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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs. Dieser Bremsdruckerzeuger weist eine Spindeltriebeinheit zur Umwandlung einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit auf. Zwischen der Spindeltriebeinheit und einem elektrischen Antriebsmotor ist ein mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenes Planetengetriebe angeordnet.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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Aus der
WO 2012/013314 A2 ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, welcher eine über eine Kugelspindel eingebrachte Pedalkraft verstärkt. Dazu ist an der Kugelspindel eine Kugelumlaufmutter angeordnet, welche über ein Planetengetriebe durch einen Elektromotor zur Verstärkung der Pedalkraft angetrieben ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger mit einem Getriebe anzugeben, welches bei geringerem Bauraum eine hohe Übersetzung aufweist, und mit welchem automatisch verschiedene Übersetzungen einstellbar sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit einem elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger 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 10 ist ein Fahrzeug mit einem den erfindungsgemäßen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger umfassenden hydraulischen Bremssystem angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Planetengetriebe zwei-stufig ausgebildet ist und ein Planetenträger und ein erstes antriebsseitiges Hohlrad des Planetengetriebes zu einem Zylindergehäuse der Kolben-/Zylindereinheit über jeweils einen Freilauf gelagert sind. Die beiden Freiläufe weisen eine zueinander entgegengesetzte Sperrrichtung auf. Ein zweites mit der Spindeltriebeinheit verbundenes abtriebsseitiges Hohlrad ist über ein Lager drehbar zum Zylindergehäuse gelagert.
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Die beiden Stufen des Planetengetriebes sind dabei axial versetzt zueinander angeordnet und werden durch die gemeinsamen Planetenräder miteinander verbunden. Das erste antriebsseitige Hohlrad ist dabei auf der Seite des elektrischen Antriebsmotors angeordnet, während das zweite abtriebsseitige Hohlrad auf der Seite der Spindeltriebeinheit vorgesehen ist. Nach der Erfindung sind die Freiläufe derart ausgebildet, dass diese lediglich eine Drehbewegung in eine einzige Drehrichtung zulassen, wohingegen die Drehbewegung entgegengesetzt zu dieser Richtung gesperrt wird. Die Drehrichtung, in welcher die beiden Freiläufe sperren ist dabei verschieden, so dass lediglich einer der Freiläufe während des Druckaufbaus, beziehungsweise während des zurück Ziehens des Kolbens, die Drehbewegung sperrt. Durch die Lagerung des zweiten abtriebsseitigen Hohlrades kann dieses frei in beiden Richtungen bewegt werden.
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Durch die Sperrung der Freiläufe wird während des Druckaufbaus und des zurück Ziehens des Kolbens eine verschiedene Übersetzung des Planetengetriebes eingestellt. Dadurch kann in der Druckaufbaurichtung eine hohe Übersetzung realisiert werden, während in der Phase des zurück Ziehens des Kolbens automatisch eine niedrige Übersetzung eingestellt wird. Dies ermöglicht insbesondere beim zurück Ziehens eine schnellere Befüllung des Zylinders mit Hydraulikflüssigkeit.
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Die Verwendung eines Planetengetriebes hat zusätzlich den Vorteil, dass ein hohes Übersetzungsverhältnis bei kleinem Bauraum realisiert werden kann. Dadurch kann ein solcher Bremsdruckverstärker platzsparend vorgesehen werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Freilauf zwischen Planetenträger und Zylindergehäuse derart angeordnet, dass dieser in einer Druckaufbaurichtung des hydraulischen Kolbens, die Drehbewegung des Planetenträgers sperrt. Durch die entsprechende Anordnung der Freiläufe in dem Planetengetriebe ist es möglich, dass der Kolben durch den Druck im Zylinder zurück bewegt werden kann. Dementsprechend wird die in einem solchen Planetengetriebe vorliegende Selbsthemmung vermieden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das zweite abtriebsseitige Hohlrad mit einer Spindelmutter der Spindeltriebeinheit verbunden. Dies bedeutet, dass sich die Spindelmutter zusammen mit dem zweiten Hohlrad dreht, während die Spindel gegen Verdrehung gesichert sein muss. Es ist dabei lediglich notwendig, den Kolben gegen Verdrehung zu sichern.
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Alternativ ist das zweite abtriebsseitige Hohlrad mit einer Spindel der Spindeltriebeinheit verbunden. Dies bedeutet, dass sich die Spindel zusammen mit dem zweiten Hohlrad dreht, während die Spindelmutter gegen Verdrehung gesichert sein muss. Dies hat den Vorteil, dass anstelle des Kolbens die Spindelmutter gegen Verdrehung gesichert werden kann. Dadurch können Verdrehsicherungen des Kolbens entfallen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind Planetenräder des Planetengetriebes zwischen einer ersten und einer zweiten Stufe als Stufenplaneten ausgebildet. Ein Stufenplanet ist ein Planetenrad, welche 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. Die Zähnezahl der Stufen unterscheidet sich dabei zueinander. Dadurch kann die Übersetzung zusätzlich verändert werden. Ebenso kann dadurch die Zähnezahl der Hohlräder voneinander variieren.
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Vorteilhafterweise sind Planetenräder und/oder ein Sonnenrad des Planetengetriebes aus einem gesinterten Metallmaterial ausgebildet. Das gesinterte Metallmaterial hat den Vorteil, dass durch die poröse Oberfläche ein Schmiermaterial besser zur Verfügung gestellt werden kann, so dass der Verschleiß der Bauteile minimiert wird.
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Bevorzugt sind die Planetenräder und/oder der Planetenträger und/oder wenigstens ein 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.
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Um eine Lastaufnahme und Verteilung der Lagerlast zu verbessern werden vorzugsweise in das Kunststoffspritzguss-Material Stahleinleger eingebracht, zur Aufnahme und Verteilung von Lagerlasten. Dadurch kann somit wirtschaftlich die Tragkraft der entsprechenden Komponenten verbessert werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist wenigstens ein Freilauf als Rollenfreilauf ausgebildet. Ein Rollenfreilauf hat den Vorteil, dass dieser in der Freilaufrichtung sehr leise ist und in der Sperrrichtung einen kurzen Sperrweg aufweist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers,
- 2a Schematische Darstellung des Planetengetriebes bei einem Druckaufbau im Zylinder, und
- 2b Schematische Darstellung des Planetengetriebes bei einer Rückbewegung des Kolbens.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 10 gezeigt. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger 10 weist einen elektrischen Antriebsmotor M, zum Aufbringen einer antriebsseitigen Rotationsbewegung 12, auf. Der elektrische Antriebsmotor M ist mit einem Sonnenrad 14 eines Planetengetriebes 18 verbunden. Das in einem Zylindergehäuse 22 angeordnete Sonnenrad 14 wird dabei durch den elektrischen Antriebsmotor M in eine Rotation versetzt. Über das Sonnenrad 14 werden Planetenräder 26 angetrieben, welche um das Sonnenrad 14 angeordnet sind. Ein Planetenträger 30, an welchem die Planetenräder 26 gehalten sind, ist dabei über einen Freilauf 34a zum Zylindergehäuse 22 gelagert. Der Freilauf 34a ermöglicht dem Planetenträger 30 eine Drehbewegung in lediglich einer Drehrichtung. Die andere Drehrichtung wird dabei gesperrt.
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Die Planetenräder 26 laufen in einem ersten antriebsseitigen Hohlrad 38 und in einem dazu axial versetzten zweiten abtriebsseitigen Hohlrad 42. Das erste Hohlrad 38 ist ebenfalls über einen Freilauf 34b zu dem Zylindergehäuse 22 gelagert. Der Freilauf 34b des ersten Hohlrades 38 sperrt dabei die Drehrichtung, die bei dem Freilauf 34a des Planetenträgers 30 freigegeben ist. Im Gegensatz zu dem ersten Hohlrad 38, ist das zweiten Hohlrad 42 über ein Lager 46 zu dem Zylindergehäuse 22 gelagert, so dass das zweite Hohlrad 42 in beide Drehrichtungen drehbar ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Hohlrad 42 mit einer Spindelmutter 50 einer Spindeltriebeinheit 54 verbunden. Durch Drehung des zweiten Hohlrades 42 wird somit auch die Spindelmutter 50 in Drehung versetzt. Eine in der Spindelmutter 50 angeordnete Spindel 58, welche an einem axialen Ende fest mit einem Kolben 62 einer Kolben-/Zylindereinheit 63 verbunden ist, wandelt die rotatorische Bewegung in eine Translationsbewegung 64 des Kolbens 62 um. Um eine Verdrehung der Spindel 58 und des Kolbens 62 zu vermeiden, weist der Kolben 62 Verdrehsicherungen 66 auf, welche in das Zylindergehäuse 22 eingreifen. Durch die Translation der Spindel 58, und somit des Kolbens 62, wird ein Bremsdruck p in einem Zylinder 70 des Zylindergehäuses 22 aufgebaut.
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2a zeigt eine schematische Darstellung des Planetengetriebes 18 bei einem Druckaufbau im Zylinder 70. In dieser Figur ist gezeigt, welcher Freilauf 34a, 34b bei einem Druckaufbau in einer Sperrrichtung 72 betrieben wird. Dies wird in dieser Figur durch einen Balken dargestellt. Bei einem Druckaufbau im Zylinder 70 ist dabei der Freilauf 34a zwischen Planetenträger 30 und Zylindergehäuse 22 freigegeben, währenddessen der Freilauf 34b zwischen ersten Hohlrad 38 und Zylindergehäuse 22 gesperrt ist. Durch Drehung des Sonnenrades 14 kann sich dadurch der Planetenträger 30 und damit die Planetenräder 26 um das Sonnenrad 14 bewegen. Die Planetenräder 26 sind dabei zusätzlich in Kontakt mit dem zweiten Hohlrad 42. Da das zweite Hohlrad 42 zum Zylindergehäuse 22 drehbar gelagert ist, wird dieses durch eine Drehung des Planetenrades 26 ebenfalls in eine Rotation versetzt, so dass die Spindelmutter 50 die Spindel 58 antreibt.
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In 2b ist eine schematische Darstellung des Planetengetriebes 18 bei einer Rückbewegung des Kolbens 62 gezeigt. Bei dieser Rückbewegung ist die Drehrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung beim Druckaufbau. Dementsprechend sperrt der Freilauf 34a zwischen Planetenträger 30 und Zylindergehäuse 22 die Drehbewegung. Der Planetenträger 30 dreht sich somit nicht um das Sonnenrad 14. Dahingegen lässt der Freilauf 34b eine Drehbewegung des ersten Hohlrades 38, zu dem Zylindergehäuse 22 zu. Das Sonnenrad 14 wird somit direkt über die Planetenräder 26 mit dem zweiten Hohlrad 42 verbunden. Dementsprechend ist die Übersetzung bei einer Rückbewegung des Kolbens 62 kleiner als bei einem Druckaufbau. Dies führt dazu, dass ein schnelleres Befüllen des Zylinders 70 mit Hydraulikflüssigkeit möglich ist.
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Durch die mögliche Drehbewegung am ersten Hohlrad 38 wird die Selbsthemmung im Planetengetriebe 18 aufgehoben. Der Kolben 62 kann somit allein durch den Druck im Zylinder 70 zurück bewegt werden. Zusätzlich kann der Kolben 62 aktiv über den elektrischen Antriebsmotor M zurück bewegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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