DE102019205958A1

DE102019205958A1 - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger

Info

Publication number: DE102019205958A1
Application number: DE102019205958.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Greiner; Sebastian Martin Reichert; Claus Oehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29
Also published as: CN113677576A; US20220212647A1; JP2022529834A; KR20220002424A; WO2020216492A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger (14) weist zumindest eine Gewindetriebanordnung (40) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung auf. Die Gewindetriebanordnung (40) umfasst dabei eine Spindel (68), die über einen Elektromotor (38) drehbar ist, und eine Spindelmutter (80), welche an einem Gewinde (76) der Spindel (68) derart angeordnet ist, dass mit Drehung der Spindel (68) die Spindelmutter (80) und ein hieran ausgebildeter Hydraulikkolben (92) axial verschiebbar ist. Darüber hinaus umfasst die Gewindetriebanordnung (40) ein Gehäuse (64), welches einen mit dem Hydraulikkolben (92) korrespondierenden Hydraulikzylinder (66) ausbildet, in dem die Spindel (68) mit der Spindelmutter (80) aufgenommen sind, und eine Verdrehsicherung (84, 88), über welche die Spindelmutter (80) bei Drehung der Spindel (68) gegen Verdrehung gesichert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 10.
Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur hydraulischen Bremsbetätigung.
Zum Bremsen von Kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel 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.
Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da der Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
Die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit wird dabei 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.
Stand der Technik
Aus der WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in 1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung 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.
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.
Die Aufgabe der Erfindung ist einen verbesserten elektromechanischen Bremsdruckerzeuger anzugeben, welcher wirtschaftlicher herstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Dieser elektromechanische Bremsdruckerzeuger weist zumindest eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung auf. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, die über einen Elektromotor drehbar ist, und eine Spindelmutter, welche an einem Gewinde der Spindel derart angeordnet ist, dass mit Drehung der Spindel die Spindelmutter und ein hieran ausgebildeter Hydraulikkolben axial verschiebbar ist.
Darüber hinaus umfasst die Gewindetriebanordnung ein Gehäuse, welches einen mit dem Hydraulikkolben korrespondierenden Hydraulikzylinder ausbildet, in dem die Spindel mit der Spindelmutter aufgenommen sind, und eine mit dem Gehäuse ausgebildete Verdrehsicherung, über welche die Spindelmutter bei Drehung der Spindel gegen Verdrehung gesichert ist.
Als Gewindetriebanordnung wird sowohl ein reiner Spindeltrieb, bei welchem die Spindelmutter in direktem Kontakt mit der Spindel ist, als auch ein Kugelgewindetrieb, verstanden. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe mit zwischen Spindel und Spindelmutter eingefügten Kugeln. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie findet nicht wie beim reinen Spindeltrieb zwischen Gewinde-Nut und -Damm, sondern über die Kugeln statt.
Der Hydraulikkolben liegt direkt an der Bremsflüssigkeit an, so dass die Bremsflüssigkeit über den Hydraulikkolben mit Druck beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist der Hydraulikkolben topfförmig ausgebildet. In die topfförmige Ausnehmung greift bevorzugt ein Teil der Spindel ein.
Die Verdrehsicherung kann beispielsweise sowohl durch die Spindelmutter und das Gehäuse an sich, als auch über ein zusätzlichem Teil ausgebildet sein. Durch die Verdrehsicherung wird verhindert, dass sich die Spindelmutter bei Drehung der Spindel mit dreht, so die Spindelmutter auf der Spindel durch Drehung dieser axial verschiebbar ist. Der Vorteil der angetriebenen Spindel ist, dass das durch die Drehung der Spindel das in die Spindelmutter eingebracht Drehmoment einfacher abgeführt werden kann. Die Spindelmutter kann dadurch beispielsweise durch eine einfache Führung in dem Gehäuse geführt sein. Dadurch werden Teile für eine solche Verdrehsicherung eingespart, so dass eine solche Verdrehsicherung wirtschaftlicher und damit kostengünstiger herstellbar ist. Es kann dadurch ein verbesserter elektromechanischer Bremsdruckerzeuger bereitgestellt werden, der aufgrund der reduzierten Teilezahl weniger Bauraum benötigt und damit auch leichter ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bestehen die Spindelmutter und der Hydraulikkolben aus unterschiedlichen Materialien und sind koaxial aneinander liegend angeordnet. Durch die Ausbildung von unterschiedlichen Materialien kann ein für die verschiedene Funktion von Spindelmutter und Hydraulikkolben optimales Material ausgewählt werden. So kann für den Hydraulikkolben ein Material gewählt werden, welches beispielsweise eine größere Festigkeit aufweist. Entsprechend kann für die Spindelmutter ein Material ausgewählt werden, welches beispielsweise gute tribologische Eigenschaften aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verdrehsicherung durch das Gehäuse und den Hydraulikkolben und/oder die Spindelmutter ausgebildet. Das Gehäuse und der Hydraulikkolben und/oder die Spindelmutter wirken dabei vorzugsweise über konstruktive Elemente derart zusammen, dass eine Verdrehung der Spindelmutter zum Gehäuse vermieden wird. Dadurch kann auf einfache Weise eine Verdrehsicherung ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die Verdrehsicherung über eine Nut-Feder Verbindung gebildet. Eine Nut-Feder Verbindung wird insbesondere durch eine exakt aufeinander abgestimmte Nut und eine darin aufnehmbare Feder charakterisiert. Die Nut und die Feder greifen dabei formschlüssig ineinander. Die Nut-Feder Verbindung kann dabei beispielsweise an den gegeneinander zu sichernden Bauteilen als Nut und Feder ausgebildet werden. Ebenso ist es möglich, dass ein zusätzliches Teil, welches als Feder ausgebildet ist, in Nuten der zu sichernden Bauteile eingreift.
Die Nut-Feder-Verbindung kann dabei durch Prägen, Räumen oder ein Zerspanverfahren hergestellt werden. Solche Nut-Feder-Verbindungen sind dadurch einfach und wirtschaftlich herstellbar und gewährleisten eine gute Verdrehsicherung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung bildet die Verdrehsicherung der Spindelmutter zwei gegenüberliegende sich radial nach außen erstreckende Flügel aus, welche in entsprechende Nuten des Gehäuses eingreifen. Die Flügel weisen dabei einen Winkel von 180° zueinander auf. Als Flügel im Sinne der Erfindung werden dabei sich von dem Spindelmutterhauptkörper abragende Elemente verstanden. Durch derart angeordnete Flügel kann die Spindelmutter ausreichend gegen Verdrehen gesichert werden. Zusätzlich wird die Spindelmutter mit weniger Spiel zentrisch gehalten.
Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Teil der Spindelmutter aus Kunststoff ausgebildet. Dieser Teil kann dabei an einem Hauptteil der Spindelmutter befestigt sein. Dadurch können die Kosten und das Gewicht einer derart hergestellten Spindelmutter reduziert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der aus Kunststoff ausgeformte Teil der Spindelmutter als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Der aus Kunststoff ausgeformte Teil der Spindelmutter kann dabei an ein Hauptteil der Spindelmutter angespritzt sein. Dadurch ist eine einfache Befestigung des Kunststoffes möglich, so dass eine solche Spindelmutter wirtschaftlich herstellbar ist. Zusätzlich wird dadurch die Anzahl der Bauteile verringert.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse aus einer Aluminium- oder Stahllegierung ausgebildet. Durch ein solches Gehäuse kann eine ausreichende Festigkeit gegen die erzeugten Drücke sichergestellt werden. Auch weisen diese Materialien eine gute Verschleißfestigkeit auf. Ebenso wird eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet. Bei der Verwendung einer Aluminiumlegierung kann zusätzlich das Gewicht gegenüber vielen anderen Metallen reduziert werden. Darüber hinaus weist eine Aluminiumlegierung eine besonders hohe Wärmeleitung auf.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist wenigstens die Verdrehsicherung an der Spindelmutter und/oder dem Hydraulikkolben aus Kunststoff ausgebildet, um die Gleiteigenschaften gegenüber dem aus Metall hergestellten Gehäuse zu verbessern. Die aus Kunststoff ausgebildete Seite der Verdrehsicherung gleitet dadurch auf einer Metalloberfläche des Gehäuses. Dadurch wird eine verschleißfeste und effiziente Gleitpaarung gewährleistet. Diese Gleitpaarung ermöglicht dabei ein optimiertes Design hinsichtlich NVH (NVH: Noise, Vibration, Harshness „Geräusch, Vibration, Rauigkeit“).
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.
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 Schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
3 Querschnitt- und Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers.

In 2 ist eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14. Dieser Bremsdruckerzeuger 14 umfasst eine Kolben-/Zylindereinheit 18, welcher über ein Bremsflüssigkeitsreservoir 22 mit Bremsflüssigkeit versorgt wird.
Die Kolben-/Zylindereinheit 18 kann über ein vom Fahrer betätigtes Bremspedal 26 angesteuert und der ergebende Bremspedalweg wird durch einen Pedalwegsensor 30 gemessen und an ein Steuergerät 34 weitergegeben. Obwohl die 2 im Prinzip einen Bremskraftverstärker zeigt, ist hier wesentlich, dass der Bremspedalweg über den Pedalwegsensor 30 gemessen wird. Auch ist eine Bremsdruckerzeugung ohne einen Bremspedalweg möglich, so dass das Fahrzeug auch im autonomen Fahrzustand bremsbar ist.
Das Steuergerät 34 erzeugt aufgrund des gemessenen Bremspedalweges ein Steuersignal für einen Elektromotor 38 des Bremsdruckerzeugers 14. Der Elektromotor 38, welcher mit einem Getriebe (nicht gezeigt) des Bremsdruckerzeugers 14 verbunden ist, verstärkt entsprechend des Steuersignals die vom Bremspedal 26 eingegebene Bremskraft. Dazu wird entsprechend der Betätigung des Bremspedals 26 eine in dem Bremsdruckerzeuger 14 angeordnete Gewindetriebanordnung 40 durch den Elektromotor 38 angesteuert, so dass die Rotationsbewegung des Elektromotors 38 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird.
Durch Betätigung des Bremspedals 26 wird mithilfe des Bremsdruckerzeugers 14 die in der Kolben-/Zylindereinheit 18 vorliegende Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt. Dieser Bremsdruck wird über Bremsleitungen 42 an eine Bremshydraulik 46 weitergeleitet. Die Bremshydraulik 46, welche hier nur als Kasten dargestellt ist, wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Die Bremshydraulik 46 ist zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 50 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 50 aufbringbar ist.
3 zeigt eine Querschnitt- und Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung 40 des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14. Die Gewindetriebanordnung 40 umfasst ein Gehäuse 64, welches einen topfförmigen Hydraulikzylinder 66 ausgebildet. Das Gehäuse 64 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Metall ausgeformt. Zusätzlich umfasst die Gewindetriebanordnung 40 eine Spindel 68, die über den in 2 gezeigten Elektromotor 38, antreibbar ist, so dass die Spindel 68 eine Drehbewegung um ihre Längsachse 72 ausführt.
An einem Gewinde 76 der Spindel 68 ist eine Spindelmutter 80 angeordnet, die mit dem Gewinde 76 der Spindel 68 im Eingriff ist. Die Spindelmutter 80 bildet im Wesentlichen einen hohlzylindrischen Körper aus. An zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des hohlzylindrischen Körpers sind sich nach radial außen erstreckende Flügel 84 angeordnet, welche in Nuten 88 des Gehäuses 64 eingreifen und die Verdrehsicherung der Spindelmutter 80 ausbilden. Die Nuten 88 im Gehäuse 64 sind als Längsnuten ausgebildet.
Eine Breite der Flügel 84 der Spindelmutter 80 in Umfangsrichtung ist dabei etwas kleiner als eine in Umfangsrichtung ausgebildete Nutbreite des Gehäuse 64. Eine Länge der Flügel 84 in Axialrichtung ist dabei wesentlich kleiner als eine Länge der Nuten 88 des Gehäuses 64. Durch eine Drehung der Spindel 68 wird die Spindelmutter 80 durch die Verdrehsicherung 84, 88 gehalten, so dass die Spindelmutter 80 mit den Flügeln 84 in axialer Richtung in dem Gehäuse 64 im Bereich über die Länge der Nuten 88 des Gehäuses 64 bewegbar ist.
An der Spindelmutter 80 ist ein Hydraulikkolben 92 angeordnet, welche mit der Spindelmutter 80 verbunden ist. Der Hydraulikkolben 92 ist im Gegensatz zu der Spindelmutter 80 nicht im Eingriff mit dem Gewinde 76 der Spindel 68. Der Hydraulikkolben 92 ist im Wesentlichen topfförmige ausgebildet. Zwischen Hydraulikkolben 92 und dem Hydraulikzylinder 66 des Gehäuses 64 ist eine Dichtung 96 angeordnet, so dass ein Druck in einer Arbeitskammer 98 des Hydraulikzylinders 66 erzeugbar ist. Durch Drehung der Spindel 68 kann der Hydraulikkolben 92 über die Spindelmutter 80 axial in Richtung der Arbeitskammer 98 verschoben werden, so dass eine in der Arbeitskammer 98 vorliegende Bremsflüssigkeit bedruckt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/045804 A1 [0005]

Claims

Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung (40) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung (40) betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit (18) zur hydraulischen Bremsdruckerzeugung, wobei die Gewindetriebanordnung (40) umfasst: - eine Spindel (68), die über einen Elektromotor (38) drehbar ist, - eine Spindelmutter (80), welche an einem Gewinde (76) der Spindel (68) derart angeordnet ist, dass mit Drehung der Spindel (68) die Spindelmutter (80) und ein hieran ausgebildeter Hydraulikkolben (92) der Kolben-/Zylindereinheit (18) axial verschiebbar sind, - ein Gehäuse (64), welches einen mit dem Hydraulikkolben (92) korrespondierenden Hydraulikzylinder (66) der Kolben-/Zylindereinheit (18) ausbildet, in dem die Spindel (68) mit der Spindelmutter (80) aufgenommen sind, und - eine Verdrehsicherung (84, 88), über welche die Spindelmutter (80) bei Drehung der Spindel (68) gegen Verdrehung gesichert ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (80) und der Hydraulikkolben (92) aus unterschiedlichen Materialien bestehen und koaxial aneinander liegend angeordnet sind.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (84, 88) durch das Gehäuse (64) und den Hydraulikkolben (92) und/oder die Spindelmutter (80) ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (84, 88) über eine Nut-Feder-Verbindung gebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (84, 88) der Spindelmutter (80) zwei gegenüberliegende sich radial nach außen erstreckende Flügel (84) ausgebildet, welche in entsprechende Nuten (88) des Gehäuses (64) eingreifen.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Spindelmutter (80) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Kunststoff ausgeformte Teil der Spindelmutter (80) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (64) aus einer Aluminium- oder Stahllegierung ausgebildet ist.
Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Verdrehsicherung (84, 88) an der Spindelmutter (80) und/oder dem Hydraulikkolben (92) aus Kunststoff ausgebildet ist, um die Gleiteigenschaften gegenüber dem aus Metall hergestellten Gehäuse (64) zu verbessern.
Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.