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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Sperrelement, welches zwischen einer Sperrstellung, in welcher das Sperrelement eine Drehbewegung wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs blockiert und einer Freigabestellung, in welcher die Drehbewegung des Rades freigeben ist, bewegbar ist, und mit einer Betätigungsvorrichtung, mittels welcher das Sperrelement zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung bewegbar ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Parksperrenvorrichtung.
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Der Einsatz von Parksperren ist im Automobilbereich unabhängig von der Antriebsart (elektromotorisch, verbrennungsmotorisch, hybridisch) eines Kraftfahrzeugs gesetzlich vorgeschrieben, um ein ungewolltes Wegrollen zu unterbinden. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben kann eine Parksperrfunktion häufig durch Einlegen einer entsprechenden Wählhebelstellung „P“ realisiert werden. Dabei wird meist eine mit jeweiligen Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelte Getriebewelle des Automatikgetriebes durch eine Sperrvorrichtung gegenüber einem Getriebegehäuse blockiert und an einer Drehung gehindert.
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Eine Schaltvorrichtung mit einer Parksperre für ein Kraftfahrzeug ist aus der
DE 199 57 151 B4 bekannt. Die dortige, als Backenbremse ausgebildete Parksperre ist außerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet und wird durch einen Aktuator betätigt. Der Aktuator kann dabei zusammen mit der Parksperre in einer Radnabe des Kraftfahrzeugs oder von der Parksperre räumlich getrennt an der Karosserie festgelegt sein.
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Aus der
DE 10 2010 049 601 A1 ist eine Radnabenantriebseinheit zum Antreiben eines Fahrzeugrades bekannt. Die Einheit weist ein mechanisches Sperrelement zur Aufbringung einer Bremskraft auf einen Lageraußenring an einer Radnabe auf.
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Die
DE 10 2010 006 896 A1 zeigt einen Bagger mit einer selbsthemmenden Parkbremse. Die Parkbremse weist einer Tellerfeder auf, mittels welcher eine Druckkraft auf ein Lamellenpaket ausübbar ist. Die Parkbremse kann geschlossen werden, indem das Lamellenpaket unter Wirkung der Druckkraft zusammengedrückt und dadurch eine reibschlüssige Verbindung zu einem Gehäuse hergestellt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Parksperrenvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchen eine besonders ausfallsichere Parksperrenfunktion erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Parksperrenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die Erfindung geht von einer Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Sperrelement, welches zwischen einer Sperrstellung, in welcher das Sperrelement eine Drehbewegung wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs blockiert und einer Freigabestellung, in welcher die Drehbewegung des Rades freigeben ist, bewegbar ist, und mit einer Betätigungsvorrichtung, mittels welcher das Sperrelement zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung bewegbar ist, aus. Dabei kann auch eine Drehbewegung gegenüber einer Karosserie des Kraftfahrzeugs mittels der Parksperrenvorrichtung unterbunden werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung an der Radaufhängung angeordnet ist. Dies ist von Vorteil, da die Betätigungsvorrichtung dadurch zusammen mit der Radaufhängung und dem Sperrelement infolge eines Zurücklegens eines Federwegs durch das Rad relativ zu einem Aufbau bzw. relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs mitbewegt werden kann. Somit können etwaige, bauteilbeanspruchende Relativbewegungen zwischen dem Sperrelement und der Betätigungsvorrichtung unterbunden werden, wodurch eine besonders ausfallsichere Parksperrenfunktion durch die erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung erreicht werden kann.
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Anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei welchen beispielsweise die Betätigungsvorrichtung an der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein kann, kann nämlich darauf verzichtet werden, eine biegbare, bzw. elastische Verbindung zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Sperrelement vorzusehen um derartige Relativbewegungen zu kompensieren. Die Radaufhängung kann insbesondere als Einzelradaufhängung ausgebildet sein, wodurch ein besonders komfortables Federverhalten erreichbar ist.
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Das Sperrelement kann dabei auch zusammen mit der Betätigungsvorrichtung an der Radaufhängung angeordnet sein, wodurch eine besonders kompakte Parksperrenvorrichtung geschaffen werden kann, welche zudem besonders schmutzunempfindlich ist. Mit anderen Worten kann die gesamte Parksperrenvorrichtung an der Radaufhängung angeordnet sein. Dadurch kann die Parksperrenvorrichtung besonders aufwandsarm montiert und gewartet werden. Anders als bei weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei welchen eine – beispielsweise als Backenbremse ausgebildete – Parksperre in eine Radnabe integriert sein kann, ist eine an der Radaufhängung angeordnete Parksperrenvorrichtung besonders leicht montierbar und nachrüstbar.
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Bei Kraftfahrzeugen, welche durch jeweilige Radnabenmotoren angetriebene Räder aufweisen, ergibt sich ein besonderer Vorteil. Durch die Möglichkeit, die Parksperrenvorrichtung an der Radaufhängung anzuordnen, kann eine Parksperrenfunktion an dem jeweiligen Radnabenmotor besonders einfach nachgerüstet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Sperrelement in der Sperrstellung beispielsweise in eine Rotorwelle des Radnabenmotors eingreift, um das Rad zu blockieren. Besonders vorteilhaft ist zudem, wenn die Betätigungsvorrichtung oder die gesamte Parksperrenvorrichtung an einem Radträger der Radaufhängung angeordnet ist. Dadurch kann das Erfordernis einer etwaigen Kompensation von relativen Kippbewegungen zwischen dem zu blockierenden Rad und der Betätigungsvorrichtung bzw. der Parksperrenvorrichtung entfallen, zumal der Radträger, als Komponente der Radaufhängung, sich mit dem Rad mitbewegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sperrelement zum Blockieren der Drehbewegung des Rades in der Sperrstellung eine drehfest mit dem Rad gekoppelte Welle blockiert. Dies ist von Vorteil, da durch das Blockieren der Welle ein mittelbares Blockieren des Rades möglich ist, wodurch eine verbesserte Lastverteilung am Rad erfolgen kann. Das Sperrelement kann beispielsweise in einer Distanz von einer dem Rad abgewandten Innenseite eines Radträgers der Radaufhängung in die Welle eingreifen. Durch den Eingriff an dieser Stelle kann ein Platzangebot zwischen dieser Innenseite und jeweiligen Lagerstellen der Radaufhängung an einem Rahmen des Kraftfahrzeugs besonders gut ausgenutzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sperrelement in der Sperrstellung formschlüssig mit der Welle in Eingriff. Dies ist von Vorteil, da durch den formschlüssigen Eingriff etwaige Elastizitäten, welche sich zwischen einer Aufstandsfläche des Rades und dem Sperrelement ergeben können, verringert werden können, wodurch ein besonders ortsfestes Halten des Kraftfahrzeugs ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann ein elastizitätsbedingtes Bewegen des blockierten Rades verringert werden. Denkbar ist beispielsweise ein Formschluss durch Ineinandergreifen von jeweiligen Verzahnungen an dem Sperrelement oder an der Welle, um nur ein Beispiel zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sperrelement in einem Abstand zu einer Mittelachse der Welle mit dieser in Eingriff. Dies ist von Vorteil, da somit eine besonders einfache Ausführung des Sperrelements möglich ist, um das Rad in der Sperrstellung zu blockieren. Durch den Eingriff in dem Abstand von der Mittellinie kann dieser Abstand als Hebelarm genutzt werden um das Blockieren des Rades zu ermöglichen. So kann beispielsweise das Sperrelement als Bolzen ausgebildet sein, welcher in der Sperrstellung in dem Abstand an der Welle in Eingriff sein kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sperrelement in der Sperrstellung zumindest teilweise in eine Öffnung der Welle eingeführt. Dies ist von Vorteil, da durch das Einführen in der Öffnung ein besonders einfaches und zuverlässiges Blockieren des Rades in beide Drehrichtungen ermöglicht ist. Durch das Einführen in die Öffnung kann ein Formschluss zwischen dem Sperrelement und der Welle geschaffen werden, welcher ein deutlich weniger aufwändiges Blockieren des Rades ermöglicht, als beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekanntes Blockieren durch einen Kraftschluss, beispielsweise durch eine Backenbremse.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Betätigungsvorrichtung ein an der Radaufhängung festgelegtes Gehäuseelement auf, an welchem das Rad in der Sperrstellung unter Vermittlung des Sperrelements abgestützt ist. Dies ist von Vorteil, da das Gehäuseelement einen zuverlässigen Schutz vor etwaigen Verschmutzungen ermöglicht. Das Gehäuseelement kann an der Radaufhängung bzw. an einem Radträger der Radaufhängung festgelegt sein. An dem Gehäuseelement kann ein Wellenende der Welle eingeführt sein. Zudem können die Betätigungsvorrichtung sowie das Sperrelement an dem Gehäuseelement befestigt sein und somit unter Vermittlung des Gehäuseelements an der Radaufhängung bzw. an dem Radträger der Radaufhängung festgelegt sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuseelement als Stator für einen Elektromotor zum Antreiben des Rades und die Welle als Rotor für den Elektromotor ausgebildet ist. Der Rotor kann auch als Rotorwelle bezeichnet werden. Dies ist von Vorteil, da mit dem Stator und dem Rotor Komponenten eines Elektromotors, beispielsweise eines Radnabenmotors, genutzt werden können, um das Rad zu blockieren. Somit ist ein einfaches Nachrüsten der Parksperrenvorrichtung möglich, wobei Komponenten des Elektromotors genutzt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sperrelement in der Sperrstellung zumindest teilweise in eine Durchgangsöffnung des Gehäuseelements eingeführt. Dies ist von Vorteil, da durch das Einführen in die Durchgangsöffnung ein Formschluss zwischen dem Sperrelement und dem Gehäuseelement geschaffen und dadurch ein besonders einfaches Abstützen der Welle unter Vermittlung des Sperrelements an dem Gehäuseelement ermöglicht werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Betätigungsvorrichtung einen Aktuator, welcher an dem Gehäuseelement festgelegt ist und mittels welchem das Sperrelement zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung bewegbar ist. Dies ist von Vorteil, da der an dem Gehäuseelement festgelegte Aktuator mit dem Gehäuseelement eine kompakte Einheit bilden kann und dabei zusammen mit dem Gehäuseelement im Rahmen ein- und ausgebaute werden kann. Der Aktuator kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein und somit einen besonders großen Wirkungsgrad aufweisen. Insbesondere kann der Aktuator als Linearmotor ausgebildet sein und das Sperrelement besonders direkt und damit schnell linear zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung bewegen. Der Aktuator kann auch beispielsweise als Elektromagnet ausgebildet sein. Dementsprechend kann das Sperrelement in diesem Falle infolge einer Magnetkraft zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung durch den Aktuator bewegt werden. Ein als Elektromagnet ausgebildeter Aktuator hat den Vorteil, dass ein besonders verschleißarmer Betrieb der Parksperrenvorrichtung ermöglicht ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung. Ein derartiges Kraftfahrzeug kann besonders zuverlässig in einer Parkposition gehalten werden. Hierbei kann in vorteilhafter Weise das Rad von einer Drehmomentübertragung eines Antriebssystems des Kraftfahrzeugs entkoppelt sein. Ein von der Drehmomentübertagung entkoppeltes und damit nicht angetriebenes Rad bietet im Bereich der Radaufhängung besonders viel Bauraum, um eine Parksperrenfunktion mittels der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung zu realisieren.
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Die in Bezug auf die erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
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1 eine Perspektivansicht auf eine für die Erfindung beispielhafte Ausführungsform einer Parksperrenvorrichtung, welche an einem Radträger eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist; und
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2 eine Schnittansicht auf die Parksperrenvorrichtung gemäß einer Schnittebene Z parallel zu einer Mittelachse einer mit einem Rad der Kraftfahrzeugs gekoppelten Welle.
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Im Folgenden sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein vorliegend lediglich schematisch angedeutetes Kraftfahrzeug 80 mit einer Parksperrenvorrichtung 10, welche in 2 in einer Schnittansicht dargestellt ist. Die Parksperrenvorrichtung 10 weist vorliegend ein als Sperrbolzen ausgebildetes Sperrelement 20 auf. Das Sperrelement 20 ist zwischen einer Sperrstellung 22, in welcher das Sperrelement 20 eine Drehbewegung 32 eines Rades 30 des Kraftfahrzeugs 80 relativ zu einer Radaufhängung 40 des Kraftfahrzeugs 80 blockiert und einer Freigabestellung 24, in welcher die Drehbewegung 32 des Rades 30 freigeben ist, bewegbar. Das Sperrelement 20 ist in dessen Freigabestellung 24 gestrichelt dargestellt. Um das Sperrelement 20 zwischen der Sperrstellung 22 und der Freigabestellung 24 zu bewegen, ist eine Betätigungsvorrichtung 50 vorgesehen, welche vorliegend an der Radaufhängung 40 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Betätigungsvorrichtung 50 an einem Radträger 42 der Radaufhängung 40 angeordnet und fixiert. Das Rad 30 ist vorliegend von einer Drehmomentübertragung eines hier nicht näher gezeigten Antriebssystems des Kraftfahrzeugs 80 entkoppelt. Mit anderen Worten ist das Rad nicht angetrieben, sondern rollt lediglich gegenüber einem Untergrund ab.
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Die Betätigungsvorrichtung 50 weist ein an der Radaufhängung 40 festgelegtes Gehäuseelement 52 auf, an welchem das Rad 30 in der Sperrstellung 22 unter Vermittlung des Sperrelements 20 abgestützt ist. Das Gehäuseelement 52 ist vorliegend als Stator für einen Elektromotor zum Antreiben des Rades 30 ausgebildet.
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Zum Blockieren der Drehbewegung 32 des Rades 30 blockiert das Sperrelement 20 in dessen Sperrstellung 22 eine drehfest mit dem Rad 30 gekoppelte Welle 34. Diese Welle 34 ist vorliegend als Rotor für den Elektromotor ausgebildet. Zudem weist die Welle 34 einen Gelenkwellenstummel 39 und einen daran drehmomentübertragend angeschlossenen Hohlwellenbereich 38 auf. Die Welle 34 ist an dem Gelenkwellenstummel 39 mittels jeweiliger Kugellager 37 gegenüber dem Radträger 42 der Radaufhängung 40 vorgespannt.
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Das Sperrelement 20 ist in der Sperrstellung 22 formschlüssig mit der Welle 34 in Eingriff ist. Hierzu weist die Welle 34 ein als Lochkreis ausgebildetes Lochbild 36 auf. An dem Lochbild 36 sind mehrere Öffnungen 35 kreisförmig in einem Abstand A zu einer Mittelachse M der Welle 34 vorgesehen. Der Abstand A entspricht dabei vorliegend einem Radius des Lochbildes 36. In der Sperrstellung 22 ist das Sperrelement 20 zumindest teilweise in einer dieser Öffnungen 35 in der Welle 34 eingeführt. Durch das Lochbild 36 kann auf einfache Weise ein formschlüssiges Eingreifen des Sperrelements 20 in die Welle 34 und damit ein Blockieren des Rades 30 realisiert werden. Durch das Lochbild 36 kann zudem in vorteilhafter Weise der Abstand A als Hebelarm zum Blockieren des Rades 30 mittels des Sperrelements 20 genutzt werden, wobei aufgrund der Mehrzahl der Öffnungen 35 des Lochbildes das Einlegen der Sperrstellung 22 bei verschiedenen Drehwinkeln des Rades 30 möglich ist.
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Die Betätigungsvorrichtung 50 umfasst zudem einen Aktuator 56, welcher vorliegend als Linearmotor ausgebildet ist, und an dem Gehäuseelement 52 festgelegt ist. Mittels des Aktuators 56 ist das Sperrelement 20 zwischen der Sperrstellung 22 und der Freigabestellung 24 bewegbar.
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Um ein besonders zuverlässiges Blockieren des Rades 30 zu ermöglichen, ist das Sperrelement 20 in der Sperrstellung 22 zumindest teilweise in eine Durchgangsöffnung 54 des Gehäuseelements 52 eingeführt. In der Sperrstellung 22 ist also das Sperrelement 20 sowohl gegenüber dem Gehäuseelement 52 als auch gegenüber der Welle 34 verspannt. Dies kann zu einer Entlastung des Aktuators 56 in der Sperrstellung 22 des Sperrelements 20 führen, da das Sperrelemente 20 zumindest überwiegend in dessen Sperrstellung 22 an dem Gehäuseelement 52 abgestützt ist.
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Zusammenfassend kann mit der vorliegenden Erfindung eine Parksperre für beispielsweise nicht angetriebene Achsen realisiert werden. Dabei kann die Parksperrenvorrichtung 10 als separate Parksperre direkt am Radträger 42 und beispielsweise im Bauraum eines Vorderachs-Antriebswellengelenks (Gelenkwellenstummel 39) an der Welle 34 angeordnet sein. Durch die Parksperrenvorrichtung 10 können beispielsweise für einen elektromotorischen Radantrieb vorhandene Komponenten, wie die als Rotor ausgebildete Welle 24 oder das als Stator ausgebildete Gehäuseelement 52 verwendet werden. Dadurch können etwaige Bauteilvarianten beispielsweise für einen Hinterachsantrieb des Kraftfahrzeugs 80 verringert werden, ohne dass die Notwendigkeit der Berücksichtigung der Parksperrenfunktion zu einer unerwünschten Vergrößerung der Variantenvielfalt führen würde. Durch das Verwenden des Gelenkwellenstummels 39, welcher unter Vermittlung der Kugellager 37, oder anderer geeigneter Wälzlager, gegenüber dem Radträger 42 vorgespannt ist, kann auch in vorteilhafter Weise auf eine Neugestaltung des Radträgers 42 für dessen Kombination mit der Parksperrenvorrichtung 10 verzichtet werden. Des Weiteren kann durch die Parksperrenvorrichtung 10 eine Antriebskonfiguration von der Parksperrenfunktion entkoppelt werden. Die Parksperrenvorrichtung 10 weist zudem ein geringeres Gewicht und einen geringeren Bauraumbedarf als aus dem Stand der Technik bekannte Systeme auf.
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Bei allradgetriebenen BEV’s (Battery Electric Vehicle; Batterieelektrische Fahrzeuge) kann eine Parksperrfunktion häufig an einem (elektrischen) Vorderachsantrieb berücksichtigt werden. Selbst bei einem Entfall des Vorderachsantrieb – infolge einer Auswahl einer anderen Antriebsvariante, beispielsweise bei einem Ableiten einer einachsig getriebenen Variante aus einer Allradantriebsvariante (Quattro) – und dementsprechend bei beispielsweise lediglich über einen Hinterachsantrieb verfügenden Kraftfahrzeugen kann die Parksperrenvorrichtung 10 etwaige, vorhandene Komponenten (Rotor 34, Stator 52) des Elektromotors nutzen, um eine aufwandsarme und kostengünstige Parksperrenfunktion zu realisieren. Dadurch kann auch die Notwendigkeit entfallen, beispielsweise eine Parksperrenfunktion an einer angetriebenen Achse (z.B. Hinterachsantrieb) vorsehen zu müssen, was bauraumkritisch und kostenintensiv sein kann. Damit kann darauf verzichtet werden, eine Variante des Hinterachsantriebs mit integrierter Parksperre zu erstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19957151 B4 [0003]
- DE 102010049601 A1 [0004]
- DE 102010006896 A1 [0005]
