DE102019218917A1 - Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einer Spindeltriebeinheit (38) zur Umwandlung einer antriebsseitigen Rotationsbewegung (a) in eine Translationsbewegung (b) zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit (34), wobei zwischen der Spindeltriebeinheit (38) und einem elektrischen Antriebsmotor (18) eine Getriebeeinheit (22) angeordnet ist. Eine Antriebsmotorachse (26) und eine Achse (42) der Spindeltriebeinheit (38) sind radial versetzt zueinander angeordnet und die Kolben/Zylindereinheit (34) und der elektrische Antriebsmotor (18) sind an axialen gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinheit (22) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einer Spindeltriebeinheit zur Umwandlung einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit, wobei zwischen der Spindeltriebeinheit und einem elektrischen Antriebsmotor eine Getriebeeinheit angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, welches einen solchen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger umfasst.
  • Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
  • Bei einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger der hier interessierenden Art wird die Bremskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors oder eines anderen geeigneten elektrischen Antriebs erzeugt. Derartige Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in sogenannten Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Erzeugung der Bremsbetätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
  • Stand der Technik
  • Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik zu derartigen elektromechanischen Bremskrafterzeugern beim Betätigen des Bremspedals der manuell ausgeführte Pedalweg über einen elektronischen Pedalweggeber gemessen und an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet. Das elektronische Steuergerät berechnet hieraus entsprechende Ansteuersignale für einen elektrischen Antriebsmotor. Das Motordrehmoment wird über ein mehrstufiges Zahnradgetriebe in eine Unterstützungskraft für den Fahrer umgewandelt. Die von diesem Verstärker gelieferte Kraft wird in einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit in Hydraulikdruck zum Bremsen umgewandelt. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger liefert dabei ein Bremsgefühl, welches mit konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärkern vergleichbar ist. So lässt sich das Bremsgefühl über die elektronische Steuereinheit per Software an markenspezifische Charakteristika eines Fahrzeugs anpassen.
  • Aus der WO 2017/045804 A1 geht ein gattungsgemäßer elektromechanischer Bremsdruckerzeuger hervor. Der Bremsdruckerzeuger umfasst einen elektrischen Antriebsmotor, welcher über ein mehrstufiges Stirnradgetriebe mit einer Spindeltriebeinheit derart wirkverbunden ist, dass eine Rotation des elektrischen Antriebsmotors eine Translationsbewegung einer Spindel der Spindeltriebeinheit zur Betätigung eines Hauptbremszylinders hervorruft. Das mehrstufige Stirnradgetriebe erzeugt allerdings in Radialrichtung zur Spindeltriebeinheit einen recht großen Abstand bei relativ geringem Übersetzungsverhältnis, so dass die gesamte Baugruppe dieses elektromechanischen Bremskrafterzeugers recht großbauend ausfällt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger anzugeben, welcher sich durch eine bauraumsparende Übersetzung der elektromotorischen Antriebsleistung zur Übertragung auf die Spindeltriebeinheit und einen kostengünstigen Aufbau auszeichnet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit einem elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. In Anspruch 9 ist ein Fahrzeug mit einem den erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger umfassenden hydraulischen Bremssystem angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Antriebsmotorachse und eine Achse der Spindeltriebeinheit radial versetzt zueinander angeordnet sind und die Kolben/Zylindereinheit und der elektrische Antriebsmotor an axialen gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinheit angeordnet sind.
  • Die Achse der Spindeltriebeinheit ist gemäß der Erfindung parallel, jedoch radial benachbart zu der Antriebsmotorachse angeordnet. Eine solche Anordnung verschafft der Baueinheit in Axialrichtung eine höhere Kompaktheit. Im Gegensatz zu der Kolben/Zylindereinheit, welche beispielsweise in einem Ventilgehäuse angeordnet ist, ist der elektrische Antriebsmotor außerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen. Die Getriebeeinheit ist dabei in axialer Richtung zwischen dem Antriebsmotor und der Kolben/Zylindereinheit angeordnet.
  • Der elektrische Antriebsmotor ist als externer Motor vorgesehen, welcher somit keinen Platz innerhalb des Ventilgehäuses benötigt. Dadurch kann das Ventilgehäuse kleiner ausgebildet werden, so der Bauraum und das Material, des in der Regel aus einem Vollmaterial ausgebildeten Ventilgehäuses, eingespart wird. Dadurch ist ein solcher elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger kleiner und wirtschaftlicher herstellbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Getriebeeinheit ein Planetengetriebe auf, welches koaxial mit der Antriebsmotorachse angeordnet ist. Ein Planetengetriebe hat 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Planetengetriebe ein abtriebsseitiges Hohlrad auf, welches mit einem eine Spindel der Spindeltriebeinheit antreibenden Stirnrad zusammenwirkt. Das Hohlrad weist vorzugsweise eine Außenverzahnung auf, über welche das Hohlrad im Eingriff mit dem Stirnrad ist. Weitere Stirnräder sind somit nicht notwendig. Entsprechend wird die Anzahl an Teilen reduziert. Auch kann eine solche Getriebeeinheit kompakter bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise sind Planetenräder des Planetengetriebes als Stufenplaneten ausgebildet. 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 dabei 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 vorteilhaften Weiterbildung ist das Planetengetriebe zweistufig ausgebildet. Das zweistufige Planetengetriebe hat den Vorteil, dass hierbei der Planetenträger schwimmend ausgeführt werden kann, wodurch der Aufwand für die Lagerung verringert wird.
  • Vorteilhafterweise ist die Kolben/Zylindereinheit in einem Ventilgehäuse aufgenommen, gegenüber welchem der elektrische Antriebsmotor gelagert ist. Durch Lagerung zu dem Ventilgehäuse muss somit keine zusätzliche Möglichkeit zur Lagerung bereitgestellt werden. Der elektrische Antriebsmotor und die Kolben/Zylindereinheit weisen somit den selben Bezugspunkt auf. Dadurch kommt es zu keiner wesentlichen Relativbewegung zwischen beiden Elementen.
  • Ein durch die Relativbewegung resultierender Verschleiß in dem Pfad zwischen elektrischem Antriebsmotor und der Kolben/Zylindereinheit wird somit vermieden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der elektrische Antriebsmotor ein mit dem Ventilgehäuse befestigtes Motorgehäuse auf, an welchem der Planetenträger drehfest befestigt ist. Der Planetenträger ist somit fest mit dem Motorgehäuse verbunden. Dementsprechend muss keine zusätzliche Befestigung für den Planetenträger bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die Motorwelle zu dem Motorgehäuse gelagert werden. Das Motorgehäuse erfüllt somit neben der Aufnahme des Antriebsmotors, mehrere Funktionen. Durch die Befestigung des Motorgehäuses an dem Ventilgehäuse, kann der zuvor beschriebene einheitliche Bezugspunkt, und die damit einhergehenden Vorteile, sichergestellt werden.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist eine Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors bis in das Ventilgehäuse verlängert, in welchem an einem zum elektrischen Antriebsmotor gegenüberliegenden axialen Ende ein Drehzahlsensor angeordnet ist. Der Drehzahlsensor ist vorzugsweise direkt auf einer Leiterkarte aufgebracht. Mit dem Drehzahlsensor werden dabei bevorzugt Signale eines magnetischen Elements, an einer axialen Stirnseite der Motorwelle, erfasst. Somit können die elektronischen Komponenten zusammengefasst und im Bereich der elektronischen Steuereinheit angeordnet 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, und
    • 2 Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs 14 eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers gezeigt. Der Antriebsstrang 14 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 18, über welchen eine Rotationsbewegung a erzeugbar ist. Der elektrische Antriebsmotor 18 ist mechanisch mit einer Getriebeeinheit 22 verbunden. Diese Getriebeeinheit 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe 22 ist koaxial zu einer Antriebsmotorachse 26 positioniert und an einem Ventilgehäuse 28 des Bremsdruckerzeugers angeordnet.
  • Über das Planetengetriebe 22 wird die Antriebsdrehzahl des elektrischen Antriebsmotors 18 in eine langsamere Drehzahl übersetzt. Das Planetengetriebe 22 ist an einer Ausgangsseite mit einem Hydraulikmodul 30 mechanisch verbunden. Das Hydraulikmodul 30 weist eine Kolben/Zylindereinheit 34 auf, welche über eine axiale Translationsbewegung b einer Spindeltriebeinheit 38, einen Bremsdruck erzeugt. Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Antriebsstrang 14 ist biaxial angeordnet. Dies bedeutet, dass eine Achse 42 der Spindeltriebeinheit 38 des Hydraulikmoduls 30 parallel und radial versetzt zur Antriebsmotorachse 26 angeordnet ist.
  • Der elektrische Antriebsmotor 18 ist dabei nicht in dem Ventilgehäuse 28 angeordnet, sondern liegt extern an dem Planetengetriebe 22 an. Der elektrische Antriebsmotor 18 und die in dem Ventilgehäuse 28 angeordnete Kolben/Zylindereinheit 34, sind somit an axial gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinheit 22 positioniert. Dadurch wird Platz, zur Aufnahme des elektrischen Antriebsmotors 18, in dem Ventilgehäuse 28 eingespart, so dass das Ventilgehäuse 28 kleiner ausgebildet werden kann.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs 14, eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers. In dieser Figur ist der aus der 1 gezeigte Antriebsstrang 14, detaillierter dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hydraulikmodul 30, der elektrische Antriebsmotor 18 und das Planetengetriebe 22, in einem gemeinsamen Außengehäuse 46 angeordnet, welches über Befestigungsmittel 50 mit dem Ventilgehäuse 28 verbunden ist. Der elektrische Antriebsmotor 18 ist in diesem Außengehäuse 46 zusätzlich noch in einem separaten Motorgehäuse 54 angeordnet, welches ebenfalls mit dem Ventilgehäuse 28 verbunden ist.
  • Der elektrische Antriebsmotor 18 weist eine Motorwelle 58 auf, welche gegenüber dem Motorgehäuse 54 über Lager 62 gelagert ist. An der Motorwelle 58 ist ein Sonnenrad 66 des Planetengetriebes 22 angeordnet, das durch den elektrischen Antriebsmotor 18 angetrieben wird. Das Sonnenrad 66 wirkt mit Planetenrädern 70 zusammen, welche über einen an dem Motorgehäuse 54 befestigten Planetenträger 72 drehbar sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Planetenräder 70 als Stufenplaneten ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Planetenräder 70 in einem Eingriffsbereich mit dem Sonnenrad 66, einen größeren Durchmesser aufweisen, als in einem Eingriffsbereich mit einem Hohlrad 74. Das Hohlrad 74 ist dabei drehbar zu dem Ventilgehäuse 28 gelagert. Die Motorwelle 58 ist durch das Planetengetriebe 22, bis in das Ventilgehäuse 28 verlängert. An einem zum elektrischen Antriebsmotor 18 gegenüber liegenden axialen Ende der Motorwelle 58, ist ein Drehzahlsensor 78 in dem Ventilgehäuse 28 angeordnet, welcher die Drehzahl der Motorwelle 58 erfasst. Die Drehzahl wird in diesem Ausführungsbeispiel über ein magnetisches Element 80, am axialen Ende der Motorwelle 58, detektiert.
  • Das Hohlrad 74 weist eine außenseitige Verzahnung auf, über welche das Hohlrad 74 mit einem Stirnrad 82 der Spindeltriebeinheit 38 zusammenwirkt, so dass das Stirnrad 82 in Rotation versetzt wird. Die Spindeltriebeinheit 38 umfasst dabei eine Spindel 86, welche drehbar in einer fest mit dem Ventilgehäuse 28 verbundenen Spindeltriebaufnahme 90, gehalten ist. In der Spindeltriebaufnahme 90 ist zusätzlich eine Spindelmutter 94 aufgenommen, welche mit der Spindel 86 im Eingriff ist, so dass die Spindelmutter 94, mit Drehung der Spindel 86, axial verschiebbar ist.
  • Das Stirnrad 82 ist fest mit einem becherförmigen Strukturelement 98 verbunden, welches drehbar zu der Spindeltriebaufnahme 90 gelagert ist. Das Strukturelement 98 ist zusätzlich fest mit einem Ende der Spindel 86 verbunden, so dass die Spindel 86 über das Strukturelement 98, zusammen mit dem Stirnrad 82 gedreht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017/045804 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einer Spindeltriebeinheit (38) zur Umwandlung einer antriebsseitigen Rotationsbewegung (a) in eine Translationsbewegung (b) zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit (34), wobei zwischen der Spindeltriebeinheit (38) und einem elektrischen Antriebsmotor (18) eine Getriebeeinheit (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsmotorachse (26) und eine Achse (42) der Spindeltriebeinheit (38) radial versetzt zueinander angeordnet sind und die Kolben/Zylindereinheit (34) und der elektrische Antriebsmotor (18) an axialen gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinheit (22) angeordnet sind.
  2. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (22) ein Planetengetriebe aufweist, welches koaxial mit der Antriebsmotorachse (26) angeordnet ist.
  3. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (22) ein abtriebsseitiges Hohlrad (74) aufweist, welches mit einem eine Spindel (86) der Spindeltriebeinheit (38) antreibenden Stirnrad (82) zusammenwirkt.
  4. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Planetenräder (70) des Planetengetriebes (22) als Stufenplaneten ausgebildet sind.
  5. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (22) zweistufig ausgebildet ist.
  6. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylindereinheit (34) in einem Ventilgehäuse (28) aufgenommen ist, gegenüber welchem der elektrische Antriebsmotor (18) gelagert ist.
  7. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (18) ein mit dem Ventilgehäuse (28) befestigtes Motorgehäuse (54) aufweist, an welchem der Planetenträger (72) drehfest befestigt ist.
  8. Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorwelle (58) des elektrischen Antriebsmotors (18) bis in das Ventilgehäuse (28) verlängert ist, in welchem an einem zum elektrischen Antriebsmotor (18) gegenüberliegenden axialen Ende ein Drehzahlsensor (78) angeordnet ist.
  9. Fahrzeug, umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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