DE102009021300A1

DE102009021300A1 - Rotationsarretierung für ein um eine Achse drehbares Bauteil

Info

Publication number: DE102009021300A1
Application number: DE200910021300
Authority: DE
Inventors: Günter Schmitt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Es ist eine Rotationsarretierung (10) für ein um eine Achse (9) drehbares Bauteil (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes offenbart. Die Rotationsarretierung (10) ist dem drehbaren Bauteil zugeordnet. Die Ro das mindestens einen Bolzen (12) ausgeformt hat. Über einen Schaltring (3) ist eine axiale Bewegung des Sperrteils (4) erzeugbar, wobei das Sperrteil (4) mit einer Sicherungsscheibe (6) zusammenwirkt. Mehrere Materialdurchbrüche (14) sind am drehbaren Bauteil auf einem Kreisring (11) um die Achse (9) vorgesehen, wobei für eine Sperrwirkung der mindestens eine Bolzen (12) in einen der Materialdurchbrüche (14) eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rotationsarretierung für ein um eine Achse drehbares Bauteil vorzugsweise eines Kraftfahrzeuggetriebes. Im Besonderen ist dem drehbaren Bauteil die Rotationsarretierung zugeordnet. Die Rotationsarretierung umfasst ein Sperrteil, das mindestens einen Bolzen ausgeformt hat. Über einen Schaltring ist eine axiale Bewegung des Sperrteils erzeugbar, wobei das Sperrteil mit einer Sicherungsscheibe zusammenwirkt.
Mechanische Sperren in Kraftfahrzeuggetrieben sind insbesondere bei automatischen Getrieben notwendig, da hier keine Möglichkeit besteht, im Stillstand des Fahrzeuges wie bei Handschaltgetrieben eine Fahrstufe einzulegen und auf diese Weise mittels geschlossener Kupplung ein Wegrollen des Fahrzeuges zu verhindern. Neben einer mechanischen Feststellbremse ist bei automatischen Getrieben eine zusätzliche Getriebesperre erforderlich, die den Antriebsstrang des Fahrzeuges blockiert und im Stillstand des Fahrzeuges dessen Rollen verhindert.
Da für die verschiedenen Fahrzeugtypen eine große Vielfalt von Getriebetypen erforderlich ist, sind auch zahlreiche unterschiedliche Varianten von sog. Wegfahrsperren erforderlich, da diese dem jeweiligen Getriebe angepasst sein müssen. Nachteilig kann es zudem sein, dass eine solche Blockiereinheit eine separate Baugruppe im Getriebe darstellt, die einerseits einen bestimmten Bauraum benötigt. Zudem ist zur Betätigung ein zusätzlicher, für andere Zwecke nicht verwendbarer Betätigungsmechanismus erforderlich.
Ein bekanntes Kraftfahrzeuggetriebe mit Parksperre geht aus der DE 103 10 977 B4 hervor. Diese Parksperre umfasst einen Sperrmechanismus mit Sperrklinke, die schwenkbar an einem Getriebegehäuse gelagert ist. Zudem ist ein Schieber vorgesehen, der zum Aktivieren der Parksperre zwischen das Getriebegehäuse und die Sperrklinke schiebbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und universell verwendbare und/oder in ein Getriebe integrierbare Rotationsarretierung für wenigstens eine rotierende Welle bzw. ein koaxial rotierendes Wellenpaar insbesondere eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, das platzsparend, gewichtsreduziert und kostengünstig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Rotationsarretierung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Die erfindungsgemäße Rotationsarretierung für ein um eine Achse drehbares Bauteil eines Kraftfahrzeuggetriebes, Steuertriebes im Maschinenbau oder eine andere Anwendung ist dem drehbaren Bauteil zugeordnet. Die Rotationsarretierung umfasst ein Sperrteil, das mindestens einen Bolzen ausgeformt hat. Über einen Schaltring wird eine axiale Bewegung des Sperrteils erzeugt, wobei das Sperrteil mit einer Sicherungsscheibe zusammenwirkt. Das drehbare Bauteil hat mehrere Materialdurchbrüche auf einen Kreisring um die Achse ausgeformt, wobei für eine Sperrwirkung der mindestens eine Bolzen in einem der Materialdurchbrüche eingreift.
Die Materialdurchbrüche bilden die Negativform der Bolzen und können jeweils eine beliebige Form besitzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Materialdurchbrüche als kreisrunde Löcher und die Bolzen als Zylinder mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
Die Rotationsarretierung ist eine vormontierte Einheit und ist aus einer Lagerschale, dem Schaltring, dem Sperrteil, der Sicherungsscheibe und einer Deckscheibe aufgebaut. Ebenfalls sind in der Rotationsarretierung mehrere in axialer Richtung wirkende Federelemente und mehrere in radialer Richtung wirkende Federelemente verbaut. Mehrere Schrauben halten die Rotationsarretierung als vormontierte Einheit zwischen der Lagerschale und der Deckscheibe zusammen. Vorzugsweise ist die Einheit jedoch durch Bördeln verschlossen. Die Bauteile der Rotationsarretierung, wie zum Beispiel die Lagerschale, der Schaltring, das Sperrteil, die Sicherungsscheibe und die Deckscheibe, sind vorzugsweise spanlos hergestellt.
Die Lagerschale ist derart ausgeformt, dass sie mehrere gezogene Befestigungstöpfe ausgebildet hat, wobei zwischen den Befestigungstöpfen ebenfalls mehrere Durchbrüche für die Bolzen des Sperrteils ausgebildet sind. Die Befestigungstöpfe, die Durchbrüche und mehrere Rampen sind um die Achse gleichverteilt angeordnet. Die Lagerschale ist topfartig ausgeformt und hat ebenfalls einen umlaufenden Rand ausgeformt, in dem eine schlitzförmige Öffnung ausgeformt ist, durch die ein Betätigungsmittel für die Rotationsarretierung greift.
Der Schaltring hat mehrere längliche Öffnungen für den Durchgriff der Befestigungstöpfe und mehrere längliche Öffnungen für den Durchgriff der Bolzen ausgeformt. Die länglichen Öffnungen für den Durchgriff der Befestigungstöpfe und die länglichen Öffnungen für den Durchgriff der Bolzen sind entsprechend der radialen Anordnung der Befestigungstöpfe und der Bolzen auf der Lagerschale angeordnet sind.
Das Sperrteil hat die mehreren Bolzen ausgeformt. Zwischen den Bolzen sind mehrere Löcher gleichverteilt angeordnet und der Anordnung der gezogenen Befestigungstöpfe der Lagerschale entsprechend ausgebildet. Am äußeren Rand des Sperrteils sind mehrere Rampen ausgeformt.
Die Sicherungsscheibe hat mehrere längliche Öffnungen für den Durchgriff der Befestigungstöpfe und mehrere längliche Öffnungen für den Durchgriff jeweils eines axial wirkenden Federelements auf den Bolzen ausgeformt. Die Sicherungsscheibe hat am äußeren Rand mehrere Rampen ausgebildet, die mit den mehreren Rampen des Sperrteils zusammenwirken. Am äußeren Rand der Sicherungsscheibe sind mehrere Taschen für die Aufnahme jeweils eines in radialer Richtung wirkenden Federelements ausgeformt.
Die Deckscheibe für die Rotationsarretierung hat ebenfalls mehrere Öffnungen für den Durchgriff jeweils eines der Befestigungstöpfe ausgebildet. Die Deckscheibe hat ebenfalls ausgeformte Ansätze für die axial wirkenden Federelemente. Am äußeren Rand sind mehrere Laschen angeordnet, die jeweils in die Negativform der mehreren Rampen der Sicherungsscheibe eingreifen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das um eine Achse drehbare Bauteil ein Stirnrad eines Differenzials. Dabei werden die Materialdurchbrüche auf dem Kreisring und das Einbringen der Formgeometrie des Stirnrades mittels Stanzen oder eines spanenden Prozesses erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das um eine Achse drehbare Bauteil ein Impulsrad des Getriebes. Die Materialdurchbrüche sind ebenfalls auf einem Kreisring angeordnet.
Die Rotationsarretierung ist mittels eines Lagers auf einer entlang der Achse ausgerichteten Welle gelagert. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Rotationsarretierung mit einem nicht drehenden Gehäuseteil des Getriebes verbunden ist.
Die axial wirkende Rotationsarretierung dient als Parksperre. Einsatzgebiete finden sich in der Automobilindustrie im Ausgleichsdifferenzialgetriebe sowie im Automatikgetriebe. Die erfindungsgemäße Rotationsarretierung ist eine platzsparende, leichte und kostengünstige Einheit, die unter Berücksichtigung der Spanlostechnologie entwickelt würde.
Die Rotationsarretierung kann in verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten eingesetzt werden. Dabei ist die Verwendung mit oder ohne Wellenlagerung der Rotationsarretierung möglich. Ebenso kann die Rotationsarretierung mit einem Stirnrad oder einem Sensorring kombiniert werden. Die Schaltkomponente für die Rotationsarretierung kann ein Elektromotor oder eine rein mechanische Betätigung sein.
Das Funktionsprinzip zur Betätigung der Rotationsarretierung ist wahlweise mechanisch, elektrisch oder eine Kombination aus beiden. Durch den Schaltbefehl wird die Rotationsarretierung elektrisch bzw. mechanisch einmalig bewegt, dabei wird lediglich dessen Haltefunktion gelöst bzw. gezogen. Die Bauteile der Rotationsarretierung verschieben sich und führen zu einer Arretierung. Die Arretierung wird mittels Federkraft und Sicherungsteil vollautomatisch gesichert.
Durch die Aufnahme und Integration eines Sensorsystems (radial bzw. axial) zur Erfassung der Drehzahl kann anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit der Schaltimpuls für die Rotationsarretierung gesteuert werden.
Die erfindungsgemäße Ausführung der Rotationsarretierung verzichtet auf einen zusätzlich Aktuator, was eine Reduzierung der Teilezahl begünstigt. Die Rotationsarretierung kann drehzahlabhängig sowohl elektrisch als auch mechanisch (geometrieabhängig) geschaltet werden.
Am Anwendungsbeispiel der Rotationsarretierung im Differenzialgetriebe wird das Stirnrad mit einem Lochkreis versehen. Dadurch werden Bauteile, Gewicht und Platz eingespart. Die Montage der Rotationsarretierung erfolgt durch Ein- bzw. Aufpressen und/oder Verschrauben. Für die Anwendung der Rotationsarretierung im Antriebsstrang eines Automatikgetriebes kann axialer Bauraum durch die Integration des Impulsrades gewonnen werden. Die Mitbenutzung der Drehzahlerfassung bietet auch die Möglichkeit der Steuerung des Schaltbefehls. Durch eine Kombination aus Sensorsteuerung und dem mechanischen Funktionsprinzip kann selbst bei einem Stromausfall die Forderung der Durchführung der Arretierung bei einer Geschwindigkeit von kleiner als 5 km/h erfüllt werden.
Die Rotationsarretierung (Parksperre) kann mit und ohne Bereitstellung bzw. Integration der Wellenlagerung ermöglicht werden.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer Rotationsarretierung in Verbindung mit einem Stirnrad und einem Sensorring.
2 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer Rotationsarretierung in Verbindung mit einem Stirnrad und einem Elektromotor zur Betätigung der Rotationsarretierung.
3 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer Rotationsarretierung in Verbindung mit einem Stirnrad mit einer rein mechanischen Betätigung der Rotationsarretierung.
4 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer Rotationsarretierung mit einer Durchgriffsmöglichkeit für eine Betätigung der Rotationsarretierung.
5 zeigt eine Seitenansicht der Rotationsarretierung in Verbindung mit einem Elektromotor.
6 zeigt eine Seitenansicht der Rotationsarretierung in Verbindung mit einer rein mechanischen Betätigung der Rotationsarretierung.
7 zeigt eine perspektivische Frontansicht des Stirnrades in Verbindung mit der Rotationsarretierung, wobei das Stirnrad zur Verdeutlichung der Zusammenwirkung zwischen Stirnrad und Rotationsarretierung teilweise aufgeschnitten ist.
8 zeigt eine perspektivische Rückansicht des Stirnrades in Verbindung mit der Rotationsarretierung, wobei das Stirnrad zur Verdeutlichung der Zusammenwirkung zwischen Stirnrad und Rotationsarretierung teilweise aufgeschnitten ist.
9 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Stirnrades in Verbindung mit den Elementen der Rotationsarretierung.
10 zeigt eine Draufsicht auf die Rotationsarretierung, wobei die Deckscheibe weggelassen ist.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stirnrades mit den auf dem Kreisring angeordneten Durchbrüchen.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lagerschale der Rotationsarretierung.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schaltrings der Rotationsarretierung.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sperrteils der Rotationsarretierung.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sicherungsteils der Rotationsarretierung.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Deckscheibe der Rotationsarretierung.
17 zeigt die Rotationsarretierung in der Freilaufstellung, bei der die Aktuatorfedern gespannt sind und das Sperrteil zurückgezogen ist.
18 zeigt die Rotationsarretierung in der Sperrstellung, bei der die Aktuatorfedern entspannt sind, das Sperrteil eingerastet ist und sich das Sicherungsteil in seiner Endlage befindet.
19 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung im Längsschnitt, wobei die Ausgangsstellung (das Sperrteil ist zurückgezogen) der Rotationsarretierung dargestellt ist.
20 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung im Längsschnitt im Bereich der Bolzen, wobei das Sperrteil zurückgezogen ist.
21 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung im Längsschnitt, wobei der Schaltring entriegelt ist.
22 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung im Längsschnitt, wobei das Sperrteil in die Lochmuster eingerastet ist und die Sperrwirkung eintritt.
23 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung im Längsschnitt, wobei das Sperrteil durch einen Schaltimpuls entriegelt ist und das Sperrteil in der Ausgangsstellung ist.
24 zeigt eine Ausführungsform der Rotationsarretierung für die Wellenlagerung im Längsschnitt.
25 zeigt eine Ausführungsform der Rotationsarretierung für die Befestigung an einem nicht drehenden Getriebeteil.
26 zeigt eine platzsparende Ausführungsform der Rotationsarretierung, die mittels Verschraubung montiert ist.
27 zeigt eine platzsparende Ausführungsform der Rotationsarretierung in ihrer Endlage (nach 26 gesperrter Zustand).
28 zeigt eine Einbausituation der platzsparenden Ausführungsform der Rotationsarretierung.
29 zeigt eine perspektivische Rückansicht der Rotationsarretierung in Verbindung mit einer Komponente zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit.
30 zeigt eine perspektivische Frontansicht der Rotationsarretierung in Verbindung mit einer Komponente zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit, wobei die Komponente das Lochmuster trägt.
In 1 ist eine erste perspektivische Ansicht einer Rotationsarretierung 10 in Verbindung mit einem Stirnrad 1 gezeigt. Der Rotationsarretierung 10 ist ein Sensorring 80 zugeordnet, über den mit einem geeigneten Sensor 81 die Drehzahl im Getriebe erfasst werden kann. Die Drehzahlerfassung mittels des Sensors 81 bietet die Möglichkeit der Steuerung eines Schaltbefehls. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Schaltbefehl in eine rein mechanische Betätigung eines Hebelarms 82 umgesetzt. Durch eine Kombination aus Sensorsteuerung und dem mechanischen Funktionsprinzip mittels des Hebelarms 82 kann selbst bei einem Stromausfall die Forderung einer Arretierung bei Geschwindigkeiten kleiner als 5 km/h erfüllt werden. Ein Elektromotor 83 ist vorgesehen, der über eine schlitzförmige Öffnung 24 im Rand 84 der Lagerschale 2 eine Verstellung der Rotationsarretierung 10 bewirkt. Der Elektromotor 83 ist in herkömmlicher Weise an die Rotationsarretierung 10 angelenkt. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Rotationsarretierung 10 ebenfalls mit dem Stirnrad verbunden. Die Verstellung der Rotationsarretierung 10 wird hier ebenfalls mit einem Hebelarm 82 erreicht. Die in 4 gezeigte Ausführungsform zeigt die Rotationsarretierung 10, die mit keinem anderen Bauteil verbunden ist. Die Lagerschale 2 der Rotationsarretierung 10 hat im Rand 84 eine schlitzförmige Öffnung 24 ausgebildet. Über die schlitzförmige Öffnung 24 steht ein Stellelement (hier nicht dargestellt) mit einem Zahnstangenelement 85 des Schaltrings 3 in Wirkverbindung.
5 zeigt eine Seitenansicht der Rotationsarretierung 10 in Verbindung mit dem Elektromotor 83. Ein Ritzel 86 des Elektromotors 83 wirkt mit dem Zahnstangenelement 85 des Schaltrings zusammen. Das Zahnstangenelement 85 greift dabei durch die schlitzförmige Öffnung 24 der Lagerschale 2. Analog hierzu ist in 6 die Rotationsarretierung 10 in Verbindung mit einer rein mechanischen Verstellung dargestellt. Die Verstellung besteht aus einem Hebelarm 87, zu dem senkrecht dazu die Achse eines Ritzels 86 angeordnet ist. Die Verstellung der Rotationsarretierung 10 funktioniert in der gleichen Weise wie bereits in 5 beschrieben.
7 zeigt eine perspektivische Frontansicht des Stirnrades 1 in Verbindung mit der Rotationsarretierung 10. Zur besseren Verdeutlichung der Zusammenwirkung zwischen Stirnrad 1 und Rotationsarretierung 10 ist das Stirnrad 1 teilweise aufgeschnitten dargestellt. Das Stirnrad 1 hat mehrere Materialdurchbrüche 14 auf einem Kreisring 11 um die Achse 9 angeordnet. Die Materialdurchbrüche 14 sind gleichverteilt und im Wesentlichen mit einem runden Querschnitt versehen. In die Materialdurchbrüche 14 greifen die Bolzen 12 der Rotationsarretierung 10 ein, um eine Sperrwirkung zu erzielen. Die Rotationsarretierung 10 besteht aus mehreren Bauteilen, von denen einige gegeneinander um die Achse 9 verdreht werden, um eine axiale Bewegung der Bolzen 12 zu bewirken. Durch die axiale Bewegung der Bolzen 12 kann ein Sperren oder ein Entsperren des drehenden Bauteils 1 (hier Stirnrad) erreicht werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Bolzen 12 und folglich auch die Materialdurchbrüche 14 eine beliebige Form besitzen können. Letztendlich ist nur wichtig, dass die Bolzen 12 in die Materialdurchbrüche 14 leicht eingeführt werden können und dass die Bolzen 12 in den Materialdurchbrüchen 14 einen ausreichend formschlüssigen Sitz haben.
8 zeigt eine perspektivische Rückansicht des Stirnrades (drehendes Bauteil 1) in Verbindung mit der Rotationsarretierung 10. Zur Verdeutlichung der Zusammenwirkung zwischen Stirnrad und Rotationsarretierung 10 ist das Stirnrad teilweise aufgeschnitten. Die Rotationsarretierung 10 ist hier ohne die Deckscheibe dargestellt. Die Sicherungsscheibe 6 trägt mehrere in radialer Richtung wirkende Federelemente 5r. Ebenso greifen durch die Sicherungsscheibe 6 die Schrauben 8 durch, mit denen die Rotationsarretierung 10 am Gehäuse befestigt ist. Die in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a wirken mit dem Sperrteil 4 zusammen und haben jeweils einen Sitz an der Deckscheibe 7 (siehe 9)
9 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Stirnrades 1 in Verbindung mit den Elementen der Rotationsarretierung 10. Die Rotationsarretierung 10 ist eine vormontierte Einheit und besteht im Wesentlichen aus einer Lagerschale 2, einem Schaltring 3, dem Sperrteil 4, der Sicherungsscheibe 6, der Deckscheibe 7 sowie aus mehreren in axialer Richtung wirkenden Federelementen 5a und aus mehreren in radialer Richtung wirkenden Federelementen 5r. Die Lagerschale 2 fungiert als Schnittstellenteil zu dem drehenden Bauteil 1 oder dem Bauteil, an dem die Rotationsarretierung 10 montiert werden soll. Die Lagerschale 2 nimmt die anderen Bauteile der Rotationsarretierung 10 wie z. B. den Schaltring 3, das Sperrteil 4, die Sicherungsscheibe 6, die Deckscheibe 7 und die Federelemente 5a und 5r auf. Ferner dient die Lagerschale 2 zur Aufnahme und Weiterleitung der Drehmomente an das Bauteil, an dem die Rotationsarretierung 10 montiert ist. Diese Aufnahme und Weiterleitung erfolgt über die Verschraubung und den Lagersitz.
Die in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a und die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r dienen als Speicherelemente für die Verschiebeaktionen innerhalb der vormontierten Einheit der Rotationsarretierung 10. Falls die Rotationsarretierung 10 entlang einer der Achse 9 ausgerichteten Welle angebracht ist, ist die Lagerschale 2 mit einem entsprechenden Lager 15 versehen.
In der Explosionszeichnung der 9 sind die Materialdurchbrüche 14 (Löcher) auf einem Kreisring 11 des drehenden Bauteils 1 (Kundenteil) gut erkennbar. Die Integration der Wellenlagerung in die Rotationsarretierung 10 hat den Vorteil, dass die Positionsgenauigkeit der Bolzen 12 (Sperrelemente) verbessert wird. Zusätzlich verbessert sich die Qualität der Lagerung, begründet. damit, dass die Getriebegehäuse heute oftmals aus dünnwandigen Alumium-Magnesiumlegierungen bestehen und die Verschleissfestigkeit solcher Materialien begrenzt ist. Der Kunde erhält die Rotationsarretierung 10 als vormontierte Einheit und schränkt so die Teilevielfalt ein, spart Montagevorgänge, Lagerkosten sowie Logistik.
Die 10 zeigt eine Draufsicht auf die Rotationsarretierung 10, wobei die Deckscheibe 7 weggelassen ist. Die Sicherungsscheibe 6 ist zur Aufnahme der in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r ausgebildet. Die Sicherungsscheibe 6 wird vollkommen in der Lagerschale 2 aufgenommen. Mehrere längliche Öffnungen 61 sind für den Durchgriff und die Bewegung der Befestigungstöpfe 21 ausgebildet. Ebenso sind mehrere längliche Öffnungen 62 für den Durchgriff und die Bewegung der jeweils axial wirkenden Federelemente 5a ausgebildet. Die axial wirkenden Federelemente 5a sind zwischen den Bolzen 12 und der Deckscheibe 7 eingesetzt.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht des drehenden Bauteils 1 (Stirnrad). Auf dem Kreisring 11 sind die Materialdurchbrüche 14 (Löcher) gleichverteilt um die Achse 9 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das drehende Bauteil 1 ein Stirnrad, welches das Bauteil des Kunden ist, an das die Rotationsarretierung 10 angebaut wird. Durch die Aufnahme der Mate rialdurchbrüche 14 werden ein Bauteil plus Befestigungselemente eingespart. Das Einbringen der Formgeometrie kann mittels Stanzen oder spanenden Herstellungsverfahren erfolgen. Das massive Stirnrad wird durch die Materialdurchbrüche 14 auch leichter.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lagerschale 2 der Rotationsarretierung 10. Die Lagerschale 2 ist die Basiskomponente der Rotationsarretierung 10 (Parksperre). Über die Lagerschale 2 werden die Drehmomente von der Antriebswelle an das Getriebegehäuse weitergeleitet. Die Lagerschale 2 ist Trägerkomponente für die Lagerung der Welle sowie für die weiteren Bauteile der Rotationsarretierung 10. Die Herstellung der Lagerschale 2 erfolgt vorzugsweise spanlos. Die Lagerschale 2 hat mehrere gezogene Befestigungstöpfe 21 ausgebildet. Zwischen den Befestigungstöpfen 21 sind ebenfalls mehrere Durchbrüche 22 für die Bolzen 12 des Sperrteils 4 ausgebildet. Die Befestigungstöpfe 21, die Durchbrüche 22 und mehrere Rampen 23 sind um die Achse 9 gleichverteilt angeordnet. Die Lagerschale 2 ist topfartig ausgeformt und besitzt einen umlaufenden Rand 25, in dem eine schlitzförmige Öffnung 26 ausgeformt ist, durch die ein Betätigungsmittel (nicht dargestellt) für die Rotationsarretierung 10 greift.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schaltrings 3 der Rotationsarretierung 10. Der Schaltring 3 ist Träger- und Funktionsteil des Schaltimpulses zur Betätigung der Rotationsarretierung 10. Der Schaltimpuls kann mittels Gestänge, Seilzug, Verzahnung oder elektrischen Schaltbefehl an den Schaltring 3 übertragen werden. Anders als bei den Parksperren des Standes der Technik wird der Schaltring 3 durch den Schaltimpuls bis in seine Endlage bewegt. Der Schaltring 3 hat mehrere längliche Öffnungen 31 für den Durchgriff der Befestigungstöpfe 21 ausgebildet. Ferner sind mehrere längliche Öffnungen 32 für den Durchgriff der Bolzen 12 vorgesehen, wobei die länglichen Öffnungen 31 für den Durchgriff der Befestigungstöpfe 21 und die länglichen Öffnungen 32 für den Durchgriff der Bolzen 12 entsprechend der radialen Anordnung der Befestigungstöpfe 21 auf der Lagerschale 2 und der Bolzen 12 auf dem Sperrteil 4 angeordnet sind. In der hier dargestellten Ausführungsform hat der Schaltring 3 eine Lasche 34 ausgeformt, über die eine Drehbewegung des Schaltrings 3 eingeleitet wird. Am Rand 35 des Schaltrings 3 sind mehrere rechteckförmige Einbuchtungen 36 ausgebildet, in die Rampen 23 der Lagerschale 2 eingreifen, wenn die Sperrwirkung für die Rotationsarretierung 10 eintritt.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sperrteils 4 der Rotationsarretierung 10. Das Sperrteil 4 ist das drehmomentübertragende Verbindungsteil. Über axial wirkende Federelemente 5a kann nach dem Schaltbefehl selbstständig bei Übereinstimmung des Musters der Materialdurchbrüche 14 mit den Bolzen 12 arretiert bzw. entriegelt werden. Zur Umsetzung des mechanischen Funktionsprinzips (selbstständiges Einrasten) sind die Konturen der Rampen der anderen Bauteile sowie die Kräfte der in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a und der in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r abzustimmen. Das Sperrteil 4 hat mehrere Bolzen 12 ausgeformt. Die Bolzen 12 sind topfartig ausgebildet und werden mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt. Zwischen den Bolzen 12 sind mehrere Löcher 41 gleichverteilt angeordnet, die der Anordnung der gezogenen Befestigungstöpfe 21 der Lagerschale 2 entsprechen. Am äußeren Rand 43 des Sperrteils 4 sind mehrere Rampen 42 ausgeformt, die mit entsprechenden anderen Rampen an Bauteilen der Rotationsarretierung 10 zusammenwirken und die Sperrung bzw. Entsperrung bewirken.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht der Sicherungsscheibe 6 der Rotationsarretierung 10. Die Sicherungsscheibe 6 wird mittels Aktuatorfedern auf Spannung gehalten. Nach erfolgtem Schaltimpuls wird der Bewegungsweg der Sicherungsscheibe 6 bei Übereinstimmung der Materialdurchbrüche 14 (Löcher) und der Bolzen 12 freigegeben. Durch die radial angeordneten und radial wirkenden Federelemente 5r verdreht sich die Sicherungsscheibe 6 selbstständig bis in ihre Endlage. Nach erfolgreich abgeschlossener Arretierung blockiert die Sicherungsscheibe 6 geometrieabhängig das Sperrteil 4 gegen ungewolltes Zurückweichen. Die Sicherungsscheibe 6 hat mehrere längliche Öffnungen 61 für den Durchgriff der Befestigungstöpfe 21 ausgebildet. Ferner sind mehrere längliche Öffnungen 62 für den Durchgriff jeweils eines axial wirkenden Federelements 5a auf den Bolzen 12 ausgeformt. Die Sicherungsscheibe 6 hat am äußeren Rand 63 mehrere Rampen 64 ausgebildet, die mit dem mehreren Rampen 42 des Sperrteils 4 zusammenwirken. Ebenso sind am äußeren Rand 63 der Sicherungsscheibe 6 mehrere Taschen 65 für die Aufnahme jeweils eines in radialer Richtung wirkenden Federelements 5r ausgeformt.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Deckscheibe 7 der Rotationsarretierung 10. Die Deckscheibe 7 dient der Verschließung der Rotationsarretierung 10 und schränkt axial die Verschiebewege der Komponenten der Rotationsarretierung 10 ein. Die Deckscheibe 7 hat mehrere Öffnungen 71 für den Durchgriff jeweils eines der Befestigungstöpfe 21 ausgebildet. Die Deckscheibe 7 besitzt ebenfalls ausgeformte Ansätze 74 für die axial wirkenden Federelemente 5a. Am äußeren Rand 73 sind mehrere Laschen 72 angeordnet, die jeweils in die Negativform der mehreren Rampen 64 der Sicherungsscheibe 6 eingreifen.
Die Freilaufstellung der Rotationsarretierung 10 ist in 17 dargestellt. Hier sind die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r gespannt. Das Sperrteil 4 ist dadurch zurückgezogen und die Bolzen 12 sind nicht in Eingriff mit den Materialdurchbrüchen 14 auf dem Kreisring 11 des drehenden Bauteils 1. Die Sperrstellung der Rotationsarretierung 10 ist in 18 dargestellt. Hier sind die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r entspannt. Das Sperrteil 4 ist dadurch in Richtung der Achse 9 verschoben und die Bolzen 12 sind in Eingriff mit einigen der Materialdurchbrüche 14 auf dem Kreisring 11 des drehenden Bauteils 1.
19 und 20 zeigen eine Detailansicht der Rotationsarretierung 10, wobei die Bolzen 12 des Sperrteils 4 nicht mit den Materialdurchbrüchen 14 auf dem Kreisring 11 in Eingriff stehen. Bei dieser sogenannten Ausgangsstellung sind die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r entspannt. Der Schaltring 3 ist über die Rampe 23 der Lagerschale 2 zurückgezogen. Das drehende Bauteil 1 läuft frei und das Sperrteil 4 mit den Bolzen 12 ist zurückgezogen. Die in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a können die Federkraft nicht auf das Sperrteil 4 ausüben, da der Schaltring 3 eine axiale Bewegung des Sperrteils 4 verhindert.
21 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung 10 im Längsschnitt, wobei der Schaltring 3 entriegelt ist. Beim Entriegeln setzt der Fahrer eines Kraftfahrzeugs einen Schaltimpuls für die Rotationsarretierung 10. Dadurch erhält der Schaltring eine Drehbewegung. In der Darstellung der 21 bewegt sich der Schaltring 3 nach links, wie die mit dem Pfeil 90 angedeutet ist. Die Rampen 23 der Lagerschale 2 kommen dann gegenüber den rechteckförmigen Einbuchtungen 36 des Schaltrings 3 zu liegen. Die in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a sind gespannt.
22 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung 10 im Längsschnitt, wobei das Sperrteil 4 in die Lochmuster der Materialdurchbrüche 14 eingerastet ist und die Sperrwirkung eingetreten ist. Die Arretierung mittels des Sperrteils 4 kann in axialer Richtung mittels Federdruck der in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a bei Übereinstimmung des Lochmusters der Materialdurchbrüche 14 mit den Bolzen 12 erfolgen. Der Bewegungsweg für die Sicherungsscheibe 6 ist nun frei, die radial wirkenden Federelemente 5r bewegen die Sicherungsscheibe 6 in Richtung des Pfeils 90 in seine Endlage. Der axiale Verschiebeweg (Pfeil 91) des Sperrteils 4 ist gegen ungewolltes Zurückweichen geometrisch gesperrt.
3 zeigt eine Detailansicht der Rotationsarretierung 10 im Längsschnitt, wobei das Sperrteil 4 durch einen Schaltimpuls entriegelt ist und das Sperrteil 4 in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs löst die Bremse, dadurch dreht sich die Schaltscheibe 3 nach rechts, wie dies durch den Pfeil 92 angedeutet ist. Die radial wirkenden Federelemente 5r werden gespannt. Über Rampen 23 der Lagerschale 2 und die Rampen 42 des Sperrteils 4 wird das Sperrteil 4 in axialer Richtung bewegt (siehe Pfeil 93). Die Bolzen des Sperrteils 4 werden außer Eingriff mit den Materialdurchbrüchen 14 des Kreisrings 11 des Stirnrades 1 gebracht. Letztendlich gelangt das Sperrteil 4 in die „Ausgangsstellung”, die in den 19 und 20 dargestellt ist.
24 zeigt eine Ausführungsform der Rotationsarretierung 10 für die Wellenlagerung im Längsschnitt. Die Lagerschale 2 ist in ein Impulsrad 80 eingesetzt. Das Impulsrad 80 hat ebenfalls mehrere auf einem Kreisring angeordnete Materialdurchbrüche 14 ausgebildet. Die Bolzen 12 des Sperrteils 4 können bei geeigneter Stellung in die Materialdurchbrüche 14 eingreifen und eine Sperrung bewirken. Die Rotationsarretierung 10 ist um einer entlang der Achse 9 ausgerichteten Welle gelagert. 25 zeigt eine Ausführungsform der Rotationsarretierung 10 für die Befestigung an einem nicht drehenden Getriebeteil. Die Rotationsarretierung 10 besitzt eine kompakte Bauweise. Die erfindungsgemäße Rotationsarretierung 10 hat einen Platzbedarf im Durchmesser von ca. 160 mm und besitzt eine Bautiefe von ca. 20 mm (ohne Lagerung). Der Bereich der Aufnahme des Lagers 15 ist im Gehäuse des Ausgleichdifferenzialgetriebes eingepasst. Über Schrauben 8 wird die Rotationsarretierung 10 verdreh- und verliersicher mit dem Gehäuse verschraubt. Über gezogene Befestigungstöpfe 21 werden die Drehmomente an das Gehäuse weitergeleitet. Gezogene Taschen 65 in der Sicherungsscheibe 6 nehmen die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r auf. Diese Taschen 65 schaffen Bewegungsräume, welche auch die in radialer Richtung wirkenden Federelemente 5r vor einem ungewollten Herausspringen sichern. Weiter wird die Bauteilsteifigkeit durch die Taschengeometrie verbessert. Die in axialer Richtung wirkenden Federelemente 5a sind für die selbständige Arretierung der Sperrscheibe 4 sowie der Sicherung durch die Sicherungsscheibe 6 verantwortlich. Eine ähnliche Ausführung der Rotationsarretierung 10 ist in der 26 und der 27 dargestellt. Diese Darstellungen zeigen eine weitere Vereinfachung einer platzsparenden Variante ohne Lagerung. Die Rotationsarretierung 10 kann ein- bzw. aufgepresst und verschraubt werden. Es handelt sich bei den in 26 und 27 gezeigten Darstellungen um eine äußerst platzsparende und kompakte Ausführung. Die in 27 gezeigte Ausführungsform hat im Rand 84 der Lagerschale 2 eine schlitzförmige Öffnung 24 ausgebildet, über die ein Zahnstangenelement 85 des Schaltrings 3 zugänglich ist.
28 zeigt zwei Einbausituationen der platzsparenden Ausführungsform der Rotationsarretierung 10. Hier sind zwei Rotationsarretierungen 10 beispielsweise durch je eine Innen- bzw. Außenzentrierung mit einen Gehäuseteil 100 des Getriebes justiert. Die Verbindung ist hier mittels Schrauben hergestellt.
29 zeigt eine perspektivische Rückansicht der Rotationsarretierung 10 in Verbindung mit einer Komponente zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit. Die Komponente ist ein Impulsrad 80. Die in 30 gezeigte Darstellung ist die perspektivische Frontansicht der Rotationsarretierung 10 mit dem Impulsrad 80. Das Impulsrad 80 trägt auf dem Kreisring 11 verteilt mehrere Materialdurchbrüche 14 (Lochmuster), die zur Arretierung beitragen. Die Funktionsweise dieser Rotationsarretierung 10 (Parksperre) mit dem Impulsrad 80 erlaubt es, die Sperre elektronisch beim Starten zu lösen und beim Abstellen automatisch über Sensor (bei einer Geschwindigkeit kleiner als 5 km/h) zu schließen. Dies erfolgt ohne Zutun des Fahrers. Man kann aber auch per Knopfdruck oder über ein Schaltgestänge den Schaltprozess mechanisch bedienen. Sobald dann die Endstellung erreicht ist, können sich die mit den Federelementen 5a und 5r beaufschlagten Komponenten nach der Übereinstimmung des Musters der Materialdurchbrüche 14 verschieben.
Die Rotationsarretierung 10 kann mit und ohne Lagerstelle als verbördelte, geschlossene Einheit geliefert und verbaut werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10310977 B4 [0004]

Claims

Rotationsarretierung (10) für ein um eine Achse (9) drehbares Bauteil (1), das dem drehbaren Bauteil die Rotationsarretierung (10) zugeordnet ist, die ein Sperrteil (4) umfasst, das mindestens einen Bolzen (12) ausgeformt hat, dass über einen Schaltring (3) eine axiale Bewegung des Sperrteils (4) erzeugbar ist, wobei das Sperrteil (4) mit einer Sicherungsscheibe (6) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialdurchbrüche (14) am drehbaren Bauteil auf einen Kreisring (11) um die Achse (9) vorgesehen sind, wobei für eine Sperrwirkung der mindestens eine Bolzen (12) in einen der Materialdurchbrüche (14) eingreift.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 1, wobei die Materialdurchbrüche (14) die Negativform der Bolzen (12) sind und jeweils eine beliebige Form besitzen.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 2, wobei die Materialdurchbrüche (14) kreisrunde Löcher und die Bolzen (12) als Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotationsarretierung (10) eine vormontierte Einheit ist, aus einer Lagerschale (2), dem Schaltring (3), dem Sperrteil (4), der Sicherungsscheibe (6), einer Deckscheibe (7) sowie aus mehreren in axialer Richtung wirkenden Federelementen (5a) und aus mehreren in radialer Richtung wirkenden Federelementen (5r) besteht und wobei mehrere Schrauben (8) die Rotationsarretierung (10) als vormontierte Einheit zwischen der Lagerschale (2) und der Deckscheibe (7) zusammen halten.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 4, wobei die Lagerschale (2), der Schaltring (3), das Sperrteil (4), die Sicherungsscheibe (6) und die Deckscheibe (7) vorzugsweise spanlos hergestellt sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Lagerschale (2) mehrere gezogene Befestigungstöpfe (21) ausgebildet hat, wobei zwischen den Befestigungstöpfen (21) ebenfalls mehrere Durchbrüche (22) für die Bolzen (12) des Sperrteils (4) ausgebildet sind und wobei die Befestigungstöpfe (21), die Durchbrüche (22) und mehrere Rampen (23) um die Achse (9) gleichverteilt angeordnet sind.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 6, wobei die Lagerschale (2) topfartig ausgeformt ist und einen umlaufenden Rand (25) ausgeformt hat, in dem eine schlitzförmige Öffnung (26) ausgeformt ist, durch die ein Betätigungsmittel für die Rotationsarretierung (10) greift.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Schaltring (3) mehrere längliche Öffnungen (31) für den Durchgriff der Befestigungstöpfe (21) und mehrere längliche Öffnungen (32) für den Durchgriff der Bolzen (12) ausgeformt hat, wobei die länglichen Öffnungen (31) für den Durchgriff der Befestigungstöpfe (21) und die länglichen Öffnungen (32) für den Durchgriff der Bolzen (12) entsprechend der radialen Anordnung der Befestigungstöpfe (21) auf der Lagerschale (2) und der Bolzen (12) auf dem Sperrteil (4) angeordnet sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Sperrteil (4) die mehreren Bolzen (12) ausgeformt hat, wobei zwischen den Bolzen (12) mehrere Löcher (41) gleichverteilt angeordnet sind und der Anordnung der gezogenen Befestigungstöpfe (21) der Lagerschale (2) entsprechen und dass am äußeren Rand (43) des Sperrteils (4) mehrere Rampen (42) ausgeformt sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Sicherungsscheibe (6) mehrere längliche Öffnungen (61) für den Durchgriff der Befestigungstöpfe (21) und mehrere längliche Öffnungen (62) für den Durchgriff jeweils eines axial wirkenden Federelements (5a) auf den Bolzen (12) ausgeformt hat und dass die Sicherungsscheibe (6) am äußeren Rand (63) mehrere Rampen (64) ausgebildet hat, die mit den mehreren Rampen (42) des Sperrteils (4) zusammenwirken.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 10, wobei am äußeren Rand (63) der Sicherungsscheibe (6) mehrere Taschen (65) für die Aufnahme jeweils eines in radialer Richtung wirkenden Federelements (5r) ausgeformt sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei die Deckscheibe (7) mehrere Öffnungen (71) für den Durchgriff jeweils eines der Befestigungstöpfe (21) ausgebildet hat, dass die Deckscheibe (7) ebenfalls ausgeformte Ansätze (74) für die axial wirkenden Federelemente (5a) ausgeformt hat und dass am äußeren Rand (73) mehrere Laschen (72) angeordnet sind, die jeweils in die Negativform der mehreren Rampen (64) der Sicherungsscheibe (6) eingreifen.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 1, wobei das um eine Achse (9) drehbare Bauteil (1) ein Stirnrad eines Differenzials ist und wobei die Materialdurchbrüche (14) auf dem Kreisring und das Einbringen der Formgeometrie des Stirnrades mittels Stanzen oder spanenden Prozess erfolgt.
Rotationsarretierung (10) nach Anspruch 1, wobei das um eine Achse drehbare Bauteil (1) ein Impulsrad des Getriebes ist und wobei die Materialdurchbrüche (14) auf dem Kreisring angeordnet sind.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Rotationsarretierung (10) mittels eines Lagers (15) auf einer entlang der Achse (9) ausgerichteten Welle gelagert ist.
Rotationsarretierung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Rotationsarretierung (10) mit einem nicht drehenden Gehäuseteil (100) des Getriebes verbunden ist.