DE102022130981A1

DE102022130981A1 - Bremssystem und elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022130981A1
Application number: DE102022130981.9A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Grubauer; Simon ORTMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024109976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Lamellenbremse (4) mit einer Mehrzahl von Innenlamellen (5) und einer Mehrzahl von Außenlamellen (6), welche mittels eines Bremsaktuators (7) in Reibschluss bringbar sind, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Lamellenbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Innenlamellen (5) oder die Außenlamellen (6) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist, und an wenigstens einer der Innenlamellen (5) oder Außenlamellen (6) ein Verschleißsensor (11) angeordnet ist, mittels dessen der Verschleiß eines Reibbelags (12) an einer der Innenlamellen (5) oder Außenlamellen (6) detektierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Lamellenbremse mit einer Mehrzahl von Innenlamellen und einer Mehrzahl von Außenlamellen, welche mittels eines Bremsaktuators in Reibschluss bringbar sind, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich beispielsweise aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist.
Hierbei können derartige Kraftfahrzeuge mit einem hybridisierten oder elektrifizierten Antriebstrang nicht nur mit Hilfe einer elektrischen Maschine beschleunigen und sondern auch abbremsen. Beim Bremsvorgang wird hierzu die elektrische Maschine generatorisch betrieben und die rekuperierte Energie beispielsweise zum Laden des Akkus verwendet. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch weiterhin eine weitere, mechanische Bremsvorrichtung benötigt. Bei radnahen Antrieben, wie beispielsweise einem Radnabenmotor oder einer elektrischen Achse, ergibt sich hierbei eine erschwerte Bauraumsituation.
Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem elektrischen Radnabenantrieb, einem sogenannten E-Wheel Drive, kommen oftmals Bremsen mit Lamellen zum Einsatz, um das Fahrzeug abzubremsen. Es sind aber auch Bremsen in der Ausführung als Scheibenbremse mit Schwimmsattel, Scheibenbremse mit Festsattel, Trommelbremse und Mehrscheibenbremse bekannt.
Aus der DE 10 2019 120 409 A1 ist beispielsweise eine Bremsvorrichtung für eine Radnabenantriebsanordnung bekannt, bei der die gegenüber der Umfangsrichtung feststehenden Bremspartner Kühlkanäle aufweisen. Der axial bewegliche Bremspartner wird über Bremszylinder betätigt. Der in Umfangsrichtung bewegliche Bremspartner ist als Lamellenträger ausgebildet.
Ferner existiert eine zunehmende Anforderung, die Emissionen von Bremsabrieb, der häufig als Feinstaub anfällt, zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Bremssystem mit hohen Bremsmomenten, hoher Betriebssicherheit und geringen Bremsstaub-Emissionen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Lamellenbremse mit einer Mehrzahl von Innenlamellen und einer Mehrzahl von Außenlamellen, welche mittels eines Bremsaktuators in Reibschluss bringbar sind, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Lamellenbremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und die Innenlamellen oder die Außenlamellen drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist, und an wenigstens einer der Innenlamellen oder Außenlamellen ein Verschleißsensor angeordnet ist, mittels dessen der Verschleiß eines Reibbelags an einer der Innenlamellen oder Außenlamellen detektierbar ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass Bremsabrieb aus der Lamellenbremse innerhalb des Bremsgehäuses gehalten werden kann, was zu einer unmittelbaren Entlastung der Umwelt beiträgt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bremssystems ist ferner, dass die ungefederte Masse am Fahrzeugrad reduziert werden kann. Auch ist es möglich, dass durch den Wegfall einer am Fahrzeugrad angeordneten Bremse, den Lenkwinkel der entsprechenden Fahrzeugräder zu vergrößern.
Des Weiteren ist es durch den Verschleißsensor nicht notwendig, zur Überprüfen des Erreichens der Verschleißgrenze der Reibbeläge, das Bremsgehäuse zu öffnen, was ebenfalls die Gefahr eines unbeabsichtigten Bremsstaubaustritts reduziert. Ferner kann ein Benutzer frühzeitig vor einem Bremskraftverlust über einen notwendigen Austausch der Bremsbeläge informiert werden.
Das erfindungsgemäße Bremssystem hat die Funktion, ein zu bremsendes Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs mittels eines Reibschlusses abzubremsen. Die Lamellenbremse kann insbesondere basierend auf dem Funktionsprinzip einer trockenen oder nassen Lamellenbremse ausgeführt sein. Dabei ist die Lamellenbremse von den Fahrzeugrädern beabstandet in dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet. Bevorzugt ist die Lamellenbremse mit dem Rotor einer elektrischen Maschine gekoppelt.
Eine Lamellenbremse hat die Funktion, eine lösbare, reibschlüssige Verbindung zwischen einer Bremswelle und einer hierzu in der Regel drehfest angeordneten Anbindungsstruktur zur Abstützung eines Bremsmoments herzustellen. Die abwechselnd zueinander angeordneten Innenlamellen und Außenlamellen des Lammellenpakets können hierzu über ein axiales Verschieben und Zusammenpressen über ihre jeweiligen Reibbeläge durch einen Einkupplungsvorgang in einen kraftschlüssigen bzw. reibschlüssigen Kontakt gebracht werden, so dass sich die Innenlamellen relativ zu den Außenlamellen reibbehaftet um die gemeinsame Drehachse des entsprechenden Lamellenpakets drehen oder bei einem vollständigen Reibschluss zueinander drehfest angeordnet sind. Werden die Innenlamellen und Außenlamellen hingegen durch einen Auskupplungsvorgang axial voneinander weggeschoben, so besteht kein kraftschlüssiger Kontakt mehr zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen, so dass sich diese frei gegeneinander drehen können und folglich kein Dreh- bzw. Bremsmoment zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen übertragen wird.
Eine Lamellenbremse besteht in der Regel aus wenigstens zwei Innen- und/oder zwei Außenlamellen. Die Innenlamellen sind bevorzugt drehfest an einem Innenlamellenträger angeordnet und die Außenlamellen bevorzugt drehfest an einem Außenlamellenträger. Der Innenlamellenträger ist insbesondere bevorzugt mit einer Bremswelle und der Außenlamellenträger insbesondere mit einer drehfesten Anbindungsstruktur verbunden oder umgekehrt.
Die Innenlamellen und Außenlamellen bilden das Lamellenpaket der Lamellenbremse. In dem Lamellenpaket sind bevorzugt eine Mehrzahl von Innenlamellen und Außenlamellen in der Regel in axialer Richtung abwechselnd zueinander angeordnet. Das durch die Lamellenbremse übertragbare Dreh- bzw. Bremsmoment zwischen den Innenlamellen und Außenlamellen kann durch die Anzahl der und Ausgestaltung der Innenlamellen und Außenlamellen eingestellt werden.
Die Innenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig bzw. reibschlüssig von den Außenlamellen auf den Innenlamellenträger zu übertragen. Die Innenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Innenlamellen können drehfest mit dem Innenlamellenträger der Lamellenbremse verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Innenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Innenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Außenlamellen herzustellen.
Die Außenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig bzw. reibschlüssig von den Innenlamellen auf den Außenlamellenträger zu übertragen. Die Außenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Außenlamellen können drehfest mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Außenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Außenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Innenlamellen herzustellen. Der Außenlamellenträger kann beispielsweise als Außenlamellenkupplungskorb ausgebildet sein.
Ein Lamellenpaket kann in einem oder mehreren Lamellenträgern aufgenommen und insbesondere auch linearbeweglich geführt sein. Hierzu können die Innenlamellen in einem Innenlamellenträger und die Außenlamellen in einem Außenlamellenträger aufgenommen sein. Zur Ausbildung eines linearverschieblichen Versatzes der Innenlamellen gegenüber den Außenlamellen (oder umgekehrt) können die Innenlamellen mit dem Innenlamellenträger über eine innere Steckverzahnung und/oder die Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger über eine äußere Steckverzahnung drehmomentübertragend verbunden sein.
Die Lamellenbremse kann bevorzugt ein Federelement umfassen. Das Federelement hat die Aufgabe, die Innenlamellen und die Außenlamellen federkraftbewirkt in eine vordefinierte Position zueinander zu bewegen. Üblicherweise entspricht diese vordefinierte Position einem „normally open“ oder „normally closed“ Betriebszustand der Lamellenbremse, was bedeutet, dass bei einer Nichtbetätigung des Bremsaktors die Innenlamellen und die Außenlamellen durch das Federelement entweder gegeneinander verpresst oder gelöst sind.
Ferner kann eine Lamellenbremse auch einen Schaltkolben besitzen. Der Schaltkolben hat die Funktion, die von Bremsaktuator vorgegebenen Ein- bzw. Auskupplungsvorgänge in eine axiale Verschiebung der Innenlamellen und/oder der Außenlamellen zum Zwecke des Herstellens eines Reibschlusses beim Bremsen oder Lösen eines Reibschlusses beim Lösen der Lamellenbremse umzuwandeln.
Die Lamellenbremse ist bevorzugt in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust die Lamellenbremse. Ein Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch einen oder mehrere Bremsaktuatoren aufnehmen. Das Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Bremsgehäuse dem Bremssystem zugeführt wird und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Bremsgehäuse die Komplementärbremse vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Bremsgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Bremsgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Bremsgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Bremsgehäuse einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Bremsgehäuse kann auch vollständig oder teilweise als ein Teil eines Motorgehäuses einer elektrischen Maschine oder eines Getriebegehäuses eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt bilden das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse eine bauliche Einheit. Hierzu kann das Bremsgehäuse beispielsweise mit dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verschraubt sein. Bevorzugt ist das Bremsgehäuse derart ausgeführt, dass beim Bremsen entstehender Abrieb nicht aus dem Bremsgehäuse entweichen kann. Hierdurch kann eine ungewollte Belastung der Umwelt mit Bremsabrieb vermieden werden. Ferner lassen sich durch eine derartige Kapslung des Bremssystems auch Bremsgeräusche gegenüber der Umwelt reduzieren. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt dieser Kapslung ist es, dass die Bremsleistung des Bremssystems unabhängig von den Witterungsbedingungen außerhalb des Kraftfahrzeugs ist.
Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden. Der Bremsaktuator ist bevorzugt als elektromechanischer Bremsaktuator konfiguriert.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist bevorzugt für ein mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgesehen. Elektrische Maschinen im Sinne dieser Anmeldung dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung kann eine elektrische Maschine insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Bei derartigen elektrischen Rotationsmaschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Eine elektrische Maschine ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse aufweisen, das auch als Motorgehäuse bezeichnet wird. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik, sowie bevorzugt auch zumindest Teile des Bremssystems aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt wird und/oder die Wärme über die Motorgehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Motorgehäuse der elektrischen Maschine kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Motorgehäuse der elektrischen Maschine einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Die Rotorwelle ist insbesondere mit der Bremswelle der Komplementärbremse koppelbar.
Die elektrische Maschine und/oder die Lamellenbremse sind/ist bevorzugt mit einem Getriebe koppelbar, welches insbesondere zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, so dass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und/oder die Lamellenbremse sowie das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Das Getriebe kann des Weiteren bevorzugt als ein Planetengetriebe konfiguriert sein oder ein Planetengetriebe umfassen. Das Planetengetriebe kann bevorzugt ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar gelagerte Planetenräder aufweisen, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen.
Das Getriebe kann ferner ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Um verschiedene Antriebs- bzw. Betriebsmodi für das Kraftfahrzeug zu realisieren, kann eine oder mehrere Trennkupplungen innerhalb des Drehmomentenpfads zwischen der elektrischen Maschine und einem Fahrzeugrad vorgesehen werden. Eine Trennkupplung kann beispielsweise zwischen dem Ausgang der elektrischen Maschine und dem Eingang des Getriebes angeordnet sein, so dass die elektrische Maschine von dem Getriebe entkoppelbar ist, wodurch sich ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen lässt. Auch wäre es denkbar, eine Trennkupplung zwischen dem Ausgang des Getriebes und einem Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern anzuordnen, wodurch ebenfalls ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs realisierbar ist. Schließlich ist es auch möglich, eine Trennkupplung zwischen dem Eingang des Bremssystems und dem Ausgang der elektrischen Maschine anzuordnen, womit sich das Bremssystem vollständig von der elektrischen Maschine entkuppeln lässt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor an der axial äußersten Innenlamelle oder Außenlamelle angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Verkabelungs- und damit die Signalübertragungsstrecke kurz gehalten werden kann. Auch ein montagefreundlicher Austausch des Verschleißsensors wird durch diese Anordnung begünstigt.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor an der einem Schaltkolben entgegengesetzten axialen Stirnseite befindlichen äußersten Innenlamelle oder Außenlamelle angeordnet ist, was ebenfalls montagetechnische Vorteile mit sich bringt.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor in einer Tasche fixiert ist, die in einer der Innenlamellen oder Außenlamellen ausgebildet ist. Hierdurch kann ein hoher Grad einer System Integration realisiert und ferner auch eine entsprechend einfache Montage begünstigt werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor ein erstes Signalkabel und ein zweites Signalkabel umfasst, welche sich in axialer Richtung zumindest abschnittsweise durch die Tasche erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Enden der Signalkabel, in einer gemeinsamen Radialebene enden, die einen axialen Abstand a zur Reibfläche der entsprechenden den Verschleißsensor aufnehmenden Innenlamelle oder Außenlamelle aufweist, so dass nach einem axialen Abrieb der Reibfläche bis zur Radialebene ein Stromkreis zwischen dem ersten Signalkabel und dem zweiten Signalkabel geschlossen ist. Hierdurch lässt sich insbesondere ein kostengünstig herstellbarer und betriebssicherer Verschleißsensor realisieren.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das erste Signalkabel und das zweite Signalkabel mittels einer Vergussmasse in der Tasche fixiert sind, was ebenfalls zu einer kostengünstigen Herstellung beitragen kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor außerhalb der Lauffläche des Reibbelages angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Verschleißsensor außerhalb thermisch besonders belasteter Zonen angeordnet ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Lamellenbremse als nasslaufende Lamellenbremse ausgeführt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren läßt ist, dass das entsprechende Fluid beispielsweise innerhalb eines Bremskühlkreislaufs zur Wärmeabfuhr verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass der Bremskühlkreislauf in einem Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs integriert ist.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor an einer drehfesten Außenlamelle angeordnet ist, welche in einem ebenfalls drehfesten Außenlamellenträger aufgenommen ist, wobei der Außenlamellenträger eine Durchführungsöffnung aufweist, die von dem ersten Signalkabel und dem zweiten Signalkabel durchgriffen ist. Hierdurch kann eine sichere und kostengünstige Kabelführung bereitgestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem Rotor, der mit einem Getriebe gekoppelt ist und das Getriebe mit der elektrischen Maschine eine bauliche Einheit bildet, wobei der elektrische Achsantriebsstrang ferner ein Bremssystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9 umfasst und das Bremsgehäuse mit der elektrischen Maschine eine bauliche Einheit bildet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
2 einen elektrischen Antriebsstrang mit einem Bremssystem in einer schematischen Axialschnittansicht,
3 eine Detailansicht auf eine Lamellenbremse in einer Axialschnittdarstellung
4 eine Detailansicht auf einen Verschleißsensor in einer Außenlamelle in einer Axialschnittdarstellung
5 eine Querschnittsansicht auf eine Innen- und Außenlamelle.

Die 1 zeigt ein Bremssystem 1 in einem mittels einer elektrischen Maschine 2 elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug 3. Das Bremssystem besitzt einen mit dem Wärmetauscher 40 gekoppelten Bremskühlkreislauf 41.
Die 2 zeigt einen elektrischen Achsantriebsstrang 20 eines Kraftfahrzeugs 3 umfassend eine elektrische Maschine 2 mit einem Rotor 8, der mit einem Getriebe 21 gekoppelt ist. Hierbei bildet das Getriebe 21 mit der elektrischen Maschine 2 eine bauliche Einheit 23. Der elektrische Achsantriebsstrang 20 besitzt ferner ein Bremssystem 1, dessen Bremsgehäuse 9 mit der elektrischen Maschine 2 eine bauliche Einheit 24 bildet.
Wie aus der 2 des Weiteren hervorgeht, besitzt das Bremssystem 1 eine Lamellenbremse 4 mit einer Mehrzahl von Innenlamellen 5 und einer Mehrzahl von Außenlamellen 6, welche mittels eines Bremsaktuators 7 in Reibschluss bringbar sind.
Die in dem Motorgehäuse 52 aufgenommene elektrische Maschine 2 weist ferner einen Rotor 8 mit einer Rotorwelle 36 auf, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad 10 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt ist. Das Fahrzeugrad 10 ist durch die Trennkupplung 37 von der elektrischen Maschine 2 entkoppelbar. Die Lamellenbremse 4 ist hierbei in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen und die Innenlamellen 5 oder die Außenlamellen 6 sind drehmomentübertragend mit dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 verbunden. An wenigstens einer der Innenlamellen 5 oder Außenlamellen 6 ist ein Verschleißsensor 11 angeordnet, mittels dessen der Verschleiß eines Reibbelags 12 an einer der Innenlamellen 5 oder Außenlamellen 6 detektierbar ist. Dies wird anhand der 3-5 näher erläutert.
In der in der 3 gezeigten Ausführungsform ist der Verschleißsensor 11 an der einem Schaltkolben 13 entgegengesetzten axialen Stirnseite an der axial äußersten Außenlamelle 6 angeordnet. Hierbei ist der Verschleißsensor 11 in einer Tasche 14 fixiert, die in der axial äußersten Außenlamellen 6 ausgebildet ist. Ersichtlich ist aus der 3 ferner, dass der Verschleißsensor 11 an der drehfesten Außenlamelle 6 angeordnet ist, welche in einem ebenfalls drehfesten Außenlamellenträger 25 aufgenommen ist, wobei der Außenlamellenträger 25 eine Durchführungsöffnung 26 aufweist, die von dem ersten Signalkabel 15 und dem zweiten Signalkabel 16 durchgriffen ist. An dieser axialen Seite werden das durch die Innenlamellen 5 und Außenlamellen 6 gebildete Lamellenpaket und der feststehende Außenlamellenträger 25 axial abgestützt. Durch die Durchführungsöffnung 26 werden die Signalkabel 15,16 zur signalverarbeitenden Einheit (nicht dargestellt) außerhalb des Bremsgehäuse 9 geführt. Die Innenlamellen 5 sind drehfest mit dem Innenlamellenträger 28 gekoppelt.
Die 4 zeigt, dass der Verschleißsensor 11 ein erstes Signalkabel 15 und ein zweites Signalkabel 16 umfasst, welche sich in axialer Richtung zumindest abschnittsweise durch die Tasche 14 erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Enden der Signalkabel 15,16 in einer gemeinsamen Radialebene 17 enden, die einen axialen Abstand a zur Reibfläche 18 der entsprechenden den Verschleißsensor 11 aufnehmenden Außenlamelle 6 aufweist, so dass nach einem axialen Abrieb der Reibfläche 18 bis zur Radialebene 17 ein Stromkreis zwischen dem ersten Signalkabel 15 und dem zweiten Signalkabel 16 geschlossen ist. Das erste Signalkabel 15 und das zweite Signalkabel 16 sind mittels einer Vergussmasse 19 in der Tasche 14 fixiert.
Die 4 zeigt in der Abbildung a eine Innenlamelle 5 und eine Außenlamelle 6 im Neuzustand, hierbei ist der Reibbelag 12 nicht verschlissen. In Abbildung b der 4 ist der Servicezustand dargestellt. Hierbei ist der Reibbelag 12 bis zur Verschleißgrenze verschlissen.
Die Außenlamelle 6 ist in der gezeigten Ausführungsform als eine Stahllamelle ausgebildet, in welcher die Tasche 14 zur Aufnahme des Verschleißsensors 11 angeordnet ist und in der sich das erste Signalkabel 15 und das zweite Signalkabel 16 befinden. Die beiden Signalkabel 15,16 sind in einem definierten Abstand relativ zueinander angeordnet. Beide Signalkabel 15,16 sind über eine Isolierung 27 gegen äußere Einflüsse abgeschirmt. Die Signalkabel 15,16 bestehen aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. An der der Innenlamelle 5 zugewandten Seite der Außenlamelle 6 sind die Signalkabel 15,16 mittels der Vergussmasse 19 gesichert. Die Innenlamelle 5 ist als Reiblamelle konfiguriert. Die obere Grenze an der der Reiblamelle zugewandten Seite der Vergussmasse 19 und der Signalkabel 15,16 befinden sich auf derselben Höhe. Zwischen den Signalkabeln 15,16 liegt ein elektrischer Potentialunterschied vor.
Die Höhe der Vergussmasse 19 und der Signalkabel 15,16 relativ zur Oberfläche der Außenlamelle 6 ist so gewählt, dass sich der Abstand a ergibt. Im Neuzustand des Reibbelags 12 bildet dieser Abstand a die Verschleißreserve des Reibbelags 12 ab. Dieser Luftspalt gebildet durch den Abstand a isoliert die Signalkabel 15,16 gegenüber dem Stahlträger der Innenlamelle 5. Hierdurch ist kein Stromfluss zwischen dem ersten Signalkabel 15 und zweiten Signalkabel 16 möglich.
Im Servicezustand, also beim vollständigen Aufbrauchen der Verschleißreserve wird der Abstand a = 0. In diesem Zustand kommen die Signalkabel 15,16 in direkten Kontakt mit dem Stahlträger der Innenlamelle 5. In diesem Betriebszustand dient der Stahlträger der Innenlamelle 5 als elektrischer Leiter. Hierdurch ist ein Stromfluss zwischen dem ersten Signalkabel 15 und dem zweiten Signalkabel 16 möglich.
In der 5 ist die Positionierung des Verschleißsensors 11 auf der Außenlamelle 6 dargestellt. Hierbei ist der Verschleißsensor 11 so positioniert, dass er außerhalb der Lauffläche des Reibbelages 12 angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Bremssystem
2: elektrische Maschine
3: Kraftfahrzeug
4: Lamellenbremse
5: Innenlamelle
6: Außenlamelle
7: Bremsaktuator
8: Rotor
9: Bremsgehäuse
10: Fahrzeugrad
11: Verschleißsensor
12: Reibbelag
13: Schaltkolben
14: Tasche
15: Signalkabel
16: Signalkabel
17: Radialebene
18: Reibfläche
19: Vergussmasse
20: Achsantriebsstrang
21: Getriebe
23: Einheit
24: Einheit
25: Außenlamellenträger
26: Durchführungsöffnung
27: Isolierung
28: Innenlamellenträger
36: Rotorwelle
37: Trennkupplung
40: Wärmetauscher
41: Bremskühlkreislauf
52: Motorgehäuse

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 102019120409 A1 [0005]

Claims

Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Lamellenbremse (4) mit einer Mehrzahl von Innenlamellen (5) und einer Mehrzahl von Außenlamellen (6), welche mittels eines Bremsaktuators (7) in Reibschluss bringbar sind, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Innenlamellen (5) oder die Außenlamellen (6) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist, und an wenigstens einer der Innenlamellen (5) oder Außenlamellen (6) ein Verschleißsensor (11) angeordnet ist, mittels dessen der Verschleiß eines Reibbelags (12) an einer der Innenlamellen (5) oder Außenlamellen (6) detektierbar ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) an der axial äußersten Innenlamelle (5) oder Außenlamelle (6) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) an der einem Schaltkolben (13) entgegengesetzten axialen Stirnseite befindlichen äußersten Innenlamelle (5) oder Außenlamelle (6) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) in einer Tasche (14) fixiert ist, die in einer der Innenlamellen (5) oder Außenlamellen (6) ausgebildet ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) ein erstes Signalkabel (15) und ein zweites Signalkabel (16) umfasst, welche sich in axialer Richtung zumindest abschnittsweise durch die Tasche (14) erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Enden der Signalkabel (15,16) in einer gemeinsamen Radialebene (17) enden, die einen axialen Abstand a zur Reibfläche (18) der entsprechenden den Verschleißsensor (11) aufnehmenden Innenlamelle (5) oder Außenlamelle (6) aufweist, so dass nach einem axialen Abrieb der Reibfläche (18) bis zur Radialebene (17) ein Stromkreis zwischen dem ersten Signalkabel (15) und dem zweiten Signalkabel (16) geschlossen ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signalkabel (15) und das zweite Signalkabel (16) mittels einer Vergussmasse (19) in der Tasche (14) fixiert sind.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) außerhalb der Lauffläche des Reibbelages (12) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbremse (4) als nasslaufende Lamellenbremse (4) ausgeführt ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (11) an einer drehfesten Außenlamelle (6) angeordnet ist, welche in einem ebenfalls drehfesten Außenlamellenträger (25) aufgenommen ist, wobei der Außenlamellenträger (25) eine Durchführungsöffnung (26) aufweist, die von dem ersten Signalkabel (15) und dem zweiten Signalkabel (16) durchgriffen ist.
Elektrischer Achsantriebsstrang (20) eines Kraftfahrzeugs (3) umfassend eine elektrische Maschine (2) mit einem Rotor (8) der mit einem Getriebe (21) gekoppelt ist und das Getriebe (21) mit der elektrischen Maschine (2) eine bauliche Einheit (23) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Achsantriebsstrang (20) ferner ein Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst und das Bremsgehäuse (9) mit der elektrischen Maschine (2) eine bauliche Einheit (24) bildet.