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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Schaltelement sowie ein Rastelement einer Rasteinheit, das dazu vorgesehen ist, das Schaltelement in einer axialen Position formschlüssig zu arretieren.
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Parksperrenvorrichtungen sind dazu vorgesehen, bei Betätigung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs mit einem Rastelement in ein Schaltelement einzugreifen, um durch diesen Eingriff des Rastelements eine mit dem Schaltelement wirkverbundene Antriebswelle oder Abtriebswelle des Kraftfahrzeugs gegen Rotation zu blockieren und somit ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern. Derartige Parksperrenvorrichtungen gehen aus
DE 10 2010 043 260 A1 oder
DE 10 2017 003 599 A1 hervor.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2015 008 709 A1 ein Parksperrenmodul zur Montage in ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit zumindest einem axial verschiebbaren Betätigungskonus, der dazu vorgesehen ist, ein zum formschlüssigen Eingriff in ein Parksperrenrad vorgesehenes Sperrelement zu betätigen. Das Parksperrenmodul umfasst ferner zumindest ein axial verschiebbares Kolbenelement, das bewegungstechnisch mit dem Betätigungskonus verbunden ist. Ein zumindest teilweise einen Druckraum begrenzendes Druckraumgehäuse ist vorgesehen, in dem das Kolbenelement beweglich angeordnet ist. Mittels zumindest einem an dem Druckraumgehäuse befestigten Konusführungselement wird der Betätigungskonus zum Betätigen des Sperrelements abgestützt.
CN 208 024 839 U zeigt eine gattungsgemäße Parksperrenvorrichtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Parksperrenvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass Reibungsschwankungen innerhalb der Parksperrenvorrichtung verringert werden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Schaltelement sowie ein Rastelement einer Rasteinheit, wobei das Rastelement zumindest mittelbar an einem Parksperrengehäuse gelagert und von einem Betätigungselement derart betätigbar ist, dass das Rastelement um eine Schwenkachse von einer Sperrstellung in eine Entsperrstellung verschwenkt, wobei das Rastelement in der Sperrstellung in eine umlaufende Sperrnut des Schaltelements radial eingreift, um das Schaltelement in einer axialen Position formschlüssig zu arretieren, und wobei die Parksperrenvorrichtung Mittel zur Verkippsicherung des Rastelements aufweist. Mit anderen Worten setzt sich die Rasteinheit zumindest aus dem Rastelement, dem Betätigungselement sowie den Mitteln zur Verkippsicherung des Rastelements zusammen. Das Schaltelement ist relativ zum Parksperrengehäuse in axialer Richtung bzw. longitudinal verlagerbar, wobei die Betätigung beispielsweise mechanisch, durch einen elektrischen Linearmotor, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen kann. Es ist ferner denkbar, dass das Schaltelement mehrere umlaufende, axial beabstandete Nuten aufweisen, um das Schaltelement in verschiedenen axialen Positionen zu sichern.
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Bevorzugt ist das Rastelement aus einer Stahllegierung ausgebildet. Insbesondere ist das Rastelement aus einem Stahlblech hergestellt. Ferner bevorzugt ist das Rastelement als Schwenkhebel oder Sperrhebel ausgebildet. Die Schwenkachse des Rastelements ist parallel zum Schaltelement bzw. zur Verlagerungsachse des Schaltelements angeordnet, wodurch insbesondere in der Sperrstellung des Rastelements durch die auf das Schaltelement wirkenden Axialkräfte Verriegelungskräfte auf das Rastelement einwirken, die ein seitliches Verkippen des Rastelements hervorrufen. Anders gesagt bewirken die Verriegelungskräfte ein Kippen des Rastelements relativ zu einer gedachten Ebene, die senkrecht zur Verlagerungsachse des Schaltelements ausgerichtet ist.
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Ein seitliches Verkippen des Rastelements wird durch die Mittel zur Verkippsicherung des Rastelements verhindert. Mit anderen Worten werden die Verriegelungskräfte durch die Mittel zur Verkippsicherung des Rastelements aufgenommen und in das Parksperrengehäuse abgeleitet. Vorteilhaft ist dabei, dass auch bei variierendem Schmier- und/oder Oberflächenzustand der miteinander zusammenwirkenden Bauteile Reibungsschwankungen weitestgehend verhindert und der Gesamtreibwert innerhalb des Systems der Parksperrenvorrichtung insgesamt reduziert werden. Mithin ist die Parksperrenvorrichtung mit konstanten Randbedingungen, nämlich zumindest mit konstanten Reibwerten, betreibbar und die Lebensdauer der Parksperrenvorrichtung ist besser abschätzbar. Dadurch wird die Auslegung der Parksperrenvorrichtung vereinfacht.
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Die Sperrstellung des Rastelements liegt vor, wenn das Rastelement nicht betätigt ist und somit in einer Ausgangsstellung zumindest teilweise in die Sperrnut eingrifft, bevorzugt in der Sperrnut zur Anlage kommt. Demnach ist die Bewegung des Schaltelements durch den Formschluss zwischen dem Rastelement und dem Schaltelement blockiert. Das Rastelement ist also in der Sperrstellung passiv, wobei die jeweilige mit dem Schaltelement wirkverbundene Antriebs- oder Abtriebswelle des Kraftfahrzeugs blockiert.
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Demgegenüber liegt die Entsperrstellung vor, wenn das Rastelement durch das Betätigungselement, das vorzugsweise als Hubmagnet ausgebildet ist, betätigt wird und dessen Rastarm dabei um die exzentrische Schwenkachse aus der Sperrnut heraus verschwenkt. Anders gesagt ist das Rastelement in der Entsperrstellung aktiv und greift dabei mit dessen Rastarm nicht in die Sperrnut des Schaltelements, sodass die Parksperre nicht eingelegt ist und somit eine Antriebs- oder Abtriebswelle des Kraftfahrzeugs, das jeweils zumindest mittelbar mit dem Schaltelement wirkverbunden ist, nicht blockiert.
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Vorzugsweise ist zumindest eine Seitenflanke der Sperrnut relativ zu einer Stirnfläche des Rastelements geneigt ausgebildet. Anders gesagt gleitet das Rastelement während des Verschwenkens zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung an den Seitenflanken der Sperrnut ab. Insbesondere ist diejenige Seitenflanke geneigt, welche in Wirkrichtung der Verriegelungskräfte liegt. Durch die Neigung der jeweiligen Seitenflanke wird in Abhängigkeit ihrer Neigung relativ zur Stirnfläche des Rastelements eine Reibwertkompensation erreicht. Bevorzugt ist die jeweilige geneigte Seitenflanke der Sperrnut relativ zu einer senkrecht zur Verlagerungsachse des Schaltelements verlaufenden gedachten Ebene um 5° bis 15°, ferner bevorzugt um einen Winkel von 10° geneigt.
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Vorzugsweise ist das Rastelement zumindest im Bereich der Kontaktfläche zur Sperrnut zur Reibungsminderung oberflächenbehandelt. Alternativ oder ergänzend ist die Sperrnut zumindest im Bereich der Kontaktfläche zum Rastelement zur Reibungsminderung oberflächenbehandelt. Dazu können das Rastelement und/oder die Sperrnut im Bereich der Kontaktpunkte eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen. Auch weitere reibungsmindernde Maßnahmen sind denkbar.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Rastelement eine Ausnehmung aufweist, in die ein Begrenzungsstift zumindest teilweise eingreift, um die Schwenkbewegung des Rastelements zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung zu begrenzen. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung derart ausgebildet, dass der Begrenzungsstift beim Verschwenken des Rastelements von der Sperrstellung zur Entsperrstellung, oder umgekehrt, zwischen einem ersten und zweiten Anschlag innerhalb der Ausnehmung verlagerbar bzw. darin geführt ist. Wenn der Begrenzungsstift am ersten Anschlag zur Anlage kommt, liegt das Rastelement in der Sperrstellung vor. Wenn der Begrenzungsstift nach Verschwenkung des Rastelements am zweiten Anschlag zur Anlage kommt, liegt das Rastelement in der Entsperrstellung vor.
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Um bei der Schwenkbewegung des Rastelements von der Sperrstellung zur Entsperrstellung eine Rückstellkraft zu erzeugen, umfasst die Rasteinheit ein Federelement, das in der Entsperrstellung vorspannt. Anders gesagt wird das Federelement in der Entsperrstellung mit einer Axialkraft beaufschlagt und dabei im Wesentlichen axial komprimiert. Die axiale Vorspannung des Federelements bewirkt, dass bei Deaktivierung des Betätigungselements bzw. bei Beendigung der Betätigung des Rastelements mittels des Betätigungselements eine durch eine Entspannung des Federelements eingeleitete Rückstellung des Rastelements in Richtung der Sperrstellung erfolgt. Das Federelement ist vorzugsweise als Axialdruckfeder oder als Spiralfeder ausgebildet und ist derart zum Rastelement angeordnet, dass eine Entspannung des Federelements eine Rückstellung, das heißt eine Schwenkbewegung des Rastelements von der Entsperrstellung in die Sperrstellung eingeleitet wird.
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Die Mittel zur Verkippsicherung des Rastelements umfassen eine im Bereich der Schwenkachse ausgebildete Durchstellung, wobei das Rastelement axial an einem Vorsprung der Durchstellung abgestützt ist und während der Schwenkbewegung zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung an dem Vorsprung geführt ist. Mit anderen Worten ist das Rastelement im Bereich der Schwenkachse, das heißt in dem Bereich, an dem das Rastelement durch einen Lagerbolzen zur drehbaren Lagerung des Rastelements um die Schwenkachse durchdrungen ist, derart plastisch verformt, dass das Rastelement mit dem Vorsprung der Durchstellung axial am Parksperrengehäuse abgestützt ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische perspektivische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer nicht beanspruchten Parksperrenvorrichtung,
- 2 eine vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung der Parksperrenvorrichtung gemäß 1,
- 3 eine vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung einer weiteren, nicht beanspruchten Parksperrenvorrichtung,
- 4 eine vereinfachte schematische Teilschnittdarstellung einer dritten nicht beanspruchten Parksperrenvorrichtung und
- 5 eine vereinfachte schematische Teilschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung.
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Gemäß den 1 bis 5 umfasst eine Parksperrenvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug ein axial in einem Parksperrengehäuse 4 bewegbares Schaltelement 1 durch eine Öffnung 18 im Parksperrengehäuse 4 hindurchgeführt ist. Ferner umfasst die Parksperrenvorrichtung eine Rasteinheit 2, die dazu ausgebildet ist, in einer Sperrstellung eine axiale Position des Schaltelements 1 relativ zum Parksperrengehäuse 4 zu blockieren.
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Die Rasteinheit 2 der Parksperrenvorrichtung setzt sich vorliegend zusammen aus einem Rastelement 3, einem Betätigungselement 5, einem Federelement 11 sowie Mitteln 8 zur Verkippsicherung des Rastelements 3. Das vorliegend aus einem Stahlblech bestehende Rastelement 3 ist von dem als Hubmagnet ausgebildeten Betätigungselement 5 derart betätigbar, dass es um eine Schwenkachse 6 von einer Sperrstellung in eine Entsperrstellung verschwenkt. Das Rastelement 3 ist im Wesentlichen halbmondförmig ausgebildet und umschließt das Schaltelement 1 insbesondere in der Sperrstellung über einen Großteil dessen Umfangs.
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Die Sperrstellung ist vorliegend als Ausgangsstellung des Rastelements 3 zu verstehen, in der das Betätigungselement 5 inaktiv, also unbetätigt ist. Mithin wird der Hubmagnet in der Sperrstellung nicht bestromt. In der Sperrstellung greift das Rastelement 3 in eine umlaufende Sperrnut 7 des Schaltelements 1 radial ein, um das Schaltelement 1 in einer axialen Position formschlüssig zu arretieren, wie beispielhaft in 2 gezeigt ist. Anders gesagt wird in der Sperrstellung eine axiale Bewegung des Schaltelements 1 in einer axialen Bewegungsrichtung 17 verhindert. Vorliegend weist das Schaltelement 1 zwei axial beabstandete, umlaufende Nuten 7 auf, um das Schaltelement 1 in zwei verschiedenen axialen Positionen sichern zu können.
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Jede Sperrnut 7 weist eine erste und zweite Seitenflanke 16a, 16b auf, wobei vorliegend die jeweilige zweite Seitenflanke 16b relativ zu einer jeweiligen Stirnfläche 15 des Rastelements 3 um etwa 10° geneigt ausgebildet sind, um eine Reibwertkompensation zu erreichen. Die zweite Seitenflanke 16b liegt somit in Wirkrichtung der Parksperrenvorrichtung. Anders gesagt kann das Rastelement 3 mit vergleichsweise geringer Reibung in die Sperrnut 7 hinein- bzw. aus der Sperrnut 7 herausgeführt werden. Dadurch muss das Betätigungselement 5 vergleichsweise geringe Kräfte und Hübe zur Verfügung stellen und kann daher insbesondere schlank gestaltet werden. Das Rastelement 3 und die Sperrnut 7 sind zumindest im Bereich der Kontaktflächen zueinander oberflächenbehandelt, um einen Gesamtreibwert des Systems weiter zu reduzieren.
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Durch die relativ zur Längsachse 19 des Schaltelements 1 exzentrische Anordnung der Schwenkachse 6 wirken in der Sperrstellung bzw. während der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rastelement 3 und dem Schaltelement 1 Verriegelungskräfte auf das Rastelement 3 ein, die zu einem Verkippen des Rastelements 3 um eine Ebene senkrecht zur Längsachse 19 des Schaltelements 1 bzw. der parallel dazu angeordneten Schwenkachse 6 führt. Diese Verriegelungskräfte werden durch die Mittel 8 zur Verkippsicherung abgefangen, sodass Reibwertschwankungen in der Parksperrenvorrichtung verhindert werden.
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Wie in 1 deutlich zu sehen ist, weist das Rastelement 3 ferner eine Ausnehmung 9 auf, die am Außenumfang 20 des Rastelements 3 angeordnet ist und sich teilweise in Umfangrichtung des Rastelements 3 erstreckt. In die Ausnehmung 9 greift ein Begrenzungsstift 10 ein, um die Schwenkbewegung des Rastelements 3 zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung zu begrenzen. Der Begrenzungsstift 10 ist vorliegend am Parksperrengehäuse 4 befestigt und erstreckt sich in axialer Richtung. Alternativ kann die Ausnehmung 9 auch am Innenumfang des Rastelements 3 angeordnet sein. Die Länge der Ausnehmung 9 in Umfangrichtung bestimmt, um welches Winkelmaß das Rastelement 3 bei Betätigung durch das Betätigungselement 5 verschwenken kann, wobei das Rastelement 3, wenn der Begrenzungsstift 10 an einem ersten Anschlag 21a zur Anlage kommt, in der Sperrstellung und, wenn der Begrenzungsstift 10 an einem zweiten Anschlag 21b zur Anlage kommt, in der Entsperrstellung vorliegt.
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Bei Betätigung des Rastelements 3 durch den Hubmagneten verdreht das Rastelement 3 um die Schwenkachse 6 und wird aus der Sperrnut 7 in eine radiale Verlagerungsrichtung 24 hinausgeführt. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Rastelements 3 erfolgt infolge der Verdrehung des Rastelements 3 eine Einwirkung auf ein am Parksperrengehäuse 4 abgestütztes, als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 11, dass durch die Einwirkung des Rastelements 3 axial komprimiert. Dazu weist das Rastelement 3 einen Vorsprung 22 auf, der teilweise in das Federelement 11 eingreift, um eine sichere Komprimierung des Federelements 11 zu gewährleisten. Bei Erreichen der Entsperrstellung ist das Federelement 11 maximal komprimiert und vorgespannt. Mit anderen Worten umfasst die Rasteinheit 2 ein Federelement 11, das bei der Schwenkbewegung des Rastelements 3 von der Sperrstellung in die Entsperrstellung axial vorspannt und eine Rückstellkraft erzeugt.
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Wird eine Bestromung des Hubmagneten beendet, bewirkt die Rückstellkraft des Federelements 11 eine Rückstellung des Rastelements 3 von der Entsperrstellung zurück in die Sperrstellung, sodass das Rastelement 3 erneut in die Sperrnut 7 eingreift und die Parksperre des Kraftfahrzeugs aktiviert wird.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist das Rastelement 3 über einen Lagerbolzen 14 an einem Parksperrengehäuse 4 gelagert. Die Mittel 8 zur Verkippsicherung des Rastelements 3 umfassen eine am Parksperrengehäuse 4 teilweise aufgenommene und beliebig drehbar gelagerte Kugel 12. Die Kugel 12 ist in einem separaten Aufnahmestück 26 aufgenommen, das in einem am Parksperrengehäuse 4 ausgeformten Durchbruch 27 aufgenommen ist. Das Rastelement 3 ist axial gegenüber der Kugel 12 abgestützt und gleitet während der Schwenkbewegung zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung an der Kugel 12 ab, die die Verriegelungskräfte aus dem Rastelement 3 aufnimmt und in das Parksperrengehäuse 4 weiterleitet. Dabei rollte die Kugel 12 an der Stirnfläche 15 des Rastelements 3 ab und führt das Rastelement 3 in Umfangsrichtung. Mithin wird ein Verkippen des Rastelements 3 durch die Kugel 12 verhindert. Die Kugel 12 ist durch eine Vielzahl von Wälzkörpern 25 beliebig drehbar im Parksperrengehäuse 4 gelagert.
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Gemäß 3 umfassen die Mittel 8 zur Verkippsicherung des Rastelements 3 einen am Parksperrengehäuse 4 in einem Durchbruch 27 axial aufgenommenen und an seiner Spitze gerundeten Bolzen 13. Das Rastelement 3 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel am Parksperrengehäuse 4 gelagert und kommt axial an der abgerundeten Spitze des Bolzens 13 zur Anlage und gleitet während der Schwenkbewegung des Rastelements 3 zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung daran ab. Ferner wird das Rastelement 3 durch den Bolzen 13 in Umfangsrichtung geführt. Der Bolzen 13 nimmt die Verriegelungskräfte aus dem Rastelement 3 auf und leitet sie in das Parksperrengehäuse 4 ein. Mithin wird ein Verkippen des Rastelements 3 durch den Bolzen 13 verhindert.
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4 zeigt eine Parksperrenvorrichtung, wobei die Verkippsicherung des Rastelements 3 mittels des Lagerbolzens 14 realisiert wird, wobei der Lagerbolzen 14 fest mit dem Rastelement 3 verbunden und drehbar im Parksperrengehäuse 4 gelagert ist. Die Verkippsicherung wird somit ausschließlich durch den im Parksperrengehäuse 4 gelagerten Lagerbolzen 14 erreicht.
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Nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 5 umfassen die Mittel 8 zur Verkippsicherung des Rastelements 3 eine im Bereich der Schwenkachse 6 ausgebildete Durchstellung 28, wobei das Rastelement 3 axial an der Durchstellung 28 abgestützt ist und während der Schwenkbewegung zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung an der Durchstellung 28 geführt ist. Das Rastelement 3 ist quer zur Schwenkrichtung, das heißt in Richtung der Schwenkachse 6 mittels eines formschlüssigen Fügeverfahrens plastisch verformt, wobei am Rastelement 3 im Bereich der Durchstellung 28 ein zur Stirnfläche 15 des Rastelements 3 paralleler Vorsprung ausgebildet ist, der am Parksperrengehäuse 4 zur Anlage kommt, und das Rastelement 3 ansonsten ohne Berührung des Parksperrengehäuses 4 bei der Schwenkbewegung führt. An der dem Vorsprung gegenüberliegenden Seite des Rastelements 3 weist das Rastelement 3 eine fertigungsbedingte Vertiefung auf.
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Selbstverständlich ist denkbar, dass auch eine Kombination der Ausführungsbeispiele möglich ist. Insbesondere ist von Vorteil den drehfest mit dem Rastelement 3 verbundenen und im Parksperrengehäuse 4 aufgenommenen Lagerbolzen mit zumindest einer beliebig drehbar gelagerten Kugel 12 oder mit einem Bolzen 13 zu kombinieren. Ferner ist denkbar, mehrere beliebig drehbar gelagerte Kugeln 12 und/oder mehrere Bolzen 13 zur Führung des Rastelements 3 und zur Aufnahme der auf das Rastelement 3 einwirkenden Verriegelungskräfte vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltelement
- 2
- Rasteinheit
- 3
- Rastelement
- 4
- Parksperrengehäuse
- 5
- Betätigungselement
- 6
- Schwenkachse
- 7
- Sperrnut
- 8
- Mittel zur Verkippsicherung des Rastelements
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Begrenzungsstift
- 11
- Federelement
- 12
- Kugel
- 13
- Bolzen
- 14
- Lagerbolzen
- 15
- Stirnfläche
- 16a, 16b
- Seitenflanken der Sperrnut
- 17
- Axiale Bewegungsrichtung
- 18
- Öffnung
- 19
- Längsachse des Schaltelements
- 20
- Außenumfang des Rastelements
- 21a, 21b
- Anschlag
- 22
- Vorsprung
- 23
- Vertiefung an der Durchstellung
- 24
- Radiale Verlagerungsrichtung
- 25
- Wälzkörper
- 26
- Aufnahmestück
- 27
- Durchbruch
- 28
- Durchstellung
- 29
- Vorsprung an der Durchstellung