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Die Erfindung betrifft ein zum Verfahren zum Herstellen einer Getriebewelle insbesondere für einen elektrisch betriebenen Bremskraftverstärker zum Beispiel für ein Bremssystem eines Personenkraftwagens. Die Erfindung betrifft auch eine Getriebewelle für einen elektrisch betriebenen Bremskraftverstärker und einen Bremskraftverstärker für ein Bremssystem in einem Personenkraftwagen.
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Ein elektromechanischer Bremskraftverstärker ist aus
DE 10 2007 018 469 A1 bekannt. Der bekannte Bremskraftverstärker umfasst einen Elektromotor mit einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe, das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung zur Betätigung eines Hauptbremszylinders wandelt, sowie ein mechanisches Getriebe mit variabler Übersetzung.
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Aus
DE 10 2011 081 966 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindeteils eines Wälzschraubtriebs für einen elektromechanischen Bremskraftverstärker bekannt.
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Ein weiterer elektromechanischer Bremskraftverstärker mit einem Elektromotor und einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe ist aus
DE 10 2015 0 12 124 A1 bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Getriebewelle für einen elektromechanischen Bremskraftverstärker, eine Getriebewelle und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker bereitzustellen, die eine kostengünstige Fertigung und Verwendbarkeit in verschiedenen Fahrzeugbaureihen bei hoher Maßhaltigkeit der Bauteile ermöglichen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Getriebewelle für einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einem Elektromotor und mit einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe, das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung zur Betätigung einer Kolben-Zylinder-Einheit für die Erzeugung eines hydraulischen Bremsdrucks wandelt, vorgesehen, gemäß dem ein Kraftübertragungsglied bereitgestellt wird; eine rotationssymmetrische Verzahnung an einem antriebsseitigen Ende des Kraftübertragungsglieds angeformt wird; an dem Kraftübertragungsglied abtriebsseitig eine Positionier- und Befestigungseinrichtung ausgebildet wird, und ein Zahnrad mittels der Positionier- und Befestigungseinrichtung an dem Kraftübertragungsglieds drehfest verankert wird.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird zumindest eine Mantelfläche des Kraftübertragungsglieds zumindest abschnittsweise chemisch und/oder thermisch behandelt. Unter Mantelfläche ist bei einem rotationssymmetrischem Kraftübertragungsglied, wie einer zylindrischen Welle, die Außenumfangsfläche des rotationssymmetrischen Körpers gemeint. Insbesondere wird zumindest die Mantelfläche des Kraftübertragungsglieds gehärtet, insbesondere bevor die Positionier- und Befestigungseinrichtung ausgebildet wird. In einer anderen Variante wird die Positionier- und Befestigungseinrichtung ausgebildet und erst anschließend das Kraftübertagungsglied, insbesondere einschließlich der Positionier- und Befestigungseinrichtung chemisch und/oder thermisch behandelt, vorzugsweise gehärtet.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird an dem Kraftübertragungsglied eine Befestigungshilfe für ein Lager und/oder eine Positioniereinrichtung ausgebildet. Insbesondere wird die Befestigungshilfe spanend eingearbeitet, vorzugsweise gedreht. Es können auch mehrere Befestigungshilfen eingearbeitet werden. Eine Befestigungshilfe kann als Einschnürung, Ausnehmung oder Vorsprung ausgestaltet sein, und insbesondere einen Hinterschnitt umfassen.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird eine Axialpositioniereinrichtung axialverschiebungsfest an dem Kraftübertragungsglied ausgebildet oder - soweit eine Befestigungshilfe vorgesehen ist - an der Befestigungshilfe verankert. Insbesondere wird die Axialpositioniereinrichtung formschlüssig mit dem Kraftübertragungsglied in Eingriff gebracht.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird eine Mantelfläche des Kraftübertragungsglieds zumindest abschnittsweise spanend und/oder abrasiv bearbeitet, bevor das Zahnrad bezüglich des Kraftübertragungsglieds drehfest verankert wird. Insbesondere wird das Kraftübertragungsglied an einem Schleifwerkzeug in Längserstreckungsrichtung des Kraftübertragungsglieds entlang dessen gesamter Länge vorbeigeführt. Insbesondere wird das Schleifwerkzeug nur an bestimmten Bereichen entlang der gesamten Länge des Kraftübertragungsglieds mit diesem abrasiv arbeitend in Kontakt gebracht.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird die Positionier- und Befestigungseinrichtung ausgebildet, indem das Kraftübertragungsglied insbesondere materialerhaltend umgeformt wird. Vorzugsweise wird das Kraftübertragungsglied eingekerbt. Dabei kommt ein Kerbschlagwerkzeug zu Einsatz.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird ein Umformwerkzeug zur Ausbildung der Positionier- und Befestigungseinrichtung so geführt, dass dessen Umformkrafteintragsrichtung eine von einer Drehachse des Kraftübertragungsglieds weg weisende Erstreckungsrichtung des Kraftübertragungsglieds kreuzt. Damit wird sichergestellt, dass ein Umformwerkzeug, wie ein Kerbschlagwerkzeug, Material in eine vorgegebene Richtung umformt, z.B. eine Materialerhebung erzeugt, die als Verankerungsvorsprung dienen kann.
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Gemäß einer besonderen Ausführung werden das Zahnrad und die Positionier- und Befestigungseinrichtung beim Aufschieben reib- und/oder formschlüssig, insbesondere unmittelbar, miteinander in Eingriff gebracht. Vorzugsweise wird ein formkomplementärer Eingriff ausgebildet, wie durch elastisch-plastische Deformation. Insbesondere wird beim Aufschieben des Zahnrads mit der Positionier- und Befestigungseinrichtung, z.B. einem Vorsprung oder einer Rippe, eine Verankerungsausnehmung in das Zahnrad, also in eine Wellenaufnahmeöffnung des Zahnrads, elastisch-plastisch, plastisch und/oder spanend eingeformt.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird an einem abtriebsseitigen Ende des Kraftübertragungsglieds zumindest teilweise ein Axiallager ausgebildet.
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Insbesondere wird das Axiallagerende spanend hergestellt, z.B. mittels Drehen und/oder Schleifen. Vorzugsweise ist das Axiallagerende gehärtet ausgeführt.
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Gemäß einer besonderen Ausführung wird in einem der Verzahnung an dem antriebsseitigen Ende des Kraftübertragungsglieds gegenüberliegenden Axiallagerende eine Ausnehmung ausgebildet und in der Ausnehmung ein Axiallagerkontaktbildendes Bauteil befestigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Getriebewelle für einen elektromechanischen Bremskraftverstärker ein Kraftübertragungsglied mit einem Verzahnungsende zum Abgreifen eines Antriebsdrehmoments und ein Zahnrad zum Mitteilen eines Abtriebsdrehmoments. Erfindungsgemäß ist einstückig mit dem Kraftübertragungsglied eine Positionier- und Befestigungseinrichtung für das Zahnrad ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst die Getriebewelle zwei Lagerabschnitte, insbesondere Radiallagerabschnitte, mit denen jeweils ein Radiallager in Eingriff steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst die Getriebewelle eine insbesondere demontierbare und/oder separat gefertigte Axialpositioniereinrichtung zum Festlegen der Lage der Getriebewelle im elektromechanischen Bremskraftverstärker bezüglich einer Antriebsseite. Insbesondere ist eine einstückig mit dem Kraftübertragungsglied ausgebildete Befestigungshilfe für die Axialpositioniereinrichtung vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die Befestigungs- und Positioniereinrichtung eine Material- oder Mantelflächenerhebung und/oder -vertiefung, insbesondere bezüglich der Außenumfangs des Kraftübertragungsglieds auf. Insbesondere sind mehrere rotationssymmetrisch um das Kraftübertragungsglied angeordnete Mantelflächenerhebung und/oder -vertiefung vorgesehen. Insbesondere verlaufen die Mantelflächenerhebung und/oder -vertiefung in Längserstreckungsrichtung des Kraftübertragungsglieds rotationsachsenparallel.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Kraftübertragungsglied ein dem Verzahnungsende zum Abgreifen eines Antriebsdrehmoments, insbesondere in axialer Erstreckungsrichtung gegenüberliegendes Axiallagerende auf. Insbesondere ist das Axiallagerende einstückig mit dem Kraftübertragungsglied ausgebildet. Insbesondere weist das Axiallagerende eine Befestigungshilfe auf, in der ein axiallagerkontaktbildendes Bauteil aufgenommen ist. Vorzugsweise ist das axiallagerkontaktbildende Bauteil eine gehärtete Stahlkugel.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Getriebewelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Insbesondere umfasst die Positionier und Befestigungseinrichtung zwischen dem Zahnrad und dem Kraftübertragungsglied eine dreh- und/oder axialschubfeste Verankerung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker vorgesehen mit einem Elektromotor und mit einem Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe, das eine rotierende Antriebsbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung zur Betätigung einer Kolben-Zylinder-Einheit für die Erzeugung eines hydraulischen Bremsdrucks wandelt. Erfindungsgemäß umfasst das Rotations-/Translations-Umsetzungsgetriebe eine erfindungsgemäße und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Getriebewelle.
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Einer oder mehrere Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass die Getriebewelle einfach und kostengünstig gefertigt werden kann. Einer oder mehrere Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass Funktionsbestandteile in zumindest teilweise getrennten Fertigungschritten gefertigt, wodurch Fertigungsflexibilität, Skalierbarkeit und Maßhaltigkeit verbessert sein können. Einer oder mehrere Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass die Bearbeitung bestimmter Funktionskomponenten bereits abgeschlossen ist, bevor weitere Bearbeitungsschritte folgen, so dass feste Bearbeitungsbezugspunkte, wie Bezugsmaße, für nachfolgende Schritte vorliege. Einer oder mehrere Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass Bereiche der zu fertigenden Komponenten oder die gefertigten Komponenten unempfindlich gegen äußere Einflüsse in späteren Fertigungsschritten sind. Einer oder mehrere Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass Funktionsbestandteile aus einem Halbzeug einstückig gefertigt sind, wodurch der Handlingaufwand verringert und die Kraftübertragung innerhalb der Komponente verbessert sein kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung unter Verweis auf die Figuren erklärt, die zeigen:
- 1: zeigt ein Kraftübertragungsglieds einer Getriebewelle gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung;
- 2: zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremskraftverstärkers mit einer Getriebewelle gemäß der ersten Ausführung der Erfindung;
- 3: eine Getriebewelle gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung.
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1 zeigt ein Kraftübertragungsglied 20, das als vorgefertigte Komponente zur Herstellung einer Getriebewelle 10 für einen elektromechanischen Bremskraftverstärker dient. Um eine Getriebewelle 10 zu bilden, wird ein in den 2 und 3 dargestellten Zahnrads 30 an dem Kraftübertragungsglied 20 so angebracht, dass es mit einem weiteren Zahnrad des Bremskraftverstärkers in Eingriff kommt. Das Kraftübertragungsglied 20 wird aus einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen metallischen Halbzeug gefertigt, wie einer zylindrischen Stahlwelle. Das Kraftübertragungsglied 20 erstreckt sich entlang einer nicht dargestellten Drehachse vom einem antriebsseitigen Ende 22 zu einem abtriebsseitigen Axiallagerende 24.
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An dem antriebsseitigen Ende 22 wird ein Verzahnungsende 25 spanend in das Kraftübertragungsglied 20 eingearbeitet. Das Verzahnungsende 25 ist im Endmontagezustand über eine in 2 dargestellte Kupplung 37 mit dem Abtrieb eines nicht näher dargestellten Elektromotors eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers verbunden.
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An dem abtriebsseitigen Axiallagerende 24 ist das Kraftübertragungsglied 20 axial in einem in 2 teilweise dargestellten Gehäuse 3 eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers 1 gelagert. Dazu ist im Gehäuse 3 eine Lagerschale 36 vorgesehen.
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Zwischen dem antriebsseitigen Ende 22 und dem abtriebsseitigen Axiallagerende 24 sind zwei Bereiche des Kraftübertragungsglieds 20 fertigungstechnisch als Lagerabschnitte 27, 29 derart ausgearbeitet, dass diese mit jeweils einem in 2 dargestellten Radiallager 34, 32 in Eingriff gebracht werden können. Über die Radiallager 34, 32 ist das Kraftübertragungsglied 20 im Gehäuse 3 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 1 radial gelagert. Der Lagerabschnitt 27 ist unmittelbar anschließend an das Axiallagerende 24 gefertigt, insbesondere auf etwa 3 Prozent bis 7 Prozent der Längserstreckung des Kraftübertragungsglieds 20. Der Lagerabschnitt 29 ist etwa mittig, jedoch etwas zum antriebsseitigen Ende 22 versetzt ausgebildet, insbesondere entlang von etwa 5 bis 12 Prozent der Längserstreckung des Kraftübertragungsglieds 20. Die Lagerabschnitte 27, 29 werden vorzugsweise durch ein Schleifwerkzeug ausgebildet. Um eine hohe Belastbarkeit der radialen Lagerung des Kraftübertragungsglieds 20 zu erreichen, werden die Lagerabschnitte 27, 29 zudem vorzugsweise mittels eines thermischen Verfahrens gehärtet. In anderen Varianten kommen chemische Verfahren zu Einsatz, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften und Härtegrade der Lagerabschnitte 27, 29 zu erreichen.
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Nahe dem Lagerabschnitt 27 ist eine Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 für ein in 1 nicht dargestelltes Zahnrad ausgebildet. Die Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 umfasst wenigstens eine Rippe 26, die einstückig mit dem Kraftübertragungsglied 20 ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführung wird die Rippe 26 durch Umformen des Kraftübertragungsglieds 20 erzeugt. Die wenigstens eine Rippe 26 lässt sich besonders einfach durch Kerbschlagen herstellen. Dazu wird ein Kerbschlagwerkzeug derart geführt, dass die Krafteintragsrichtung die Radialerstreckungsrichtungen des Kraftübertragungsglieds 20 kreuzt. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass bei Schlagen mittels des Kerbschlagwerkzeugs Material des Kraftübertragungsglieds 20 plastisch so umgeformt wird, dass die wenigstens eine Rippe 26 entsteht, sowie eine Kerbe 23. Für weitere Rippen 26 bzw. Kerben 23, die in 1 und 2 in unterschiedlicher Anzahl gezeigt sind, wird der Prozess bei entsprechend weiter rotiertem Kraftübertragungsglied 20 wiederholt. Alternativ oder zusätzlich wird die Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 spanend eingearbeitet.
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Zwischen den beiden Lagerabschnitten 27, 29 ist auf der Seite des Lagerabschnitts 29 eine Einschnürung 33 in dem Kraftübertragungsglied 20 ausgebildet, die als Befestigungshilfe für eine z.B. in 3 erkennbare Axialpositioniereinrichtung 31 dient. Die Einschnürung 33 wird spanend, z.B. mittels Drehen, ausgebildet.
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In 2 ist das Kraftübertragungsglied 20 im Wesentlichen gemäß 1 gezeigt, das nach Montage eines abtriebsseitigen Zahnrads 30 eine vormontierten Getriebewelle 10 bildet. Die Getriebewelle 10 ist in einem Gehäuse 3 eines nicht näher dargestellten elektromechanischen Bremskraftverstärkers 1 endmontiert. Das Zahnrad 30 wird zur Bildung der Getriebewelle 10 auf das Kraftübertragungsglied 20 aufgeschoben, bis es mit der Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 vollständig in Eingriff ist. Die Längserstreckung und Anordnung auf dem Kraftübertragungsglied 20 der Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 dienen dabei der exakten Positionierung relativ zu einem mit dem Zahnrad 30 in Eingriff zu bringendem weiteren Zahnrad.
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In einer Variante arbeitet sich beim Aufschieben die wenigstens eine Rippe 26 der Positionier- und Befestigungseinrichtung 26 spanend, abrasiv, elastisch verformend und/oder plastisch verformend in die Wellenaufnahmeöffnung des Zahnrads 30 ein, so dass nach dem Aufschieben eine drehfeste und/oder axialfeste Verankerung besteht. Die wenigstens eine Rippe 26 und die Wellenaufnahmeöffnung können in deren Dimensionen derart aufeinander abgestimmt sein, dass beim Aufschieben ein zahnradseitiger Teil der Postionier- und Befestigungseinrichtung 28 ausgebildet wird.
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In einer anderen Variante weist die Wellenaufnahmeöffnung des Zahnrads 30 wenigstens eine Ausnehmungen und/oder wenigstens einen Vorsprung auf, die zu der wenigstens einen Rippe 26 und/oder der wenigstens eine Kerbe 23 korrespondieren, so dass eine Positionier- und Befestigungseinrichtung 28 durch formkomplementär vorgefertigte Rastelemente an Zahnrad 30 und Kraftübertragungsglied 20 gebildet ist.
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Am antriebsseitigen Ende 22 erfolgt eine Mitteilung der Antriebskraft auf die Getriebewelle 10 mittels einer Kupplung 37 vom Abtriebsende eines Elektromotors oder eines Getriebeabschnitts, der quellnäher innerhalb des Antriebsstrangs als das Kraftübertragungsglied mit dem Elektromotor verbunden ist. Das Verzahnungsende 25 ist derart mit im Vergleich zum Kraftübertragungsglied 20 verringertem Umfang oder Radius geformt, dass das Kraftübertragungsglied 20 einen axialen Endanschlag 39 für die Kupplung 37 ausbildet.
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Die Getriebewelle 10 ist radial an den Radiallagern 32, 34 abgestützt, die in Eingriff mit den Lagerabschnitten 29, 27 stehen. Die Radiallager 32, 34 sind als Kugel- oder Rollenlager ausgeführt, vorzugsweise als Nadellager. In einer Ausführung wird eine Innenlauffläche des Lagers durch die Zylindermantelfläche oder Außenumfangsfläche des Kraftübertragungsglieds 20 im Bereich des jeweiligen Lagerabschnitts 29, 27 gebildet.
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Die in 3 gezeigte Getriebewelle 10 entspricht in Funktion und Herstellung der in 2 gezeigten Getriebewelle 10 mit dem in 1 gezeigten Kraftübertragungsglied 20 und unterscheidet sich lediglich dadurch, dass im Bereich der Einschnürung 33 der 1 und 2 eine Axialpositioniereinrichtung 31 vorgesehen ist sowie das Axiallagerende 24 in einer alternativen Variante ausgestaltet ist.
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Um eine Axialpositioniereinrichtung 31 auszubilden, wird ein Sprengring auf die Einschnürung 33 unter elastischer Verformung aufgeschoben. Der Sprengring ist bezüglich der Abmessungen der Einschnürung 33 in Längserstreckungsrichtung und Radialrichtung des Kraftübertragungsglieds 20 so bemessen, dass ein positionsdefinierender axialer Anschlag gebildet ist. Die Axialpositioniereinrichtung wird insbesondere nach dem Ausbilden der Lagerflächen27, 29 ausgebildet, was deren Fertigung erleichtert.
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Das Axiallagerende 24 umfasst in der Ausführung gemäß 3 eine Ausnehmung 23, die eine Befestigungshilfe bildet und spanend, insbesondere durch Drehen, in das abtriebsseitige Ende des Kraftübertragungsglieds 20 eingearbeitet ist. In die Ausnehmung 23 wird eine gehärtete Stahlkugel 38 eingepresst, welche einen Axiallagerkontakt mit einer gehäuseseitigen Lagerschale 36 ausbildet. Die Ausnehmung ist so bemessen und gestaltet, dass diese die gehärtete Stahlkugel 38 in einem Vormontagezustand ortsfest hält.
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Bezugszeichen
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- 1
- Elektromechanischer Bremskraftverstärker
- 3
- Gehäuse
- 10
- Getriebewelle
- 20
- Kraftübertragungsgliede
- 22
- antriebsseitiges Ende
- 23
- Kerbe
- 24
- Axiallagerende
- 26
- Rippe
- 27,29
- Lagerabschnitte
- 28
- Positionier- und Befestigungseinrichtung
- 30
- Zahnrad
- 31
- Axialpositioniereinrichtung
- 32, 34
- Radiallager
- 33
- Einschnürung
- 36
- Lagerschale
- 37
- Kupplung
- 38
- Stahlkugel
- 39
- Endanschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018469 A1 [0002]
- DE 102011081966 A1 [0003]
- DE 102015012124 A1 [0004]
