DE102022132488B3

DE102022132488B3 - Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022132488B3
Application number: DE102022132488.5A
Authority: DE
Inventors: Doris Maria Wimmer; Simon ORTMANN; Benedikt Grubauer; Alan Barrera Bohorquez
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2042-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Trommelbremse (4) mit einer Bremstrommel (5) umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator (7) radial in Richtung der Bremstrommel (5) versetzbare Bremsbacke (6) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremstrommel (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Trommelbremse mit einer Bremstrommel umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator radial in Richtung der Bremstrommel versetzbare Bremsbacke mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
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. Aus der WO 2016/ 146 625 A1 ist eine Bremsvorrichtung mit einer Bremsscheibe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bekannt, die zusammen mit einem Elektromotor und einem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen ist. Die Bremsvorrichtung jener Offenbarung ist drehmomentübertragend mit einem Rotor eines Elektromotors gekoppelt. Darüber hinaus ist aus der CN 2 10 949 624 U eine gekühlte Trommelbremse bekannt.
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 Trommelbremse mit einer Bremstrommel umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator radial in Richtung der Bremstrommel versetzbare Bremsbacke mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und die Bremstrommel drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Bremssystem die Rekuperation der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb in Fahrsituationen ergänzt, wo diese allein nicht eine erwünschte Bremsenergie bereitstellen kann. Das sind zum Beispiel Fahrsituationen mit niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. Drehzahl der elektrischen Maschine oder ein Halten zum Stillstand oder Bremsvorgänge bei niedriger Temperatur.
Der Vorteil einer zusätzlichen, gekapselten Bremse ist es, dass die Bremsenergie als Wärme an das Thermomanagement des Kraftfahrzeugs weitergeben kann, ohne dass die Energie zwischendurch beispielsweise in der Batterie des Fahrzeugs gespeichert werden muss. Zudem werden Bremsstaubpartikel nicht an die Umwelt gegeben. Falls die gesetzlichen Regularien dies in Zukunft zulassen, kann zudem beispielsweise auch auf die Radbremsen an einer Achse evtl. verzichtet werden.
Eine derartige Bremse wird gelegentlich aus als Komplementärbremse bezeichnet.
Die Bremse ist bevorzugt in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust die Bremse. 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. Vorteilhafterweise 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.
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. Vorteilhafterweise 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 Bremse 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 Bremse 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 der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bremssystem ein Bremskühlkreislauf zur Abfuhr von Wärme aus der Bremse aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die durch die Reibungsenergie der Bremse erzeugte Wärme abgeführt und beispielsweise einem Thermomanagement-System eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner kann durch die Kühlung der Bremse deren Bremsleistung erhöht und insbesondere auch ein sog. thermisches Fading, also einen wärmebedingten Bremskraftverlust, verringert werden.
Der Begriff Thermomanagement bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung die bedarfsgerechte und effiziente Lenkung der thermischen Energieströme in einem insbesondere batteriebetriebenen, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug entsprechend dem jeweils vorherrschenden Betriebs- bzw. Lastzustand.
Das Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs kann ein hydraulisches Steuersystem umfassen. Ein hydraulisches Steuersystem lenkt die Volumenströme innerhalb eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs mittels hydraulisch auf ein Fluid einwirkender Schaltelemente, wie beispielsweise Ventile, Schieber, Pumpen und dergleichen. Das hydraulische Steuersystem kann hierzu beispielsweise insbesondere einen Volumenstrom völlig oder teilweise abdrosseln und/oder an die relevanten Wärmequellen und -senken in Subkreisläufen des Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs verteilen. Hierzu werden die hydraulischen Schaltelemente durch die elektronische Steuereinheit gesteuert und geschaltet.
Ein hydraulisches Schaltelement kann eine Hydraulikpumpe, ein Schaltventil, ein steuerbares Drosselventil und dergleichen sein. Bevorzugt ist ein hydraulisches Schaltelement elektrisch ansteuerbar. Des Weiteren weist ein hydraulisches Schaltelement bevorzugt wenigstens zwei voneinander verschiedene, schaltbare Betriebszustände auf, in denen das hydraulische Schaltelement in unterschiedlicher Weise auf das entsprechende Fluid in einem Kreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann also vorgesehen sein, dass die Bremse einen Bremskühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Bremskühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Bremskühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die elektrische Maschine einen Motorkühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur elektrischen Maschine aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Motorkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Motorkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement-System ferner einen Inverter mit einem Inverterkühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Inverter aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Inverterkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Inverterkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die Fahrzeugbatterie einen Batteriekühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Fahrzeugbatterie aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Batteriekühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Batteriekühlkreislauf einwirkt.
Es ist gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass in oder an der wenigstens einen Bremsbacke wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf anschließbarer erster Kühlkanal ausgebildet ist. Es kann hierdurch ein besonders schneller Wärmetransfer bereitgestellt werden, da eine Bremsbacke in der Regel nicht über eine große Masse verfügt. Ferner ist die Bremsbacke ein sich nicht drehender Teil der Trommelbremse, wodurch die hydraulische Anbindung des ersten Kühlkanals an den Bremskühlkreislauf konstruktiv vergleichsweise einfach ausgeführt werden kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass innerhalb des Bremsgehäuses wenigstens ein zweiter Kühlkanal ausgeformt ist, welcher mit dem ersten Kühlkanal der Bremsbacke hydraulisch gekoppelt ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass zum einen ein hoher Grad der System integration bereitgestellt werden kann, was hinsichtlich der Fertigungs- und Montagekosten in der Regel besonders günstig ist. Ferner kann die hydraulische Kopplung besonders einfach ausgestaltet werden, beispielsweise durch flexible Hydraulikschläuche.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Kühlkanal einen axial verlaufenden ersten Kopplungsabschnitt, mit einem zum Bremsgehäuse hin offenen Ende und der zweite Kühlkanal einen axial verlaufenden zweiten Kopplungsabschnitt, mit einem zur Bremsbacke hin offenen Ende aufweisen, wobei der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet sind, was ebenfalls eine hydraulische Anbindung der Kopplungsabschnitte vereinfacht.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass zwischen dem ersten Kopplungsabschnitt der Bremsbacke und dem zweiten Kopplungsabschnitt des Bremsgehäuses ein axialer Spalt ausgebildet ist und der erste Kopplungsabschnitt und/oder der zweite Kopplungsabschnitt von wenigstens einem Dichtungsmittel umschlossen sind, so dass ein Kühlfluid von dem ersten Kopplungsabschnitt über den Spalt zum zweiten Kopplungsabschnitt oder umgekehrt strömen kann. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass vollständig auf Hydraulikschläuche zwischen den Kopplungsabschnitten verzichtet werden kann, was sowohl herstell- als auch montagetechnisch besonders günstig ist.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der erste Kopplungsabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt so konfiguriert sind, dass sich deren Strömungsquerschnitte sowohl in einer ersten Betriebsstellung der Bremsbacke, in der sich diese in ihrer vollständig eingerückten Position befindet, als auch in einer zweiten Betriebsstellung der Bremsbacke, in der sich diese in ihrer vollständig ausgerückten Position befindet, zumindest abschnittsweise überdecken. Hierdurch kann erreicht werden, dass in allen Betriebsstellungen stets ein hydraulischer Fluss zwischen den Kopplungsabschnitten gewährleistet werden kann.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Bremsaktuator radial innerhalb der Bremstrommel angeordnet ist und eine Radialführung für die Bremsbacke aufweist, so dass die Bremsbacke an der Radialführung radial nach außen versetzbar, aber axial festgelegt gelagert ist.
Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass sich durch diese Führung auch insbesondere die Dichtwirkung und Langlebigkeit des Dichtungsmittels verbessern lässt. Durch die radial innere Anordnung des Bremsaktuators lassen sich ferner radial besonders kompakt bauende Trommelbremsen bereitstellen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass an der radial inneren Mantelfläche der Bremstrommel ein Reibbelag fixiert ist und/oder an der radial äußeren Kontaktfläche der Bremsbacke ein Reibbelag fixiert ist, wodurch die Bremswirkung der Trommelbremse weiter verbessert werden kann.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Bremsaktuator radial außerhalb der Bremstrommel angeordnet ist und eine Radialführung für die Bremsbacke aufweist, so dass die Bremsbacke an der Radialführung radial nach innen versetzbar, aber axial festgelegt gelagert ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass der Bremsaktuator thermisch nicht so hoch belastet wird, wie bei einer radial inneren Positionierung.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Bremse als trocken laufende Bremse konfiguriert ist. Es ist somit bevorzugt, dass das Bremssystem als ein „trockenes“ Bremssystem ausgeführt ist, dass in einer der Bremskomponenten - vorzugsweise in der nicht-rotierenden - Kühlkanäle oder Kühlschläuche besitzt. Durch diese wird ein Kühlmittel, beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung oder ein Kühlöl, zum Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs transportiert. Gegenüber einem „nassen“ (Lamellen-) Bremssystem hat ein „trockenes“ Bremssystem den Vorteil, dass es in unbetätigtem Zustand deutlich weniger Verluste erzeugt und der Reibwert und damit das Bremsmoment konstanter ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem in einer schematischen Blockschaltansicht,
2 einen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Bremssystem in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
3 eine Trommelbremse in einer schematischen Axialschnittansicht,
4 eine Detailansicht auf die Kühlkanäle der Bremsbacke in einer Axialschnittdarstellung.

Die 1 zeigt ein Bremssystem 1 eines mittels einer elektrischen Maschine 2 elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 3. Das Bremssystem 1 besitzt in der Ausführungsform der 1 ferner ein Betriebsbremssystem 27 zur radselektiven Bremsmomentbeaufschlagung der Fahrzeugräder 10 der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse.
Das Bremssystem 1 besitzt ferner eine Trommelbremse 4 mit einer Bremstrommel 5, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator 7 radial in Richtung der Bremstrommel 5 versetzbare Bremsbacke 6 mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, was sich gut anhand der 2 nachvollziehen lässt. Die in dem Motorgehäuse 26 aufgenommene elektrische Maschine 2 weist einen Rotor 8 auf, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad 10 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt ist. Die Trommelbremse 4 ist in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen und die Bremstrommel 5 drehmomentübertragend mit dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 verbunden. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass er dem Aufbau einer herkömmlichen Trommelbremse ähnlich und daher sehr kompakt ist. Hierzu wird die Rotorwelle 23 drehfest an die Bremswelle 29 der Trommelbremse 4 angeschlossen, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung.
Das Getriebe 25, die elektrische Maschine 2 sowie die Trommelbremse können eine bauliche Einheit bilden, die auch als Achsantriebsstrang 28 bezeichnet ist. Im Drehmomentenpfad zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Fahrzeugrad 10 ist eine Trennkupplung 24 angeordnet, mittels derer die elektrische Maschine 2 von dem Fahrzeugrad 10 entkoppelbar ist, so dass sich beispielsweise ein Segelbetrieb des Achsantriebsstrangs 28 einstellen lässt.
In dieser Konfiguration können also drei verschiedene Verzögerungsmomente auf ein oder mehrere der Fahrzeugräder 10 wirken: Das von der Bremse 4 erzeugte Verzögerungsmoment, dass von der elektrischen Maschine 2 erzeugte Verzögerungsmoment und/oder das von dem Betriebsbremssystem 27 erzeugte Verzögerungsmoment. Je nach Fahrsituation und Verzögerungsbedarf können diese drei zu Verfügung stehende Verzögerungsmomente miteinander kombiniert und gesteuert beaufschlagt werden.
Das Bremssystem 1 verfügt des Weiteren über einen Bremskühlkreislauf 11 zur Abfuhr von Wärme aus der Trommelbremse 4. Hierzu ist in oder an der wenigstens einen Bremsbacke 6 wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf 11 anschließbarer erster Kühlkanal 12 ausgebildet. Die aufgenommene Wärme kann über den Wärmetauscher 30 an ein Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs 3 weitergeleitet werden.
Innerhalb des Bremsgehäuses 9 ist wenigstens ein zweiter Kühlkanal 13 ausgeformt, welcher mit dem ersten Kühlkanal 12 der Bremsbacke 6 hydraulisch gekoppelt ist. Der erste Kühlkanal 12 weist einen axial verlaufenden ersten Kopplungsabschnitt 14, mit einem zum Bremsgehäuse 9 hin offenen Ende und der zweite Kühlkanal 13 einen axial verlaufenden zweiten Kopplungsabschnitt 15, mit einem zur Bremsbacke 6 hin offenen Ende auf, wobei der erste Kopplungsabschnitt 14 und der zweite Kopplungsabschnitt 15 im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet sind, was sich insbesondere gut anhand einer Zusammenschau der 3-4 erkennen lässt.
Zwischen dem ersten Kopplungsabschnitt 14 der Bremsbacke 6 und dem zweiten Kopplungsabschnitt 15 des Bremsgehäuses 9 ist ein axialer Spalt 16 ausgebildet und der erste Kopplungsabschnitt 14 und/oder der zweite Kopplungsabschnitt 15 sind von wenigstens einem Dichtungsmittel 17 umschlossen, so dass ein Kühlfluid 18 von dem ersten Kopplungsabschnitt 14 über den Spalt 16 zum zweiten Kopplungsabschnitt 15 oder umgekehrt strömen kann. Der erste Kopplungsabschnitt 14 und der zweite Kopplungsabschnitt 15 sind hierbei so konfiguriert, dass sich deren Strömungsquerschnitte sowohl in einer ersten Betriebsstellung der Bremsbacke 6, in der sich diese in ihrer vollständig eingerückten Position befindet, als auch in einer zweiten Betriebsstellung der Bremsbacke 6, in der sich diese in ihrer vollständig ausgerückten Position befindet, zumindest abschnittsweise überdecken. Die Übergabe des Kühlfluids 18 gestaltet sich hierdurch besonders einfach und betriebssicher, da die Bauteile, über die der Kühlmitteltransport erfolgt, keine große Differenz der Geschwindigkeiten zueinander haben. Die Bremsbacke 6 wird lediglich geringfügig radial versetzt, was auch für eine sichere Abdichtung des Spalts 16 günstig ist.
In der gezeigten Ausführungsform der 3 ist der Bremsaktuator 7 radial innerhalb der Bremstrommel 5 angeordnet ist und eine Radialführung 19 für die Bremsbacke 6 aufweist, so dass die Bremsbacke 6 an der Radialführung 19 radial nach außen versetzbar, aber axial festgelegt gelagert ist. An der radial inneren Mantelfläche 20 der Bremstrommel 5 ist ein Reibbelag 21 fixiert ist. Dieser könnte alternativ auch an der radial äußeren Kontaktfläche 22 der Bremsbacke 6 angeordnet und fixiert sein.
Die Zufuhr mit Kühlfluid 18 erfolgt an einer geeigneter Stelle im Bremsgehäuse 9. Das Kühlfluid 18 strömt dann in die Bremsbacke 6 und an der Reibstelle zwischen Bremsbacke 6 und Bremstrommel 5 vorbei und verlässt die Bremsbacke 6 wieder über den mit dem Dichtungsmittel 17 abgedichteten Spalt 16 in Richtung Bremsgehäuse 9. Das Dichtungsmittel 17 ist so platziert, dass es eine radiale Bewegung (in Höhe des Lüftspiels, des Anpresswegs und des Verschleißnachstellungswegs) der Bremsbacke 6 zulässt. Um die Dichtheit der Fluidübergabestelle zu gewährleisten ist die Bremsbacke 6 mit einer Radialführung 19 zum Bremsgehäuse 9 versehen, die eine axiale Verschiebung der Bremsbacke 6 verhindert und so das Dichtungsmittel 17 auch bei Betätigung zwischen der Bremsbacke 6 und dem Bremsgehäuse 9 vorgespannt und damit sicher abdichtet.
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: Trommelbremse
5: Bremstrommel
6: Bremsbacke
7: Bremsaktuator
8: Rotor
9: Bremsgehäuse
10: Fahrzeugrad
11: Bremskühlkreislauf
12: Kühlkanal
13: Kühlkanal
14: Kopplungsabschnitt
15: Kopplungsabschnitt
16: Spalt
17: Dichtungsmittel
18: Kühlfluid
19: Radialführung
20: Mantelfläche
21: Reibbelag
22: Kontaktfläche
23: Rotorwelle
24: Trennkupplung
25: Getriebe
26: Motorgehäuse
27: Betriebsbremssystem
28: Achsantriebsstrang
29: Bremswelle
30: Wärmetauscher

Claims

Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Trommelbremse (4) mit einer Bremstrommel (5) umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator (7) radial in Richtung der Bremstrommel (5) versetzbare Bremsbacke (6) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremstrommel (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist, wobei in oder an der wenigstens einen Bremsbacke (6) wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf (11) anschließbarer erster Kühlkanal (12) ausgebildet ist, und wobei der erste Kühlkanal (12) einen axial verlaufenden ersten Kopplungsabschnitt (14), mit einem zum Bremsgehäuse (9) hin offenen Ende und der zweite Kühlkanal (13) einen axial verlaufenden zweiten Kopplungsabschnitt (15), mit einem zur Bremsbacke (6) hin offenen Ende aufweisen, wobei der erste Kopplungsabschnitt (14) und der zweite Kopplungsabschnitt (15) im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1) ein Bremskühlkreislauf (11) zur Abfuhr von Wärme aus der Trommelbremse (4) aufweist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bremsgehäuses (9) wenigstens ein zweiter Kühlkanal (13) ausgeformt ist, welcher mit dem ersten Kühlkanal (12) der Bremsbacke (6) hydraulisch gekoppelt ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kopplungsabschnitt (14) der Bremsbacke (6) und dem zweiten Kopplungsabschnitt (15) des Bremsgehäuses (9) ein axialer Spalt (16) ausgebildet ist und der erste Kopplungsabschnitt (14) und/oder der zweite Kopplungsabschnitt (15) von wenigstens einem Dichtungsmittel (17) umschlossen sind, so dass ein Kühlfluid (18) von dem ersten Kopplungsabschnitt (14) über den Spalt (16) zum zweiten Kopplungsabschnitt (15) oder umgekehrt strömen kann.
Bremssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungsabschnitt (14) und der zweite Kopplungsabschnitt (15) so konfiguriert sind, dass sich deren Strömungsquerschnitte sowohl in einer ersten Betriebsstellung der Bremsbacke (6), in der sich diese in ihrer vollständig eingerückten Position befindet, als auch in einer zweiten Betriebsstellung der Bremsbacke (6), in der sich diese in ihrer vollständig ausgerückten Position befindet, zumindest abschnittsweise überdecken.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) radial innerhalb der Bremstrommel (5) angeordnet ist und eine Radialführung (19) für die Bremsbacke (6) aufweist, so dass die Bremsbacke (6) an der Radialführung (19) radial nach außen versetzbar, aber axial festgelegt gelagert ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radial inneren Mantelfläche (20) der Bremstrommel (5) ein Reibbelag (21) fixiert ist und/oder an der radial äußeren Kontaktfläche (22) der Bremsbacke (6) ein Reibbelag (21) fixiert ist. dadurch gekennzeichnet, dass 8. Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der Bremsaktuator (7) radial außerhalb der Bremstrommel (5) angeordnet ist und eine Radialführung (19) für die Bremsbacke (6) aufweist, so dass die Bremsbacke (6) an der Radialführung (19) radial nach innen versetzbar, aber axial festgelegt gelagert ist.