DE102013006795A1

DE102013006795A1 - Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage

Info

Publication number: DE102013006795A1
Application number: DE102013006795.2A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wilske; Heiko Schumann; Peter-Christoph Daur; Barbara Neef
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Eine Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage umfasst einen Hauptbremszylinder (4) mit einem Betätigungskolben (8) und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (2) mit einem Elektromotor (6), einem Druckorgan (7) zur Betätigung des Betätigungskolbens (8) und einem Getriebe (9), über das der Elektromotor (6) mit dem Druckorgan (7) gekoppelt ist, um eine Drehbewegung des Elektromotors (6) in eine Translationsbewegung des Druckorgans (7) zu übersetzen. Das Getriebe (9) weist eine Gewindehülse (10) mit einem Innengewinde (11) auf. Die Gewindehülse (10) steht über das Innengewinde (11) mit einer feststehenden Gewindespindel (12) derart in Gewindeeingriff, dass bei einer Drehung der Gewindehülse (10) diese axial verlagert wird. Die Gewindehülse (10) weist ferner einen Mitnahmeabschnitt (14) zur Druckbeaufschlagung des Druckorgans (7) auf, um das Druckorgan (7) in Richtung des Betätigungskolbens (8) zu drücken. Die Betätigungseinrichtung zeichnet sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau aus. Sie ist in der Serienfertigung kostengünstig herstellbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage, umfassend einen Hauptbremszylinder mit einem Betätigungskolben und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einem Elektromotor, einem Druckorgan zur Betätigung des Betätigungskolbens und einem Getriebe, über das der Elektromotor mit dem Druckorgan gekoppelt ist, um eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung des Druckorgans zu übersetzen.
Zum Bremsen von Personenkraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers in der Regel nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche pneumatische Bremskraftverstärker arbeiten mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf den Betätigungskolben des Hauptbremszylinders aufzubringen.
Mit zunehmender Fahrzeugmasse werden Bremskraftverstärker mit verhältnismäßig großem Durchmesser benötigt. Übliche Bremskraftverstärker weisen einen Durchmesser von bis zu 26 cm auf. Sie sind folglich sehr voluminös und schränken den Platz im Motorraum für andere Bauteile ein.
Bei Dieselmotoren, modernen direkteinspritzenden FSI-Motoren oder Valvetronic-Motoren steht am Motor kein ausreichender Unterdruck mehr zur Verfügung. Deswegen werden bei diesen Motoren elektrische oder vom Verbrennungsmotor angetriebene Unterdruckpumpen eingesetzt. Diese und die notwendige Verschlauchung benötigen jedoch Bauraum, erhöhen das Fahrzeuggewicht und sind im Hinblick auf die Fertigung und Montage aufwändig.
Weiterhin ist bekannt, die Betätigungskraft am Hauptbremszylinder mittels eines Elektromotors zu erzeugen. Derartige Einrichtungen werden im Folgenden als elektromechanische Bremskraftverstärker bezeichnet, wobei diese nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden können.
Eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art ist aus DE 10 2010 024 734 A1 bekannt. Die Drehbewegung des Motors wird dabei über einen Kugelgewindetrieb in eine Translationsbewegung des Druckorgans übersetzt. Im Normalbetrieb ist das Bremspedal vom Hauptbremszylinder entkoppelt (brake-by-wire). Über einen Pedalsimulator wird dem Fahrer eine der Bremsanlage entsprechende Reaktion als Rückmeldung simuliert. Bei einer Systemstörung steht als zweiter Betriebsmodus eine mechanische Rückfallebene zur Verfügung, in der das Bremspedal über einen Druckkörper den Hauptbremszylinder mit Kraft beaufschlagen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Fertigungskosten und Serientauglichkeit weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Diese umfasst einen Hauptbremszylinder mit einem Betätigungskolben und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einem Elektromotor, einem Druckorgan zur Betätigung des Betätigungskolbens und einem Getriebe, über das der Elektromotor mit dem Druckorgan gekoppelt ist, um eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung des Druckorgans zu übersetzen, wobei das Getriebe eine Gewindehülse mit einem Innengewinde aufweist, die Gewindehülse über das Innengewinde mit einer feststehenden Gewindespindel in Gewindeeingriff steht, derart, dass bei einer Drehung der Gewindehülse diese axial verlagert wird, und die Gewindehülse einen Mitnahmeabschnitt zur Druckbeaufschlagung des Druckorgans aufweist, um das Druckorgan in Richtung des Betätigungskolbens zu drücken.
Dies ermöglicht einen im Hinblick auf die Serienfertigung einfachen und kostengünstigen Aufbau. Im Vergleich zu einem Kugelgewindetrieb gestaltet sich die vorstehend beschriebene Kombination aus Gewindehülse und Gewindespindel deutlich kompakter. Zudem werden keine separaten Lager benötigt, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand gering bleiben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann beispielsweise der elektromechanische Bremskraftverstärker ein Gehäuse aufweisen, welches das Getriebe und das Druckorgan aufnimmt. Dabei ist die Gewindespindel am Hauptbremszylinder festgelegt und erstreckt sich in das Gehäuse des elektromechanischen Bremskraftverstärkers hinein. Dies gestattet eine kompakte und stabile Lagerung der Gewindehülse bei einfacher Herstellbarkeit und Montierbarkeit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Hauptbremszylinder einen Anschlussflansch zur Befestigung des Gehäuses des elektromechanischen Bremskraftverstärkers auf. Die Gewindespindel kann dann ohne großen Aufwand an dem Anschlussflansch ausgebildet oder befestigt sein.
Vorzugsweise ist die Gewindespindel zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich das Druckorgan und/oder der Betätigungskolben in die als Hohlwelle ausgebildete Gewindespindel hinein erstrecken. Dies ermöglicht neben einer kompakten Bauweise gleichzeitig eine axiale Führung des Druckorgan und/oder des Betätigungskolbens. Insbesondere kann zwischen dem Druckorgan und der Hohlwelle zusätzlich auch noch eine Verdrehsicherung vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gewindehülse an ihrem Außenumfang eine Verzahnung auf, die mit einem durch den Elektromotor angetriebenen Getriebeglied in Eingriff steht. Dabei ist die Verzahnung am Außenumfang in der Gewindehülse als Langverzahnung ausgebildet, deren Axiallänge derart bemessen ist, dass diese über den gesamten Verschiebeweg der Gewindehülse mit dem Getriebeglied in Eingriff steht. Hierdurch wird auf überraschend einfache Art und Weise der für die axiale Verschiebbarkeit der Gewindehülse benötigte Freiheitsgrad in die Getriebestufe integriert.
Die Gewindehülse kann an ihrem Außenumfang beispielsweise als Schneckenrad ausgebildet sein, wohingegen das Getriebeglied eine durch den Elektromotor angetriebene Schneckenwelle ist. Dies ermöglicht in einer Getriebestufe ein großes Übersetzungsverhältnis, was wiederum den Einsatz eines schnell drehenden und damit kompakten Elektromotors ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Schneckenwelle koaxial zur Drehachse des Elektromotors angeordnet und der Elektromotor quer zur Drehachse der Gewindehülse an das Gehäuse angeschlossen. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Unterbringung des Elektromotors an einer Außenseite des Getriebegehäuses. Beispielsweise kann der Elektromotor im Bereich zwischen einem Reservoir des Hauptbremszylinders und der Spritzwand eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden.
Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor innerhalb des Gehäuses koaxial zur Drehachse der Gewindehülse anzuordnen und antriebsmäßig unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe mit der Gewindehülse zu koppeln. Zur Erzielung einer kompakten Bauweise im Bereich des Gehäuses kann ferner zwischen dem Elektromotor und der Gewindehülse ein Umlaufgetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe oder Zykloidgetriebe vorgesehen werden. Letztere zeichnen sich bei hohen Übersetzungsverhältnissen durch eine hohe Lebensdauer und kompakte Bauweise aus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gewindehülse ein Innenteil und ein Außenteil auf, welche drehfest miteinander verbunden sind. Dabei weist das Innenteil an seinem Innenumfang das Innengewinde und das Außenteil an seinem Außenumfang die Langverzahnung auf. Das Innenteil ist in das Außenteil eingesetzt. Zudem stützen sich das Innenteil und das Außenteil über Radialrippen aneinander ab. Hierdurch wird eine hohe Struktursteifigkeit bei geringem Bauteilgewicht erzielt.
Das Innenteil und das Außenteil können aus Kunststoff, beispielsweise auf der Basis von Polyamid oder Polyphthalamid mit Kohlefaserverstärkung hergestellt sein, wodurch sich ein besonders geringes Bauteilgewicht ergibt. Bei einer Paarung mit einer Gewindespindel aus Metall, beispielsweise Stahl oder einer Aluminiumlegierung, ergeben sich zudem ein besonders geringer Reibwert und ein geringer Verschleiß.
Die vorstehend erläuterte Erfindung ermöglich ein Kraftfahrzeug mit einer Bremsanlage, umfassend ein Bremspedal, eine Betätigungseinrichtung der vorgenannten Art, einen Pedalkraftsimulator, der zwischen dem Bremspedal und der Betätigungseinrichtung angeordnet ist, und eine Druckstange, die mit dem Bremspedal gekoppelt, an dem Pedalkraftsimulator abgestützt und koaxial zum Druckorgan des elektromechanischen Bremskraftverstärkers ausgerichtet ist. Dabei weist die Bremsanlage einen ersten Betriebsmodus auf, in dem das Bremspedal über die Druckstange mit dem Pedalsimulator zusammenwirkt und die Druckstange vom dem Druckorgan durch einen Luftspalt beabstandet gehalten wird, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in dem das Bremspedal über die Druckstange unter Überwindung des Luftspalts das Druckorgan und somit den Hauptbremszylinder mit Kraft beaufschlagen kann. Der erste Betriebsmodus stellt dabei den Normalgebrauch dar, wohingegen der zweite Betriebsmodus bevorzugt lediglich als mechanische Rückfallebene dient, um es dem Fahrer zu ermöglichen, das Fahrzeug bei einer Systemstörung unmittelbar mittels Fußkraft abzubremsen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Seitenansicht einer Betätigungseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Längsschnittansicht der Betätigungseinrichtung gemäß 1 im unbetätigten Zustand,
3 eine Teilexplosionsansicht der Betätigungseinrichtung gemäß 1,
4 eine Detailansicht von Gewindehülse, Gewindespindel und Getriebeglied,
5 eine räumliche Ansicht der Gewindehülse,
6 eine Längsschnittansicht der Gewindehülse und der Gewindespindel,
7 eine Längsschnittansicht der Betätigungseinrichtung im Normalbetrieb bei Bremspedalbetätigung (erster Betriebsmodus),
8 eine Längsschnittansicht der Betätigungseinrichtung bei mechanischen Durchgriff (zweiter Betriebsmodus),
9 eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels,
10 eine Seitenansicht einer Betätigungseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit koaxialem Motor, und in
11 eine Teilexplosionsansicht der Betätigungseinrichtung gemäß 10.
Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Bremsanlage 1 für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst einen elektromechanischen Bremskraftverstärker 2, der zwischen einem Bremspedal 3 und einem Hauptbremszylinder 4 angeordnet ist. An den Hauptbremszylinder 4 ist eine nicht näher dargestellte ESP-Hydraulikeinheit bekannter Bauart angeschlossen, um einen Bremsdruck an den Radbremsen des Kraftfahrzeugs radindividuell einzustellen.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker 2 wird in Abhängigkeit einer Betätigung des Bremspedals 3 durch den Fahrer angesteuert, um eine Bremskraft bereitzustellen. Hierzu wird die Stellung des Bremspedals 3 mittels eines Stellungssensors erfasst. Der Stellungssensor kann beispielsweise als Drehwinkelgeber ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, die Bremspedalstellung mittels eines linearen Wegsensors zu erfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Betätigungskraft F des Fahrers am Bremspedal 3 mittels eines Kraftsensors ermittelt und zur Ansteuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 2 herangezogen werden.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker 2 weist ein Gehäuse 5 auf, das zwischen dem Bremspedal 3 und dem Hauptbremszylinder 4 angeordnet ist. An das Gehäuse 5 ist außenseitig ein Elektromotor 6 angeschlossen. In dem Gehäuse 5 befindet sich ein Druckorgan 7 zur Druckbeaufschlagung eines Betätigungskolbens 8 des Hauptbremszylinders 4, sowie ein Getriebe 9, über das der Elektromotor 6 mit dem Druckorgan 7 derart zusammenwirkt, um eine Drehbewegung des Elektromotors 6 in eine Translationsbewegung des Druckorgans 7 zu übersetzen.
Das Getriebe 9 weist als Ausgangsglied eine Gewindehülse 10 mit einem Innengewinde 11 auf. Sie steht über das Innengewinde 11 mit einer feststehenden Gewindespindel 12 in Gewindeeingriff. Wird die Gewindehülse 10 durch den Elektromotor 6 in Drehung versetzt, so wird die Gewindehülse 10 aufgrund des Gewindeeingriffs mit dem Außengewinde 13 der Gewindespindel 12 axial verlagert. Das Innengewinde 11 und das Außengewinde 13 können als Trapezgewinde ausgeführt werden. Sie stehen unmittelbar miteinander in Eingriff. Zudem ist der Gewindeeingriff selbsthemmungsfrei.
Die Gewindehülse 10 weist ferner einen Mitnahmeabschnitt 14 zur Druckbeaufschlagung des Druckorgans 7 auf, um das Druckorgan 7 in Richtung des Betätigungskolbens 8 zu drücken und somit einen Bremseingriff zu veranlassen. In der in 2 gezeigten Ruhestellung liegt der Mitnahmeabschnitt 14 an dem Druckorgan 7 an, um ein schnelles Ansprechen im Bremsfall zu gewährleisten. Jedoch kann in bestimmten Situationen, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, das Druckorgan 7 von dem Mitnahmeabschnitt 14 abheben.
Die Gewindespindel 12 ist an dem Hauptbremszylinder 4 festgelegt und erstreckt sich in das Gehäuse 5 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 2 hinein. Sie ist zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet und kann zur auch Führung des Druckorgans 7 verwendet werden, das sich in die Gewindespindel 12 hinein erstreckt und an dieser gegebenenfalls zusätzlich gegen Verdrehen gesichert sein kann. Auch der Betätigungskolben 8 kann sich in die Gewindespindel 12 hinein erstrecken und gegebenenfalls in dieser axial geführt sein. Alternativ kann das Druckorgan 7 auch über ein Gestänge mit dem Betätigungskolben 8 des Hauptbremszylinders 4 gekoppelt sein.
Die Gewindespindel 12 kann in einen Anschlussflansch 15 des Hauptbremszylinders 4 integriert werden, der zur Befestigung des Gehäuses 5 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 2 dient. Die Gewindespindel 12 kann jedoch auch als separates Bauteil ausgeführt und an dem Anschlussflansch 15 befestigt sein. Ferner kann die Gewindespindel 12 in einen von der Befestigung des Gehäuses 5 am Hauptbremszylinder 4 unabhängigen Gehäusedeckel des Gehäuses 5 integriert werden.
Zum Antrieb der Gewindehülse 10 weist diese an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 16 auf, die mit einem Getriebeglied 17 des Getriebes 9 in Eingriff steht. Das Getriebeglied 17 ist ortsfest gelagert und wird durch den Elektromotor 6 angetrieben. Zur Gewährleistung der Verschiebbarkeit der Gewindehülse 10 ist die Verzahnung 16 als Langverzahnung ausgebildet. Deren Axiallänge ist derart bemessen, dass diese über den gesamten axialen Verschiebeweg der Gewindehülse 10 mit dem Getriebeglied 17 in Eingriff steht. Vorzugsweise ist der gesamte Außenumfang der Gewindehülse 10 mit einer Verzahnung 16 versehen.
Die Gewindehülse 10 weist ein Innenteil 21 und ein Außenteil 22 auf, welche drehfest miteinander verbunden sind. Das Innenteil 21 weist an seinem Innenumfang das Innengewinde 11 auf. Das Außenteil 22 ist seinem Außenumfang mit der Verzahnung 16 ausgeführt. Beide Teile sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und beispielsweise miteinander verschweißt, verklebt oder verrastet. Geeignet sind insbesondere kohlefaserverstärktes Polyamid 66 oder kohlefaserverstärktes Polyphthalamid. Die Gewindespindel 12 ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Das Innenteil 21 ist in das Außenteil 22 eingesetzt, wobei sich beide über Radialrippen 23 aneinander abstützen. Hierdurch wird bei geringem Bauteilgewicht eine sehr steife Struktur geschaffen. Die Radialrippen 23 können entweder am Innenteil 21 oder am Außenteil 22 oder beispielsweise abwechselnd am Innenteil 21 und am Außenteil 22 angeformt sein.
Bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Gewindehülse 10 an ihrem Außenumfang als Schneckenrad 18 ausgebildet. Das Getriebeglied 17 ist als Schneckenwelle 19 ausgeführt, die quer zu Drehachse A der Gewindehülse 11 verläuft. Das Übersetzungsverhältnis von Motorumdrehung zu Translationsweg des Betätigungskolbens 8 liegt im Bereich von 0,2 bis 0,7 Umdrehungen/mm, vorzugsweise im Bereich von 0,26 bis 0,4 Umdrehungen/mm und weiter bevorzugt im Bereich von 0,27 bis 0,35 Umdrehungen/mm.
Insbesondere kann die Schneckenwelle 19 koaxial zur Drehachse B des Elektromotors 6 angeordnet sein. Wie in 3 gezeigt, kann die Schneckenwelle 19 in die Abtriebswelle des Elektromotors 6 integriert sein.
Das freie Ende der Schneckenwelle 19 kann über ein Lager 20 drehbar an einem Abschnitt des Gehäuses 5 abgestützt sein, um eine stabile Lage der Schneckenwelle 19 zu gewährleisten.
Der Elektromotor 6 kann quer zur Drehachse A der Gewindehülse 11 außenseitig an das Gehäuse 5 angeschlossen werden. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 in dem Gehäuse 5 aufzunehmen.
Wie bereits ausgeführt, kann die Schneckenwelle 19 das Druckorgan 7 kreuzen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt die Schneckenwelle 19 mit der Bewegungsachse des Druckorgans 7, welche mit der Drehachse A der Gewindehülse 10 zusammenfällt, einen Winkel von 90 Grad ein. Jedoch kann die Schneckenwelle 19 auch schräg zur Bewegungsachse des Druckorgans 7 angestellt sein, beispielsweise mit einem Winkel im Bereich von 60 bis 120 Grad.
Bei der dargestellten Fahrzeugbremsanlage dient das Bremspedal 3 im Normalbetrieb lediglich als Signalgeber. Die vom Fahrer am Bremspedal 3 aufgebrachte Betätigungskraft wird lediglich dazu genutzt, um über einen Stellungssensor und/oder einen gegebenenfalls vorhandenen Kraftsensor ein Ansteuersignal für die Betätigungseinrichtung 2 bereitzustellen. Eine mechanische Kopplung mit dem hydraulischen System der Bremsanlage ist dabei im Fall eines intakten elektromechanischen Bremskraftverstärkers 2 nicht gegeben. Bei einer sehr schnellen Bremspedalbetätigung kann jedoch unter Umständen ein kurzzeitiger mechanischer Durchgriff auftreten, der jedoch unproblematisch ist.
Um dem Fahrer bei einer Bremspedalbetätigung die Dosierung der Bremskraft zu erleichtern, umfasst die Bremsanlage 1 einen Pedalsimulator 24, der mit dem Bremspedal 3 über eine gegebenenfalls mehrteilige Druckstange 25 gekoppelt ist. Der Pedalsimulator 24 erzeugt bei einer Bremspedalbetätigung einen der Betätigung entgegengerichteten Widerstand nach einer vorgegebenen Kraft-Weg-Kennlinie. Die Kraft-Weg-Kennlinie ist derart konfiguriert, dass der Fahrer mit zunehmender Betätigungskraft einen größeren Widerstand spürt. Diese haptische Rückmeldung korreliert stark mit der über den elektromechanischen Bremskraftverstärker 2 erzeugten Bremskraft und entspricht im Wesentlichen dem von herkömmlichen hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen bekannten Bremsgefühl. Der Pedalsimulator 24 kann in einer reinen Brake-by-wire Konfiguration zum Einsatz kommen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird gleichwohl über die Druckstange 25 eine mechanische Rückfallebene ermöglicht, die bei einem Ausfall des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 2 gestattet, die Kraft des Fahrers an dem Hauptbremszylinder 4 zur Wirkung zu bringen und dadurch einen Bremsdruck zu erzeugen.
Die Druckstange 25 ist zu dem Druckorgan 7 ausgerichtet und erstreckt sich von dem Bremspedal durch den Pedalsimulator 25 in den elektromechanischen Bremskraftverstärker 2. Im Normalbetrieb ist diese durch einen Luftspalt 26 von dem Druckorgan 7 beabstandet, wie dies in 2 gezeigt ist. Bei einer Betätigung des Bremspedals 3 wird dieser Luftspalt 26 durch Verschiebung der Gewindehülse 10 und des von dieser mitgenommenen Druckorgans 7 aufrechterhalten, wie dies in 7 gezeigt ist. Das Bremspedal 3 und der Hauptbremszylinder sind hierbei mechanisch entkoppelt. Fällt jedoch der Elektromotor 6 aus, wird bei einer Bremspedalbetätigung der Luftspalt 26 überwunden (vgl. 8), so dass die Druckstange 25 auf das Druckorgan 7 und dieses wiederum auf den Betätigungskolben 8 des Hauptbremszylinders 4 drückt und die Kraft des Fahrers unmittelbar auf den Hauptbremszylinder 4 einwirkt. Dabei hebt das Druckorgan 7 von dem Mitnahmeabschnitt 14 der Gewindehülse 10 ab.
Um ein stets sicheres Reduzieren des Bremsdrucks auf Null zu ermöglichen, ist der elektromechanische Bremskraftverstärker 2, insbesondere dessen Getriebe 9 selbsthemmungsfrei ausgebildet. Andernfalls würde bei einem Stromausfall im Bremsbetrieb der elektromechanische Bremskraftverstärker 2 in der Position beim Stromausfall verharren und weiterhin Bremsdruck aufbauen. Dementsprechend ist das Getriebe 9 so ausgelegt, dass bereits durch den hydraulischen Gegendruck und/oder eine Pedalrückholfeder eine ausreichende Rückstellkraft aufgebaut wird, welche den elektromechanischen Bremskraftverstärker 2 in die Nulllage zurückfährt. Es kann jedoch auch eine zusätzliche Rückholfeder am elektromechanischen Bremskraftverstärker 2 vorgesehen sein.
Der Elektromotor 6 kann ein büstenloser Gleichstrommotor, ein Drehstrommotor, ein Asynchronmotor, ein Schrittmotor oder ein konventioneller Gleichstrommotor sein. Dessen Ansteuerung erfolgt über ein Steuergerät 27, das als Eingangsgröße den Pedalweg am Bremspedal 3, die Pedalkraft, die Betätigungsgeschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Beladungszustand oder eine Kombination aus diesen Größen auswertet.
Die vorstehend erläuterte Betätigungseinrichtung 1, die einen besonders kompakten Aufbau besitzt, zeichnet sich durch einen modularen Aufbau aus. 3 zeigt den Hauptbremszylinder 4, das Gehäuse 5, den seitlich am Gehäuse 5 angeschlossenen Elektromotor 6 und das ebenfalls seitlich am Gehäuse 5 angeschlossene Steuergerät 27 als separate Module. Das Steuergerät 27 ist dabei auf der dem Elektromotor 6 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 5 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgreift dieses das Gehäuse 5 L-förmig. Jedoch sind auch andere Gestaltungen möglich. Die Schneckenwelle 19 kann entweder Bestandteil des Motormoduls oder des Gehäusemoduls sein oder aber ein eigenes Modul bilden. Sie ist vorzugsweise koaxial zur Drehachse A des Elektromotors 6 angeordnet. Durch diesen modulartigen Aufbau lässt sich in der Serie eine einfache Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen vornehmen, indem für die jeweiligen Module verschiedene Varianten bereitgestellt werden. Zudem können in den einzelnen Modulen Änderungen vorgenommen werden, ohne dass sich dies unmittelbar auf die weiteren Module auswirkt.
3 zeigt die Gewindespindel 12 als Teil des Hauptbremszylinders 4. Jedoch kann die Gewindespindel 12 auch als Adapter (vgl. 9), d. h. zusätzliches Modul ausgeführt werden, der entweder am Hauptbremszylinder 4 oder am Gehäuse 5 befestigt wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der Serienfertigung ein Standard-Hauptbremszylinder auch in Verbindung mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker verwendet werden soll.
Die 1 und 2 zeigen die Anordnung der Betätigungseinrichtung 1 am Fahrzeug, wobei von letzterem lediglich die Spritzwand 28 und der Lagerbock 29 des Bremspedals 3 dargestellt sind. Der elektromechanische Bremskraftverstärker 2 mit dem Gehäuse 5 und dem Elektromotor 6 sind auf der Seite des Hauptbremszylinders 4 vor der Spritzwand 28 angeordnet. Dabei stützt sich das Gehäuse 5 gegen die Spritzwand 28 ab und ist vorzugsweise an dieser befestigt. Das Gehäuse 5 dient dabei gleichzeitig als Halterung für den Elektromotor 6 und das Steuergerät 27, welche beide am Außenumfang des Gehäuses 5 festgelegt sind. Für die mechanische Rückfallebene ist in der Spritzwand 28 eine Öffnung vorgesehen, welche die Betätigung des Druckorgans 7 durch das Bremspedal 3 ermöglicht. Der Pedalsimulator 24 ist vorliegend in Bezug auf die Spritzwand 28 auf der Seite des Bremspedals 3 angeordnet. Er kann jedoch auch an anderer Stelle untergebracht sein.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 6 außerhalb des Gehäuses 5 und quer zur Drehachse der Gewindehülse 10 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Gewindehülse 10 auf andere Art und Weise anzutreiben.
Die 10 und 11 zeigen hierzu einen koaxial zur Gewindehülse 10 angeordneten Elektromotor 6', der in das Getriebegehäuse 5' integriert ist. Der Elektromotor 6' ist beispielsweise über ein Umlaufgetriebe 9' mit der Gewindehülse 10 gekoppelt, wobei letzteres vorliegend beispielhaft als Zykloidgetriebe dargestellt ist. Die Gewindehülse 10' weist an ihrem Außenumfang Axialnuten 30 auf, in die Führungsstäbe 31 eines Getriebeausgangsglieds 32 eingreifen. Hierdurch kann die Gewindehülse 10' in Drehung versetzt werden, bleibt jedoch axial verschiebbar, um das Druckorgan 7' mitzunehmen. Die Gewindehülse 10' weist an ihrem Innenumfang ein Innengewinde 11' auf, das wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer feststehenden Gewindespindel 12 in Eingriff steht, um bei einer Drehung der Gewindehülse 10' eine Translationsbewegung derselben sowie des Druckorgans 7' zu verursachen.
Die vorstehend erläuterten Betätigungseinrichtungen 1 ermöglichen eine kompakte Bauweise verbunden mit einer im Hinblick auf die Serienfertigung einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit.
Bei Ausfall der Elektrik ist eine Betätigung des Hauptbremszylinders über das Bremspedal durch den Fahrer mittels des Druckorgans möglich.
Insbesondere können herkömmliche Hauptbremszylinder und herkömmliche Elektromotoren verwendet werden.
Durch Modularisierung des Aufbaus der elektromechanischen Betätigungseinrichtung ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen möglich.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Ausführungsvarianten näher erläutert. Insbesondere können Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und -varianten auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und -varianten beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Betätigungseinrichtung
2: elektromechanischer Bremskraftverstärker
3: Bremspedal
4: Hauptbremszylinder
5: Gehäuse
6: Elektromotor
7: Druckorgan
8: Betätigungskolben
9: Getriebe
9': Umlaufgetriebe
10: Gewindehülse
11: Innengewinde
12: Gewindespindel
13: Außengewinde
14: Mitnahmeabschnitt
15: Anschlussflansch
16: Verzahnung
17: Getriebeglied
18: Schneckenrad
19: Schneckenwelle
20: Lager
21: Innenteil
22: Außenteil
23: Radialrippe
24: Pedalsimulator
25: Druckstange
26: Luftspalt
27: Steuergerät
28: Spritzwand
29: Lagerbock
30: Axialnute
31: Führungsstab
32: Getriebeausgangsglied
A: Drehachse der Gewindehülse
B: Drehachse des Elektromotors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024734 A1 [0006]

Claims

Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage, umfassend: einen Hauptbremszylinder (4) mit einem Betätigungskolben (8), und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (2) mit einem Elektromotor (6), einem Druckorgan (7) zur Betätigung des Betätigungskolbens (8) und einem Getriebe (9), über das der Elektromotor (6) mit dem Druckorgan (7) zusammenwirkt, um eine Drehbewegung des Elektromotors (6) in eine Translationsbewegung des Druckorgans (7) zu übersetzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (9) eine Gewindehülse (10) mit einem Innengewinde (11) aufweist, die Gewindehülse (10) über das Innengewinde (11) mit einer feststehenden Gewindespindel (12) in Gewindeeingriff steht, derart, dass bei einer Drehung der Gewindehülse (10) diese axial verlagert wird, und die Gewindehülse (10) einen Mitnahmeabschnitt (14) zur Druckbeaufschlagung des Druckorgans (7) aufweist, um das Druckorgan (7) in Richtung des Betätigungskolbens (8) zu drücken.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Bremskraftverstärker (2) ein Gehäuse (5) aufweist, welches das Getriebe (9) und das Druckorgan (7) aufnimmt, und dass die Gewindespindel (10) am Hauptbremszylinder (4) festgelegt ist und sich in das Gehäuse (5) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (2) hinein erstreckt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbremszylinder (4) einen Anschlussflansch (15) zur Befestigung des Gehäuses (5) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (2) aufweist und die Gewindespindel (12) an dem Anschlussflansch (15) ausgebildet oder befestigt ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (12) zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet ist und sich das Druckorgan (7) und/oder der Betätigungskolben (8) in die als Hohlwelle ausgebildete Gewindespindel (12) hinein erstrecken.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (10) an ihrem Außenumfang eine Verzahnung (16) aufweist, die mit einem durch den Elektromotor (6) angetriebenen Getriebeglied (17) in Eingriff steht, wobei die Verzahnung (16) am Außenumfang der Gewindehülse (10) als Langverzahnung ausgebildet ist, deren Axiallänge derart bemessen ist, dass diese über den gesamten axialen Verschiebeweg der Gewindehülse (10) mit dem Getriebeglied (17) in Eingriff steht.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (10) am Außenumfang als Schneckenrad (18) ausgebildet ist und das Getriebeglied (17) eine durch den Elektromotor (6) angetriebene Schneckenwelle (19) ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (19) koaxial zur Drehachse (B) des Elektromotors (6) angeordnet ist und der Elektromotor (6) quer zur Drehachse (A) der Gewindehülse (10) an das Gehäuse (5) angeschlossen ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6') innerhalb des Gehäuses (5') koaxial zur Drehachse (A) der Gewindehülse (10') angeordnet ist und antriebsmäßig unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe mit der Gewindehülse (10') gekoppelt ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (10) ein Innenteil (21) und ein Außenteil (22) aufweist, welche drehfest miteinander verbunden sind, wobei das Innenteil (21) an seinem Innenumfang das Innengewinde (11) aufweist und das Außenteil (22) an seinem Außenumfang die Verzahnung (16) aufweist, das Innenteil (21) in das Außenteil (22) eingesetzt ist und das Innenteil (21) und das Außenteil (22) sich über Radialrippen (23) aneinander abstützen.
Kraftfahrzeug mit einer Bremsanlage, umfassend: eine Betätigungseinrichtung (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, ein Bremspedal (3), einen Pedalkraftsimulator (24), der zwischen dem Bremspedal (3) und der Betätigungseinrichtung (2) angeordnet ist, und eine Druckstange (25), die mit dem Bremspedal (3) gekoppelt, an dem Pedalkraftsimulator (24) abgestützt und koaxial zum Druckorgan (7) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (2) ausgerichtet ist, wobei die Bremsanlage einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem das Bremspedal (3) über die Druckstange (25) mit dem Pedalsimulator (24) zusammenwirkt und die Druckstange (25) vom dem Druckorgan (7) durch einen Luftspalt (26) beabstandet gehalten wird, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in dem das Bremspedal (3) über die Druckstange (25) unter Überwindung des Luftspalts (26) das Druckorgan (7) und somit den Hauptbremszylinder (4) mit Kraft beaufschlagen kann.