DE102020126523A1

DE102020126523A1 - Parksperrenbetätigungssystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems

Info

Publication number: DE102020126523A1
Application number: DE102020126523.9A
Authority: DE
Inventors: Felix Bunout
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2040-10-10
Also published as: KR20230045094A; DE102020126523B4; CN116324229A; US20230332685A1; US12013034B2; WO2022073542A1

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Parksperrenbetätigungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem mit einer Parksperre (3) koppelbaren Betätigungselement (2), das aus seiner Sperrstellung in seine Entsperrstellung durch Überschreiten eines vorbestimmten ersten Druckwerts hydraulisch aktuiert verschiebbar ist, und mit einem Verriegelungselement (4), das aus seiner Entriegelungsstellung in seine Verriegelungsstellung durch Überschreiten eines vorbestimmten zweiten Druckwerts hydraulisch aktuiert verlagerbar ist, wobei der zweite Druckwert höher als der erste Druckwert ist, wobei das Verriegelungselement (4) als ein radial zu einer Längsachse des Betätigungselements (2) verlagerbarer Querschieber (7) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Parksperrenbetätigungssystem für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein hybridisches oder rein elektrisches Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems.
Solche Parksperrenbetätigungssysteme sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2017 102 804 A1 eine Vorrichtung zum Betätigen einer Parksperre. Solche Parksperrenbetätigungssysteme haben jedoch Nachteile hinsichtlich ihrer Komplexität und ihrer Funktionalität. Insbesondere besteht eine Abhängigkeit der Parksperrenbetätigungssysteme von dem Ladezustand des Bordnetzes oder von dem Zustand des Hydrauliksystem.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Parksperrenbetätigungssystem sowie in Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems zur Verfügung zu stellen, das kompakt und einfach aufgebaut ist und wahlweise ein Transportieren des Kraftfahrzeuges oder eine Normally-P-Funktion unabhängig von dem Ladezustand eines Bordnetzes und eines Hydrauliksystems erfüllen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Parksperrenbetätigungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Genauer gesagt weist das Parksperrenbetätigungssystem ein mit einer Parksperre koppelbares oder gekoppeltes Betätigungselement auf, das beispielsweise als ein Stößel, Stift oder dergleichen ausgebildet sein werden kann. Das Betätigungselement ist zwischen einer Sperrstellung, in der die Parksperre aktiv ist, d.h. ein Abtriebsbestandteil des Kraftfahrzeuges gegen eine Rotation gesperrt ist, und einer Entsperrstellung, in der die Parksperre inaktiv ist, d.h. der Abtriebsbestandteil des Kraftfahrzeuges in seiner Rotation freigegeben ist, verschiebbar. Insbesondere ist das Betätigungselement entlang seiner Längsachse verschiebbar. Das Betätigungselement ist aus seiner Sperrstellung in seine Entsperrstellung durch Überschreiten eines vorbestimmten ersten Druckwerts hydraulisch aktuiert verschiebbar. Insbesondere ist das Betätigungselement entgegen der Rückstellkraft eines (ersten) Rückstellelements in seine Entsperrstellung verschiebbar. Das heißt, dass die Rückstellkraft den Betätigungszylinder zur Realisierung einer Normally-P-Funktion im üblichen Fahrbetrieb in seine Sperrstellung drückt. Mit anderen Worten ist das Betätigungselement mit einem (einfach wirkenden) hydraulischen Betätigungszylinder wirkverbunden / gekoppelt und durch diesen bei Überschreiten des vorbestimmten ersten Druckwerts (entgegen der Rückstellkraft des ersten Rückstellelements in seine Entsperrstellung) verschiebbar ist.
Zudem weist das Parksperrenbetätigungssystem ein Verriegelungselement auf. Das Verriegelungselement ist zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschiebbar. In der Verriegelungsstellung fixiert das Verriegelungselement, vorzugsweise formschlüssig, das Betätigungselement in dessen Entsperrstellung, so dass das Betätigungselement nicht (zurück) in seine Entsperrstellung verschoben werden/zurückfahren kann. In der Entriegelungsstellung ist die Sperrung des Betätigungselements inaktiv, so dass das Betätigungselement zwischen dessen Sperrstellung und dessen Entsperrstellung beweglich ist. Das Verriegelungselement ist aus seiner Entriegelungsstellung in seine Verriegelungsstellung durch Überschreiten eines vorbestimmten zweiten Druckwerts hydraulisch aktuiert verschiebbar. Insbesondere ist das Verriegelungselement entgegen der Rückstellkraft eines (zweiten) Rückstellelements in seine Verriegelungsstellung verschiebbar. Mit anderen Worten ist das Betätigungselement mit einem (einfach wirkenden) hydraulischen Verriegelungszylinder wirkverbunden / gekoppelt und durch diesen bei Überschreiten des vorbestimmten zweiten Druckwerts (entgegen der Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements in seine Verriegelungsstellung) verschiebbar ist. Dabei ist der zweite Druckwert höher als der erste Druckwert.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Verriegelungselement als ein radial/quer zu einer Längsachse des Betätigungselements verlagerbarer Querschieber, insbesondere als mehrere über den Umfang des Parksperrenbetätigungssystem verteilt angeordnete Querschieber, ausgebildet. Insbesondere ist der Querschieber in der Verriegelungsstellung radial nach außen verlagert/ausgelenkt. Beispielsweise kann der Querschieber in der Verriegelungsstellung in eine Nut in dem Betätigungselement oder in dem Betätigungszylinder eingreifen, um ein Zurückfahren des Betätigungselements in seine Sperrstellung formschlüssig zu verhindern. So kann die Parksperre zur Realisierung einer Transportfunktion durch das Verriegelungselement in dessen Verriegelungsstellung entriegelt gehalten werden. Im Folgenden wird Querschieber synonymisch für das Verriegelungselement gebraucht.
Anders ausgedrückt sind das Betätigungselement und das Verriegelungselement jeweils mit einem hydraulischen Zylinder wirkverbunden, wobei die beiden hydraulischen Betätigungszylinder sind weiterhin seitens ihres Druckraums mit einer gemeinsamen Hydraulikleitung verbunden sowie derart aufeinander abgestimmt, dass das Betätigungselement ab einem, in der Hydraulikleitung vorliegenden, niedrigeren Druckwert verschoben wird und das Verriegelungselement ab einem, in der Hydraulikleitung vorliegenden, höheren Druckwert, der höher als der niedrigere Druckwert ist, verschoben wird. Durch eine solche Koppelung der beiden das Betätigungselement und das Verriegelungselement steuernden Betätigungszylinder wird eine möglichst einfach aufgebaute sowie direkte hydraulische Ansteuerung der Parksperre ermöglicht. Zudem ist mit einfachen Mitteln ein Transportzustand des Kraftfahrzeuges verlässlich schaltbar, sodass die Parksperre stromlos (und drucklos) entsperrt / inaktiv gehalten werden kann, insbesondere durch das hydraulisch aktuierbare und mechanisch verriegelnde Verriegelungselement. Dadurch sind auch alle weiteren Betriebszustände des Parksperrenbetätigungssystems einfach ansteuerbar.
Demnach kann das Parksperrenbetätigungssystem das erste Rückstellelement, entgegen dessen Rückstellkraft das Betätigungselement in Längsrichtung (in seine Entsperrstellung) verschiebbar ist, und das zweite Rückstellelement aufweisen, entgegen dessen Rückstellkraft das Verriegelungselement in Radialrichtung, etwa nach außen, (in seine Verriegelungsstellung) verlagerbar/auslenkbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können das erste Rückstellelement und das zweite Rückstellelement derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine durch das erste Rückstellelement hervorgerufene und auf das Betätigungselement wirkende (Axial-)Kraft eine in der Verriegelungsstellung zwischen dem Betätigungselement und dem Verriegelungselement wirkende Reibkraft hervorruft, die größer als die Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements ist. Das heißt, dass das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsstellung formschlüssig ein Zurückfahren des Betätigungselements verhindert, und das Betätigungselement wiederum, wenn es durch den Formschluss an dem Verriegelungselement anliegt, reibschlüssig ein Zurückfahren des Verriegelungselements aus seiner Verriegelungsstellung verhindert. So kann das Verriegelungselement stromlos und drucklos in seiner Verriegelungsstellung gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können der Betätigungszylinder und der Verriegelungszylinder derart aufeinander abgestimmt sein, dass das Verriegelungselement bei einem Reduzieren des Drucks ausgehend von dem zweiten Druckwert in seiner Verriegelungsstellung gehalten wird, bis die Reibkraft auf das Verriegelungselement wirkt. Der hydraulische Verriegelungszylinder kann einen längsverschieblichen Nebenkolben aufweisen. Der hydraulische Betätigungszylinder kann einen längsverschieblichen Hauptkolben aufweisen. Dies bewirkt, dass bei Druckentlastung der Hauptkolben und der Nebenkolben zurückfahren, aber der Nebenkolben so langsam zurückfährt, dass er den Querschieber in dessen ausgelenkter Position hält, bis der Querschieber durch die Reibkraft weiter in dessen ausgelenkter Position gehalten wird. Damit wird eine verlässliche Funktionsweise des Parksperrenbetätigungssystems gewährleistet.
Gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform können der Verriegelungszylinder und der Betätigungszylinder über eine gemeinsame Hydraulikversorgung betätigbar sein. Insbesondere kann ein Volumenstrom der Hydraulikversorgung in den (und aus dem) Verriegelungszylinder geringer als in den (und aus dem) Betätigungszylinder sein. Dadurch wird gewährleistet, dass der Nebenkolben langsamer zurückfährt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform kann Verriegelungszylinder zur Hydraulikversorgung über eine Blende mit dem Betätigungszylinder verbunden sein. Durch die Blende wird die Strömungsgeschwindigkeit verringert und das Zurückfahren des Nebenkolbens verlangsamt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Radialverlagerung/Radialauslenkung des Verriegelungselements mit der Längsverschiebung des Nebenkolbens gekoppelt sein. Das heißt, dass die Längsverschiebung die Radialverlagerung, insbesondere nach radial außen, des Verriegelungselements aus seiner Entriegelungsstellung in seine Verriegelungsstellung hervorruft.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform können das Verriegelungselement und der Nebenkolben korrespondierende Flächen besitzen, die so miteinander zusammenwirken, dass das Verriegelungselement bei Längsverschiebung des Kolbens in Radialrichtung (des Parksperrenbetätigungssystems), insbesondere nach außen, verlagert wird. Beispielsweise können/kann an dem Verriegelungselement und/oder dem Nebenkolben eine Rampe/Schrägfläche vorgesehen sein, die diese Kinematik erzeugt.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann das Parksperrenbetätigungssystem ein drittes Rückstellelement aufweisen, entgegen dessen Rückstellkraft der Nebenkolben zum Auslenken des Verriegelungselements in Längsrichtung verschiebbar ist. Das heißt, dass die Rückstellkraft des Nebenkolbens und des Querschiebers durch separate Rückstellelemente realisiert ist, so dass zwei unterschiedliche Rückstellkräfte realisiert werden können. Somit ist die Rückstellbewegung des Querschiebers von der des Nebenkolbens getrennt.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann der Nebenkolben als ein axial (und/oder radial) innerhalb des Hauptkolbens angeordneter Ringkolben ausgebildet sein. Das heißt, dass der Nebenkolben in den Bauraum des Hauptkolbens integriert ist. So wird eine kompakte Bauweise erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Längsverschiebung des Betätigungselements in seine Entsperrstellung mit der Längsverschiebung/ Längsauslenkung des Hauptkolbens insbesondere direkt gekoppelt sein. Das heißt, dass die Längsverschiebung des Hauptkolbens die Längsverschiebung des Betätigungselements aus seiner Sperrstellung in seine Entsperrstellung hervorruft.
Für eine einfache Ansteuerbarkeit des Betätigungselementes ist es auch zweckmäßig, wenn das Parksperrenbetätigungssystem einen das Betätigungselement in seiner Entsperrstellung haltenden, elektrisch betätigbaren Haltemagneten aufweist. So kann im üblichen Fahrbetrieb die Parksperre drucklos durch Bestromung des Haltemagneten offen gehalten werden.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird das Parksperrenbetätigungssystem in einem Fahrmodus durch Druckbeaufschlagen unterhalb eines vorbestimmten (zweiten) Druckwerts betrieben wird, und wobei das Parksperrenbetätigungssystem durch Druckbeaufschlagen über den vorbestimmten (zweiten) Druckwert aus dem Fahrmodus in einen Transportmodus geschaltet wird. Vorzugsweise wird das Parksperrenbetätigungssystem durch Druckbeaufschlagen unterhalb des vorbestimmten (zweiten) Druckwerts und über einen (ersten) niedrigeren Druckwert, der geringer als der vorbestimmte (zweite) Druckwert ist, aus dem Transportmodus in den Fahrmodus geschaltet. In dem Fahrmodus aktiviert das drucklose und stromlose Parksperrenbetätigungssystem eine Parksperre. In dem Transportmodus hält das drucklose und stromlose Parksperrenbetätigungssystem die Parksperre entsperrt.
Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Offenbarung ein hydraulisches Parksperrenbetätigungssystem, bei dem eine Normally-P-Funktionalität (ein Fahrmodus) erfüllt ist, d.h., dass die Parksperre automatisch bei Stromausfall aktiviert wird, bei der ein Transportmodus, in dem die Parksperre/Parksperrenmechanik unabhängig von der Stromversorgung und der Hydraulikversorgung, d.h. insbesondere auch stromlos und drucklos, deaktiviert gehalten werden kann, realisiert ist, und das über ein einfaches Ansteuerungsventil verstellt werden kann.
Zusammenfassend ist das Parksperrenbetätigungssystem zur hydraulischen Betätigung einer Parksperre so ausgeführt, dass diese Betätigung „normaly close“ ausgebildet ist, damit sich die Parksperre bei einem Stromausfall automatisch verriegelt. Die Betätigung erfolgt durch einen hydraulischer Kolben (Hauptkolben), einen Stößel (Betätigungselement), eine (erste) Rückstellfeder, einen E-Magnet (Haltemagneten), und einen Wegsensor. Während des Fahrens (im üblichen Fahrbetrieb/Fahrmodus) wird der Kolben mittels des E-Magneten gehalten (Entsperrstellung), so dass die Parksperre entriegelt ist. Bei einem Stromausfall wird der Kolben mit dem Stößel durch die Rückstellfeder in seine Parkposition (Sperrstellung) geschoben, so dass die Parksperre verriegelt ist. Um die Parksperre stromlos für eine längere Zeit entriegelt halten zu können (Transportmodus), ist eine mechanische Halterung (Verriegelungselement/Querschieber) des Stößels/Kolbens vorgesehen. Dieser Mechanismus soll durch die hydraulische Betätigung aktivierbar und deaktivierbar sein. Dazu wird in den Kolben (Hauptkolben) ein Nebenkolben integriert, der sich bei einem höheren Druckniveau als der Hauptkolben, anfängt zu verschieben. Diese Verschiebung kann also nur stattfinden, wenn sich der Hauptkolben nach der Parksperrenbetätigung (Entsperrstellung) in seinem Anschlag befindet/vollständig ausgefahren ist. Der Aktivierungsdruck des Nebenkolbens wird durch eine Federvorspannung (drittes Rückstellelement) realisiert. Die Rückstellkraft vom Nebenkolben und von dem Querschieber werden durch separate Federelemente (zweites und drittes Rückstellelement) realisiert und deren Rückstellbewegung getrennt. Die Rückstellkraft des Querschiebers ist ausreichend ausgelegt, um diese wieder zurück (nach radial innen) zu bewegen. Die Verschiebung des Nebenkolbens erzeugt eine Verschiebung eines oder mehrerer Querschiebern in radialer Richtung zur Kolben- bzw. Stößelachse (Längsachse), etwa durch eine Rampe an dem Querschieber. Der radial (nach außen) verschobene Querschieber greift in eine Nut ein, die sich im Parksperrenzylinder (Betätigungszylinder oder einem anderen feststehenden Bauteil) befindet. Wenn der Druck losgelassen wird, fangen beide Kolben an sich zurück zu bewegen. Damit der Querschieber in der Nut bleibt, muss der Nebenkolben langsam genug zurückfahren, was über eine zwischen dem Nebenzylinder (Verriegelungszylinder) und dem Hauptzylinder (Betätigungszylinder) angeordnete Blende gesteuert wird. Wenn der Querschieber in die Nut ist, wird der Kolben am vollständigen Zurückfahren gehindert und druck- und stromlos in Position gehalten. Im Transportmodus ist der Querschieber durch die Kraft des (ersten) Rückstellelements des Hauptkolbens axial belastet und die dadurch erzeugte Reibkraft zwischen Querschieber und Hauptkolben bzw. Nut ist größer als die Rückstellkraft des Querschiebers. Im normalen Fahrbetrieb (Fahrmodus) wird die Parksperre in einem niedrigem Druckniveau (unterhalb des zweiten Druckwerts) betätigt, so dass sich der Nebenkolben nicht bewegt. Um Den Transportmodus zu aktivieren, wird der Druck auf den zweiten Druckwert erhöht. Um den Transportmodus wieder zu deaktivieren, wird der Druck auf das niedrige Druckniveau (zwischen dem ersten und zweiten Druckwert) gebracht, so dass sich der Hauptkolben verschiebt und der Querschieber (durch die aufgehobene Reibkraft) entlastet wird und zurückfährt. Danach wir der Druck abgesenkt (unter den ersten Druckwert) und der Hauptkolben bewegt sich wieder in Parkposition (Sperrstellung).
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Parksperrenbetätigungssystem,
2 bis 5 verschiedene Darstellungen des Parksperrenbetätigungssystem,
6 einen Zusammenhang zwischen einem Druck in dem Parksperrenbetätigungssystem und einer Stellung des Parksperrenbetätigungssystems, und
7A bis 7F zugehörige Längsschnittdarstellung des Parksperrenbetätigungssystem an ausgewählten Stellungen aus 6.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Parksperrenbetätigungssystems 1 für ein Kraftfahrzeug, anhand dessen eine Funktionsweise des Parksperrenbetätigungssystems 1 beschrieben wird. Das Parksperrenbetätigungssystem 1 weist ein Betätigungselement 2 auf, welches direkt zum (mechanischen) Verstellen einer Parksperre 3 eingesetzt werden kann. Das Betätigungselement 2 ist mit der Parksperre 3 koppelbar oder gekoppelt. Das Betätigungselement 2 ist insbesondere entlang seiner Längsachse zwischen einer in 1 dargestellten Sperrstellung und einer Entsperrstellung verschiebbar. In der Sperrstellung ist die Parksperre 3 aktiv. In der Entsperrstellung ist die Parksperre 3 inaktiv.
Das Parksperrenbetätigungssystem 1 weist ein Verriegelungselement 4 auf. Das Verriegelungselement 4 ist zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschiebbar. In der Verriegelungsstellung fixiert das Verriegelungselement 4 das Betätigungselement 2 in dessen Entsperrstellung. D.h. die Sperrung des Betätigungselements 2 ist aktiv, so dass das Betätigungselement 2 nicht (zurück) in seine Entsperrstellung verschoben werden kann. In der Entriegelungsstellung ist die Sperrung des Betätigungselements 2 inaktiv / nicht aktiv, so dass das Betätigungselement 2 zwischen dessen Sperrstellung und dessen Entsperrstellung beweglich ist.
Das Betätigungselement 2 ist mit einem (einfach wirkenden) hydraulischen Betätigungszylinder 5 wirkverbunden / gekoppelt und durch diesen bei Überschreiten eines vorbestimmten ersten Druckwerts p₁ verschiebbar. Das heißt, dass das Betätigungselement 2 aus seiner Sperrstellung, in der die Parksperre 3 aktiv ist, in seine Entsperrstellung, in der die Parksperre 3 inaktiv ist, durch Überschreiten des vorbestimmten ersten Druckwerts p₁ hydraulisch aktuiert verschiebbar ist.
Das Verriegelungselement 4 ist mit einem hydraulischen Verriegelungszylinder 6 wirkverbunden / gekoppelt und durch diesen bei Überschreiten eines vorbestimmten zweiten Druckwerts p₂ verlagerbar. Das heißt, dass das Verriegelungselement 4 aus seiner Entriegelungsstellung, in der das Betätigungselement 2 zwischen dessen Sperrstellung und dessen Entsperrstellung beweglich ist, in seine Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement 4 das Betätigungselement 2 in dessen Entsperrstellung vorzugsweise formschlüssig fixiert, durch Überschreiten des vorbestimmten zweiten Druckwerts p₂ hydraulisch aktuiert verlagerbar ist. Der zweite Druckwert p₂ ist höher als der erste Druckwert p₁.
In dem Parksperrenbetätigungssystem 1 ist das Verriegelungselement 4 als ein radial zu einer Längsachse des Betätigungselements 2 verlagerbarer Querschieber 7 ausgebildet. Insbesondere ist der Querschieber 7 in der Verriegelungsstellung radial nach außen verlagert/ausgelenkt. Beispielsweise kann der Querschieber 7 in der Verriegelungsstellung in eine Nut 8 in dem Betätigungselement 2 oder in dem Betätigungszylinder 5 eingreifen, um ein Zurückfahren des Betätigungselements 2 in seine Sperrstellung formschlüssig zu verhindern.
Vorzugsweise ist das Betätigungselement 2 entgegen der Rückstellkraft eines ersten Rückstellelements 9 in Längsrichtung (des Parksperrenbetätigungssystems 1 bzw. des Betätigungselements 2) verschiebbar. Insbesondere ist das Betätigungselement 2 entgegen der Rückstellkraft / Ausrückkraft / Federkraft des ersten Rückstellelements 9, insbesondere einer Feder, in seine Sperrstellung hin vorgespannt. Vorzugsweise ist das Verriegelungselement 4 entgegen der Rückstellkraft eines zweiten Rückstellelements 10 in Radialrichtung (des Parksperrenbetätigungssystems 1 bzw. des Betätigungselements 2) verlagerbar. Insbesondere ist das Verriegelungselement 4 entgegen der Rückstellkraft / Ausrückkraft / Federkraft des zweiten Rückstellelements 10, insbesondere einer Feder, in seine Entriegelungsstellung hin vorgespannt.
Vorzugsweise können das erste Rückstellelement 9 und das zweite Rückstellelement 10 derart aufeinander abgestimmt sein, dass eine durch das erste Rückstellelement hervorgerufene und auf das Betätigungselement 2 wirkende Kraft eine in der Verriegelungsstellung zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Verriegelungselement 4 wirkende Reibkraft hervorruft, die größer als die Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements 10 ist. Dadurch hält das Betätigungselement 2 das Verriegelungselement 4 reibschlüssig in dessen Verriegelungsstellung, und das Verriegelungselement 4 hält das Betätigungselement 2 formschlüssig in dessen Entriegelungsstellung.
Vorzugsweise ist die Längsverschiebung des Betätigungselements 2 mit einer Längsverschiebung eines Hauptkolbens 11 des Betätigungszylinders 5 gekoppelt. Der Hauptkolben 11 ist vorzugsweise direkt mit dem Betätigungselement 2 verbunden. Insbesondere wird der Hauptkolben bei Druckbeaufschlagung eines Druckraums des Betätigungszylinders 5 axial verschoben, so dass das Betätigungselement 2 in seine Entsperrstellung ausfährt, und bei Druckentlasten des Druckraums axial (entgegen der Rückstellkraft des ersten Rückstellelements 9 zurück) verschoben, so dass das Betätigungselement 2 in seine Sperrstellung zurückfährt. Der Betätigungszylinder 5 ist mit einer Hydraulikleitung/Hydraulikversorgung 12 zum Zuführen und/oder Abführen von Hydraulikfluid/Hydraulikmittel verbunden.
Vorzugsweise ist die Radialverlagerung/Radialauslenkung des Verriegelungselements 4 mit einer Längsverschiebung eines Nebenkolbens 13 des Verriegelungszylinders 6 gekoppelt. Das heißt, dass das Verriegelungselement 4 durch die Längsverschiebung des Nebenkolbens 13 entgegen der Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements 10 in seine Verriegelungsstellung verlagerbar ist. Insbesondere wird der Nebenkolben bei Druckbeaufschlagung eines Druckraums des Verriegelungszylinders 6 axial verschoben, so dass das Verriegelungselement 4 / der Querschieber 7 radial nach außen in seine Verriegelungsstellung ausfährt, und bei Druckentlasten des Druckraums axial entgegen der Rückstellkraft des dritten Rückstellelements 14 zurück verschoben, so dass das Verriegelungselement 4 / der Querschieber 7 radial nach innen in seine Entriegelungsstellung entgegen der Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements 10 zurückfährt. Der Verriegelungszylinder 6 ist mit der Hydraulikleitung/Hydraulikversorgung 12 zum Zuführen und/oder Abführen von Hydraulikfluid/Hydraulikmittel verbunden.
In einem Abschnitt der Hydraulikleitung 12, durch den Hydraulikfluid in den und/oder aus dem Verriegelungszylinder 6 führbar ist, kann vorzugsweise eine hydraulische Blende 15 angeordnet sein. Das heißt, dass ein Strömungsquerschnitt bzw. ein Volumenstrom der Hydraulikversorgung des Verriegelungszylinder 6 kleiner als ein Strömungsquerschnitt bzw. ein Volumenstrom der Hydraulikversorgung des Betätigungszylinders 6 ist. Somit strömt das Hydraulikfluid schneller in den und/oder aus dem Hydraulikzylinder 5 als in den und/oder aus dem Verriegelungszylinder 6. Der Nebenkolben 13 wird also langsamer zurückgefahren.
Zudem weist das Parksperrenbetätigungssystem 1 vorzugsweise einen Haltemagneten 16 auf, durch dessen Bestromung das Betätigungselement 2 (im üblichen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges) in seiner Entsperrstellung gehalten werden kann.
2 bis 5 zeigen verschiedene Darstellungen des Parksperrenbetätigungssystems 1, anhand denen eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung beschrieben wird.
Der Betätigungszylinder 5 bildet einen Parksperrenzylinder, innerhalb dem die hydraulische und mechanische Aktuierung des Parksperrenbetätigungssystems 1 angeordnet ist. Durch Druckbeaufschlagen des Druckraums des Betätigungszylinders 5 wird der Hauptkolben 11 axial ausgelenkt (relativ zu einer Innenwand des Betätigungszylinders 5 verschoben). Der Hauptkolben 11 ist axial durch die erste Rückstellfeder 9 vorgespannt. Die erste Rückstellfeder 9 ist radial zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Nebenkolben 11 und/oder dem Verriegelungselement 4/ Querschieber 7 angeordnet. Der Haltemagnet 16 dient als ein axialer Anschlag für die Auslenkung des Hauptkolbens 11.
Der Verriegelungszylinder 6 ist durch den Hauptkolben 11 ausgebildet. Der Nebenkolben 13 ist als ein Ringkolben ausgebildet, der axial und/oder radial innerhalb des Hauptkolbens 11 integriert ist. Bei der axialen Auslenkung des Hauptkolbens 11 wird der Nebenkolben 13 mitausgelenkt. Durch Druckbeaufschlagen des Druckraums des Verriegelungszylinders 6 wird der Nebenkolben 13 axial ausgelenkt (relativ zu einer Innenwand des Verriegelungszylinders 6 bzw. zu dem Hauptkolben 11 verschoben). Der Druckraum des Verriegelungszylinders 6 ist über die Blende 15 mit dem Druckraum des Betätigungszylinders 5 verbunden. Der Nebenkolben 13 ist axial durch die dritte Rückstellfeder 14 vorgespannt. Die dritte Rückstellfeder 14 ist radial zwischen dem Betätigungselement 2 bzw. der ersten Rückstellfeder 9 und dem Verriegelungselement 4/ Querschieber 7 angeordnet. Die dritte Rückstellfeder 14 ist axial zwischen dem Nebenkolben 11 und einem mit dem Betätigungselement 2 bzw. dem Hauptkolben 11 fest verbundenen Bauteil eingespannt.
Durch die axiale Auslenkung wird der Nebenkolben 11 axial gegen den Querschieber 7 gedrückt. Der Querschieber 7 weist eine Rampe/Schrägfläche 17 auf, so dass der Querschieber durch die axiale Auslenkung des Nebenkolbens 11 entgegen der Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements 10, hier ein Federring, radial nach außen gedrückt/verlagert/ausgelenkt wird. In der ausgelenkten Position, die einer Verriegelungsstellung des Querschiebers 7 entspricht, greift der Querschieber 7 in die in der Innenwand des Betätigungszylinders 5 ausgebildete Nut 8 ein. Die Radialverlagerung des Querschiebers 7 wird durch eine Gleithülse18 geführt. Wenn der Querschieber 7 in der ausgelenkten Position ist, d.h. wenn das Verriegelungselement 4 in der Verriegelungsstellung ist, bildet der Querschieber 7 einen Abstandshalter für das Betätigungselement 2 bzw. ein damit verbundenes Bauteil. In der dargestellten Ausführungsform liegt eine mit dem Hauptkolben 11 fest verbundene Anlageplatte 19 an dem Querschieber 7 an und drückt diesen durch die Rückstellkraft der ersten Rückstellfeder 9 axial gegen eine Innenwand der Nut 8. Diese Axialkraft der Anlageplatte 19 ruft die Reibkraft hervor, die größer als die Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements 10 ist und somit ein Zurückfahren des Querschiebers 7 verhindert. Wenn der Querschieber 7 nicht ausgelenkt ist, kann der Hauptkolben 11 und damit das Betätigungselement 2 in seine Sperrstellung zurückfahren.
6 zeigt einen Graph, in dem der Zusammenhang zwischen einem in der Hydraulikleitung 12 vorliegenden Hydraulikdruck 20, einer Betätigungselement-Auslenkung 21, einer Nebenkolben-Auslenkung 22 und einer Verriegelungselement-Auslenkung 22 eingezeichnet sind. 7A bis 7F zeigen zugehörige Stellungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten I bis VI aus 6 des Parksperrenbetätigungssystems 1 im Längsschnitt. Die Stellungen werden nachfolgend näher beschrieben.
Zu dem Zeitpunkt I (vgl. 7A) entspricht der Hydraulikdruck dem ersten Druckwert p₁. Der Hauptkolben 13 ist vollständig axial ausgelenkt und das Betätigungselement 2 wird in seiner Entsperrstellung gehalten. Durch Bestromung des Haltemagneten 16 kann das Betätigungselement 2 (für den üblichen Fahrbetrieb) drucklos in dieser Entsperrstellung gehalten werden. Der Druck ist niedriger als der zweite Druckwert p₂, so dass der Nebenkolben 13 und der Querschieber 7 nicht ausgelenkt sind. Das Verriegelungselement 4 ist in seiner Entriegelungsstellung.
Zwischen den Zeitpunkten I und II wird der Nebenkolben 13 aktiviert. Dazu wird der Hydraulikdruck bis zu dem zweiten Druckwert p₂ erhöht. Der Nebenkolben 13 wird axial ausgelenkt, bis er an der Anlageplatte 19 anliegt. Durch die axiale Auslenkung des Nebenkolbens 13 wird der Querschieber 7 radial ausgelenkt, bis er in die Nut 8 eingreift.
Zu dem Zeitpunkt II (vgl. 7B) entspricht der Hydraulikdruck dem zweiten Druckwert p₂. Der Hauptkolben 13 bleibt vollständig axial ausgelenkt und das Betätigungselement 2 wird in seiner Entsperrstellung gehalten. Der Nebenkolben 13 wird durch den Hydraulikdruck ausgelenkt gehalten. Der Querschieber 7 wird durch den Nebenkolben 13 in seiner Verriegelungsstellung ausgelenkt gehalten. Ein Transportmodus ist aktiviert/eingelegt.
Zwischen den Zeitpunkten II und III wird der Hydraulikdruck abgesenkt. Der Hauptkolben 11 und das Betätigungselement 2 fahren axial zurück, bis sie (bzw. die Anlageplatte 19) an dem Querschieber 7 anliegen/formschlüssig am weiter zurückfahren gehindert werden. Der Nebenkolben 13 fährt axial zurück, aber langsamer als der Hauptkolben 11, so dass der Querschieber 7 noch so lange durch den Nebenkolben 13 ausgelenkt gehalten wird, bis der Hauptkolben 11 (bzw. die Anlageplatte 19) an dem Querschieber 7 anliegt. Das Betätigungselement 2 ist in seiner Entsperrstellung. Das Verriegelungselement 4 ist in seiner Verriegelungsstellung.
Zu dem Zeitpunkt III (vgl. 7C) ist der Hydraulikdruck niedriger als der erste Druckwert p₁. Der Hauptkolben 11 (bzw. die Anlageplatte 19) liegt an dem Querschieber 7 axial an und wird formschlüssig daran gehindert, in die Sperrstellung des Betätigungselements 2 zurückzufahren. Der Nebenkolben 13 fährt weiter axial zurück und drückt den Querschieber 7 nicht mehr nach außen. Der Querschieber 7 wird durch die Reibkraft, die durch die auf den Hauptkolben 11 bzw. das Betätigungselement axial wirkende Rückstellkraft an dem Querschieber 7 erzeugt wird, radial ausgelenkt gehalten. Das Betätigungselement 2 ist in seiner Entsperrstellung. Das Verriegelungselement 4 ist in seiner Verriegelungsstellung.
Zu dem Zeitpunkt IV (vgl. 7D) wird der Hydraulikdruck erhöht. Der Hydraulikdruck ist niedriger als der erste Druckwert p₁. Der Nebenkolben 13 ist vollständig eingefahren. Das Betätigungselement 2 ist in seiner Entsperrstellung. Das Verriegelungselement 4 ist in seiner Verriegelungsstellung.
Zu dem Zeitpunkt V (vgl. 7E) entspricht der Hydraulikdruck dem ersten Druckwert p₁. Der Hauptkolben 11 beginnt axial ausgelenkt zu werden und die Anlageplatte 19 beginnt sich axial von dem Querschieber 7 zu lösen.
Zu dem Zeitpunkt VI (vgl. 7F) entspricht der Hydraulikdruck dem ersten Druckwert p₁. Der Hauptkolben 11 ist vollständig axial ausgefahren. Die Anlageplatte 19 liegt nicht mehr an dem Querschieber 7 an bzw. drückt diesen nicht mehr axial in die Nut 8.
Durch das zweite Rückstellelement 10 wird der Querschieber 7 radial zurückgefahren, da keine Reibkraft mehr auf ihn wirkt. Der Transportmodus ist deaktiviert/ausgelegt. Bei Absenken des Hydraulikdrucks unter den ersten Druckwert p₁ würde der Hauptkolben 11 in seine vollständig eingefahrene Position zurückfahren und das Betätigungselement 2 in seine Sperrstellung fahren.
Bezugszeichenliste

1: Parksperrenbetätigungssystem
2: Betätigungselement
3: Parksperre
4: Verriegelungselement
5: Betätigungszylinder
6: Verriegelungszylinder
7: Querschieber
8: Nut
9: erstes Rückstellelement
10: zweites Rückstellelement
11: Hauptkolben
12: Hydraulikleitung
13: Nebenkolben
14: drittes Rückstellelement
15: Blende
16: Haltemagnet
17: Rampe
18: Gleithülse
19: Anlageplatte
20: Hydraulikdruck
21: Betätigungselement-Auslenkung
22: Nebenkolben-Auslenkung
23: Verriegelungselement-Auslenkung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017102804 A1 [0002]

Claims

Parksperrenbetätigungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem mit einer Parksperre (3) koppelbaren Betätigungselement (2), das aus seiner Sperrstellung, in der die Parksperre (3) aktiv ist, in seine Entsperrstellung, in der die Parksperre (3) inaktiv ist, durch Überschreiten eines vorbestimmten ersten Druckwerts (p₁) hydraulisch aktuiert verschiebbar ist, und mit einem Verriegelungselement (4), das aus seiner Entriegelungsstellung, in der das Betätigungselement (2) zwischen dessen Sperrstellung und dessen Entsperrstellung beweglich ist, in seine Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement (4) das Betätigungselement (2) in dessen Entsperrstellung formschlüssig fixiert, durch Überschreiten eines vorbestimmten zweiten Druckwerts (p₂) hydraulisch aktuiert verlagerbar ist, wobei der zweite Druckwert (p₂) höher als der erste Druckwert (p₁) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (4) als ein radial zu einer Längsachse des Betätigungselements (2) verlagerbarer Querschieber (7) ausgebildet ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Rückstellelement (9), entgegen dessen Rückstellkraft das Betätigungselement (2) in Längsrichtung verschiebbar ist, und ein zweites Rückstellelement (10), entgegen dessen Rückstellkraft das Verriegelungselement (4) in Radialrichtung verlagerbar ist, wobei das erste Rückstellelement (9) und das zweite Rückstellelement (10) derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine durch das erste Rückstellelement hervorgerufene und auf das Betätigungselement (2) wirkende Kraft eine in der Verriegelungsstellung zwischen dem Betätigungselement (2) und dem Verriegelungselement (4) wirkende Reibkraft hervorruft, die größer als die Rückstellkraft des zweiten Rückstellelements (10) ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (2) zu dessen Betätigung mit einem hydraulischen Betätigungszylinder (5) verbunden ist und das Verriegelungselement (4) zu dessen Betätigung mit einem hydraulischen Verriegelungszylinder (6) verbunden ist, wobei der Betätigungszylinder (5) und der Verriegelungszylinder (6) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Verriegelungselement (4) bei einem Reduzieren des Drucks ausgehend von dem zweiten Druckwert in seiner Verriegelungsstellung gehalten wird, bis die Reibkraft auf das Verriegelungselement (4) wirkt.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungszylinder (6) und der Betätigungszylinder (5) über eine gemeinsame Hydraulikversorgung (12) betätigbar sind, wobei ein Volumenstrom der Hydraulikversorgung (12) in den Verriegelungszylinder (6) geringer als in den Betätigungszylinder (5) ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungszylinder (6) zur Hydraulikversorgung über eine Blende (15) mit dem Betätigungszylinder (5) verbunden ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch der hydraulische Verriegelungszylinder (6) einen längsverschieblichen Nebenkolben (13) aufweist, wobei die Radialverlagerung des Verriegelungselements (4) in seine Verriegelungsstellung mit der Längsverschiebung des Nebenkolbens (13) gekoppelt ist, und/oder der hydraulische Betätigungszylinder (5) einen längsverschieblichen Hauptkolben (11) aufweist, wobei die Längsverschiebung des Betätigungselements (2) mit der Längsverschiebung des Hauptkolbens (11) gekoppelt ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (4) und der Nebenkolben (13) korrespondierende Flächen besitzen, die so miteinander zusammenwirken, dass das Verriegelungselement (4) bei Längsverschiebung des Nebenkolbens (13) in Radialrichtung verlagert wird.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch ein drittes Rückstellelement (14), entgegen dessen Rückstellkraft der Nebenkolben (13) in Längsrichtung zum Auslenken des Verriegelungselements verschiebbar ist.
Parksperrenbetätigungssystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkolben (13) als ein axial innerhalb des Hauptkolbens (11) angeordneter Ringkolben ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Parksperrenbetätigungssystems (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Parksperrenbetätigungssystem (1) in einem Fahrmodus durch Druckbeaufschlagen unterhalb eines vorbestimmten Druckwerts (p₂) betrieben wird, und wobei das Parksperrenbetätigungssystem (1) durch Druckbeaufschlagen über den vorbestimmten Druckwert (p₂) aus dem Fahrmodus in einen Transportmodus geschaltet wird.