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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit einem Getriebe nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes eines elektromechanischen Bremsdruckerzeugers nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 und ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 10.
Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger kann dabei ebenso als Bremskraftverstärker eingesetzt werden, bei welchem eine eingegebene Bremskraft verstärkt wird. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger bzw. Bremskraftverstärker umfasst insbesondere ein Getriebe zum Übertragen eines Momentes des Elektromotors zur Bremsdruckerzeugung. Der einfachheitshalber wird sich im Folgenden lediglich auf einen Bremsdruckerzeuger bezogen.
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Zum Bremsen von Personenkraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel vielfach 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 die Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.
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Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
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Hierbei wird, die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors erzeugt. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in
1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auch auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker
1 umfasst eine Spindelmutter
2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dessen Betrieb die Spindelmutter
2 über ein Stirnrad
3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter
2 liegt mit einer Spindel
4 in einem Wirkeingriff vor, weshalb die Spindel
4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter
2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse
5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel
4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter
2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker
1 eine Lageranordnung
6 auf, mit welcher die Spindel
4 fest verbunden ist.
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Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.
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Aus der
WO 2017/089008A1 ist eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger bekannt, welcher als Fremdkrafterzeuger eine Bremskraft erzeugt, bei der der mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder lediglich als Sollwertgeber für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger dient. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger kann damit auch unabhängig von dem mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder angesteuert werden, so dass auch in einem autonomen Fahrzustand eine Bremsung möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest ein Getriebe, welches mit einem Elektromotor verbunden ist, zum Übertragen eines Momentes des Elektromotors zur Bremsdruckerzeugung. Das Getriebe umfasst dabei einen Planetenradträger, zum Lagern von Planetenrädern, Planetenradpins, welche mit dem Planetenradträger verbunden sind und an welchen die Planetenräder drehbar befestigbar sind, und ein Ritzel zum Übertragen eines An- oder Abtriebsmomentes, welches an einer zu den Planetenradpins gegenüberliegenden Seite des Planetenradträgers drehfest mit diesem verbunden ist, wobei wenigstens der Teil des Planetenradträgers, welcher die Planetenradpins aufweist, stoffschlüssig mit diesen aus demselben Material ausgebildet ist.
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Als Getriebe wird besonders bevorzugt ein Planetengetriebe verwendet. Mit Hilfe von Planetengetrieben in einzelnen Getriebestufen reduziert sich der erforderlich Bauraum aufgrund hoher Leistungsdichte. Weitere Vorteile von Planetengetrieben liegen in der erzielbaren Übersetzung und dem Geräuschverhalten.
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Während bei einem üblichen Planetenradträger-Ritzel die Planetenradpins in entsprechende Ausnehmungen am Planetenradträger eingebracht werden, wodurch große Überlappungsbereiche notwendig sind, wird der Planetenradträger mit den Planetenradpins aus einem Teil gefertigt. Dadurch kann durch den Wegfall der Überlappungsbereiche der Planetenradträger dünner ausgebildet werden und zudem sind keine großen Toleranzen aufgrund von Fertigungsgenauigkeiten vorhanden. Der Planetenradträger mit den Planetenradpins kann dadurch mit einer hohen Genauigkeit beispielsweise hinsichtlich der Planetenachsen gefertigt werden. Zudem wird die Teilezahl und die dafür notwendig Montagezeit reduziert.
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Vorzugsweise weist das Ritzel eine Schrägverzahnung auf. Dadurch wird die Laufruhe verbessert und die Geräuschentwicklung verringert, da jedes Zahnpaar mit einem kontinuierlichen Übergang in und aus dem Eingriff läuft und somit die Übertragung des Drehmoments gleichmäßiger verläuft.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Planetenradträger zwischen Planetenradpins und Ritzel einen Absatz auf, der eine Lagerstelle für Bauteile des Getriebes ausbildet. Auf diesen Absatz kann beispielsweise ein Kugellager aufgebracht werden, über welches das Bauteil des Getriebes zu dem Planetenradträger gelagert ist. Dadurch sind keine weiteren Teile zum Lager des Bauteils des Getriebes notwendig. Es wird somit eine weitere Funktion in das Planetenradträger-Ritzel integriert, wodurch die Teileanzahl und die Montagezeit für eine solches Getriebe reduziert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Ritzel stoffschlüssig mit dem Planetenradträger verbunden. Der Planetenradträger und das Ritzel werden dabei vorzugsweise gemeinsam beispielsweise über Sintern hergestellt. Dadurch wird eine feste Verbindung zwischen dem Ritzel und dem Planetenradpins hergestellt, so dass hohe An- oder Abtriebsmomente übertragbar sind. Ein solcher Planetenradträger-Ritzel weist eine gute Haltbarkeit auf.
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Vorzugsweise ist das Ritzel als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Für das Ritzel kann dabei ein Kunststoff ausgewählt werden, welcher gute tribologische Eigenschaften aufweist, so dass selbstschmierende Kunststoffe einsetzbar sind, wodurch ein zusätzlicher Schmierstoff entfallen könnte. Das Ritzel kann dabei beispielsweise aus PEEK (Polyetheretherketon) hergestellt sein. Kunststoffe sind zudem günstiger als viele andere Materialien und einfacher im Wege des Spritzgießens verarbeitbar. Zudem haben Kunststoffe ein geringeres Gewicht. Ein Ritzel aus Kunststoff ist somit einfach und wirtschaftlich ausbildbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist wenigstens der Teil des Planetenradträgers, welcher die Planetenradpins ausbildet, ein aus einem Metall bestehendes Sinterteil. Durch das Sintern kann eine hohen Maßgenauigkeit erzielt werden. Dadurch sind auch solche komplexeren Bauteile wie der Planetenträger mit den Planetenradpins stoffschlüssig in einem Bauteil fertigbar. Vorzugsweise ist zusätzlich das Ritzel zusammen mit dem Planetenträger und den Planetenradpins als Sinterteil hergestellt. Dadurch kann insbesondere für das Ritzel, aufgrund der durch das Sintern generierten offenporigen Oberfläche, die Oberfläche als Schmierstoffdepot genutzt werden, so dass die Schmierung verbessert ist.
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Vorteilhafterweise weist der Planetenradträger zusätzlich Bauteilstrukturen aus Kunststoff auf. Der Planetenradträger ist somit aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Die zwei unterschiedlichen Materialien liegen dabei aneinander an. Vorzugsweise sind die unterschiedlichen Materialien abwechseln in dem Planetenradträger angeordnet. Durch die Bauteilstrukturen aus Kunststoff, welche im Vergleich zu einem beispielsweise Metall elastischer sind und eine höhere Dämpfung aufweisen, kann eine Dämpfung in den Planetenradträger integriert werden. Bevorzugt ist der Kunststoff ein zwei Komponenten Kunststoff. Vorzugsweise ist der Kunststoff PEEK (Polyetheretherketon) oder POM (Polyoxymethylen).
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Die Bauteilstrukturen werden dabei bevorzugt so konstruiert, dass eine zu erzielende Antriebsstrang-Steifigkeit durch die Dämpfung und die Elastizität dieser Strukturen eingestellt werden kann und die durch Druckspitzen generierte Überlast reduziert wird. Dadurch sind keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise mechanische (Federelemente), hydraulische (Überdruckventil) oder Software Mittel notwendig. Dafür können günstigere Bauteile wie Kunststoff, welcher eine hohe Dämpfungseigenschaft aufweist, verwendet werden. Dadurch können die Kosten für einen solchen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gesenkt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Bauteilstrukturen in einem Bereich zwischen benachbarten Planetenradpins angeordnet. Der Planetenradträger weist somit zwischen einem Bereich, der die Planetenradpins ausbildet, diese Bauteilstrukturen auf. Dadurch werden die an den Planetenradpins drehbar angeordneten Planetenräder gedämpft, so dass ein ruhigerer und damit geräuschärmerer Lauf der Planetenräder möglich ist.
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Die Erfindung gibt zusätzlich ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes eines elektromechanischen Bremsdruckerzeugers an, wobei wenigstens der Planetenradträger und die Planetenradpins stoffschlüssig mittels eines urformenden Fertigungsverfahren hergestellt werden. Planetenradträger und Planetenradpins werden somit in einem gleichen Arbeitsschritt zusammen hergestellt. Dadurch müssen beiden Teile nicht mehr miteinander verbunden werden. Der Einsatz urformender Fertigungsverfahren erlaubt zudem großen Spielraum hinsichtlich Form und Oberfläche.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung wird als urformendes Fertigungsverfahren Sintern oder Spritzgießen angewendet. Durch diese Fertigungsverfahren lassen sich einfach und wirtschaftlich komplexere Körper bilden. Zudem kann durch das Sintern die Schmierung durch die offenporige Oberfläche verbessert werden. Dahingegen kann beim Spritzgießen ein Kunststoff gewählt werden, welcher selbstschmierende Eigenschaften aufweist.
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Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
- 2 Vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
- 3 Perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Planetenradträger- Ritzels,
- 4 Perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Planetenradträger-Ritzels, und
- 5 Perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Planetenradträger- Ritzels.
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In 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 und eine Kolben-/Zylindereinheit 18. Die Kolben-/Zylindereinheit 18 und der elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 sind beide hydraulisch mit einer Bremshydraulik 22 verbunden, welche hier nur als Kasten dargestellt ist.
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Die Bremshydraulik 22 wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Um das Fahrzeug abbremsen zu können, ist die Bremshydraulik 22 zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 26 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 26 aufbringbar ist.
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Die Kolben-/Zylindereinheit 18 wird mit Muskelkraft über ein Bremspedal 30 betätigt. Im Gegensatz dazu wird die Bremskraft des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 über einen Elektromotor 34 erzeugt. Dazu ist der Elektromotor 34 mit einem Getriebe 38, beispielsweise einem Planetengetriebe, verbunden, über welches eine Gewindetriebanordnung 42 angetrieben wird. Die Gewindetriebanordnung 42 ist mit einem in einem Hydraulikzylinder 44 angeordneten Hydraulikkolben 46 verbunden, so dass ein Bremsdruck erzeugbar ist.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Planetenradträger-Ritzels 50 gezeigt. Das erfindungsgemäße Planetenradträger-Ritzel 50 kann dabei in dem in 2 gezeigten Planetengetriebe 38 eingesetzt werden. Das Planetenradträger-Ritzel 50 umfasst einen im Wesentlichen kreisrunden und scheibenförmigen Planetenradträger 54. Der Planetenradträger 54 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem gesinterten Metall ausgebildet.
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An dem Planetenradträger 54 sind sich in axialer Richtung erstreckende Planetenradpins 58 angeordnet, welche stoffschlüssig mit dem Planetenradträger 54 ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Planetenradpins 58 an dem Planetenradträger 54 angeordnet. An jedem der Planetenradpins 58 ist ein Planetenrad (nicht gezeigt) drehbar befestigbar. Der Planetenradträger 54 bildet zudem einen Absatz 62 aus, welcher auf einer zu den Planetenradpins 58 gegenüber liegenden Seite angeordnet ist. Dieser Absatz 62 ist koaxial angeordnet und weist einen kleineren Durchmesser als der übrige Planetenradträger 54 auf. Der Absatz 62 bildet dabei eine Lagerstelle für ein weiteres Bauteil des Getriebes 38 aus, so dass an diesem Absatz 62 ein beispielsweise Kugellager angeordnet werden kann.
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An diesem Absatz 62 ist ein in axialer Richtung ausgerichtetes und koaxial positioniertes Ritzel 66 angeordnet, welches drehfest mit dem Planetenradträger 54 verbunden und zum Übertragen eines An- oder Abtriebsmomentes nutzbar ist. Der Absatz 62 ist demnach zwischen dem Ritzel 66 und dem übrigen Planetenradträger 54 angeordnet. Das Ritzel 66 ist in diesem Ausführungsbeispiel stoffschlüssig mit dem Absatz 62 und damit mit dem Planetenradträger 54 ausgebildet und weist eine Schrägverzahnung 70 auf. Um ein Lager auf den Absatz 62 aufbringen zu können ist der Außendurchmesser des Ritzels 66 kleiner als der Durchmesser des Absatzes 62. In diesem Ausführungsbeispiel ist das gesamte Planetenradträger-Ritzel 50 somit als ein einziges Teil ausgebildet, welches in Form eines urformenden Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels Sintern, hergestellt ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Planetenradträger-Ritzels 50. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Ritzel 66 mittels eines Spritzgussverfahrens an den Planetenradträger 54 angespritzt ist. Dadurch ist der Planetenradträger 54 und das Ritzel 66 aus einem unterschiedlichen Material ausgebildet. Um ein An- oder Abtriebsmoment übertragen zu können, bildet der Planetenradträger 54 einen Ritzel-Pin 74 aus, an dem das Ritzel 66 formschlüssig mit dem Planetenradträger 54 verbunden ist.
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In 5 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Planetenradträger-Ritzels 50 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass lediglich der die Planetenradpins 58 ausbildende Teil des Planetenradträgers 54 aus einem gemeinsamen Material ausgebildet ist, so dass die Planetenradpins 58 stoffschlüssig mit dem Planetenradträger 54 verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der Planetenradträger 54 im Bereich eines jeden Planetenradpins 58 einen Kreissektor 76 aus. Um eine ausreichende Last übertragen zu können ist dieses Material hierbei ein gesintertes Metall.
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In einem Bereich zwischen den Kreissektoren 76 bildet der Planetenradträger 54 ein weiteres Material aus. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Planetenradträger 54 Bauteilstrukturen 78 aus Kunststoff auf. Der Kunststoff wird dabei beispielsweise mittels Spritzguss eingebracht. Durch diese Bauteilstrukturen 78, welche elastisch sind und entsprechende Dämpfungseigenschaften aufweisen, wird eine bestimmt Elastizität und Dämpfung des Planetenradträger-Ritzels 50 eingestellt, so dass eine Steifigkeit des Antriebsstrangs eingestellt werden kann. Dadurch können Überlasten durch Druckspitzen reduziert werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Planetenradträger 54 zusätzlich stoffschlüssig mit dem Absatz 62 und dem Ritzel 66 verbunden. Der Absatz 62 und das Ritzel 66 sind dabei aus dem gleichen Material ausgebildet, wie die Planetenradpins 58 und somit stoffschlüssig mit diesen über die entsprechenden Kreissektoren 76 verbunden. Dadurch kann über das Ritzel 66 und die entsprechenden Kreissektoren 76 ein ausreichendes An- oder Abtriebsmoment auf die an den Planetenradpins 58 angeordneten Planetenräder übertragen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/045804 A1 [0005]
- WO 2017/089008 A1 [0007]
