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Die Erfindung betrifft eine Druckbereitstellungseinrichtung nach Anspruch 1.
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Im Stand der Technik bekannte Druckbereitstellungseinrichtungen weisen häufig einen Linearaktuator auf, der eine durch einen Elektromotor verursachte Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung eines Druckkolbens übersetzt. Hierbei häufig genutzte Kugelgewindetriebe (KGT) nutzen zur Umwandlung von rotatorischer in translatorische Bewegung einen Formschluss, welcher das resultierende Drehmoment des Antriebs für wenigstens ein Element des Kugelgewindetriebs abstützt. Dieser Formschluss ist prinzipbedingt auf dem sich translatorisch bewegenden Bauteil, üblicherweise der Spindelmutter, angesiedelt.
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Der mögliche Arbeitshub eines solchen Aufbaus wird dabei von der Länge des formschlüssigen Elements limitiert, da nur über dessen Länge eine Abstützung des Drehmoments möglich ist. Dadurch resultieren Konstellationen von Parametern in denen der Aktuator, z.B. ein Elektromotor axial verlängert werden muss um den notwendigen Arbeitshub des Kugelgewindetriebs bieten zu können. Dabei ist das formschlüssige Element üblicherweise seriell an der Spindelmutter des Kugelgewindetriebs befestigt.
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Im Rahmen der Weiterentwicklung elektro-hydraulischer Brake-by-Wire Bremssysteme soll der verfügbare Bauraum möglichst effizient genutzt werden. Dabei soll möglichst viel Arbeitshub in dem im Elektromotor vorhandenen Bauraum untergebracht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Druckbereitstellungseinrichtung bereitzustellen, bei der der verfügbare Bauraum im Sinne eines möglichen Arbeitshubs optimal ausgenutzt wird.
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Diese Aufgabe wird mit der Druckbereitstellungseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine Druckbereitstellungseinrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb, einer durch den Antrieb angetriebenen Gewindespindel, einer entlang der Längsachse der Gewindespindel längsverschieblich gelagerten Spindelmutter und einem an der Spindelmutter angeordneten Druckkolben, der einen hydraulischen Druckraum begrenzt. Der Druckkolben ist dabei mittels eines Profilrohrs mit der Spindelmutter verbunden, wobei das Profilrohr drehfest mit der Spindelmutter verbunden ist und wobei das Profilrohr drehfest und entlang der Längsachse der Gewindespindel verschiebbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Profilrohr zumindest abschnittsweise auf einer radialen Außenfläche der Spindelmutter angeordnet ist.
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Das formschlüssige Element, bzw. das entsprechende Profilrohr, welches zuvor seriell an die Spindelmutter angeschlossen wurde, wird erfindungsgemäß über die Spindelmutter, also zumindest abschnittsweise auf einer radialen Außenfläche der Spindelmutter montiert. Dadurch vergrößert sich direkt der mögliche Hub des Kugelgewindetriebs bzw. der mögliche Verschiebeweg des Druckkolbens in dem hydraulischen Druckraum, da über die gesamte Länge der Spindelmutter ein Formschluss und mithin eine Abstützung eines durch den elektromotorischen Antrieb erzeugten Drehmoments gewährleistet werden kann.
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In dem spezifischen Fall kann damit eine Vergrößerung des Arbeitshubs der Druckbereitstellungseinrichtung bzw. des Druckkolbens ermöglicht werden, ohne dass dies Auswirkung auf die äußere Gestalt der Druckbereitstellungseinrichtung, bzw. eines die Druckbereitstellungseinrichtung beinhaltenden Aufbaus, bspw. eines Bremssystems, hat. Dies hat Vorteile hinsichtlich Kosten und Gewicht des Aufbaus.
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Zur drehfesten Lagerung des Profilrohrs und mithin zur Abstützung eines durch den Antrieb verursachten Drehmoments ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Profilrohr wenigstens eine sich in Längsrichtung des Profilrohrs erstreckende Führungsgeometrie aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit einer komplementären Geometrie der Druckbereitstellungseinrichtung eine Verdrehsicherung gegen eine Rotation des Profilrohrs um dessen Längsachse auszubilden. Dabei kann es sich bei der Führungsgeometrie und der hierzu komplementären Geometrie grundsätzlich um jede geometrische Anordnung handeln, die zu einer Abstützung einer Rotation geeignet ist. Unter einer „komplementären Geometrie“ ist dabei eine Geometrie zu verstehen, die die entgegengesetzte Geometrie ausfüllt bzw. ergänzt.
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Beispielsweise ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass es sich bei der Führungsgeometrie um eine in radialer Richtung des Profilrohr nach innen gerichtete Nut handelt. Die hierzu komplementäre Geometrie wäre dergestalt ausgebildet, dass sie in die Nut eingreift und den durch die Nut entstehenden Raum ausfüllt. In diesem Fall kann die komplementäre Geometrie durchaus auch an unterschiedlichen Stellen punktuell in die Führungsgeometrie eingreifen. Eine durchgehende komplementäre Geometrie, die sich über die gesamte Länge der Führungsgeometrie erstreckt, ist für eine effiziente Abstützung des Drehmoments nicht notwendig.
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In der Umkehrung, also der Ausbildung der komplementären Geometrie als Nut und der Führungsgeometrie als in die Nut eingreifender Vorsprung, wäre es umgekehrt ausreichend, wenn die Führungsgeometrie nur punktuell auf dem Profilrohr ausgebildet wäre, während die komplementäre Geometrie über die Länge des gewünschten Verschiebewegs des Profilrohrs ausgebildet sein müsste.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, dass sich die Führungsgeometrie über die gesamte Länge des Profilrohrs erstreckt, insbesondere für eine in radialer Richtung des Profilrohrs nach innen gerichtete Nut. Auf diese Weise ist über die gesamte Länge des Profilrohrs eine Verdrehsicherung gewährleistet, sodass die Gesamte Länge des Profilrohrs als Arbeitshub genutzt werden kann.
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Die Stabilität der Verdrehsicherung wird dabei nach einer weiteren Ausführungsform ferner dadurch verbessert, dass das Profilrohr die Führungsgeometrie mehrfach aufweist, insbesondere zweifach. So kann ein Verkippen des Profilrohrs relativ zu dessen Längsachse aufgrund eines einwirkenden Drehmoments effektiv vermieden werden.
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Dabei ist insbesondere nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Führungsgeometrien auf dem Umfang des Profilrohrs in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Handelt es sich beispielsweise um zwei Führungsgeometrien wären die einzelnen Führungsgeometrien mit einem Winkelabstand von 180° relativ zur Längsachse des Profilrohrs zueinander angeordnet, also genau auf gegenüberliegenden Seiten. Bei drei Führungsgeometrien wäre der Winkelabstand 120°, bei vier Führungsgeometrien 90°.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die Spindelmutter eine zu der Führungsgeometrie komplementäre Lagerung für die Führungsgeometrie aufweist, sodass die Führungsgeometrie mit der Lagerung eine Verdrehsicherung gegen eine Rotation des Profilrohr relativ zu der Spindelmutter um dessen Längsachse ausbildet. Folglich erfüllt die Führungsgeometrie in diesem Fall eine Doppelfunktion, da sie zum einen eine Verdrehsicherung des Profilrohrs gegenüber der Druckbereitstellungseinrichtung und zum anderen eine Verdrehsicherung der Spindelmutter gegenüber dem Profilrohr bereitstellt. Dabei kann die komplementäre Lagerung der Spindelmutter durchaus auch das Führungsprofil der Spindelmutter fortsetzen, wodurch sich ein weiter verlängerter Arbeitshub der Anordnung ergibt.
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Dabei ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die komplementäre Lagerung der Spindelmutter an der Stirnseite der Spindelmutter eine trichterförmige Erweiterung aufweist. Dies erleichtert das Einfädeln der komplementären Geometrie in die Führungsgeometrie bei einer Montage des Profilrohrs und im laufenden Betrieb der Druckbereitstellungseinrichtung, sodass eine Blockade durch eine falsche Ausrichtung des Profilrohrs relativ zur komplementären Geometrie vermieden werden kann.
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Zur Befestigung des Profilrohrs auf der Spindelmutter ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Profilrohr reibschlüssig auf der Spindelmutter befestigt ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass Profilrohr zumindest stellenweise mit der Spindelmutter verklebt ist.
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Um bei der Montage des Profilrohrs eine korrekte Positionierung des Profilrohrs in Längsrichtung der Spindelmutter zu gewährleisten, ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Spindelmutter in Längsrichtung einen Anschlag für eine Verschiebung des Profilrohr in Längsrichtung der Spindelmutter aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem Anschlag um einen umlaufenden Kragen handeln, der in radialer Richtung aus der Spindelmutter hervorsteht und dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Profilrohrs entspricht. Das Profilrohr kann dann in axialer Richtung der Spindelmutter maximal bis zu dem Anschlag auf die Spindelmutter aufgeschoben werden.
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Das Profilrohr ist ferner aus Stabilitätsgründen nach einer bevorzugten Ausführungsform einteilig ausgeführt, und besteht nach einer weiteren Ausführungsform aus einem Metall.
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Gleichermaßen ist es aus Gründen der Stabilität nach einer Ausführungsform bevorzugt, dass die Spindelmutter einteilig ausgeführt ist. Dabei besteht die Spindelmutter nach einer weiteren Ausführungsform aus einem Metall, oder einem Kunststoff, oder einer Keramik.
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Ferner ist es nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Spindelmutter mit der Gewindespindel einen Kugelgewindetrieb ausbildet. Ein solcher Kugelgewindetrieb zeichnet sich durch eine sehr niedrige Reibung aus, sodass ein effizienter und weitgehend verschleißfreier Betrieb der Druckbereitstellungseinrichtung gewährleistet ist.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden folgenden mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Gewindespindel mit einer auf der Gewindespindel montierten Spindelmutter und einem an der Spindelmutter angebrachten Profilrohr,
- 2 eine seitliche Schnittansicht einer Druckbereitstellungseinrichtung,
- 3 eine perspektivische Schnittansicht der Druckbereitstellung Einrichtung der 2,
- 4 eine seitliche Schnittansicht einer Druckbereitstellungseinrichtung mit zugehörigem Druckraum.
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Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Druckbereitstellungseinrichtung, nämlich eine Gewindespindel 102 mit einer auf der Gewindespindel 102 angeordneten Spindelmutter 104. An der Spindelmutter 104 ist wiederum ein Profilrohr 106 angeordnet, dass zur Verbindung der Spindelmutter 104 mit einem nicht dargestellten Druckkolben vorgesehen ist. Das Profilrohr 106 weist dabei eine sich in Längsrichtung des Profilrohrs erstreckende Führungsgeometrie in Form einer nach innen gerichteten Nut 108 auf. Das Profilrohr 106 ist dabei zumindest abschnittsweise auf einer radialen Außenfläche 110 der Spindelmutter 104 angeordnet. Vorzugsweise wird dabei das Profilrohr 106 durch einen Reibschluss auf der Außenfläche 110 der Spindelmutter 104 gehalten. Ein weiteres Verschieben des Profilrohrs 106 entlang der Außenfläche 110 der Spindelmutter 104 wird dabei durch einen Anschlag 112 verhindert, der eine Bewegung des Profilrohrs 106 in Längsrichtung der Spindelmutter 104 blockiert.
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Dies ermöglicht eine leichte Anbindung des förmschlüssigen Profils, bzw. des Profilrohrs 106 an die Spindelmutter 104.
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Das hier dargestellte Profilrohr 106 ist dabei einteilig ausgeführt, vorzugsweise aus einem Metall. Gleichermaßen ist auch die Spindelmutter 104 vorzugsweise einteilig ausgeführt, vorzugsweise ebenfalls aus einem Metall.
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Die als Nut 108 ausgebildete Führungsgeometrie des Profilrohrs 106 erstreckt sich dabei über die gesamte Länge des Profilrohrs 106 und ist zweifach an dem Profilrohr 106 ausgebildet. Dabei sind die entsprechenden Führungsgeometrie in gleichen Winkelabständen auf dem Umfang des Profilrohrs 106 angeordnet.
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Die Spindelmutter 104 weist eine zu der Führungsgeometrie des Profilrohrs 106 komplementäre Lagerung 114 für die Führungsgeometrie auf, sodass die nach innen gerichtete Nut 108 des Profilrohrs 106 in der Lagerung 114 der Spindelmutter 104 geführt wird. Auf diese Weise wird eine Rotation des Profilrohrs 106 relativ zu der Spindelmutter 104 um dessen Längsachse verhindert. Gleichzeitig weist die komplementäre Lagerung 114 eine an der Stirnseite der Spindelmutter 104 angeordnete, trichterförmige Erweiterung 116 auf, welche das Einführen der nach innen gerichteten Nut 108 in die komplementäre Lagerung 114 bei einer Montage des Profilrohrs 106 auf der Außenfläche 110 der Spindelmutter 104 vereinfacht. Dabei ist auch diese Geometrie der Spindelmutter 104 zweifach in gleichmäßigen Winkelabständen entlang der Längsachse der Spindelmutter 104 ausgebildet.
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Mittels der Führungsgeometrie wird im Zusammenwirken mit weiteren Elementen der nicht dargestellten Druckbereitstellungseinrichtung eine Rotation des Profilrohrs 106 und mithin der Spindelmutter 104 aufgrund einer Rotation der Spindel 102 verhindert. Folglich verschiebt sich die Spindelmutter 104 bei einer Rotation der Spindel 102 entlang deren Längsachse.
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Vorzugweise bilden dabei die Gewindespindel 102 und die Spindelmutter 104 einen Kugelgewindetrieb aus, der sich durch einen besonders reibungsarmen Betrieb auszeichnet.
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In der 2 ist nun eine seitliche Schnittansicht einer solchen Druckbereitstellungseinrichtung 100 dargestellt, in der der zuvor beschriebene Aufbau aus Gewindespindel 102 Spindelmutter 104 und Profilrohrs 106 eingesetzt wird. Die Gewindespindel 102 ist dabei rotatorische mit dem elektromotorischen Antrieb 118 der der Druckbereitstellungseinrichtung 100 gekoppelt sodass eine Rotation des elektromotorischen Antriebs 118 eine Rotation der Gewindespindel 102 um deren Längsachse bewirkt. Auf der Gewindespindel 102 ist wiederum die Spindelmutter 104 mit dem daran befestigten Profilrohrs 106 angeordnet. Das Profilrohr 106 wirkt dabei mit einem Führungselement 120 der Druckbereitstellungseinrichtung 100, welches eine zu der Führungsgeometrie des Profilrohrs 106 komplementäre Geometrie aufweist, so zusammen, dass eine Rotation des Profilrohrs 106 und mithin der Spindelmutter 104 um die Längsachse der Gewindespindel 102 verhindert wird. Folglich wird eine Rotation der Gewindespindel 102 in einer Translation der Spindelmutter 104 umgesetzt.
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An dem der Spindelmutter 104 abgewandten Ende des Profilrohrs 106 ist ferner ein Druckkolben 122 angeordnet, der dazu ausgebildet ist ein in einem Druckraum befindliches Fluid durch eine Verschiebung entlang der Längsachse des dargestellten Aufbaus mit einem Druck zu beauftragen. Da durch die Anordnung des Profilrohrs 106 auf der Außenfläche der Gewindemutter 104 und der speziellen Ausgestaltung der Außenfläche der Gewindemutter 104 über die gesamte Länge der Nation aus Profilrohrs 106 und Gewindemutter 104 eine Führung bzw. Rotationssicherung der Gewindemutter 104 gewährleistet ist, kann mit dem dargestellten Aufbau die Gewindemutter 104 über die gesamte Länge der Gewindespindel 102 verschoben werden, womit der mögliche Arbeitshub des dargestellten Aufbaus maximal ausgereizt wird
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Der in 2 in seitlicher Ansicht dargestellte Aufbau ist identisch in der 3 nochmals in perspektivischer Ansicht dargestellt.
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Die 4 zeigt nun eine seitliche Schnittansicht des zuvor beschriebenen Aufbaus einer Druckbereitstellungseinrichtung 100 im Zusammenspiel mit einem in dem Gehäuse des Aufbaus ausgebildeten Druckraum 124. Wird wie zuvor beschrieben durch den elektromotorischen Antrieb 118 eine Rotation der Gewindespindel 102 bewirkt, wird das hierdurch entstehende Drehmoment auf die Spindelmutter 104 durch die Führungsgeometrie des Profilrohrs 106 abgestützt, sodass sich eine Kraft auf die Spindelmutter 104 in Längsrichtung der Gewindespindel 102 ergibt. Folglich wird der mit dem Profilrohrs 106 und mithin mit der Spindelmutter 104 verbundene Druckkolben 122 in Richtung des Druckraums 124 verschoben, sodass ein in dem Druckraum 124 befindliches Fluid mit einem Druck beaufschlagt wird.
