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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung , umfassend einen Aktor und ein Klinkenrad , welches mittels des Aktors in eine Parksperrenverrieglungsposition und eine Parksperrenfreigabeposition bewegbar ist, wobei das Klinkenrad translatorisch beweglich jedoch drehfest über ein Kugellinearlager an einem Getriebegehäuse gelagert ist und in der Parksperrenverrieglungsposition des Aktors formschlüssig in ein Parksperrenrad eingreift sowie in der Parksperrenfreigabeposition des Aktors sich nicht im Eingriff mit dem Parksperrenrad befindet, wobei der Aktor wenigstens einen axialbeweglichen Betätigungskolben umfasst, welcher an dem Klinkenrad fixiert ist.
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Fahrzeugarksperrenvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um Kraftfahrzeuge gegen ungewolltes Wegrollen, z. B. an einem Hang, zu sichern, können Fahrzeuge eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung aufweisen, welche innerhalb des Fahrzeugantriebsstranges eine formschlüssige Sicherung der angetriebenen Fahrzeugräder bewirkt und somit ein Wegrollen des Kraftfahrzeuges verhindert. Auf diese Weise wird eine Funktion ähnlich wie eine Handbremse in dem Fahrzeug umgesetzt, wobei eine Handbremse üblicherweise eine kraftschlüssige Blockierung der angetriebenen Fahrzeugräder verhindern soll, ist dies bei einer Fahrzeugparksperrenvorrichtung durch eine formschlüssige Sicherung innerhalb des Fahrzeugantriebsstrangs bewirkt.
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Insbesondere wenn in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nichtmechanische Komponenten verbaut werden wie beispielsweise bei Automatikgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern oder Fahrzeugen mit Elektroantrieb, dienen Fahrzeugparksperrenvorrichtungen zur Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs im Falle eines Fahrzeugstillstands oder bei abgestelltem Motor. Dazu kann die Fahrzeugparksperrenvorrichtungen durch den Fahrer mittels einer Parksperrenbedienvorrichtung mechanisch, elektrisch und/oder hydraulisch aktiviert werden.
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Die Fahrzeugparksperrenvorrichtung blockiert dann typischerweise eine Welle innerhalb des Kraftflusses in einem Fahrzeugantriebsstrang, beispielsweise eines Automatikgetriebes oder eines nachgeordneten Differentialachsgetriebes. Die zu blockierende Welle ist derart gewählt, dass ihre Blockierung zuverlässig eine Bewegung der Antriebsräder des Kraftfahrzeugs verhindert.
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Im Betrieb einer Fahrzeugparksperrenvorrichtung kann es vorkommen, dass insbesondere beim Ausfall der Stromversorgung im Fahrzeug, dieses auf mechanischem Wege gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen zu sichern ist. Hierzu wurden entsprechende mechanische, meistens federkraftbasierte Sicherungssysteme entwickelt, die beim Ausfall der Stromversorgung selbsttätig die Parksperrenklinke in ihre Verrieglungsposition überführt. Ferner kann es vorkommen, dass die Aktoren zur Beibehaltung einer Parksperrenverrieglungsposition und/oder einer Parksperrenfreigabeposition bestromt werden müssen, wodurch insbesondere bei hybriden oder vollelektrisch betreibbaren Antriebssträngen der Energiehaushalt des entsprechenden Kraftfahrzeugs nachteilig belastet wird.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen und eine besonders energiesparende Fahrzeugparksperrenvorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung , umfassend einen Aktor und ein Klinkenrad , welches mittels des Aktors in eine Parksperrenverrieglungsposition und eine Parksperrenfreigabeposition bewegbar ist, wobei das Klinkenrad translatorisch beweglich jedoch drehfest über ein Kugellinearlager an einem Getriebegehäuse gelagert ist und in der Parksperrenverrieglungsposition des Aktors formschlüssig in ein Parksperrenrad eingreift sowie in der Parksperrenfreigabeposition des Aktors sich nicht im Eingriff mit dem Parksperrenrad befindet, wobei der Aktor wenigstens einen axialbeweglichen Betätigungskolben umfasst, welcher an dem Klinkenrad fixiert ist, wobei eine in Umfangsrichtung verdrehbare und koaxial zum Klinkenrad angeordnete Sperrscheibe in eine Kolbenverrieglungsposition und eine Kolbenfreigabeposition verdrehbar ist, wobei in der Kolbenverrieglungsposition ein Formschluss zwischen dem Betätigungskolben und der Sperrscheibe ausgebildet ist, der den Betätigungskolben in einer axialen Position fixiert und in der Kolbenfreigabeposition der Sperrscheibe der Formschluss zwischen dem Betätigungskolben und der Sperrscheibe aufgehoben ist, so dass der Betätigungskolben axialverschiebbar ist.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Betätigungskolben auch ohne Fremdenergiezufuhr - rein mechanisch - in einer vordefinierten Position fixierbar ist.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung umfasst typischerweise einen Aktor welche zum Zwecke der Verriegelung der Fahrzeugparksperrenvorrichtung auf Klinkenrad einwirkt, welches dann eine formschlüssige Verrieglung innerhalb des Fahrzeugantriebsstrangs zur Blockierung der angetriebenen Fahrzeugräder herbeiführt.
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Aktoren wandeln mechanische, hydraulische oder elektrische Eingangsgrößen in eine mechanische Bewegung um. Obwohl ein Aktor grundsätzlich auch manuell betrieben werden kann, haben sich fremdenergiebetriebene Aktoren mit einem Aktorantrieb durchgesetzt und werden im Zusammenhang mit der Erfindung bevorzugt.
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Ein Aktor kann entsprechend seines Aktorantriebsprinzips - insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der elektromotorischen Aktoren, elektromechanischen Aktoren, hydraulischen Aktoren, elektrohydraulischen Aktoren oder elektrochemischen Aktoren.
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Besonders bevorzugt ist es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass der Aktor ein elektrohydraulischer oder hydraulischer Aktor ist. Der Aktor umfasst einen Betätigungskolben, der den vom Aktor beaufschlagten hydraulischen Druck in eine auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs einwirkende Bewegung zum Zwecke der formschlüssigen Verriegelung und Blockierung der angetriebenen Fahrzeugräder umwandelt.
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Das Klinkenrad dient zur Herstellung einer formschlüssigen, lösbaren Verbindung zwischen einem Getriebegehäuse und dem Fahrzeugantriebsstrang. Das Klinkenrad greift in seiner Sperrstellung formschlüssig in den Fahrzeugantriebsstrang ein, so dass eine Drehung der angetriebenen Fahrzeugräder blockiert ist. In seiner Freigabestellung ist das Klinkenrad vom Fahrzeugantriebsstrang beabstandet, also nicht mit diesem in einem formschlüssigen Eingriff befindlich, sodass eine Drehung der angetriebenen Fahrzeugräder ermöglicht ist. Hierzu ist innerhalb des Fahrzeugantriebsstrangs beispielsweise ein korrespondierendes Parksperrenrad ausgebildet, in welches das Klinkenrad zur Sicherung des Fahrzeugs gegen ein unbeabsichtigtes Rollen formschlüssig eingreift. Das Klinkenrad ist zwischen seiner Sperrstellung und seiner Freigabestellung insbesondere bevorzugt translatorisch verschiebbar gelagert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sperrscheibe an ihrem radial inneren Umfang wenigstens eine Sperrscheibennut aufweist, die so konfiguriert ist, dass in der Kolbenfreigabeposition der Sperrscheibe der Betätigungskolben in axialer Richtung durch die Sperrscheibennut hindurchführbar ist, während in der Kolbenverrieglungsposition der Sperrscheibe eine axiale Bewegung des Betätigungskolbens gegenüber der Sperrscheibe formschlüssig verhindert ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Betätigungskolben eine erste Sperrnut aufweist, in welche die Sperrscheibe in ihrer Kolbenverrieglungsposition formschlüssig eingreift.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Betätigungskolben eine zweite, von der ersten Sperrnut axial beabstandete Sperrnut aufweist, in welche die Sperrscheibe in ihrer Kolbenverrieglungsposition formschlüssig eingreift.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Sperrscheibe über einen Sperrscheibenaktor verdrehbar ist.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Sperrscheibe um einen Winkel von 2-10°, bevorzugt 4-6° gegenüber dem Klinkenrad verdrehbar ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Aktor ein hydraulischer Aktor ist.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass wenigstens drei über den Umfang des Klinkenrads verteilt auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnete Betätigungskolben an dem Klinkenrad fixiert sind.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass sich eine Rückstellfeder einerseits an dem Parksperrenrad und anderseits an dem Klinkenrad abstützt, so dass eine durch den Aktor bewirkte axiale Verschiebung des Klinkenrads entgegen der Federkraft der Rückstellfeder erfolgt. Die Rückstellfeder befindet sich besonders bevorzugt in einem vorgespannten Zustand um das Klinkenrad federkraftbeaufschlagt in einen vordefinierten Zustand zu bewegen. In der Regel wirkt die Rückstellfeder direkt oder indirekt auf das Klinkenrad ein, um dieses aus seiner Verrieglungsposition oder in seine Verrieglungsposition zu verschieben. Hierdurch kann beispielsweise eine normally close Betriebsweise realisiert werden, bei der nach Wegfall einer elektrischen oder hydraulischen Sicherung der Fahrzeugparksperrenvorrichtung in ihrer Entrieglungsposition, das Klinkenrad federkraftbeaufschlagt in seine Verrieglungsposition verschoben wird.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Aktor über wenigstens drei Führungsbolzen drehfest mit dem Klinkenrad gekoppelt ist.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugparksperrenvorrichtung kann insbesondere in einem elektrischen Achsantriebsstrang angeordnet sein. Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Maschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Das Getriebe des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Fahrzeugparksperrenvorrichtung auf ein Getriebe eines elektrischen Achsantriebsstrangs einwirkt. Bevorzugt ist dieses Getriebe eine Planetengetriebe oder ein Differentialgetriebe.
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Der Aktor der erfindungsgemäßen Fahrzeugparksperrenvorrichtung ist insbesondere an einen elektrischen und/oder hydraulischen Kreislauf des elektrischen Achsantriebsstrangs gekoppelt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung in einer Frontansicht in ihrer Parksperrenverrieglungsposition,
- 2 eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung in einer Frontansicht in ihrer Parksperrenfreigabeposition,
- 3 eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung in einer Axialschnittansicht in ihrer Parksperrenverrieglungsposition,
- 4 eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung in einer Axialschnittansicht in ihrer Parksperrenfreigabeposition,
- 5 eine Sperrscheibe und Betätigungskolben in einer Parksperrenverrieglungsposition in einer Front- wie korrespondierender Axialschnittansicht,
- 6 eine Sperrscheibe und Betätigungskolben in einer Parksperrenfreigabeposition in einer Front- wie korrespondierender Axialschnittansicht, und
- 7 Detailansicht einer Sperrscheibe und Betätigungskolben in einer Parksperrenverrieglungsposition in einer Frontansicht.
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Die 1 zeigt eine Fahrzeugparksperrenvorrichtung 1, umfassend einen Aktor 2 und ein Klinkenrad 3, welches mittels des Aktors 2 in eine Parksperrenverrieglungsposition und eine Parksperrenfreigabeposition bewegbar ist. Das Klinkenrad 3 ist translatorisch beweglich jedoch drehfest über ein Kugellinearlager 4 an einem Getriebegehäuse 5 gelagert und greift in der Parksperrenverrieglungsposition des Aktors 2 formschlüssig in ein Parksperrenrad 6 ein. In der Parksperrenfreigabeposition des Aktors 2 befindet sich das Klinkenrad 2 nicht im Eingriff mit dem Parksperrenrad 6. Der Aktor 2 ist in der gezeigten Ausführungsform ein hydraulischer Aktor und ist über drei Führungsbolzen 14 drehfest mit dem Klinkenrad 3 gekoppelt. Das Parksperrenrad 6 ist drehfest mit einem Getriebe verbunden.
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Der Aktor 2 umfasst drei axialbewegliche Betätigungskolben 7, welche an dem Klinkenrad 3 fixiert sind. Eine in Umfangsrichtung verdrehbare und koaxial zum Klinkenrad 3 angeordnete Sperrscheibe 8 ist in eine Kolbenverrieglungsposition und eine Kolbenfreigabeposition verdrehbar, wobei in der Kolbenverrieglungsposition ein Formschluss zwischen dem Betätigungskolben 7 und der Sperrscheibe 8 ausgebildet ist, der den Betätigungskolben 7 in einer axialen Position fixiert und in der Kolbenfreigabeposition der Sperrscheibe 8 der Formschluss zwischen dem Betätigungskolben 7 und der Sperrscheibe 8 aufgehoben ist, so dass der Betätigungskolben 7 axialverschiebbar ist. Hierdurch kann insbesondere die Bestromung und/oder hydraulische Druckbeaufschlagung des Aktors 2 abgeschaltet werden, wenn sich der Betätigungskolben 7 in einer von der Sperrscheibe 8 mechanisch gesicherten Position befindet. Dies wird nachfolgend anhand der 5-7 noch näher erläutert.
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Die Kolbenfreigabeposition ist in der 2 und der 4 gezeigt. Die Kolbenverrieglungsposition kann den 1 und 3 entnommen werden.
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Aus den 1-2 ist ferner ersichtlich, dass die Sperrscheibe 8 an ihrem radial inneren Umfang wenigstens eine Sperrscheibennut 9 aufweist, die so konfiguriert ist, dass in der Kolbenfreigabeposition der Sperrscheibe 8 der Betätigungskolben 7 in axialer Richtung durch die Sperrscheibennut 9 hindurchführbar ist, während in der Kolbenverrieglungsposition der Sperrscheibe 8 eine axiale Bewegung des Betätigungskolbens 7 gegenüber der Sperrscheibe 8 formschlüssig verhindert ist. Dies ist auch gut aus der Detailansicht der 7 ersichtlich.
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Wie aus der 6 hervorgeht, weist der Betätigungskolben 7 eine erste Sperrnut 10 auf, in welche die Sperrscheibe 8 in ihrer Kolbenverrieglungsposition formschlüssig eingreift. Der Betätigungskolben 7 besitzt ferner eine zweite, von der ersten Sperrnut 10 axial beabstandete Sperrnut 11, in welche die Sperrscheibe 8 in ihrer Kolbenverrieglungsposition formschlüssig eingreift. Hierdurch kann der Betätigungskolben 7 sowohl in einer Parksperrenverrieglungsposition und einer Parksperrenfreigabeposition durch die Sperrscheibe 8 axial gesichert werden. Diese beiden axialen Sicherungspositionen sind in den unteren Abbildungen der 6 gezeigt.
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5 zeigt die Kolbenfreigabeposition der Sperrscheibe 8, in welcher der Betätigungskolben 7 durch die Sperrscheibennut 9 hindurch axial verschiebbar ist, was besonders gut anhand der unteren Abbildung der 5 ersichtlich ist.
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Die Sperrscheibe 8 ist über einen elektrisch und/oder hydraulisch betreibbaren Sperrscheibenaktor 12 um einen Winkel von 2-10°, bevorzugt 4-6° gegenüber dem Klinkenrad 3 verdrehbar.
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Wie in den 1-2 sowie 5-6 ferner gut zu erkennen ist, sind drei über den Umfang des Klinkenrads 3 verteilt auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnete Betätigungskolben 7 an dem Klinkenrad 3 fixiert.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugparksperrenvorrichtung
- 2
- Aktor
- 3
- Klinkenrad
- 4
- Kugellinearlager
- 5
- Getriebegehäuse
- 6
- Parksperrenrad
- 7
- Betätigungskolben
- 8
- Sperrscheibe
- 9
- Sperrscheibennut
- 10
- Sperrnut
- 11
- Sperrnut
- 12
- Sperrscheibenaktor
- 13
- Rückstellfeder
- 14
- Führungsbolzen
