DE102019218966A1

DE102019218966A1 - Vorrichtung mit einem Aktor

Info

Publication number: DE102019218966A1
Application number: DE102019218966.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Weinl; Thomas Schwegler; Maik Wiesner; Dirk Leutheuser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (202) mit einem Aktor (4, 6) beschrieben, der in wenigstens zwei unterschiedliche Betriebszustände überführbar ist. Der Aktor (4, 6) ist über eine Verriegelungseinheit (24, 25; 50) in beiden Betriebszuständen verriegelbar, die mittels einer elektrisch betätigbaren Sperreinheit (19, 20) in einem den Aktor (4, 6) verriegelnden Zustand sperrbar ist. Der Aktor (4, 6) ist in unbestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) von der Verriegelungseinheit (28, 29; 51) in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar. Zusätzlich gibt die Verriegelungseinheit den Aktor in bestromtem Zustand der Sperreinheit im ersten Betriebszustand frei. Des Weiteren ist der Aktor (4, 6) in bestromtem Zustand der Sperreinheit in seinem zweiten Betriebszustand von der Verriegelungseinheit haltbar. Darüber hinaus ist die Verriegelungseinheit in unbestromtem Zustand der Sperreinheit im zweiten Betriebszustand entriegelt. Alternativ hierzu ist der Aktor (4, 6) in bestromtem Zustand der Sperreinheit von dieser in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar, während die Sperreinheit in unbestromtem Zustand den Aktor (4, 6) im ersten Betriebszustand freigibt. Des Weiteren ist der Aktor (4, 6) in unbestromtem Zustand der Sperreinheit in seinem zweiten Betriebszustand von der Verriegelungseinheit haltbar. Des Weiteren entriegelt die Sperreinheit die Verriegelungseinheit im zweiten Betriebszustand des Aktors (4, 6), sodass die Verriegelungseinheit den Aktor (4, 6) freigibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Aktor gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
In der Praxis werden in vielen Bereichen Vorrichtungen mit Aktoren eingesetzt, die zur Betätigung von Einrichtungen vorgesehen sind. Hierfür sind die Aktoren jeweils wenigstens in zwei unterschiedliche Betriebszustände überführbar. Des Weiteren sind die Aktoren bekannterweise auch über Verriegelungseinheiten in den Betriebszuständen verriegelbar bzw. haltbar. Um ein unerwünschtes Verlassen der Betriebszustände der Aktoren zu vermeiden, sind die Verriegelungseinheiten mittels elektrisch betätigbaren Sperreinheiten sowohl in einem den Aktor verriegelnden als auch in einem den Aktor freigebenden Zustand sperrbar.
Bekannte Pkw-Automat-/Automatik-Getriebe umfassen oftmals ein Parksperrensystem, mittels welchem ein Antriebsstrang eines Fahrzeuges anforderungsgemäß festsetzbar oder lösbar ist. Dabei wird eine Parksperre eines solchen Parksperrensystems üblicherweise hydraulisch ausgelegt und über einen Federspeicher eingelegt. Um eine solche Parksperre in definierten Positionen halten zu können, weist ein solches Parksperrensystem einen sogenannten Verriegelungsmechanismus auf. Ein solcher Verriegelungsmechanismus bietet die Möglichkeit, eine Parksperre mit geringem Energieaufwand im angeforderten Betriebszustand zu halten und sicherheitskritische Betriebszustände zu vermeiden. Des Weiteren ist über einen solchen Verriegelungsmechanismus eine gewünschte Redundanz umsetzbar sowie eine Fahrzeugverfügbarkeit gewährleistbar.
Zum Ver- und Entriegeln eines zur Betätigung einer Parksperre vorgesehenen Aktors sind aus der Praxis eine Vielzahl verschiedener Mechaniken bekannt, die zum Verriegeln einen Formschluss vorsehen. Dabei wird der Formschluss beispielsweise über Kugelverrastungen, Rasthaken, Stifte und dergleichen realisiert. Auch zur Betätigung der Ver- und Entriegelung werden oftmals Federeinheiten und/oder Elektromagneten verwendet.
Bei einer Vielzahl von Parksperrensystemen wird die Parksperre jeweils in hydraulisch bedrucktem Zustand eines nicht gesperrten Kolbens ausgelegt, der in Einlegungsrichtung der Parksperre angefedert ist. In nicht bedrucktem Zustand des Kolbens wird die Parksperre bei entsperrtem Kolben durch die anliegende Federeinheit eingelegt.
Bei einem weiteren bekannten Parksperrensystem wird der Aktor in bestromtem Zustand eines Elektromagneten ausschließlich in ausgelegtem Zustand der Parksperre mittels Rasthaken verriegelt. Dabei ist es zusätzlich vorgesehen, dass der Kolben in Richtung des ausgelegten Betriebszustandes der Parksperre und gegen die Federkraft einer in Richtung des eingelegten Betriebszustandes der Parksperre am Kolben angreifenden Federeinheit entsprechend hydraulisch betätigt wird. Fällt die Versorgungsspannung des Elektromagneten in ausgelegtem Zustand der Parksperre aus, geht die Parksperre in unbedrucktem Zustand des Kolbens unerwünschterweise in ihren eingelegten Betriebszustand über. Des Weiteren wird die Parksperre ausgelegt, wenn der Kolben im Fehlerfall mit Druck beaufschlagt wird.
Somit weist dieses Parksperrensystem keine redundante mechanische Absicherung für einen Remote-Start eines Fahrzeuges auf, während dem ein Fahrzeug von einem Fahrer mittels eines Funkzündschlüssels oder mittels einer Funkfernbedienung gestartet wird, ohne dass sich der Fahrer im Fahrzeug befindet. Dann kann der Fahrer das gestartete Fahrzeug im Fehlerfall nicht durch Betätigen der Betriebsbremse gegen ein Losrollen sichern. Daher wird die redundante Absicherung gegen ein unerwünschtes Ein- oder Auslegen der Parksperre im Bereich des hydraulischen Systems vorgesehen ist, was jedoch konstruktiv aufwändig ist und hohe Fertigungskosten verursacht.
Des Weiteren ist ein Parksperrensystem bekannt, bei dem der Aktor in ausgelegtem Betriebszustand der Parksperre und in bestromtem Zustand des Elektromagneten verriegelt ist. Bei einem Verlust der Versorgungsspannung geht die ausgelegte Parksperre aufgrund einer in Richtung des eingelegten Zustandes am drucklosem Kolben angreifenden Federeinheit in ihren eingelegten Betriebszustand über. In eingelegtem Betriebszustand der Parksperre ist der Aktor nicht verriegelt. Damit ist wiederum keine redundante mechanische Absicherung gegen ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre während eines Remote-Starts möglich, das im Fehlerfall durch ein unerwünschtes Bedrucken des Kolbens verursacht wird. Die Redundanz ist bei diesem Parksperrensystem wiederum im Bereich der Hydraulik vorzusehen, was jedoch aufwendig ist und hohe Fertigungskosten verursacht.
Zusätzlich ist ein weiteres Parksperrensystem bekannt, bei dem der Aktor bzw. der Parksperrenaktor in bestromtem Zustand eines Elektromagneten ausschließlich in eingelegtem Zustand der Parksperre verriegelt ist. In ausgelegtem Zustand der Parksperre ist keine Verriegelung des Aktors vorgesehen. Um eine unerwünschte Betätigung der Parksperre zu vermeiden, ist eine dauerhafte Bedruckung des Kolbens des Aktors in ausgelegtem Zustand der Parksperre notwendig. Während eines Remote-Starts ist der Elektromagnet in eingelegtem Zustand der Parksperre zu bestromen. Oftmals steht während eines Remote-Starts hierfür nicht die notwendige Spannung zur Verfügung.
Einige der vorbeschriebenen Parksperrensysteme können den Aktor eines Parksperrensystems energetisch günstig stromlos verriegeln, besitzen jedoch im Fall eines Spannungsverlustes im Bereich eines Automatgetriebes nicht die Möglichkeit, die Parksperre in stromlosem Zustand des Elektromagneten einzulegen und den Aktor dann zu verriegeln. Das bedeutet, dass die Parksperre entweder ungewollt in ausgelegtem Zustand verharrt oder in ihren eingelegten Zustand übergeht, in dem sie dann aber nicht verriegelbar ist.
Der Aktor eines weiteren Parksperrensystems wird sowohl in eingelegtem Betriebszustand als auch in ausgelegtem Betriebszustand der Parksperre in unbestromtem Zustand eines Elektromagneten einer Sperreinheit verriegelt. Das bedeutet, dass der Aktor durch eine entsprechende Bestromung einer Spule des Elektromagneten entriegelt wird, um die Parksperre ein- oder auslegen zu können. Bei einem Ausfall der Versorgungsspannung verbleibt die Parksperre aufgrund des verriegelten Zustandes des Aktors in ihrem aktuellen Betriebszustand. Somit ist die eingelegte Parksperre nur durch entsprechendes Bestromen der Sperreinheit auslegbar, wodurch ein Fahrzeug im Fehlerfall beispielsweise nicht abschleppbar ist. Auch kann die Parksperre bei einem Ausfall eines Bordnetzes bzw. bei einem Verlust der Versorgungsspannung des Parksperrensystems nicht eingelegt und somit ein Fahrzeug nicht gegen ein unerwünschtes und gegebenenfalls sogar sicherheitskritisches Wegrollen gesichert werden.
Eine Invertierung der letztbeschriebenen Logik führt zu einem Parksperrensystem, bei welchem die Parksperre bzw. der zugeordnete Aktor in ausgelegtem Zustand der Parksperre bestromt verriegelbar ist. Derartige Parksperrensysteme sind jedoch nicht remotestartfähig, da deren Aktoren jeweils nur in bestromtem Zustand des Elektromagneten verriegelbar sind, wenn die Parksperre in eingelegtem Zustand vorliegt. Es ist allerdings während eines Remote-Starts davon auszugehen, dass die Versorgungsspannung des Elektromagneten einbricht und keine Bestromung der Verriegelung gewährleistet werden kann. Um die Parksperre trotzdem in gewünschtem Umfang betätigen zu können, sind komplexe technische Maßnahmen im Bereich der hydraulischen Versorgung des Aktors vorzusehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine verbesserte Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Aktor, der vorzugsweise zum Betätigen einer Einrichtung in wenigstens zwei unterschiedliche Betriebszustände überführbar ist. Der Aktor ist über eine Verriegelungseinheit in beiden Betriebszuständen verriegelbar bzw. haltbar. Die Verriegelungseinheit ist mittels einer elektrisch bestätigbaren Sperreinheit sowohl in einem den Aktor verriegelnden Zustand als auch in einem den Aktor freigebenden Zustand sperrbar.
Bei einer ersten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aktor in unbestromtem Zustand der Sperreinheit von der Verriegelungseinheit in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar. Zusätzlich gibt die Verriegelungseinheit den Aktor in bestromtem Zustand der Sperreinheit im ersten Betriebszustand des Aktors frei. Darüber hinaus ist der Aktor in bestromtem Zustand der Sperreinheit in seinem zweiten Betriebszustand von der Verriegelungseinheit verriegelt haltbar und die Verriegelungseinheit ist in unbestromtem Zustand der Sperreinheit im zweiten Betriebszustand des Aktors entriegelt und der Aktor somit in seinen ersten Betriebszustand überführbar.
Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aktor in bestromtem Zustand der Sperreinheit von der Verriegelungseinheit in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar. In unbestromtem Zustand der Sperreinheit ist die Verriegelungseinheit entriegelt und gibt den Aktor im ersten Betriebszustand frei. Zusätzlich ist der Aktor in unbestromtem Zustand der Sperreinheit von der Verriegelungseinheit in seinem zweiten Betriebszustand verriegelt haltbar, während die Sperreinheit in bestromtem Zustand die Verriegelungseinheit im zweiten Betriebszustand des Aktors entriegelt und der Aktor von der Verriegelungseinheit freigegeben wird.
Die Implementierung der ersten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Parksperrensystem eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges oder eines Fahrzeuges mit einem Elektromotor bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden, wenn der erste Betriebszustand des Aktors mit einem eingelegten Betriebszustand der Parksperre und der zweite Betriebszustand des Aktors mit einem ausgelegten Zustand der Parksperre korrespondiert. Dann ist die Verriegelungseinheit in ausgelegtem Zustand der Parksperre und in bestromtem Zustand der Sperreinheit verriegelt und in eingelegtem Zustand der Parksperre sowie in unbestromtem Zustand der Sperreinheit verriegelt. Des Weiteren ist die Verriegelungseinheit bei einem derartigen Parksperrensystem in eingelegtem Zustand der Parksperre und in bestromtem Zustand der Sperreinheit entriegelt sowie in ausgelegtem Zustand der Parksperre und in unbestromtem Zustand der Sperreinheit entriegelt.
Mittels eines solchen Parksperrensystems ist ein Remote-Start selbst bei Verlust der Versorgungsspannung der Sperreinheit oder ohne Spannungsversorgung des Getriebes möglich, da die Verriegelungseinheit den Aktor in eingelegtem Zustand der Parksperre und in unbestromtem Zustand der Sperreinheit verriegelt.
Des Weiteren ist bei einem derartigen Parksperrensystem die Ausfallsicherheit dadurch erhöht, dass die Verriegelungseinheit den Aktor in ausgelegtem Zustand der Parksperre und in unbestromtem Zustand der Sperreinheit entriegelt bzw. freigibt. Dadurch ist ein Übergang aus dem ausgelegten Zustand der Parksperre in den eingelegten Zustand der Parksperre in unbestromtem Zustand der Sperreinheit möglich. Anschließend wird der Aktor in eingelegtem Zustand der Parksperre von der Verriegelungseinheit gehalten, die dann zusätzlich von der Sperreinheit verriegelt ist.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Parksperrensystems ist, dass die Verriegelung der Verriegelungseinheit durch die Sperreinheit in ausgelegtem Zustand der Parksperre durch Anlegen von kleinsten Stromwerten realisierbar ist. Zusätzlich ist die Verriegelungseinheit in eingelegtem Zustand der Parksperre durch Bestromen der Sperreinheit entriegelbar und der Aktor durch die Verriegelungseinheit freigebbar.
Bei einer konstruktiv einfachen und bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aktor als eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt. Die Kolben-Zylinder-Einheit umfasst einen Kolben, der in einem Zylinder längsverschieblich angeordnet ist. Eine Stellbewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder ist über die Verriegelungseinheit verriegelbar.
Die Verriegelungseinheit kann wenigstens ein bewegbares Verriegelungselement und wenigstens ein damit zusammenwirkendes Sperrelement umfassen. Das Verriegelungselement ist vom Sperrelement in einen die Bewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder sperrenden Betriebszustand überführbar und haltbar. Damit ist ein Betriebszustandswechsel des Aktors auf konstruktiv einfache Art und Weise und mit hoher Ausfallsicherheit sperrbar oder freigebbar.
Die Sperreinheit gibt bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Bewegung des Verriegelungselementes in bestromtem oder in unbestromtem Zustand frei oder sperrt diese.
Bei einer konstruktiv einfachen und bauraumgünstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Sperreinheit einen Elektromagneten und einen innerhalb des Elektromagneten verschiebbar ausgeführten Anker. Der Anker kann über ein Verbindungselement mit dem Sperrelement verbunden sein. Des Weiteren kann das Sperrelement von einer Federeinrichtung in Richtung in einer Stellung angefedert sein, in der das Sperrelement einen Betriebszustand aufweist, in dem die Bewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder vom Verriegelungselement gesperrt oder freigegeben ist.
Ist der Kolben zumindest in eine Stellrichtung hydraulisch und/oder pneumatisch verstellbar, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch deine hohe Leistungsdichte gekennzeichnet.
Wenn der Kolben zumindest in eine Stellrichtung angefedert ist, ist ein Betriebszustandswechsel mit geringem Steuer- und Regelaufwand realisierbar.
Bei konstruktiv einfachen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Sperrelement als eine Kugel oder als ein schwenkbarer Haken bzw. Federarm ausgeführt. Dabei kann der schwenkbare Haken beispielsweise wie ein aus der EP 1 960 701 B1 bekannter Federarm mit der dort beschriebenen Funktionalität ausgeführt sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruches oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine stark schematisierte Teildarstellung eines Parksperrensystems eines Automatgetriebes;
2a bis 2e eine vergrößerte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum Betätigen einer Parksperre des Parksperrensystems gemäß 1 in verschiedenen Betriebszuständen;
3a bis 3e jeweils 2a bis 2e entsprechende Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betätigen der Parksperre des Parksperrensystems gemäß 1; und
4a bis 4h jeweils 2a bis 2e entsprechende Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betätigen der Parksperre des Parksperrensystems gemäß 1.

In 1 ist eine schematisierte Teillängsschnittansicht eines aus der Praxis bekannten Parksperrensystems 1 mit einer Vorrichtung 2 zum Betätigen einer Parksperre 3 dargestellt. Die Vorrichtung 2 weist einen Aktor auf, der einen mit Fluid beaufschlagbaren Kolben 4 umfasst. Der Kolben 4 ist in Abhängigkeit des jeweils anliegenden Fluiddrucks entgegen einer in Schließrichtung bzw. eines eingelegten Zustandes der Parksperre 3 wirkenden Federeinheit 5 in Öffnungsrichtung bzw. in Richtung eines ausgelegten Zustandes der Parksperre 3 betätigbar. Hierfür ist der Kolben 4 in axialer Richtung in einem Zylinder 6 des Aktors verschiebbar angeordnet. Zusätzlich ist der Kolben 4 über eine Kolbenstange 7 mit einem Umlenkmechanismus 8 verbunden. Der Umlenkmechanismus 8 umfasst vorliegend eine Drehscheibe 9, die im Bereich eines Bolzens 10 drehbar ausgeführt ist. Die Federeinheit 5 ist vorliegend als Druckfeder ausgebildet und einenends mit der Drehscheibe 9 verbunden. Anderenends stützt sich die Federeinrichtung im Bereich eines Gehäuses 11 ab.
Des Weiteren ist die Drehscheibe 9 mit einer Parksperrenstange 14 wirkverbunden, die mit einem Parksperrenkonus 15 gekoppelt ist. Der Parksperrenkonus 15 wirkt mit einer Parksperrenklinke 16 zusammen. Die Parksperrenklinke 16 ist über eine axiale Bewegung des Kolbens 4 mit einem Parksperrenrad 17, das mit einem Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges drehfest verbunden ist, in Eingriff bringbar, um den Abtrieb drehfest darzustellen. Wird die Parksperrenklinke 16 über eine hierzu entgegengesetzte axiale Bewegung des Kolbens 4 aus dem Eingriff mit dem Parksperrenrad 17 geführt, ist die Parksperre 3 ausgelegt und der Abtrieb drehbar.
Den in 2a bis 4h dargestellten Vorrichtungen 202, 203 und 204 zum Betätigen der Parksperre 3 liegt jeweils die gleiche Funktionalität wie der Vorrichtung 2 zugrunde. Für bau- und funktionsgleiche Bauteile der Vorrichtungen 2 und 202 bis 204 werden daher in der Beschreibung und in der Zeichnung jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei den in 2a bis 4h dargestellten und später näher beschriebenen Vorrichtungen 202, 203 und 204 zum Betätigen der Parksperre 3 ist die Federeinheit 5 zwischen einer Stirnfläche 12 des Kolbens 4 und einer der Stirnfläche 12 des Kolbens 4 zugewandten Innenseite 13 des Zylinders 6 angeordnet. Die Federeinheit 5 ist jeweils als Druckfeder ausgeführt, um die Parksperre 3 in drucklosem Zustand des Kolbens 4 einlegen zu können.
2a bis 2e zeigen jeweils eine detaillierte Einzelansicht der Vorrichtung 202 zum Betätigen der Parksperre 3 gemäß 1 in verschiedenen Betriebszuständen, die teilweise mit einem eingelegten Zustand der Parksperre 3 oder mit einem ausgelegten Zustand der Parksperre 3 korrespondieren. Die Federeinheit 5 ist bei der Vorrichtung 202 innerhalb des Zylinders 6 zwischen der Stirnfläche 12 des Kolbens 4 und der Innenseite 13 des Zylinders 6 angeordnet und als Druckfeder ausgeführt. In der in 2a gezeigten Stellung des Kolbens 4 ist die Parksperre 3 des Parksperrensystems 1 eingelegt.
Zum Auslegen der Parksperre 3 wird der Kolben 4 über einen Hydraulikanschluss 18 im Bereich einer weiteren Stirnfläche 12A mit hydraulischem Druck beaufschlagt und gegen die Federkraft der Federeinheit 5 aus der in 2a dargestellten ersten Stellung in seine in 2d und 2e dargestellte zweite Stellung überführt.
Um sowohl ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre 3 als auch ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre 3 zu vermeiden, ist die Vorrichtung 202 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise ausgeführt.
Die Vorrichtung 202 umfasst eine Sperreinheit mit einem Elektromagneten 19. Eine Ankerstange 20 des Elektromagneten 19 ist gegen die Federkraft einer Vorspannfeder 21 axial innerhalb des Kolbens 4 verschiebbar und weist zwei axial zueinander beabstandete und einander zugewandte Betätigungskonturen 22, 23 einer Verriegelungseinheit auf. Die magnetnahe Betätigungskontur 22 ist einer ersten als Kugelverrastung ausgeführten Verrastung 24 der Verriegelungseinheit zugeordnet, mittels der der Kolben 4 in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 mechanisch festsetzbar ist. Die magnetferne Betätigungskontur 23 ist einer zweiten ebenfalls als Kugelverrastung 25 ausgebildeten Verrastung der Verriegelungseinheit zugeordnet, mittels welcher der Kolben 4 in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 mechanisch festsetzbar ist.
Ein axialer Abstand X zwischen einem Fußpunkt 26 der magnetnahen Betätigungskontur 22 und einem Fußpunkt 27 der magnetfernen Betätigungskontur 23 ist so groß, dass der Kolben 4 jeweils nur von einer der Kugelverrastungen 24 oder 25 mechanisch festsetzbar ist.
Die Betätigungskonturen 22 und 23 sind wenigstens annähernd zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmig ausgebildet. Die Fußpunkte 26 und 27 der Betätigungskonturen 22 und 23 weisen jeweils die kleinsten Außendurchmesser der Betätigungskonturen 22, 23 auf. Zusätzlich steigen die Außendurchmesser der Betätigungskonturen 22, 23 jeweils ausgehend von den Fußpunkten 26 und 27 mit steigendem axialem Abstand von den Fußpunkten 26 und 27 jeweils zumindest bereichsweise stetig an, um als Kugeln ausgeführte Sperrelemente 28 bzw. 29 in vorstehend näher beschriebenem Umfang radial verstellen zu können.
Beide Kugelverrastungen 24 und 25 sind zentrisch innerhalb des Kolbens 4 angeordnet. Die Kugeln 28, 29 beider Kugelverrastungen 24, 25 sind in einer gehäusefesten Hülse 30 axial festgelegt aufgenommen, wobei axiale Bewegungen der Kugeln 28, 29 gegenüber der Hülse im Wesentlichen nicht möglich sind. Des Weiteren sind die Kugeln 28, 29 durch Abrollen an der jeweils zugeordneten Betätigungskontur 22 bzw. 23 gegenüber der Hülse 30 sowohl radial nach innen als auch radial nach außen verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben 4 bringbar. Dabei ist der Kolben 4 mit einer radialen Innennut 31 ausgeführt, in die die Kugeln 28 bzw. 29 von der Betätigungskontur 22 bzw. 23 in eingelegtem Zustand oder in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 durch die Hülse 30 hindurch in Eingriff bringbar sind.
In letztgenanntem Betriebszustand der Kugelverrastungen 24 und 25 ist der Kolben 4 in axialer Richtung der Vorrichtung 202 nicht gegenüber dem Zylinder 6 verschiebbar und weist einen sogenannten verriegelten Betriebszustand auf.
Die Ankerstange 20 ist durch Bestromen des Elektromagneten 19 aus der in 2a gezeigten Stellung in die in 2e gezeigte Stellung gegen die Federkraft der Vorspannfeder 21 führbar, um den Kolben 4 in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 zu arretieren und ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre 3 sicher zu vermeiden. Die Verriegelungseinheit ist dann von der Sperreinheit gesperrt.
In unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 hält die Vorspannfeder 21 die Ankerstange 20 in der in 2a gezeigten Stellung, wenn die Parksperre 3 eingelegt ist. Dann hält die Betätigungskontur 22 die Kugeln 28 der Kugelverrastung 24 in der radialen Innennut 31, die mit jeweils gegenüber der radialen Richtung angestellten Seitenflächen 32 und 33 ausgeführt ist. Dann ist die Verriegelungseinheit wiederum von der Sperreinheit gesperrt. Über die abgeschrägten Seitenflächen 32 und 33 der radialen Innennut 31 ist ein unerwünschtes Verkanten bzw. Klemmen der Kugelverrastungen 24 und 25 auf einfache Art und Weise verhindert.
Ergeht beispielsweise eine fahrerseitige Anforderung zum Auslegen der Parksperre 3, wird der Elektromagnet 19 entsprechend bestromt und zieht die Ankerstange 20 gegen die Federkraft der Vorspannfeder 21 aus der in 2a gezeigten Stellung in Richtung der in 2b gezeigten axialen Position. Diese axiale Verstellung der Ankerstange 20 bewirkt, dass die Kugeln 28 der Kugelverrastung 24 an der Außenseite der Betätigungskontur 22 abrollen und in Bezug auf den Kolben 4 radial nach innen aus dem Eingriff der radialen Innennut 31 des Kolbens 4 geführt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn über den Hydraulikanschluss 18 am Kolben 4 ein Hydraulikdruck anliegt, der den Kolben 4 gegen die Federeinheit 5 in die axiale Stellung verstellt, die mit dem ausgelegten Betriebszustand der Parksperre 3 korrespondiert.
Dabei ist die durch die Bestromung des Elektromagneten 19 bewirkte axiale Verstellung der Ankerstange 20 zunächst beschränkt, da die magnetferne Betätigungskontur 23 in der in 2b dargestellten Art und Weise an den radial innenliegenden Kugeln 29 zum Anliegen kommt und ein weiterer Stellweg der Ankerstange 20 in Richtung des dem Elektromagneten 19 zugewandten Endes der Ankerstange 20 verhindert wird.
Der entriegelte Kolben 4 wird vom anliegenden Hydraulikdruck entgegen der Federeinheit 5 vom Elektromagneten 19 weg verschoben. Während dieser Stellbewegung des Kolbens 4 wird die Federeinheit 5 zunehmend vorgespannt. 2c zeigt die Vorrichtung 202 im letztbeschriebenen Betriebszustand, in dem der Kolben 4 weder durch die Kugelverrastung 24 noch durch die Kugelverrastung 25 verriegelt ist. Mit weiter zunehmendem Verstellweg des Kolbens 4 nimmt der Überdeckungsgrad zwischen der radialen Innennut 31 und der Kugelverrastung 25 zu, bis die Kugeln 29 von der magnetfernen Betätigungskontur 23 durch die Hülse 30 radial nach außen in die radiale Innennut 31 führbar sind. Dabei werden die Kugeln 29 durch die nunmehr mögliche weitere axiale Stellbewegung der Ankerstange 20 in Richtung des Elektromagneten 19 von der magnetfernen Betätigungskontur 23 radial nach außen in die radiale Innennut 31 gedrückt. In diesem Betriebszustand der Vorrichtung 202 ist eine axiale Stellbewegung des Kolbens 4 durch die Kugelverrastung 25 aufgrund des bestromten Zustandes des Elektromagneten 19 gesperrt. Damit ist bei einem Druckabfall im Bereich des Hydraulikanschlusses 18 ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre 3 durch die vorgespannte Federeinheit 5 sicher vermieden.
Liegt wiederum eine Anforderung zum Einlegen der Parksperre 3 vor, wird die Bestromung des Elektromagneten 19 abgeschaltet. Dann wird die Ankerstange 20 von der Vorspannfeder 21 zunächst in die in 2d gezeigte Stellung überführt, in der eine weitere Stellbewegung der Ankerstange 20 durch Anlage der magnetnahen Betätigungskontur 22 an den Kugeln 28 der Kugelverrastung 24 begrenzt ist. In dieser Stellung der Ankerstange 20 sind die Kugeln 29 der Kugelverrastung 25 in Bezug auf den Kolben 4 radial nach innen aus dem Eingriff der radialen Innennut 31 führbar und der Kolben 4 entriegelbar. Übersteigt die Federkraft der Federeinheit 5 den am Kolben 4 über den Hydraulikanschluss 18 anliegenden Druck bzw. die daraus resultierende Stellkraft in Richtung des ausgelegten Betriebszustandes der Parksperre 3, wird der Kolben 4 in Richtung seiner in 2a gezeigten axialen Stellung überführt, die mit dem eingelegten Betriebszustand der Parksperre 3 korrespondiert.
In der in 2b gezeigten axialen Stellung des Kolbens 4 wird eine radiale Stellbewegung der Kugeln 28 durch den Kolben 4 freigegeben, da die radiale Innennut 31 dann in Überdeckung mit den Kugeln 28 ist und die Ankerstange 20 von der Vorspannfeder 21 in Richtung der Federeinheit 5 verstellbar ist. Damit ist der Kolben 4 in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 und in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 verriegelt und es wird ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre 3 verhindert.
Die Ankerstange 20 nimmt in der in 2a gezeigten Stellung eine andere axiale Position ein als in der in 2e gezeigten Stellung des Kolbens 4. Somit ist über einen dem Elektromagneten 19 zugeordneten Sensor, der beispielsweise als Hall-Sensor ausgeführt sein kann, ermittelbar, welchen Verriegelungszustand der Kolben 4 bzw. die Ankerstange 20 aufweist. Diese Möglichkeit bietet wiederum eine einfache Umsetzung verschiedener Funktionen, wie beispielsweise eine Adaption des Sensors in ausgelegtem Betriebszustand der Parksperre 3. Dabei ist der Parksperre 3 auch ein Sensor 34 zugeordnet, der beispielsweise ein Hall-Sensor ist. Über den Sensor 34 sind auf einfache Art und Weise sowohl der eingelegte Betriebszustand als auch der ausgelegte Betriebszustand der Parksperre 3 ermittelbar.
Zusätzlich hierzu oder alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass dem Elektromagneten 19 ein Sensor zugeordnet ist, dessen Wirkungsweise bzw. Funktionsweise aus DE 10 2016 221 477 A1 bekannt ist. Dieser Sensor umfasst einen Zweipunktregler zum Betreiben eines Aktors und ein Ermittlungsmittel. Das Ermittlungsmittel ist ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf des von dem Zweipunktregler ausgegebenen Ansteuerungssignals zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. Hierbei entspricht der Aktor dem Elektromagneten 19 und das Ansteuerungssignal dem Betätigungsstrom des Elektromagneten 19. Das bedeutet, dass über einen derartigen Sensor in Abhängigkeit des jeweils ausgegebenen Betätigungsstroms sowie der sich im Bereich einer Spule des Elektromagneten 19 einstellenden Spulenstromes die aktuelle axiale Position der Ankerstange 20 ermittelbar ist. Mittels eines Abgleichs der Sensorsignale des Sensors und des Sensors 34 ist wiederum eine gegenseitige Plausibilisierung der Sensorsignale möglich.
Mittels der vorbeschriebenen Vorrichtung 202 ist die Genauigkeit des zur Ermittlung der axialen Stellung der Ankerstange 20 bzw. des Kolbens 4 und somit auch des Betriebszustandes der Vorrichtung 2 vorgesehenen Sensors über eine entsprechende Adaption im Fahrzeugbetrieb auf einfache Art und Weise verbesserbar. Eine solche Adaption ist prinzipiell in beiden Verriegelungspositionen des Kolbens 4 durchführbar.
Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Verrastungen der Verriegelungseinheit anstelle der als Kugeln ausgeführten Sperrelemente mit Sperrelementen auszubilden, die als sogenannte Federarme ausgeführt sind. Die Federarme stehen schwenkbar mit dem Zylinder 6 in Wirkverbindung und weisen vorzugsweise ein hakenartiges Ende auf. Derartige Sperrelemente sind beispielsweise aus der EP 1 960 701 B1 bekannt und über die Betätigungskonturen 22 und 23 radial nach außen verschwenkbar, um eine Stellbewegung des Kolbens 4 zu verhindern oder in eingeschwenktem Zustand freizugeben.
3a bis 3e zeigen eine weitere Vorrichtung 203 in verschiedenen Betriebszuständen, mittels welcher die Parksperre 3 betätigbar ist. Die Vorrichtung 203 umfasst einen Kolben 4, der längsbeweglich in einem Zylinder 6 angeordnet ist. Der Kolben 4 ist im Bereich einer Stirnfläche 12A ausgehend von einem Hydraulikanschluss 18 und entgegen der Federkraft einer Federeinheit 5 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar. Bei entsprechendem Druck ist eine Kolbenstange 7 aus der in 3a gezeigten Stellung, die mit dem eingelegten Zustand der Parksperre 3 korrespondiert, in die in 3e gezeigte Stellung überführbar, in der die Parksperre 3 ausgelegt ist.
Auf einer Ankerstange 20 einer Sperreinheit sind zwischen zwei Anschlägen 35 und 36 der Ankerstange 20 zwei Betätigungselemente 37 und 38 einer Verriegelungseinheit axial verschieblich gelagert. Zwischen den beiden Betätigungselementen 37 und 38 ist eine weitere Vorspannfeder 39 eingespannt.
Das magnetnahe Betätigungselement 37 weist eine einem Elektromagneten 19 der Sperreinheit zugewandte Betätigungskontur 22 auf, die einer Kugelverrastung 24 der Verriegelungseinheit zugeordnet ist. Mittels der Kugelverrastung 24 ist der Kolben 4 in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 mechanisch festsetzbar. Zusätzlich weist das magnetferne Betätigungselement 38 eine dem Elektromagneten 19 abgewandte Betätigungskontur 23 auf, die einer weiteren Kugelverrastung 25 zugeordnet ist. Mittels der weiteren Kugelverrastung 25 ist der Kolben 4 in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 mechanisch festsetzbar.
Beide Kugelverrastungen 24 und 25 sind zentrisch innerhalb des Kolbens 4 angeordnet. Dabei sind Kugeln 28 und 29 der Kugelverrastungen 24 und 25 in einer gehäusefesten Hülse 30 axial festgelegt aufgenommen, wobei axiale Bewegungen der Kugeln 28, 29 durch die Hülse 30 weitgehend unterbunden sind. Die Kugeln 28 und 29 sind durch Abrollen an der jeweils zugeordneten Betätigungskontur 22 bzw. 23 der Betätigungselemente 37 und 38 jeweils radial gegenüber der Hülse 30 verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben 4 bringbar.
Die Komponenten der Vorrichtung 203 sind hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt, dass die magnetferne Betätigungskontur 23 bzw. das magnetferne Betätigungselement 38 in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 eine radiale Bewegung der Kugeln 29 der zugeordneten Kugelverrastung 25 in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 sperrt und in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 freigibt. Des Weiteren ist die Abstimmung derart, dass die Betätigungskontur 22 des magnetnahen Betätigungselementes 37 in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 eine radiale Bewegung der Kugeln 28 der zugeordneten Kugelverrastung 24 in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 sperrt und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 freigibt.
Dabei weisen der Kolben 4, die Ankerstange 20 und die beiden Betätigungselemente 37 und 38 in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 sowie in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 die in 3a gezeigten axialen Stellungen auf. Die Kugeln 29 der Kugelverrastung 25 sind dann von dem magnetfernen Betätigungselement 38 radial nach außen durch die Hülse 30 in eine radiale Innennut 46 des Kolbens geschoben. Dann ist der Kolben 4 gegenüber dem Zylinder 6 verriegelt und axial nicht verschiebbar. Das bedeutet, dass der Kolben 4 weder von der Federeinheit 5 in Richtung des eingelegten Zustandes der Parksperre 3 noch von dem über den Hydraulikanschluss 18 anliegenden Hydraulikdruck in Richtung des ausgelegten Betriebszustandes der Parksperre 3 verschiebbar ist. In diesem Betriebszustand der Vorrichtung 203 liegt das magnetferne Betätigungselement 38 am Anschlag 36 an, während das magnetnahe Betätigungselement 37 von der weiteren Vorspannfeder 39 gegen den Anschlag 35 gedrückt ist.
Bei Vorliegen einer Anforderung zum Auslegen der Parksperre 3 wird der Elektromagnet 19 bestromt. Durch die dann an der Ankerstange 20 anliegende Magnetkraft des Elektromagneten 19 wird die Ankerstange 20 gegen die Federkraft der Vorspannfeder 21 in Richtung des Elektromagneten 19 angezogen und in die in 3b gezeigte axiale Stellung überführt. Da das magnetnahe Betätigungselement 37 an den radial nicht verschiebbaren Kugeln 28 der Kugelverrastung 24 anliegt, hebt der Anschlag 35 vom Betätigungselement 37 ab. Gleichzeitig wird das Betätigungselement 38 vom Anschlag 36 gemeinsam mit der Ankerstange 20 axial in Richtung des Elektromagneten 19 verstellt. Dadurch wird die weitere Vorspannfeder 39 zwischen den beiden Betätigungselementen 37 und 38 gestaucht bzw. vorgespannt.
In der in 3b gezeigten axialen Stellung des magnetfernen Betätigungselementes 38 sind die Kugeln 29 gegenüber der Hülse 30 radial nach innen verstellbar und somit aus dem Eingriff mit der radialen Innennut 46 des Kolbens 4 führbar. Das bedeutet, dass die Kugelverrastung 25 den Kolben 4 in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 und in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 eine axiale Stellbewegung des Kolbens 4 freigibt, die vom Elektromagneten 19 weggerichtet ist.
Eine solche Stellbewegung führt der Kolben 4 aus, wenn der über den Hydraulikanschluss 18 anliegende Hydraulikdruck bzw. die daraus resultierende und am Kolben in Richtung des ausgelegten Zustands der Parksperre 3 angreifende Stellkraft größer ist als die Federkraft der Federeinheit 5. Ist dies der Fall, wird der Kolben 4 gegen die Federkraft der Federeinheit 5 aus der in 3b gezeigten axialen Stellung in die in 3c gezeigte axiale Position überführt, wobei dadurch mit dem Auslegen der Parksperre 3 begonnen wird.
Wird der Kolben 4 weiter in axialer Richtung verstellt, steigt der axiale Abstand zwischen dem Elektromagneten 19 und dem Kolben 4 sowie der damit verbundenen Kolbenstange 7 an, bis der Kolben 4 die in 3d gezeigte axiale Position aufweist. Die letztbeschriebene axiale Position des Kolbens 4 korrespondiert mit dem ausgelegten Betriebszustand der Parksperre 3. In dieser Stellung des Kolbens 4 befindet sich eine weitere radiale Innennut 45 des Kolbens 4 in Überdeckung mit den Kugeln 28 der Kugelverrastung 24. In dieser Stellung des Kolbens 4 sind die Kugeln 28 in radialer Richtung nach außen durch die Hülse 30 in die radiale Innennut 46 führbar und stehen somit in Eingriff mit dem Kolben 4. Dieser Zustand ist in 3e gezeigt.
Dabei werden die Kugeln 28 durch die vorgespannte weitere Vorspannfeder 39, die das magnetnahe Betätigungselement 37 in Richtung des Anschlages 35 verstellt, radial nach außen geschoben und der Kolben 4 sowie die Kolbenstange 7 durch die magnetnahe Kugelverrastung 24 in gewünschtem Umfang verriegelt bzw. verrastet. Dadurch wird in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre 3 verhindert.
Liegt wiederum eine entsprechende Anforderung zum Einlegen der Parksperre 3 vor, wird die Bestromung des Elektromagneten 19 abgeschaltet. Dies führt dazu, dass die Ankerstange 20 gemeinsam mit den Betätigungselementen 37 und 38 von der Vorspannfeder 21 axial vom Elektromagneten 19 weg verstellt werden. Dabei sind die Federkonstanten der Vorspannfedern 21 und 39 derart aufeinander abgestimmt, dass dann ein Fußpunkt 26 der Betätigungskontur 22 des magnetnahen Betätigungselementes 37 unterhalb der Kugeln 28 der Kugelverrastung 24 angeordnet ist und die Kugeln 28 radial nach innen aus dem Eingriff mit der radialen Innennut 45 führbar sind.
Damit ist der Kolben 4 in ausgelegtem Betriebszustand der Parksperre 3 und in stromlosem Zustand des Elektromagneten 19 entriegelt. Die Parksperre 3 ist von der Federeinheit 5 in den eingelegten Betriebszustand überführbar, wenn im Bereich des Hydraulikanschlusses 18 ein entsprechender Hydraulikdruck anliegt. Anschließend verrastet die Kugelverrastung 25 den Kolben 4 in dem 3a dargestellten Umfang, um wiederum ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre 3 zu vermeiden.
Die Vorrichtung 203 weist gegenüber der Vorrichtung 202 den Vorteil auf, dass der Elektromagnet 19 der Vorrichtung 203 kleiner ausführbar ist als der Elektromagnet der Vorrichtung 202. Dies ist der Fall, da vom Elektromagnet 19 der Vorrichtung 203 für die Verstellung der Ankerstange 20 geringere Magnetkräfte aufzubringen sind als bei der Vorrichtung 202. Falls der Elektromagnet 19 der Vorrichtung 203 mit der gleichen Leistungsfähigkeit ausgelegt wird wie der Elektromagnet 19 der Vorrichtung 202, weist der Elektromagnet 19 der Vorrichtung 203 größere Kraftreserven auf als der Elektromagnet 19 der Vorrichtung 202.
Im Unterschied dazu kann anhand der Position der Ankerstange 20 der Vorrichtung 203 nicht direkt auf den Verriegelungszustand des Kolbens 4 in der jeweiligen Parksperrenposition geschlossen werden. Deshalb sind zur Überprüfung, ob der Kolben 4 aktuell von den Kugelverrastungen 25 oder 26 verriegelt ist oder nicht, mindestens zwei Sensoren notwendig.
Die radialen Innennuten 45 und 46 sind mit jeweils gegenüber der radialen Richtung angestellten Seitenflächen 32A, 33A und 32B, 33B ausgeführt. Über die abgeschrägten Seitenflächen 32A, 33A und 32B, 33B der radialen Innennuten 45, 46 ist ein unerwünschtes Verkanten bzw. Klemmen der Kugelverrastungen 24 und 25 auf einfache Art und Weise verhindert.
4a bis 4h zeigen verschiedene Betriebszustände einer weiteren Vorrichtung 204 zur Betätigung der Parksperre 3 mit einem Aktor, der einen Kolben 4 umfasst, der in einem Zylinder 6 des Aktors längsverschieblich angeordnet ist. Dabei weist der Kolben 4 in dem in 4a dargestellten Betriebszustand der Vorrichtung 204 eine axiale Stellung auf, in der die Parksperre 3 eingelegt ist. Im Unterschied dazu zeigt 4e den Kolben 4 in einer zweiten Endlage, in der die Parksperre 3 ausgelegt ist. Sowohl in dem in 4a gezeigten Betriebszustand der Vorrichtung 204 als auch in dem in 4e gezeigten Betriebszustand der Vorrichtung 204 ist der Kolben 4 über eine Kugelverrastung 50 einer Verriegelungseinheit verriegelt bzw. nicht axial verschieblich gehalten. Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 sind in einer gehäusefesten Hülse 30 axial festgelegt aufgenommen, wobei axiale Bewegungen der Kugeln 51 gegenüber der Hülse 30 im Wesentlichen nicht möglich sind.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 204 zum Betätigen der Kugelverrastung 50 ein Betätigungselement 53, das fest auf einer axial verschieblichen Ankerstange 20 eines Elektromagneten 19 einer Sperreinheit angeordnet ist. Das Betätigungselement 53 ist zwischen zwei Vorspannfedern 55, 56 eingespannt, die sich am Gehäuse 54 bzw. an der damit fest verbundenen Hülse 30 abstützen. Zusätzlich umfasst das Betätigungselement 53 zwei einander zugewandte Betätigungskonturen 22, 23, deren Fußpunkte 26, 27 im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie ein zylindrischer Zwischenbereich 61 des Betätigungselementes 53 aufweisen, der zwischen den Betätigungskonturen 22 und 23 ausgebildet ist. Die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 werden durch die Betätigungskonturen 22 und 23 des Betätigungselementes 53 in der später näher beschriebenen Art und Weise gegenüber der Hülse 30 radial verstellt, um den Kolben 4 zu verrasten oder eine axiale Stellbewegung des Kolbens 4 gegenüber dem Zylinder 6 freizugeben.
Neben dem Elektromagnet 19 umfasst die Vorrichtung 204 einen Permanentmagneten 62, mittels welchem die Ankerstange 20 in unbestromtem Zustand des Elektromagneten 19 in der in 4a gezeigten axialen Position haltbar ist. Dabei liegt die Ankerstange 20 mit ihrer dem Permanentmagneten 62 zugeordneten Stirnfläche 63 im Wesentlichen spaltfrei am Permanentmagneten 62 an.
In dem in 4a gezeigten Zustand der Vorrichtung 204 werden die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 von der Betätigungskontur 23 des Betätigungselementes 53 radial in einer radialen Innennut 45 des Kolbens 4 gehalten. Die Kugeln 51 stehen formschlüssig in Eingriff mit dem Kolben 4 und verriegeln diesen. Somit ist die radiale Innennut 45 dem eingelegten Betriebszustand der Parksperre 3 zugeordnet.
Der Kolben 4 ist im Bereich einer Stirnfläche 12A über einen Hydraulikanschluss 18 mit hydraulischem Druck beaufschlagbar, der gegen eine Federkraft einer am Kolben 4 angreifenden Federeinheit 5 wirkt. In dem in 4a dargestellten Betriebszustand der Vorrichtung 204 ist der am Kolben 4 anliegende hydraulische Druck derart, dass der Kolben 4 von der Federeinheit 5 gegen einen mechanischen Anschlag 65 eines Gehäuses 54 gedrückt ist. In diesem Betriebszustand liegen die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 an einer Seitenfläche 32A der radialen Innennut 45 an. Zusätzlich liegt die Ankerstange 20 in drucklosem Zustand des Kolbens 4 und in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 mit ihrem Ende 67, das dem Elektromagneten 19 abgewandt ist, am Kolben 4 an und wird somit zusätzlich vom Kolben 4 in einem Zustand gehalten, in dem der Kolben 4 verriegelt ist.
Liegt eine Anforderung zum Auslegen der Parksperre 3 vor, wird zunächst der am Kolben 4 über den Hydraulikanschluss 18 anliegende Druck erhöht. Dies führt dazu, dass der Kolben 4 aus der in 4a gezeigten axialen Stellung in die in 4b gezeigte Stellung überführt wird, in der die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 an einer weiteren Seitenfläche 32B der radialen Innennut 45 zum Anliegen kommen. Wenn der Kolben 4 weiter in Richtung der Federeinheit 5 verschoben wird, kommen die Kugeln 51 zusätzlich an einer Fläche 69 der Hülse 30 zum Anliegen und der Kolben 4 ist nicht weiter in Richtung der Federeinheit 5 verstellbar. Dann ist ein Abstand zwischen dem Kolben 4 und der Stirnfläche bzw. dem Ende 67 der Ankerstange 20 derart, dass der notwendige Ankerfreigang für die Betätigung des Betätigungselementes 53 zur Verfügung steht, um den Kolben 4 entriegeln zu können.
Dabei wird der vorstehend näher beschriebene Ankerfreigang über eine entsprechende Auslegung des axialen Abstands zwischen den beiden Seitenflächen 32A und 32B der radialen Innennut 45 realisiert.
Der im Bereich der radialen Innennut 45 realisierte sogenannte axiale Überhub des Kolbens 4 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 204 größer oder gleich der Hälfte des gesamten axialen Stellweges der Ankerstange 20.
Um den Kolben in der in 4b gezeigten Stellung entriegeln zu können, wird der Elektromagnet 19 bestromt. Die Bestromung des Elektromagneten 19 schwächt den permanentmagnetisch aktivierten Magnetkreis 70 des Permanentmagneten 62. Dabei sind der Permanentmagnet 62 und der Elektromagnet 19 so zueinander positioniert, dass der Magnetkreis 70 in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 durch eine geeignete partielle gemeinsame magnetische Flussführung mit dem elektromagnetisch aktivierbaren Magnetkreis 71 in seiner Reluktanzwirkung an der Ankerstange 20 beeinflusst wird. Die Beeinflussung des Magnetkreises 70 des Permanentmagneten 62 durch den elektromagnetischen Magnetkreis 71 ist dann derart, dass die Magnetkraft des Permanentmagneten 62 durch den Elektromagneten 19 reduziert bzw. geschwächt wird.
Das Betätigungselement 53 ist in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 gemeinsam mit der Ankerstange 20 von der vorgespannten Vorspannfeder 55 gegen die Federkraft der weiteren Vorspannfeder 56 und gegen die abgeschwächte Magnetkraft des Permanentmagneten 62 in Richtung des Kolbens 4 verschiebbar. Dabei wird die Ankerstange 20 so weit verschoben, bis diese vorliegend in dem in 4c dargestellten Umfang mit ihrem Ende 67 am Kolben 4 anliegt. Dieser axiale Stellweg der Ankerstange 20 und des Betätigungselementes 53 gegenüber der Hülse 30 führt dazu, dass der zylindrische Zwischenbereich 61 des Betätigungselementes 53 unterhalb der Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 liegt. Dann sind die Kugeln 51 radial nach innen aus dem Eingriff mit dem Kolben 4 führbar. Damit ist der Kolben 4 in bestromtem Zustand des Elektromagneten 19 und in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 entriegelt und kann vom anliegenden hydraulischen Druck gegen die Federeinheit 5 in axialer Richtung verstellt werden, um die Parksperre 3 auszulegen.
Des Weiteren wird der Magnetkreis 70 des Permanentmagneten 62 durch den Magnetkreis 71 des Elektromagneten 19 in einem solchen Umfang geschwächt bzw. abgesenkt, dass das Betätigungselement 53 durch das sich einstellende Kräftegleichgewicht zwischen den beiden Vorspannfedern 55 und 56 in der für die Entriegelung des Kolbens 4 erforderlichen Zwischenstellung verbleibt. Dabei ist der sogenannte Abfallstrom des Magnetkreises 71 des Elektromagneten 19, der zur Kompensation des Magnetkreises 70 des Permanentmagneten 62 am Elektromagneten 19 angelegt wird, kleiner als der sogenannte Anzugstrom des Magnetkreises 71. Der Anzugstrom ist am Elektromagnet 19 anzulegen, um den Kolben 4 in später beschriebenem Umfang in ausgelegtem Betriebszustand der Parksperre 3 verriegeln zu können. Damit wird wiederum auf einfache Art und Weise verhindert, dass die Ankerstange 20 vom anliegenden Haltestrom nicht in ihre zweite Verriegelungsposition übergeht, in der der Kolben 4 im ausgelegten Zustand der Parksperre 3 verriegelt wird.
Sobald der Kolben 4 die in 4d gezeigte axiale Position erreicht, ist die Parksperre 3 ausgelegt. In dieser Stellung des Kolbens 4 befinden sich die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 axial in Deckung mit einer weiteren radialen Innennut 46. Um den Kolben 4 in dieser axialen Stellung über die Kugelverrastung 50 wiederum gegen ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre 3 verriegeln zu können, wird der Anzugstrom des Elektromagneten 19 entsprechend eingestellt. Dies bewirkt, dass die Ankerstange 20 entgegen der Federkraft der Vorspannfeder 56 axial in die in 4e dargestellte Position verstellt wird, in der die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 von der Betätigungskontur 22 radial nach außen in den Eingriff der radialen Innennut 46 geführt sind und den Kolben 4 verriegeln. In dieser Endlage der Ankerstange 20 kann der Anzugstrom des Elektromagneten 19 nach der Aktivierung der Verriegelung des Kolbens 4 auf einen sogenannten Haltestrom reduziert werden, womit ein Energieaufwand zum Verriegeln des Kolbens 4 in ausgelegtem Zustand der Parksperre 3 gering ist.
Die radialen Innennuten 45 und 46 sind mit den jeweils gegenüber der radialen Richtung angestellten Seitenflächen 32A, 33A und 32B, 33B ausgeführt. Über die abgeschrägten Seitenflächen 32A, 33A und 32B, 33B der radialen Innennuten 45, 46 ist ein unerwünschtes Verkanten bzw. Klemmen der Kugelverrastung 51 auf einfache Art und Weise verhindert.
Liegt wiederum eine Anforderung zum Einlegen der Parksperre 3 vor, wird der am Kolben 4 anliegende Druck abgesenkt bzw. abgeschaltet. Zusätzlich wird die Bestromung des Elektromagneten 19 abgeschaltet. Dies führt dazu, dass das Betätigungselement 53 von der vorgespannten Vorspannfeder 56 in die in 4f dargestellte Mittelstellung verstellt wird, in der sich die Kugeln 51 der Kugelverrastung 50 wiederum axial in Überdeckung mit dem zylindrischen Zwischenbereich 61 befinden und radial aus dem Eingriff mit dem Kolben 4 bzw. der radialen Innennut 46 führbar sind.
Dabei ist die Federkonstante der Vorspannfeder 56 größer als die Federkonstante der Vorspannfeder 55. Dadurch wird gewährleistet, dass die Ankerstange 20 durch die Trägheit bzw. eine zusätzlich an der Ankerstange 20 angreifende Kraft beim Entriegeln unter Last nicht in die permanentmagnetische Endlage fällt, in der die Ankerstange 20 am Permanentmagneten 62 anliegt. Gleichzeitig ist die Vorrichtung 204 so abgestimmt, dass die Ankerstange 20 auch nicht vom Permanentmagneten 62 aus der Mittelstellung heraus in die permanentmagnetische Endlage verstellt wird.
Die Verriegelung des Kolbens 4 erfolgt in eingelegtem Zustand der Parksperre 3 letztendlich durch die axiale Verstellung des Kolbens 4 in Richtung des Elektromagneten 19, der ab einem definierten axialen Stellweg in der in 4g gezeigten Art und Weise am Ende 67 der Ankerstange 20 anliegt. Dadurch wird die Ankerstange 20 gemeinsam mit dem Kolben 4 von der Federeinheit 5 in Richtung des Permanentmagneten 62 verstellt, bis der Kolben 4 und die Ankerstange 20 die in 4h dargestellten Endlagen erreichen. In dieser Endlage wird die Ankerstange 20 wiederum permanentmagnetisch durch den Magnetkreis 70 des Permanentmagneten 62 gehalten und der Kolben 4 ist in gewünschtem Umfang verriegelt.
Um die an der Ankerstange 20 anliegenden Lasten zu begrenzen, wenn die Ankerstange 20 mit ihrem Ende 67 in Kontakt mit dem Kolben 4 steht, kann im Bereich des Kolbens 4 ein in 4a gezeigter optionaler Toleranzausgleich 72 vorgesehen sein, der eine Federeinheit 73 aufweist. Über die Feder 73 werden im Bereich der Ankerstange 20 angreifende Axialkräfte, die durch Fertigungstoleranzen unerwünscht hohe Werte annehmen können, auf konstruktiv einfache Art und Weise begrenzt.
Der Toleranzausgleich 72 ermöglicht ein Eintauchen der Ankerstange 20 mit ihrem Ende 67 in den Kolben 4 bzw.in die Kolbenstange 7. Dabei ist die Abstimmung der Federkonstante der Federeinheit 73 in Bezug auf die Federkonstanten der Vorspannfedern 55 und 56 derart, dass die vorbeschriebene Betätigung der Verriegelung des Kolbens 4 durch die Federeinheit 73 nicht beeinflusst wird und lediglich ein Überlastschutz der Vorrichtung 204 realisiert ist.
Bezugszeichenliste

1: Parksperrensystem
2, 202 bis 204: Vorrichtung
3: Parksperre
4: Kolben
5: Federeinheit
6: Zylinder
7: Kolbenstange
8: Umlenkmechanismus
9: Drehscheibe
10: Bolzen
11: Gehäuse
12: Stirnfläche des Kolbens
12A: weitere Stirnfläche des Kolbens
13: Innenseite des Zylinders
14: Parksperrenstange
15: Parksperrenkonus
16: Parksperrenklinke
17: Parksperrenrad
18: Hydraulikanschluss
19: Elektromagnet
20: Ankerstange
21: Vorspannfeder
22: Betätigungskontur
23: Betätigungskontur
24: Verrastung, Kugelverrastung
25: Verrastung, Kugelverrastung
26: Fußpunkt der Betätigungskontur 22
27: Fußpunkt der Betätigungskontur 23
28: Sperrelement, Kugel der Kugelverrastung 24
29: Sperrelement, Kugel der Kugelverrastung 25
30: Bauteil, Hülse
31: radiale Innennut
32, 33: Seitenfläche der radialen Innennut 31
32A bis 33B: Seitenflächen der radialen Innennuten 45 und 46
34: Sensor
35: Anschlag
36: Anschlag
37: Betätigungselement
38: Betätigungselement
39: weitere Vorspannfeder
45: radiale Innennut
46: radiale Innennut
50: Kugelverrastung
51: Kugel der Kugelverrastung 50
53: Betätigungselement
54: Gehäuse
55: Vorspannfeder
56: weitere Vorspannfeder
61: zylindrischer Zwischenbereich des Betätigungselementes 53
62: Permanentmagnet
63: Stirnseite der Ankerstange
65: Anschlag
67: Ende der Ankerstange
69: Fläche der Hülse
70: Magnetkreis des Permanentmagneten
71: Magnetkreis des Elektromagneten
72: Toleranzausgleich
73: Federeinheit
X: axialer Abstand der Fußpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1960701 B1 [0028, 0054]
DE 102016221477 A1 [0052]

Claims

Vorrichtung (2; 202; 203; 204) mit einem Aktor (4, 6), der in wenigstens zwei unterschiedliche Betriebszustände überführbar ist, wobei der Aktor (4, 6) über eine Verriegelungseinheit (24, 25; 50) in beiden Betriebszuständen verriegelbar ist, die mittels einer elektrisch betätigbaren Sperreinheit (19, 20) in einem den Aktor (4 ,6) verriegelnden Zustand sperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4 ,6) in unbestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) von der Verriegelungseinheit (24, 25; 50) in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar ist, die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) in bestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) den Aktor (4, 6) im ersten Betriebszustand freigibt, der Aktor (4, 6) in bestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) in seinem zweiten Betriebszustand von der Verriegelungseinheit (24, 25; 50) verriegelt haltbar ist und die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) in unbestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) den Aktor (4, 6) im ersten Betriebszustand freigibt, oder der Aktor (4, 6) in bestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) von dieser in seinem ersten Betriebszustand verriegelt haltbar ist, die Sperreinheit (19, 20) in unbestromtem Zustand den Aktor (4, 6) im ersten Betriebszustand freigibt, der Aktor (4, 6) in unbestromtem Zustand der Sperreinheit (19, 20) in seinem zweiten Betriebszustand von der Verriegelungseinheit (24, 25; 50) verriegelt haltbar ist und die Sperreinheit (19, 20) in bestromtem Zustand die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) entriegelt und die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) den Aktor (19, 20) im zweiten Betriebszustand freigibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (19, 20) als eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt ist, die einen Kolben (4) umfasst, der in einem Zylinder (6) längsverschieblich angeordnet ist, wobei eine Stellbewegung des Kolbens (4) gegenüber dem Zylinder (6) über die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) verriegelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (24, 25; 50) wenigstens ein bewegbares Verriegelungselement (28, 29; 51) und wenigstens ein damit zusammenwirkendes Sperrelement (22, 23; 37, 38; 53) umfasst, wobei das Verriegelungselement (22, 23; 37, 38; 53) vom Sperrelement (22, 23; 37, 38; 53) in eine die Bewegung des Kolbens (4) gegenüber dem Zylinder (6) sperrenden Betriebszustand überführbar und haltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (19, 20) eine Bewegung des Verriegelungselementes (28, 29; 51) in bestromtem oder in unbestromtem Zustand sperrt oder freigibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit einen Elektromagneten (19) und einen innerhalb des Elektromagneten (19) verschiebbar ausgeführten Anker umfasst, wobei der Anker über ein Verbindungselement (20) mit dem Sperrelement (22, 23; 37, 38; 53) verbunden ist und das Sperrelement (22, 23; 37, 38; 53) von einer Federeinrichtung (21; 21, 39 ;55, 56) in Richtung einer Stellung angefedert ist, in der das Sperrelement (22, 23; 37, 38; 53) einen Betriebszustand aufweist, in dem die Bewegung des Kolbens (4) gegenüber dem Zylinder (6) vom Verriegelungselement (28, 29; 51) gesperrt oder freigegeben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) zumindest in eine Stellrichtung hydraulisch und/oder pneumatisch verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) zumindest in eine Stellrichtung angefedert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (28, 29; 51) als eine Kugel oder als ein schwenkbarer Federarm ausgeführt ist.