DE102019212345A1 - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs. Der elektromechanisch antreibbare Bremsdruckerzeuger umfasst dabei einen Elektromotor (18) zum Erzeugen einer Antriebsdrehzahl, ein Planetengetriebe (22), welches eingangsseitig von dem Elektromotor (18) angetrieben ist, um eine Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame durchzuführen, und ein Hydraulikmodul (30), welches ausgangsseitig mit dem Planetengetriebe (22) verbunden ist um einen Bremsdruck zu erzeugen. Das Planetengetriebe (22) weist dabei Stufenplaneten (46) auf, welche eingangsseitig mit einem Sonnenrad (38) des Planetengetriebes (22) und ausgangsseitig mit einer Abtriebskomponente (58, 66) des Planetengetriebes (22) verbunden sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug, welches einen solchen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger umfasst.
- Stand der Technik
- 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 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 wird dabei mittels eines Elektromotors erzeugt, welcher über ein Getriebe eine Bewegung eines Hydraulikkolbens ansteuert, um einen Bremsdruck zu erzeugen. 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.
- Aus der
WO 2012/013314 A2 - Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung gibt einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanisch antreibbare Bremsdruckerzeuger umfasst einen Elektromotor zum Erzeugen einer Antriebsdrehzahl, ein Planetengetriebe, welches eingangsseitig von dem Elektromotor angetrieben ist, um eine Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame durchzuführen, und ein Hydraulikmodul, welches ausgangsseitig mit dem Planetengetriebe verbunden ist um einen Bremsdruck zu erzeugen. Das Planetengetriebe weist dabei Stufenplaneten auf, welche eingangsseitig mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes und ausgangsseitig mit einer Abtriebskomponente des Planetengetriebes verbunden sind.
- Unter einem Hydraulikmodul im Sinne der Erfindung wird eine Modul verstanden, welches die rotatorische Bewegung des Planetengetriebes in eine Bewegung eine Hydraulikkolbens zur Erzeugung eines Bremsdruckes für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger umwandelt. Dies wird vorzugsweise über eine Spindel-Mutter Anordnung ausgebildet, über welche diese rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung des Hydraulikkolbens in einem Hydraulikzylinder umgewandelt wird.
- Das Planetengetriebe hat dabei den Vorteil, dass eine hohe Übersetzung erzielbar ist, während der Bauraum aufgrund der hohen Leistungsdichte reduziert ist. Zusätzlich weist ein Planetengetriebe ein geringes Geräuschverhalten auf. Aufgrund der rotatorischen Freiheitsgrade der Getriebeelemente Sonnenrad, Planetenrad, Planetenträger und Hohlrad bietet ein Planetengetriebe einen großen Spielraum hinsichtlich des Designs und der Übersetzung. Durch ein Planetengetriebe wird zudem ein Abstand zwischen der Motorachse und der hydraulischen Achse eines Hydraulikkolbens reduziert.
- Ein Stufenplanet ist ein Planetenrad, welches wenigstens zwei verschiedene Verzahnungen aufweist, deren Teilkreisdurchmesser sich unterscheiden. Die Verzahnungen sind dabei in bestimmten Abschnitten des Stufenplaneten angeordnet. Der Stufenplanet kann dabei einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ein Planetengetriebe mit Stufenplaneten hat zudem den Vorteil, dass damit die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann. Zusätzlich bieten Stufenplaneten den Vorteil, dass das Volumen eines solchen Getriebes im Vergleich zu alternativen Lösungen mit vergleichbarer Gesamtübersetzung geringer ist.
- In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Abtriebskomponente ein die Stufenplaneten aufnehmender Planetenträger. In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist die Abtriebskomponente ein Hohlrad des Planetengetriebes. Um eine Drehbewegung des Planetenträgers zu erzielen wird das Hohlrad fixiert. Entsprechend wird bei der alternativen Ausführung der Planetenträger fixiert. Bei einem Abtrieb über den Planetenträger lässt sich dabei eine höhere Übersetzung erzielen im Vergleich mit einem Abtrieb über das Hohlrad. Bei einer geringeren gewünschten Übersetzung ist dahingegen ein Abtrieb über das Hohlrad vorteilhafter. Dadurch kann das Planetengetriebe durch kleine Änderungen für verschiedene Übersetzung eingesetzt werden.
- Vorzugsweise weisen die Stufenplaneten einen Lagerbereich auf, über den diese in Bohrungen des Planetenträgers gelagert sind. Der Lagerbereich ist dabei ein Bereich des Stufenplaneten welcher bevorzugt zwischen den Verzahnungsbereichen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist, dass das Material des Lagerbereichs und/oder der Bohrung derart ausgebildet, dass dieses eine Schmiereigenschaft aufweist. Dadurch kann auf ein Wälzlager verzichtet werden.
- Durch die Lagerung des Stufenplaneten in der Bohrung des Planetenträgers sind keine weiteren Komponenten notwendig, so dass die Bauhöhe des Planetengetriebes verringert wird. Zusätzlich wird durch eine Lagerung zwischen den Verzahnungsbereichen eine vorteilhafte mittige Ableitung der Lasten erzielt, so dass ein Biegemoment auf den Planetenträger reduziert wird.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Stufenplaneten über Planetenachsen an dem Elektromotor oder an einem Gehäuseteil gelagert. Dazu werden die Planetenachsen mit dem Elektromotor oder dem Gehäuseteil fest verbunden. Durch eine solche Lagerung ist kein zusätzlicher Planetenträger notwendig, um eine Lagerung bereitzustellen. Dadurch können die Stufenplaneten einfach und wirtschaftlich gelagert werden. Durch den Wegfall eines zusätzlichen Planetenträgers und eines Lagerbereiches kann Bauraum eingespart werden, so dass ein solcher elektromechanische Bremsdruckerzeuger kompakter ist.
- Vorteilhafterweise ist die Abtriebskomponente über ein zwischen einem Gehäuseteil und der Abtriebskomponente angeordnetes Lager gelagert. Das Lager ist dabei vorzugsweise eine Wälzlager. Dadurch sind keine zusätzlichen Bauteile für die Lagerung notwendig, so dass die Teileanzahl verringert und der benötigte Bauraum reduziert wird.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Abtriebskomponente als Stirnrad ausgebildet. Das Stirnrad kann dabei drehfest mit der Abtriebskomponente verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Dadurch sind weitere Bauteile, welche eventuell gelagert werden müssten, zwischen Planetengetriebe und Hydraulikmodul nicht notwendig. Es kann somit der Abstand zwischen Planetengetriebe und Hydraulikmodul platzsparend überbrückt werden. Zusätzlich wird durch ein solches Stirnrad die Übersetzung erhöht.
- Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung sind die Stufenplaneten und/oder das Sonnenrad aus einem gesinterten Metallmaterial ausgebildet. Das gesinterte Metallmaterial hat den Vorteil, dass durch die poröse Oberfläche ein Schmiermittel besser zur Verfügung gestellt werden kann, so dass der Verschleiß der Bauteile minimiert wird.
- Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Stufenplaneten und/oder ein Planetenträger und/oder das Hohlrad aus einem Kunststoffspritzguss-Material ausgebildet. Kunststoffspritzguss-Material hat den Vorteil, dass es leicht ist und einfach in vielfältigen Formen herstellbar ist. Zusätzlich sind die Kosten für Kunststoff gering, so dass insgesamt ein solcher Bremsdruckerzeuger wirtschaftlich herstellbar ist. Bei entsprechender Auswahl von Kunststoff können zusätzlich Kunststoffe gewählt werden, welche gute tribologische Eigenschaften aufweisen.
- Um eine Lastaufnahme und Verteilung der Lagerlast zu verbessern werden vorzugsweise in das Kunststoffmaterial Metalleinlagen eingebracht. Dadurch kann somit wirtschaftlich die Tragkraft der entsprechenden Komponenten verbessert werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers, -
2 Erstes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers, und -
3 Zweites Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers. - In
1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs14 eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers gezeigt. Der Antriebsstrang14 umfasst einen Elektromotor18 , über welchen eine Antriebsdrehzahl erzeugbar ist. Der Elektromotor18 ist mechanisch mit einer Eingangsseite eines Planetengetriebes22 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Planetengetriebe22 koaxial zu einer Elektromotorachse26 positioniert. Das Planetengetriebe22 ist zusätzlich an einem Gehäuseteil28 des Bremsdruckerzeugers angeordnet, welches beispielsweise ein Ventilgehäuse sein kann. - Über das Planetengetriebe
22 wird die Antriebsdrehzahl des Elektromotors18 in eine langsamere Drehzahl übersetzt. Das Planetengetriebe22 ist an einer Ausgangsseite mit einem Hydraulikmodul30 mechanisch verbunden. Das Hydraulikmodul30 kann dabei einen Bremsdruckkolben aufweisen, welcher über eine Spindel-Mutter-Anordnung in axialer Richtung zur Erzeugung von Bremsdruck bewegbar ist. Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Antriebsstrang14 ist biaxial angeordnet, dies bedeutet, dass das Hydraulikmodul30 parallel zur Elektromotorachse26 angeordnet ist. -
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes22 des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers. Das Planetengetriebe22 , ist über eine Elektromotorwelle34 mit dem Elektromotor18 verbunden. An einem Ende der Elektromotorwelle34 ist ein Sonnenrad38 drehfest daran angeordnet, welches zusammen mit der Elektromotorwelle34 drehbar ist. Das Sonnenrad38 ist in direktem mechanischen Eingriff mit einem ersten Verzahnungsbereich42 von mehreren Stufenplaneten46 . - Die Stufenplaneten
46 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Lagerbereich50 auf, der direkt an den ersten Verzahnungsbereich46 angrenzt, und über welchen die Stufenplaneten46 in jeweils einer Bohrung54 eines Planetenträgers58 drehbar gelagert sind. Dadurch ist keine zusätzlich Achse zur Lagerung der Stufenplaneten46 notwendig. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lagerbereich50 und/oder die Bohrung54 aus einem Material ausgebildet, welches einen Schmiereffekt aufweist. Dadurch ist kein zusätzliches Wälz- oder Gleitlager für die Lagerung der Stufenplaneten46 notwendig. - Direkt angrenzend an den Lagerbereich
50 ist ein zweiter Verzahnungsbereich62 angeordnet, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als der erste Verzahnungsbereich42 . Darüber hinaus weist der zweite Verzahnungsbereich62 einen kleineren Durchmesser auf, als der Lagerbereich50 . Dadurch wird eine Montage der Stufenplaneten46 in den Bohrungen54 gewährleistet. Zusätzlich wird sichergestellt, dass eine Innenwandung der Bohrung54 nicht an dem zweiten Verzahnungsbereich62 anliegt. - Der zweite Verzahnungsbereich
62 ist im direkten Eingriff mit einem Hohlrad66 , an welchem eine Innenverzahnung ausgebildet ist. Das Hohlrad66 ist dabei drehfest mit dem Gehäuseteil28 verbunden, welches beispielsweise ein Ventilgehäuse des Bremsdruckerzeugers sein kann. - Der Planetenträger
58 ist gegenüber dem Gehäuseteil28 gelagert. Zwischen dem Planetenträger58 und dem Gehäuseteil28 ist ein Lager74 angeordnet, über welches der Planetenträger58 zu dem Gehäuseteil28 drehbar ist. Zur direkten Lagerung des Planetenträgers58 zu dem Gehäuseteil28 , weist der Planetenträger58 in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetenträger-Strukturteil78 auf, welches teilweise in dem Planetenträger58 eingebettet ist. Über das Planetenträger-Strukturteil78 können die Lagerlasten aufgenommen und verteilt werden. - In diesem Ausführungsbeispiel ist der Planetenträger
58 als Abtriebskomponente ausgebildet. Dafür weist der Planetenträger58 ein Stirnrad82 auf, über welches dieser mit dem Hydraulikmodul30 mechanisch verbunden ist. - In
3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes22 des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers gezeigt. Im Gegensatz zu dem in2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die Stufenplaneten46 über Planetenachsen86 drehbar gelagert. Die Planetenachsen86 sind fest mit dem Gehäuseteil28 verbunden. Zusätzlich weisen die Stufenplaneten46 keinen Lagerbereich50 auf. In diesem Ausführungsbeispiel grenzt der zweite Verzahnungsbereich62 direkt an den größeren ersten Verzahnungsbereich46 an. - Das Hohlrad
66 weist eine Innenverzahnung auf, welche mit dem zweiten Verzahnungsbereich62 der Stufenplaneten46 im Eingriff ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad66 über ein Lager74 zu dem Gehäuseteil28 drehbar gelagert. Zur direkten Lagerung des Hohlrades66 zu dem Gehäuseteil28 , weist das Hohlrad66 in diesem Ausführungsbeispiel ein Hohlrad-Strukturteil90 auf, welches teilweise in dem Hohlrad66 eingebettet ist. Über das Hohlrad-Strukturteil90 können die Lagerlasten aufgenommen und verteilt werden. - Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel das Hohlrad
66 als Abtriebskomponente ausgebildet. Dafür weist das Hohlrad66 ein Stirnrad82 auf, über welches dieses mit dem Hydraulikmodul30 mechanisch verbunden ist. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2012/013314 A2 [0005]
Claims (10)
- Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs, umfassend: - einen Elektromotor (18) zum Erzeugen einer Antriebsdrehzahl, - ein Planetengetriebe (22), welches eingangsseitig von dem Elektromotor (18) angetrieben ist, um eine Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame durchzuführen, und - ein Hydraulikmodul (30), welches ausgangsseitig mit dem Planetengetriebe (22) verbunden ist um einen Bremsdruck zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (22) Stufenplaneten (46) aufweist, welche eingangsseitig mit einem Sonnenrad (38) des Planetengetriebes (22) und ausgangsseitig mit einer Abtriebskomponente (58, 66) des Planetengetriebes (22) verbunden sind.
- Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebskomponente ein die Stufenplaneten (46) aufnehmender Planetenträger (58) ist. - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebskomponente ein Hohlrad (66) des Planetengetriebes (22) ist. - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenplaneten (46) einen Lagerbereich (50) aufweisen, über den diese in Bohrungen (54) des Planetenträgers (58) gelagert sind. - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach
Anspruch 1 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenplaneten (46) über Planetenachsen (86) an dem Elektromotor (18) oder an einem Gehäuseteil (28) gelagert sind. - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebskomponente (58, 66) über ein zwischen einem Gehäuseteil (28) und der Abtriebskomponente (58, 66) angeordnetes Lager (74) gelagert ist.
- Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebskomponente (58, 66) als Stirnrad (82) ausgebildet ist.
- Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenplaneten (46) und/oder das Sonnenrad (38) aus einem gesinterten Metallmaterial ausgebildet sind.
- Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenplaneten (46) und/oder ein Planetenträger (58) und/oder das Hohlrad (66) aus einem Kunststoffspritzguss-Material ausgebildet sind.
- Fahrzeug umfassend einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche.
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