DE102019217039A1

DE102019217039A1 - Kolbenbetätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019217039A1
Application number: DE102019217039.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Greiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2021-05-06
Also published as: WO2021089212A1; CN114585546A; US20220388488A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbetätigungseinrichtung (10), insbesondere zur Förderung eines Druckmittels in einem Durckmittelkreis (23) einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs.Bekannte Kolbenbetätigungseinrichtungen (10) umfassen ein Vorrichtungsgehäuse (14) und einen Kolben (12), der von einem Spindeltrieb (24) zu einer hin oder hergehenden Translationsbewegung in Richtung einer Kolbenführungsachse (18) betätigbar ist.Der Spindeltrieb (24) weist dazu eine Spindelmutter (26) und eine mit der Spindelmutter (26) über einen Gewindetrieb (30) zusammenwirkende Spindel (28) auf. Der Gewindetrieb (30) wandelt eine Rotationsbewegung der Spindelmutter (26) in eine Translationsbewegung der Spindel (28) in Richtung einer Spindelbewegungsachse (36) um. Zu einer Übertragung der Translationsbewegung auf den Kolben (12) sind der Kolben (12) und die Spindel (28) axialfest miteinander verbunden.Vorgeschlagen wird, dass die axialfeste Verbindung zwischen Kolben (12) und Spindel (28) eine Gelenkverbindung (40) umfasst, welche eine Konzentrizitätsabweichung zwischen der Kolbenführungsachse (18) und der Spindelbewegungsachse (36) erlaubt.

Description

Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kolbenbetätigungseinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Kolbens zur Förderung eines Druckmittels in einem Druckmittelkreis einer elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Kolbenbetätigungseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt, beispielhaft sei diesbezüglich auf die Offenbarung des Dokuments DE 102014212409 A1 hingewiesen.
Die daraus bekannte Kolbenbetätigungseinrichtung umfasst einen in einer Axialführung eines Vorrichtungsgehäuses beweglich aufgenommenen Kolben, welcher von einem Spindeltrieb zu einer hin oder hergehenden Translationsbewegung entlang einer von der Axialführung definierten Kolbenführungsachse betätigbar ist. Der Kolben ist als einseitig offener Hohlkolben ausgeführt und nimmt in seinem Inneren den Spindeltrieb auf. Letzterer weist eine rotatorisch antreibbare, zylindrisch ausgebildete Spindelmutter und eine in einem Inneren dieser Spindelmutter angeordnete Spindel auf, welche von der Spindelmutter betätigt wird. Die Rotationsbewegung der Spindelmutter wird mittels eines Getriebes in eine Translationsbewegung der Spindel entlang einer Spindelbewegungsachse umgewandelt. Zu einer Übertragung dieser Translationsbewegung der Spindel auf den Kolben sind diese beiden Komponenten axialfest miteinander verbunden. Beim zitierten Stand der Technik sind der Kolben und die Spindel dazu exemplarisch in einem Stück, d.h. als einteiliges Bauteil, ausgeführt.
Eine Koppelung der Translationsbewegungen von Spindel und Kolben stellt qualitativ hohe Anforderungen an eine Koaxialität zwischen der Kolbenführungsachse im Vorrichtungsgehäuse und der Spindelbewegungsachse des Spindeltriebs. Weil aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen Koaxialitätsabweichungen jedoch nahezu unvermeidlich sind, können die dadurch verursachten Querkräfte an der Axialführung des Kolbens im Vorrichtungsgehäuse einen Verschleiß auslösen. Um eventuellem Verschleiß bereits im Vorfeld entgegen zu wirken, ist der Bereich der Kolbenführung im Vorrichtungsgehäuse deshalb mit einem Verschleißschutz versehen. Dabei handelt es sich um eine Beschichtung der Gehäusewandung.
Nachteiliger Weise erhöht die Erzeugung dieses Verschleißschutzes den Aufwand zur Herstellung des Vorrichtungsgehäuses und folglich dessen Herstellungskosten.
Vorteile der Erfindung
Eine Kolbenbetätigungseinrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass vorhandene Abweichungen in der Koaxialität zwischen der Kolbenführungsachse und der Spindelbewegungsachse keine verschleißverursachenden Querkräfte an der Axialführung des Kolbens im Vorrichtungsgehäuse bewirken. Dadurch reduzieren sich die Toleranz- und Qualitätsanforderungen an den Spindeltrieb und es lassen sich diesbezüglich kostengünstigere Spindeltriebe einsetzen. Zudem kann eine Beschichtung der Axialführung des Kolbens im Vorrichtungsgehäuse verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Vorrichtungsgehäuses vereinfacht und weitere Kosten eingespart werden können.
Erfindungsgemäß werden die oben erläuterten Vorteile dadurch erreicht, dass anstelle einer starren Anbindung des Kolbens an die Spindel nunmehr eine Gelenkverbindung eingesetzt wird, die eine solche toleranzbedingte Konzentrizitätsabweichung zwischen der Kolbenführungsachse und der Spindelbewegungsachse gestattet ohne Querkräfte an der Axialführung des Kolbens zu bewirken.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder aus der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Anspruch 2 umfasst die Gelenkverbindung zwischen Kolben und Spindel ein Steckerelement und eine Steckerbuchse, welche unter Ausbildung eines Kraftschlusses ineinandergreifen. Der Kraftschluss lässt sich durch ein Zusammenstecken des Steckerelements mit der Steckerbuchse fertigungstechnisch einfach darstellen.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das Steckerelement bzw. die Steckerbuchse der Gelenkverbindung jeweils einstückig an jeweils einem ihrer zugeordneten Bauteile ausgebildet sind, da sie sich dadurch an diesen Bauteilen besonders kostengünstig darstellen lassen und insbesondere auch weil sich die Anzahl zu montierender Einzelteile nicht erhöht. Bevorzugt sind das Steckerelement und die Steckerbuchse bzw. die jeweils gekoppelte Spindel und der Kolben aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt.
Eine Anordnung der Gelenkkupplung im Inneren des Kolbens bzw. der Spindelmutter verringert eine Neigung zur Verschmutzung und eine damit einhergehende Erhöhung der Reibverhältnisse der Gelenkverbindung über die Lebensdauer.
Die Ausbildung des Steckerelements mit einem zumindest abschnittsweise sphärisch gekrümmten, also kugelförmigen, Steckerkopf ermöglicht es, dass durch Koaxialitätsabweichungen auftretende Querkräfte auf die Axialfühung des Kolbens zumindest weitgehend vermieden werden und dies unabhängig davon, in welcher Raumrichtung die Querkräfte wirksam sind. Darüber hinaus erübrigt sich eine gegenseitige Ausrichtung von Kolben und Spindel zur Herstellung der gegenseitigen Verbindung.
Anstelle eines Getriebes in Gestalt eines bekannten Kugelgewindetriebs zwischen Spindelmutter und Spindel kann alterativ auch ein demgegenüber kostengünstigerer Gewindetrieb vorgesehen werden. Während bei einem Gewindetrieb ein Gewinde der Spindelmutter unmittelbar in ein Gegengewinde an der Spindel eingreift, erfolgt bei einem Kugelgewindetrieb die Drehmomentübertragung mittelbar über Kugeln, welche in Kugelumlaufbahnen angeordnet sind. Diese Kugelumlaufbahnen sind dabei mit einem ersten Teil ihres Bahnquerschnitts an der Spindelmutter und mit einem zweiten Teil an der Spindel ausgebildet. Demgegenüber einfacher aufgebauten Gewindetriebe zeichnen sich u.a durch ihren hohen mechanischen Wirkungsgrad aus.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in nachfolgender Beschreibung detailliert erläutert.
Die Zeichnung umfasst insgesamt eine Figur, welche eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenbetätigungseinrichtung im Längsschnitt zeigt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die einzige Figur zeigt eine Kolbenbetätigungseinrichtung 10 mit einem Kolben 12, der in einer Ausnehmung eines Vorrichtungsgehäuses 14 drehfest und axial verschiebbar aufgenommen ist. Dieser Kolben 12 ist als einseitig offener Hohlkolben ausgeführt, der an seinem offenen Ende mehrere radial abstehende Vorsprünge 16 aufweist. Diese Vorsprünge 16 erstrecken sich jeweils entlang eines Teils des Kolbenumfangs und greifen in zugeordnete Axialführungen 17 am Vorrichtungsgehäuse 14 ein. Die Axialführungen 17 bestimmen einerseits eine Kolbenführungsachse 18 und wirken anderseits zusammen mit den radialen Vorsprüngen 16 als Drehmomentstütze für den Kolben 12. Letztere verhindert eine Rotationsbewegung des Kolbens 12 im Vorrichtungsgehäuse 14.
Der Kolben 12 begrenzt mit einem geschlossenen Kolbenboden 20 eine im Vorrichtungsgehäuse 14 ausgebildete und mit Druckmittel befüllte Arbeitskammer 22. Deren Volumen ist in Abhängigkeit einer Betätigung des Kolbens 12 veränderbar. Wird der Kolben 12 beispielsweise in der Figur nach links bzw. in Vorwärtsrichtung (Richtungspfeil V) angetrieben, so nimmt das Volumen der Arbeitskammer 22 ab und vorhandenes Druckmittel wird aus der Druckkammer 22 in einen daran angeschlossenen Druckmittelkreis 23 verdrängt. Der Druckmittelkreis 23 ist anhand des Symbols einer Radbremse in der Figur veranschaulicht. In ihm steigt daraufhin das Druckniveau an. Bewegt sich der Kolben 12 demgegenüber nach rechts bzw. in Rückwärtsrichtung (Richtungspfeil R), nimmt das Volumen der Arbeitskammer 22 zu, Druckmittel strömt aus dem Druckmittelkreis 23 zurück in die Arbeitskammer 22 und das Druckniveau im Druckmittelkreis 23 sinkt. Zwischen der Druckänderung im Druckmittelkreis 23 und der Volumenänderung der Arbeitskammer 22 besteht ein durch eine sogenannte Druck/Volumen-Kennlinie darstellbarer, nichtlinearer Funktionszusammenhang.
Zur Betätigung des Kolbens 12 in die eine oder andere Bewegungsrichtung (Richtungspfeile V,R) ist die Kolbenbetätigungseinrichtung 10 mit einem Spindeltrieb 24 ausgestattet. Dieser Spindeltrieb 24 ist im hohlen Inneren des Kolbens 12 untergebracht und umfasst eine hohlzylindrisch ausgeführte Spindelmutter 26 sowie eine im Inneren dieser Spindelmutter 26 aufgenommene Spindel 28. Spindelmutter 26 und Spindel 28 wirken über einen Gewindetrieb 30 miteinander zusammen. Dazu ist am Innenumfang der Spindelmutter 26 ein Innengewinde 32 ausgebildet, welches unmittelbar in ein am Außenumfang der Spindel 28 ausgebildetes Außengewinde 34 eingreift.
Nicht dargestellt, aber alternativ möglich wäre es, anstelle dieses Gewindetriebs 30 einen Kugelgewindetrieb vorzusehen, bei dem Kugeln in einem Spalt zwischen Spindel und Spindelmutter angeordnet sind und in einer Kugelumlaufbahn ablaufen, von welcher ein erster Teil ihres Bahnquerschnitts an der Spindel und ein zweiter Teil an der Spindelmutter ausgebildet ist. Spindelmutter und Spindel stehen in diesem Fall mittelbar über die Kugeln miteinander im Eingriff.
Die Spindelmutter 26 ist ortsfest drehbar gelagert und führt eine Rotationsbewegung aus. Der dazu notwendige Antrieb der Spindelmutter 26 ist in der Figur anhand von Symbolen dargestellt. Er ist im Bereich des offenen Endes des Kolbens 12 angeordnet und weist einen elektronisch ansteuerbaren Motor M und vorzugsweise ein zwischen Motor M und Spindelmutter 26 geschaltetes Getriebe G auf.
Die der Spindelmutter 26 erteilte Rotationsbewegung wird über den Gewindetrieb 30 auf die Spindel 28 übertragen. Letztere ist, wie aus den nachfolgenden Erläuterungen hervorgeht, gegen ein Mitdrehen mit der Spindelmutter 26 gesichert und führt folglich relativ zur Spindelmutter 26 eine hin- oder hergehende Translationsbewegung entlang einer Spindelbewegungsachse 36 aus. Diese Translationsbewegung wird auf den Kolben 12 übertragen. Dazu sind die Spindel 28 und der Kolben 12 miteinander dreh- und axialfest verbunden. Diese Verbindung ist im Bereich des geschlossenen Inneren des Kolbens 12 platziert und umfasst erfindungsgemäß eine Gelenkverbindung 40, die eine Konzentrizitätsabweichung zwischen der Kolbenführungsachse 18 und der Spindelbewegungsachse 36 gestattet.
Die Gelenkverbindung 40 umfasst dazu ein am Ende der Spindel 28 ausgebildetes Steckerelement 42 sowie eine auf der Innenseite des Kolbenbodens 20 ausgebildete Steckerbuchse 44. Steckerelement 42 und Steckerbuchse 44 sind exemplarisch einstückig mit der Spindel 28, respektive mit dem Kolben 12 ausgebildet.
Das Steckerelement 42 erstreckt sich koaxial in Richtung der Längsachse der Spindel 28 und weist einen wenigstens abschnittsweise spärisch gekrümmten Steckerkopf 46 auf. Letzterer ist über einen in seinem Außendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser dieses Steckerkopfes 46 reduzierten Schaft 48 an dem Ende der Spindel 28 ausgebildet, das sich im Inneren der Spindelmutter 26 befindet.
Die Steckerbuchse 44 ist konzentrisch zum Steckerelement 46 auf der Innenseite des Kolbenbodens 20 ausgebildet. Sie weist einen hohlzylindrisch ausgeführten Querschnitt auf, in welchen das Steckerelement 42 eingepresst und unter radialer Vorspannung gehalten ist.
Bei der Herstellung der Verbindung zwischen Spindel 28 und Kolben 12 wird die Steckerbuchse 44 vom Druck auf den sphärisch gekrümmten Steckerkopf 46 aufgeweitet, bis der Steckerkopf 46 schließlich soweit in das Innere der Steckerbuchse 44 eindringen kann, bis er, wie in der Figur gezeigt, nur noch einen geringen Abstand zur Innenseite des Kolbenbodens 20 aufweist.
Mit der Einführung des Steckerkopfes 46 in die Steckerbuchse 44 berühren sich die beiden beteiligten Elemente entlang einer Linie entlang des Außenumfangs des Steckerkopfes 46. Eine sich zwischen Steckerkopf 46 und Steckerbuchse 44 einstellende Klemmkraft ist durch eine Abstimmung der geometrischen Abmessungen sowie der Elastizität des Materials des Steckerelements 42 bzw. der Steckerbuchse 44 anwendungsspezifisch derart einstellbar, dass unter den zu erwartenden Antriebskräften von der Spindelmutter 26 auf die Spindel 28 zwischen Steckerkopf 46 und Steckerbuchse 44 keine Relativbewegung in radialer Richtung, also kein Radialschlupf zu erwarten ist.
Die Steckerbuchse 44 erstreckt sich in axialer Richtung so weit, dass ihr freies Ende im Bereich des Schafts 48 des Steckerelements 42 endet. Dadurch ist eine begrenzte gegenseitige Verschwenkung quer zur Kolbenführungsachse 18 bzw. quer zur Spindelbewegungsachse 36 und folglich eine Koaxialitätsabweichung zwischen der Kolbenführungsachse 18 und der Spindelbewegungsachse 36 möglich, ohne dass dadurch Querkräfte auftreten, welche die Axialführung des Kolbens 12 im Vorrichtungsgehäuse 14 belasten.
Im Ergebnis wird der Führungsbereich des Kolbens 12 im Vorrichtungsgehäuse 14 durch die vorgesehene Gelenkverbindung 40 weniger stark mechanisch beansprucht und bedarf keines zusätzlichen Verschleißschutzes. Dies spart Aufwand zur Herstellung eines Vorrichtungsgehäuses 14 und demzufolge Herstellungskosten ein.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Gegenstand nach Anspruch 1 abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014212409 A1 [0002]

Claims

Kolbenbetätigungseinrichtung (10), insbesondere zur Betätigung eines Kolbens (12) zur Förderung eines Druckmittels in einem Druckmittelkreis (23) einer elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein Vorrichtungsgehäuse (14), einen Kolben (12), der in einer Führung (17) des Vorrichtungsgehäuses (14) verschiebbar aufgenommen ist, der eine Arbeitskammer (22) des Vorrichtungsgehäuses (14) begrenzt und der zur Änderung eines Volumens der Arbeitskammer (22) von einem Spindeltrieb (24) zu einer hin oder hergehenden Translationsbewegung entlang einer Kolbenführungsachse (18) betätigbar ist, wobei der Spindeltrieb (24) eine zu einer Rotationsbewegung antreibbare Spindelmutter (26) und eine Spindel (28) aufweist, welche derart miteinander zusammenwirken, dass die Rotationsbewegung der Spindelmutter (26) in eine hin oder hergehende Translationsbewegung der Spindel (28) entlang einer Spindelbewegungsachse (36) umgewandelt wird und wobei der Kolben (12) mit der Spindel (28) zu einer Übertragung dieser Translationsbewegung axialfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die axialfeste Verbindung zwischen dem Kolben (12) und der Spindel (28) eine Gelenkverbindung (40) umfasst, die eine Konzentrizitätsabweichung zwischen der Kolbenführungsachse (18) und der Spindelbewegungsachse (36) gestattet.
Kolbenbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindung (40) ein Steckerelement (42) und eine Steckerbuchse (44) umfasst, in welche das Steckerelement (42) eingepresst und unter einer radialen Vorspannung gehalten ist.
Kolbenbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (42) oder die Steckerbuchse (44) einstückig an einem dem Kolben (12) zugewandten Ende der Spindel (28) ausgebildet ist und dass die Steckerbuchse (44) oder das Steckerelement (42) einstückig an einer Innenseite eines Kolbenbodens (20) des Kolbens (12) ausgebildet ist.
Kolbenbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (42) einen zumindest abschnittsweise sphärisch gekrümmten Steckerkopf (46) aufweist und dass die Steckerbuchse (44) einen hohlzylindrischen Querschnitt aufweist in dem der Steckerkopf (46) unter radialer Vorspannung gehalten ist.
Kolbenbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (26) mit der Spindel (28) über einen Gewindetrieb (30) miteinander zusammenwirken, bei dem ein an der Spindelmutter (26) ausgebildetes Gewinde (32) unmittelbar in ein an der Spindel (28) ausgebildetes Gegengewinde (34) eingreift.