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DE102009030005B4 - locking mechanism - Google Patents

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Abstract

Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (12), die um eine Schwenkachse (RS), insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist, und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad (18), das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen (19) sowie von zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordneten Ausnehmungen (20) aufweist, wobei die Sperrklinke (12) zumindest einen Sperrzahn (16) aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen (20) des Klinkenrads (18) eingreift, wobei das Klinkenrad (18) Dämpfungselemente (22) zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne (19) wirkenden Kräfte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (22) in den U-förmig ausgebildeten Ausnehmungen (20) zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordnet sind.Locking mechanism for non-rotatably locking a shaft, in particular a parking lock for a transmission shaft of a motor vehicle, with a pawl (12) which rotates about a pivot axis (RS), in particular a ratchet bolt, between a release position and a locked position in which the shaft is essentially non-rotatably locked, is pivotable, and a ratchet wheel (18) which is non-rotatably connected to the shaft and has a plurality of ratchet wheel teeth (19) and recesses (20) arranged between the ratchet wheel teeth (19), the pawl (12) having at least one ratchet tooth (16) which engages in one of the recesses (20) of the ratchet wheel (18) in the locking position, the ratchet wheel (18) having damping elements (22) for damping the forces acting on the ratchet wheel teeth (19) when the locking mechanism is actuated, characterized in that that the damping elements (22) in the U-shaped recesses (20) between the ratchet teeth (19) angeord are net.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle sowie ein Getriebe mit einem solchen Sperrmechanismus.The present invention relates to a locking mechanism for non-rotatably locking a shaft and a transmission with such a locking mechanism.

Derartige Sperrmechanismen finden beispielsweise als Parksperren Anwendung, um eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs drehfest zu arretieren. Parksperren sind insbesondere bei Automatikgetrieben vorgesehen, um ein Wegrollen des Fahrzeugs im abgestellten Zustand zu verhindern. Bei Betätigung der Parksperre können erhebliche Belastungen der Parksperrenkomponenten auftreten, da beispielsweise das durch ein Rollen des Fahrzeugs an der Getriebewelle anliegende Drehmoment zumindest teilweise durch den Sperrmechanismus aufgenommen werden muss.Locking mechanisms of this type are used, for example, as parking locks in order to lock a transmission shaft of a motor vehicle in a rotationally fixed manner. Parking locks are provided in particular in automatic transmissions in order to prevent the vehicle from rolling away when parked. When the parking lock is actuated, considerable loads can occur on the parking lock components, since, for example, the torque applied to the transmission shaft as a result of the vehicle rolling must be at least partially absorbed by the locking mechanism.

US 6 419 068 B1 zeigt einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke, die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad, das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen aufweist, wobei die Sperrklinke zumindest einen Sperrzahn aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads eingreift, wobei das Klinkenrad Dämpfungselemente zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne wirkenden Kräfte aufweist. U.S. 6,419,068 B1 shows a locking mechanism for non-rotatably locking a shaft, in particular a parking lock for a transmission shaft of a motor vehicle, with a pawl which can be pivoted about a pivot axis, in particular a pawl pin, between a release position and a locked position in which the shaft is essentially non-rotatably locked, and a the ratchet wheel which is non-rotatably connected to the shaft and which has a plurality of ratchet wheel teeth and recesses arranged between the ratchet wheel teeth, the ratchet pawl having at least one ratchet tooth which engages in one of the recesses of the ratchet wheel in the locked position, the ratchet wheel having damping elements for damping when the ratchet wheel is actuated Has locking mechanism acting on the ratchet teeth forces.

DE 101 43 386 A1 zeigt ebenfalls einen Sperrmechanismus mit Dämpfungselement. DE 101 43 386 A1 also shows a locking mechanism with a damping element.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Sperrmechanismus zu schaffen, der hohe Belastungen aufnehmen kann und gleichzeitig eine kompakte Bauform aufweist.It is therefore an object of the invention to create a locking mechanism that can absorb high loads and at the same time has a compact design.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Sperrmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöstThe above object is achieved by a locking mechanism having the features of claim 1

Der erfindungsgemäße Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle weist eine Sperrklinke auf, die um eine Schwenkachse, insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist. Ferner weist der Sperrmechanismus ein mit der Welle drehfest verbundenes Klinkenrad auf. Das Klinkenrad weist eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen sowie von zwischen den Klinkenradzähnen angeordneten Ausnehmungen auf. Die Sperrklinke ist mit zumindest einem Sperrzahn versehen, der in einer Sperrstellung in eine der Ausnehmungen des Klinkenrads eingreift.The locking mechanism according to the invention for locking a shaft in a rotationally fixed manner has a pawl which can be pivoted about a pivot axis, in particular a ratchet bolt, between a release position and a locking position in which the shaft is essentially locked in a rotationally fixed manner. Furthermore, the locking mechanism has a ratchet wheel which is non-rotatably connected to the shaft. The ratchet wheel has a plurality of ratchet teeth and recesses located between the ratchet teeth. The pawl is provided with at least one ratchet tooth which, in a locked position, engages in one of the recesses of the ratchet wheel.

Um insbesondere die bei einem Einrastvorgang der Sperrklinke auftretenden Belastungen zu reduzieren und einen Verschleiß der beteiligten Komponenten zu minimieren, weist das Klinkenrad Dämpfungselemente auf. Die Dämpfungselemente können einerseits zwischen den Klinkenradzähnen wirkende Kräfte minimieren, andererseits aber auch Kräfte dämpfen, die zwischen der Sperrklinke und dem Klinkenrad wirken, wenn zum Beispiel der Sperrzahn in die Ausnehmung einrastet. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Dämpfungselemente kann auch die Steifigkeit des Klinkenrads als Ganzes beeinflusst werden.In order in particular to reduce the loads occurring when the pawl engages and to minimize wear on the components involved, the ratchet wheel has damping elements. On the one hand, the damping elements can minimize forces acting between the ratchet wheel teeth, but on the other hand they can also dampen forces that act between the pawl and the ratchet wheel, for example when the ratchet tooth snaps into the recess. The rigidity of the ratchet wheel as a whole can also be influenced by a suitable configuration of the damping elements.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.Further embodiments of the invention are given in the description, the drawings and the subclaims.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Dämpfungselemente in den Ausnehmungen zwischen den Klinkenradzähnen angeordnet. Dadurch werden insbesondere in Umfangsrichtung des Klinkenrads wirkende Kräfte zwischen den Klinkenradzähnen gedämpft, während die Klinkenradzähne selbst aus verschleißarmen Material bestehen.According to one embodiment, the damping elements are arranged in the recesses between the ratchet teeth. As a result, forces acting between the ratchet wheel teeth, in particular in the circumferential direction of the ratchet wheel, are damped, while the ratchet wheel teeth themselves are made of low-wear material.

Die Ausnehmungen des Klinkenrads können beispielsweise U-förmig ausgebildet sein. Durch die U-Form weisen die Ausnehmungen keine Kanten auf, die bei großen Belastungen beispielsweise Startpunkte für Belastungsrisse bilden können. Außerdem lassen sich diese Ausnehmungen leicht fertigen.The recesses of the ratchet wheel can be U-shaped, for example. Due to the U-shape, the recesses do not have any edges that can form starting points for stress cracks, for example, under high loads. In addition, these recesses can be easily manufactured.

Bevorzugt weisen die Klinkenradzähne jeweils einen Kopfbereich und einen Halsbereich auf, wobei der Kopfbereich jenen Teil des jeweiligen Klinkenradzahns umfasst, der bei einem Eingriff der Sperrklinke in eine Ausnehmung mit der Sperrklinke in Kontakt bringbar ist. Mit anderen Worten ist der Kopfbereich der „aktive“ Bereich eines Klinkenradzahns, der bei Betätigung des Sperrmechanismus besonders belastet ist. Der Halsbereich dient zur Verankerung des Kopfbereichs an einem Körper des Klinkenrads. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Halsbereichs kann die Steifigkeit Dieser Text wurde durch das DPMA aus Originalquellen übernommen. Er enthält keine Zeichnungen. Die Darstellung von Tabellen und Formeln kann unbefriedigend sein. des Klinkenradzahns ebenfalls beeinflusst werden. Insbesondere ist der Halsbereich in einem radial außen liegenden Bereich bezogen auf eine Umfangsrichtung des Klinkenrads breiter als in einem radial innen liegenden Bereich.The ratchet teeth preferably each have a head area and a neck area, the head area comprising that part of the respective ratchet wheel tooth which can be brought into contact with the pawl when the pawl engages in a recess. In other words, the head area is the “active” area of a ratchet tooth that is particularly stressed when the locking mechanism is actuated. The neck portion serves to anchor the head portion to a body of the ratchet wheel. A suitable design of the neck area can reduce rigidity This text was taken from the original sources by the DPMA. It contains no drawings. The presentation of tables and formulas can be unsatisfactory. of the ratchet wheel tooth can also be influenced. In particular, the neck area is wider in a radially outer area with respect to a circumferential direction of the ratchet wheel than in a radially inner area.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Getriebe mit einem Sperrmechanismus gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.The present invention also relates to a transmission with a locking mechanism according to at least one of the embodiments described above.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.The invention is described below purely by way of example using an advantageous embodiment with reference to the attached drawing.

1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Parksperre 10 in einem gesperrten Zustand. Die Parksperre 10 umfasst eine Sperrklinke 12, die um eine Schwenkachse RS verschwenkbar gelagert ist. An der Sperrklinke 12 sind Sperrzähne 16 angeordnet. 1 shows the essential components of a parking lock 10 in a locked state. The parking lock 10 includes a pawl 12 which is pivotably mounted about a pivot axis RS. On the pawl 12 locking teeth 16 are arranged.

Ferner umfasst die Parksperre 10 ein Klinkenrad 18, das mit einer nicht gezeigten Getriebewelle drehfest verbunden ist und das mit Klinkenradzähnen 19 versehen ist. Zwischen den Klinkenradzähnen 19 sind Ausnehmungen 20 angeordnet, die bei einem Eingriff der Sperrklinke 12 zur Aufnahme jeweils eines Sperrzahns 16 vorgesehen sind.Furthermore, the parking lock 10 includes a ratchet wheel 18 which is non-rotatably connected to a transmission shaft, not shown, and which is provided with ratchet wheel teeth 19 . Recesses 20 are arranged between the ratchet wheel teeth 19 and are provided for receiving a respective ratchet tooth 16 when the pawl 12 engages.

Die Klinkenradzähne 19 untergliedern sich jeweils in einen Kopfbereich 19a und einen Halsbereich 19b, die jeweils durch gestrichelte Kästen angedeutet sind. Der Kopfbereich 19a kann bei einem Eingriff der Sperrklinke 12 mit den Sperrzähnen 16 und/oder der Sperrklinke 12 selbst im Bereich zwischen zwei Sperrzähnen 16 in Kontakt treten. Aufgrund der erheblichen mechanischen Belastungen bei einem Eingriffs-/Einrastvorgang und dem damit verbundenen Verschleiß, ist der Kopfbereich 19a der Klinkenradzähne 19 relativ massiv ausgeführt. Der Querschnitt des Kopfbereichs 19a ist im Wesentlichen trapezförmig, wobei der Kopfbereich 19a sich von radial innen nach radial außen hin leicht verjüngt.The ratchet wheel teeth 19 are each divided into a head portion 19a and a neck portion 19b, each of which is indicated by dashed boxes. When the pawl 12 engages with the ratchet teeth 16 and/or the pawl 12 itself, the head region 19a can come into contact in the area between two ratchet teeth 16 . Due to the considerable mechanical loads during an engagement/latching process and the associated wear, the head area 19a of the ratchet wheel teeth 19 is designed to be relatively massive. The cross section of the head area 19a is essentially trapezoidal, with the head area 19a tapering slightly from radially inside to radially outside.

Umgekehrt ist die Situation bei dem Halsbereich 19b, der sich von dem Kopfbereich 19a nach radial innen erstreckt, bis er in einen Klinkenradkörper 21 übergeht, der drehfest mit der nicht gezeigten Getriebewelle verbunden ist. Der Halsbereich 19b weist eine sich nach radial innen verjüngende Gestalt auf und geht an seiner Wurzel in einen gekrümmten Bodenbereich der benachbarten Ausnehmungen 20 über. Durch die beschriebene Ausgestaltung des Halsbereichs 19b werden den Klinkenradzähnen 19 elastische Eigenschaften verliehen, die in Umfangsrichtung ausgeprägter sind als in axialer Richtung. Sie gestatten eine - wenn auch eingeschränkte und wohl dosierte - Flexibilität der Klinkenradzähne 19, um das Einrasten der Sperrklinke 12 „sanfter“ zu gestalten.The situation is reversed in the case of the neck area 19b, which extends radially inwards from the head area 19a until it merges into a ratchet wheel body 21 which is connected in a rotationally fixed manner to the transmission shaft (not shown). The neck area 19b has a shape that tapers radially inwards and merges at its root into a curved bottom area of the adjacent recesses 20 . The described configuration of the neck area 19b gives the ratchet wheel teeth 19 elastic properties which are more pronounced in the circumferential direction than in the axial direction. You allow a - albeit limited and well dosed - flexibility of the ratchet wheel teeth 19 to make the engagement of the pawl 12 "softer".

Die Ausnehmungen 20 weisen durch den langgestreckten Halsbereich 19b und den gekrümmten Bodenbereich im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt auf.The recesses 20 have a substantially U-shaped cross-section due to the elongated neck portion 19b and the curved bottom portion.

Zur Dämpfung von zwischen zwei benachbarten Klinkenradzähnen 19 auftretenden Kräften/Relativbewegungen sind die Ausnehmungen 20 zwischen den Klinkenradzähnen 19 jeweils zum großen Teil mit Dämpfungselementen 22 ausgefüllt. Die Dämpfungselemente können beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem gummiartigen Material gefertigt sein. Sie lassen den Kopfbereich 19a der Klinkenradzähne 19 frei und weisen an ihrer radialen Außenseite einen leicht gekrümmten Querschnitt auf. Bei einem Eingriff der Sperrzähne 16 in die Ausnehmungen 20 kommen die Sperrzähne 16 nicht mit den Halsbereichen 19b der beteiligten Klinkenradzähne 19 in Kontakt, da diese - zumindest im Umfangsrichtung - von den Dämpfungselementen 22 verdeckt werden.In order to dampen forces/relative movements occurring between two adjacent ratchet wheel teeth 19, the recesses 20 between the ratchet wheel teeth 19 are each largely filled with damping elements 22. The damping elements can be made of a plastic or a rubber-like material, for example. They leave the head area 19a of the ratchet wheel teeth 19 free and have a slightly curved cross section on their radial outside. When the ratchet teeth 16 engage in the recesses 20, the ratchet teeth 16 do not come into contact with the neck regions 19b of the ratchet wheel teeth 19 involved, since these are covered by the damping elements 22—at least in the circumferential direction.

Bei einem Einrasten der Sperrklinke 12 können die Sperrzähne 16 auch mit den gekrümmten Oberflächen der Dämpfungselemente 22 in Kontakt treten, so dass die mit dem Einrasten verbundenen, in radialer Richtung wirkenden Kräfte ebenfalls durch die Dämpfungselemente 22 aufgenommen werden. Die Aufnahme von in Umfangsrichtung wirkenden Kräften durch die Dämpfungselemente 22 wurde bereits vorstehend kurz beschrieben.When the pawl 12 engages, the ratchet teeth 16 can also come into contact with the curved surfaces of the damping elements 22 , so that the forces acting in the radial direction associated with the engagement are also absorbed by the damping elements 22 . The absorption of forces acting in the circumferential direction by the damping elements 22 has already been briefly described above.

Es versteht sich, dass das Material der Dämpfungselemente 22 und deren charakteristische elastischen Eigenschaften je nach Anwendungsfall gezielt angepasst werden können, um die mechanischen Eigenschaften des Klinkenrads 18 zu optimieren. Grundsätzlich müssen die Dämpfungselemente 22 keine massiven Bauelemente sein. Auch Federn können in besonderen Fällen vorgesehen sein. Wesentlich ist jedenfalls, dass das Klinkenrad 18 durch die Dämpfungselemente 22 besondere mechanische/elastische Eigenschaften erhält, die das Einrasten der Sperrklinke 12 „sanfter“ gestalten und Verschleißerscheinungen an den beteiligten Komponenten minimieren.It goes without saying that the material of the damping elements 22 and their characteristic elastic properties can be specifically adapted depending on the application in order to optimize the mechanical properties of the ratchet wheel 18 . In principle, the damping elements 22 do not have to be solid components. Springs can also be provided in special cases. In any case, it is essential that the ratchet wheel 18 is given special mechanical/elastic properties by the damping elements 22, which make the latching of the pawl 12 “softer” and minimize signs of wear on the components involved.

Der erfindungsgemäße Sperrmechanismus wurde vorstehend beispielhaft anhand einer Parksperre beschrieben. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann jedoch auch in anderen Anwendungsbereichen Verwendung finden. Beispielsweise kann der Sperrmechanismus auch bei elektrischen Achsantrieben für Elektrofahrzeuge zum Einsatz gelangen.The locking mechanism according to the invention was described above using a parking lock as an example. However, the principle on which the invention is based can also be used in other areas of application. For example, the locking mechanism can also be used in electric axle drives for electric vehicles.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Parksperreparking lock
1212
Sperrklinkepawl
1616
Sperrzahnratchet
1818
Klinkenradratchet wheel
1919
Klinkenradzahnratchet tooth
19a19a
Kopfbereichheader area
19b19b
Halsbereichneck area
2020
Ausnehmungrecess
2121
Klinkenradkörperratchet body
2222
Dämpfungselementdamping element
RSRS
Schwenkachsepivot axis

Claims (4)

Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, insbesondere Parksperre für eine Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sperrklinke (12), die um eine Schwenkachse (RS), insbesondere einen Klinkenbolzen zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung, in der die Welle im Wesentlichen drehfest gesperrt ist, verschwenkbar ist, und einem mit der Welle drehfest verbundenen Klinkenrad (18), das eine Mehrzahl von Klinkenradzähnen (19) sowie von zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordneten Ausnehmungen (20) aufweist, wobei die Sperrklinke (12) zumindest einen Sperrzahn (16) aufweist, der in der Sperrstellung in eine der Ausnehmungen (20) des Klinkenrads (18) eingreift, wobei das Klinkenrad (18) Dämpfungselemente (22) zur Dämpfung der bei Betätigung des Sperrmechanismus auf die Klinkenradzähne (19) wirkenden Kräfte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (22) in den U-förmig ausgebildeten Ausnehmungen (20) zwischen den Klinkenradzähnen (19) angeordnet sind.Locking mechanism for non-rotatably locking a shaft, in particular a parking lock for a transmission shaft of a motor vehicle, with a pawl (12) which rotates about a pivot axis (RS), in particular a ratchet bolt, between a release position and a locked position in which the shaft is essentially non-rotatably locked, is pivotable, and a ratchet wheel (18) which is non-rotatably connected to the shaft and has a plurality of ratchet wheel teeth (19) and recesses (20) arranged between the ratchet wheel teeth (19), the pawl (12) having at least one ratchet tooth (16) which engages in one of the recesses (20) of the ratchet wheel (18) in the locking position, the ratchet wheel (18) having damping elements (22) for damping the forces acting on the ratchet wheel teeth (19) when the locking mechanism is actuated, characterized in that that the damping elements (22) in the U-shaped recesses (20) between the ratchet teeth (19) angeor are. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klinkenradzähne (19) jeweils einen Kopfbereich (19a) und einen Halsbereich (19b) aufweisen, wobei der Kopfbereich (19a) jenen Teil des jeweiligen Klinkenradzahns (19) umfasst, der bei einem Eingriff der Sperrklinke (12) in eine Ausnehmung (20) mit der Sperrklinke (12) in Kontakt bringbar ist.device after claim 1 , characterized in that the ratchet wheel teeth (19) each have a head area (19a) and a neck area (19b), the head area (19a) comprising that part of the respective ratchet wheel tooth (19) which, when the pawl (12) engages in a recess (20) can be brought into contact with the pawl (12). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich (19b) in einem radial außen liegenden Bereich bezogen auf eine Umfangsrichtung des Klinkenrads (18) breiter ist als in einem radial innen liegenden Bereich.device after claim 2 , characterized in that the neck portion (19b) is wider in a radially outer area relative to a circumferential direction of the ratchet wheel (18) than in a radially inner area. Getriebe mit einem Sperrmechanismus nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.Transmission with a locking mechanism according to at least one of the preceding claims.
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