-
Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator für ein hydraulisches Bremssystem, umfassend einen elektrischen Motor mit einem Motorgehäuse und einen Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und darauf angeordneten Mutter, wobei die Spindel mit einem Ende in einem Drehmoment übertragendem Kopplungsstück angeordnet ist.
-
Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Bremssystem.
-
Linearaktuatoren finden in modernen hydraulischen bzw. elektrohydraulischen Bremssystemen als Druckbereitstellungseinrichtungen Verwendung. Sie umfassen einen hydraulischen Druckraum, in den zum Druckaufbau bedarfsweise ein Druckkolben verschoben wird. Dazu wird eine rotatorische Bewegung eines Elektromotors mit Hilfe eines Rotations-Translationsgetriebes in eine translatorische Bewegung des Druckkolbens umgewandelt. Das Rotations-Translationsgetriebe ist gewöhnlich als Kugelgewindetrieb ausgebildet mit einer Spindel und einer gegenüber der Spindel verdrehbaren Spindelmutter bzw. Mutter, an der der Druckkolben befestigt ist. Der Elektromotor wird von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert. Je nach erfasstem Fahrerbremswunsch oder Regelvorgängen kann mit Hilfe des Linearaktuators Druck in den Radbremsen des Bremssystems Druck aufgebaut werden.
-
Wenn die Mutter nach einem maximalen Hub zu ihrer Ausgangsposition zurückfährt, muss ihre kinetische Energie absorbiert werden. Auch wenn der Motor die Mutter an diesem Punkt stoppt, hat das System aufgrund seiner Trägheit immer noch kinetische Energie. Um diese Energie zu absorbieren, wird gewöhnlich ein Elastomerdämpfer verwendet. Um sicherzustellen, dass der Elastomerdämpfer nicht beschädigt wird aufgrund der Rotationsbewegung der Spindel, wird eine Reibscheibe zwischen Mutter und Dämpfer verwendet. Zur Befestigung des Kugelgewindetriebs am Motor wird gewöhnlich ein Sicherungsring verwendet.
-
Der Elastomerdämpfer muss hierbei zwei wesentliche Funktionen erfüllen. Zum einen muss er die kinetische Energie der Spindel während der Initialisierung und am Hubende im laufenden Betrieb absorbieren. Zum anderen sorgt er dafür, dass das Spindelende unter Vorspannung im Motor angeordnet ist und wirkt Ziehkräften entgegen bei der Wiederbefüllung der Druckkammer des Linearaktuators. Löst sich die Spindel während des Betriebs der Druckbereitstellungseinrichtung führt, dies zu erhöhtem Verschleiß und klackernden Geräuschen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Linearaktuator bereitzustellen, bei dem ein Loslösen des Spindelendes während der Initialisierung oder des Betriebs vermieden wird. Weiterhin sollen ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein verbessertes Bremssystem bereitgestellt werden.
-
In Bezug auf den Linearaktuator wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein vorgespanntes Rückholelement, welches am Motorgehäuse befestigt ist und welches die Spindel gegen das Kopplungsstück drückt, und ein Absorbierungselement, welches in axialer Richtung zwischen Rückholelement und Mutter angeordnet ist, vorgesehen sind.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Vorteilhafterweise sind das Rückholelement und das Absorbierungselement jeweils als Tellerfedern ausgebildet.
-
Das Rückholelement ist vorzugsweise als gekerbte Tellerfeder bzw. gekerbte Rückholtellerfeder ausgebildet und/oder das Absorbierungselement ist bevorzugt als konische Tellerfeder ausgebildet ist.
-
Die gekerbte Tellerfeder umfasst vorteilhafterweise an einem äußeren Umfang einen zylindrischen ringförmigen Bereich.
-
Vorteilhafterweise ist eine Reibscheibe zwischen dem Absorbierungselement und der Mutter angeordnet.
-
Das Absorbierungselement ist bevorzugt unter Vorspannung zwischen dem Rückholelement und der Reibscheibe angeordnet.
-
Das Rückholelement ist bevorzugt als Rückholfeder mit einer Mehrzahl elastischer Beine und das Absorbierungselement als gestufte Tellerfeder ausgebildet.
-
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem
- • in einem ersten Schritt die gestufte Tellerfeder mit der Spindel verbunden wird, insbesondere durch Presspassung;
- • in einem zweiten Schritt die Rückholfeder mit der Spindel verbunden wird;
- • in einem dritten Schritt die Rückholfeder in Richtung der gestuften Tellerfeder geschoben wird bis sie in Kontakt sind; und
- • in einem vierten Schritt ein Sicherungsring in einer Nut der Spindel befestigt wird, wobei der Sicherungsring die Rückholfeder fixiert und einen konstanten Kontakt zwischen Rückholfeder und gestufter Tellerfeder sicherstellt.
-
Sie wird weiterhin gelöst, indem
- • in einem ersten Schritt die Reibscheibe an der Spindel befestigt wird;
- • in einem zweiten Schritt das Absorbierungselement an der Spindel befestigt wird;
- • in einem dritten Schritt die Rückholfeder an der Spindel befestigt wird;
- • in einem vierten Schritt die Rückholfeder in Richtung des Absorbierungselementes geschoben wird bis sie in Kontakt sind; und
- • in einem fünften Schritt ein Sicherungsring in einer Nut der Spindel befestigt wird, wobei der Sicherungsring die Rückholfeder fixiert und eine Vorspannung des Absorbierungselementes sicherstellt.
-
In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem oben beschriebenen Linearaktuator.
-
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Verschleiß der Spindel und der Bauteile an ihrem Anschlag in der Grundposition verringert wird, wodurch eine längere Lebensdauer des Linearaktuators resultiert. Zusätzlich werden klackernde Geräusche vermieden, sodass der Fahrer nicht irritiert wird oder den Eindruck einer minderwertigen Fahrzeugqualität bekommt. Der Herstellungsprozess des Linearaktuators kann zuverlässig überwacht werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- 1 einen Linearaktuator noch dem Stand der Technik;
- 2 einen Ausschnitt des Linearaktuators gemäß 1;
- 3 einen weiteren Ausschnitt des Linearaktuators gemäß 1;
- 4 einen weiteren Ausschnitt des Linearaktuators gemäß 1;
- 5 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Linearaktuators in einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 6 eine Spindel und zwei Federn in einer perspektivischen Darstellung;
- 7 die Spindel und Federn gemäß 7 in einem Schnitt;
- 8 die Spindel und Federn gemäß 7 in einem Schnittausschnitt;
- 9 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Linearaktuators in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
- 10 den Ausschnitt gemäß 9;
- 11 den Ausschnitt gemäß 9:
- 12 drei Schritte eines Herstellungsprozesses;
- 13 einen Schnitt durch den Linearaktuator mit eingezeichneten Kräften; und
- 14 einen weiteren Schnitt durch den Linearaktuator.
-
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Ein in 1 dargestellter, bekannter Linearaktuator 2 umfasst ein Gehäuse 4, in dem ein Elektromotor 6 und ein Kugelgewindetrieb 8 angeordnet sind. Der Elektromotor 6 weist ein Motorgehäuse 6a auf, welches Teil des Gehäuses 4 des Linearaktuators 2 sein kann. Der Kugelgewindetrieb 8 umfasst eine Spindel 10 und eine darauf angeordnete Mutter 12, die verdrehsicher, aber beweglich in axialer Richtung im Gehäuse 4 angeordnet ist. Der Rotor des Elektromotors 6 ist fest mit der Spindel 10 gekoppelt, sodass eine Drehung des Rotors zu einer Drehung der Spindel 10 führt.
-
Durch Drehen der Spindel 10 verschiebt sich die Mutter 12 auf der Spindel in axialer Richtung. Ein Druckkolben 14 ist fest mit der Mutter 12 verbunden und kann so in einen Druckraum (nicht dargestellt) verschoben werden. Zum maximalen Druckaufbau korrespondiert dabei ein maximaler Hub des Druckkolbens 14. Bei der Initialisierung oder nach Ende eines Druckaufbaus fahren Druckkolben 14 und Mutter 12 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Ein Ende der Spindel 10 ist in einem drehmomentübertragenden Kupplungsstück 36 angeordnet, welches das Drehmoment des Rotors des Elektromotors 6 auf die Spindel 10 überträgt.
-
In 2 ist der Linearaktuator 2 gemäß 1 ausschnittweise dargestellt. Wenn die Mutter 12 zu ihrer Ausgangsposition zurückkehrt, weist sie kinetische Energie auf, die am Ende der Bewegung absorbiert werden muss. Auch wenn der Motor 6 rechtzeitig seine Drehung stoppt ist aufgrund der Trägheit der Mutter 12 diese Energie noch vorhanden. Um diese Energie zu absorbieren, wird ein Elastomerdämpfer 20 verwendet. Damit dieser nicht aufgrund der Rotation der Spindel 10 beschädigt wird, wird eine Reibscheibe 22 eingesetzt, welche zwischen Mutter 12 und Elastomerpuffer bzw. Elastomerdämpfer 20 angeordnet ist. Mit Hilfe eines Sicherungsringes 26 wird der Kugelgewindetrieb 8 im Motor 6 befestigt.
-
In 3 ist der Linearaktuator mit eingezeichneten Kräften eingezeichnet. Der Elastomerdämpfer 20 hat die Aufgaben, das Spindelende unter Vorspannung im Motor zu halten und Ziehkräften während der Nachfüllung entgegenzuwirken, sowie die kinetische Energie zu absorbieren. Während des Vorspannes verteilen sich die Kräfte von einer Nut 30, die den Sicherungsring 26 aufnimmt, über den Sicherungsring 26, die Reibscheibe 22 und Elastomerdämpfer 20 zur Spindel 10, um sie dauerhaft in Kontakt mit einer äußeren Hülse bzw. dem Kopplungselement bzw. Kopplungsstück 36 zu halten. Diese Übertragung der Kräfte ist mit einem geschlängelten Pfeil 38 dargestellt.
-
Gleichzeitig wirken während des Wiederauffüllens des Druckraums Ziehkräfte 40 auf die Spindel 10. Diese Kräfte werden durch den Elastomerdämpfer 20 entgegengewirkt, wodurch ein Loslösen der Spindel 10 von der äußeren Hülse 26 verhindert wird.
-
In einem zweiten Fall während der Initialisierung, der in 4 dargestellt wird, fährt die Spindel 10 zurück und die Mutter 12 kommt in Kontakt mit der Reibscheibe 22. Jetzt werden die Kräfte übertragen durch die Reibscheibe 22 und den Elastomerdämpfer 20 und die Spindel 10 wird aus der Hülse bzw. dem Kopplungsstück gezogen 36. Nach diesem Vorgang wird die Spindel 10 losgelassen und trifft die Hülse, wobei ein Klickgeräusch bzw. Klackern entsteht, was zu Verschleiß am Spindelende führt. Dies geschieht auch, wenn die Mutter 12 nicht bei ihrer translatorischen Bewegung stoppt und gehen die Reibscheibe stößt 22.
-
Das Material des Elastomerdämpfers 20 verändert sich gewöhnlich stark in Abhängigkeit von seiner Temperatur und unterliegt starken Alterungserscheinungen. Beides kann dazu führen, dass während der Lebenszeit des Dämpfers 20 dieser seine Aufgabe nur ungenügend erfüllen kann. Der Dämpfer 20 wird auch verwendet zur Bestimmung des Ausgangszustandes der Mutter 12 des Kugelgewindetriebs 8.
-
In 5 sind Komponenten eines erfindungsgemäßen Linearaktuators in einer ersten bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dabei ist eine gekerbte Tellerfeder 50 vorgesehen, um die Schraube / Spindel 10 zurückzuhalten und somit als Rückholfeder fungiert, sowie eine konische Tellerfeder 54, um die Bewegung der Mutter 12 zu stoppen. Weiterhin ist eine Reibscheibe 22 vorgesehen. Diese drei Komponenten werden auf die Spindel 10 mit Hilfe einer spiralförmigen Rückholfeder 60 gesetzt. Sie werden dann innerhalb einer Rotorröhre 66 angeordnet. Das Drehmoment wird vom Motor auf die Spindel 10 übertragen mit Hilfe des drehmomentübertragenden Kopplungsstückes 36 bzw. einer drehmomentübertragenden Kupplung. Die Ausmaße und die Geometrie der drehmomentübertragenden Kupplung sind gewählt in Abhängigkeit von den Größen von Drehmoment und Axialkräften. Die Außenseite der Rückholfeder 50 ist gekerbt und kann sich außen komprimieren, sodass ihr äußerer Durchmesser abnehmen kann, um in der Rotorröhre 66 angebracht zu werden.
-
In 6 sind Spindel 10, Reibscheibe 22, konische Tellerfeder 54 und gekerbte Tellerfeder 50 im zusammengesetzten Zustand dargestellt. In diesem zusammengesetzten Zustand werden Sie bevorzugt in die Rotorröhre 66 eingesetzt.
-
Auf der Innenseite der Röhre 66 ist eine Nut/Rille 86 gefertigt (siehe 8), in welcher die gekerbte Tellerfeder 50 nach dem Aufprall gehalten wird. Diese Feder 50 ist dazu ausgebildet, die Spindel 10 gegen das Ende der Röhre 66 zu drücken und während des Betriebs einen konstanten Kontakt der Spindel 10 zum Röhrenende sicherzustellen.
-
Während des Nachfüllens des Druckraumes mit Bremsflüssigkeit verhindert die Feder 50 eine Spindelbewegung unter Einfluss der Nachfüllkräfte. Die gekerbte Tellerfeder 50 weist einen äußeren zylindrischen Bereich 70 auf, der das Zusammensetzen der Komponenten unterstützt. Wenn die Feder 50 in die Nut 86 korrekt eingeführt ist, kann mit Hilfe eines zylindrischen Werkzeuges 80 die korrekte Lage ermittelt werden, siehe dazu 7 und 8.
-
Die konische Tellerfeder 54 ist im zusammengesetzten Zustand vorgespannt zwischen Feder 50 und Reibscheibe 22, wodurch die Relativbewegung der Federn 50, 54 und der Reibscheibe 22 während des Betriebs verhindert werden, sodass auch das Entstehen von Geräuschen, die auf der Relativbewegung beruhen, verhindert werden. Die Tellerfeder wird verwendet, um den Hub der Mutter zu initialisieren. Wenn der Kontakt zwischen Mutter 12 und Reibscheibe 22 hergestellt ist, erfolgt während der Initialisierung als nächstes die Rotation der Mutter 12, bis das Drehmoment den empfohlenen Wert erreicht. Dadurch wird die konische Tellerfeder 54 komprimiert. Diese Kompression erfolgt zwischen Mutter und einem Rückhaltering, der auf der Spindel 10 angeordnet ist und bewegt die Spindel nicht aus ihrer Arbeitsposition.
-
Dadurch erfüllen die beiden Federn 50, 54 verschiedene Aufgaben. Die gekerbte Tellerfeder 50 bzw. Rückholfeder hat die Aufgabe, die Spindel 10 während des Betriebs zurückzuhalten, während die andere Feder 54 die Funktion hat, den Mutterhub zu initialisieren. Dies erlaubt, die beiden Federn 50, 54 unterschiedlich hinsichtlich ihrer Kraft zu dimensionieren, ohne dass sie sich funktionell stören.
-
In 9 ist ausschnittsweise ein Linearaktuator in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Funktion des konventionellen Elastomerdämpfers von zwei verschiedenen Federn 90, 92 übernommen. Eine Rückholfeder 90 dient der Vorspannung und Gegenwirkung von Ziehkräften. Eine gestufte Tellerfeder 92 wird bei der Initialisierung und fehlerhaftem Gebrauch eingesetzt. Die Rückholfeder 90 wird auf der Spindel 10 mit Hilfe des Sicherungsringes 26 befestigt. Sie ist mit einer lamellaren, spinnenartigen Struktur gebildet mit einer Mehrzahl von Beinen 100, im vorliegenden Beispiel fünf, die bevorzugt gleichmäßig entlang eines Umfanges verteilt sind. Die Beine 100 werden in einem äußeren Durchmesser in eine Nut des Motors eingesetzt.
-
Während der Vorspannung, siehe 10, werden Kräfte, diese sind durch einen geschwungenen Pfeil 120 gekennzeichnet, von der Motornut durch die Rückholfeder 90 und den Sicherungsring 26, wodurch die Spindel 10 in das Motorende bzw. die Hülse 36 gedrückt wird. Aufgrund ihrer Elastizität hält die Rückholfeder 90 das Spindelende in Kontakt mit dem Motor auch beim Auftreten von Ziehkräften 130 während des Nachfüllvorganges.
-
Während der Initialisierung und bei fehlerhaftem Gebrauch, siehe 11, fährt die Spindel 10 zurück und die Mutter 12berührt die Tellerfeder 92. Wenn die Tellerfeder 92 komprimiert wird, wird die Gegenkraft dazu durch den Sicherungsring 14 zur Spindel 10 und dann zurück zur Mutter 12 transferiert. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird das Spindelende nicht mehr vom Motor 6 weggezogen und eine Reibscheibe ist nicht mehr notwendig.
-
In 12 sind Schritte des Herstellungsprozesses des Linearaktuators in der zweiten Ausführungsform dargestellt. In einem ersten Schritt (links dargestellt) wird mit einer Press-Fit-Verbindung die gestufte Tellerfeder 92 auf die Spindel 10 gesetzt. In einem darauffolgenden, zweiten Schritt, der in der Mitte dargestellt ist, wird die Rückholfeder 90 auf die Spindel 10 gesetzt. In einem darauffolgenden, dritten Schritt, der rechts in der FIG. dargestellt ist, wird die Rückholfeder 90 an die gestufte Tellerfeder 92 gedrückt, wobei danach der Sicherungsring 26 in die entsprechende Nut in der Spindel 10 eingesetzt wird.
-
Im Zusammenhang mit den 13 und 14 wird noch das Einsetzen dieser Komponenten in den Motor beschrieben. Mit einem Werkzeug 200 wird mit hoher Kraft auf die Spindel gedrückt, sodass eine Beschädigung der Feder 92 vermieden wird, siehe 13. Danach werden mit einem Werkzeug 220 mit dünnen Wänden die Beine 100 der Rückholfeder 90 mit geringerer Kraft gedrückt. Gleichzeitig kann aufgrund des Weges s, welches das Werkzeug 220 zurücklegt, ob die Feder auf dem Motor befestigt ist.
