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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs und eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug mit einer Parksperrenvorrichtung.
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Parksperrenvorrichtungen sind dazu vorgesehen, bei Betätigung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs mit einer Sperrklinke z.B. 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.
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Beispielsweise geht aus der
DE 20 2009 014 189 U1 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 hindurchgeführt. 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.
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DE 10 2018 123 863 A1 zeigt eine Getriebeeinheit mit einer Zwischenwelle, auf der ein Stirnrad und eine Schiebemuffe angeordnet sind Das Stirnrad weist zwei Seitenflanken auf, von denen eine mit der Schiebemuffe kuppelbar und die andere mit einer Sperrklinke in Eingriff bringbar ist.
DE 10 2006 059 677 A1 offenbart eine Parksperre mit einer Schiebemuffe, die zusätzlich zu einer Innenverzahnung eine Außenverzahnung aufweist, in der eine Parksperrenklinke verriegeln kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse sowie eine elektrische Antriebsachse, insbesondere eine Twin-Antriebsachse, mit einer solchen Parksperrenvorrichtung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 und Patentanspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Parksperrenvorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs umfasst
- - ein erstes Parksperrenrad, das dazu ausgebildet ist, mit einem ersten Ausgang einer ersten Antriebseinheit drehfest verbunden zu sein,
- - ein zweites Parksperrenrad, das dazu ausgebildet ist, mit einem zweiten Ausgang einer zweiten Antriebseinheit drehfest verbunden zu sein,
- - eine Synchronisationsnabe, die permanent drehfest mit dem ersten Parksperrenrad verbunden und mit dem zweiten Parksperrenrad drehfest verbindbar angeordnet ist,
- - eine Schaltgabel, die in eine Nut an der Synchronisationsnabe eingreift, wobei die Schaltgabel dazu ausgebildet ist, die Synchronisationsnabe zwischen einer Entsperrstellung, bei der das erste Parksperrenrad relativ zum zweiten Parksperrenrad frei drehbar ist, und einer Sperrstellung, bei der das erste Parksperrenrad drehfest mit dem zweiten Parksperrenrad verbunden ist, zu schalten, und
- - eine Sperrklinke, die dazu ausgebildet ist, mit einer Verzahnung der Synchronisationsnabe zusammenzuwirken, um in der Sperrstellung eine Rotation der Synchronisationsnabe zu sperren und in der Entsperrstellung eine Rotation der Synchronisationsnabe freizugeben.
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Mit anderen Worten ist die Sperrklinke dazu vorgesehen, in der Sperrstellung in eine Zahnlücke der Verzahnung der Synchronisationsnabe einzugreifen. Die Betätigung der Sperrklinke erfolgt zumindest mittelbar über einen Aktuator, der die Sperrklinke in eine Zahnlücke der Verzahnung der Synchronisationsnabe führt. Ein Federelement kann vorgesehen sein, welches die Sperrklinke aus der Verzahnung in dessen Ausgangslage drückt, sodass die Sperrklinke nicht in eine Zahnlücke der Verzahnung der Synchronisationsnabe eingreift. Alternativ kann der Aktuator auch in Herausführen der Sperrklinke aus der Verzahnung aktiv bewerkstelligen.
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In der Entsperrstellung dreht die Synchronisationsnabe mit dem ersten Parksperrenrad, welches drehfest mit dem ersten Ausgang der ersten Antriebseinheit verbunden ist, mit, wobei das zweite Parksperrenrad, das mit dem zweiten Ausgang der zweiten Antriebseinheit verbunden ist, separat und unabhängig rotieren kann. Mittels der ersten Antriebseinheit ist ein erstes Rad der elektrischen Antriebsachse des Kraftfahrzeugs zumindest mittelbar antreibbar und mittels der zweiten Antriebseinheit ist ein zweites Rad derselben elektrischen Antriebsachse zumindest mittelbar antreibbar. Mithin ist der erste Ausgang mit dem ersten Rad der elektrischen Antriebsachse wirkverbunden, wobei der zweite Ausgang mit dem zweiten Rad der elektrischen Antriebsachse wirkverbunden ist. Die Räder sind unabhängig voneinander durch die jeweilige Antriebseinheit antreibbar. Durch die Parksperrenvorrichtung ist eine Rotation der Räder blockierbar, wobei beide Parksperrenräder durch die Synchronisationsnabe drehfest miteinander verbunden werden sowie gleichzeitig oder anschließend die Synchronisationsnabe durch die Sperrklinke verdrehfest angeordnet wird. Anders gesagt ist eine Rotation der Synchronisationsnabe in der Sperrstellung blockiert, sodass eine Rotation der damit drehfest verbundenen Parksperrenräder ebenfalls blockiert ist.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass eine Ausgangswelle bzw. der Ausgang der jeweiligen Antriebseinheit direkt mit dem dazugehörigen Rad des Kraftfahrzeugs verbunden sein können, oder dass sich zwischen dem Ausgang der jeweiligen Antriebseinheit und dem dazugehörigen Rad noch weitere Getriebeelemente, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder, Getriebestufen, oder dergleichen befinden können.
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Unter dem Begriff „permanent drehfest verbunden“ ist zu verstehen, dass das erste Parksperrenrad stets drehfest mit der Synchronisationsnabe verbunden ist, unabhängig davon, ob sich die Synchronisationsnabe in der Entsperrstellung oder in der Sperrstellung befindet. Eine permanent drehfeste Verbindung liegt somit auch vor, wenn die Synchronisationsnabe axial verlagerbar zum ersten Parksperrenrad angeordnet ist.
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Unter dem Begriff „drehfest verbindbar“ ist zu verstehen, dass das zweite Parksperrenrad je nach Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs entweder drehbar zum ersten Parksperrenrad oder drehfest dazu angeordnet ist. In einem Fahrmodus des Kraftfahrzeugs sind das erste und zweite Parksperrenrad relativ zueinander verdrehbar angeordnet, wobei die Synchronisationsnabe lediglich drehfest mit dem ersten Parksperrenrad verbunden ist und mit diesem mitdreht. Dieser Zustand ist als Entsperrstellung der Parksperrenvorrichtung zu verstehen. In der Entsperrstellung ist eine Rotation der Synchronisationsnabe freigegeben, wobei die Sperrklinke nicht mit der Verzahnung der Synchronisationsnabe zusammenwirkt. In einem Parkmodus des Kraftfahrzeugs sind das erste und zweite Parksperrenrad miteinander gekoppelt, wobei die Synchronisationsnabe die beiden Parksperrenräder drehfest miteinander verbindet und zunächst gewährleistet, dass die Parksperrenräder synchron rotieren. Die drehfeste Anordnung zur Realisierung der Parksperre wird erst erreicht, wenn die Sperrklinke mit der Verzahnung an der Synchronisationsnabe zusammenwirkt bzw. in die Verzahnung eingreift. Dieser Zustand ist als Sperrstellung der Parksperrenvorrichtung zu verstehen. In der Sperrstellung ist eine Rotation der Synchronisationsnabe und der Parksperrenräder gesperrt bzw. blockiert.
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Die Parksperrenräder werden drehfest miteinander verbunden, indem die Schaltgabel die Synchronisationsnabe entsprechend betätigt. Vorzugsweise ist die Synchronisationsnabe relativ zu den Parksperrenrädern axial verlagerbar angeordnet. Mithin betätigt die Schaltgabel die Synchronisationsnabe in axialer Richtung, um die Synchronisationsnabe zwischen der Entsperrstellung und der Sperrstellung zu schalten.
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Vorzugsweise weist die Synchronisationsnabe eine Innenverzahnung auf, die komplementär zu Außenverzahnungen der Parksperrenräder ausgebildet ist. Die miteinander in Zahneingriff stehenden Verzahnungen der Synchronisationsnabe und des ersten Parksperrenrades bilden die permanent drehfest Verbindung. In der Sperrstellung werden die Außenverzahnungen der Parksperrenräder fluchtend ausgerichtet, sodass die Synchronisationsnabe durch die Schaltgabel auf die Außenverzahnung des zweiten Parksperrenrades axial aufgeschoben werden kann, sodass die beiden Parksperrenräder in Zahneingriff mit der Innenverzahnung der Synchronisationsnabe kommen. Diese Verzahnungen wirken somit als Steckverzahnungen.
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Bevorzugt ist die mit der Sperrklinke zusammenwirkende Verzahnung der Synchronisationsnabe als Außenverzahnung an einem Außenumfang der Synchronisationsnabe angeordnet. Ferner bevorzugt ist die Nut eine wenigstens teilweise umlaufende Nut am Außenumfang der Synchronisationsnabe. Nach einem Ausführungsbeispiel sind die Verzahnung und die Nut axial benachbart zueinander am Außenumfang der Synchronisationsnabe angeordnet. Insbesondere sind auch die Sperrklinke und die Schaltgabel axial benachbart zueinander angeordnet. Die Sperrklinke kann derart angeordnet sein, dass sie bei einer axialen Bewegung der Synchronisationsnabe mitgeführt wird. Indem die Synchronisationsnabe von axial außen betätigt wird, kann eine axial kurzbauende Parksperrenvorrichtung realisiert werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Parksperrenvorrichtung gemäß dem vorgenannten Aspekt der Erfindung, eine erste Antriebseinheit sowie eine zweite Antriebseinheit, wobei ein erster Ausgang der ersten Antriebseinheit drehfest mit dem ersten Parksperrenrad und ein zweiter Ausgang der zweiten Antriebseinheit drehfest mit dem zweiten Parksperrenrad verbunden sind.
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Die Antriebseinheit kann aus einer elektrischen Maschine ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Ausgang der jeweiligen Antriebseinheit durch die Rotorwelle der elektrischen Maschine gebildet. Die elektrische Maschine weist einen drehfesten Stator sowie einen dazu drehbeweglichen Rotor auf, der zumindest mittelbar mit der Rotorwelle verbunden ist oder die Rotorwelle ausbildet. Die Rotorwelle ist mit dem jeweiligen Parksperrenrad wirkverbunden, insbesondere drehfest damit verbunden. Ferner ist denkbar, dass die jeweilige Antriebseinheit zusätzlich eine Getriebeanordnung umfasst, die zwischen dem jeweiligen Parksperrenrad und der elektrischen Maschine angeordnet ist. Mittels der jeweiligen Getriebeanordnung kann ein Antriebsdrehmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl gewandelt werden. In diesem Fall ist der Ausgang der jeweiligen Antriebseinheit durch eine Ausgangswelle der Getriebeanordnung gebildet. Die Getriebeanordnung kann eine Stirnradstufe, ein Planetengetriebe, oder dergleichen sein oder umfassen.
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Die obigen Ausführungen, Beispiele und Definitionen zu technischen Effekten, Vorteilen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für die elektrische Antriebsachse gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt, und umgekehrt.
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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 stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung,
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung eines ersten Parksperrenrades der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung gemäß 1,
- 3 eine schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Parksperrenrades der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung gemäß 1,
- 4 eine schematische Perspektivdarstellung einer Synchronisationsnabe der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung gemäß 1,
- 5a eine Ansicht der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung nach 1 in einer Entsperrstellung,
- 5b eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung nach 5a in der Entsperrstellung,
- 6a eine Ansicht der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung nach 1, 5a und 5b in einer Sperrstellung, und
- 6b eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Parksperrenvorrichtung nach 5a in der Sperrstellung.
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Gemäß 1 weist eine elektrische Antriebsachse 2 für ein - hier nicht gezeigtes - Kraftfahrzeug eine erste Antriebseinheit 5 sowie eine zweite Antriebseinheit 6 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Mithin ist die Antriebsachse 2 als Twin-Antriebsachse ausgebildet, wobei - hier nicht dargestellte - Abtriebswellen der Antriebseinheiten 5, 6 zumindest mittelbar mit - hier ebenfalls nicht gezeigten - Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Die Antriebseinheiten 5, 6 sind vorliegend als elektrische Maschinen ausgebildet. 1 zeigt ferner einen jeweiligen Ausgang 5a, 6a der Antriebseinheiten 5, 6, die ebenfalls koaxial zueinander angeordnet sind. Vorliegend sind die Ausgänge 5a, 6a als Rotorwellen der Antriebseinheiten 5, 6 zu verstehen. Die Antriebseinheiten 5, 6 können zusätzlich mit Getriebeanordnungen ausgestattet sein. Axial zwischen den Antriebseinheiten 5, 6 ist eine Parksperrenvorrichtung 1 angeordnet, die mit den Ausgängen 5a, 6a wirkverbunden bzw. wirkverbindbar ist. Dies wird anhand der weiteren Figuren näher erläutert.
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Die Parksperrenvorrichtung 1 umfasst ein in 2 gezeigtes erstes Parksperrenrad 3, das mit dem ersten Ausgang 5a der ersten Antriebseinheit 5 drehfest verbunden ist, ein in 3 gezeigtes zweites Parksperrenrad 4, das mit dem zweiten Ausgang 6a der zweiten Antriebseinheit 6 drehfest verbunden ist, sowie eine in 4 gezeigte Synchronisationsnabe 7, die radial außerhalb der Parksperrenräder 3, 4 angeordnet ist. Die Parksperrenräder 3, 4 weisen jeweils identisches Außenverzahnungen 3a, 4a auf, die komplementär zu einer Innenverzahnung 10 der Synchronisationsnabe 7 ausgebildet sind. Diese genannten Verzahnungen sind als Steckverzahnungen zu verstehen, da die Synchronisationsnabe 7 relativ zu den Parksperrenrädern 3, 4 axial verlagerbar angeordnet ist. Die Synchronisationsnabe 7 ist permanent drehfest mit dem ersten Parksperrenrad 3 verbunden und drehfestverbindbar zum zweiten Parksperrenrad 4 angeordnet. In einer Entsperrstellung steht die Synchronisationsnabe 7 mit dem ersten Parksperrenrad 3 in Zahneingriff und mit dem zweiten Parksperrenrad 4 nicht in Zahneingriff (vgl. 5a und 5b). In einer Sperrstellung steht die Synchronisationsnabe 7 sowohl mit dem ersten Parksperrenrad 3 als auch mit dem zweiten Parksperrenrad 4 in Zahneingriff (vgl. 6a und 6b).
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Eine Schaltgabel 8 ist vorgesehen, die in eine umlaufende Nut 9 am Außenumfang der Synchronisationsnabe 7 eingreift. Die Schaltgabel 8 ist dazu ausgebildet, die Synchronisationsnabe 7 zwischen der Entsperrstellung, bei der das erste Parksperrenrad 3 relativ zum zweiten Parksperrenrad 4 frei drehbar ist, und der Sperrstellung, bei der das erste Parksperrenrad 3 drehfest mit dem zweiten Parksperrenrad 4 verbunden ist, axial zu verlagern. Die Entsperrstellung der Parksperrenvorrichtung 1 ist in den 5a und 5b gezeigt, wohingegen die Sperrstellung der Parksperrenvorrichtung 1 in den 6a und 6b gezeigt ist. Ebenfalls radial außerhalb der Synchronisationsnabe 7 ist eine Sperrklinke 12 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, mit einer am Außenumfang der Synchronisationsnabe 7 ausgebildeten Verzahnung 11 zusammenzuwirken, um in der Sperrstellung eine Rotation der Synchronisationsnabe 7 zu sperren und in der Entsperrstellung eine Rotation der Synchronisationsnabe 7 freizugeben. Die Sperrklinke 12 wird durch einen - hier nicht gezeigten - Aktuator betätigt, der einen Rastabschnitt 12a der Sperrklinke 12 zur Realisierung der Sperrstellung in eine Zahnlücke der Verzahnung 11 führt (vgl. 6a). Der Rastabschnitt 12a kann aktiv, also ebenfalls durch den Aktuator, oder passiv, also durch eine Feder oder dergleichen, aus der Zahnlücke herausgeführt werden, wenn die Entsperrstellung geschaltet werden soll.
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Zur Realisierung der Sperrstellung erfolgt zunächst eine Betätigung der Schaltgabel 8, wobei die Synchronisationsnabe 7 gemäß 5b durch die Schaltgabel 8 nach rechts verlagert wird, bis die Synchronisationsnabe 7 auch mit dem zweiten Parksperrenrad 4 in Zahneingriff steht. Gleichzeitig oder darauffolgend erfolgt eine Betätigung der Sperrklinke 12, derart, dass eine Rotation der Synchronisationsnabe 7 durch die Sperrklinke 12 blockiert ist, die in die Zahnlücke der Verzahnung 11 eingreift, wodurch eine Rotation der mit der Synchronisationsnabe 7 drehfest verbundenen Parksperrenräder 3, 4 ebenfalls verhindert wird.
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Zur Realisierung der Entsperrstellung wird ausgehend von der Sperrstellung nach 6a und 6b zunächst die Sperrklinke 12 aus der Zahnlücke der Verzahnung 11 herausgeführt. Gleichzeitig oder darauffolgend wird die Synchronisationsnabe 7 durch die Schaltgabel 8 nach links verlagert, bis die Synchronisationsnabe 7 nur noch mit dem ersten Parksperrenrad 3 in Zahneingriff steht und das zweite Parksperrenrad 4 unabhängig zum ersten Parksperrenrad 3 rotieren kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parksperrenvorrichtung
- 2
- Antriebsachse
- 3
- Erstes Parksperrenrad
- 3a
- Außenverzahnung des ersten Parksperrenrades
- 4
- Zweites Parksperrenrad
- 4a
- Außenverzahnung des zweiten Parksperrenrades
- 5
- Erste Antriebseinheit
- 5a
- Erster Ausgang der ersten Antriebseinheit
- 6
- Zweite Antriebseinheit
- 6a
- Zweiter Ausgang der ersten Antriebseinheit
- 7
- Synchronisationsnabe
- 8
- Schaltgabel
- 9
- Nut
- 10
- Innenverzahnung der Synchronisationsnabe
- 11
- (Außen-)Verzahnung an der Synchronisationsnabe
- 12
- Sperrklinke
- 12a
- Rastabschnitt der Sperrklinke