-
Die Erfindung bezieht sich auf einen miniaturisierten Bremskrafterzeuger vom by-wire-Typus zur Bremskrafterzeugung wie auch insbesondere mit Eignung zur Verwendung als Radbremsaktuator bei Kraftfahrzeugen mit den Merkmalen vom Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
-
Ein beispielhaft neuartiger Bremskrafterzeuger vom by-wire-Typus für Radbremsen ist der
WO 2015/101486 A2 zu entnehmen. Ein Getriebemotor umfasst dabei in einem ersten Gehäuse einen Elektromotor mit rotatorischem Untersetzungsgetriebe und in einem gesonderten Gehäuse einen Rot-Trans-Wandler zur translatorischen Verstellung von einem Stellelement, zwecks elektrischer Betätigung von Trommelbremsbelägen. In Zusammenhang mit automobilen Radbremsen hat sich im Getriebestrang die Verwendung von einer zentralen Spindel-Mutter-Anordnung zur Wandlung der elektromotorischen Antriebsdrehbewegung in eine translatorische Abtriebsstellbewegung vielfach durchgesetzt. Neuerdings müssen die Bremssysteme eine kombinierte Betätigung, also nebeneinander sowohl eine hydraulische Betriebsbremfunktion als auch eine elektrische Feststellbremsfunktion einschließlich stromloser Selbsthemmung sowie rekuperatives Überblenden mittels elektrischer Energierückgewinnung ermöglichen.
-
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, einen verbessert sowie universell beanspruchungsgerecht gestalteten Bremskrafterzeuger vorzulegen, welcher bei nochmals kompakterer und effektiv gesteigerter getrieblicher Wandlung, und hinreichend kurzem Kraftfluss, anspruchsvolle Lastkollektive, beziehungsweise dauerfeste Funktion, unter vertretbaren Kosten sowie signifikant reduzierter Bauteilanzahl ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch überraschend wenige Bauteile gemeinsam mit zwei parallel zur Stellrichtung sowie mit Achsabstand zueinander in einem Gehäuse versetzt drehbar sowie in Stellrichtung unverschiebbar gelagerte Antriebsschneckenwellen gelöst, die diametral am Umfang mit einem zentral drehbar platzierten Schneckenrad kämmen, dessen Drehachse orthogonal zur Stellrichtung gerichtet in einem translatorisch verschiebbar im Gehäuse geführten Stellelement gelagert ist. Die Erfindung ermöglicht demzufolge eine besonders hochuntersetzte, laufruhige sowie im Kraftfluss jochartig aufgeteilte Wandlung bei reduziertem Bauraumbedarf und wobei die Nachteile konventioneller Spindel-Muttergetriebe vermieden sind. Das Schneckenrad ist durch den diametral arrangierten Zahneingriff zwischen den Schneckenwelle gemissermaßen selbstaugleichend eingespannt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch vielgestalte und dennoch vertretbar gelagerte Variationen verschiedenste Vorteile erhalten werden können.
-
Die beiden Antriebsschneckenwellen sind mit jeweils zwei Radiallagern im Gehäuse drehbar gelagert. Zur axial unverschieblichen und statisch bestimmten Lagerung im Gehäuse dient wenigstens ein Axiallager. Dieses Axiallager kann als Kombilager mit einem Radiallager kombiniert sein, oder wahlweise gesondert vorliegen. Eine Mischverwendung von gesonderten Gleit- und Wälzlagervorrichtungen ist bei der bevorzugten Ausführungsform vorgesehen.
-
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Antriebsschneckenwellen mit unterschiedlicher Drehzahl - also differentiell - und zum Richtungswechsel drehrichtungsumkehrbar angetrieben werden. Im Ergebnis wird durch die Drehzahldifferenzierung ein reversierbarer Differentialeffekt mit entsprechend variablem Untersetzungsverhältnis erzeugt. Sehr gering ausgeprägte Drehzahdifferenzierung erzeugen dabei den größten Differentialeffekt. Die Differenzierung kann sowohl in Gestalt von einer Hardwarelösung (unterschiedliche Getriebeuntersetzung, Durchmesser bzw. Zähnezahlunterscheidung) oder als Softwarelösung (individuelle Motordrehzahlregelung) in Verbindung mit einer besonderen elektronischen Steuereinheit mit Treiber für elektrische Motoren verkörpert sein.
-
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass die Antriebsschneckenwellen mit gegenläufigem Drehsinn angetrieben werden dürfen, was einen nochmals zusätzlich gesteigerten Differentialeffekt erlaubt. Dabei wird das physikalische Paradoxon ausgenutzt, dass der, der Stellrichtung entgegenwirkende Antriebsschneckeneingriffspunkt gewissermaßen als gegenläufig zur Zustellbewegung bewegter Momentanpol vorliegt.
-
Eine besonders bauraumreduzierte Variante der Erfindung definiert, dass für die beiden Antriebsschnecken ein gemeinsamer Antriebsmotor vorliegt, welcher mit den Antriebsschneckenwellen über ein oder mehr Zwischenräder getrieblich gekoppelt sein darf. Anhand von Zwischenrädern oder stufen kann der Achsabstand also die Architektur des Aktuators angepasst werden. Die Freiheitsgrade in einer elektronischen Regelung, wie auch das Potential in der Verstellung vom Stellelement ist jedoch maßgeblich erweiterbar, wenn jeder der Antriebsschnecken ein individueller reversierbarer Antriebsmotor zugeordnet ist. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise zudem eine erhöhte Stellgeschwindigkeit erzielen. Eine weitere Ausbaustufe einer Differentialanlage betrifft eine frei programmierbare und individuell entkoppelte elektronische Regelung unter individuell reversibler Ansteuerung der beiden Motoren. Bei synchronem Antrieb der beiden Motoren in Verbindung mit unterschiedlichem Drehsinn der beiden Antriebsschneckenwellen wird es ermöglicht, dass das Schneckenrad auf der Stelle dreht, und die Stellposition fixiert ist. Wechselweise Drehzahldifferenzierung ermöglicht eine wechselweise Verstellung entlang der Stellrichtung.
-
Die besonders platzsparenden Arrangements verfügen zudem über eine gemeinsam-parallele Anordnung von Antriebsschneckenwellen, Motor und Stellrichtung. Der Getriebestrang ist weiterhin umgelenkt, indem das Ritzel vom Motor konträr - also gegenüber - zu dem Stellelement platziert ist.
-
Zur Anpassung der Getriebearchitektur ist es möglich, zwischen Ritzel und Antriebsschnecke in beliebigem Umfang Zwischenstufen, also Zwischenräder, Vorgelege, einzubauen. Dadurch wird es ermöglich, den gegenseitigen Achsabstand beziehungsweise den Grad der Untersetzung zu variieren.
-
Dem Bremskrafterzeuger ist wenigstens eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Taster, Bremspedal) und wenigstens eine elektronische Steuereinheit zugeordnet. Anhand bedarfsgerecht elektrisch gesteuerter oder geregelter Versorgung vom reversierbaren Motor, der als kostengünster Gleichstromkommutatormotor oder als elektronisch kommutierter Elektromotor darstellbar ist, wird eine hochauflösende elektronische Kraftsteuerung oder Kraftregelung über die elektronische Steuereinheit ermöglicht. Die Steuereinheit kann zudem über eine elektronische Motorstromsensierung verfügen. Die Steuereinheit kann auch eine elektrische Stellwegmessung oder Stellwegermittlung vom Stellelement im Gehäuse implementieren. In Verbindung mit einer entsprechenden Messgrößenerfassung im Bereich von der Mensch-Maschine-Schnittstelle (Kraft-, und/oder Weg) ist in der Merkmalszusammenschau eine rückgekoppelte Regelung vom Bremskrafterzeuger ermöglicht.
-
Für einen möglichst universellen und dennoch einfach adaptierbaren, sowie wartungsfreundlich standardisierten, Austauschverbau zu ermöglichen, verfügt das Gehäuse neben einer elektrischen Schnittstelle über wenigstens eine Flanschschnittstelle mit abgedichtetem Gehäusedurchlass vom Stellelement. Die Flanschschnittstelle ist orthogonal zur Stellrichtung am Gehäuse arrangiert. Dies ermöglicht eine einfach austauschbare, platzsparende, lösbare Fixierung an einer Bremskomponente, die prinzipiell universell als mechanischer oder hydraulischer Geber (beispielsweise als Tandemhauptzylinder) oder als mechanischer oder hydraulischer Nehmer (Bremssattelgehäuse, Trommelbremsankerplatte) ausgebildet sein kann.
-
Es versteht sich, dass die Bremsbetätigung je nach Applikation grundsätzlich über eine stromlos selbsthemmende oder selbstlösende Konfiguration beziehungsweise über eine schaltbare Fixierung im Getriebestrang verfügen kann, um den verschiedenen Systemfunktionen in Zusammenhang mit einer Betriebsbremse, mit einer Feststellbremse, oder mit einer automobilen Notbremse systematisch nachzukommen.
-
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 perspektivisch simplifizierter Teilschnitt und Fahrzeugsystemschnittstellen vom Bremskrafterzeuger gemäß seiner ersten Ausführungsform, inetwa maßstäblich
- 2 die Ausführungsform nach 1 mit eingetragenen Dreh- und Stellrichtungen, vergrößert
- 3 die Ausführungform wie in 1 einschließlich verzweigtem Lastpfad, vergrößert
- 4 Stirnseitenansicht auf Getriebekomponenten der ersten Ausführungsform, jedoch ohne Gehäuse,
- 5 die erste Ausführungsform im Längsschnitt entlang V-V in 4,
- 6 perspektivischer Teilschnitt einer zweiten Ausführungsform mit einem Motor und zusätzlicher Vorgelege- bzw. Zwischenstufe, und
- 7 perspektivischer Teilschnitt einer dritten Ausführungsform mit jeweils individuell per Zwischenrad angetriebener Antriebsschneckenwellen.
-
Die Figuren verdeutlichen teilweise schematisch einen Bremskrafterzeuger 1 mit Motor 2, wellenfestem Ritzel 3 und Getriebe 4 in einem gemeinsamen wannenförmigen Gehäuse 5 sowie mit integriert-kombinatorischer Untersetzung sowie Wandler 6 von einer elektromotorisch schnell ausgeführten Antriebsdrehbewegung einer Motorwelle 7 mit entsprechend geringem Drehmoment in eine linear-translatorisch in Stellrichtung 8 ausgeführte Stellbewegung vom Stellelement mit hoher Kraft F, wie diese insbesondere für die Radbremsen beziehungsweise Hauptbremszylinder oder Verstärker in modernen automatisierten by-wire-Fahrzeugsystemen oder auch als fahrerbetätigter Stellkrafterzeuger (elektronischer Bremskraftverstärker/„Booster“) nachgefragt sind.
-
Dabei ist jeder Motor 2 im Gehäuse 5 so aufgenommen dass das jeweils wellendseitig arrangierte Ritzel 3 konträr, also gegenüber dem Gehäusedurchlass 10 vom Stellelement 9 arrangiert ist. Ein Bremskrafterzeuger 1 mit zwei Elektromotoren 2,2' ist nach der 7 ebenfalls mitumfasst. Die Elektromotoren können synchron und drehrichtungsumkehrbar angesteuert werden. und ermöglicht in Verbindung mit einer individuellen eine differentielle Ansteuerung also erweiterte regelungstechnische Freiheit. mittels unabhängiger Ansteuerung von den beiden Antriebsschneckenwellen 11,12. Dadurch ist eine Differentialregelung Die Antriebsschneckenwellen 11, 12 sind parallel zueinander sowie mit vorgegebenem Achsabstand parallel zur Stellrichtung 8 ausgerichtet drehbar angetrieben im Gehäuse 5 gelagert. Jedes Ritzel 3 kämmt zu diesem Zweck entweder unmittelbar direkt oder mittelbar über ein oder mehrere Zwischenräder, Vorgelege o.ä. mit Verzahnungen, welche ihrerseits drehfest mit den beiden Antriebsschneckenwellen 11,12 verbunden sind. Zur Lagerung eignen sich insbesondere Gleit- oder Wälzlager und wobei jeder Antriebsschneckenwelle wenigstens zwei Radiallager und ein Axiallager zur Axialschubaufnahme in dem Gehäuse 5 zugewiesen sind. Der gegenseitige Achsabstand der Antriebsschneckenwellen 11, 12 ist genau so defiert, dass ein aussenverzahntes Schneckenrad 13 mit diametralem Zahneingriff zwischen die Antriebsschneckenwellen 11, 12 eingespannt ist. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass sich Querkrafteinflüsse gegenseitig neutralisieren können, was beispielsweise eine signifikante Reduktion von Biegemomenten in den beiden Antriebsschneckenwellen 11, 12 ermöglicht. Zudem ist eine äußerst flach und kompakt bauende, jochartig gestreckte, Lastaufteilung in Stellrichtung mit Aufnahme im Gehäuse 5 definiert, und wobei nebenbei die Beanspruchung der einzelnen Zahnflanke reduziert ist. Das zentrale Schneckenrad 13 verfügt über eine Drehachse 14 , die orthogonal zur Stellrichtung versetzt und mittelbar oder unmittelbar am Stellelement 9 drehbar gelagert ist. Das Stellelement 9 ist seinerseits zusammen mit dem Schneckenrad 13 entlang der Stellrichtung 8 translatorisch verschiebbar in dem Gehäuse 5 geführt angeordnet. Um das Untersetzungsverhältnis um einen getrieblichen Differentialeffekt zu ergänzen, sind die beiden Antriebsschneckenwellen 11, 12 mit Drehzahldifferenz zueinander, also unterschiedlich untersetzt, angetrieben. Dies wird beispielhaft über unterschiedlich groß dimensionierte Verzahnungen, Zwischenradstufen, oder per individuell angesteuerte Motoren 2,2' nach der 7 ermöglicht. Individuell drehzahlgeregelt angetriebene Motoren 2.2' sind mit der Zusatzfunktion einer differentiellen Regelung verknüpfbar. Beispielsweise wird es ermöglicht, beide Motoren identisch anzutreiben, mit der Folge, dass das Schneckenrad 13, ohne translatorische Verschiebung in Stellrichtung 8, auf der Stelle rotiert. Erst mit ungleichem Antrieb
-
In seiner einfachsten Ausprägung nach den Ausführungsformen der 1-6 verfügt das System über einen einzigen drehrichtungsumkehrbaren Motor 2 und die Antriebsschneckenwellen 11,12 sind folglich anhand des leistungsverzweigten Getriebestrangs konstruktiv vorgegeben untersetzt sowie mit jeweils gegenläufigem Drehsinn drehangetrieben. Bei der Ausführungsform nach 7 ist es durch eine entsprechend gestaltete elektronische Steuereinheit 15 und Steuerlogik in Verbindung mit individuell drehrichtungsumkehrbar gestalteten Motoren 2,2', wie insbesondere EC-Motoren grundsätzlich möglich, identische oder gegensinnige Drehrichtung der Antriebsschneckenwellen 11,12 mit individueller Drehzahl einzustellen. Demzufolge wird eine freie programmierbare elektronische Kennfeldregelung - beziehungsweise Parameterregelung in Verbindung mit softwaretechnisch kostengünstig anpassbarer Programmbibliothek ermöglicht. Dies ermöglicht eine stark vereinfachte elektronische Adaption wie auch Konfigurierung in Verbindung mit unterschiedlichen Fahrzeugplattformen, Fahrzeugtypen bzw. Fahrzeugmodellen. Insbesondere ist es möglich, den Bremskrafterzeuger im Datenaustausch mit einem Fahrzeugbordnetzwerk unter einer bestimmten IP-Adresse derart einzubinden und zu adressieren, dass dieser über Netzwerk unabhängig vom Fahrzeugführer fremdbetätigt ist. Es versteht sich gleichzeitig, dass in jeder Basiskonfiguration zumindest eine elektrische Mensch-Maschine-Schnittstelle 16 in Gestalt von einem Schalter, Taster, Display, Pedal oder ähnlicher Haptik zur Betätigung vom Bremskrafterzeuger 1 vorliegt, um einem Fahrzeugführer eine individuelle Kooperation beziehungsweise Bedienung vom Bremskrafterzeuger zu erlauben.
-
Für eine möglichst günstige Bauraumausnutzung ist bei sämtlichen bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Motorwelle 7 jedes Motors parallel zur Stellrichtung 8 vorgesehen ist, und wobei der Motorabtrieb also das Ritzel 3 mit der Motorwelle 7 konträr zu dem Stellelement 9 platziert ist.
-
Zur Lagerung vom Schneckenrad 13 empfiehlt es sich wenn das Stellelement 9 den verzahnten Umfang vom Schneckenrad 13 U-förmig übergreift. Dazu können die U-Schenkel 17, 18 noch Lagermittel zur drehbaren Aufnahme von der Drehachse 14 des Schneckenrads 13 aufweisen.
-
Das Stellelement 9 verfügt vorzugsweise über eine integrale Linear- beziehungsweise Kulissenlängsführung entlang der Stellrichtung 8 in dem Gehäuse 5. Insbesondere kann das Stellelement 9 als Schlitten, Kolben oder Stößel beziehungsweise als Mischform der besagten Formen ausgeprägt sein, und wobei es mit einem Betätigungskopfstück 19 den Gehäusedurchlass 10 vom Gehäuse 5 relativverschiebbar durchgreift. Das Gehäuse 5 ist unter Ausnahme von elektrischen Steckschnittstellen bevorzugt allseitig gekapselt, wird auf einer offenen Seite mit den Komponenten bestückt und mit Hilfe vom Deckel 25 verschlossen. Der Gehäusedurchlass 10 ist zweckmäßigerweise mit wenigstens einem Dichtungsmittel versehen, welches geeignet ist, einen Spalt zwischen Gehäusedurchlass 10 und Betätigungskopfstück 19 flüssigkeitsdicht zu versperren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bremskrafterzeuger
- 2, 2’
- Motor
- 3
- Ritzel
- 4
- Getriebe
- 5
- Gehäuse
- 6
- Wandler
- 7
- Motorwelle
- 8
- Stellrichtung
- 9
- Stellelement
- 10
- Gehäusedurchlass
- 11
- Antriebsschneckenwelle
- 12
- Antriebsschneckenwelle
- 13
- Schneckenrad
- 14
- Drehachse
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Mensch-Maschine-Schnittstelle
- 17
- U-Schenkel
- 18
- U-Schenkel
- 19
- Betätigungskopfstück
- 20
- Radiallagerung
- 21
- Radiallagerung
- 22
- Axiallagerung
- 23
- Flanschschnittstelle
- 24
- Fahrzeugkomponente
- 25
- Gehäuseverschlussdeckel
- F
- Bremskraft
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
