DE102019205273A1

DE102019205273A1 - Druckbereitstellungseinrichtung für elektrohydraulische Bremssysteme und Bremssystem

Info

Publication number: DE102019205273A1
Application number: DE102019205273.8A
Authority: DE
Inventors: Svend Pakleppa; Johannes Görlach; Juri Pinnecker; Bodo Küster; Cristian-Constantin Apetrei
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-08-06
Also published as: CN212605059U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckbereitstellungseinrichtung (2) für elektrohydraulische Bremssysteme, umfassend einen Aktuator mit einem Elektromotor (6) und einem daran gekoppelten Rotations-Translationsgetriebe (12) zum Umwandeln der Rotation des Elektromotors in eine Translation eines Druckkolbens (8), der zum Druckaufbau in den Radbremsen in einer Druckkammer (32) eines Druckkolbengehäuses (30) verschoben wird, wobei das Druckkolbengehäuse (30) als Schmiededruckkolbengehäuse ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckbereitstellungseinrichtung für elektrohydraulische Bremssysteme, umfassend einen Aktuator mit einem Elektromotor und einem daran gekoppelten Rotations-Translationsgetriebe zum Umwandeln der Rotation des Elektromotors in eine Translation eines Druckkolbens, der in einer Druckkammer eines Druckkolbengehäuses verschoben wird. Sie betrifft weiterhin ein Druckkolbengehäuse und ein Verfahren zum Herstellen eines Druckkolbengehäuses. Sie betrifft weiterhin ein Bremssystem.
Bei elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“ ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Drehbewegung der Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
Aus der DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-Wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandemhauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschaltbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist.
Im Normalbetrieb betätigt bei einer derartigen Fremdkraftbremsanlage der Fahrer einen Pedalsimulator, wobei diese Pedalbetätigung durch Pedalsensoren erfasst wird und ein entsprechender Drucksollwert für den Linearaktuator zu Betätigung der Radbremsen ermittelt wird. Eine Bewegung des Linearaktuators aus seiner Ruhelage nach vorn in den Druckraum hinein verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Ventile in die Radbremsen und bewirkt somit einen Druckaufbau. Im umgekehrten Fall führt die Bewegung des Linearaktuators zurück in Richtung seiner Ruhelage zu einem Druckabbau in den Radbremsen.
Der Druckkolben wird also um Druckaufbau in einem Druckkolbengehäuse verschoben, so dass Bremsflüssigkeit zu den hydraulischen Radbremsen gefördert wird.
Nachteilig bei bekannten Druckkolbengehäusen aus Aluminium-Gusslegierungen ist, dass beim Gießvorgang des Druckkolbengehäuses Materialfehler entstehen, die zu einer verringerten Lebenszeit des Gehäuses führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lebenszeit des Bremssystems zu erhöhen und Ausfälle aufgrund von Materialfehlern zu vermeiden. Weiterhin sollen ein verbessertes Druckkolbengehäuse, ein entsprechendes Herstellungsverfahren und ein verbessertes Bremssystem bereitgestellt werden.
In Bezug auf die Druckbereitstellungseinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Druckkolbengehäuse als Schmiededruckkolbengehäuse ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine hohe Lebenszeit der Komponenten eines Bremssystems, die nicht einfach auswechselbare Verschleißteile wie beispielsweise Bremsbeläge sind, extrem wichtig ist. Zum einen ist ein Austausch dieser Komponenten aufwändig, zum anderen kann ein Defekt zum Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung führen, was zu gefährlichen Situationen führen kann.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann die Lebenszeit des Bremssystems, insbesondere des Druckkolbengehäuses, vergrößert werden, indem das Gehäuse nicht gegossen, sondern geschmiedet wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein geschmiedetes Gehäuse weniger Materialfehler aufweist und damit die geforderten maximalen Defektlängen eingehalten werden können. Dadurch ergibt sich eine verlängerte Lebenszeit des Gehäuses.
Das Druckkolbengehäuse weist im Innern eine Druckkammer auf, in welche im Normalbetrieb ein Druckkolben zum aktiven Druckaufbau in Radbremsen verschoben wird.
Dabei handelt es sich bei dem Aktuator vorzugsweise um einen Linearaktuator, der sowohl zum Druckaufbau, als auch zum Druckabbau in den Radbremsen ausgebildet ist. Ein Druckabbau in den Radbremsen kann in diesem Fall erreicht werden, indem der Elektromotor des Aktuators so angesteuert wird, dass dessen Rotationsrichtung gegenüber der Rotationsrichtung zum Druckaufbau umgekehrt wird. Auf diese Weise wird der Druckkolben in der Druckkammer in einer zum Druckaufbau entgegengesetzten Richtung verschoben und der Druck in der Druckkammer reduziert.
Vorteilhafterweise umfasst das Druckkolbengehäuse eine Druckbohrung und eine Saugbohrung, wobei die Saugbohrung am Druckkolbengehäuse etwa gegenüberliegend zur Druckbohrung angeordnet ist. Bevorzugt sind die beiden Bohrungen an gegenüberliegenden Seiten angeordnet, so dass für das Schmiedeverfahren zwei identische Hälften in symmetrischer Weise im Schmiedeprozess verwendet werden können, da sich das Gesamtbauteilvolumen auf zwei Werkzeughälften aufteilt.
Die jeweilige Bohrung verläuft bevorzugt in Längsrichtung zur Druckkammer jeweils in einem flachen Winkel.
Die Druckkammer ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist stirnseitig und innenseitig im Druckkolbengehäuse ein Saugventil angeordnet.
Das Druckkolbengehäuse weist vorteilhafterweise stirnseitig einen Flansch auf.
Vorteilhafterweise weist das Druckkolbengehäuse eine konische Form auf.
Das Rotations-Translationsgetriebe ist bevorzugt als Kugelgewindetrieb ausgebildet.
In Bezug auf das Druckkolbengehäuse wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Druckkolbengehäuse geschmiedet ist.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei vom Volumen der Innenbearbeitung (Gravur) im Wesentlichen identische Werkzeughälften bereitgestellt werden, die in einem Schmiedeprozess in mehreren Folgen dem Bauteil die Form geben. Bevorzugt wird nach dem Schmiedevorgang an beiden Stirnseiten des Gehäuses jeweils, insbesondere durch Zerspanen, eine Öffnung erzeugt.
In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einer oben beschriebenen Druckbereitstellungseinrichtung, die hydraulisch trennbar mit den Radbremsen verbunden ist.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch das Schmieden des Druckkolbengehäuses die Lebensdauer des Bremssystems erhöht wird und die Ausfallsicherheit verbessert wird. Durch den Schmiedeprozess werden Verbesserungen in Faserverlauf, Korngröße und Festigkeit erreicht. Das Gehäuse kann zu einem gegenüber Gusstechniken geringeren Kostenaufwand hergestellt werden, da man kritische Materialfehler technologiebedingt ausschließen kann und produktbegleitende Prüfungen wie Hochdruckprüfungen, Kameraüberwachung kritischer Bereiche und Computertomographie (CT) nicht mehr notwendig sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

1 eine Druckbereitstellungseinrichtung mit einem Druckkolbengehäuse in einer bevorzugten Ausführungsform;
2 das Druckkolbengehäuse gemäß 1 in einem seitlichen Schnitt;
3 das Druckkolbengehäuse gemäß 1 in einer stirnseitigen Darstellung;
4 das Druckkolbengehäuse gemäß 1 in einer Seitenansicht.
5 das Druckkolbengehäuse gemäß 1 in einer ersten perspektivischen Darstellung; und
6 das Druckkolbengehäuse gemäß 1 in einer zweiten perspektivischen Darstellung.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in 1 dargestellte Druckbereitstellungseinrichtung 2 in einer bevorzugten Ausführungsform ist dazu ausgebildet, in einem elektrohydraulischen Bremssystem, welches in einer Brake-by-Wire-Betriebsart betrieben werden kann, aktiv Druck in hydraulisch betätigbaren Radbremsen aufzubauen.
Die Druckbereitstellungseinrichtung 2 umfasst ein Rotations-Translationsgetriebe, welches eine Rotation eines Elektromotors 6 in eine translatorische Bewegung eines Druckkolbens 8 umwandelt. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Rotations-Translationsgetriebe als Kugelgewindetrieb 12 ausgebildet, welches eine Spindel 14 sowie eine drehbar auf der Spindel 14 gelagerte Mutter 16 umfasst. Die Mutter 16 ist rotationsfest mit dem Rotor des Elektromotors 6 verbunden. Die Spindel 14 ist drehbar in Bezug auf die Mutter 16 gelagert und gleichzeitig rotationssicher in Bezug auf ein Gehäuse 20 der Druckbereitstellungseinrichtung 2 gelagert. Eine Rotation des Rotors des Elektromotors 6 führt zu einer Rotation der Mutter 16, was wiederum zu einer axialen Bewegung der Spindel 14 führt.
Je nach Rotationsrichtung der Mutter 16 wird der fest mit der Spindel 14 verbundene Druckkolben 8 in einer Druckaufbaurichtung 26 in einer Druckkammer 32 eines Druckkolbengehäuses 30 verschoben oder in einer Druckabbaurichtung 34 bzw. Saugrichtung verschoben, die entgegengesetzt zur Druckaufbaurichtung 26 ausgerichtet ist.
Das Druckkolbengehäuse 30 ist ein einem seitlichen Schnitt in 2 dargestellt. In der Druckkammer 32 ist stirnseitig ein Saugventil 38 angeordnet. An zwei entgegengesetzten Seiten 40, 42 des Druckkolbengehäuses 30 verlaufen zwei Kanäle 44, 46 bzw. Bohrungen. Über den Druckkanal 44 wird bei einer Bewegung des Druckkolbens 8 in Druckaufbaurichtung 26 Bremsflüssigkeit aus der Druckkammer 32 in Richtung der Radbremsen verschoben. Dabei trennt das Saugventil 38 den Saugkanal 46 hydraulisch von der Druckkammer 32. Wird der Druckkolben 8 in der Druckabbaurichtung 34 bzw. Saugrichtung verschoben, wird Druckmittel bzw. Bremsflüssigkeit aus einem mit dem Saugkanal 46 hydraulisch verbundenen Reservoir gesaugt. Bei diesem Saugvorgang sperrt das Saugventil 38 hydraulisch den Druckkanal von der Druckkammer 32. An der Stirnseite 54 wird in einem dem Schmiedeprozess nachfolgenden Arbeitsschritt, bevorzugt durch Zerspanen, eine Öffnung erzeugt, in die das Saugventil 38 eingesetzt wird.
Die beiden Kanäle 44, 46 verlaufen im spitzen Winkel zur Druckkammer 32, die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Druckkolbengehäuses 30 ermöglicht. Die beiden Druckbohrungen bzw. Kanäle 44, 46 können über eine Fräsertasche miteinander verbunden werden.
Die Anordnung der beiden Kanäle 44, 46 auf entgegengesetzten Seiten des Druckkolbengehäuses ist vorteilhaft, da dadurch das Druckkolbengehäuse 30 beim Schmiedevorgang mit zwei nahezu symmetrischen Werkzeughälften hergestellt werden kann.
In 3 ist das Druckkolbengehäuse 30 in einer Draufsicht auf eine Seite 52 (siehe 2) gezeigt, die einer Stirnseite 54, an der innen das Saugventil 38 angeordnet ist, entgegengesetzt angeordnet ist.
In 4 ist das Druckkolbengehäuse 30 in einem seitlichen Schnitt dargestellt. Das Druckkolbengehäuse weist auf der Seite 52 einen Flansch 72 auf, der eine Öffnung 74 zur Druckkammer 32 aufweist. Der Flansch 72 dient der Befestigung des Druckkolbengehäuses 30 an dem Gehäuse 20 der Druckbereitstellungseinrichtung 2. Mit dem Bezugszeichen 70 sind Anlageflächen für die Spannvorrichtung bei der spannenden Bearbeitung bezeichnet.
In den 5 und 6, das Druckkolbengehäuse 30 ist in zwei perspektivischen Darstellungen gezeigt. Das Druckkolbengehäuse 30 weist einen vorstehenden Rand 74 auf, der eine Öffnung 76 umgibt zur Druckkammer 32. Durch die Öffnung 76 wird der Druckkolben 8 in die Druckkammer 32 verschoben (siehe 1). Die Öffnung 76 wird bevorzugt nach dem Schmiedeprozess durch ein Zerspanen eines von dem Rand 74 umgebenen Kernstückes erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204778 A1 [0005]

Claims

Druckbereitstellungseinrichtung (2) für elektrohydraulische Bremssysteme, umfassend einen Aktuator mit einem Elektromotor (6) und einem daran gekoppelten Rotations-Translationsgetriebe (12) zum Umwandeln der Rotation des Elektromotors in eine Translation eines Druckkolbens (8), der zum Druckaufbau in den Radbremsen in einer Druckkammer (32) eines Druckkolbengehäuses (30) verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkolbengehäuse (30) als Schmiededruckkolbengehäuse ausgebildet ist.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach Anspruch 1, das Druckkolbengehäuse (30) umfassend eine Druckbohrung (44) und eine Saugbohrung (46), wobei die Saugbohrung (46) am Druckkolbengehäuse (30) gegenüberliegend zur Druckbohrung (44) angeordnet ist.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei die jeweilige Bohrung (44, 46) in Längsrichtung zur Druckkammer (32) jeweils in einem flachen Winkel verläuft.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei stirnseitig und innenseitig im Druckkolbengehäuse (30) ein Saugventil (38) angeordnet ist.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckkolbengehäuse (30) stirnseitig einen Flansch (72) aufweist.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckkolbengehäuse (30) welches eine konische Form aufweist.
Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rotations-Translationsgetriebe als Kugelgewindetrieb (12) ausgebildet ist.
Druckkolbengehäuse (30) für eine Druckbereitstellungseinrichtung (2) eines Bremssystems, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkolbengehäuse (30) geschmiedet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Druckkolbengehäuses (30) für eine Druckbereitstellungseinstellung (2), dadurch gekennzeichnet, dass zwei vom Volumen der Innenbearbeitung (Gravur) im Wesentlichen identische Werkzeughälften bereitgestellt werden, die in einem Schmiedeprozess in mehreren Folgen dem Bauteil die Form geben.
Bremssystem für Kraftfahrzeuge, umfassend hydraulisch betätigbare Radbremsen, weiterhin umfassend eine Druckbereitstellungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die hydraulisch trennbar mit den Radbremsen verbunden ist.