DE10143386A1 - Parksperre für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Parksperre für ein Kraftfahrzeug

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Abstract

Es wird eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang beschrieben, welche eine mit den Antriebsrädern in Wirkverbindung stehende Antriebswelle umfasst, die ein Eingriffsrad aufweist, welches durch ein Sperrelement beeinflussbar ist. Die Parksperre ist dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsrad zur Antriebswelle drehbar gelagert ist und zur Drehmitnahme mit einem zur Antriebswelle drehfesten Element in Wirkverbindung steht, wobei im Drehmomentweg zwischen dem Eingriffsrad und dem drehfesten Element mindestens ein elastisch deformierbares Element angeordnet ist, welches bei einer Blockierung des Eingriffsrades durch das Sperrelement eine Restrotationsenergie des Antriebsstranges aufnehmen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Parksperren sind allgemein von Fahrzeugen mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern bekannt und dienen bei abgeschaltetem Motor der Sicherung des Fahrzeuges gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen, wobei es üblich ist, die drehfest mit den Antriebsrädern verbundene Getriebeabtriebswelle zu blockieren. Dazu kann beispieleweise auf der Getriebeabtriebswelle drehfest ein Klinkenrad angeordnet sein, welches von einer Sperrklinke nach Maßgabe des Fahrers beeinflusst werden kann.
  • Es besteht die Forderung, daß eine Parksperre bei einem noch ausrollendem Fahrzeug bereits ab einer Geschwindigkeit von ca. 4 km/h ohne Schäden zu verursachen einlegbar ist. Belastungen der Klinke und des Klinkenrades beim Einrasten während des Ausrollens oder des Einrollens am Hang werden bei einem konventionellen Fahrzeug durch dessen Antriebsstrang gemildert. Die abrupt abzubremsenden rotierenden Massen, wie Kupplungsscheibe und Getriebewellen, sind dabei vergleichsweise klein.
  • Parksperren finden ebenso bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen Anwendung, wobei die Getriebeeingangswelle und das Klinkenrad der Parksperre fest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sind. Beim Ausrollen des Fahrzeuges kann bei einem abrupten Einlegen der Parksperre die noch vorhandene Rotationsenergie des Rotors der elektrischen Maschine voll auf dessen, im Unterschied zu einem konventionellen Fahrzeug relativ kurzen Antriebsstrang, d. h. auch auf die Klinke und das Klinkenrad, einwirken. Um in diesem Fall eine Zerstörung der Parksperre zu verhindern, muss durch geeignete Mittel die Restrotationsenergie des Rotors abgebaut werden.
  • Aus der DE 195 35 239 C1 ist es bekannt, die Klinke elastisch zu lagern. Von Nachteil ist hierbei, daß sich beim plötzlichen Blockieren des Klinkenrades die feinabgestimmte Eingriffsgeometrie von Klinke und Klinkenrad unzulässig verändert. Alternativ dazu wird das Klinkenrad als torsionsweiches Speichenrad mit der Getriebeeingangswelle verbunden und unerwünschte Schwingungen mit einer tellerfederähnlichen Einrichtung gedämpft. Der Federeffekt verlangt jedoch einen entsprechenden Sonderwerkstoff und die erforderlichen Reibkräfte bedürfen einer großen Anpresskraft bzw. eines großen Reibdurchmessers. Desweiteren führt der Trockenlauf zu einer nachteiligen Veränderungen der Reibwerte.
  • Die DE 100 29 628 A1 sieht zum Abbau der Restrotationsenergie eine mit der Parksperre kombinierte tellerfedervorgespannte Lamellenrutschkupplung vor. Bei einem Trockenlauf sind auch bei dieser Lösung negative Veränderungen der Reibwerte an den Lamellen zu erwarten. Außerdem sind bei einer radialen Bauraumbegrenzung mehrere Reibflächen, d. h. mehrere Lamellen notwendig, was wiederum zu einem erhöhten axialen Bauraum führt. Andererseits führt eine Begrenzung des Bauraumes in axialer Richtung zu relativ großen Reibdurchmessern.
  • Ferner wird in der DE 195 33 141 C1 eine tellerfedervorgespannte konische Reibeinrichtung als Rutschkupplung zum Abbau einer Restrotationsenergie vorgeschlagen. Auch hier bestehen die bereits oben erwähnten Probleme bei einer Bauraumbegrenzung und bei einem Trockenlauf.
  • Vom genannten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Parksperre zu schaffen, mit der eine Restrotationsenergie ohne die genannten Nachteile abgebaut werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Das als Klinkenrad ausgebildete Eingriffsrad der Parksperre ist zur Antriebswelle drehbar gelagert und steht zur Drehmitnahme mit einem zur Antriebswelle drehfesten Element in Wirkverbindung, wobei im Drehmomentweg zwischen dem Eingriffsrad und dem drehfesten Element mindestens ein elastisch deformierbares Element angeordnet ist, welches bei einer Blockierung des Eingriffsrades durch das Sperrelement eine Restrotationsenergie des Antriebsstranges aufnehmen kann. Durch diese Ausgestaltung kann einerseits eine zuverlässige Sperrwirkung der Antriebswelle und damit eine sichere Parkstellung des Fahrzeuges erzielt werden und andererseits im Moment des Einrastens der Klinke die im Antriebsstrang noch vorhandene Restrotationsenergie sanft abgebaut werden, womit eine Schädigung von Antriebsstrangkomponenten und anderer Fahrzeugteile sicher vermieden wird. Die erfindungsgemäße Parksperre kann vorteilhaft im Trockenlauf betrieben werden.
  • Das drehfeste Element kann dabei vorteilhaft als Flansch auf der Antriebswelle ausgebildet sein.
  • Zur Übertragung eines Drehmomentes weisen das Eingriffsrad und der Flansch Stege in Form von Verzahnungen auf. Das zu übertragende Drehmoment wird beim Einrasten der Klinke in das Klinkenrad dadurch über den Umfang gleichmäßig verteilt.
  • Zur gegenseitigen Drehmitnahme weisen das Eingriffsrad und der Flansch Formschlussprofile auf.
  • In weiterer Ausgestaltung der Formschlussprofilen sind an diesen Stege ausgebildet.
  • Zur Herstellung einer Wirkungsverbindung sind das Formschlussprofil von Eingriffsrad und Flansch auf im wesentlichen gleicher axialer Lage zur Antriebswelle angeordnet, wobei die Stege unter Ausbildung von Kammern ineinandergreifen, die die elastische Elemente aufnehmen.
  • Eine besonders bauraumsparende Anordnung ergibt sich, wenn das Eingriffsrad und der Flansch auf im wesentlichen gleicher axialer Lage, das heißt radial zueinander auf der Antriebswelle angeordnet sind.
  • Mit besonderem Vorteil sind die Stege des Flansches und des Klinkenrades jeweils schmaler als die entsprechenden Lücken zwischen den Stegen ausgebildet. Werden die Stege des einen Elementes mittig in den Lücken des jeweils anderen angeordnet, so ergeben sich in einem Querschnitt U-förmige Kammern, in die elastische Elemente mit einem gleichfalls im wesentlichen U-förmigen Querschnitt eingelagert sind. Die Parksperre ist somit für eine Blockierung des Antriebsstranges in beiden Drehrichtungen geeignet.
  • Der bei einer Blockierung des Klinkenrades gleichzeitig mit einer Stauchung einhergehenden Dehnung eines elastischen Elementes und der daraus resultierenden Formänderung wird durch mindestens einen Hohlraum, der an das elastische Element angrenzt und diese Formänderung aufnehmen kann, Rechnung getragen.
  • Mit besonderem Vorteil wird die erfindungsgemäße Parksperre in einem Fahrzeug mit einem Elektroantrieb eingesetzt, wobei die Antriebswelle die Rotorwelle der elektrischen Maschine darstellt.
  • Ebenso kann bei einem Fahrzeug mit einem Getriebe die Antriebswelle die Eingangswelle des Getriebes darstellen.
  • Als Werkstoff für das elastische Element erweist sich ein Elastomer als besonders günstig.
  • Bei der Verwendung mehrerer elastischer Elemente können diese vorteilhaft über Verbindungselemente, z. B. Stege oder Filmscharniere verbunden sein, was deren Montage in der Parksperre erheblich vereinfacht und Montagezeit einspart.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine in Längsrichtung geschnittene Darstellung einer Getriebeeingangswelle mit dem Rotor einer elektrischen Außenläufermaschine und einem Klinkenrad der Parksperre;
  • Fig. 2 eine schematische Radialschnittdarstellung des Klinkenrades umfassend mehrere elastische Elemente und die Klinke der Parksperre;
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung mehrerer aneinanderhängender elastischer Formelemente.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Antriebsstranges 10 eines Kraftfahrzeuges mit einer Parksperre 11. Die nicht dargestellten Antriebsräder sind mit einer Antriebswelle, hier der Getriebeeingangswelle 12, wirkverbunden. Auf dieser ist mittels eines drehfesten Flansches 14 der Rotor 16 einer nicht weiter dargestellten elektrischen Außenläufermaschine mit einer Verschraubung 18 befestigt. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf eine Kombination mit einem bestimmten Typ einer elektrischen Maschine beschränkt. An dem Flansch 14 sind, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, eine Anzahl radial nach außen verlaufender Stege 20 ausgebildet. An der dem Rotor 16 axial gegenüberliegenden Seite des Flansches 14 ist konzentrisch zu diesem auf im wesentlichen derselben axialen Position ein Eingriffsrad als Klinkenrad 22 angeordnet, welches die gleiche Anzahl jedoch nach radial innen verlaufende Stege 24 aufweist. Die Flanschstege 20 und die Klinkenradstege 24 bilden somit jeweils ein Formschlussprofil, wobei zur Drehmitnahme die Stege der einen jeweils in die Lücken des jeweils anderen Profils hineinragen. Das Klinkenrad 22 weist weiterhin einen nach radial innen verlaufenden Abschnitt 26 auf, mit dem dieses auf der Welle 12 drehbar gelagert ist. Eine weitere radiale Lagerung ist durch einen sich am radial äußeren Bereich des Flansches 14 abstützenden axialen Fortsatz 28 gegeben. Die radialen Gleitstellen 30 und 32 zwischen Klinkenrad 22 und Getriebeeingangswelle 12 sowie dem Flansch 14 sind mit einem korrosionsschützendem Gleitmittel beschichtet und so ausgelegt, daß diese bei eingerasteter Klinke Reibarbeit leisten und so eventuelle Schwingungen dämpfen können. Die axiale Sicherung des Klinkenrades 22 erfolgt durch die Anlage an einer Axialfläche 34 der Getriebeeingangswelle 12 und auf der Gegenseite mit einer Scheibe 36 und einem in einer Nut der Welle angeordneten Sicherungsring 38.
  • Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt des Klinkenrades 12. Die Sperrwirkung des Klinkenrades 22 wird in an sich bekannter Weise zunächst durch eine Außenverzahnung 40 erzielt, in deren Lücken eine Nase 42 einer an einem Bolzen 44 drehbar gelagerten Klinke 46 formschlüssig eingreifen kann.
  • Die Stege 20, 24 sind so beschaffen, daß diese nicht vollflächig aneinander anliegen, sondern zumindest in Umfangsrichtung U-förmige Kammern 48 aufweisen. Dadurch kann sich das Klinkenrad 22 mit dessen Stegen 24 in der Lücke zwischen zwei benachbarten Flanschstegen 20 zunächst frei drehen. Die Stege 20, 24 sind im wesentlichen auf gleicher axialer Höhe der Getriebeeingangswelle 12 angeordnet, zumindest so, daß diese sich teilweise axial überlappen. Alternativ können der Flansch 14 und das Klinkenrad 22 auch axial zueinander angeordnet sein, wobei die Stege ebenfalls axial ineinandergreifend ausgerichtet sind. Zusätzlich sind in Fig. 2 noch radiale Zwischenräume 50 zwischen den Enden der Klinkenradstege 24 und der Aussenkontur des Flansches 14 ausgebildet, während die Enden der Flanschstege 20 formschlüssig an der Innenkontur des Klinkenrades 22 anliegen. In den U-förmigen Kammern 48 sind deren Kontur angepasste ebenfalls U-förmige elastische Formelemente 52 aus einem Elastomer mit der Bezeichnung HNBR, eingesetzt, welche durch die Stege 20, 24 radial und den Flansch 14 und den radial innen verlaufenden Abschnitt 26 axial gehalten werden. Dadurch wird die Drehbarkeit des Klinkenrades 22 im unbelasteten Zustand der Parksperre 11 eingeschränkt, während diese bei Belastung in deren Abhängigkeit in Grenzen ermöglicht wird. Die Formelemente 52 sind nicht auf das beispielhaft genannte Material beschränkt, so dass auch andere Materialien, die eine hinreichende Elastizität aufweisen, eingesetzt werden können. Vorteilhafterweise werden die Formelemente 52 über filmscharnier- oder schnurähnliche Verbindungselemente 54, 56, wie dieses beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist, z. B. mittels eines Spritzverfahrens hergestellt.
  • Wird bei einem ausrollendem Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von etwa 4 km/h oder kleiner mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung das Klinkenrad 22 durch die Nase 42 der Klinke 46 blockiert, so wird der Antriebsstrang 10 mit der Getriebeeingangswelle 12 und dem Rotor 16 aufgrund der Trägheit zunächst weiter in der Drehbewegung verharren. Zwischen dem Klinkenrad 22 und dem Flansch 14 tritt dabei eine Relativdrehung auf, wobei die in den Kammern 48 angeordneten elastischen Elemente 52 durch die Flanschstege 20 gegen die Klinkenradstege 24 gedrückt und verformt, werden. Die elastischen Formelemente 52 nehmen dabei die Restrotationsenergie des Antriebsstranges 10 teilweise federelastisch auf und bauen die Stoßenergie und Schwingungen durch innere Reibung teilweise ab. Zu einer in Bewegungsrichtung auftretenden Kontraktion der Elemente 52 tritt in anderen quer dazu verlaufenden Richtungen eine Dehnung auf. Um die Formänderung aufzunehmen sind angrenzend an die Formelemente 52 in Richtung des Flansches 14 und des Klinkenrades 22 verschiedene Hohlräume vorgesehen. Diese sind in Fig. 1 durch einen Axialspalt 58 und in Fig. 2 durch Axialkanäle 60 beispielhaft realisiert. Alternativ kann auch die Scheibe 36 durch ein federndes Element ersetzt und/oder Ausnehmungen in den Formelementen 52 vorgesehen werden.
  • Die Charakteristik der Parksperre 11 kann durch verschiedene Parameter innerhalb gewisser Grenzen abgestimmt werden, z. B. der Formgebung der Formelemente 52, der Kammern 48, der Stege 20, 24, sowie der Werkstoffhärte und - mischung und der Vorspannung der Formelemente 52 beim Einbau in die Kammern 48.

Claims (12)

1. Parksperre für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, umfassend eine mit den Antriebsrädern in Wirkverbindung stehende Antriebswelle, die ein Eingriffsrad aufweist, welches durch ein Sperrelement beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsrad (22) zur Antriebswelle (12) drehbar gelagert ist und zur Drehmitnahme mit einem zur Antriebswelle (12) drehfesten Element (14) in Wirkverbindung steht, wobei im Drehmomentweg zwischen dem Eingriffsrad (22) und dem drehfesten Element (14) mindestens ein elastisch deformierbares Element (52) angeordnet ist, welches bei einer Blockierung des Eingriffsrades (22) durch das Sperrelement (46) eine Restrotationsenergie des Antriebsstranges (10) aufnehmen kann.
2. Parksperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehfeste Element (14) als Flansch ausgebildet ist.
3. Parksperre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsrad (22) und der Flansch (14) zur gegenseitigen Drehmitnahme Formschlussprofile (20, 24) aufweisen.
4. Parksperre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussprofile Stege (20, 24) aufweisen.
5. Parksperre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlussprofil von Eingriffsrad (22) und Flansch (14) auf im wesentlichen gleicher axialer Lage zur Antriebswelle (12) angeordnet sind, wobei die Stege (20, 24) unter Ausbildung von Kammern (48) ineinandergreifen, die die elastische Elemente (52) aufnehmen.
6. Parksperre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (48) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
7. Parksperre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Elemente (52) einen im wesentliche U-förmigen Querschnitt aufweisen.
8. Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Element (52) mindestens einen Hohlraum (58, 60) zu einem angrenzenden Bauteil (14, 22) aufweist, der bei einer Dehnung des elastischen Elementes (52) eine Formänderung aufnehmen kann.
9. Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eine elektrische Maschine zum Antreiben desselben aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) die Rotorwelle der elektrischen Maschine darstellt.
10. Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kraftfahrzeug zusätzlich ein Getriebe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) die Eingangswelle des Getriebes darstellt.
11. Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (52) aus einem Elastomer besteht.
12. Parksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elastische Elemente (52) über Verbindungselemente (54, 56) verbunden sind.
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