DE102019218981A1

DE102019218981A1 - Vorrichtung zum Verriegeln einer Kolbenstange eines zum Auslegen einer Parksperre mit Druck beaufschlagbaren und zum Einlegen der Parksperre angefederten Kolbens eines Aktors

Info

Publication number: DE102019218981A1
Application number: DE102019218981.4A
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
Also published as: US11143299B2; US20210172521A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (203) zum Verriegeln einer Kolbenstange (7) eines zum Auslegen einer Parksperre (3) mit Druck beaufschlagbaren Kolbens (4) eines Aktors beschrieben. Ein elektrisch betätigbarer Elektromagnet (19) umfasst eine axial gegen eine erste Vorspannfeder (21) bewegliche Ankerstange (20), auf der zwischen zwei Anschlägen (35, 36) der Ankerstange (20) zwei Betätigungselemente (37, 38) axial verschieblich gelagert sind. Eine zweite Vorspannfeder (39) ist axial zwischen den beiden Betätigungselementen (37, 38) eingespannt. Die Betätigungselemente (37, 38) weisen jeweils Betätigungskonturen (22) auf, die Verrastungen (24, 25) zugeordnet sind, mittels der der Kolben (4) in ausgelegtem und in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) mechanisch festsetzbar ist. Die Komponenten der Vorrichtung (203) sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Kolben (4) in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten (19) gesperrt und in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) freigegeben ist und in ausgelegtem Zustand der Parksperre (3) und in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) gesperrt und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten (19) freigegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verriegeln einer Kolbenstange eines zum Auslegen einer Parksperre mit Druck beaufschlagbaren und zum Einlegen der Parksperre angefederten Kolbens eines Aktors.
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 zum Verriegeln einer Kolbenstange eines zum Auslegen einer Parksperre mit Druck beaufschlagbaren und zum Einlegen der Parksperre angefederten Kolbens eines Aktors umfasst einen elektrisch betätigbaren Elektromagnet. Eine Ankerstange des Elektromagneten ist axial gegen die Federkraft einer ersten Vorspannfeder längsbeweglich ausgeführt. Des Weiteren sind auf der Ankerstange zwischen zwei Anschlägen der Ankerstange zwei Betätigungselemente axial verschieblich gelagert. Eine zweite Vorspannfeder ist axial zwischen den beiden Betätigungselementen eingespannt.
Das magnetnahe Betätigungselement weist eine dem Elektromagnet zugewandte Betätigungskontur auf, die einer ersten Verrastung zugeordnet ist. Mittels der ersten Verrastung ist der Kolben in ausgelegtem Zustand der Parksperre mechanisch festsetzbar. Das magnetferne Betätigungselement weist eine dem Elektromagnet abgewandte Betätigungskontur auf, die einer zweiten Verrastung zugeordnet ist, mittels der der Kolben in eingelegtem Zustand der Parksperre mechanisch festsetzbar ist.
Beide Verrastungen sind zentrisch innerhalb des Kolbens angeordnet und Sperrelemente beider Verrastungen sind in einem gehäusefesten Bauteil axial festgelegt aufgenommen. Die Sperrelemente der Verrastungen sind von der jeweils zugeordneten Betätigungskontur radial gegenüber dem Bauteil verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben bringbar.
Die Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte aufeinander abgestimmt. Dabei ist die Abstimmung derart, dass die magnetferne Betätigungskontur eine Bewegung der Sperrelemente der zugeordneten Verrastung in eingelegtem Zustand der Parksperre und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten sperrt und in bestromtem Zustand des Elektromagneten freigibt. Des Weiteren ist die Abstimmung derart, dass die magnetnahe Betätigungskontur eine Bewegung der Sperrelemente der zugeordneten Verrastung in ausgelegtem Zustand der Parksperre und in bestromtem Zustand des Elektromagneten sperrt und in ausgelegtem Zustand der Parksperre und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten freigibt.
Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Parksperrendesign ist die Parksperre sowohl in ausgelegtem Zustand und in bestromtem Zustand einer Sperreinheit, die die Verrastungen, die Ankerstange und den Elektromagnet umfasst, als auch in eingelegtem Zustand und in unbestromtem Zustand der Sperreinheit verriegelt.
Des Weiteren wird die Parksperre bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrendesign in eingelegtem Zustand und in bestromtem Zustand der Sperreinheit entriegelt und in ausgelegtem Zustand und in unbestromtem Zustand der Sperreinheit entriegelt.
Somit wird ein vom Zustand der Parksperre abhängiges Verriegelungskonzept bzw. eine sogenannte hybride Parksperreneinheit zur Verfügung gestellt, die die nachfolgend näher beschriebenen Anforderungen erfüllt.
Ein sogenannter Remote-Start einer Antriebsmaschine eines Fahrzeuges, dessen Abtrieb mit der Parksperre sperrbar bzw. haltbar ist, ist ohne elektrische Energieversorgung des Elektromagneten der Sperreinheit möglich, da die Parksperre in unbestromtem Zustand der Sperreinheit in eingelegtem Zustand verriegelt gehalten wird.
Des Weiteren sind sicherheitskritische Situationen eines mit dem erfindungsgemä-ßen Parksperrensystem ausgeführten Fahrzeuges auch bei einem Wegfall der Spannungsversorgung des Getriebes bzw. bei einem Ausfall der Versorgungsspannung der Sperreinheit gegeben, da die Parksperre in ausgelegtem Zustand entriegelt wird, wenn die Sperreinheit bzw. deren Elektromagnet in unbestromtem Zustand vorliegt.
Darüber hinaus ist ein Wechsel ausgehend vom ausgelegtem Zustand der Parksperre in den eingelegten Zustand im Vergleich zu bekannten Parksperrensystemen ohne Bestromung der Sperreinheit sowie eine anschließende Verriegelung der Parksperre in eingelegtem Zustand möglich. Damit ist im Fehlerfall wiederum ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre auf einfache Art und Weise verhindert.
Zusätzlich ist die Parksperre in ausgelegtem Zustand mittels geringem elektrischen Energieaufwand durch die Sperreinheit verriegelt haltbar und gegen ein unerwünschtes Einlegen der Parksperre gesichert.
Die Verriegelung der Parksperre ist in eingelegtem Zustand auf einfache Art und Weise durch Bestromung der Spule des Elektromagneten der Sperreinheit deaktivierbar und somit anforderungsgemäß auslegbar.
Bei einer mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Komponenten hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ankerstange und das magnetferne Betätigungselement in stromlosem Zustand des Elektromagneten und in eingelegtem Zustand der Parksperre von den Vorspannfedern in definierten axialen Stellungen gehalten werden. Dann weist die Vorrichtung einen Betriebszustand auf, in der die Sperrelemente der Verrastung, die dem magnetfernen Betätigungselement zugeordnet sind, in den Kolben eingreifen und eine axiale Stellbewegung des Kolbens sperren.
Die Komponenten sind bei einer weiteren mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt, dass die Ankerstange und das magnetferne Betätigungselement in bestromtem Zustand des Elektromagneten und in eingelegtem Zustand der Parksperre vom Elektromagnet gegen die Vorspannfedern in definierten axialen Stellungen gehalten werden. Dann weist die Vorrichtung einen Betriebszustand auf, in dem die Sperrelemente der Verrastung, die dem magnetfernen Betätigungselement zugeordnet sind, aus dem Eingriff mit dem Kolben führbar sind und eine Bewegung des Kolbens freigeben.
Die Komponenten können hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Ankerstange und das magnetnahe Betätigungselement in stromlosem Zustand des Elektromagneten und in ausgelegtem Zustand der Parksperre von den Vorspannfedern in definierten axialen Stellungen gehalten werden. Dadurch kann die Vorrichtung in einen Betriebszustand überführt und gehalten werden, in der die Sperrelemente der Verrastung, die dem magnetnahen Betätigungselement zugeordnet sind, aus dem Eingriff mit dem Kolben führbar sind und eine Bewegung des Kolbens freigeben.
Die Komponenten können hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte auch derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Ankerstange und das magnetnahe Betätigungselement in bestromtem Zustand des Elektromagneten und in ausgelegtem Zustand der Parksperre vom Elektromagnet gegen die Vorspannfedern in definierten axialen Stellungen gehalten werden. Dann kann ein Betriebszustand der Vorrichtung dargestellt werden, in dem die Sperrelemente der Verrastung, die dem magnetnahen Betätigungselement zugeordnet sind, in Eingriff mit dem Kolben stehen und eine Bewegung des Kolbens sperren.
Die Sperrelemente der Verrastungen greifen bei einer konstruktiv einfachen und bauraumgünstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils in eine radiale Innennut des Kolbens verrastend ein.
Die erste Vorspannfeder ist bei einer weiteren konstruktiv einfach ausgeführten und in radialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweisenden Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen einem Ringbund der Ankerstange und einem gehäusefesten Bauteil angeordnet.
Stellt der Ringbund auch einen Anschlag des magnetnahen Betätigungselementes auf der Ankerstange dar, weist die Vorrichtung einen konstruktiv einfachen Aufbau auf und ist zudem einfach zu montieren.
Die Betätigungskonturen sind bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Klemmrisiko betreibbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens annähernd zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmig ausgebildet. Ferner können Fußpunkte der Betätigungskonturen jeweils die kleinsten Außendurchmesser der Betätigungskonturen aufweisen und die Außendurchmesser der Betätigungskonturen jeweils ausgehend von den Fußpunkten mit steigendem axialen Abstand von den Fußpunkten zumindest bereichsweise stetig ansteigen.
Die Verrastungen sind bei einer konstruktiv einfachen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Kugelverrastungen ausgeführt, die Kugeln als Sperrelemente umfassen.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass beide Kugelverrastungen zentrisch innerhalb des Kolbens angeordnet sind. Kugeln beider Kugelverrastungen können in dem als gehäusefeste Hülse ausgeführten Bauteil axial festgelegt aufgenommen sein. Zusätzlich besteht dann die Möglichkeit, dass die Kugeln der Kugelverrastungen durch Abrollen an der jeweils zugeordneten Betätigungskontur radial gegenüber der Hülse verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben bringbar sind.
Die Sperrelemente der Verrastungen können auch als Federarme ausgeführt sein, deren erste Enden gehäuseseitig festgelegt sind und deren zweite Enden von den Betätigungskonturen gegenüber den ersten Enden jeweils verschwenkbar und dadurch formschlüssig in Eingriff mit dem Kolben oder aus dem Eingriff mit dem Kolben bringbar sind. Derartige Federarme sind beispielsweise aus der EP 1 960 701 B1 bekannt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die beiden Verriegelungskonturen auf der beweglichen Ankerstange, einer Spule des Elektromagneten zur Betätigung der Ankerstange, den Kolben bzw. Parksperrenkolben zum Ein- und Auslegen der Parksperre sowie die Verriegelungsmechanik mit den Kugelverrastungen, der Hülse und der radialen Innennut. Die beiden Verriegelungskonturen sind zum Verriegeln des Kolbens in eingelegtem Zustand und in ausgelegtem Zustand der Parksperre vorgesehen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung bei dieser Ausführungsform die Feder, die der Ankerstange und somit der Verriegelungsmechanik zugeordnet ist, sowie die Feder, die den Kolben in seine Stellung überführt, die mit dem eingelegten Zustand der Parksperre korrespondiert.
Des Weiteren ist es bei dieser Ausführung der Vorrichtung vorgesehen, dass die Parksperre gegen die Federkraft der Federeinheit, die am Kolben angeschultert ist, ausgelegt wird, wenn am entriegelten Kolben ein entsprechender hydraulischer Druck anliegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die axialbewegliche Ankerstange, die Spule des Elektromagneten zur Betätigung der Ankerstange, den Kolben bzw. Parksperrenkolben zum Ein- und Auslegen der Parksperre sowie eine Verriegelungsmechanik mit zwei Verriegelungsbereichen, um die Parksperre sowohl in eingelegtem Zustand als auch in ausgelegtem Zustand verriegelt festsetzen zu können. Dabei umfasst die Verriegelungsmechanik wiederum die beiden Vorspannfedern und die Federeinheit für die Parksperrenmechanik. Die Parksperre kann hydraulisch ausgelegt und über die vorgespannte Federeinheit eingelegt werden.
Des Weiteren ist diese Ausführungsform mit den beiden auf der beweglichen Ankerstange geometrisch und variabel zueinander entfernten Betätigungselementen bzw. Verriegelungskonturen ausgebildet. Die Verriegelungskonturen sind zueinander gegenläufig ausgeführt, womit jeweils eine der vorzugsweise kegelförmigen Betätigungskonturen den Kolben im jeweiligen Zustand der Parksperre sperren kann. In eingelegtem Zustand der Parksperre führen die beiden Vorspannfedern die Betätigungselemente in definierte axiale Stellungen und Kugeln der jeweils zugeordneten Kugelverrastung in den Eingriff mit dem Kolben. Dann ist die eingelegte Parksperre stromlos verriegelt.
Bei bestromter Spule ist der Kolben in eingelegtem Zustand der Parksperre entriegelbar, wobei die Ankerstange hierfür in einen definierte axiale Stellung überführt wird, in der sie vorzugsweise an einem mechanischen Anschlag anliegt. Gleichzeitig wird die Vorspannfeder zwischen den Verriegelungskegeln gestaucht und vorgespannt. Anschließend kann der Parksperrenkolben hydraulisch ausgelegt werden. Die Bestromung der Verriegelungsspule wird während des Auslegens der Parksperre und darüber hinaus weiterhin aufrecht gehalten. Sobald der Kolben in der axialen Stellung vorliegt, die mit dem ausgelegten Zustand der Parksperre korrespondiert, drückt die vorgespannte Vorspannfeder zwischen den Betätigungselementen Kugeln der betreffenden Kugelverrastung in die Innennut des Kolbens. In dem letztgenannten Betriebszustand der Vorrichtung ist die Parksperre in ausgelegtem Zustand bestromt verriegelt.
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; und
2a bis 2e eine vergrößerte Ansicht einer Vorrichtung zum Betätigen einer Parksperre des Parksperrensystems gemäß 1 in verschiedenen Betriebszuständen.

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.
Einer in 2a bis 2e dargestellten Vorrichtung 203 zum Betätigen der Parksperre 3 liegt jeweils die gleiche Funktionalität wie der Vorrichtung 2 zugrunde. Für bau- und funktionsgleiche Bauteile der Vorrichtungen 2 und 203 werden daher in der Beschreibung und in der Zeichnung jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei der Vorrichtung 203 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.
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 2a gezeigten Stellung, die mit dem eingelegten Zustand der Parksperre 3 korrespondiert, in die in 2e 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 als Kugelverrastung ausgeführten Verrastung 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 ebenfalls als Kugelverrastung ausgebildeten Verrastung 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 als Kugeln ausgeführte Sperrelemente 28 und 29 der Kugelverrastungen 24 und 25 in einem als gehäusefesten Hülse ausgebildeten Bauteil 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 2a 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 2b 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 2b 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 2b gezeigten axialen Stellung in die in 2c 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 2d 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 2e 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 2a dargestellten Umfang, um wiederum ein unerwünschtes Auslegen der Parksperre 3 zu vermeiden.
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.
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.
Bezugszeichenliste

1: Parksperrensystem
2: 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: Hülse
32A bis 33B: Seitenflächen der radialen Innennuten 45 und 46
34: Sensor
35: Ringbund, Anschlag
36: Anschlag
37: Betätigungselement
38: Betätigungselement
39: weitere Vorspannfeder
45: radiale Innennut
46: radiale Innennut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1960701 B1 [0037, 0064]

Claims

Vorrichtung (2; 203) zum Verriegeln einer Kolbenstange (7) eines zum Auslegen einer Parksperre (3) mit Druck beaufschlagbaren Kolbens (4) eines Aktors, mit einem elektrisch betätigbaren Elektromagnet (19), auf dessen axial gegen die Federkraft einer ersten Vorspannfeder (21) beweglicher Ankerstange (20) axial zwischen zwei Anschlägen (35, 36) der Ankerstange (20) zwei Betätigungselemente (37, 38) axial verschieblich gelagert sind, wobei eine zweite Vorspannfeder (39) axial zwischen den beiden Betätigungselementen (37, 38) eingespannt ist, wobei das magnetnahe Betätigungselement (37) eine dem Elektromagnet (19) zugewandte Betätigungskontur (22) aufweist, die einer ersten Verrastung (24) zugeordnet ist, mittels der der Kolben (4) in ausgelegtem Zustand der Parksperre (3) mechanisch festsetzbar ist, wobei das magnetferne Betätigungselement (38) eine dem Elektromagnet (19) abgewandte Betätigungskontur (23) aufweist, die einer zweiten Verrastung (25) zugeordnet ist, mittels der der Kolben (4) in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) mechanisch festsetzbar ist, wobei beide Verrastungen (24, 25) zentrisch innerhalb des Kolbens (4) angeordnet sind und Sperrelemente (28, 29) beider Verrastungen (24, 25) in einem gehäusefesten Bauteil (30) axial festgelegt aufgenommen sind und die Sperrelemente (28, 29) von der jeweils zugeordneten Betätigungskontur (22, 23) radial gegenüber dem Bauteil (30) verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben (4) bringbar sind, wobei die Komponenten der Vorrichtung (2; 203) hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die magnetferne Betätigungskontur (23) eine Bewegung der Sperrelemente (29) der zugeordneten Verrastung (25) in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten (19) sperrt und in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) freigibt, und wobei die magnetnahe Betätigungskontur (22) eine Bewegung der Sperrelemente (28) der zugeordneten Verrastung (24) in ausgelegtem Zustand der Parksperre (3) und in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) sperrt und in unbestromtem Zustand des Elektromagneten (19) freigibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ankerstange (20) und das magnetferne Betätigungselement (38) in stromlosem Zustand des Elektromagneten (19) und in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) von den Vorspannfedern (21, 39) in axialen Stellungen gehalten werden, in der die Sperrelemente (29) der Verrastung (25), die dem magnetfernen Betätigungselement (38) zugeordnet sind, in den Kolben (4) eingreifen und eine Bewegung des Kolbens (4) sperren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ankerstange (20) und das magnetferne Betätigungselement (38) in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) und in eingelegtem Zustand der Parksperre (3) vom Elektromagnet (19) gegen die Vorspannfedern (21, 39) in axialen Stellungen gehalten werden, in der die Sperrelemente (29) der Verrastung (25), die dem magnetfernen Betätigungselement (38) zugeordnet sind, aus dem Eingriff mit dem Kolben (4) führbar sind und eine Bewegung des Kolbens (4) freigeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ankerstange (20) und das magnetnahe Betätigungselement (37) in stromlosem Zustand des Elektromagneten (19) und in ausgelegtem Zustand der Parksperre (3) von den Vorspannfedern (21, 39) in axialen Stellungen gehalten werden, in der die Sperrelemente (28) der Verrastung (24), die dem magnetnahen Betätigungselement (37) zugeordnet sind, aus dem Eingriff mit dem Kolben (4) führbar sind und eine Bewegung des Kolbens freigeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten hinsichtlich ihrer Geometrie und hinsichtlich der auf sie jeweils wirkenden Kräfte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Ankerstange (20) und das magnetnahe Betätigungselement (37) in bestromtem Zustand des Elektromagneten (19) und in ausgelegtem Zustand der Parksperre (3) vom Elektromagnet (19) gegen die Vorspannfedern (21, 39) in axialen Stellungen gehalten werden, in der die Sperrelemente (28) der Verrastung (24), die dem magnetnahen Betätigungselement (37) zugeordnet sind, in den Kolben (4) zumindest bereichsweise eingreifen und eine Bewegung des Kolbens (4) sperren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (28, 29) der Verrastungen (24, 25) jeweils in eine radiale Innennut (45, 46) des Kolbens (4) verrastend eingreifen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorspannfeder (21) zwischen einem Ringbund (35) der Ankerstange (20) und einem gehäusefesten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbund (35) einen Anschlag des magnetnahen Betätigungselementes (37) auf der Ankerstange (20) darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrastungen (24, 25) als Kugelverrastungen ausgeführt sind, die Kugeln als Sperrelemente (28, 29) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelverrastungen (24, 25) zentrisch innerhalb des Kolbens (4) angeordnet und die Kugeln (28, 29) beider Kugelverrastungen (24, 25) in dem als Hülse ausgeführten gehäusefesten Bauteil (30) axial festgelegt aufgenommen sind, wobei die Kugeln (28, 29) der Kugelverrastungen (24, 25) durch Abrollen an der jeweils zugeordneten Betätigungskontur (22, 23) radial gegenüber der Hülse (30) verstellbar und in Eingriff oder aus dem Eingriff mit dem Kolben (4) bringbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente als Federarme ausgeführt sind, deren ersten Enden gehäuseseitig festgelegt sind und deren zweite Enden von den Betätigungskonturen gegenüber den ersten Enden jeweils verschwenkbar und dadurch formschlüssig in Eingriff mit dem Kolben oder aus dem Eingriff mit dem Kolben bringbar sind.