DE102021202897A1

DE102021202897A1 - Aktuator zum Betätigen einer Parksperre

Info

Publication number: DE102021202897A1
Application number: DE102021202897.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias List; Bernd AUSTERMANN; Tobias Miller; Armin Gierling
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbaren Aktuator zum Betätigen einer Parksperre. Dieser Aktuator (1) umfasst einen in einem Gehäuse (6) axial verschiebbar angeordneten Kolben (2), der zum Betätigen der Parksperre über einen Druckraum (6a) mit Druckmittel beaufschlagbar ist und bei Druckbeaufschlagung gegen die Federkraft einer Feder (9) auf ein Sperrelement (6) der Parksperre wirkt. Dabei ist der Kolben (2) mittels einer Arretiervorrichtung (5) zumindest in derjenigen Kolbenstellung mechanisch fixierbar ist, die der Kolben (2) bei Druckbeaufschlagung einnimmt, wobei der Kolben (2) eine Zentralbohrung (2e) aufweist, innerhalb der mit dem Kolben (2) zum Arretieren des Kolbens (2) in Wirkverbindung bringbare Rastierelemente (5c) der Arretiervorrichtung (5) angeordnet sind. Vorgeschlagen wird, dass der Aktuator (1) ein zentrisch innerhalb der Zentralbohrung (2e) des Kolbens (2) angeordnetes Ventil (7) umfasst, mittels dem der Druckraum (6a) des Aktuators (1) in einem vordefinierten Maß entlüftbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbaren Aktuator zum Betätigen einer Parksperre insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Sichern eines Kraftfahrzeugs gegen Wegrollen sind sowohl Parksperren bekannt, die in einem automatischen oder automatisierten Getriebe des Kraftfahrzeugs eingebaut sind und mechanisch auf eine Abtriebswelle dieses Getriebes wirken, als auch Parksperren, die in einer elektromotorisch angetriebenen Antriebsachse des Kraftfahrzeugs eingebaut sich und mechanisch auf die beiden abtriebsseitigen Halbwellen dieser Antriebsachse wirken. Derartige Parksperrensysteme umfassen üblicherweise eine auf einem Klinkenbolzen schwenkbar gelagerte Sperrklinke, die in ein mit dem Abtrieb des Getriebes bzw. der Antriebsachse verbundenes Parksperrenrad ein- oder ausrastet.
Üblicherweise erfolgt das Einlegen der Parksperre mechanisch durch die Federkraft einer Einlegefeder. Zum Auslegen der Parksperre ist häufig ein hydraulischer Aktuator vorgesehen, bei dem das dem Sperrelement abgewandte Ende der Verbindungsstange an der Wählscheibe angelenkt ist, die ihrerseits mit einer Kolbenstange eines hydraulisch betätigbaren, in einer Bohrung des Aktuatorgehäuses angeordneten Hydraulikkolbens wirkverbunden ist. Zum Auslegen der Parksperre ist dieser Hydraulikkolben dann gegen die Kraft der Einlegefeder axial verschiebbar, zum Einlegen der Parksperre hingegen durch die Kraft der Einlegefeder.
Zum hydraulischen Betätigen einer solchen Parksperre wird der durch die Mantelfläche der Gehäusebohrung zusammen mit dem Hydraulikkolben gebildete Druckraum des Aktuators mit Druck beaufschlagt, sodass der Hydraulikkolben gegen die Federkraft der Schenkelfeder axial in seine Kolbenstellung „P_aus“ (Parksperre ausgelegt) verschoben wird, wobei die Druckkraft des Hydraulikkolbens das Sperrelement aus dessen Sperrstellung bewegt. Um den Hydraulikkolben des Aktuators in Kolbenstellung „P_aus“ zusätzlich zu verriegeln, ist zumeist ein Elektromagnet vorgesehen, welche in dieser Stellung „P_aus“ elektrisch bestromt wird und hierdurch einen auf den Hydraulikkolben wirkenden Rastmechanismus betätigt.
Zum Einlegen einer solchen Parksperre wird dieser Elektromagnet wieder abgeschaltet, wobei der Druckraum des Aktuators entlüftet und die mechanische Verriegelung des Hydraulikkolbens des Aktuators gelöst wird. Durch die vorgespannte Einlegefeder wird der Hydraulikkolben in seine Schaltstellung „P_ein“ (Parksperre eingelegt) gebracht. Hierbei wird das Sperrelement unter die Sperrklinke verschoben und wirkt dabei derart auf die Sperrklinke, dass ein Zahn dieser Sperrklinke in eine korrespondierende Zahnlücke einer Sperrverzahnung des Parksperrenrades eingreifen kann. Der bereits zum mechanischen Arretieren des Aktuatorkolbens in Schaltstellung „P_aus“ vorgesehene Rastmechanismus kann derart modifiziert oder angepasst sein, dass mit ihm der Aktuatorkolben auch in Schaltstellung „P_ein“ mechanisch arretiert werden kann. In diesem Fall genügt auch ein Elektromagnet, um den Aktuatorkolben wahlweise in Schaltstellung „P_aus“ oder in Schaltstellung „P_ein“ zu arretieren. Der Fachmann bezeichnet ein derartiges Parksperren-Betätigungssystem als „hydraulisch betätigbarer Parksperren-Aktuator mit bi-stabiler Kolbenarretierung“.
Eine derartige Vorrichtung zum Betätigen einer Parksperre eines Getriebes ist beispielsweise aus der DE 10 2017 218 748 A1 bekannt. Zum Einlegen der Parksperre ist eine Einlegefeder vorgesehen, deren Federkraft in Parksperreneinlegerichtung auf einen Schalthebel wirkt. Dabei wirkt der Schalthebel über eine Verbindungsstange auf das Sperrelement der Parksperre, welches seinerseits auf die Sperrklinke der Parksperre wirkt. Zum Auslegen der Parksperre ist ein hydraulisch ansteuerbarer Aktuator vorgesehen, dessen Druckkraft in Parksperrenauslegerichtung auf den Schalthebel wirkt. Um die Parksperre bei Bedarf manuell auslegen zu können, umfasst diese Parksperre zusätzlich eine mit dem Schalthebel in Wirkverbindung bringbare Notentriegelungsvorrichtung.
Als konstruktive Besonderheit weist der Aktuator der DE 10 2017 218 748 A1 zwei auf gleicher Längsachse axial in einem Aktuatorgehäuse verschiebbar angeordnete Kolben und eine in dem Aktuatorgehäuse angeordnete elektromagnetisch aktuierbare Rastiervorrichtung auf. Dabei ist der erste Kolben zum Auslegen der Parksperre hydraulisch mit Druck beaufschlagbar und verschiebt bei Druckbeaufschlagung den zweiten Kolben gegen die Federkraft der Einlegefeder in axiale Richtung. Der zweite Kolben ist dabei mechanisch derart mit dem Schalthebel verbunden, dass eine Axialbewegung des zweiten Kolbens ein Verschwenken des Schalthebels bewirkt und umgekehrt. Die Rastiervorrichtung ist von einem Elektromagneten derart aktuierbar, dass sie den ersten Kolben entweder in einer dem eingelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung oder in einer dem ausgelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung mechanisch rastiert, wenn der Elektromagnet unbestromt ist. Zum Lösen der Rastierung in der jeweiligen Kolbenstellung muss der Elektromagnet bestromt werden. Diese konstruktive Ausbildung ermöglicht, dass im Falle einer Betätigung der Notentriegelungsvorrichtung der zweite Kolben von dem Schalthebel axial verschoben werden kann, ohne dass der erste Kolben seine rastierte, dem eingelegten Zustand der Parksperre entsprechende Kolbenstellung verlässt.
Ein der DE 10 2017 218 748 A1 konstruktiv ähnlicher Parksperren-Aktuator ist auch aus der DE 10 2019 111 240 A1 bekannt.
Gegenüber der zuvor beschriebenen Betätigungsart invertiert arbeitende Betätigungssysteme, bei denen die Parksperre hydraulisch eingelegt und mechanisch durch Federkraft ausgelegt wird, sind ebenfalls bekannt. Auch bekannt sind hydraulische Betätigungssysteme, die sowohl das Einlegen als auch das Auslegen der Parksperre erledigen.
Üblicherweise erfolgt die Druckmittelzuführung zum Druckraum des ParksperrenAktuators und auch die Entlüftung dieses Druckraums über ein Steuerventil oder mehrere hydraulisch zusammenwirkende Steuerventile eines elektrohydraulischen Steuergerätes des Getriebes bzw. der Antriebsachse. Mit Hydraulikfluid versorgt wird dieses elektrohydraulische Steuergerät üblicherweise von einer Ölpumpe, die ihrerseits von einem zum Antrieb des Getriebes vorgesehenen Motors bzw. von einer zum Antrieb der Antriebsachse vorgesehenen elektrischen Maschine oder auch von einem separaten Elektromotor angetrieben wird.
Als Beispiel für die Druckmittelversorgung eines hydraulischen Parksperrenaktuators in einem Automatgetriebe sei auf die DE 10 2017 211 025 A1 verwiesen. Hier ist der Aktuatorkolben in Auslegerichtung der Parksperre mit Kupplungsdruck eines der im Automatgetriebe vorhandenen gangbildenden Schaltelemente beaufschlagbar. Da dieses Schaltelement nicht in allen Gängen des Automatgetriebes mit Kupplungsdruck beaufschlagt und geschlossen ist, ist dem Aktuatorkolben eine elektromagnetisch betätigbare Verriegelung zugeordnet, mittels der der Aktuatorkolben insbesondere in denjenigen Gängen, in denen der auf den Aktuatorkolben in Auslegerichtung der Parksperre wirkende Kupplungsdruck nicht verfügbar ist, mechanisch fixiert werden kann, wobei diese Verriegelungsvorrichtung als „bi-stabile Kolbenarretierung“ ausgebildet ist.
Ist der Aktuatorkolben mittels der Verriegelungsvorrichtung in der dem ausgelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung mechanisch fixiert und gleichzeitig mit dem gegen die Federkraft der Einlegefeder wirkenden Kupplungsdruck beaufschlagt, können Druckschwankungen - insbesondere kurzfristige Druckeinbrüche und kurzfristige Druckspitzen - im Kupplungsdruck zum Verscheiß an der mechanischen Kolbenverriegelung führen. Ist der Aktuatorkolben mittels der Verriegelungsvorrichtung in der dem ausgelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung mechanisch fixiert und gleichzeitig der zuvor auf den Aktuatorkolben wirkende Kupplungsdruck gangbedingt abschaltet, sodass jetzt nur noch die Federkraft der Einlegefeder auf den Aktuatorkolben wirkt, können beim gangbedingten Wiederzuschalten des Kupplungsdrucks auftretende kurzfristige Druckspitzen im Kupplungsdruck ebenfalls zum Verscheiß an der mechanischen Kolbenverriegelung führen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, für eine Parksperre einen hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbaren Aktuator mit einem Aktuatorkolben bereitzustellen, welcher zum Betätigen der Parksperre gegen die Federkraft einer Feder mit Druck beaufschlagt wird und sowohl in einer dem eingelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung als auch in einer dem ausgelegten Zustand der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung mechanisch arretiert werden kann, wobei diese mechanische Kolbenarretierung hinsichtlich Verschleiß, der insbesondere durch temporäre Druckspitzen im Versorgungsdruck des Aktuators hervorgerufen werden kann, verbessert sein soll.
Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung geht aus von einem hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbaren Aktuator zum Betätigen einer Parksperre, welcher einen Kolben aufweist, der entlang seiner Längsachse axial verschiebbar in einem Gehäuse des Aktuators angeordnet ist und zum Betätigen der Parksperre über einen Druckraum des Aktuators mit Druckmittel beaufschlagbar ist und bei Druckbeaufschlagung gegen die Federkraft einer Feder auf ein Sperrelement der Parksperre wirkt. Zusätzlich umfasst der Aktuator eine Arretiervorrichtung, mittels der der mit Druckmittel beaufschlabare Kolben zumindest in derjenigen Kolbenstellung mechanisch fixierbar ist, die dieser Kolben bei Druckbeaufschlagung einnimmt.
Der mit Druckmittel beaufschlabare Kolben weist eine Zentralbohrung auf, innerhalb der mit dem Kolben zum Arretieren des Kolbens in Wirkverbindung bringbare Rastierelemente der Arretiervorrichtung angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zentrisch innerhalb dieser Zentralbohrung des Kolbens ein passives Ventil angeordnet ist, mittels dem der Druckraum des Aktuators in einem vordefinierten Maß entlüftbar ist. Vorzugsweise umschließt der Druckraum das Ventil dabei konzentrisch.
Durch dieses Konzept kann die auf den Kolben wirkende hydraulische oder pneumatische Druckkraft mittels der konstruktiven Ausgestaltung des passiven Ventils wirkungsvoll bedämpft und begrenzt werden, was den Aktuator und seine mechanischen Kolbenarretierung vor übermäßigem Verschleiß und vor Beschädigung schützt. Dabei ist unter dem Begriff „passives Ventil“ eine Ventilkonstruktion zu verstehen, die den Druckmitteldurchfluss des Ventils bzw. durch das Ventil in vordefinierten Maß selbsttätig einstellt, ohne hierfür extern - beispielsweise elektromagnetisch - angesteuert werden zu müssen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben mehrere vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt angeordnete Radialbohrungen aufweist, welche jeweils einerseits in den Druckraum und andererseits in die Zentralbohrung des Kolbens münden und mittels des Ventils in vordefiniertem Maß verschließbar sind.
Vorzugsweise sind diese Radialbohrungen des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens mittels eines in Schließrichtung des Ventils federvorgespannten Schließelementes des Ventils druckmitteldicht verschließbar. Alternativ hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Radialbohrungen des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens mittels des federvorgespannten Schließelementes bis auf ein vordefiniertes Mindestleckage-Maß verschließbar sind.
Ist das erfindungsgemäße Ventil druckmitteldicht verschließbar, ist die Federkennlinie der Schließelement-Anfederung des Ventils sinnvollerweise konstruktiv derart ausgelegt, dass das Ventil erst oberhalb einer vordefinierten Druckschwelle im Ansteuerdruck des Aktuator-Druckraums öffnet. Sinnvollerweise berücksichtigt diese Vordefinition nicht nur die von der Druckkraft beim Betätigen der Parksperre und Halten der Parksperre im betätigten Zustand zu überwindende statische Last der gegen die Druckkraft auf den Kolben wirkenden Feder, sondern additiv auch solche Lasten, die von außen her - meist dynamisch - über die Wirkverbindung zur Parksperre mechanisch auf den Kolben ausgeübt werden und insbesondere beim Halten der Parksperre im betätigten Zustand ebenfalls von der Druckkraft überwunden werden müssen. Entsprechend öffnet das Ventil dann bei einer hinreichend großen Drucküberhöhung in dem Aktuator-Druckraum selbsttätig und entlüftet den Aktuator-Druckraum in einem vordefinierten Maß, welches vorzugsweise sowohl ein unzulässige dynamische Drucküberhöhung als auch einen unzulässigen statischen Überdruck im Aktuator-Druckraum berücksichtigt. Unerwünschte dynamische Drucküberhöhungen können beispielsweise durch temporäre hochdynamische Druckspitzen im Ansteuerdruck des Kolbens hervorgerufen werden.
Ist das erfindungsgemäße Ventil hingegen nicht vollständig verschließbar, ist es zweckmäßig, den zum Entlüften des Aktuator-Druckraums vorgesehene Ablaufquerschnitt des Ventils und die Federkennlinie der Schließelement-Anfederung des Ventils sinnvollerweise derart aufeinander abzustimmen, dass die Summe aus der statischen Last der gegen die Druckkraft auf den Kolben wirkenden Feder und derjenigen Last, die von außen her über die Wirkverbindung zur Parksperre mechanisch auf den Kolben ausgeübt werden, durch die im Aktuator-Druckraum herrschenden und auf den Kolben wirkenden Druckkraft beim Betätigen der Parksperre und Halten der Parksperre im betätigten Zustand trotz der vorgegebenen Mindestleckage des Ventils stets überwunden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Ventil ein in Bezug zur Längsachse des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens radial wirkendes Schließelement aufweist.
Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass dieses radial wirkende Schließelement als ein in Bezug zur Längsachse des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens in radialer Richtung komprimierbares Elastomer-Element ausgebildet ist, das zentrisch innerhalb desjenigen Abschnitts der Zentralbohrung angeordnet ist, in welchem die Radialbohrungen in die Zentralbohrung münden, derart, dass eine äußere Mantelfläche des radial wirkendes Schließelement die Radialbohrungen in vordefiniertem Maß öffnet oder in vordefiniertem Maß verschließt. Ein derartiges Elastomer-Element ist konstruktiv einfach, robust und preiswert.
Alternativ hierzu kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das radial wirkende Schließelement in gleicher Anzahl wie die im Kolben vorgesehenen Radialbohrungen in Bezug zur Längsachse des Kolbens in radialer Richtung nach außen angefederte Schließkörper aufweist, die korrespondierend zu den Radialbohrungen (vorzugsweise symmetrisch) umfangsverteilt zentrisch innerhalb desjenigen Abschnitts der Zentralbohrung angeordnet sind, in welchem die Radialbohrungen in die Zentralbohrung münden, derart, dass jeweils eines der Schließkörper jeweils eine der Radialbohrungen in vordefiniertem Maß öffnet oder in vordefiniertem Maß verschließt. Eine derartige Konstruktion ist gegenüber einem Elastomer-Element zwar aufwändiger, bietet aber mehr Freiheitsgrade bei der Auslegung der Federkennlinie der Schließkörper-Anfederung.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Ventil ein in Bezug zur Längsachse des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens axial wirkendes Schließelement aufweist.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Ventil eine Ventilfeder aufweist, welche dieses axial wirkende Schließelement in Schließrichtung in vordefinierter Weise vorspannt.
In einer technisch einfachen Ausführungsform das passive - also selbsttätig arbeitende - Ventil in Schließrichtung des Ventils über eine lineare Federkennlinie elastisch vorgespannt sein, deren Federsteifigkeit auf ein maximal zulässiges Druckniveau im Druckraum des Aktuators abgestimmt ist.
In einer technisch höherwertigen Ausführungsform kann das passive - also selbsttätig arbeitende - Ventil in Schließrichtung über eine progressive Federkennlinie elastisch vorgespannt sein, wobei der weiche Teil dieser Federkennlinie auf die zum Betätigen der Parksperre erforderliche statische Kraft abgestimmt ist, wohingegen der harte Teil dieser Federkennlinie auf eine dynamische Drucküberhöhung im Druckraum des Aktuators abgestimmt ist und einen an diese dynamische Drucküberhöhung angepassten Druckmittelabfluss aus diesem Druckraum einstellt. Konstruktiv realisierbar ist ein solche progressive Federkennlinie beispielsweise durch einen nicht-konstantem Windungsdurchmesser oder einen nicht-konstantem Federdrahtquerschnitt der Ventilfeder.
In einer technisch ähnlich höherwertigen Ausführungsform kann das passive - also selbsttätig arbeitende - Ventil in Schließrichtung über eine mehrstufige Federkennlinie elastisch vorgespannt sein, wobei eine erste Federkennlinie dieser mehrstufigen Federkennlinie auf die zum Betätigen der Parksperre erforderliche statische Kraft abgestimmt ist, und wobei eine zweite Federkennlinie dieser mehrstufige Federkennlinie auf eine dynamische Drucküberhöhung im Druckraum des Aktuators abgestimmt ist und einen an diese dynamische Drucküberhöhung angepassten Druckmittelabfluss aus diesem Druckraum einstellt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der mit Druckmittel beaufschlagbare Kolben mittels der Arretiervorrichtung nicht nur in seiner Kolbenstellung, die er bei Druckbeaufschlagung einnimmt, sondern auch in derjenigen Kolbenstellung, die er ohne Druckbeaufschlagung einnimmt, mechanisch fixierbar.
In einer anderen, hinsichtlich Energieverbrauch vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung setzt die Arretiervorrichtung den mit Druck beaufschlagbaren Kolben des Aktuators in der jeweils vorliegenden Kolbenstellung dann mechanisch fest, wenn der Elektromagnet der Arretiervorrichung elektrisch nicht bestromt ist. In diesem Fall muss der Elektromagnet zum Lösen der Kolbenfixierung in der jeweiligen Kolbenstellung elektrisch bestromt werden, sodass der erste Kolben des Aktuators nur dann seine Kolbenstellung ändern kann, wenn der Elektromagnet elektrisch bestromt ist. Hierzu alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Arretiervorrichtung den ersten Kolben des Aktuators in der jeweils vorliegenden Kolbenstellung dann mechanisch fest, wenn der Elektromagnet der Arretiervorrichung elektrisch bestromt ist, sodass der Elektromagnet zum Lösen der Kolbenfixierung in der jeweiligen Kolbenstellung elektrisch abgeschaltet werden muss und der erste Kolben des Aktuators nur dann seine Kolbenstellung ändern kann, wenn der Elektromagnet elektrisch nicht bestromt ist.
Vorzugsweise wirkt die Arretiervorrichtung beim Arretieren (bzw. axialen Fixieren) des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens des Aktuators direkt bzw. unmittelbar auf diesen ersten Kolben. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Arretiervorrichtung beim Arretieren dieses Kolbens des Aktuators indirekt bzw. mittelbar auf diesen Kolben wirkt, beispielsweise über eine mit diesem Kolben verbundene Kolbenstange.
Die konstruktive Ausbildung des Aktuators in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Ventil ist in weiten Bereichen variierbar. So wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Aktuator einen zusätzlichen Kolben umfasst, der zusammen mit dem mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben auf gleicher Längsachse angeordnet und von dem mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben betätigbar ist. Hierzu ist dieser zusätzliche Kolben in Richtung der Längsachse gesehen axial neben dem mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben auf dessen der Arretiervorrichtung abgewandten Seite axial verschiebbar in dem Gehäuse des Aktuators angeordnet. Dabei weist dieser zusätzliche Kolben eine das Gehäuse in axialer Richtung durchdringende Kolbenstange auf, die mechanisch mit dem Sperrelement der Parksperre verbunden oder wirkverbunden ist. Bei dieser Anordnung verschiebt der mit Druckmittel beaufschlagbare bei Druckbeaufschlagung den zusätzlichen Kolben gegen die Federkraft der gegen die Druckkraft wirkenden Feder axial, sodass der zusätzliche Kolben die Druckkraft des Aktuators auf das Sperrelement der Parksperre überträgt.
In diesem Fall ist es konstruktiv möglich, dass das Ventil den Aktuator-Druckraum über die Kolbenstange des zusätzlichen Kolbens in vordefiniertem Maß entlüftet.
Sofern die gegen die Druckkraft wirkende Feder in einem Federraum innerhalb des Gehäuses des Aktuators angeordnet ist und dabei einen Abschnitt der Kolbenstange des zusätzlichen Kolbens konzentrisch umschließt, ist es konstruktiv möglich, dass das Ventil den Aktuator-Druckraum über diesen Federraum und eine Ablaufbohrung des Gehäuses im vordefinierten Maß entlüftet.
In einer Ausgestaltung der genannten Weiterbildung mit dem zusätzlichen Kolben, der über den mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben betätigbar ist, wird vorgeschlagen, dass dieser zusätzliche Kolben mechanisch mit einer Notbetätigungsvorrichtung in Wirkverbindung bringbar ist, sodass die Parksperre manuell betätigbar ist, ohne dass der mit Druckmittel beaufschlagbare Kolben dabei seine mechanisch fixierte Kolbenstellung verlässt. Ein konstruktives Beispiel für eine solche Notbetätigungsvorrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2017 218 748 A1 offenbart.
Der erfindungsgemäße Aktuator eignet sich als Betätigungselement für Parksperren unterschiedlichster - an sich beliebiger - Bauart. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Druckkraft des Aktuators in Auslegerichtung der Parksperre wirkt, wohingegen die Federkraft der Feder in Einlegerichtung der Parksperre wirkt. Alternativ hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Druckkraft des Aktuators in Einlegerichtung der Parksperre wirkt, wohingegen die Federkraft der Feder in Auslegerichtung der Parksperre wirkt.
Auch ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Aktuators zum Betätigen einer Parksperre nicht beschränkt aus einen speziellen Anwendungsfall. So eignet sich der erfindungsgemäße Aktuator beispielsweise sowohl zum Betätigen einer in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingebauten Parksperre als auch zum Betätigen einer in einer elektromotorisch angetriebenen Antriebsache eines Kraftfahrzeugs eingebauten Parksperre.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Aktuators mit einem erfindungsgemäßen Ventil in vereinfachter schematischer Schnittdarstellung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aktuators mit einem erfindungsgemäßen Ventil in vereinfachter schematischer Schnittdarstellung; und
2A eine vergrößere Schnittdarstellung des Ventil gemäß 2 als Detail.

Beide Ausführungsbespiele basieren auf dem aus der DE 10 2017 218 748 A1 bekannten hydraulisch ansteuerbaren Aktuator zum Betätigen einer Parksperre in einem Kraftfahrzeuggetriebe oder in einer Kraftfahrzeugachse. Daher sind in den beiden Ausführungsbespielen gleiche oder gleichartige Bauteile und Konstruktionselementen auch durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Gleichwohl in den Figuren beispielhaft zum Betätigen einer solchen Parksperre vorgesehen, sei an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäße Aktuatorkonzept nicht auf die Anwendung als Parksperrenaktuator beschränkt ist. sondern vielseitig einsetzbar ist, dass sich das erfindungsgemäße Aktuatorkonzept also auch zum Betätigen anderer Bauteile, Baugruppen und Aggregate insbesondere in Kraftfahrzeugen eignet.
Der in 1 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigte Aktuator 1 ist beispielhaft zum Auslegen einer Parksperre - hier beispielhaft hydraulisch - mit Druckmittel ansteuerbar, wobei dieser Betätigungsdruck gegen die Federkaft einer Feder 9 wirkt. Entsprechend kann diese Feder 9 auch als „Einlegefeder der Parksperre“ tituliert werden. In 1 befindet sich der Aktuator 1 in Schaltstellung „Parksperre ausgelegt“, was durch das Bezugszeichen P_aus gekennzeichnet ist. Die Parksperre selbst ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet. Von der kinematischen Anbindung des Aktuators 1 an die Parksperre ist in 1 lediglich ein verschwenkbarer Schalthebel 8 angedeutet, der in geeigneter Weise mit einem Sperrelement der Parksperre verbunden oder wirkverbunden ist, wobei dieses Sperrelement seinerseits vorzugsweise über eine verschwenkbare Sperrklinke zum und beim Ein- und Auslegen der Parksperre mechanisch auf ein Parksperrenrad der Parksperre wirkt.
Als wichtiges Konstruktionsdetail umfasst der Aktuator 1 zwei separate, auf gleicher Längsachse 4 in einem Gehäuse 6 des Aktuators 1 entlang dieser Längsachse 4 axial verschiebbar angeordnete Kolben 2 und 3, von denen nur der erste Kolben 2 zum Auslegen der Parksperre mit Druck beaufschlagbar ist. Bei Druckbeaufschlagung verschiebt der erste Kolben 2 den zweiten Kolben 3 in axialer Richtung gegen die Federkraft der Feder 9, die ihrerseits als eine axial zwischen dem zweiten Kolben 3 und dem Aktuator-Gehäuse 6 eingespannte Druckfeder ausgeführt ist und dabei eine Kolbenstange 3a des zweiten Kolbens 3 konzentrisch umschließt. Der Federraum innerhalb des Gehäuses 1, in welchem die Feder 9 dabei angeordnet ist, ist mit Bezugszeichen 9a gekennzeichnet. Der zweite Kolben 3 ist über einen in die Kolbenstange 3a eingesetzten Stift 3d, der in einen Mitnehmer 8a des Schalthebels 8 eingreift, mechanisch mit dem Schalthebel 8 verbunden, sodass eine Axialbewegung des zweiten Kolbens 3 eine Verdrehung des Schalthebels 8 um seine Schwenkachse bewirkt. Umgekehrt bewirkt eine Verdrehung des Schalthebels 8 um seine Schwenkachse eine Axialbewegung des zweiten Kolbens 3.
Zusätzlich weist der Aktuator 1 für seinen ersten Kolben 2 eine bi-stabile Arretiervorrichtung 5 auf, die von einem am Aktuator-Gehäuse 6 angeordneten Elektromagneten 5a elektromagnetisch derart aktuierbar ist, dass die Arretiervorrichtung 5 den ersten Kolben 2 entweder in einer dem eingelegten Zustand P_ein der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung oder in der in der Figur gezeigten, dem ausgelegten Zustand P_aus der Parksperre zugeordneten Kolbenstellung mechanisch in axialer Richtung fixiert. Beispielhaft ist der Elektromagnet 5a dann, wenn der erste Kolben 2 in dessen jeweiligen Kolbenstellung mittels der Arretiervorrichtung 5 mechanisch arretiert ist, nicht bestromt, sodass der Elektromagnet 5a zum Lösen der Arretierung des ersten Kolbens 2 daher bestromt werden muß.
Ebenfalls beispielhaft ist diese Arretiervorrichtung 5 innerhalb des Aktuator-Gehäuses 6 und dabei zentrisch innerhalb einer Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 angeordnet und umfasst beispielhaft als Kugeln ausgebildete Rastierelemente 5c, die in radialer Richtung beweglich in einem aktuatorgehäusefesten Kugelkäfig 5d angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Arretiervorrichtung 5 eine zum radialen Verschieben dieser Rastierelemente 5c ausgebildete Hülse 5d, die ihrerseits axial verschiebbar auf einer Ankerstange 5b des Elektromagneten 5a gelagert ist und von dieser Ankerstange 5b gegen die Federkraft einer Rückstellfeder 5f axial verschiebbar ist.
In der in 1 gezeigten Stellung ist der Elektromagnet 5a elektrisch nicht bestromt. In diesem Zustand drückt die Rückstellfeder 5f die Hülse 5e axial in Richtung des zweiten Kolbens 3 und hierbei die Rastierelemente 5c innerhalb der im Kugelkäfig 5d vorgesehenen Kugelführung radial derart weit nach außen, dass sich die Rastierelemente 5c axial und radial an einer Abstützfläche 2d des ersten Kolbens 2 abstützen und hierbei den ersten Kolben 2 in axialer Richtung relativ zum Kugelkäfig 5d und damit relativ zum Aktuatorgehäuse 6 arretieren.
Ist der Elektromagnet 5a hingegen elektrisch bestromt, zieht die Magnetkraft des Elektromagneten 5a die Ankerstange 5b in zum zweiten Kolben 3 entgegengesetzter Richtung und nimmt hierbei die Hülse 5e gegen die Federkraft der Rückstellfeder 5f mit. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Rastierelemente 5c innerhalb der im Kugelkäfig 5d vorgesehenen Kugelführung radial nach innen fallen hinein in eine Außennut der Hülse 5e, und zwar derart weit, dass die Arretierung des ersten Kolbens 2 gelöst ist.
Das Aktuator-Konzept mit den beiden Kolben 2 und 3 ermöglicht trotz Vorhandensein dieser bi-stabilen Verrastung des mit Druck beaufschlagbaren Kolbens 2 eine in der Figur nicht näher dargestellte manuell bedienbare Notentriegelungsvorrichtung, mittels der die Parksperre bei Ausfall der hydraulischen und/oder elektrischen Ansteuerung des Aktuators 1 mechanisch vom Zustand P_ein in den Zustand P_aus überführbar ist, vorzugsweise indem die Notentriegelungsvorrichtung mechanisch mit dem Schalthebel 8 in Wirkverbindung bringbar ist. Eine hierfür geeignete Konstruktion findet der Fachmann beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2017 218 748 A1 , bei der vorgesehen ist, dass der Schalthebel 8 im Falle einer Betätigung der Notentriegelungsvorrichtung mechanisch direkt auf einen Schenkel des Schalthebels 8 wirkt, wodurch sich der Schalthebel 8 auf seiner Schwenkachse in die zum Auslegen der Parksperre vorgesehene Drehrichtung verdreht. Im Falle einer Betätigung der Notentriegelungsvorrichtung wird demnach der zweite Kolben 3 des Aktuators 1 von dem Schalthebel 8 axial verschoben, ohne dass der erste Kolben 2 des Aktuators 1 dabei seine dem eingelegten Zustand P_ein der Parksperre entsprechende Kolbenstellung verlässt. Ein „reguläres“ Verschwenken des Schalthebels 8 im Normalbetrieb - also mit voll funktionsfähigem Aktuator 1 - hat keinerlei mechanische Wirkung auf die Notentriegelungsvorrichtung.
Um die Parksperre im Normalbetrieb bei gesicherter elektrischer und hydraulischer Versorgung des Aktuators 1 hydraulisch auslegen zu können, weist der Aktuator 1 einen Druckraum 6a auf, der durch eine Mantelfläche und eine Stirnfläche des Aktuator-Gehäuses 16 und durch eine Mantelfläche und eine Stirnfläche des ersten Kolbens 11 gebildet wird. In Schaltstellung P_ein ist dieser Druckraum 6a entlüftet, während sich die beiden Kolben 2 und 3 des Aktuators 1 in ihrer dem Elektromagneten 5a zugewandten ersten Endlage befinden, wobei der erste Kolben 2 von der Arretiervorrichtung 5 mechanisch gegen eine Axialbewegung fixiert - also arretiert - ist.
Um die Parksperre ausgehend von der Schaltstellung P_ein überhaupt auslegen zu können, wird zunächst der Elektromagnet 5a elektrisch bestromt, mit der Folge, dass die Arretiervorrichtung 5 den zuvor von ihr arretierten ersten Kolben 2 freigibt. Etwa zeitgleich wird der zuvor drucklose Druckraum 6a des Aktuators 1 mit Druckmittel befüllt, mit der Folge, dass sich der erste Kolben 2 durch die auf ihn wirkende Druckkraft gegen die Federkraft der Feder 9 axial in zum Druckraum 6a entgegengesetzte Richtung bewegt und dabei den zweiten Kolbens 3 mitnimmt, bis eine vordefinierte zweite Endlage erreicht ist. Die Axialbewegung des zweiten Kolbens 3 wiederum wird über Schalthebel 8 in eine Drehbewegung des Schalthebels 8 um dessen Schwenkachse in der zum Auslegen der Parksperre vorgesehene Drehrichtung umgesetzt. Diese Drehbewegung des Schalthebels 8 wird in geeigneter Weise auf das Sperrelement der Parksperre übertragen, um die Parksperre auszulegen. Befindet sich dann auch die Parksperre im Zustand P_aus, wird der Elektromagneten 5a elektrisch stromlos geschaltet, sodass die Arretiervorrichtung 5 den ersten Kolben 2 in seiner dem Elektromagneten 5a abgewandten zweiten Endlage mechanisch arretiert, so wie in der Figur dargestellt. Diese mechanische Arretierung des ersten Kolbens 2 sichert das Parksperrensystem gegen ein ungewolltes Einlegen der Parksperre ab, was beispielsweise bei einem situativ nicht ausreichenden Druckniveau oder bei einem Defekt in der Druckzuführung zum Druckraum 6a des Aktuators 1 möglich wäre.
Soll nun ausgehend vom Zustand P_aus, bei dem die Parksperre ausgelegt ist, die Parksperre im Normalbetrieb bei gesicherter elektrischer und hydraulischer Versorgung des Aktuators 1 eingelegt werden, muss der im Ausgangszustand P_aus mit Druck beaufschlagte Druckraum 5a des Aktuators 1 entlüftet werden. Da im Ausgangszustand P_aus, bei dem sich beide Kolben 2, 3 des Aktuators 1 in deren jeweiligen zweiten Endlage befinden, der erste Kolben 2 durch die Arretiervorrichtung 5 mechanisch festgesetzt ist, muss zunächst der Elektromagnet 5a elektrisch bestromt werden, sodass die Arretiervorrichtung 5 den zuvor durch sie arretierten ersten Kolben 2 freigibt. Etwa zeitgleich wird der zuvor mit Druck beaufschlagte Druckraum 6a des Aktuators 1 entlüftet, mit der Folge, dass sich der zweite Kolben 3 durch die Federkraft der Feder 9 axial in Richtung des ersten Kolbens 2 bewegt. Diese Axialbewegung des zweiten Kolbens 3 bewirkt zum einen eine axiale Verschiebung des ersten Kolbens 2 hin zu dessen dem Elektromagneten 5a zugewandten ersten Endlage. Zum anderen bewirkt die Axialbewegung des zweiten Kolbens 3 eine Drehbewegung des Schalthebels 8 um dessen Schwenkachse in der zum Einlegen der Parksperre vorgesehene Drehrichtung. Diese Drehbewegung des Schalthebels 8 wiederum wird in geeigneter Weise auf das Sperrelement der Parksperre übertragen, um die Parksperre mittels Federkraft der Feder 9 einzulegen. Befindet sich die Parksperre nun im Zustand P_ein, wird der Elektromagnet 5a elektrisch wieder stromlos geschaltet, wodurch die Arretiervorrichtung 5 den ersten Kolben 2 in seiner dem Elektromagneten 5a zugewandten Endlage mechanisch arretiert.
Ein Ausfall der Ansteuerung des Aktuators 1 im Zustand P_aus, bei dem die Parksperre ausgelegt ist, stellt kein Problem dar, da die Parksperre ihre Schaltstellung infolge der noch immer gegebenen mechanischen Arretierung des ersten Kolbens 2 selbsttätig nicht verändern kann. Bei einem Ausfall der Ansteuerung des Aktuators 1 im Zustand P_ein, bei dem die Parksperre eingelegt ist, steht die bereits erwähnte Notentriegelungsvorrichtung zur Verfügung, um die Parksperre auch ohne den Aktuator 1 manuell auslegen zu können.
Im Schaltzustand P_aus, in der der erste Kolben 2 des Aktuators 1 mittels der Arretiervorrichtung 5 mechanisch arretiert ist und gleichzeitig die Federkraft der Feder 9 über den zweiten Kolben 3 auf den ersten Kolben 2 wirkt, können kurzfristige hochdynamische Druckspitzen in dem im Druckraum 6a des Aktuators 1 herrschenden Ansteuerdruck zu einem unerwünschten Verscheiß an der mechanischen Kolbenarretierung führen. Wird der Ansteuerdruck im Druckraum 6a des Aktuators 1 zeitweise abgeschaltet, während sich Parksperre und Aktuator 1 in Schaltzustand P aus befinden und der erste Kolben 2 des Aktuators 1 mittels der Arretiervorrichtung 5 mechanisch arretiert ist, kann auch ein schnelles Wiederbefüllen des Druckraums 6a zu unerwünschten Druckspitzen im Druckraum 6a des Aktuators 1 und damit zu einem unerwünschten an der mechanischen Kolbenarretierung führen.
Um einem solchen Verschleiß entgegenzuwirken, weist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung ein passives Ventil 7 auf, mittels dem der Druckraum 6a des Aktuators 1 bei einem Überschreiten eines vordefinierten Druckniveaus im Druckraum 6a automatisch und selbsttätig in einem vordefinierten Maß entlüftet wird. Je nach konstruktiver Auslegung des Ventils öffnet das Ventil infolge zu hoher dynamischer Druckspitzen im Ansteuerdruck des Druckraums 6a oder infolge unzulässig hohem statischen Druck im Druckraum 6a. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Entlüftung über den ersten Kolben 2 des Aktuators 1 in den zweiten Kolben 3 des Aktuators, von dort in den Federraum 9a im Gehäuse 6 und von dort über eine Ablaufbohrung 6c des Gehäuses 6 nach außen in einen Entlüftungsraum außerhalb des Aktuators 1, von dem aus das nunmehr hydraulisch entspannte Hydraulikfluid weiterverwendbar ist.
Hierzu weist der mit Druckmitte beaufschlagbare erste Kolben 2 des Aktuators 1 mehrere vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt angeordnete Radialbohrungen 2e auf, die alle einerseits in den Druckraum 6a des Aktuators 1 und andererseits in die Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 münden. Das passive Ventil 7 ist räumlich gesehen innerhalb der Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 angeordnet, in Richtung der Kolben-Längsachse 4 gesehen radial unterhalb dieser Radialbohrungen 2e. Anders formuliert, umschließt derjenige Abschnitt des Kolbens 2, in dem sich die Radialbohrungen 2e befinden, das Ventil 7 konzentrisch.
In dem in 1 dargestellten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Ventil 7 konstruktiv derart ausgebildet, dass es die Radialbohrung 2e des ersten Kolbens 2 radial abdichten kann und somit den Druckmittelabfluss aus dem Druckraum 6a über diese Radialbohrungen 2e verhindert, solange wie das Druckniveau im Druckraum 6a das vordefinierte kritische Maß nicht überschritten hat.
Hierzu umfasst das Ventil 7 ein in Bezug zur Kolben-Längsachse 4 radial elastisches Schließelement 7a, welches auf einen Längsabschnitt eines Ventilkörper 7b aufgeschoben ist. Dieser Ventilkörper 7b ist seinerseits in die Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 fest eingesetzt und dabei derart positioniert, dass das radial wirkende Schließelement 7a mit seiner äußeren Mantelfläche die im ersten Kolben 2 vorgesehenen Radialbohrungen 2e druckmitteldicht abdeckt, solange das Druckniveau im Druckraum 6a das vordefinierte kritische Maß nicht überschritten hat. Die als Dichtfläche wirkende innere Mantelfläche der Zentralbohrung 2a ist in 1 mit 2f bezeichnet.
In 1 ist das radial wirkende Schließelement 7a beispielhaft als ein in bezogen auf die Kolben-Längsachse 4 radialer Richtung komprimierbares Elastomer-Element ausgebildet, also konstruktiv einfach und preiswert. Die Federkennlinie bzw. Elastizität dieses Elastomer-Elementes (7a) ist dabei auf das gewünschte Öffnungsverhalten des Ventils 7 abgestimmt. Übersteigt das Druckniveau (statisch oder dynamisch) das vordefinierte kritische Maß, ist das Elastomer-Element (7a) derart weit komprimiert, dass im radial inneren Einmündungsbereich der Radialbohrungen 2e des Kolbens 2 ein Ablaufquerschnitt in vordefiniertem Maß freigegeben wird. Ist das Ventil 7 nunmehr infolge des zu hohem Druck im Druckraum 6a geöffnet, erfolgt der Abfluss von Druckmittel aus dem Druckraum 6a in vordefiniertem Maß über die Radialbohrungen 2e des ersten Kolbens 2 an dem Schließelement 7a vorbei zunächst hinein in die Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2, von dort über einen Ölkanal 3c des zweiten Kolbens 3 in den Federraum 9a und von dort über die Ablaufbohrung 6c des Gehäuses 6 nach außen. Sinkt das zuvor zu hohe Druckniveau im Druckraum 6a des Aktuators 1 nun wegen des geöffneten Ventils 7 ab, expandiert das Elastomer-Element (7a) dem aktuellen Druckniveau folgend wieder. Ist der Druck im Druckraum 6a hinreichend weit abgesunken, verschließt das Elastomer-Element (7a) die Radialbohrungen 2e des ersten Kolbens 3 wieder.
Der in 2 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigte Aktuator 1 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Aktuator 1 lediglich durch die konstruktive Ausbildung des Ventils 7, welches unverändert zentrisch innerhalb der Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 angeordnet ist, in Richtung der Kolben-Längsachse 4 gesehen radial unterhalb der in den Druckraum 6a des Aktuators 1 mündenden Radialbohrungen 2e des zweiten Kolbens 2. Daher kann die nachfolgende Beschreibung des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf die Erläuterung dieser Unterschiede beschränkt bleiben, um Wiederholungen zu vermeiden.
Wie in 2 ersichtlich, ist das passive Ventil 7 nunmehr als eine kompakte Ventilpatrone 7c ausgebildet, die in dem genannten Abschnitt des Kolbens 2 zentrisch innerhalb des Kolbens 2 angeordnet ist. 2A zeigt diese Ventilpatrone 7c in vergrößerter Schnittdarstellung.
Die Ventilpatrone 7c ist fluidtechnisch an den Druckraum 6a des Aktuators 1 angebunden. Wie bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der mit Druckmittel beaufschlagbare erste Kolben 2 des Aktuators 1 hierzu mehrere vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt angeordnete Radialbohrungen 2e auf, die alle einerseits in den Druckraum 6a des Aktuators 1 und andererseits in die Zentralbohrung 2a des ersten Kolbens 2 münden, wobei die Ventilpatrone 7c räumlich gesehen innerhalb desjenigen Abschnitts dieser Zentralbohrung 2a angeordnet ist, in welchem dieser Radialbohrungen 2e in die Zentralbohrung 2a münden. Der diesem Abschnitt zugeordnete Innendurchmesser 2f der Zentralbohrung 2a bildet gleichzeitig den Außendurchmesser der Ventilpatrone 7c.
Dabei ist an dem Außendurchmesser der Ventilpatrone 7c eine Ringnut 7g vorgesehen, die axial in Richtung Kolben-Längsachse 4 gesehen derart positioniert ist, dass die Radialbohrungen 2a des ersten Kolbens 2 alle in diese Ringnut einmünden. Über mehrere vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt angeordnete Zulaufbohrungen 7h radialer Erstreckung ist der Ringkanal 7g fluidtechnisch mit einem Fluidraum 7i der Ventilpatrone 7c verbunden. Anders formuliert, umschließt derjenige Abschnitt des Kolbens 2, in dem sich die Radialbohrungen 2e befinden, den Ringkanal 7g und den Fluidraum 7i des Ventils 7 konzentrisch.
Innerhalb der Filterpatrone 7c ist ein als Ventilkolben ausgebildetes axial wirkendes Schließelement 7d des Ventils 7 axial verschieblich angeordnet. Dieser Ventilkolben 7d ist dabei über eine Ventilfeder 7e gegenüber dem Gehäuse der Filterpatrone 7c in Schließrichtung des Ventils 7 vorgespannt. Räumlich gesehen befindet sich diese Ventilfeder in einem Innenraum 7k der Filterpatrone 7c auf der dem Fluidraum 7i der Filterpatrone 7c abgewandten Seite des Ventilkolben 7d (und damit auch auf der der Arretiervorrichtung 5 des Aktuators 1 abgewandten Seite des Ventilkolben) bzw. auf der dem zweiten Kolben 3 des Aktuators 1 zugewandten Seite des Ventilkolben 7d.
Entsprechend befindet sich eine in 2A mit 7f bezeichnete Dichtfläche des Ventils 7 auf der der Ventilfeder 7e gegenüberliegenden Seite des Ventilkolbens 7d. Diese Dichtfläche 7f wird einerseits durch eine ringförmige Stirnfläche des Ventilkolbens 7d und andererseits durch eine zu dieser ringförmige Stirnfläche des Ventilkolbens 7d korrespondierenden gehäuseinneren Stirnfläche des Filterpatrone 7c gebildet, wobei die Dichtfläche 7f in radialer Richtung gesehen nach innen hin durch eine zentrale Längsbohrung 7m des Ventilkolbens 7d und nach außen hin durch den Fluidraum 7i begrenzt wird. Auf ihrer der Dichtfläche 7f abgewandten Seite mündet die die zentrale Längsbohrung 7m des Ventilkolbens 7d in den Innenraum 7k, im auch die Ventilfeder 7e angeordnet ist. Dabei sind Längsbohrung 7m und Innenraum 7k ständig entlüftet, und zwar über die Ölkanäle 3c des zweiten Aktuator-Kolbens 3, den Federraum 9a im Aktuator-Gehäuse 6 und die Anlaufbohrung 6c des Aktuator-Gehäuses 6.
Am Außendurchmesser des Ventilkolbens 7d ist ein Dichtring 7o vorgesehen, der den Fluidraum 7i von dem Innenraum 7k druckmitteldicht trennt, sofern der Ventilkolbens 7d an der Dichtfläche 7f axial druckmitteldicht anliegt und das Ventil 7 somit geschlossen ist. Übersteigt das im Druckraum 6a des Aktuators 1 herrschende Druckniveau (statisch oder dynamisch) ein vordefiniertes kritisches Maß, verschiebt sich das als Ventilkolben ausgebildete axial wirkende Schließelement 7d bzw. der Ventilkolben des Ventils 7 axial in Richtung des zweiten Kolbens 3 des Aktuators 1 in vordefiniertem Maß, und zwar derart lange, bis der Druck im Druckraum 6a wieder auf das zulässige Druckniveau abgebaut ist. 2A zeigt die Ventilpatrone 7c im geöffneten Zustand des Ventils 7. Das in diesem Zustand den Dichtsitz 7f der Ventilpatrone 7c passierende Druckmittel folgt dem in 2A eingezeichneten Strömungsverlauf 7p in Richtung der im zweiten Aktuator-Kolben vorgesehenen Ölkanäle 3c.
In vorteilhafter Weise erzeugen weder das Öffnen noch das Wiederschließen des Ventils 7 eine mechanische Kraft auf den zweiten Kolbens 3 des Aktuators 1.
Im Übrigen kann durch die geometrische Dimensionierung des Ablaufquerschnitts für das bei geöffnetem Ventil 7 abströmende Druckmittel - insbesondere durch Wahl der der Durchmesser von Ventilkolben-Längsbohrung 7n und des Ventilpatron-Ablauf 7m - in Zusammenspiel mit den zwischen dem Ventilpatronengehäuse und dem Dichtring 7o wirkenden Reibungskräften eine beabsichtigte Dämpfungswirkung erzielt werden, die sowohl das Anlaufverhalten des Ventils 7 gezielt beeinflusst als auch eventuellen Druckschwingungen im Aktuator-Druckraum 6a entgegenwirkt; letzteres natürlich erst dann, wenn das Ventil 7 beginnt zu öffnen oder geöffnet ist.
Bei der Auslegung der Federkennung bzw. Federkennlinie der Ventilfeder 7e kann der Fachmann verschiedene, auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Konzepte verfolgen und realisieren. So kann der Fachmann beispielsweise als einfachste Konstruktion der Ventilfeder 7e eine einteilige Druckfeder mit linearer Federkennlinie wählen, deren Federsteifigkeit auf ein maximal zulässiges statisches Druckniveau im Druckraum 6a des Aktuators 1 abgestimmt ist. Während die Federkennlinie der Ventilfeder 7e den Öffnungszeitpunkt bzw. der Öffnungsdruck des Ventils 7 definiert, definiert der Durchmesser der Längsbohrung 7n des Ventilkolbens 7c in Zusammenspiel mit dem geometrischen Querschnitt des Ablaufs 7m der Ventilpatrone 7c - alternativ der geometrische Querschnitt der Kanäle 3c des zweiten Aktuator-Kolbens 3 oder alternativ der geometrische Querschnitt der Gehäuse-Ablaufbohrung 6c - zusammen mit der Federkennlinie der Ventilfeder 7c die absolute Sicherheit gegen Überdruck im Druckraum 6a des Aktuators 1.
Anstelle einer solchen einfachen linearen Federkennung bzw. Federkennlinie kann die Ventilfeder 7e zur axialen Vorspannung des Ventilkolbens 7d beispielsweise auch eine progressive oder mehrstufige Federkennlinie aufweisen, um das Öffnungsverhalten des Ventils 7 feinfühliger auf das Zusammenspiel von statischem Überdruck und dynamischen Drucküberhöhungen im Druckraum 6a des Aktuators 1 abzustimmen.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: druckbeaufschlagbarer Kolben des Aktuators
2a: Zentralbohrung des Kolbens
2b: Stirnfläche am Kolben
2c: Kolbenwand des Kolbens
2d: Abstützfläche am Kolben für die Rastierelemente
2e: Radialbohrung des Kolbens
2f: Innenfläche der Zentralbohrung im Kolben
3: zusätzlicher Kolben des Aktuators
3a: Kolbenstange des zusätzlichen Kolbens
3b: Stirnfläche am zusätzlichen Kolben
3c: Ölkanal im zusätzlichen Kolben
3d: Stift
4: Kolben-Längsachse
5: Arretiervorrichtung des Aktuators
5a: Elektromagnet der Rastvorrichtung
5b: Ankerstange des Elektromagneten
5c: Rastierelement; Kugel
5d: Kugelkäfig
5e: Hülse
5f: Rückstellfeder
6: Gehäuse des Aktuators
6a: Druckraum des Aktuators
6b: Druckanschluss des Druckraums
6c: Ablaufbohrung im Gehäuse
7: Ventil
7a: radial wirkendes Schließelement des Ventils
7b: Ventilkörper
7c: Ventilpatrone
7d: axial wirkendes Schließelement des Ventils; Ventilkolben
7e: Ventilfeder
7f: Dichtfläche
7g: Ringkanal
7h: Zulaufbohrung
7i: Fluidraum
7k: Innenraum
7m: Ablauf
7n: Längsbohrung
7o: Dichtring
7p: Strömungsverlauf
8: Schalthebel
8a: Mitnehmer des Schalthebels
9: Feder
9a: Federraum
P_aus: ausgelegter Zustand der Parksperre
P_ein: eingelegter Zustand der Parksperre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017218748 A1 [0006, 0007, 0008, 0036, 0040, 0047]
DE 102019111240 A1 [0008]
DE 102017211025 A1 [0011]

Claims

Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator zum Betätigen einer Parksperre, umfassend einen auf einer Längsachse (4) in einem Gehäuse (6) des Aktuators (1) axial verschiebbar angeordneten Kolben (2), der zum Betätigen der Parksperre über einen Druckraum (6a) des Aktuators (1) mit Druckmittel beaufschlagbar ist und bei Druckbeaufschlagung gegen die Federkraft einer Feder (9) auf ein Sperrelement (6) der Parksperre wirkt, wobei der Kolben (2) mittels einer Arretiervorrichtung (5) zumindest in derjenigen Kolbenstellung mechanisch fixierbar ist, die der Kolben (2) bei Druckbeaufschlagung einnimmt, wobei der Kolben (2) eine Zentralbohrung (2a) aufweist, innerhalb der mit dem Kolben (2) zum Arretieren des Kolbens (2) in Wirkverbindung bringbare Rastierelemente (5c) der Arretiervorrichtung (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) ein zentrisch innerhalb der Zentralbohrung (2a) des Kolbens (2) angeordnetes Ventil (7) umfasst, mittels dem der Druckraum (6a) des Aktuators (1) in einem vordefinierten Maß entlüftbar ist.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (6a) das Ventil (7) konzentrisch umschließt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) eine symmetrisch umfangsverteilt angeordnete Anzahl von Radialbohrungen (2e) aufweist, welche jeweils einerseits in den Druckraum (6a) und andererseits in die Zentralbohrung (2a) des Kolbens (2) münden und mittels des Ventils (7) in vordefiniertem Maß verschließbar sind.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbohrungen (2e) des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens (2) druckmitteldicht verschließbar sind.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbohrungen (2e) des mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens (2) bis auf ein vordefiniertes Mindestleckage-Maß verschließbar sind.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) ein in Bezug zur Längsachse (4) des Kolbens (2) radial wirkendes Schließelement (7a) aufweist.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das radial wirkende Schließelement (7a) als ein in Bezug zur Längsachse (4) des Kolbens (2) in radialer Richtung komprimierbares Elastomer-Element ausgebildet ist, das zentrisch innerhalb desjenigen Abschnitts der Zentralbohrung (2a) angeordnet ist, in welchem die Radialbohrungen (2e) in die Zentralbohrung (2a) münden, derart, dass eine äußere Mantelfläche des radial wirkendes Schließelement (7a) die Radialbohrungen (2e) in vordefiniertem Maß öffnet oder in vordefiniertem Maß verschließt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das radial wirkende Schließelement (7a) in gleicher Anzahl wie die Radialbohrungen (2e) in Bezug zur Längsachse (4) des Kolbens (2) in radialer Richtung nach außen angefederte Schließkörper aufweist, die symmetrisch umfangsverteilt zentrisch innerhalb desjenigen Abschnitts der Zentralbohrung (2a) angeordnet sind, in welchem die Radialbohrungen (2e) in die Zentralbohrung (2a) münden, derart, dass jeweils eines der Schließkörper jeweils eine der Radialbohrungen (2e) in vordefiniertem Maß öffnet oder in vordefiniertem Maß verschließt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) ein in Bezug zur Längsachse (4) des Kolbens (2) axial wirkendes Schließelement (7d) aufweist.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) eine Ventilfeder (7e) aufweist, die das axial wirkende Schließelement (7d) in Schließrichtung in vordefinierter Weise vorspannt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) in Schließrichtung über eine progressive Federkennlinie elastisch vorgespannt ist, wobei der weiche Teil dieser Federkennlinie auf die zum Betätigen der Parksperre erforderliche statische Kraft abgestimmt ist, wohingegen der harte Teil dieser Federkennlinie auf eine dynamische Drucküberhöhung im Druckraum (6a) des Aktuators (1) abgestimmt ist und einen an diese dynamische Drucküberhöhung angepassten Druckmittelabfluss aus dem Druckraum (6a) einstellt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) in Schließrichtung über eine mehrstufige Federkennlinie elastisch vorgespannt ist, wobei eine erste Federkennlinie dieser mehrstufigen Federkennlinie auf die zum Betätigen der Parksperre erforderliche statische Kraft abgestimmt ist, und wobei eine zweite Federkennlinie dieser mehrstufige Federkennlinie auf eine dynamische Drucküberhöhung im Druckraum (6a) des Aktuators (1) abgestimmt ist und einen an diese dynamische Drucküberhöhung angepassten Druckmittelabfluss aus dem Druckraum (6a) einstellt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) in Schließrichtung über eine lineare Federkennlinie elastisch vorgespannt ist, deren Federsteifigkeit auf ein maximal zulässiges Druckniveau im Druckraum (6a) des Aktuators (1) abgestimmt ist.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mittels der Arretiervorrichtung (5) auch in derjenigen Kolbenstellung mechanisch fixierbar ist, die der Kolben (2) ohne Druckbeaufschlagung einnimmt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) einen zusätzlichen Kolben (3) umfasst, der auf der Längsachse (4) des ersten Kolbens (2) in Richtung der Längsachse (4) gesehen axial neben dem mit Druck beaufschlagbaren Kolben (2) auf dessen der Arretiervorrichtung (5) abgewandten Seite in dem Gehäuse (6) des Aktuators (1) axial verschiebbar angeordnet ist und eine das Gehäuse (6) in axialer Richtung durchdringende Kolbenstange (3a) aufweist, die mechanisch mit dem Sperrelement (6) der Parksperre verbunden oder wirkverbunden ist, wobei der Kolben (2) bei Druckbeaufschlagung den zusätzlichen Kolben (3) gegen die Federkraft der Feder (9) axial verschiebt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) den Druckraum (6e) über die Kolbenstange (3a) des zusätzlichen Kolbens (3) in vordefiniertem Maß entlüftet.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) in einem Federraum innerhalb des Gehäuses (6) des Aktuators (1) angeordnet ist und dabei einen Abschnitt der Kolbenstange (3a) des zusätzlichen Kolbens (3) konzentrisch umschließt, und dass das Ventil (7) den Druckraum (6e) über diesen Federraum und eine Ablaufbohrung (6c) des Gehäuses (6) im vordefinierten Maß entlüftet.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Kolben (3) mechanisch mit einer Notbetätigungsvorrichtung in Wirkverbindung bringbar ist, sodass die Parksperre manuell betätigbar ist, ohne dass der mit Druckmittel beaufschlagbare Kolben (2) dabei seine mechanisch fixierte Kolbenstellung verlässt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft des Aktuators (1) in Auslegerichtung der Parksperre wirkt, wohingegen die Federkraft der Feder (9) in Einlegerichtung der Parksperre wirkt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft des Aktuators (1) in Einlegerichtung der Parksperre wirkt, wohingegen die Federkraft der Feder (9) in Auslegerichtung der Parksperre wirkt.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch Verwendung des Aktuators (1) zum Betätigen einer in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingebauten Parksperre.
Hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch Verwendung des Aktuators (1) zum Betätigen einer in einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs eingebauten Parksperre.