DE102019205974A1 - Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs und Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger - Google Patents

Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs und Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger (14) umfasst eine Gewindetriebanordnung (40) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung (40) umfasst dabei eine Spindel (68), welche über einen Elektromotor (38) drehbar ist, eine Spindelmutter (72), welche mit einem Gewinde (76) der Spindel (68) zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter (72) mit Drehung der Spindel (68) axial verschiebbar ist, und ein Gehäuse (64, 64a), welches die Spindel (68) und die Spindelmutter (72) wenigstens teilweise umgibt. Zusätzlich umfasst die Gewindetriebanordnung (40) ein Antriebsrad (84), welches drehfest an der Spindel (68) angeordnet ist, und über welches die Spindel (68) mit dem Elektromotor (38) verbunden ist, wobei die Spindel (68) und das Antriebsrad (84) über ein gemeinsames Lager (88) drehbar gegenüber dem ortsfesten Gehäuse (64, 64a) gelagert sind und das Lager (88) wenigstens teilweise von dem Antriebsrad (84) radial umgeben ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeuges nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 8.
    Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung.
  • 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.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger anzugeben, welcher hinsichtlich Bauraum, Funktionalität und Herstellungskosten verbessert ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe 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. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest einer Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, welche über einen Elektromotor drehbar ist, eine Spindelmutter, welche mit einem Gewinde der Spindel zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter mit Drehung der Spindel axial verschiebbar ist, und ein Gehäuse, welches die Spindel und die Spindelmutter wenigstens teilweise umgibt.
  • Darüber hinaus umfasst die Gewindetriebanordnung ein Antriebsrad, welches drehfest an der Spindel angeordnet ist, und über welches die Spindel mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei die Spindel und das Antriebsrad über ein gemeinsames Lager drehbar gegenüber dem ortsfesten Gehäuse gelagert sind.
  • 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.
  • Das Antriebsrad kann dabei direkt im Eingriff mit dem Elektromotor sein. Ebenso kann der Elektromotor mit einem vorgelagerten Getriebe direkt verbunden sein, welches in einem direkten Eingriff mit dem Antriebsrad ist.
  • Gemäß der Erfindung ist die Spindel und das Antriebsrad über ein gemeinsames Lager zu dem Gehäuse gelagert. Eine solche Anordnung ist möglich, da das Antriebsrad drehfest mit der Spindel verbunden ist. Vorzugweise ist das Antriebsrad zusätzlich in einer axialen Richtung auf der Spindel fixiert. Durch diese Anordnung muss somit kein weiteres Lager für die Spindel oder das Antriebsrad vorgesehen werden. Dadurch kann Bauraum, Gewicht und Kosten für ein zusätzliches Lager eingespart werden. Zusätzlich werden die Funktion der Lagerung des Antriebsrads und der Spindel durch ein Lager erfüllt. Ein solcher elektromechanischer Bremserzeuger ist dadurch kleiner und wirtschaftlicher herstellbar.
  • Das Lager ist zudem wenigstens teilweise von dem Antriebsrad radial umgeben. Mit anderen Worten ist das Lager wenigstens teilweise in einem Bereich des Antriebsrads angeordnet, so dass das Lager und das Antriebsrad gleiche axiale Bereiche der Spindel überdecken. Vorzugsweise ist das Lager vollständig von dem Antriebsrad radial umgeben. Durch eine solche Anordnung des Lagers kann der benötigte Bauraum von Antriebsrad und Lager reduziert werden, so dass ein solcher elektromechanische Bremsdruckerzeuger kleiner ausgebildet werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Lager als Wälzlager ausgebildet. Solche Lager sind vielfältig erhältlich, so dass ein optimales Lager hinsichtlich beispielsweise Größe und Tragkraft auswählbar ist.
  • Vorzugsweise ist das Lager zwischen Spindel und Gehäuse angeordnet. Mit anderen Worten ist die Spindel direkt über das Lager zu dem Gehäuse gelagert. Das Lager liegt somit direkt an der Spindel und an dem Gehäuse an, so dass über das Lager eine Lagerung der Spindel zu dem Gehäuse gewährleistet wird. Im Gegensatz zu der Spindel ist das Antriebsrad indirekt gelagert. Dies bedeutet, dass das Antriebsrad über die Verbindung zu der Spindel ebenfalls gelagert ist. Dadurch wird eine gute Lagerung der Spindel ermöglicht. Zusätzlich kann ein kleines Lager verbaut werden, so dass Bauraum und Gewicht eingespart wird.
  • In einer alternativen Ausbildung ist das Lager zwischen Antriebsrad und Gehäuse angeordnet. Das Antriebsrad ist somit direkt über das Lager zu dem Gehäuse gelagert. Das Gehäuse, wie auch das Antriebsrad, liegen beide direkt an dem Lager an, so dass über das Lager eine Lagerung des Antriebsrads zu dem Gehäuse gewährleistet wird. Dahingegen ist die Spindel lediglich indirekt gelagert. Dies bedeutet, dass die Spindel über die Verbindung zu dem Antriebsrad ebenfalls gelagert ist. Dies ermöglicht eine direkte Lagerung des Antriebsrads.
  • Vorteilhafterweise ist das Lager auf einer der Spindel abgewandten Stirnseite des Antriebsrads angeordnet. Als der Spindel abgewandte Stirnseite wird die Seite verstanden, welche von einer Längserstreckung der Spindel weg zeigt. Das Lager muss dadurch während einer Montage des elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach dem Antriebsrad auf der Spindel montiert werden. Um das Gehäuse zu dem Lager zu lagern, muss ist in der Regel ein zusätzliches Gehäuseteil vorgesehen werden, welches das Antriebsrad umgreift. An diesem Gehäuseteil können weitere Einrichtungen des Bremsdruckerzeugers befestigt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Lager auf einer der Spindel zugewandten Stirnseite des Antriebsrads angeordnet. Die der Spindel zugewandte Stirnseite ist dabei die Seite des Antriebsrades, welche zu einer Längserstreckung der Spindel zeigt. Dadurch muss das Lager während einer Montage des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers vor dem Antriebsrad auf der Spindel montiert werden. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Montage oder dem Aufbau aufweisen. Zusätzlich ist im Gegensatz zu der Anordnung des Lagers auf einer der Spindel abgewandten Stirnseite kein Gehäuseteil notwendig, welches das Antriebsrad umgreift, so dass ein solcher elektromechanischer Bremsdruckerzeuger kleiner ausgebildet werden kann.
  • Das Lager und das Antriebsrad sind vorzugsweise an einem Spindelende angeordnet. Mit anderen Worte ragt die Spindel nicht wesentlich über die Lager-Antriebsrad-Anordnung hinaus, so dass dafür kein zusätzlicher Bauraum vorgesehen sein muss. Darüber hinaus kann das Lager und das Antriebsrad einfacher von dem Spindelende aus montiert werden.
  • 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 Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung für einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
    • 4 Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung für einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger, und
    • 5 Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung für einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger.
  • 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 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Gewindetriebanordnung 40 für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14. Die Gewindetriebanordnung 40 umfasst ein Gehäuse 64, welches einen Teil einer Spindel 68 umgibt. Das Gehäuse 64 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Metall ausgeformt. Zusätzlich umfasst die Gewindetriebanordnung 40 eine Spindelmutter 72, welche einen Abschnitt der Spindel 68 umgibt und mit einem Gewinde 76 der Spindel 68 im Eingriff ist.
  • An einem Spindelende 80 ist ein Antriebsrad 84 drehfest mit der Spindel 68 verbunden, so dass die Spindel 68 über den in 2 gezeigten Elektromotor 38, antreibbar ist. Die Spindel 68 wird durch den Elektromotor 38 in eine Drehbewegung versetzt und verschiebt dadurch die mit dem Gewinde 76 zusammenwirkende Spindelmutter 72 in einer axialen Richtung.
  • Die Gewindetriebanordnung 40 umfasst zusätzlich ein Lager 88, welches als Wälzlager ausgebildet ist. Über das Lager 88 ist die Spindel 68 und das Antriebsrad 84 zu dem Gehäuse 64 gelagert. Das Wälzlager ist an dem Spindelende 80 zwischen dem Gehäuse 64 und der Spindel 68 angeordnet. Insbesondere formt das Antriebsrad 84 auf einer der Spindel 68 zugewandten Stirnseite einen Ausschnitt 92 aus, so dass das Lager 88 in dem Ausschnitt 92 des Antriebsrades 84 positioniert ist. Dadurch ist das Lager 88 radial von dem Antriebsrad 84 umgeben und ist auf einer der Spindel 68 zugewandten Stirnseite des Antriebsrades 84 angeordnet.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der Gewindetriebanordnung 40 für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 ist in 4 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass das Lager 88 auf einer der Spindel 68 abgewandten Stirnseite des Antriebsrades 84 angeordnet ist. Dementsprechend ist der Ausschnitt 92 im Antriebsrad 84 auf dieser Stirnseite ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Gehäuseteil 64a ausgebildet, welches das Antriebsrad 84 umgreift, so dass die Spindel 68 über das Lager 88 zu dem Gehäuse 64 gelagert ist.
  • In 5 ist ein Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der Gewindetriebanordnung 40 für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich aufgebaut wie das in 3 gezeigte erste Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Lager 88 jedoch nicht zwischen der Spindel 68 und dem Gehäuse 64 angeordnet, sondern zwischen dem Gehäuse 64 und dem Antriebsrad 84, so dass die Spindel 68 über das Antriebsrad 84 gelagert ist.
  • In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Lager 88 auf einer der Spindel 68 zugewandten Stirnseite des Antriebsrades 84 angeordnet. Ebenso ist es möglich, dass das Lager 88 auf einer der Spindel 68 abgewandten Stirnseite des Antriebsrades 84 angeordnet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017/045804 A1 [0005]

Claims (8)

  1. Elektromechanischer 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 Bremsdruckerzeugung, wobei die Gewindetriebanordnung (40) umfasst: - eine Spindel (68), welche über einen Elektromotor (38) drehbar ist, - eine Spindelmutter (72), welche mit einem Gewinde (76) der Spindel (68) zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter (72) mit Drehung der Spindel (68) axial verschiebbar ist, - ein Gehäuse (64, 64a), welches die Spindel (68) und die Spindelmutter (72) wenigstens teilweise umgibt, und - ein Antriebsrad (84), welches drehfest an der Spindel (68) angeordnet ist, und über welches die Spindel (68) mit dem Elektromotor (38) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (68) und das Antriebsrad (84) über ein gemeinsames Lager (88) drehbar gegenüber dem ortsfesten Gehäuse (64, 64a) gelagert sind, und das Lager (88) wenigstens teilweise von dem Antriebsrad (84) radial umgeben ist.
  2. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) als Wälzlager ausgebildet ist.
  3. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) zwischen Spindel (68) und Gehäuse (64, 64a) angeordnet ist.
  4. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) zwischen Antriebsrad (84) und Gehäuse (64, 64a) angeordnet ist.
  5. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) auf einer der Spindel (68) abgewandten Stirnseite des Antriebsrads (84) angeordnet ist.
  6. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) auf einer der Spindel (68) zugewandten Stirnseite des Antriebsrads (84) angeordnet ist.
  7. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (88) und das Antriebsrad (84) an einem Spindelende (80) angeordnet sind.
  8. Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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