EP-4441399-B1 - BLOCKING MECHANISM, ELECTRIC MOTOR DRIVE UNIT, VEHICLE, AND METHOD FOR BLOCKING A SHAFT OF A DRIVETRAIN

Inventors

• Heeger, Christof
• Fritsch, Karl Martin

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20221130

Claims (12)

1. Blocking mechanism (2), in particular for a vehicle, which has a blocking actuator (4) and a blockable shaft (6) of a drivetrain and is arranged between the blocking actuator (4) and the blockable shaft (6), and in which a form-fitting element (8), which can be electrically actuated in an axial stroke movement (X - X) and longitudinally in relation to the shaft (6), can, in a state in which said form-fitting element bears against an end face of a shaft-mounted complement (10) to which the form-fitting element (8) can be partially form-fittingly coupled, be biased longitudinally in relation to the shaft (6) against the shaft-mounted complement (10) by means of at least one elastic force transmission means (12) so as to be able to enter a latching engagement, wherein, in a blocked state of the shaft (6), in which the form-fitting element (8) and the shaft-mounted complement (10) engage in one another in a form-fitting region (FB) of the blocking mechanism (2), the form-fitting element (8) can be supported against a housing portion (EM-G) of an electric motor drive unit (EM-AE), on which the blocking actuator (4) can be mounted, wherein, in the form-fitting region (FB) and in the circumferential direction of the shaft (6), the blocking mechanism (2) has a movement clearance (BS) between the form-fitting element (8) and the shaft-mounted complement (10), characterized in that the elastic force transmission means (12) is integrated in the form-fitting element (8) and is formed in one piece with the form-fitting element (8), and in that the blocking actuator (4) has an electric drive (EA) with a stator (S), which uses permanent magnets to drive a rotor (R) situated inside the stator, wherein the rotor (R) is connected to the form-fitting element (8) via a rotor shaft (W), wherein the end of the rotor shaft (W) facing away from the shaft (6) is received by a bearing (L) and the end of the rotor shaft (W) facing the shaft (6) is provided with a threaded spindle portion (16), which together with a hub portion (14) of the form-fitting element (8) forms a screw drive (ST), wherein the hub portion (14) is in the form of a threaded nut of the screw drive (ST), and wherein the threaded nut is integrated in the form-fitting element (8), wherein, depending on the direction of rotation of the rotor shaft (W), the form-fitting element (8) is movable in the longitudinal direction (X - X) along the threaded spindle (16), with which the hub portion (14) interacts, relative to the end of the shaft (6), wherein the form-fitting element (8) is attached to the movement mechanism of the blocking actuator (4) via the at least one elastic force transmission means (12), which movement mechanism brings about the axial stroke movement (X - X).
2. Blocking mechanism (2) according to Claim 1, wherein the shaft-mounted complement (10) is arranged in the region of an end of the shaft (6).
3. Blocking mechanism (2) according to Claim 2, wherein the blocking actuator (4) can be mounted on the end of the shaft (6) and thus in a manner situated opposite the housing portion (EM-G).
4. Blocking mechanism (2) according to Claim 3, wherein the form-fitting element (8) is arranged coaxially with the shaft (6).
5. Blocking mechanism (2) according to one of the preceding claims, wherein the form-fitting element (8) is shaped in the form of an annular element that runs around in closed fashion.
6. Blocking mechanism (2) according to one of the preceding claims, wherein the form-fitting element (8) has an inner profiling (IP) which form-fittingly interacts with a complementary profiling (10) of the shaft-mounted complement in the form-fitting region (FB).
7. Blocking mechanism (2) according to one of the preceding claims, wherein the form-fitting element (8) has an outer profiling (AP) which is complementary to a guide portion (FA) of the blocking actuator (4) or of the housing portion (EM-G), via which guide portion the form-fitting element (8) is longitudinally guided for the axial stroke movement (X - X) and via which guide portion the form-fitting element (8) can be indirectly or directly supported against the housing portion (EM-G).
8. Blocking mechanism (2) according to one of the preceding claims, wherein the form-fitting element (8) can be supported against a housing portion of an electric motor housing (EM-G) or of a (reduction) gear housing (RG-G).
9. Electric motor drive unit (EM-AE) having a blocking mechanism (2) according to one of the preceding claims.
10. Vehicle having an electric motor drive unit (EM-AE) according to Claim 9 or a blocking mechanism (2) according to one of Claims 1 to 8.
11. Method for blocking a shaft (6) of a drivetrain, in particular of a vehicle, by means of a blocking mechanism (2) according to one of the preceding Claims 1 to 8, in the course of which method the form-fitting element (8) is brought into latching engagement with the shaft-mounted complement (10), utilizing the movement clearance (BS), up to a maximum rotational speed of the shaft (6) that depends on the movement clearance (BS), in that the form-fitting element (8), in a state in which it bears against an end face of the shaft-mounted complement (10), is biased longitudinally in relation to the shaft (6) and with a definable force against the shaft-mounted complement (10) via the at least one elastic force transmission means (12) until a latching engagement is obtained.
12. Method according to Claim 11, in the course of which, if the vehicle starts to move from a stationary position, a shaft (6) of the vehicle is blocked up to a maximum speed of the vehicle that depends on the movement clearance (BS).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus, eine Elektromotor-Antriebseinheit, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Sperren einer Welle eines Antriebsstrangs. Aus den Druckschriften CN 112922980 A und US 2018105149 A1 ist jeweils ein Sperrmechanismus zwischen einem Sperraktuator und einer sperrbaren Welle eines Antriebsstrangs bekannt. Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, einen verbesserten Sperrmechanismus, insbesondere für ein Fahrzeug, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenen und unter Schutz gestellten Sperrmechanismus gelöst. Es wird ein Sperrmechanismus, insbesondere für ein Fahrzeug bzw. eine Parksperre eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, welcher einen Sperraktuator und eine sperrbare Welle eines Antriebsstrangs aufweist und zwischen dem Sperraktuator und der sperrbaren Welle angeordnet ist. Dabei wird ein in einer Axial-Hubbewegung und längs zur Welle elektrisch aktuierbares Formschlusselement vorgeschlagen, welches mit einem wellenseitigen Komplement innerhalb eines Formschlussbereichs zumindest abschnittsweise formschlüssig fügbar ist, um die Welle zu sperren, und welches in einem Zustand, stirnseitig am wellenseitigen Komplement anliegend, längs zur Welle mittels zumindest eines elastischen Kraftübertragungsmittels gegen das wellenseitige Komplement einrastbar vorspannbar ist. Das mindestens eine elastische Kraftübertragungsmittel ist dabei vorteilhafterweise in das Formschlusselement integriert. D.h., dass das mindestens eine elastische Kraftübertragungsmittel einstückig bzw. einteilig mit dem Formschlusselement ausgebildet bzw. ausgeführt ist. Dabei ist das Formschlusselement in einem Sperrzustand der Welle, in welchem das Formschlusselement und das wellenseitige Komplement im Formschlussbereich des Sperrmechanismus ineinandergreifen, gegen einen Gehäuseabschnitt einer Elektromotor-Antriebseinheit abstützbar, an welchem der Sperraktuator anbringbar ist. Der Sperrmechanismus weist dabei im Formschlussbereich und in Umfangsrichtung der Welle ein Bewegungsspiel zwischen dem Formschlusselement und dem wellenseitigen Komplement auf, welches in Verbindung mit der besagten bzw. zuvor genannten Vorspannung des Formschlusselements gegen das wellenseitige Komplement eine Einrastung des Formschlusselements in das wellenseitige Komplement bzw. eine Fügung des Formschlusselements mit dem wellenseitigen Komplement ermöglicht. Der Sperraktuator weist einen elektrischen Antrieb mit einem Stator auf, der einen dazu innenliegenden Rotor mit Permanentmagneten antreibt, wobei der Rotor über eine Rotorwelle mit dem Formschlusselement verbunden ist, wobei die Rotorwelle an ihrem der Welle abgewandten Ende durch ein Lager und an ihrem der Welle zugewandten Ende durch einen Schraubentrieb aufgenommen ist. Dabei ist die Rotorwelle mit einem Gewindespindelabschnitt versehen, welcher mit einem Nabenabschnitt des Formschlusselements den Schraubentrieb bildet, wobei der Nabenabschnitt als Gewindemutter des Schraubentriebs ausgeführt ist. Diese Gewindemutter ist demnach ebenfalls in das Formschlusselement 8 integriert. Dabei ist das Formschlusselement - je nach Drehrichtung der Rotorwelle - in der Längsrichtung entlang der Gewindespindel, mit welcher der Nabenabschnitt zusammenwirkt, relativ zum Ende der Welle verfahrbar. Dabei ist das Formschlusselement über das zumindest eine elastische Kraftübertragungsmittel an den die Axial-Hubbewegung bewirkenden Bewegungsmechanismus des Sperraktuators angebunden. Unter einem wellenseitigen Komplement ist dabei ein wellenseitiges Gegenstück zum Formschlusselement zu verstehen, welches im Formschlussbereich entsprechend komplementär zum Formschlusselement ausgebildet bzw. ausgeformt ist. Dabei kann es sich um einen entsprechend ausgeformten Abschnitt der Welle selbst oder eines mit der Welle gefügten, separaten und entsprechend ausgeformten Elements handeln, welcher mit dem Formschlusselement formschlüssig zusammenwirkt. Unter einem elastischen Kraftübertragungsmittel ist dabei ein mechanischer Energiespeicher zur elastischen Vorspannung des Formschlusselements gegen das wellenseitige Komplement zu verstehen, und zwar in Gestalt zumindest eines in das Formschlusselement integrierten Federelementabschnitts. Dieser Energiespeicher spannt das Formschlusselement gegen das wellenseitige Komplement vor, bis die Welle relativ zum Formschlusselement eine geeignete Ausrichtung für einen Formschluss einnimmt bzw. erfährt. Sobald eine solche Ausrichtung vorliegt, drückt dieser Energiespeicher das Formschlusselement zur Einrastung in das wellenseitige Komplement, so dass die Welle gesperrt bzw. blockiert wird. Der vorgeschlagene Sperrmechanismus ermöglicht eine kompakte, bauraumsparende sowie kostengünstige Ausführung innerhalb eines Antriebsstrangs, insbesondere eines Fahrzeugs. Zudem ist der vorgeschlagene Sperrmechanismus energiesparend umsetzbar, denn es bedarf für die besagte Vorspannung keiner aufzubringenden hohen Stellkräfte seitens de