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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einer
Parksperre gemäß Patentanspruch 1.
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Aus LECHNER, G., Fahrzeuggetriebe, Springer-Verlag, 1994,
Seite 232 bis 233, ist ein Parksperrensystem für ein
Automatikgetriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler bekannt. Ein
solches Parksperrensystem mit formschlüssiger Verriegelung muss
das Fahrzeug bei nicht betätigter Feststellbremse auch im
Gefälle/in der Steigung zuverlässig gegen Wegrollen sichern.
Dies muss auch gewährleistet sein, wenn bei ruhendem Fahrzeug
eine direkte Betätigung durch eine
Parksperrenradzahn/Klinkenzahn-Stellung nicht möglich ist, das abgestellte
Fahrzeug sich aber später womöglich selbständig bewegen
könnte. Die verrastete Parksperrenmechanik muss sich gleichfalls
auch problemlos wieder lösen lassen.
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Ferner sind aus der DE 195 33 141 C1 und der DE 100 29 628 A1
bereits Parksperren bekannt, welche in Übereinstimmung mit der
Erfindung reibschlüssige Verbindungen herstellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein komfortables
Kraftfahrzeuggetriebe mit einer Parksperre zu schaffen.
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Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den
Merkmalen von Patentanspruch 1 in vorteilhafter Weise gelöst.
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Ein Vorteil der Erfindung ist der, dass Einrückvorgänge der
Parksperre kontinuierlich steuerbar sind. Dabei wird das
geforderte Sperrmoment mit Hilfe einer reibschlüssigen
Parksperre erzeugt. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich durch
einen geregelten Auslegevorgang der Parksperre den
Triebstrangentspannungsschlag zu beseitigen. Dies trägt zu einer
gesteigerten Komfortverbesserung bei.
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Im Gesamtverbund dieses Systems mit einem sogenannten
"Shiftby-Wire" erfordert das Lösen der Parksperre keinen
zusätzlichen Kraftaufwand mehr, der direkt proportional vom
Gefälle/von der Steigung unter Verwendung einer fahrzeugseitigen
Handbetätigung abhängig ist. In diesem Zusammenhang ist es
möglich, die Fahrzeuggeschwindigkeit genauer zu sensieren, so
dass mit der genauem Steuerung/Regelung die reibschlüssige
Parksperre bzw. eine Reibschlussbremse vor unnötigem
Verschleiß bzw. unnötiger Zerstörung geschützt ist. Bei einem
P-R-N-D-Handwählhebel zur Fahrbereichsauswahl ist es somit
bereits bei relativ hohen Grenzgeschwindigkeiten möglich, ein
Schalten von N nach R - beispielsweise beim Rangieren -
zuzulassen, wobei ein Weiterschalten von R nach P zwar am
Wählhebel möglich ist, aber getriebeintern von der Schaltlogik nicht
zugelassen wird.
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Patentanspruch 2 zeigt eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Kraftverstärkung infolge
des Konuswinkels genutzt wird. Da die Schaltkraft vom
Hydrauliksystem aufgebracht werden muss, sind auch die
Leistungsverluste im Hydrauliksystem des Kraftfahrzeuggetriebes mit
Reibschlussbremse in der erfindungsgemäßen Ausführungsform
geringer, als beispielsweise bei der Verwendung von
Lamellenkupplungen.
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Patentansprüche 4 und 5 zeigen Ausgestaltungen der Erfindung
zur weiteren Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des
Kraftfahrzeuggetriebes. Die Ausgestaltung mit einem Kraftspeicher,
welcher die für die Selbsthemmung notwendige Haltekraft
aufbringt, ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise den
Ausgleich von Verschleiß und Fertigungstoleranzen.
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Patentanspruch 6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei
welche eine besonders komfortable Steuerung des Ein- und
Ausrückens der Parksperre ermöglicht.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus dem übrigen
Unteranspruch, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von einer in der
Zeichnung beispielhaft dargestellten Ausführungsform näher
beschrieben.
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Es zeigen
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Fig. 1 einen ausgebrochenen Teil eines
Planetenautomatikgetriebes mit einer Parksperre im ausgelegten Zustand und
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Fig. 2 einen ausgebrochenen Teil des
Planetenautomatikgetriebes aus Fig. 1 mit der Parksperre im eingelegten Zustand.
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Fig. 1 zeigt einen ausgebrochenen Teil eines
Planetenautomatikgetriebes mit einer Parksperre im ausgelegten Zustand.
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Dabei wird entsprechend der zeichnerischen Darstellung die von
einem Anschlussflansch einer Getriebeausgangswelle 30 auf
einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor weisende Richtung
als links und die entgegengesetzte Richtung als rechts
bezeichnet.
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Bei dem Planetenautomatikgetriebe handelt es sich um ein
solches, welches den Fahrerwunsch hinsichtlich des Fahrbereiches
mittels elektrischer Signale erhält. Ein solches
Getriebesystem wird üblicherweise auch als "shift-by-wire" bezeichnet.
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Die Parksperre umfasst eine Reibschlussbremse, mit welcher
eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Getriebegehäuse 1
und der Getriebeausgangswelle 30 herstellbar ist.
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Die Parksperre ist innerhalb eines Getriebegehäuses 1 des
Planetenautomatikgetriebes angeordnet. Die Parksperre umfasst einen
Hydraulikkolben 2, mittels dessen die Reibschlussbremse
ein- und ausrückbar, d. h. in den gezeigten eingerückten
Zustand und einen in Fig. 2 ersichtlichen eingerückten Zustand
überführbar, ist. Dieser axialverschiebliche Hydraulikkolben 2
schließt mit dem Getriebegehäuses 1 einen ringförmigen
Kolbenraum K ein, wobei dazu der Hydraulikkolben 2 mittels zwei
Dichtringen 3, 4 dicht am Getriebegehäuses 1 anliegt. Der
Kolbenraum K ist dabei über einen Kanal A hydraulisch
beaufschlagbar. Der Hydraulikkolben 2 ist nach links mittels
einer Kolbenrückholfeder 6 mittelbar am Getriebegehäuse 1
abgestützt. Diese Kolbenrückholfeder 6 ist am Hydraulikkolben 2
mittels einer Federstützhülse 5 gehalten und stützt sich am
Getriebegehäuse 1 mittels eines drehfest und axial
unverschieblich am Getriebegehäuse 1 befestigten Abstützringes 25
ab. Zur montierbaren Herstellung der axialen
Unverschieblichkeit liegt der Abstützring 25 rechts an einem Absatz des
Getriebegehäuses 1 und links an einen in das Getriebegehäuse 1
eingesetzten Sprengring 26 an.
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In dem Abstützring 25 sind umfangsmäßig mehrere sich radial
nach außen erstreckende Bohrungen eingearbeitet, die koaxial
zu diesen angeordnete
- - Schraubenzugfedern 28 und
- - Verriegelungsbolzen 27
aufnehmen. Die Schraubenzugfedern 28 sind mit deren radial
inneren Enden am Abstützring 25 und mit deren radial äußeren
Enden an den Verriegelungsbolzen 27 befestigt. Die
Verriegelungsbolzen 27 schließen an deren radial äußeren Enden mit
einer Außenfläche des Abstützringes 25 ab. Innerhalb der
Schraubenzugfedern 28 bilden sich Beaufschlagungsräume BA, die über
eine Ringnut mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Kanal B in
Verbindung stehen.
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An einem linken Absatz des Hydraulikkolbens 2 stützt sich ein
Kegelinnenring 8 ab, der mittels eines Schnappringes 7 unter
Aufrechterhaltung einer geringen elastischen Beweglichkeit im
wesentlichen fest mit dem Hydraulikkolben 2 verbunden ist. Der
Kegelinnenring 8 ist axial verschieblich auf der Außenfläche
des koaxial angeordneten Abstützringes 25 geführt und mittels
einer Verzahnungspaarung drehfest gegenüber dem
Getriebegehäuse 1. Diese Verzahnungspaarung wird gebildet von einer
Außenverzahnung des Kegelinnenringes 8 und einer Innenverzahnung
eines Führungsringes 10, der drehfest und in die nach rechts
weisende Richtung am Getriebegehäuse 1 abgestützt ist. In die
nach links weisende Richtung stützen sich aufeinanderfolgend
am Führungsring 10
- - ein Kegelaußenring 11,
- - eine Tellerfeder 12,
- - ein Kegelaußenring 13,
- - zwei Rückholfedern 14, von denen nur eine in der
Zeichnung ersichtlich ist,
- - eine Federstützhülse 15,
- - eine Führung 16 und
- - ein Stützring 17
am Getriebegehäuse 1 ab.
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Zwischen konischen Flächen des Kegelinnenringes 8 und des
Kegelaußenringes 11 ist eine Kegelscheibe 9 ähnlich wie bei
einer Doppelkonussynchronisierung angeordnet. Die Kegelscheibe 9
ist beidseitig mit Streusinterreibbelägen beschichtet. Die
Kegelscheibe 9 weist radial innen einen sich nach links
erstreckenden ringförmigen Ansatz 32 auf, der sowohl innen als auch
außen verzahnt ist. In die Außenverzahnung dieses ringförmigen
Ansatz 32 greift eine Innenverzahnung einer Kegelscheibe 18
ein, die ebenfalls beidseitig mit Streusinterreibbelägen
beschichtet ist. Diese Kegelscheibe 18 ist im Bereich von den
beiden Streusinterbeläge zwischen den konischen Flächen des
Kegelaußenringes 13 und eines Kegelinnenringes 19 angeordnet.
Letzter Kegelinnenring 19 ist mittels eines Runddrahtringes 20
bewegungsfest mit der Führung 16 verbunden.
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Die Kegelscheibe 18 ist radial innen - d. h. im Bereich von
deren Innenverzahnung - mittels eines Sprengringes 21 in die
nach links weisende Richtung am ringförmigen Ansatz 32
abgestützt. Somit sind die beiden Kegelscheiben 9, 18 begrenzt
gegeneinander verschieblich. Der ringförmigen Ansatz 32 weist
eine Innenverzahnung auf, die in eine Außenverzahnung eines
Übertragungsringes 24 eingreift, welcher bewegungsfest mit der
Getriebeausgangswelle 30 verbunden ist. Zwischen der
Innenverzahnung des ringförmigen Ansatzes 32 und der Außenverzahnung
des Übertragungsringes 24 ist eine Linear-Rollenführung 31
angeordnet, so dass die mit dem ringförmigen Ansatz 32
einstückige Kegelscheibe 9 reibverlustarm axial gegen den
Übertragungsringes 24 verschieblich ist. Eine axiale Verschiebung des
ringförmigen Ansatzes 32 gegenüber dem Übertragungsring 24
nach links ist mittels eines Sprengringes 22 begrenzt. An
einer rechten Stirnseite des Übertragungsringes 24 ist eine
Anlaufscheibe 23 zur Sicherung der Linear-Rollenführung 31 in
den Linear-Rollenführung 31 eingepresst.
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Zur Herstellung einer bewegungsfesten Verbindung zwischen dem
Übertragungsring 24 und der Getriebeausgangswelle 30 bildet
dieser radial innen eine Verzahnungspaarung mit der
Getriebeausgangswelle 30. Ferner ist der Übertragungsring 24 zwischen
einem Absatz der Getriebeausgangswelle 30 einerseits und
einem Distanzring 29, einem Kugellagerinnenring, dem
Anschlussflansch und einer schraubbeweglich mit der
Getriebeausgangswelle 30 verbundenen Mutter andererseits axial
verspannt.
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Im folgenden wird die Funktionsweise der Parksperre mit
Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert.
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Das Einrücken der Parksperre wird im folgenden zum besseren
Verständnis in fünf Einzelhübe untergliedert. Durch die ersten
vier Hübe werden unter Überwindung der Lüftspiele die
konischen Flächen
- - des Kegelinnenringes 8,
- - der Kegelscheibe 9,
- - des Kegelaußenringes 11,
- - des Kegelaußenringes 13,
- - der Kegelscheibe 18
- - des Kegelinnenringes 19
aneinandergedrückt.
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Der letzte und sogleich größte Teilhub, der hier mit
Überdrückungshub bezeichnet wird, dient dazu, die Tellerfeder 12 hinsichtlich
ihrer Federkraftentwicklung um einen entsprechenden
effektiven Federweg zusammenzudrücken. Als effektiver Federweg
wird ein Federweg zur Erzeugung der axialen Tellerfederkraft,
die die jeweiligen Anpreßkräfte herstellt, bezeichnet. Dabei
wird die Tellerfeder 12 etwas über diesen effektiven Federweg
überdrückt.
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Vor Beginn des ersten Teilhubs liegt der Hydraulikkolben 2 am
axial verschiebbaren Kegelinnenring 8 an. Ein axialer Abstand
zwischen dem Führungsring 10 und dem Hydraulikkolben 2
bewirkt, das die Bauteile, die links von dem Führungsring 10
angeordnet sind, während der ersten beiden Teilhübe
unbeeinflusst bleiben. Bei einer Beaufschlagung des Hydraulikkolbens
2 mit Druck kommt es über den Kanal A zu einer Befüllung des
Kolbenraums K. Im Rahmen des ersten Teilhubs wird der
Kegelinnenring 8 axial gegen die Kegelscheibe 9 geschoben. Liegen die
konischen Flächen beider Körper 8 und 9 an, ermöglicht der
zweite Teilhub die Heranführung der Kegelscheibe 9 an den
Kegelaußenring 11. Die Kegelscheibe 9 gleitet in dieser Phase
mit ihren Zahnflanken der Innenverzahnung in der
Mitnahmeverzahnung des axial unbeweglichen Übertragungsrings 24 entlang.
Dabei nähert sich die Kegelscheibe 9 der noch quasi
stillstehenden Kegelscheibe 18. Nachdem die beiden Lüftspiele zwischen
dem Kegelinnering 8, dem Kegelaußenring 11 und der
Kegelscheibe 9 überwunden sind, kommt der Hydraulikkolben 2 zum
anliegen an den Führungsring 10, da der Abstand überwunden ist.
Während der folgenden zwei Kolbenhübe werden über den
Führungsring 10, den Kegelaußenring 11 und die Tellerfeder 12 der
Kegelaußenring 13 und die Kegelscheibe 18 translatorisch
verschoben. So erfolgt eine Reibmomentübertragung zwischen dem
Kegelinnenring 19, der Kegelscheibe 18 und dem Kegelaußenring
13 an zwei weitere Reibpaarungen. Die sich zwischen den
Reibflächen des Kegelinnenrings 19 und der Kegelscheibe 18
ausprägende Normalkraft führt in Abhängigkeit des Kegelwinkels zu
einer Axialkraft. Diese Kraft wird infolge des Kraftflusses
über den Kegelinnenring 19 auf die Führung 16 übertragen, die
daher einer zusätzlichen Belastung in Längsrichtung ausgesetzt
ist. Die mit dem Getriebegehäuse 1 verbundene Führung 16 kann
nun diese Axialkraft über den Stützring 17 am Getriebegehäuse
1 abstützen. Die axiale Verschiebung der Komponenten bewirkt
ein Zusammendrücken der beiden Rückholfedern 14.
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Nachdem alle Lüftspiele überwunden sind, bewirkt der
verbleibende Hub des Hydraulikkolbens 2 über den Führungsring 10 und
den Kegelaußenring 11 eine Stauchung der sich jetzt am
feststehenden Kegelaußenring 13 andrückenden Tellerfeder 12.
Dadurch entwickelt sie eine notwendige Axialkraft - d. h. eine
Nennfederkraft -, die zur Erzeugung des Stützmoments
erforderlich ist. Zur Unterstützung der Verriegelung des
Parksperrensystems wird die Tellerfeder 12, wie bereits erläutert, etwas
über den der Nennfederkraft entsprechenden Federweg hinaus
gedrückt. Hierdurch kann sich zwischen dem Kegelinnenring 8 und
den Verriegelungsbolzen 27 ein Spiel ausbilden, das deren
problemloses Herausgleiten aus dem Abstützring 25
gewährleisten soll. Während der Überdrückungsphase der Tellerfeder 12
findet über den Kanal B und die in den Abstützring 25
eingearbeitete Ringnut eine Beaufschlagung der Verriegelungsbolzen 27
mit Druck statt. Beim Ausrücken der Bolzen 27 erfolgt das
Spannen der Schraubenzugfedern 28. Die Verriegelungsbolzen 27
haben ihre Endlage erreicht, wenn deren Stirnflächen die
Innenseite des Kegelinnenrings 8 berühren. Als nächstes ist es
notwendig im Kolbenraum K mittels der für die
Kolbenansteuerung relevanten Steuerkomponenten in einer unten am
Getriebegehäuse 1 angeflanschten Schaltplatte S Drucklosigkeit
herzustellen. Da die Tellerfeder 12 an den beiden Kegelaußenringen
11, 13 anliegt, ruft die an diesen Komponenten wirksame
Tellerfederkraft deren Spreizung hervor. Dadurch werden die
Kegelaußenringe 11 und 13 gegen die Kegelscheiben 9, 18, und
diese wiederum gegen die Kegelinnenringe 8, 19 gepresst.
Während dieses Spreizvorgangs und des Druckabbaus im Kolbenraum K
wird der Kegelinnenring 8 unter Überwindung des
Überdrückungsspiels an die Verriegelungsbolzen 27 gedrückt, die nun in
ihrem ausgefahrenen Zustand selbsthemmend fixiert sind. Dabei
bewegt sich der Hydraulikkolben 2 etwas in Richtung seiner
Ausgangslage. Die entsprechenden Normalkräfte zwischen den
Reibflächen können sich ausbilden. Dieses Ausweichen, vor
allem der Bauteile 8-11, führt dazu, dass der aus dem
Überdrückungshub hervorgehende Federweg eine Verringerung um das Überdrückungsspiel
erfährt. So stellt sich der erforderliche
effektive Federweg ein, der der angestrebten Nennfederkraft
der Tellerfeder 12 zuzuordnen ist. Diese Nennfederkraft wirkt,
begründet mit Hilfe des Kräftegleichgewichts, mit der selben
Größe auf die beiden Kegelaußenringe 11, 13. Für den Zeitraum
dieses Vorgangs bleiben die Verriegelungsbolzen 27 mit Druck
beaufschlagt, um eine Zurückführung in den Abstützring 25 zu
vermeiden.
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Über den gesamten Hub hinweg werden die Kolbenrückholfedern 6
infolge der translatorische Hydraulikkolbenbewegung
zusammengedrückt.
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Der Auslegevorgang der Parksperre gestaltet sich derart, dass
zunächst über den Kanal A im Kolbenraum K Druck aufgebaut
wird, der dann auf den am Führungsring 10 und Kegelinnenring 8
anliegenden Kolben 2 wirkt. Der somit eingeleitete Kolbenhub
drückt den Kegelinnenring 8 von den jetzt nicht mehr mit Druck
beaufschlagten Verriegelungsbolzen 27 weg. Die gespannten
Schraubenzugfedern 28 versenken die Verriegelungsbolzen 27
wieder im Abstützring 25. Über den Führungsring 10 und den
Kegelaußenring 11 wird hierbei entsprechend des Hubes die
Tellerfeder 12 wieder über den effektiven Federweg hinaus
überdrückt. Die Abstützung erfolgt erneut am Kegelaußenring 13. An
diesen, für die Entriegelung unabdingbaren Vorgang schließt
dann das eigentliche Auslegen an.
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Um dem von der Triebstrangverwindung herrührenden
Entspannungsschlag entgegenzuwirken, erfolgt eine druckgesteuerte
Auslegung. Das heißt, dass durch einen gedrosselten Druckabbau
im Kolbenraum K eine verzögernde Entspannung des Triebstangs
stattfindet. Hierbei ist die Reibschlussbremse einer Phase des
schlupfenden Lösens ausgesetzt. Hat sich die Verwindung des
Triebstrangs zurückgebildet, folgt die Einleitung einer
raschen Druckminderung im Ölraum. Dadurch wird unnötiges
Schlupfen der Reibbeläge vermieden. Der drucklose Kolbenraum K
ermöglicht es dann den Rückholfedern 14, der sich
entspannenden Tellerfeder 12 und den Kolbenrückholfedern 6 die restliche
Hydraulikflüssigkeit aus diesem zu verdrängen und die einzelnen
Komponenten in ihre Ausgangslage zurückzuführen. Diese
Aufgabe der Federn 14, 6, 12 ist mit Hilfe einer Rollenführung
31 erleichtert. Dadurch wird die Reibung zwischen den
Zahnflanken der über die entsprechenden äußeren Momente belasteten
Mitnahmeverzahnungen herabgesetzt. Dies schlägt sich in einer
leichteren Verschiebung der jeweiligen Bauteile nieder. Bei
Bedarf können die weiteren axial verschiebbaren
Mitnahmeverzahnungen durch eine Rollenführung ergänzt werden.
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Dieser Zurückführungsvorgang erfährt durch die Elastizitäten
der Bauteile eine Unterstützung. Hierbei wird der
Hydraulikkolben 2 an einer im Gehäuse eingearbeiteten Anlagefläche
angelegt.
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Bei Verschleißeintritt stellt sich bei der Überdrückung
zwischen dem Kegelinnenring 8 und dem Verriegelungsbolzen 27 ein
größeres Spiel ein, da im Vergleich zu unverschlissenen
Reibbelägen die Bauteile, unter dem Gesichtspunkt identischem
Druckaufbaus, näher zusammengeführt werden können. Dabei
gleicht die Tellerfeder 12 sowohl diesen Verschleiß als auch
Fertigungstoleranzen aus und ermöglicht somit jederzeit die
sichere selbsthemmende Fixierung des Verriegelungsbolzens 27.
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In einer weiteren Ausführungsform findet die Parksperre
Einsatz bei einem stufenlosem Getriebe, wie beispielsweise einem
Umschlingungsgetriebe, oder einem Toroidgetriebe.
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Die Anzahl der konisch ausgeformten Bauteile der
Reibschlussbremse kann von der dargestellten Ausführungsform variieren.
Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform auch eine
Lamellenkupplung Anwendung finden.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um
beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist
ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene
Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind
den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der
Vorrichtungsteile zu entnehmen.