl zu aktivieren als auch zu deaktivieren und beides aktuatorisch zu steuern, ist dem ersten Aktuator ein zweiter Aktuator zugeordnet, wobei der zweite Aktuator auf das Steuerelement einwirkt.
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Beispielsweise kann der erste Aktuator in Richtung einer Aktivierung der Parksperre und der zweite Aktuator in Richtung einer Deaktivierung der Parksperre wirken. In der oben beschriebenen Wirkungsweise des mechanischen Energiespeichers ist dann sichergestellt, dass bei Ausfall oder Demontage des zweiten Aktuators der erste Aktuator die Parksperre aktiviert.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Parksperranordnung eines Getriebes in einer isometrischen Ansicht,
- 2 eine Schnittdarstellung eines Federaktuators in ausgefahrenem Zustand in einer Seitenansicht, sowie
- 3 den Federaktuator in einer Schnittdarstellung in eingefahrenem Zustand in einer Seitenansicht.
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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 und die Abtriebswelle 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 können. 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 können. Um das Klauenrad 105 mit Parksperrrad 103 in Eingriff zu bringen, müssen diese Rückstellfedern 109 entgegen ihrer Wirkrichtung komprimiert werden.
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Ein Aktivierrad 107 ist auf der gleichen Achse 131 angeordnet. Das Aktivierrad 107 ist ringförmig ausgebildet und weist eine Fahne 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 zur 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 angeordnet, welche das Klauenrad 105 rotationsfest, jedoch axial beweglich im Gehäuse 151 des Getriebes (nicht gezeigt) aufnehmen.
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Auf die Fahne 121 des Aktivierrads 107 wirkend ist ein Aktuator 111 angeordnet, der Aktuator 111 ist ein servomotorischer Linearantrieb, welcher so auf die Fahne 121 einwirkt, sodass das Aktivierrad 107 durch die Wirkung des Aktuators 111 eine Drehbewegung vollführt.
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Dazu weist der Aktuator 111 einen Kolben 113, welcher mit der Fahne 121 an einer Seite in Kontakt steht, auf. Die Stirnfläche des Kolbens 113 ist dazu sphärisch, also kugelförmig- konvex ausgeführt, um einen möglichst reibungsfreien Kontakt zu ermöglichen.
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Der Aktuator 111 ist derart aufgebaut, dass in seinem Inneren eine Sperr-Raste (innerer Aufbau nicht dargestellt) den Kolben 113 in einer ausgefahrenen Position des Aktuators 111 hält.
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An einer Gegenseite der Fahne 121 wirkt ein Stößel 115 auf die Fahne 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, lose geführt und mit einer Feder 117 beaufschlagt.
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Der Stößel 115 ist auf einem Führungsstift 120 angeordnet. Der Führungsstift 120 ist dabei fest im Gehäuse 151 eingepresst. Der Stößel 115 kann auf dem Führungsstift 120 frei gleiten, die Toleranz zwischen Stößel 115 und Führungsstift 120 ist als sehr enge Spielpassung so gewählt, dass Querkräfte auf den Stößel 115 von dem Führungsstift 120 sicher aufgenommen werden und der Stößel 115 auf dem Führungsstift 120 leicht gleitet. An einer Außenseite des Stößels 115 ist die Feder 117 angeordnet. Die Feder 117 liegt gleichzeitig an einer Innenseite der Lagerung 119.
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Die Funktion der Parksperre 101 soll im Folgenden erläutert werden:
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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 und der Kolben 113 wird durch die interne Sperr-Raste in einer aufgefahrenen Position gehalten. 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:
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Der Kolben 113 des Aktuators 111 wird eingefahren und übt damit keine Kraft mehr auf die Fahne 121 des Aktivierrads 107 aus. Das Aktivierrad 107 wird damit in Rotation um die Achse 131 versetzt. Dies geschieht durch die Relaxation der Feder 117 am Stößel 115. Die Stirnflächen 123 wirken nun durch ihre spiralförmige Anordnung am Aktivierrad 107 auf die Vorsprünge 122 des Klauenrads 105.
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Der Stößel 115 gleitet dabei auf dem Führungsstift 120 und wird vom Führungsstift 120 so geführt, dass gegenüber anderen Komponenten keine Querkräfte auftreten.
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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, die 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 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 Parkstellung 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, 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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Die Deaktivierung der Parksperre 101 in Richtung einer Freistellung (2) erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, nämlich indem der Aktuator 111 in seine Ausgangsposition aufgefahren wird, dass Aktivierrad 107 mittels der Feder 117 zurückgestellt wird und das Klauenrad 105 durch die Rückstellfedern 109 wieder in die Freistellung gedrückt wird.
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Dabei erfolgt eine Kompression der Feder 117, welche durch die Sperr-Raste im Aktuator 111 fixiert wird, bis die Parksperre wieder aktiviert werden soll.
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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
- 120
- Führungsstift
- 121
- Fahne
- 122
- Vorsprung
- 123
- Stirnfläche
- 131
- Achse
- 151
- Gehäuse
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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]
