Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Parksperrenrad einer Parksperre, die eine um eine Drehachse verschwenkbare Klinke umfasst, welche einem Umfang des Parksperrenrades zugeordnet ist, das eine alternierende Abfolge von Zähnen und Zahnlücken aufweist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Parksperre mit einem Parksperrenrad, die insbesondere an einem Elektrofahrzeug zum Einsatz kommt.

Stand der Technik

DE 101 43 386 B4 betrifft eine Parksperre für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, umfassend eine mit den Antriebsrädern in Wirkverbindung stehenden Antriebswelle mit einem formschlüssig arretierbaren Eingriffsrad. Es ist ein elastisches Federelement vorgesehen, welches bei einer Arretierung des Eingriffsrades infolge einer Relativverdrehung von Eingriffsrad und einem drehfest in der Antriebswelle angeordneten Flansch eine Rotationsenergie des Antriebsstranges aufnimmt. In elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen sind die Getriebeeingangswelle und das Klinkenrad der Parksperre fest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden.

EP 2 410 214 Bl bezieht sich auf einen Sperrmechanismus zum drehfesten Arretieren einer Welle, die insbesondere in Parksperren von Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt. Es soll ein Sperrmechanismus bereitgestellt werden, der hohe Belastungen aufnehmen kann und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist sowie eine kompakte Bauform aufweist. Die Parksperre umfasst ein Klinkenrad, welches direkt oder indirekt über ein Dämpfungselement, beispielsweise ein Gummi- oder Kunststoffteil, eine Torsionsfeder oder ähnliches zur Dämpfung von Spitzenbelastungen mit der Zwischenwelle verbunden ist.

Parksperren werden bei Elektrofahrzeugen im Rahmen eines E-Achsen-Moduls eingesetzt und hindern diese daran, unabsichtlich wegzurollen. Die Parksperre umfasst in der Regel ein Parksperrenrad, welches auf einer Antriebswelle drehfest aufgenommen ist. Das Parksperrenrad läuft auf dieser mit, sobald sich der elektrische Antrieb eines E-Achsen-Moduls dreht. Bei Auslösung der Parksperre geht von einem Aktuator eine Drehbewegung aus, die über einen Schaltmechanismus eine Klinke mit einem Klinkenzahn in den Umfang des Parksperrenrades rückt. Durch das Einrücken der Klinke in das Parksperrenrad wird über den entstehenden Formschluss die Antriebswelle ruckartig gestoppt. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine des E-Achsen-Moduls innerhalb von Millisekunden zum Stillstand kommt. Das dabei auftretende Drehmoment ist sehr hoch.

Beim Auslösen der Parksperre stoppt innerhalb von Bruchteilen von Sekunden das komplette E-Achsen-Modul, wodurch ein enormes Drehmoment schlagartig auf die Antriebswelle sowie mindestens eine Getriebewelle und deren Lager auf das Parksperrenrad, die Klinke sowie das Gehäuse einwirkt. Aus diesem Grund sind diese massiv ausgelegt, so dass die beim Einrücken der Parksperre auftretenden Kräfte nicht zu Beschädigungen und somit zum Ausfall der E-Achse führen. Von Nachteil ist jedoch, dass massivere Bauteile zum einen höhere Kosten verursachen sowie andererseits schwerere Bauteile darstellen und zu einem größer bauenden E-Achsen-Modul führen.

Darstellung der Erfindung

Es wird ein Parksperrenrad einer Parksperre vorgeschlagen, die eine um eine Drehachse verschwenkbare Klinke umfasst, die einem Umfang des Parksperrenrades zugeordnet ist, welches eine alternierende Abfolge von Zähnen und Zahnlücken aufweist, wobei das Parksperrenrad ein auf einer Antriebswelle drehfest aufgenommenes Flügelrad umfasst, welches in einem Elastomerkörper eingebettet ist, der formschlüssig einen Klinkenkörper trägt. Durch diesen Aufbau des Parksperrenrades kann dem Parksperrenrad bei dessen ruckartigem Stillsetzen durch die Parksperre eine Dämpfungscharakteristik verliehen werden, wodurch teils auftretende hohe Drehmomente durch das Elastomermaterial des Elastomerkörpers absorbiert wird. Dies hat zur Folge, dass die Drehmomenteinwirkung auf die nachgelagerten mechanischen Komponenten ebenfalls erheblich verringert werden kann.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades werden Einzelflügel des Flügelrades in den Elastomerkörper eingebettet.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades sind die Einzelflügel des Flügelrades beidseitig vom Elastomerkörper umschlossen. Durch das beidseitige Umschließen der Einzelflügel des Flügelrades entsteht eine Ummantelung, welche Stauchzonen aus Elastomermaterial bildet, die in beide Drehrichtungen des Parksperrenrades wirken, so dass eine dämpfende Wirkung sowohl bei Einlegen der Parksperrenfunktion aus der Vorwärtsfahrt als auch bei Aktivierung der Parksperrenfunktion aus der Rückwärtsfahrt erreicht werden kann.

Durch die beidseits der Einzelflügel des Flügelrades durch eine Einbettung in den Elastomerkörper gebildete Stauchzone kann die Dämpfungszone, der Einbettung eingestellt werden.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrad liegt bezogen auf eine erste Drehrichtung des Parksperrenrades eine Stauchzone in dem in die erste Drehrichtung vorlaufenden Bereich der Einbettung in den Elastomerkörper 20.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades liegt bezogen auf eine zweite Drehrichtung des Parksperrenrades eine Stauchzone in dem in die zweite Drehrichtung vorlaufenden Bereich der Einbettung in den Elastomerkörper.

Durch die vollständige Einbettung der Einzelflügel des Flügelrades in das Elastomermaterial lässt sich auf beiden Seiten der Einzelflügel eines sich in Umfangsrichtung des Flügelrades verteilende, einem jeden Einzelflügel zugeordnete Stauchzone erreichen, so dass entsprechend der Anzahl der Einzelflügel eine entsprechende Drehmomentabsorption im Elastomermaterial, d.h. eine Dissipation erreicht werden kann, was eine kleinere und weniger massiv ausgeführte Dimensionierung von Antriebswelle und Getriebekomponenten eines E-Achsen-Moduls, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, erreichbar macht.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung umfasst das Flügelrad des Parksperrenrades eine Nabe, die beispielsweise mit einer Mehrkeilprofilierung versehen ist, mit welcher das Flügelrad des Parksperrenrades drehfest auf dem Umfang einer Antriebswelle der elektrischen Maschine des E-Achsen-Moduls befestigt werden kann.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrad ist der Elastomerkörper in einer Breite ausgebildet, der eine Breite des Klinkenkörpers und eine Breite des Flügelrades um einen seitlichen Überstand übersteigt. Durch eine breitere Dimensionierung des Elastomerkörpers lässt sich eine Verbesserung der Stabilität des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades erreichen.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad wird in einer Parksperre eingesetzt, die eine Klinke umfasst, mit einem Klinkenzahn, dessen Geometrie zu der Geometrie einer Zahnlücke zwischen benachbarten Zähnen am Umfang des Klinkenkörpers korrespondiert.

Schließlich wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad bevorzugt in einer Parksperre eingesetzt, die in ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug eingebaut ist.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, den Einsatz eines Elastomerkörpers am Parksperrenrad, wird das sowohl bei Einlegen der Parksperre aus Rückwärtsfahrt als auch aus Vorwärtsfahrt auftretende enorme Drehmoment im Elastomermaterial teilweise gedämpft. Dadurch können die mechanische Belastung der Bauteile der Parksperre sowie der Antriebswelle sowie die Komponenten elektrischer Maschinen erheblich reduziert werden. Kann das maximale Drehmoment, welches auf die Komponenten eines E- Achsen-Moduls einwirkt und insbesondere beim Einlegen der Parksperre auftritt, herabgesetzt werden, können die besagten Komponenten auch weniger massiv ausgelegt werden. Dadurch lässt sich eine kostengünstigere Bauweise der Bauteile Gehäuse, Wellen und Lager erreichen sowie eine erhebliche Gewichtsreduktion eines E-Achsen-Moduls eines elektrischen Fahrzeugs realisieren. Als weiterer Vorteil ist eine erheblich kompaktere Bauweise eines E- Achsen-Moduls zu nennen, so dass weniger Bauraum im elektrischen Antriebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs erforderlich sind.

Darüber hinaus ist die Anzahl der Bauteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades reduziert, nämlich auf den Klinkenkörper mit der am Umfang vorgesehenen alternierenden Abfolge von Zähnen und Zahnlücken und den Elastomerkörper, in welchen die Einzelflügel eines Flügelrades des Parksperrenrades eingebettet sind

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Parksperrenrad,

Figur 2 eine Seitenansicht auf das erfindungsgemäße Parksperrenrad,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Parksperrenrades,

Figur 4 einen Schnitt durch das Parksperrenrad,

Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer Parksperre und

Figur 6 eine Seitenansicht der Parksperre gemäß Figur 5 mit geschnitten dargestelltem erfindungsgemäßen Parksperrenrad. Ausführungsformen der Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10 zu entnehmen. Das Parksperrenrad 10 umfasst einen Klinkenkörper 12, der auf einem Elastomerkörper 20 aufgenommen ist. Am Umfang 18 des Klinkenkörpers 12 des Parksperrenrades 10 sind in alternierender Abfolge Zähne 14 und dazwischenliegende Zahnlücken 16 (vgl. Darstellung gemäß Figur 2) ausgeführt. Wie aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 hervorgeht, befindet sich zwischen dem Klinkenkörper 12 und einem Flügelrad 24 der Elastomerkörper 20, der in einer Breite 36 ausgeführt ist. Die Breite 36 des Elastomerkörpers 20 aus einem Elastomer mit dämpfenden Eigenschaften übersteigt eine Breite 36 des Klinkenkörpers 12 wie auch eine Breite 36 des Flügelrades 24. Durch den seitlichen Überstand 34, den der Elastomerkörper 20 in Bezug auf die Breite 36 von Klinkenkörper 12 und Flügelrad 24 aufweist, wird die mechanische Stabilität des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades 10, welches in eine Parksperre 40 gemäß den Figuren 5 und 6 eingesetzt wird, erheblich verbessert. Das Flügelrad 24 des Parksperrenrades 10 umfasst eine Nabe 30, die beispielsweise mit einer Mehrkeilprofilierung 32 versehen sein kann. Dadurch wird das Flügelrad 24 des Parksperrenrades 10 drehfest am Umfang einer Antriebswelle 38, vgl. Darstellung gemäß den Figuren 5 und 6, aufgenommen. Anstelle einer Mehrkeilprofilierung 32 kann an der Nabe 30 und der Antriebswelle 38 auch eine Wellennabenverbindung, eine Passfederverbindung oder eine andere formschlüssige Verbindung ausgeführt werden, durch die ein drehfester Sitz des Flügelrades 24, bezogen auf den Umfang der Antriebswelle 38, erreicht werden kann. Die Antriebswelle 38, vgl. Darstellung in den Figuren 5 und 6, erstreckt sich zu einer elektrischen Maschine eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges. Figur 2 zeigt die Seitenansicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10. An dessen äußerem Umfang ist der Klinkenkörper 12 ausgeführt, der in Richtung seines Umfangs 18 in alternierender Abfolge 10, 14 Zähne 14 und dazwischenliegende Zahnlücken 16, aufweist. Darüber hinaus umfasst das Parksperrenrad 10, wie in Figur 2 dargestellt, die Nabe 30, an deren Innenseite in dieser Ausführungsvariante die Mehrkeilprofilierung 32 ausgeführt ist.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades 10. Dessen Klinkenkörper 12 umfasst in alternierender Abfolge jeweils vorgesehene Zähne 14 und dazwischenliegende Zahnlücken 16, sowie die Nabe 30.

Figur 4 zeigt den Schnittverlauf II, vgl. Darstellung gemäß Figur 1, sowie einen Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10 gemäß den Figuren 1 und 2.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10 im Wesentlichen drei Komponenten, nämlich den Klinkenkörper 12, den Elastomerkörper 20 sowie das in diesen eingebettete Flügelrad 24 mit einer Anzahl von Einzelflügeln 26 umfasst. Am Innenumfang des Flügelrades 24 befindet sich die Nabe 30, hier beispielsweise ausgestaltet mit einer Mehrkeilprofilierung 32 zur drehfesten Aufnahme des Flügelrades 24 des Parksperrenrades 10 auf dem Umfang der Antriebswelle 38. Die Einzelflügel 26, die sich im Wesentlichen in radiale Richtung erstrecken, sind beidseitig in eine Einbettung 28 aus dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 20 eingelassen. Das Elastomermaterial des Elastomerkörpers 20 bildet eine Elastomer-Ummantelung 22 für einen jeden der Einzelflügel 26. Im Ausführungsbeispiel des Flügelrades 24 gemäß der Darstellung in Figur 4, umfasst dieses 10 Einzelflügel 26, die jeweils beidseits in einer Einbettung 28 aus dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 20 eingelassen sind.

Figur 5 zeigt eine Parksperre 40 an der das Parksperrenrad 10 aufgenommen ist. Das Parksperrenrad 10 ist mit seiner Nabe 30 auf dem Umfang der Antriebswelle 38 drehfest aufgenommen. Am Umfang des Parksperrenrades 10 befindet sich der Klinkenkörper 12, entlang von dessen Umfang 18 eine alternierende Abfolge von Zähnen 14 und dazwischenliegenden Zahnlücken 16 ausgeführt ist. Das Parksperrenrad 10, drehfest aufgenommen auf der Antriebswelle 38, die mit der elektrischen Maschine in Verbindung steht, ist in eine erste Drehrichtung 50, beispielsweise bei Vorwärtsfahrt, und in eine zweite Drehrichtung 52, beispielsweise bei Rückwärtsfahrt, verdrehbar. Beim Abbremsen des Fahrzeugs aus der Bewegung in die erste Drehrichtung 50 wie auch aus der Bewegung in die zweite Drehrichtung 52 erfolgt ein Einrasten eines Klinkenzahnes 44 einer Klinke 42 der Parksperre 40. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10 wird das beim abrupten Eintauchen des Klinkenzahnes 44 in eine der Zahnlücken 16 des Klinkenkörpers 12 auftretende enorme Drehmoment erheblich gedämpft.

Die Parksperre 40 umfasst eine Klinke 42, die um eine Drehachse 46 verschwenkbar ist. Es versteht sich, dass vor dem Betätigen der Parksperre 40 eine erhebliche Reduktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs stattgefunden hat, bevor entweder aus der ersten Drehrichtung 50 (Vorwärtsfahrt) oder aus der zweiten Drehrichtung 52 (Rückwärtsfahrt) heraus eine Aktivierung der Parksperre 40, d.h. eine Blockade der Drehbewegung des Parksperrenrades 10 durch die Klinke 42 erfolgt.

Figur 6 zeigt die Parksperre 40 mit dem daran aufgenommenen Parksperrenrad 10, hier in geschnittener Darstellung gezeigt.

Das Parksperrenrad 10 ist mit dem Flügelrad 24 drehfest auf der Antriebswelle 38 aufgenommen. Die Einzelflügel 26 des Flügelrades 24 sind beidseits in einer Einbettung 28 in das Elastomermaterial des Elastomerkörpers 20 eingebettet. Bei einer Aktivierung der Parksperre 40 rastet der Klinkenzahn 44 der Klinke 42 bei einer Schwenkbewegung der Klinke 42 um die Drehachse 46 in einer Zahnlücke 16 am Umfang 18 des Klinkenkörpers 12 des Parksperrenrades 10 ein. Damit kommt der Klinkenkörper 12 ruckartig zum Stillstand, während aufgrund der Trägheit der Komponenten die Anstriebswelle 38 und das auf dieser drehfest aufgenommene Flügelrad 24 mit seinen Einzelflügeln 26 weiterdreht. Das bei Blockieren des Klinkenkörpers 12 auftretende Drehmoment wird durch die dissipativen Eigenschaften des Elastomermaterials des Elastomerkörpers 20 absorbiert und somit teilweise gedämpft, so dass nicht das gesamte, bei Blockierung des Klinkenkörpers 12 durch die Parksperre 40, auftretende Maximalmoment auf die Antriebswelle 38 und nachgelagerte Getriebekomponenten eines E-Achsen-Moduls eines Elektrofahrzeuges übertragen werden muss. Durch die beidseits der Einzelflügel 26 des Flügelrades 24 gebildeten Stauchzonen 54, 56 erfolgt bei einer Weiterbewegung des Flügelrades in das Elastomermaterial des Elastomerkörpers 20 an den entsprechenden Einbettungen 28, ein stauchendes Elastomermaterial und dadurch ein Energieabbau durch Formänderung des Elastomermaterials.

Rotiert beispielsweise das Parksperrenrad 10 in eine erste Drehrichtung 50 (bei Vorwärtsfahrt), wird das Fahrzeug abgebremst und rastet die Klinke 42 mit dem Klinkenzahn 44 in eine der Zahnlücken 16 ein, so entsteht eine Stauchzone 54 im Elastomermaterial innerhalb eines vorlaufenden Bereiches 58 der Einbettung 28 in die erste Drehrichtung 50 gesehen. Der nachlaufende Bereich 60 erfährt keine Stauchung, sondern wird eher entlastet.

Bei einer Blockierung des Parksperrenrades 10 aus der zweiten Drehrichtung 52 (Rückwärtsfahrt) erfolgt ein Energieabbau innerhalb einer Stauchzone 56, im vorlaufenden Bereich 62 einer Einbettung 28 der Einzelflügel 26 des Flügelrades 24 in das Material des Elastomerkörpers 20, wohingegen ein nachlaufender Bereich 64 der Einbettung 28 in diesem Falle mechanisch entlastet wird.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Parksperrenrad 10, welches im Wesentlichen aus den drei Komponenten Klinkenkörper 12, Flügelrad 24 sowie Elastomerkörper 20 gefertigt ist, kann eine signifikante Reduktion des bei Aktivierung der Parksperre 40, d.h. bei einer Blockade des Klinkenkörpers 12 auftretenden Drehmomentes erreicht werden. Dadurch ist eine weniger massive Ausführung von Gehäuse, Wellen, Lagern und dergleichen möglich, da diese nicht auf das maximal entstehende, bei Aktivierung der Parksperre 40 wirksame Drehmoment, auszulegen sind, sondern im Vergleich zu diesen auf ein geringeres maximales Drehmoment ausgelegt werden können, so dass eine insgesamt kostensparende und vor allem gewichtsreduzierte Ausführung eines E-Achsen-Moduls mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperre 40 unter Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parksperrenrades 10 erreicht werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.