DE10115419B4 - Magnetbremse für eine Getriebesperrvorrichtung und elektromechanisches Getriebesperrsystem - Google Patents

Abstract

Magnetbremse zur Verwendung in einer Getriebesperrvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend:
ein Gehäuse (102), das eine Achse (112) definiert, mit einem geschlossenen Ende (104), einem offenen Ende (106) und einer (108) durchgehenden Seitenwand (108) dazwischen, wobei das offene Ende (106) von einem Sitz (110) umgeben ist, der unter einem schiefen Winkel relativ zur Achse (112) liegt,
eine Mittelsäule (114), die sich von dem geschlossenen Ende (104) des Gehäuses (102) aus erstreckt, wobei eine Ringkammer (116) zwischen der Mittelsäule (114) und der Seitenwand (108) hergestellt ist,
eine Platte (120), an der eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche (122) ausgebildet ist, die komplementär zu dem Sitz (110) geformt ist, wobei die Platte (120) bewegbar ist zwischen einer entsperrten Stellung, in der die Platte (120) von dem Gehäuse (102) beabstandet ist und die Platte (120) sich in Bezug auf das Gehäuse (102) drehen kann, und einer gesperrten Stellung, in der die Umfangsfläche (122) der...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektromechanische Sperrmechanismen für Kraftfahrzeuggetriebe.
• Viele heute erhältliche Fahrzeuge sind mit einem Sicherheitsmechanismus ausgestattet, der verhindert, dass in einem Automatikgetriebe ein Gang eingelegt wird, es sei denn, der Fahrer drückt das Bremspedal nieder. Diese Sicherheitseinrichtung verhindert, daß bei einem Fahrzeug versehentlich ein Gang eingelegt wird, wenn der Fahrer sich außerhalb des Fahrzeugs befindet oder wenn er oder sie noch nicht zur Abfahrt bereit ist.
• Wie es bei der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, kann eine Ma gnetbremse dazu verwendet werden, zu verhindern, dass ein Gangschalthebel sich in Bezug auf die Sperreinrichtung dreht. Eine Magnetbremse kann ein Spulenpaket umfassen, das mit einer scheibenförmigen Platte axial ausgerichtet ist. Wenn die Spule erregt wird, wird die Platte durch die magnetische Anziehungskraft dazwischen in Kontakt mit dem Spulenpaket gezogen und an ihrer Stelle gehalten. Die Magnetbremse liefert eine Kraft, die in der Praxis nicht durch ein Drehmoment überwunden werden kann, das auf die Magnetbremse von einem Fahrer ausgeübt wird, der versucht, bei einem Fahrzeug einen Gang einzulegen.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, daß zur Bereitstellung einer axialen Kraft, die groß genug ist, um dem zum Einlegen eines Ganges an einem Fahrzeug notwendigen Drehmoment standzuhalten, ein relativ großes, im erregten Zustand eine große Menge Energie verbrauchendes Spulenpaket unerwünscht ist, da es teuer und voluminös ist.
• Die DE 195 14 554 C2 offenbart eine Einrichtung zum Verriegeln eines verstellbaren Wählhebels eines Automatikschaltgetriebes an einem feststehenden Element mit einem Elektromagneten. Der feststehende Teil der Magnetsperre, in welchem sich die Erregerspule befindet, weist Vorsprünge auf, welche komplementär zu Aussparungen im beweglichen Teil der Magnetsperre sind. Zum Lösen der Verrastung werden Tellerfedern verwendet.
• Aus der DE 19 46 466 A ist eine Handgaseinstellvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Die Einstellvorrichtung weist eine elektromagnetische Sperre mit einer Platte auf, welche zwischen einer nicht gesperrten Stellung, in der die Platte in Bezug auf das Gehäuse drehbar ist, und einer gesperrten Position, in der die Platte in Bezug auf das Gehäuse nicht drehbar ist, beweglich ist. Eine Erregerwicklung ist in einer Kreisringnut in dem Gehäuse angeordnet und kann bestromt werden, um die Platte von der ungesperrten Position in die gesperrte Position zu bewegen.
• Die DE 41 20 379 A1 offenbart eine Verriegelungseinrichtung für einen Wählhebel eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes. Die Verriegelungseinrichtung weist einen Zündschalter auf, der mit der Fahrzeugenergieversorgung elektrisch gekoppelt ist. Des Weiteren beinhaltet sie einen Bremspedalschalter und einen Getriebeschalthebel, welcher mechanisch mit einer Magnetbremse gekoppelt ist.
• Aus der JP 61-2 415 33 A ist eine elektromagnetische Getriebesperrvorrichtung bekannt, welche es ermöglicht, den auftretenden Schlupf zu regulieren. Die Getriebesperrvorrichtung verwendet zwei zueinander komplementäre konische Körper.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetbremse zur Verwendung in einer Getriebesperrvorrichtung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die eine vergleichsweise geringe Kraft zum Verriegeln des Gangschalthebels benötigt, und es somit ermöglicht, eine relativ kleine Spule zu verwenden. Gemäß einem weiteren Aspekt soll eine solche Magnetbremse in ein elektromechanisches Getriebesperrsystem integriert werden.
• Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Magnetbremse erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Der schiefe Winkel zwischen dem Sitz und der Achse liegt vorzugsweise zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad (10°–15°).
• Die vorliegende Erfindung umfasst hinsichtlich der Integration der Magnetbremse ein elektromechanisches Getriebesperrsystem nach Anspruch 3.
• Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:
• 1 eine Querschnittsansicht der Magnetbremse für eine Getriebesperrvorrichtung in der entsperrten Stellung,
• 2 eine Querschnittsansicht der Magnetbremse in der gesperrten Stellung, und
• 3 ein Blockdiagramm, das ein typisches elektromechanisches Getriebesperrsystem darstellt.
• Im 1 ist eine Magnetbremse für eine Getriebesperrvorrichtung gezeigt und allgemein mit 100 bezeichnet. Die Magnetbremse 100 umfaßt ein im allgemeinen zylindrisches Spulengehäuse 102, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und einen im allgemeinen E-förmigen Querschnitt aufweist. Außerdem umfaßt das Spulengehäuse 102 ein geschlossenes fernes Ende 104, ein offenes nahes Ende 106 und eine im allgemeinen zylindrische, durchgehende Seitenwand 108 dazwischen.
• Nach 1 umgibt ein Bremsplattensitz 110 das offene nahe Ende 106 des Spulengehäuses 102. Der Bremsplattensitz 110 ist kegelstumpfförmig, und der Sitz 110 weist vorzugsweise einen vorbestimmten schiefen Winkel in Bezug auf eine Längsachse 112 auf, die durch das Spulengehäuse 102 definiert ist. Der Bremsplattensitz 110 ist derart ausgebildet, daß er eine nachstehend beschriebene, komplementär geformte Bremsplatte aufnimmt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel α zwischen zehn und fünfzehn Grad (10°–15°).
• 1 zeigt auch, daß das Spulengehäuse 102 eine massive, im allgemeinen zylindrische Mittelsäule 114 umfaßt, die sich von dem geschlossenen fernen Ende 104 des Spulengehäuses 102 aus nach innen erstreckt. Eine Ringkammer 116 ist zwischen der durchgehenden Seitenwand 108 und der Mittelsäule 114 hergestellt. Eine hohle, torusförmige Spule 118 aus Draht ist in der Ringkammer 116 angeordnet und um die Mittelsäule 114 herum gewickelt.
• Um die Beschreibung der Magnetbremse 100 fortzusetzen, wird die rechte Seite von 1 betrachtet, in der eine Bremsplatte 120 gezeigt ist, die vorzugsweise aus Metall besteht. Die Bremsplatte 120 ist mit dem Spulengehäuse 102 axial ausgerichtet und an ihr ist eine kegelstumpfförmige Außenumfangsfläche 122 ausgebildet, die unter einem Winkel β in Bezug auf die Längsachse 112 des Spulengehäuses 102 liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel β gleich dem Winkel α, so dass wenn die Magnetbremse 100 sich in der unten beschriebenen gesperrten Stellung befindet, die Umfangsfläche 122 der Bremsplatte 120 auf dem Bremsplattensitz 110 sitzt. Zusätzlich zeigt 1, daß eine Welle 124 mit dem Spulengehäuses 102 ausgerichtet und an der Bremsplatte 120 angebracht ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Welle 124 einstückig mit der Bremsplatte 120 hergestellt und mechanisch mit einem unten beschriebenen Schalthebel gekoppelt, der betätigt werden kann, um die Welle 124 zu drehen, wie es durch Pfeil 125 angedeutet ist.
• Nach 1 ist eine Federscheibe 126 in einer konvexen Ausgestaltung in dem offenen nahen Ende 106 des Spulengehäuses 102 eingebaut. Als sol che spannt die Federscheibe 126 die Bremsplatte in Richtung der entsperrten Stellung vor, wie es unten ausführlich beschrieben ist.
• In 3 ist ein elektromechanisches Getriebesperrsystem gezeigt, das die Magnetbremse 100 der vorliegenden Erfindung umfäßt und allgemein mit 130 bezeichnet ist. 3 zeigt, dass das Sperrsystem 130 eine Fahrzeugenergieversorgung 132 umfaßt, die mit einem Zündschalter 134 über eine elektrische Leitung 136 elektrisch gekoppelt ist. Die Magnetbremse 100, insbesondere die Spule 118, ist elektrisch mit dem Zündschalter 134 über eine elektrische Leitung 138 und mit einem Bremspedal-Niederdrückungsschalter 140 über eine elektrische Leitung 142 verbunden: 3 zeigt auch, daß die Magnetbremse 100 mechanisch mit einem Getriebeschalthebel 144 gekoppelt ist, der wiederum mechanisch mit einem Automatikgetriebe 146 gekoppelt ist.
• Arbeitsweise
• Zu Beginn befindet sich die Magnetbremse 100 bei abgeregter Spule 118 in der entsperrten Stellung, wie es in 1 gezeigt ist. In der entsperrten Stellung bewirkt die Kraft der Federscheibe 126, dass die Bremsplatte 120 vom Spulengehäuses 102 beabstandet ist. In der entsperrten Stellung kann sich die Bremsplatte 120 in Bezug auf das Spulengehäuse 102 frei drehen, und als solche kann sich die Welle 124 und jedes Teil, das mit der Welle 124 verbunden ist, wie beispielsweise der Schalthebel 144, in Bezug auf das Spulengehäuses 102 frei bewegen.
• Wenn der Zündschalter 134 des Fahrzeugs eingeschaltet und der Bremspedal-Niederdrückungsschalter 140 nicht aktiviert ist, wird der Spule 118 der Magnetbremse 100 Energie zugeführt: Wenn die Spule 118 erregt ist, bewegt sich die Magnetbremse 100 in die gesperrte Stellung, wie es in 2 gezeigt ist. In der gesperrten Stellung überwindet die magnetische Anziehungskraft zwischen der Spule 118 und der Bremsplatte 120 die Kraft der Federscheibe 126, und die Bremsplatte 120 bewegt sich in Kontakt mit dem Spulengehäuse 102. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung steht die konische Umfangsfläche 122 der Bremsplatte 120 mit dem im Spulengehäuse 102 ausgebildeten Bremsplattensitz 110 in Eingriff.
• Die magnetische Kraft, die durch die erregte Spule 118 geschaffen wird, und die Reibung zwischen der Bremsplatte 120 und dem Spulengehäuse 102 verhindern, dass sich die Bremsplatte 120 in Bezug auf das Spulengehäuse 102 dreht. Wiederum kann jedes Teil, das mit der Bremsplatte 120 verbunden ist, wie beispielsweise der Schalthebel 144, sich nicht in Bezug auf die Bremsplatte 120 drehen. Wie es hierin beabsichtigt ist, ist die Grenzfläche zwischen dem Bremsplattensitz 110 und der Außenumfangsfläche 122 der Bremsplatte 120 in der gesperrten Stellung kegelstumpfförmig.
• Ein Niederdrücken des Bremspedals aktiviert jedoch den Bremspedalschalter 140, um die Energiezufuhr zur Spule 118 zu unterbrechen. Folglich spannt die Federscheibe 126 die Magnetbremse 100 in die entpperrte Stellung vor, in der die Bremsplatte 120 in Bezug auf das Spulengehäuse 102 frei rotieren kann.
• Es ist bei der oben beschriebenen Ausgestaltung des Aufbaus festzustellen, dass die Magnetbremse für eine Getriebesperrvonichtung 100 die notwendige Kraft liefert, um zu verhindern, daß bei einem Automatikgetriebe 146 ein Gang eingelegt wird, ohne dass das Bremspedal niederge drückt ist. Die Form der Bremsplatte 120 und des entsprechenden Sitzes 110 führt zu einer Keilwirkung, wenn die Spule 118 erregt ist, die den Wirkungsgrad der Spule 118 erhöht und eine relativ kleine Spule 118 zuläßt, die relativ wenig Energie verbraucht.
• Zusammengefaßt weist eine Magnetbremse für eine Getriebesperrvorrichtung ein Spulengehäuse 102 mit einem geschlossenen Ende 104, einem offenen Ende 106 und einer durchgehenden Seitenwand 108 dazwischen auf. Eine Mittelsäule 114 erstreckt sich von dem geschlossenen Ende 104 des Gehäuses 102 aus und stellt eine Ringkammer 116 zwischen der Mittelsäule 114 und der Seitenwand 108 her. Eine Spule 118 umgibt die Säule 114. Ein kegelstumpfförmiger Bremsplattensitz 110 umgibt das offene Ende 106 des Gehäuses 102. Eine Bremsplatte 120 weist eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche 122 auf, und die Umfangsfläche 122 steht bei erregter Spule 118 mit dem Sitz 110 in einem Preßsitz in Eingriff, der ausreichend fest ist, um zu verhindern, daß die Bremsplatte 120 relativ zu dem Gehäuse 102 gedreht wird. Es ist eine Federscheibe 126 enthalten, um die Bremsplatte 120 aus der gesperrten Stellung in die entsperrte Stellung vorzuspannen.

Claims (3)

1. Magnetbremse zur Verwendung in einer Getriebesperrvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein Gehäuse (102), das eine Achse (112) definiert, mit einem geschlossenen Ende (104), einem offenen Ende (106) und einer (108) durchgehenden Seitenwand (108) dazwischen, wobei das offene Ende (106) von einem Sitz (110) umgeben ist, der unter einem schiefen Winkel relativ zur Achse (112) liegt, eine Mittelsäule (114), die sich von dem geschlossenen Ende (104) des Gehäuses (102) aus erstreckt, wobei eine Ringkammer (116) zwischen der Mittelsäule (114) und der Seitenwand (108) hergestellt ist, eine Platte (120), an der eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche (122) ausgebildet ist, die komplementär zu dem Sitz (110) geformt ist, wobei die Platte (120) bewegbar ist zwischen einer entsperrten Stellung, in der die Platte (120) von dem Gehäuse (102) beabstandet ist und die Platte (120) sich in Bezug auf das Gehäuse (102) drehen kann, und einer gesperrten Stellung, in der die Umfangsfläche (122) der Platte (120) mit dem Sitz (110) in Eingriff steht und die Platte (120) sich in Bezug auf das Gehäuse (102) nicht drehen kann, eine Spule (118), die um die Mittelsäule (114) herum in der Ringkammer (116) angeordnet ist, wobei die Spule (118) erregbar ist, um die Platte (120) aus der entsperrten Stellung in die gesperrte Stellung zu bewegen, und eine in Richtung der Platte (120) nach außen gewölbte Federscheibe (126), die die Platte (120) in Richtung der entsperrten Stellung vorspannt.
2. Magnetbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schiefe Winkel zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad (10°-15°) liegt.
3. Elektromechanisches Getriebesperrsystem, umfassend: eine Fahrzeugenergieversorgung (132), einen Zündschalter (134), der mit der Fahrzeugenergieversorgung (132) elektrisch gekoppelt ist, einen Bremspedalschalter (140), eine Magnetbremse (100) nach Anspruch 1 oder 2, die mit dem Zündschalter (134) und dem Bremspedalschalter (140) elektrisch gekoppelt ist, einen Getriebeschalthebel (144), der mit der Magnetbremse (100) mechanisch gekoppelt ist, und ein Automatikgetriebe (146), das mit dem Getriebeschalthebel (144) mechanisch gekoppelt ist.