DE102009030005B4

DE102009030005B4 - Sperrmechanismus

Info

Publication number: DE102009030005B4
Application number: DE102009030005.8A
Authority: DE
Inventors: René Scheucher
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: DE102009030005A1

Abstract

Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (12), die um eine Schwenkachse (RS), insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist, und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad (18), das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen (19) sowie von zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordneten Ausnehmungen (20) aufweist, wobei die Sperrklinke (12) zumindest einen Sperrzahn (16) aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen (20) des Klinkenrads (18) eingreift, wobei das Klinkenrad (18) Dämpfungselemente (22) zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne (19) wirkenden Kräfte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (22) in den U-förmig ausgebildeten Ausnehmungen (20) zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle sowie ein Getriebe mit einem solchen Sperrmechanismus.
Derartige Sperrmechanismen finden beispielsweise als Parksperren Anwendung, um eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs drehfest zu arretieren. Parksperren sind insbesondere bei Automatikgetrieben vorgesehen, um ein Wegrollen des Fahrzeugs im abgestellten Zustand zu verhindern. Bei Betätigung der Parksperre können erhebliche Belastungen der Parksperrenkomponenten auftreten, da beispielsweise das durch ein Rollen des Fahrzeugs an der Getriebewelle anliegende Drehmoment zumindest teilweise durch den Sperrmechanismus aufgenommen werden muss.
US 6 419 068 B1 zeigt einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke, die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad, das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen aufweist, wobei die Sperrklinke zumindest einen Sperrzahn aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads eingreift, wobei das Klinkenrad Dämpfungselemente zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne wirkenden Kräfte aufweist.
DE 101 43 386 A1 zeigt ebenfalls einen Sperrmechanismus mit Dämpfungselement.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Sperrmechanismus zu schaffen, der hohe Belastungen aufnehmen kann und gleichzeitig eine kompakte Bauform aufweist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Sperrmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst
Der erfindungsgemäße Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle weist eine Sperrklinke auf, die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist. Ferner weist der Sperrmechanismus ein mit der Welle drehfest verbundenes Klinkenrad auf. Das Klinkenrad weist eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen auf. Die Sperrklinke ist mit zumindest einem Sperrzahn versehen, der in einer Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads eingreift.
Um insbesondere die bei einem Einrastvorgang der Sperrklinke auftretenden Belastungen zu reduzieren und einen Verschleiß der beteiligten Komponenten zu minimieren, weist das Klinkenrad Dämpfungselemente auf. Die Dämpfungselemente können einerseits zwischen den Klinkenradzähnen wirkende Kräfte minimieren, andererseits aber auch Kräfte dämpfen, die zwischen der Sperrklinke und dem Klinkenrad wirken, wenn zum Beispiel der Sperrzahn in die Ausnehmung einrastet. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Dämpfungselemente kann auch die Steifigkeit des Klinkenrads als Ganzes beeinflusst werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Dämpfungselemente in den Ausnehmungen zwischen den Klinkenradzähnen angeordnet. Dadurch werden insbesondere in Umfangsrichtung des Klinkenrads wirkende Kräfte zwischen den Klinkenradzähnen gedämpft, während die Klinkenradzähne selbst aus verschleißarmen Material bestehen.
Die Ausnehmungen des Klinkenrads können beispielsweise U-förmig ausgebildet sein. Durch die U-Form weisen die Ausnehmungen keine Kanten auf, die bei großen Belastungen beispielsweise Startpunkte für Belastungsrisse bilden können. Außerdem lassen sich diese Ausnehmungen leicht fertigen.
Bevorzugt weisen die Klinkenradzähne jeweils einen Kopfbereich und einen Halsbereich auf, wobei der Kopfbereich jenen Teil des jeweiligen Klinkenradzahns umfasst, der bei einem Eingriff der Sperrklinke in eine Ausnehmung mit der Sperrklinke in Kontakt bringbar ist. Mit anderen Worten ist der Kopfbereich der „aktive“ Bereich eines Klinkenradzahns, der bei Betätigung des Sperrmechanismus besonders belastet ist. Der Halsbereich dient zur Verankerung des Kopfbereichs an einem Körper des Klinkenrads. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Halsbereichs kann die Steifigkeit Dieser Text wurde durch das DPMA aus Originalquellen übernommen. Er enthält keine Zeichnungen. Die Darstellung von Tabellen und Formeln kann unbefriedigend sein. des Klinkenradzahns ebenfalls beeinflusst werden. Insbesondere ist der Halsbereich in einem radial außen liegenden Bereich bezogen auf eine Umfangsrichtung des Klinkenrads breiter als in einem radial innen liegenden Bereich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Getriebe mit einem Sperrmechanismus gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Parksperre 10 in einem gesperrten Zustand. Die Parksperre 10 umfasst eine Sperrklinke 12, die um eine Schwenkachse RS verschwenkbar gelagert ist. An der Sperrklinke 12 sind Sperrzähne 16 angeordnet.
Ferner umfasst die Parksperre 10 ein Klinkenrad 18, das mit einer nicht gezeigten Getriebewelle drehfest verbunden ist und das mit Klinkenradzähnen 19 versehen ist. Zwischen den Klinkenradzähnen 19 sind Ausnehmungen 20 angeordnet, die bei einem Eingriff der Sperrklinke 12 zur Aufnahme jeweils eines Sperrzahns 16 vorgesehen sind.
Die Klinkenradzähne 19 untergliedern sich jeweils in einen Kopfbereich 19a und einen Halsbereich 19b, die jeweils durch gestrichelte Kästen angedeutet sind. Der Kopfbereich 19a kann bei einem Eingriff der Sperrklinke 12 mit den Sperrzähnen 16 und/oder der Sperrklinke 12 selbst im Bereich zwischen zwei Sperrzähnen 16 in Kontakt treten. Aufgrund der erheblichen mechanischen Belastungen bei einem Eingriffs-/Einrastvorgang und dem damit verbundenen Verschleiß, ist der Kopfbereich 19a der Klinkenradzähne 19 relativ massiv ausgeführt. Der Querschnitt des Kopfbereichs 19a ist im Wesentlichen trapezförmig, wobei der Kopfbereich 19a sich von radial innen nach radial außen hin leicht verjüngt.
Umgekehrt ist die Situation bei dem Halsbereich 19b, der sich von dem Kopfbereich 19a nach radial innen erstreckt, bis er in einen Klinkenradkörper 21 übergeht, der drehfest mit der nicht gezeigten Getriebewelle verbunden ist. Der Halsbereich 19b weist eine sich nach radial innen verjüngende Gestalt auf und geht an seiner Wurzel in einen gekrümmten Bodenbereich der benachbarten Ausnehmungen 20 über. Durch die beschriebene Ausgestaltung des Halsbereichs 19b werden den Klinkenradzähnen 19 elastische Eigenschaften verliehen, die in Umfangsrichtung ausgeprägter sind als in axialer Richtung. Sie gestatten eine - wenn auch eingeschränkte und wohl dosierte - Flexibilität der Klinkenradzähne 19, um das Einrasten der Sperrklinke 12 „sanfter“ zu gestalten.
Die Ausnehmungen 20 weisen durch den langgestreckten Halsbereich 19b und den gekrümmten Bodenbereich im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt auf.
Zur Dämpfung von zwischen zwei benachbarten Klinkenradzähnen 19 auftretenden Kräften/Relativbewegungen sind die Ausnehmungen 20 zwischen den Klinkenradzähnen 19 jeweils zum großen Teil mit Dämpfungselementen 22 ausgefüllt. Die Dämpfungselemente können beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem gummiartigen Material gefertigt sein. Sie lassen den Kopfbereich 19a der Klinkenradzähne 19 frei und weisen an ihrer radialen Außenseite einen leicht gekrümmten Querschnitt auf. Bei einem Eingriff der Sperrzähne 16 in die Ausnehmungen 20 kommen die Sperrzähne 16 nicht mit den Halsbereichen 19b der beteiligten Klinkenradzähne 19 in Kontakt, da diese - zumindest im Umfangsrichtung - von den Dämpfungselementen 22 verdeckt werden.
Bei einem Einrasten der Sperrklinke 12 können die Sperrzähne 16 auch mit den gekrümmten Oberflächen der Dämpfungselemente 22 in Kontakt treten, so dass die mit dem Einrasten verbundenen, in radialer Richtung wirkenden Kräfte ebenfalls durch die Dämpfungselemente 22 aufgenommen werden. Die Aufnahme von in Umfangsrichtung wirkenden Kräften durch die Dämpfungselemente 22 wurde bereits vorstehend kurz beschrieben.
Es versteht sich, dass das Material der Dämpfungselemente 22 und deren charakteristische elastischen Eigenschaften je nach Anwendungsfall gezielt angepasst werden können, um die mechanischen Eigenschaften des Klinkenrads 18 zu optimieren. Grundsätzlich müssen die Dämpfungselemente 22 keine massiven Bauelemente sein. Auch Federn können in besonderen Fällen vorgesehen sein. Wesentlich ist jedenfalls, dass das Klinkenrad 18 durch die Dämpfungselemente 22 besondere mechanische/elastische Eigenschaften erhält, die das Einrasten der Sperrklinke 12 „sanfter“ gestalten und Verschleißerscheinungen an den beteiligten Komponenten minimieren.
Der erfindungsgemäße Sperrmechanismus wurde vorstehend beispielhaft anhand einer Parksperre beschrieben. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann jedoch auch in anderen Anwendungsbereichen Verwendung finden. Beispielsweise kann der Sperrmechanismus auch bei elektrischen Achsantrieben für Elektrofahrzeuge zum Einsatz gelangen.
Bezugszeichenliste

10: Parksperre
12: Sperrklinke
16: Sperrzahn
18: Klinkenrad
19: Klinkenradzahn
19a: Kopfbereich
19b: Halsbereich
20: Ausnehmung
21: Klinkenradkörper
22: Dämpfungselement
RS: Schwenkachse

Claims

Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (12), die um eine Schwenkachse (RS), insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist, und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad (18), das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen (19) sowie von zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordneten Ausnehmungen (20) aufweist, wobei die Sperrklinke (12) zumindest einen Sperrzahn (16) aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen (20) des Klinkenrads (18) eingreift, wobei das Klinkenrad (18) Dämpfungselemente (22) zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne (19) wirkenden Kräfte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (22) in den U-förmig ausgebildeten Ausnehmungen (20) zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klinkenradzähne (19) jeweils einen Kopfbereich (19a) und einen Halsbereich (19b) aufweisen, wobei der Kopfbereich (19a) jenen Teil des jeweiligen Klinkenradzahns (19) umfasst, der bei einem Eingriff der Sperrklinke (12) in eine Ausnehmung (20) mit der Sperrklinke (12) in Kontakt bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich (19b) in einem radial außen liegenden Bereich bezogen auf eine Umfangsrichtung des Klinkenrads (18) breiter ist als in einem radial innen liegenden Bereich.
Getriebe mit einem Sperrmechanismus nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.