5 Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sperranordnung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Sperrelement, wobei das Sperrelement über einen Hauptaktuierungsmechanismus in eine Entriegelungsposition und eine Verriegelt) lungsposition verstellbar ist und bei einem Ausfall des Hauptaktuierungsmechanismus über einen Notaktuierungsmechanismus in die Verriegelungsposition verstellbar ist.

15 Stand der Technik

Sperranordnungen der genannten Art finden im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik vielfach Anwendung und werden in unterschiedlichsten Ausführungen in Kraftfahrzeugen integriert. Insbesondere werden derartige Sperranordnungen als Park- 0 sperren in Getrieben von Kraftfahrzeugen realisiert.

Parksperren dienen der Sicherung des Kraftfahrzeugs gegen ein unbeabsichtigtes Wegrollen. Insbesondere in Automatikgetrieben sichern Parksperren die Kraftfahrzeugposition im Falle eines Kraftfahrzeugstillstands oder bei abgestelltem Motor. 5 Dazu kann die Parksperre durch den Fahrer oder indirekt über elektrische Hilfsmittel aktiviert werden. Sie blockiert dann in der Regel formschlüssig die Getriebeausgangswelle.

Die Druckschrift DE 1 043 829 A1 beschreibt beispielsweise eine Parksperre für 0 Kraftfahrzeuge, wobei eine gegen eine Rückstellkraft verschwenkbare Sperrklinke vorgesehen ist, die mittels eines Klinkenzahns in eine außenumfänglich auf einem Parksperrenrad angeordnete Sperrverzahnung formschlüssig eingreifen kann. Ist der Formschluss hergestellt, verhindert sie mit dem drehfest auf der Getriebeabtriebswelle angeordneten Parksperrenrad dessen Bewegung und damit die Bewe- gung des Fahrzeugs. Die Betätigung der Sperrklinke erfolgt durch eine linear verschiebbare Betätigungseinheit, die als ein Schlitten eine rahmenartige Form aufweist, wobei ein Wählhebel an längs verlaufenden Seitenwänden des rahmenartigen Gestänges angreift. Die Betätigungseinheit weist zwei gemeinsam gelagerte Rollen auf, über die sie auf die Sperrklinke einwirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Sperranordnung der genannten Art anzugeben, die einen kompakten Aufbau aufweist und selbst bei einem mechanischen und/oder elektrischen (Teil-)Ausfall eines Hauptaktuierungsmecha- nismus der Sperranordnung einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Sperranordnung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Sperrelement, wobei das Sperrelement über einen Hauptaktuierungsmechanismus in eine Entriegelungsposition und eine Verriegelungsposition verstellbar ist, und bei einem Ausfall des Hauptaktuierungsmechanismus über einen Notaktuierungsmechanismus in die Verriegelungsposition verstellbar ist, wobei der Hauptaktuierungsmechanismus einen Hauptaktuator mit einem Abtriebselement sowie einem selbsthemmenden Spindelantrieb mit einer Gewindespindel und einer relativ zu der Gewindespindel axial bewegbaren Gewindemutter umfasst, wobei die Gewindespindel antriebswirksam mit dem Abtriebselement des Hauptaktuators verbunden ist und die Gewindemutter verstell - wirksam mit dem Sperrelement verbunden ist, wobei der Notaktuierungsmecha- nismus einen Hilfsaktuator, ein Stellelement sowie ein erstes elastisches Element umfasst, wobei die Gewindespindel des Spindelantriebs drehfest jedoch axial verschiebbar mit dem Abtriebselement des Hauptaktuators verbunden ist und bei einer Aktuierung des Notaktuierungsmechanismus über den Hilfsaktuator das Stellelement über die Kraft des ersten elastischen Elements auf die Gewindemut- ter derart einwirkt, dass die Gewindespindel mitsamt der Gewindemutter axial verschoben wird und so das Sperrelement in die Verriegelungsposition überführt wird.

Erfindungsgemäß umfasst die Sperranordnung ein Sperrelement, das über einen Hauptaktuierungsmechanismus in eine Entriegelungsposition und eine Verriegelungsposition verstellbar ist. Unter einem Sperrelement soll insbesondere ein Bauteil oder eine sich aus mehreren Bauteilen zusammensetzende Baueinheit verstanden werden, das/die wahlweise eine Bewegung eines weiteren Bauteils oder einer weiteren Baueinheit mechanisch unterbindet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Sperrelement bei einem Ausfall des Hauptaktuierungsmechanismus über einen Notaktuierungsmechanismus in die Verriegelungsposition verstellbar. Unter einem Ausfall soll in diesem Zusammenhang ein zumindest teilweiser elektrischer und/oder mechanischer Ausfall des Hauptaktuierungsmechanismus verstanden werden.

Erfindungsgemäß umfasst der Hauptaktuierungsmechanismus einen Hauptaktua- tor mit einem Abtriebselement.

Unter einem Ausfall kann insbesondere ein zumindest teilweiser elektrischer und/oder mechanischer Ausfall des Hauptaktuators des Hauptaktuierungsmechanismus verstanden werden. Weiterhin weist der Hauptaktuierungsmechanismus erfindungsgemäß einen selbsthemmenden Spindelantrieb mit einer Gewindespindel und einer relativ zu der Gewindespindel axial bewegbaren Gewindemutter auf. Erfindungsgemäß ist die Gewindespindel antriebswirksam mit dem Abtriebselement des Hauptaktuators verbunden und die Gewindemutter ist verstellwirksam mit dem Sperrelement verbunden.

Die Begrifflichkeit„axial" beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Längsachse der Sperranordnung.

Der Notaktuierungsmechanismus umfasst erfindungsgemäß einen Hilfsaktuator, ein Stellelement sowie ein erstes elastisches Element.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Gewindespindel des Spindelan- triebs drehfest jedoch axial verschiebbar mit dem Abtriebselement des Hauptaktuators verbunden ist.

Bei einer Aktuierung des Notaktuierungsmechanismus über den Hilfsaktuator wirkt das Stellelement erfindungsgemäß über die Kraft des ersten elastischen Elements auf die Gewindemutter des Spindelantriebs derart ein, dass die Gewindespindel mitsamt der Gewindemutter axial verschoben wird und so das Sperrelement in die Verriegelungsposition überführt wird.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sperranordnung wird bei einem kompakten Aufbau ein zuverlässiger Betrieb der Sperranordnung, selbst bei einem elektrischen und/oder mechanischen Ausfall des Hauptaktuators und somit des Hauptaktuierungsmechanismus, gewährleistet.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschrei- bung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist das Abtriebselement an seiner Stirnseite eine erste Ausnehmung auf, wobei ein erstes Ende der Gewindespindel in der ersten Ausnehmung drehfest jedoch axial ver- schiebbar aufgenommen ist. Weiterhin bevorzugt ist das Stellelement des Notak- tuierungsmechanismus axial bewegbar an einem zweiten Ende der Gewindespindel gelagert. Derart kann ein besonders kompakter sowie stabiler Aufbau der Sperranordnung realisiert werden. Unter der„ersten Ausnehmung" soll dabei insbesondere eine sich axial erstreckende Öffnung an der Stirnseite des Abtriebselements verstanden werden.

Im Bereich der ersten Ausnehmung des Abtriebselements kann eine Dämpfungseinrichtung angeordnet sein, die im Bereich der ersten Ausnehmung des Abtrieb- selements ein hartes Anschlagen der Gewindespindel an dem Abtriebselement verhindert.

In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Stellelement des Notaktuierungsmechanismus über den Hilfsaktuator sowohl in einer ersten Stellelementposition wie auch in einer zweiten Stellelementposition mechanisch gehalten. Derart wird ein besonders energieeffizienter und zuverlässiger Aufbau des Notaktuierungsmechanismus der Sperranordnung realisiert.

Weiterhin bevorzugt ist die Position der Gewindemutter über einen Positionser- kennungsmechanismus ermittelbar. Der Positionserkennungsmechanismus kann beispielsweise berührungslos ausgeführt sein.

Die Sperranordnung ist bevorzugt in einem Ölsumpf, d.h. einem zumindest teilweise mit Öl gefüllten Bereich, angeordnet. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen beschrieben.

Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Sperranordnung mit einem Sperrelement in der Entriegelungsposition.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die in Fig. dargestellte beispielhafte Sperranordnung 1 ist als Parksperre V reali- siert, wobei die Parksperre 1 ' vollständig in einem Ölsumpf angeordnet ist.

Die Parksperre 1 ' umfasst ein Sperrelement 2, wobei das Sperrelement 2 über einen Hauptaktuierungsmechanismus wahlweise in eine Verriegelungsposition oder eine Entriegelungsposition verstellbar ist.

Die Verriegelungsposition des Sperrelements 2 entspricht einer Position in der das Sperrelement 2 eine Sperrklinke 17 mit einer Sperrverzahnung (nicht dargestellt) an einem Parksperrenrad (nicht dargestellt) in Eingriff bringt, wodurch eine Blockierung des Parksperrenrads erfolgt - die Parksperre 1 ' ist eingelegt.

Die Entriegelungsposition des Sperrelements 2 entspricht einer Position in der das Sperrelement 2 die Sperrklinke 17 mit der Sperrverzahnung an dem Parksperrenrad nicht in Eingriff bringt, wodurch es zu keiner Blockierung des Parksperrenrads kommt - die Parksperre 1 ' ist geöffnet. Der Hauptaktuierungsmechanismus umfasst einen Hauptaktuator 3, der als Elektromotor 3' ausgebildet ist, sowie einen selbsthemmenden Spindelantrieb 5. Der Spindelantrieb 5 weist eine Gewindespindel 6 sowie eine relativ zu der Gewindespindel 6 axial bewegbare Gewindemutter 7 auf.

Die Begrifflichkeit„axial" beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Längsachse 16 der Parksperre 1 '.

Die Begrifflichkeit„radial" beschreibt eine Richtung normal auf die Längsachse 16 der Parksperre 1 '.

Aufgrund der selbsthemmenden Ausführung des Spindelantriebs 5 kann die Gewindemutter 7 nur bei einer Drehung der Gewindespindel 6 relativ zu dieser axial bewegt werden. Bei Nicht-Rotation der Gewindespindel 6, beispielsweise durch Ausfall des Elektromotors 3', ist ein axiales Verschieben und/oder Verdrehen der Gewindemutter 7 relativ zu der Gewindespindel 6 aufgrund der Reibung zwischen der Gewindespindel 6 und der Gewindemutter 7 nicht möglich.

Die Gewindespindel 6 des Spindelantriebs 5 ist antriebswirksam mit einem Ab- triebselement 4 des Elektromotors 3', hier eine Abtriebswelle 4', verbunden - ein erstes Ende 13 der Gewindespindel 6 ist in eine erste Ausnehmung 12 an der Stirnseite der Abtriebswelle 5' drehfest jedoch axial bewegbar aufgenommen.

Der Elektromotor 3' des Hauptaktuierungsmechanismus kann in eine Schließrich- tung, nämlich eine Drehrichtung aufgrund derer sich die Gewindemutter 7 in eine Sperrposition bewegt, und in eine dazu entgegengesetzte Freigaberichtung, nämlich eine Drehrichtung aufgrund derer sich die Gewindemutter 7 in eine Freigabeposition bewegt, drehen. Das Sperrelement 2 ist um eine Drehachse 23 schwenkbar an der Gewindemutter 7 des Spindelantriebs 5 angelenkt.

Die Gewindemutter 7 kann im Normalbetrieb der Parksperre 1 ', d.h. bei Vollfunkti- on des Hauptaktuierungsmechanismus, durch eine Drehbewegung der Gewindespindel 6 in Schließrichtung die Sperrposition und durch eine Drehbewegung der Gewindespindel 6 in Freigaberichtung die Freigabeposition einnehmen.

Die Sperrposition der Gewindemutter 7 entspricht einer Verriegelungsposition des Sperrelements 2 und somit einer eingelegten Parksperre 1 '.

Die Freigabeposition der Gewindemutter 7 entspricht einer Entriegelungsposition des Sperrelements 2 und somit einer geöffneten Parksperre V. Der Notaktuierungsmechanismus dient dem Einlegen der Parksperre 1 ' bei einem elektrischen und/oder mechanischen (Teil-)Ausfall des Hauptaktuators 3 des Hauptaktuierungsmechanismus.

Der Notaktuierungsmechanismus umfasst einen Hilfsaktuator 8, ein Stellelement 9 und ein erstes elastisches Element 10. Der Hilfsaktuator 8 ist als ein Elektromagnet 8' ausgebildet.

Der Elektromagnet 8' umfasst einen Stößel 18, eine Spule 19 und eine Feder 20, wobei die Feder 20 als Druckfeder ausgebildet ist und je nach gewünschter Funk- tion des Elektromagneten 8' so angeordnet ist, dass die Federkraft der Feder 20 nach unten (Fig.) oder oben wirkt.

Das Stellelement 9 des Notaktuierungsmechanismus ist an einem zweiten Ende 14 der Gewindespindel 6 axial bewegbar gelagert. Das Stellelement 9 des Notak- tuierungsmechanismus ist über den Elektromagneten 8' in einer ersten Stellele- mentposition mechanisch gehalten, hier nämlich über einen Eingriff des Stößels 18 des Elektromagneten 8' in einer erste Kerbe 27 an der Außenumfangsfläche des Stellelements 9, und über die erste Druckfeder 10' in eine zweite Stellelementposition in axialer Richtung zur Gewindemutter 7 hin vorgespannt. Der Elekt- romagnet 8' dient somit als Verriegelungselement, das das Stellelement 9 entgegen der Kraft der ersten Druckfeder 10' in der ersten Stellelementposition hält. Das Stellelement 9 kann in der zweiten Stellelementposition über den Elektromagneten 8' mechanisch gehalten werden, hier nämlich über einen Eingriff des Stößels 18 des Elektromagneten 8' in eine zweite Kerbe 28 an der Außenum- fangsfläche des Stellelements 9.

In dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Parksperre V geöffnet und der Notaktuierungsmechanismus nicht aktuiert. Bei einem Ausfall des Hauptaktua- tors 3 wird der Notaktuierungsmechanismus betätigt, indem der Elektromagnet 8', genauer die Spule 19 des Elektromagneten 8', bestromt wird - der Stößel 18 verfährt entgegen der Kraft der Feder 20 in radialer Richtung weg von dem Stellelement 9 und gibt dieses frei, wodurch das Stellelement 9 vermittels der Kraft der ersten Druckfeder 10' gegen die Gewindemutter 7 gedrückt wird und so die Gewindespindel 6 mitsamt der Gewindemutter 7 relativ zu der Abtriebswelle 4' axial verschoben wird. Das Stellelement 9 wird somit von der ersten Stellelementposition in die zweite Stellelementposition überführt. Durch die relative axiale Bewegung zwischen der Gewindespindel 6 und der Abtriebswelle 4' wird die Gewindemutter 7 in die Sperrposition und somit das Sperrelement in die Verriegelungsposition überführt.

Die Gewindemutter 7 kann bei einem Ausfall des Hauptaktuators 3 durch eine relative axiale Bewegung zwischen der Gewindespindel 6 und der Abtriebswelle 4' die Sperrposition einnehmen. Nach Betätigung des Notaktuierungsmechanismus, und somit einem Einlegen der Parksperre V, ist ein Auslegen der Parksperre 1 ', d.h. ein Überführen der Gewindemutter 7 von der Sperrposition in die Freigabeposition und somit ein Überführen des Sperrelements 2 von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition, nur mittels des Hauptaktuierungsmechanismus möglich. Dabei dreht der Elektromotor 3' in Schließrichtung und die sich in der Sperrposition befindliche Gewindemutter 7 stützt sich an einem Gehäuse (nicht dargestellt) der Parksperre 1 ' ab - die Gewindespindel 6 schraubt sich durch die Gewindemutter 7 wieder in die ursprüngliche Position, wie in Fig. dargestellt, und das Stellelement 9 wird entgegen der Kraft der ersten Druckfeder 0' durch beispielsweise„Stromlos-Schalten" der Spule 19 des Elektromagneten 8' wieder in der ersten Stellelementposition fixiert.

Die Position der Gewindemutter 7 ist über einen Positionserkennungsmechanis- mus 1 1 ermittelbar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Positi- onserkennungsmechanismus 1 1 eine Kugel 24 und ein zweites elastisches Element 25, wobei das zweite elastische Element 25 die Kugel 24 in eine radiale Richtung vorspannt. Weiterhin weist der Positionserkennungsmechanismus 1 1 eine Sensorik (nicht dargestellt) auf, vermittels der die radiale Position der Kugel 24 detektiert wird. In der Freigabeposition der Gewindemutter 7 wird die Kugel 24 über das zweite elastische Element 25 radial gegen die Außenumfangsfläche der Gewindemutter 7 gedrückt. In der Sperrposition der Gewindemutter 7 wird die Kugel 24 über das zweite elastische Element 25 in eine zweite Ausnehmung 26 an der Außenumfangsfläche der Gewindemutter 7 gedrückt - die radiale Position der Kugel 24 des Positionserkennungsmechanismus 1 1 in der Freigabeposition der Gewindemutter 7 entspricht nicht der radialen Position der Kugel 24 des Positionserkennungsmechanismus 1 1 in der Sperrposition der Gewindemutter 7. Diese radiale Positionsänderung der Kugel 24 wird von der Sensorik des Positionserkennungsmechanismus 1 1 detektiert und dient der Positionsbestimmung der Gewindemutter 7 des Spindelantriebs 5. Ein auf einer berührungslosen Sensorik, beispielsweise auf einem Hallsensor, basierender Positionserkennungsmechanismus 1 1 ist ebenso denkbar. Hierbei könnte ein je nach Position der Gewindemutter 7 veränderter radialer Abstand zwischen einem Sensor und der Außenumfangsfläche der Gewindemutter 7 des Spindelantriebs 5, beispielsweise realisiert durch die Ausbildung der zweiten Ausnehmung 26 an der Außenumfangsfläche der Gewindemutter 7, vermittels des Sensors berührungslos detektiert werden und derart auf die Position der Gewindemutter 7 geschlossen werden. Im Bereich der ersten Ausnehmung 12 der Abtriebswelle 4' ist eine Dämpfungseinrichtung 15 ausgebildet. Durch die drehfeste jedoch axial verschiebbare Anordnung der Gewindespindel 6, genauer des ersten Endes 13 der Gewindespindel 6, in der ersten Ausnehmung 12 an der Stirnseite der Abtriebswelle 4' bildet sich im Bereich der ersten Ausnehmung 12 zwischen dem ersten Ende 13 der Gewinde- spindel 6 und der Abtriebswelle 4' ein Zwischenraum 21 aus. Dieser Zwischenraum 21 ist über eine radiale Bohrung 22 im Bereich der ersten Ausnehmung 12 der Abtriebswelle 4' mit dem Außenbereich, hier dem Ölsumpf, fluidverbunden und somit mit Öl gefüllt. Wird die Parksperre V über den Notaktuierungsmechanismus eingelegt, so wird das Öl aufgrund der axialen Verschiebung der Gewindespindel 6 durch die radiale Bohrung 22 aus dem Zwischenraum 21 verdrängt. Je kleiner der Durchmesser der radialen Bohrung 22 ist, umso größer wird der Druck in dem Zwischenraum 21 und umso stärker wird die axiale Bewegung der Gewindespindel 6 gedämpft. Durch diese konstruktive Maßnahme kann ein hartes Anschlagen der Gewindespindel 6 an der Abtriebswelle 4' verhindert werden.

Es sind jedoch auch andere Dämpfungseinrichtungen 15, wie beispielsweise der Einsatz eines elastischen Materials in den Zwischenraum etc., denkbar. Bezugszeichenliste

1 Sperranordnung

V Parksperre

2 Sperrelement

3 Hauptaktuator

3' Elektromotor

4 Abtriebselement

4' Abtriebswelle

5 Spindelantrieb

6 Gewindespindel

7 Gewindemutter

8 Hilfsaktuator

8' Elektromagnet

9 Stellelement

10 Erstes elastisches Element

10' Erste Druckfeder

1 1 Positionserkennungsmechanismus

12 Erste Ausnehmung

13 Erstes Ende (der Gewindespindel)

14 Zweites Ende (der Gewindespindel)

15 Dämpfungseinrichtung

16 Längsachse (der Sperranordnung)

17 Sperrklinke

18 Stößel

19 Spule

20 Feder

21 Zwischenraum

22 Radiale Bohrung Drehachse

Kugel

Zweites elastisches Element Zweite Ausnehmung

Erste Kerbe

Zweite Kerbe