-
Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs und eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug mit einer Parksperrenvorrichtung.
-
Parksperrenvorrichtungen sind dazu vorgesehen, bei Betätigung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke in eine Verzahnung eines Parksperrenrades des Kraftfahrzeuggetriebes einzugreifen, um durch diesen Eingriff der Sperrklinke eine mit dem Parksperrenrad wirkverbundene Abtriebswelle des Getriebes gegen Rotation zu blockieren und somit ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern. Derartige Parksperrenvorrichtungen sind unter anderem in
US 2009 / 0 050 435 A1 und
DE 20 31 654 A gezeigt.
-
Aus der
DE 20 2009 014 189 U1 geht eine elektrische Maschinenanordnung für eine elektrische Achse eines Kraftfahrzeuges hervor. Diese umfasst eine elektrische Maschine, die über ein Getriebe mit wenigstens einer Antriebswelle verbunden ist, die mit einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, und ein Maschinengehäuse. Die elektrische Maschine weist einen gehäusefesten Stator und einen Rotor auf, der mit einem Eingangsglied des Getriebes verbunden ist. Der Rotor ist mittels eines ersten und eines zweiten Rotorlagerabschnittes an dem Maschinengehäuse drehbar gelagert, wobei der erste Rotorlagerabschnitt mit einer Maschinenausgangswelle verbunden ist, die mit dem Eingangsglied des Getriebes verbunden ist. Die Maschinenausgangswelle ist berührungsfrei durch den zweiten Rotorlagerabschnitt hindurch geführt. In einem Getriebegehäuse von nur einer der zwei Maschinenanordnungen ist eine Parksperrenanordnung aufgenommen, mittels der die Getriebeausgangswelle bzw. die Antriebswelle gegen das Getriebegehäuse gesperrt wird. Die Parksperrenanordnung weist ein Parksperrenrad auf, das an einem Planetenträger des Getriebes festgelegt ist.
-
Eine gattungsgemäße Parksperrenvorrichtung, die eine weiche Anbindung an das Parksperrenrad ermöglicht, ist aus
DE 10 2017 212 804 A1 bekannt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse sowie eine elektrische Antriebsachse mit einer solchen Parksperrenvorrichtung zu schaffen. Insbesondere soll eine Drehmomentdämpfung bei Einlegen der Parkbremse erfolgen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 Patentanspruch 5. Bevorzugte und Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
-
Eine erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Parksperrenrad, das dazu ausgebildet ist, koaxial sowie drehfest an einer Welle, die mit einer elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, angeordnet zu sein, und eine Sperrklinke, die dazu ausgebildet ist, mit einer Verzahnung des Parksperrenrades zusammenzuwirken, um in einer Sperrstellung eine Rotation der Welle zu Sperren und in einer Entsperrstellung eine Rotation der Welle freizugeben, wobei das Parksperrenrad topfförmig aus einem Rohrabschnitt und einem einteilig damit verbundenen Zahnradabschnitt ausgebildet ist.
-
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die über eine Welle mit einem Getriebe verbunden ist, und eine Parksperrenvorrichtung mit einem Parksperrenrad und einer Sperrklinke, wobei das Parksperrenrad koaxial sowie drehfest an der Welle angeordnet ist, wobei ferner die Sperrklinke mit einer Verzahnung des Parksperrenrades zusammenwirkt, um in einer Sperrstellung eine Rotation der Welle zu Sperren und in einer Entsperrstellung eine Rotation der Welle freizugeben, und wobei das Parksperrenrad topfförmig aus einem Rohrabschnitt und einem einteilig damit verbundenen Zahnradabschnitt ausgebildet ist.
-
Mit anderen Worten ist die Sperrklinke dazu vorgesehen, in der Sperrstellung in eine Zahnlücke des Parksperrenrades einzugreifen, wobei vorzugsweise ein Rollenkasten die Sperrklinke zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung betätigt. Der Rollkasten ist über einen Aktuator schaltbar bzw. in Längsrichtung einer Führungsstange axial verschiebbar. Beispielsweise wird bei einer axialen Verschiebung des Rollkastens in Längsrichtung der Führungsstange entgegen einer Federkraft eines Federelements eine Entsperrstellung der Sperrklinke eingeleitet. Dabei gleitet der Rollkasten derart entlang einer Rampe an einer zu einem Sperrklinkenzahn, der in eine Zahnlücke am Parksperrenrad eingreift, entgegengesetzten Seite der Sperrklinke, dass der Sperrklinkenzahn aus der Zahnlücke entfernt wird. Gemäß des vorliegenden Beispiels wird bei einer axialen Verschiebung des Rollkastens in Längsrichtung der Führungsstange sowie in Richtung der Federkraft des Federelements eine Sperrstellung der Sperrklinke eingeleitet. Dabei gleitet der Rollkasten derart entlang der Rampe an der zum Sperrklinkenzahn entgegengesetzten Seite der Sperrklinke, dass der Sperrklinkenzahn in die Zahnlücke greift.
-
Insbesondere ist das Parksperrenrad zur drehfesten Verbindung formschlüssig an der Welle angeordnet, wobei das Parksperrenrad und die Welle um die gleiche Drehachse rotieren und somit koaxial zueinander angeordnet sind. Die Welle dient zur Einleitung eines Drehmoments und einer Drehzahl in das Getriebe der elektrischen Antriebsachse. Mithin ist die elektrische Maschine über die Welle mit dem Getriebe wirkverbunden. Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass die Welle und die elektrische Maschine bzw. die Welle und das Getriebe direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen der Welle und der elektrischen Maschine bzw. zwischen der Welle und dem Getriebe noch weitere Getriebeelemente, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder, befinden können. Die elektrische Maschine weist einen drehfesten Stator sowie einen drehbeweglichen Rotor auf, der zumindest mittelbar mit der Welle verbunden ist.
-
Unter einem topfförmig ausgebildeten Parksperrenrad ist ein Parksperrenelement zu verstehen, das im Wesentlichen flanschförmig bzw. topfförmig ausgebildet ist, und den hohlzylinderförmigen Rohrabschnitt sowie den einteilig daran ausgebildeten Zahnradabschnitt, der seinerseits eine zentrale Bohrung aufweist, umfasst. Durch die topfförmige Ausbildung des Parksperrenrades wird eine Drehmomentdämpfung bei Betätigung der Parksperrenvorrichtung und dem damit einhergehenden Eingriff der Sperrklinke in eine Zahnlücke am Parksperrenrad erreicht. Die Geometrie des topfförmigen Parksperrenrades in Umfangsrichtung ist weicher und nachgiebiger als die Geometrie eines konventionellen Parksperrenrades. Dadurch kann insbesondere ein Rotorstoß minimiert werden, sodass die elektrische Maschine und das Getriebe beim Einlegen der Parksperre entlastet werden. Ferner erfolgt auch eine verbesserte Schwingungsdämpfung bei Einleitung der Sperrstellung, die auch zu einer akustischen Optimierung führt.
-
Vorzugsweise weist der Rohrabschnitt an einer Innenumfangsfläche eine Steckverzahnung auf, die dazu ausgebildet ist, mit einer Steckverzahnung an einer Außenumfangsfläche der Welle drehfest verbunden zu sein. Mithin greift die Steckverzahnung an dem Rohrabschnitt in die Steckverzahnung an der Welle ein, um eine formschlüssige sowie drehfeste Verbindung zwischen dem topfförmigen Parksperrenrad und der Welle auszubilden.
-
Bevorzugt weist der Rohrabschnitt an einer Außenumfangsfläche einen Lagerabschnitt auf, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Lagerelement aufzunehmen. Vorzugsweise ist das erste Lagerelement zur drehbaren Lagerung der Welle an der Außenumfangsfläche des Rohrabschnitts angeordnet. Bevorzugt ist das Lagerelement als Wälzlager, insbesondere als Kugellager ausgebildet. Das erste Lagerelement ist dazu vorgesehen, angreifende Kräfte am topfförmigen Parksperrenrad durch die Betätigung der Parksperrenvorrichtung abzufangen.
-
Bevorzugt ist ein zweites Lagerelement zur drehbaren Lagerung der Welle zumindest mittelbar an der Welle angeordnet, wobei das erste Lagerelement als Loslager ausgebildet ist. Das zweite Lagerelement kommt entweder unmittelbar an der Welle oder mittelbar beispielsweise über eine mit der Welle verbundenen weiteren Welle oder Hülse zur Anlage. Die Ausbildung des ersten Lagerelements als Loslager vereinfacht die Montage der gesamten Parksperrenvorrichtung.
-
Der Zahnradabschnitt weist mehrere Ausnehmungen auf. Unter einer Ausnehmung ist eine Aussparung bzw. Einbuchtung oder Vertiefung infolge einer Materialwegnahme zu verstehen. Die Ausnehmungen dienen als Strukturschwächung des Parksperrenrades und führen dazu, dass das topfförmige Parksperrenrad weicher wird und die Drehmomentdämpfung bei Betätigung der Parksperrenvorrichtung erhöht wird
-
Vorzugsweise sind die Ausnehmungen stirnseitig in den Zahnradabschnitt ausgebildet, wobei die Ausnehmungen zumindest teilweise axial durch den Zahnradabschnitt durchbrechen. Mit anderen Worten sind die Ausnehmungen nicht nur als Vertiefungen ausgebildet, sondern als Durchbrüche über die gesamte axiale Länge des Zahnradabschnittes.
-
Gemäß Anspruch 1 ist jede der Ausnehmungen in Umfangsrichtung zwischen zwei Zahnlücken ausgebildet. Insbesondere bilden die Ausnehmungen zusammen mit der zentralen Bohrung zur axialen Durchführung der Welle ein sternförmiges Muster aus. Die jeweilige Ausnehmung erstreckt sich radial unterhalb eines jeweiligen Zahns des Parksperrenrades zum Zentrum des Parksperrenrades, d.h. in Richtung der Drehachse hin.
-
Bei der elektrischen Antriebsachse nach Anspruch 5 ist ein Außendurchmesser des Parksperrenrades kleiner als ein Außendurchmesser des ersten Lagerelements. Insbesondere weist der Außendurchmesser eines Außenrings des Lagerelements einen größeren Durchmesser als der Fußkreis der Verzahnung am Zahnradabschnitt des Parksperrenrades.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der drei Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine teilweise stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung,
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung eines Parksperrenrades der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung gemäß 1, und
- 3 eine schematische Schnittdarstellung des Parksperrenrades gemäß den 1 und 2.
-
Gemäß 1 weist eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 4, ein Getriebe 14 und eine Parksperrenvorrichtung 1 auf. Die elektrische Maschine 4 und das Getriebe 14 sind vorliegend stark vereinfacht dargestellt.
-
Zwischen der elektrischen Maschine 4 und dem Getriebe 14 ist eine als Hohlwelle ausgebildete Welle 16 angeordnet, die die elektrische Maschine 4 mittelbar über eine weitere als Rotorwelle ausgebildete Welle 3 mit dem Getriebe 14 verbindet. Die als Rotorwelle ausgebildete Welle 3 ist drehfest mit einem Rotor der elektrischen Maschine 4 verbunden. Die Welle 16 ist vorzugsweise mit einem - hier nicht dargestellten - Sonnenrad des Getriebes 14 verbunden. Eine - hier nicht dargestellte - Abtriebswelle des Getriebes 14, die zumindest mittelbar mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist, kann axial durch die Welle 16 und die als Rotorwelle ausgebildete Welle 3 geführt werden. Die Parksperrenvorrichtung 1 umfasst ein Parksperrenrad 2 und eine Sperrklinke 5, wobei das Parksperrenrad 2 koaxial sowie drehfest an der Welle 16 angeordnet ist und zusammen mit der Welle 16 um eine Drehachse 17 rotiert. Die Sperrklinke 5 wirkt mit einer Verzahnung 6 des Parksperrenrades 2 zusammen, um in einer Sperrstellung eine Rotation der Welle 16 zu Sperren und in einer Entsperrstellung eine Rotation der Welle 16 freizugeben. Mithin wird in der Sperrstellung gleichzeitig auch eine Rotation der als Rotorwelle ausgebildete Welle 3 gesperrt. Ein Rollenkasten 18 ist zur Betätigung der Sperrklinke zwischen der Sperrstellung und der Entsperrstellung vorgesehen.
-
Das Parksperrenrad 2 ist topfförmig aus einem Rohrabschnitt 7 und einem einteilig damit verbundenen Zahnradabschnitt 8 ausgebildet. Der Rohrabschnitt 7 weist an einer Innenumfangsfläche eine Steckverzahnung 9 auf, die mit einer Steckverzahnung 10 an einer Außenumfangsfläche der Welle 16 drehfest verbunden ist. Ferner weist der Rohrabschnitt 7 an einer Außenumfangsfläche einen Lagerabschnitt 11 auf, der ein erstes Lagerelement 12 aufnimmt. Das erste Lagerelement 12 ist zur drehbaren Lagerung der Welle 16 an der Außenumfangsfläche des Rohrabschnitts 7 angeordnet. Ein Außendurchmesser des Parksperrenrades 2, also des Zahnradabschnitts 8 ist kleiner als ein Außendurchmesser des ersten Lagerelements 12. Ferner ist ein zweites Lagerelement 15 zur drehbaren Lagerung der Welle 16 mittelbar über die als Rotorwelle ausgebildete Welle 3 an der Welle 16 angeordnet. Das erste Lagerelement 12 ist als Loslager ausgebildet.
-
In 2 ist das topfförmige Parksperrenrad 2, das aus dem Rohrabschnitt 7 und dem einteilig damit verbundenen Zahnradabschnitt 8 ausgebildet ist, perspektivisch dargestellt. Der Zahnradabschnitt 8 weist mehrere Ausnehmungen 13, die stirnseitig in den Zahnradabschnitt 8 ausgebildet sind und sich in radialer Richtung zum Zentrum hin erstrecken. Ferner ist jede der Ausnehmungen 13 in Umfangsrichtung zwischen zwei Zahnlücken ausgebildet. Mithin entspricht die Anzahl der Ausnehmungen 13 der Anzahl der Zähne der Verzahnung 6 an dem Parksperrenrad 2, und beträgt vorliegend sechs. Die Ausnehmungen 13 sind zumindest teilweise als axiale Durchbrüche ausgebildet und brechen durch den Zahnradabschnitt 8 axial hindurch.
-
3 zeigt das topfförmige Parksperrenrad 2, das aus dem Rohrabschnitt 7 und dem einteilig damit verbundenen Zahnradabschnitt 8 ausgebildet ist, gemäß einer Schnittdarstellung. In 3 sind besonders gut die Steckverzahnung 9 an der Innenumfangsfläche des Rohrabschnitts 7 sowie die Verzahnung 6 an dem Außenumfang des Zahnradabschnitts 8 dargestellt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Parksperrenvorrichtung
- 2
- Parksperrenrad
- 3
- als Rotorwelle ausgebildete Welle
- 4
- elektrische Maschine
- 5
- Sperrklinke
- 6
- Verzahnung an dem Parksperrenrad
- 7
- Rohrabschnitt
- 8
- Zahnradabschnitt
- 9
- Steckverzahnung an dem Parksperrenrad
- 10
- Steckverzahnung an der Rotorwelle
- 11
- Lagerabschnitt
- 12
- erstes Lagerelement
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Getriebe
- 15
- zweites Lagerelement
- 16
- Welle
- 17
- Drehachse
- 18
- Rollenkasten