DE102021213326A1

DE102021213326A1 - Pumpenaggregat, insbesondere zur Druckerzeugung in einem Bremskreis einer regelbaren Fremdkraftbremsanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021213326A1
Application number: DE102021213326.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Mayr; Martin Hagspiel; Andreas Weh
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US20230166706A1; JP2023079179A; CN116181640A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat (10), insbesondere zur Druckerzeugung in einem Bremskreis einer regelbaren Fremdkraftbremsanlage eines Kraftfahrzeugs.Bekannte Pumpenaggregate (10) haben als Druckerzeuger eine Kolben-Zylinder-Einheit (12), bei der ein Kolben (14) mithilfe eines Kolbentriebs (22) betätigt wird. Der Kolbentrieb (22) wandelt eine Rotationsbewegung, mit der eine Mutter (32) dieses Kolbentriebs (22) angetrieben wird, in eine Translationsbewegung einer Spindel (38), welche ihrerseits drehfest mit dem Kolben (14) verbunden ist.Erfindungsgemäß ist der Kolben (14) ein Stahlbauteil, bei dem eine plastische Umformung (54) an einem Kolbenboden (52) eine Einrichtung zur drehfesten Verbindung der Spindel (38) mit dem Kolben (14) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat, insbesondere zur Druckerzeugung in einem Bremskreis einer regelbaren Fremdkraftbremsanlage eines Kraftfahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei regelbaren Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen ist zwischen Muskelkraftbremsanlagen und Fremdkraftbremsanlagen zu unterschieden.
Während bei Muskelkraftbremsanlagen der Fahrer mit seiner Muskelkraft am Aufbau eines Bremsdrucks in einem Bremskreis beteiligt ist, gibt dieser Fahrer in Fremdkraftbremsanlagen durch Betätigung einer Betätigungseinrichtung, üblicherweise einem Bremspedal oder einem Bremshebel, lediglich einen Bremswunsch vor. Dieser Bremswunsch wird und von einer Sensorik erfasst, welche dazu beispielsweise einen Betätigungsweg der Betätigungseinrichtung, eine Betätigungskraft oder einen mit der Betätigungseinrichtung erzeugten Druck misst und in ein entsprechendes elektrisches Signal wandelt. Dieses Signal wird an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet und dort in ein Ansteuersignal umgesetzt, mit dem ein Elektromotor angesteuert wird. Der Elektromotor treibt einen Druckerzeuger an, welcher Druckmittel in den Bremskreis verdrängt und dadurch einen zum Bremswunsch proportionalen Bremsdruck einstellt.
Bei Fremdkraftbremsanlagen besteht zwischen dem Fahrer und dem Bremskreis bzw. den damit verbunden Radbremsen keine Koppelung mehr und folglich sind Druckänderungen, wie sie beispielsweise im Rahmen einer Druckregelung stattfinden oder Druckpulsationen, welche aufgrund der Druckerzeugung auftreten können, weder vom Fahrer noch von dessen Mitfahrern wahrnehmbar. Fremdkraftbremsanlagen zeichnen sich dementsprechend durch eine Steigerung des Fahr- bzw. Bremskomforts aus.
Darüber hinaus gestatten Fremdkraftbremsanlagen auch selbsttätige Bremsvorgänge, d.h. eine Durchführung von Bremsvorgängen ohne ein Zutun eines Fahrers und damit auch ohne Vorliegen eines Bremswunsches. Derartige Bremsvorgänge werden beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrstabilität des Fahrzeugs und/oder der Verkehrslage in der Umgebung des Fahrzeugs ausgelöst und gesteuert. Das Fahrzeug ist dafür mit Sensoreinrichtungen und Signalauswerteeinrichtungen ausgestattet. Fremdkraftbremsanlagen tragen demnach auch zu einer Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr bei und schaffen zudem die Grundlage für eine mögliche Umsetzung eines automatisierten Fahrbetriebs von Kraftfahrzeugen in der Zukunft.
Kernkomponente einer Fremdkraftbremsanlage bildet ein Pumpenaggregat, wie es dieser Erfindung zugrunde liegt. Ein derartiges Pumpenaggregat ist beispielsweise aus dem Dokument DE 11 2018 005 606 A1 bekannt. 1 des vorliegenden Dokuments zeigt das bekannte Pumpenaggregat.
Dieses Pumpenaggregat (10) weist zur Druckmittelförderung, respektive zu einem Aufbau von Bremsdruck in wenigstens einem angeschlossenen Bremskreis, eine Kolben-Zylinder-Einheit (12) auf. Letztere umfasst einen Kolben (14), der in einem Zylinder (16) beweglich aufgenommen ist und eine von einem Reservoir (18) mit Druckmittel versorgte Arbeitskammer (20) begrenzt. Der Kolben (14) ist durch einen Kolbentrieb (22) betätigbar und führt ggf. im Zylinder (16) eine hin- oder hergehende Translationsbewegung, d.h. eine Axialbewegung in Druckaufbau- oder Druckabbaurichtung aus. Bei einem Druckaufbau verkleinert der angetriebene Kolben ein Volumen der Arbeitskammer (20) und verdrängt dabei das Druckmittel aus der Arbeitskammer (20) in den oder die mit dem Pumpenaggregat (10) kontaktierten Bremskreise.
Bei dem in der 1 dargestellten Pumpenaggregat (10) ist zwischen einem Elektromotor (24) zum Antrieb des Kolbentriebs (22) und dem eigentlichen Kolbentrieb (22) ein Planetengetriebe (26) vorgesehen. Mehrere Planetenräder (28) dieses Planentengetriebes (26) sind auf jeweils einer zugeordneten Lagerstelle eines gemeinsamen Planetenträgers (30) gelagert, wobei dieser Planetenträger (30) wiederum auf einer dem Elektromotor (24) zugewandten Stirnseite einer Mutter (32) des Kolbentriebs (22) befestigt ist. Die Planetenräder (28) greifen mit ihren Außenverzahnungen in eine Innenverzahnung eines Hohlrades (34) sowie in eine Außenverzahnung einer Sonne (36) des Planetengetriebes (26) ein. Die Sonne (36) wird vom Elektromotor (24) angetrieben und zwingt dadurch die Planetenräder (28) zu einer Umlaufbewegung. Jene wird über den Planetenträger (30) auf die Mutter (32) des Kolbentriebs (22) übertragen.
Die Mutter (32) wirken beim gezeigten Beispiel zu einer Wandlung dieser Drehbewegung in eine Translationsbewegung mit einer Spindel (38) unmittelbar zusammen. Dazu greift eine Verzahnung auf der Innenseite der Mutter (32) in einem Außenverzahnung am Umfang der Spindel (38) ein. Alternativ kann auch eine mittelbare Betätigung der Spindel (38) durch die Mutter (32) vorgesehen werden, indem Kugeln in Kugellaufbahnen umlaufen, welche teilweise auf der Innenseite der Mutter (32) und teilweise auf dem Umfang der Spindel (38) ausgebildet sind.
Zwischen der Spindel (38) und dem Kolben (14) besteht eine drehfeste Verbindung. Dazu weist die Spindel (38) an einem ihrer Enden einen zapfenförmigen Fortsatz (40) auf, der in eine zugeordnete Aufnahme (42) auf der Innenseite eines Bodens des Kolbens (14) eingepresst ist. Für einen zuverlässigen Kraftschluss zwischen den Bauteilen ist der Fortsatz (40) an seinem Umfang mit einem Oberflächenprofil, beispielsweise einem Rändel, versehen.
Der Kolben seinerseits weist umfangseitig angeordnete Führungsmittel (44) auf, über die er in gehäuseseitigen zweiten Führungsmitteln (46) in Umfangsrichtung abgestützt und somit gegen Verdrehen gesichert geführt ist. Im Ergebnis wird damit durch den Kolbentrieb (22) die der Mutter (32) aufgezwungene Drehbewegung in eine Translationsbewegung der Spindel (38) bzw. des mit der Spindel (38) drehfest gekoppelten Kolbens (14) gewandelt.
Beim bekannten Pumpenaggregat (10) wird ein Kolben (14) aus Aluminium eingesetzt, der beispielsweise gusstechnisch und anschließend durch mechanische Zerspanung hergestellt werden kann. Nachteilig an einem solchen Aluminiumkolben sind allerdings seine raumgreifenden Querschnittsabmessungen mit nachteiligem Einfluss auf eine mögliche Dimensionierung der Komponenten des Kolbentriebs mit Konsequenzen betreffend dessen Leistungsdaten und Betriebseigenschaften. Besonders unerwünscht in diesem Zusammenhang sind Konzentrizitätsabweichungen zwischen dem Kolben (14), dem Kolbentrieb (22) und dem Zylinder (16), da sie Undichtheit oder Verschleiß verursachen können. Um dem entgegen zu wirken werden an die Führung eines Aluminiumkolbens im Zylinder (16) hohe und damit kostentreibende Qualitätsanforderungen gestellt, die beispielsweise eine Nachbearbeitung der Kolbenlauffläche durch Schleifen umfassen. Zudem ist es aus Verschleißschutzgründen notwendig, den Aluminiumkolben mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung zu versehen. Aluminiumkolben sind deshalb teuer in ihrer Herstellung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Kolben kostengünstiger als ein Aluminiumkolben herzustellen ist und aufgrund seines geringeren Materialquerschnitts weniger Bauraum beansprucht. Im Inneren des Kolbens steht demnach zur Unterbringung eines Kolbentriebs mehr Platz zur Verfügung, was wiederum eine an die Beanspruchungen des Anwendungsfalls besser angepasste Dimensionierung der Einzelteile dieses Kolbentriebs ermöglicht. Erfindungsgemäß ist der Kolben nunmehr als Stahlbauteil ausgeführt und ist dementsprechend im Verhältnis zu Kolben aus Aluminium deutlich verschleißfester. Somit kann auf eine Verschleißschutzbeschichtung des Kolbens verzichtet werden.
Ferner sind Stahlkolben relativ einfach und mit einer sehr guten Oberflächenqualität umformtechnisch herstellbar, so dass zudem auf eine aufwändige Nachbearbeitung der Kolbenlauffläche verzichtet werden kann. Anhand einer Umformung am Kolbenboden des Kolbens lässt sich auch eine Einrichtung spanlos darstellen, an welcher der Kolben über die Lebensdauer zuverlässig axialfest mit der Spindel eines Kolbentriebs zu verbinden ist. Diese Einrichtung zeichnet sich durch einen geringen Platzbedarf im Inneren des Kolbens aus.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Vorteilhafter Weise ist die Einrichtung zur axialen Befestigung der Spindel am Kolben als napfförmige Aufnahme ausgeführt, die zum Inneren des Kolbens hin offen ist und deren Wandung von zwei aneinander anliegenden und im Inneren des Kolbenbodens miteinander verbunden Materiallagen des Kolbenbodens gebildet ist.
Umformtechnisch lässt sich bei einem erfindungsgemäßen Kolben ferner auch ein erstes Führungsmittel herstellen, nämlich durch Biegen eines Materialfortsatzes, der mit dem Kolbenschaft in einem Stück ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßer Kolben weist somit durchgehend eine zumindest weitgehend konstante Wandstärke auf und verhält sich dementsprechend bei Temperatur, Druck oder dynamischer Belastung robuster als ein Aluminiumkolben.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.
Die Zeichnung umfasst insgesamt 4 Figuren, in denen einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes und eingangs dieses Dokuments gewürdigtes Pumpenaggregat im Längsschnitt;
2 zeigt einen Kolben dieses Pumpenaggregats im Längsschnitt;
3 gibt einen Blick in das hohle Innere des Kolbens frei und
4 zeigt den erfindungsgemäßen Kolben in einer perspektivischen Darstellung von schräg hinten auf dessen offenes Ende.

Beschreibung
Das in der 1 dargestellte Pumpenaggregat (10) zählt zum Stand der Technik und wurde bereits eingangs dieses Dokuments ausführlich erläutert. Es umfasst, wie dargelegt, eine Kolben-Zylinder-Einheit (12) mit einem Kolben (14), der in einem Zylinder (16) aufgenommen ist und der von einem Elektromotor (24) über ein zwischengeschaltetes Planetengetriebe (26) und einen nachgeordneten Kolbentrieb (22) zu einer hin- oder hergehenden Translationsbewegung antreibbar ist. Nachfolgende Beschreibung geht auf die konstruktive Ausgestaltung dieses Kolbens (14) ein, welche es ermöglicht diesen Kolben aus Stahl umformtechnisch und ohne spanabhebende Bearbeitung kostengünstig und bauraumsparend herzustellen.
Gemäß 2 handelt es sich beim erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben (14) um einen einseitig offenen Hohlkolben. Dieser ist bevorzugt durch Tiefziehen aus Stahl hergestellt und gliedert sich in einen zylindrischen Kolbenschaft (50) und in einen damit einstückig verbundenen, geschlossenen Kolbenboden (52) an einem Ende dieses Kolbenschafts (50). Die Wandstärke des Kolbens (14) ist durchgehend, also im Bereich des Kolbenschafts (50) sowie des Kolbenbodens (52), zumindest weitgehend konstant, vorhandene Übergänge, wie beispielsweise zwischen Kolbenschaft (50) und Kolbenboden (52), sind verrundet.
Am Kolbenboden (52) ist eine Umformung (54) vorgesehen, welche eine Einrichtung schafft, an welcher der Kolben (14) mit einer Spindel (38) des Kolbentriebs (22) axialfest zu verbinden ist. Bei dieser Umformung (54) handelt es sich um eine doppelte Faltung des Materials des Kolbenbodens (52). Diese Faltung formt einen kreisrunden Napf aus, welcher konzentrisch zu einer Längsachse L des Kolbens (14) am Kolbenboden (52) angeordnet ist und in das Innere des hohlen Kolbens (14) hineinragt. In einer Draufsicht durch das offene Ende des Kolbens (14) hindurch (3) ist die umlaufende Wandung (56) der Umformung (54) erkennbar. Diese Wandung (56) schließt eine beispielhaft plan ausgeführte und gegenüber der Wandung (56) abgesenkte Grundfläche (58) ein. Außen am Kolben (14) fluchtet diese Grundfläche (58) mit einer Restringfläche (60) des Kolbenbodens (52), welche die Umformung (54) umfangseitig umgibt. Die Restringfläche (60) und die Grundfläche (58) bestimmen gemeinsam die von einem Druckmittel beaufschlagbare Stirnfläche des Kolbenbodens (52).
Aufgrund der Faltung besteht die Wandung (56) der Umformung (54) aus einer rechtwinklig nach innen umgelegten ersten Materiallage (62) sowie aus einer dazu entgegengesetzt umgelegten zweiten Materiallage (64) des Kolbenbodens (52). Beide Materiallagen (62; 64) liegen aneinander an und sind an ihren im Inneren des Kolbens (14) liegenden Enden miteinander verbunden. Sie begrenzen zwischen sich einen schmalen, zur Umgebung des Kolbens (14) hin offenen Spalt (74). Die Materiallagen (62; 64) der Wandung (56) laufen näherungsweise konzentrisch zueinander als auch konzentrisch zur Umfangsfläche des Kolbenschafts (50) um.
Das offene Ende des Kolbens (14) ist zu einer umlaufenden und gegenüber einem Umfang des Kolbenschafts (50) vorstehenden Krempe (66) aufgeweitet. Materialfortsätze (67) dieser Krempe (66) bilden mehrere erste Führungsmittel (68) aus, die durch ein rechtwinkliges Umbiegen der Materialfortsätze (67) radial vom Kolben (14) abstehen. Die Führungsmittel (68) umfassen eine mit der Krempe (66) in einem Stück verbundene Basis (70), deren Seitenflanken zu Flügeln (72) umgebogen sind. Jene Flügel (72) liegen sich mit Abstand planparallel gegenüber und erstrecken sich in Richtung der Längsachse L des Kolbens (14). Beim Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Flügel (72) beispielhaft in eine weg vom Kolbenboden (52) weisende Richtung, was jedoch für die Erfindung nicht zwingend ist. Die Erstreckung der Flügel (72) könnte ebenso in Richtung des Kolbenbodens (52) erfolgen. Die ersten Führungsmittel (68) sind zur Anbringung sogenannter Gleitschuhe aus Kunststoff am Kolben (14) vorgesehen. Über diese Gleitschuhe ist der Kolben (14) in den aggregatseitigen zweiten Führungsmitteln (46) reibungs- und geräuscharm aufgenommen und radial abgestützt. Die Gleitschuhe ihrerseits liegen umfangseitig an den Flügel (72) der ersten Führungsmittel (68) an.
Weitere Einzelheiten zur Ausgestaltung der ersten Führungsmittel (68) sind in 3 erkennbar. Demnach sind am Kolben exemplarisch genau zwei erste Führungsmittel (68) vorgesehen, welche diametral gegenüberliegend am Umfang des Kolbens (14) angeordnet sind.
Die Flügel (72) eines Flügelpaars der Führungsmittel (68) sind über die gemeinsame Basis (70) miteinander und mit der Krempe (66) des Kolbens (14) verbunden. In einer Draufsicht weisen die Führungsmittel (68) einen u-förmigen Querschnitt auf, dessen Öffnung aufgrund der beispielhaften Erstreckungsrichtung der Flügel (72) weg vom Kolbenboden (52) weist.
Zu Verdeutlichung der zuvor erläuterten Ausgestaltung des Kolbens zeigt 4 diesen Kolben nochmals in einer Ansicht von schräg hinten auf das offene Ende.
Wie erwähnt ist der erläuterte Stahlkolben in einem Tiefziehprozess kostengünstig und prinzipiell in einer sehr guten Oberflächenqualität herstellbar. Dennoch können bei diesem Herstellvorgang an der Umfangsfläche des Kolbenschafts Riefen auftreten, die in Längsrichtung L des Kolbens (14) verlaufen und damit die spätere Abdichtung des Kolbens (14) im Zylinder (16) erschweren. Eine Beseitigung derartiger Riefen ist mit geringem Zusatzaufwand möglich, indem insbesondere die Umfangs- oder Lauffläche des Kolbens (14) nach dem Tiefziehvorgang durch Druckluftstrahlen mit einem festen Strahlmittel nachbehandelt wird. Derartige Strahlverfahren sind hinlänglich bekannt.
Selbstverständlich sind über das Erläuterte hinausgehende Änderungen oder Ergänzungen am Ausführungsbeispiel denkbar, ohne den von den Ansprüchen bestimmten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
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

DE 112018005606 A1 [0006]

Claims

Pumpenaggregat (10), insbesondere zur Druckerzeugung in einen Bremskreis einer regelbaren Fremdkraftbremsanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Kolben-Zylinder-Einheit (12) mit einem Kolben (14), einem Zylinder (16), in dem der Kolben (14) verschiebbar aufgenommen ist und eine Arbeitskammer (20) begrenzt und mit einem Kolbentrieb (22) zum Antrieb des Kolbens (14), wobei der Kolbentrieb (22) eine zu einer Rotationsbewegung antreibbare Mutter (32) und eine, eine Translationsbewegung ausführende Spindel (38) aufweist, die wenigstens mittelbar mit der Mutter (32) zusammenwirkt und die drehfest mit dem Kolben (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) ein Stahlbauteil mit einem Kolbenschaft (50) und einem Kolbenboden (52) ist, bei dem eine plastische Umformung (54) am Kolbenboden (52) eine Einrichtung ausbildet, an welcher die Spindel (38) drehfest mit dem Kolben (14) zu verbinden ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Umformung am Kolbenboden (52) eine zum Inneren des Kolbens (14) hin offene napfförmige Aufnahme ausbildet, deren Wandung (56) von einer nach innen umgebogenen ersten und zweiten Materiallage (62; 64) des Kolbenbodens (52) gebildet ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materiallagen (62; 64) der Wandung (56) an einem im Inneren des Kolbens (14) liegenden Ende miteinander verbunden sind und zwischen sich einen zur Umgebung des Kolbens (14) hin offenen Spalt (74) einschließen.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung (54) einen Innendurchmesser aufweist, welcher auf ein Ende der Spindel (38) derart abgestimmt ist, dass zwischen Spindel (38) und Kolben (14) ein Kraftschluss herstellbar ist, über den die Spindel (38) mit dem Kolben (14) drehfest zu verbinden ist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kolben (14) ein einseitig offener Hohlkolben ist, der an oder nahe einem offenen Ende wenigstens ein erstes Führungsmittel (68) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Führungsmittel (68) durch Umformung eines Materialfortsatzes (67) gebildet ist, welcher mit einer Krempe (66) des Kolbenschafts (50) einstückig ist.
Pumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungsmittel (68) radial nach außen vom Umfang des Kolbens (14) absteht und zu wenigstens einem Flügel (72) umgeformt ist, welcher sich parallel zu einer Längsachse L der Kolben-Zylinder-Einheit (12) erstreckt.
Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (68) ein Paar von Flügeln (72) ausweist, die sich mit Abstand planparallel gegenüberliegen.
Pumpenaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Flügel (72) in Richtung weg vom Kolbenboden (52) weisen.
Pumpenaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (72) über eine gemeinsame Basis (70) miteinander und mit dem Kolbenschaft (50) derart verbunden sind, dass das Führungsmittel (68) in einer Draufsicht eine u-Form aufweist.
Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungsmittel (68) zur Anbringung eines Gleitschuhs vorgesehen ist, über welchen der Kolben (14) an einem aggregatseitigen zweiten Führungsmittel (46) radial abgestützt ist.