KR20220010458A

KR20220010458A - 스핀들 구동 유닛을 갖는 전기 기계식 제동압 발생기, 브레이크 시스템

Info

Publication number: KR20220010458A
Application number: KR1020210093413A
Authority: KR
Inventors: 플로리안 튀르크; 빌리 나겔; 클라우스 욀러; 마르크 뵘
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-01-25
Also published as: US20220024435A1; CN113942481A; DE102020208956A1

Abstract

본 발명은, 전기 모터식으로 구동되는 구동 샤프트(3)의 회전 운동을 스핀들 구동 유닛(2)과 결합된 피스톤(4)의 병진 운동으로 변환하기 위한, 스핀들 구동 유닛(2)을 구비한 전기 기계식 제동압 발생기(1)에 관한 것으로, 상기 스핀들 구동 유닛(2)은 다단 기어(5)를 통해 구동 샤프트(3)와 작동 연결되어 있다. 본 발명에 따라, 다단 기어(5)는 제1 및 제2 단(5.1, 5.2)을 갖는 유성 기어이다. 기어(5)를 이용하여, 축방향 힘 및 반경 방향 힘을 흡수하는 베어링 장치(8)를 통해 제동압 발생기(1)의 하우징(9) 내에 회전 가능하게 장착된 스핀들 구동 유닛(2)의 스핀들(6) 또는 스핀들 너트(7)가 구동될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 전기 기계식 제동압 발생기(1)를 구비한 차량용 브레이크 시스템에 관한 것이다.

Description

스핀들 구동 유닛을 갖는 전기 기계식 제동압 발생기, 브레이크 시스템{ELECTROMECHANICAL BRAKE PRESSURE GENERATOR WITH SPINDLE DRIVE UNIT, BRAKE SYSTEM}

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른, 스핀들 구동 유닛을 갖는 전기 기계식 제동압 발생기에 관한 것이다. 스핀들 구동 유닛은, 전기 모터식으로 구동되는 구동 샤프트의 회전 운동을 스핀들 구동 유닛과 결합된 피스톤의 병진 운동으로 변환하는 데 이용된다.

명시된 전기 기계식 제동압 발생기는, 보조 제동력을 제공하기 위한 목적뿐만 아니라, 소위 "브레이크 바이 와이어(brake-by-wire)" 시스템에서 제동력을 단독으로 발생시키기 위한 목적으로도 사용될 수 있어야 한다. 이러한 구성에서는, 명시된 전기 기계식 제동압 발생기가 자율 주행 차량에서 특히 제동력 또는 제동 압력을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전기 기계식 제동압 발생기를 포함하는 차량용 브레이크 시스템도 제안된다.

전기 기계식 제동압 발생기의 경우, 구동 샤프트는 스핀들 구동 유닛에 대해 또는 피스톤에 대해 동축으로 또는 축방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 본 발명은 주로 구동 샤프트가 동축으로 배치된 전기 기계식 제동압 발생기와 관련이 있다. 이러한 제동압 발생기의 예가 WO 2017/045804 A1호로부터 확인된다.

전술된 종래 기술에 근거하여, 본 발명의 과제는, 전기 기계식 제동압 발생기를 위해 최적화된 디자인을 제공하는 것이다. 특히, 스핀들 구동 유닛의 장착이 가용 설치 공간을 활용해서 개선되어야 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 특징들을 갖는 전기 기계식 제동압 발생기가 명시된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항에서 확인된다. 또한, 본 발명에 따른 전기 기계식 제동압 발생기를 갖는 차량용 제동 시스템이 명시된다.

제안된 전기 기계식 제동압 발생기는, 전기 모터식으로 구동되는 구동 샤프트의 회전 운동을 스핀들 구동 유닛과 결합된 피스톤의 병진 운동으로 변환하기 위한 스핀들 구동 유닛을 구비한다. 이때, 스핀들 구동 유닛은 다단 기어를 통해 구동 샤프트와 작동 연결된다. 다단 기어는 본 발명에 따라 제1 및 제2 단을 갖는 유성 기어이다. 기어를 이용하여, 축방향 힘 및 반경 방향 힘을 흡수하는 베어링 장치를 통해 제동압 발생기의 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 스핀들 구동 유닛의 스핀들 또는 스핀들 너트가 구동될 수 있다.

유성 기어 형태의 다단 기어를 사용하는 것은, 특히 구동 샤프트와 스핀들 구동 유닛이 동축으로 배열된 경우에 바람직한 것으로서 입증되었는데, 그 이유는 이 경우 적어도 반경 방향으로 매우 콤팩트한 구성의 제동압 발생기가 제작되기 때문이다. 축방향으로는, 유성 기어의 다단으로 인해 설치 공간 수요가 약간 증가할 수 있다. 하지만, 본 경우 이는 스핀들 또는 스핀들 너트의 회전 가능한 장착을 위한 콤팩트한 구성의 베어링 장치에 의해 상쇄된다. 왜냐하면, 베어링 장치가 축방향 힘뿐만 아니라 반경 방향 힘도 흡수할 수 있기 때문이다.

그와 동시에, 다단 유성 기어를 이용하여 높은 변속비가 실현될 수 있다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 베어링 장치는 축방향 힘을 흡수하기 위한 축방향 니들 롤러 베어링 및 반경 방향 힘을 흡수하기 위한 반경 방향 슬라이딩 베어링을 포함한다. 이러한 방식으로, 축방향 및 반경 방향으로 콤팩트한 구조의 베어링 장치가 제공될 수 있다. 그 이유는, 니들을 롤링 바디(rolling body)로서 사용하면 전체 축방향 높이가 감소하기 때문이다. 롤링 바디가 없는 슬라이딩 베어링의 형성은 실질적으로 추가 설치 공간을 요구하지 않는다.

본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 베어링 장치는 축방향 힘 및 반경 방향 힘을 흡수하기 위한 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 포함한다. 앵귤러 콘택트 볼 베어링이 액시얼 베어링과 레이디얼 베어링을 단일 베어링으로 통합함으로써, 본 실시예도 마찬가지로 설치 공간이 매우 절약된다.

바람직하게는, 베어링 장치가 완전히 하우징 내에 수용되거나 하우징 내에 깊숙이 들어가 있음으로써, 베어링 장치는 추가 설치 공간을 필요로 하지 않는다. 또한, 바람직하게는 베어링 장치가 이전에는 이용되지 않은 설치 공간을 활용하여 하우징 내로 통합된다. 이 설치 공간은, 예를 들어 한 편으로는 축방향으로 유성 기어에 의해 제한되고, 다른 한 편으로는 하우징 내로 통합된 마스터 브레이크 실린더로부터 베어링 장치를 분리하는 하우징 벽에 의해 제한된 영역일 수 있다. 반경 방향 내측으로는 이 영역이 스핀들 너트 또는 스핀들의 토크 지지부에 의해 제한될 수 있다. 반경 방향 외측으로는 전기 모터 또는 센서로 이어지는 전력 라인 및/또는 신호 라인이 제한을 구현할 수 있다.

또한, 베어링 장치가 베어링 장치의 외부 링을 통해, 예를 들어 하우징 내에 외부 링을 코킹하거나 나사로 조이는 방식으로 하우징 내에 고정되는 구성이 제안된다. 코킹의 경우에는 외부 링에서 수나사의 절단이 생략될 수 있음으로써, 이와 같은 해결책이 특히 간단하고 비용 효율적으로 실현될 수 있다. 나사 연결은, 필요 시 비파괴적으로 풀 수 있는 장점이 있다.

더욱 바람직하게, 베어링 장치는 스핀들 및/또는 스핀들 너트를 둘러싸고 있다. 다시 말해, 베어링 장치가 제동압 발생기의 전체 길이를 증가시키지 않는다는 것이다. 제동압 발생기의 전체 길이는 오로지 스핀들 구동 유닛, 유성 기어 및 구동 샤프트의 길이에 의해서만 정해진다. 그에 따라, 베어링 장치가 축방향으로는 더 커지지 않는다.

스핀들은 바람직하게 금속으로, 특히 강 또는 알루미늄으로 제작되는데, 그 이유는 스핀들이 높은 하중에 노출되고, 금속 재료가 높은 강도를 갖기 때문이다.

그에 비해 스핀들 너트는 플라스틱으로 제작될 수 있기 때문에 비용 효율적으로 제조될 수 있다.

본 발명의 개선예에서는, 베어링 장치가, 한 편으로는 스핀들 또는 스핀들 너트와 연결하기 위한, 그리고 다른 한 편으로는 기어와 연결하기 위한 포트 베이스(pot base)를 갖는, 단일 부재로 또는 다중 부재로 형성된 포트 형상(pot-shaped) 내부 링을 구비하는 구성이 제안된다. 내부 링의 포트 형상은 스핀들 또는 스핀들 너트의 높이에 베어링 장치를 배치하는 데 도움이 되는데, 그 이유는 내부 링이 타측 단부에서 스핀들 구동 유닛과 결합되어 있는 피스톤의 방향으로 크랭크(crank)를 넘어 더 미끄러지기 때문이다. 또한 크랭크의 영역이 베어링의 형성을 위해서도 이용될 수 있음으로써, 외부 링을 포함한 롤링 바디가 축방향으로 포트 베이스 위로 돌출하지 않게 된다.

어느 부품이 구동 샤프트를 통해 구동되는지에 따라 스핀들 또는 스핀들 너트와 연결하기 위해, 포트 베이스가 중앙 개구를 가질 수 있으며, 이 중앙 개구 내에 스핀들 또는 스핀들 너트가 부분적으로 수용되어 있다. 기어 또는 유성 기어와의 연결은 예를 들어 핀을 통해 수행될 수 있다. 따라서, 포트 베이스는 동시에 유성 캐리어이다.

베어링 장치의 내부 링을 다중 부품으로 구현함으로써, 한 편으로는 개별 부품의 제조가 간소화되고, 다른 한 편으로는 부품의 개별 기능을 위해 최적인 재료가 선택될 수 있다는 장점이 있다. 롤링 바디를 위한 접촉면을 형성하는 내부 링의 부품들은 원칙적으로 경화성 재료로 제작되어야 하는데, 그 이유는 롤링 바디가 연삭 가공된 단단한 접촉면을 필요로 하기 때문이다. 그렇기 때문에 재료는 특히 탄소 함유 재료일 수 있다. 재료 경화 과정에서 부품이 뒤틀릴 수 있기 때문에, 상황에 따라 특히 포트 베이스 내의 개구/보어의 영역에서 복잡한 부품 후처리가 필요한 경우, 포트 베이스를 형성하는 데에는 특히 경화 공정을 거칠 필요가 없는 다른 재료가 적합하다.

또한, 베어링 장치, 바람직하게는 베어링 장치의 내부 링이 축방향으로 플라스틱 링을 통해 하우징에 지지되는 구성이 제안된다. 플라스틱 링은, 구동 샤프트에 의해 구동되는 부품이 스핀들 구동 유닛, 다시 말해 스핀들 또는 스핀들 너트를 축방향으로 끌어당기는 경우를 위해 슬라이드 베어링을 형성한다.

이상적으로는 베어링 장치가 유닛으로서 내장되는 사전 조립된 구성 유닛을 형성한다. 이러한 방식으로, 제동압 발생기의 조립이 간소화될 수 있다. 또한 베어링 장치가 미리 그리스(grease)로 채워져 있을 수 있다. 그렇기 때문에, 본 발명의 개선예에서는 또한, 베어링 장치가 베어링 장치를 파지하는 클립 링을 포함하는 구성이 제안된다. 따라서, 클립 링에 의해 베어링 장치가 사전 조립될 수 있고, 사전 조립된 유닛으로서 제동압 발생기의 하우징 내로 삽입될 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 클립 링이 슬라이드 베어링을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 제동압 발생기의 바람직한 적용 분야는 차량이기 때문에, 더 나아가 본 발명에 따른 전기 기계식 제동압 발생기를 포함하는 차량용 브레이크 시스템도 제안된다. 본 발명에 따른 제동압 발생기의 장점들, 특히 적은 설치 공간 수요 또는 짧은 전체 길이의 장점이 차량 내에서 특히 명백히 드러난다.

이하에서 첨부된 도면을 토대로 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 축방향 니들 롤러 베어링 및 반경 방향 슬라이딩 베어링을 포함하는, 스핀들 구동 유닛 및 베어링 장치를 갖는 본 발명에 따른 제1 전기 기계식 제동압 발생기의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 확대된 단면도로서, 도 2a)는 코킹된 외부 링 및 단일 부품형 내부 링을 구비한 실시예를 도시하고, 도 2b)는 나사 결합된 외부 링 및 다중 부품형 내부 링을 구비한 실시예를 도시한다.
도 3은 도 2와 유사하지만 앵귤러 콘택트 볼 베어링으로서 형성된 베어링 장치를 갖는 단면도로서, 도 3a)는 단일 부품형 내부 링을 구비한 실시예를 도시하고, 도 3b)는 다중 부품형 내부 링 및 케이지를 구비한 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3b)와 유사하지만, 변형된 외부 및 내부 링을 갖는 단면도이다.

도 1에 도시된 전기 기계식 제동압 발생기(1)는, 피스톤(4)과 결합된 스핀들 구동 유닛(2)이 수용되어 있는 하우징(9)을 포함한다. 스핀들 구동 유닛(2)은, 베어링 장치(8)를 통해 하우징(9) 내에 회전 가능하게 장착되어 있는 스핀들(6)을 포함한다. 스핀들(6) 상에 스핀들 너트(7)가 배치되어 토크 지지부(16)에 의해 회전에 대항해서 고정되어 있다. 스핀들(6)의 회전 운동 시 스핀들 너트(7)가 축방향으로 이동하는 동시에 피스톤(4)을 함께 가이드함으로써, 피스톤은 하우징(9) 내에 형성된 원통형 압력 챔버(17) 내로 더 깊숙이 삽입된다.

스핀들(6)은, 유성 기어 형상의 다단 기어(5)를 통해 스핀들(6)과 작동 연결되어 있는 구동 샤프트(3)에 의해 구동된다. 본 경우에 기어(5)는 제1 단(5.1) 및 제2 단(5.2)을 포함한다. 제2 단(5.2)은, 핀(13)을 통해 장착된 유성 기어를 포함한다. 핀(13)은 다시 스핀들(6) 상에 안착된 베어링 장치(8)의 포트 형상 내부 링(11)과 연결되어 있다.

내부 링(11)의 포트 형상이 스핀들 구동 유닛(2)의 높이에 베어링 장치(8)를 배치할 수 있게 함으로써, 베어링 장치(8)가 축방향으로 더 커지지 않는다. 이러한 방식으로, 제동압 발생기(1)의 전체 길이가 짧게 유지될 수 있다. 또한, 하우징(9) 내에서 이용 가능한 설치 공간이 활용되는데(파선 참조), 이 설치 공간은 위로는 기어(5)의 제2 단(5.2)에 의해, 아래로는 베어링 장치(8)를 브레이크 실린더(18)로부터 분리하기 위한 하우징 벽에 의해, 반경 방향 내측으로는 토크 지지부(16)에 의해, 그리고 반경 방향 외측으로는 전력 라인 및/또는 신호 라인(19)에 의해 제한된다.

도 2의 확대된 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 1의 제동압 발생기(1)의 베어링 장치(8)는 축방향 니들 롤러 베어링(8.1) 및 반경 방향 슬라이딩 베어링(8.2)을 포함한다. 축방향 니들 롤러 베어링(8.1)은 축방향으로 약간만 커지는 니들 형상의 롤링 바디(20)를 구비한다. 반경 방향 슬라이딩 베어링(8.2)이 좌측에서는, 다시 말해 도 2a)에서는 외부 링(10)과 내부 링(11) 사이의 접촉부에 의해 실현되어 있고, 우측에서는, 다시 말해 도 2b)에서는 축방향 니들 롤러 베어링(8.1)의 외부 링(10) 내에 삽입되어 있는 플라스틱 링에 의해 실현되어 있다.

도 2a)에서는 또한 외부 링(10)이 코킹(21)에 의해 하우징(9) 내에 고정되어 있다. 도 2b)에서는 이 고정이 나사 연결(22)에 의해 달성된다.

도 2a)에서는 내부 링(11)이 단일 부품으로 형성되어 있고, 도 2b)에서는 다중 부품으로 형성되어 있다.

상기 두 도면에서 공통점은 플라스틱 링(14)이며, 이 플라스틱 링을 통해, 스핀들(6)이 작동 중에 축방향으로 당겨져야 하는 경우를 위해, 베어링 장치(8)가 축방향으로 지지되어 있다.

단일 부품으로 또는 다중 부품으로 구현된, 베어링 장치(8)의 포트 형상 내부 링(11)은, 스핀들(6)이 삽입되어 있는 중앙 리세스(23)를 갖는 포트 베이스(12)를 구비한다. 포트 베이스(12)는 일체로 회전하기 위한 고정 연결을 위해 스핀들(6)과 용접될 수 있다. 대안적으로, 포트 베이스(12) 내의 리세스(23)와 스핀들(6)은 상보적인 회전 비대칭형 윤곽(24, 25)을 가질 수 있다. 포트 베이스(12)는 그 밖에도 핀(13)이 압입되어 있는 보어(26)를 구비한다.

또 다른 바람직한 실시예들은 도 3a) 및 도 3b)에 도시되어 있다. 두 실시예에서 공통적인 사실은, 여기서는 베어링 장치(8)가 볼 형상의 롤링 바디(20)를 갖는 앵귤러 콘택트 볼 베어링(8.3)으로 형성된다는 것이다. 이들 롤링 바디는 - 도 3b)에 예시적으로 도시된 바와 같이 - 케이지(27)를 통해 가이드될 수 있다. 케이지(27)가 생략되면, 정격 하중을 증가시키기 위해 롤링 바디(20)의 수가 증가할 수 있다. 외부 링(10)은 각각 하우징(9) 내에 코킹되어 있다. 내부 링(11)이 도 3a)에서는 단일 부품으로 형성되어 있고, 도 3b)에서는 다중 부품으로 형성되어 있다.

도 3a) 및 도 3b)에 도시된 앵귤러 콘택트 볼 베어링(8.3)은 또한 내부 링(11)과 외부 링(10)을 파지하는 클립 링(15)을 구비한다. 따라서, 앵귤러 콘택트 볼 베어링(8.3)은 사전 조립되어 제동압 발생기(1)의 하우징(9) 내로 사전 조립된 유닛으로서 삽입될 수 있다. 본 실시예에서 클립 링(15)은, 동시에 슬라이드 베어링을 형성하기 위해 2개의 부품으로 형성되어 있다.

또 다른 일 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 본 실시예는, 특히 내부 링(11)이 2개 초과의 부품, 다시 말해 3개의 부품을 포함한다는 점에서 도 3b)의 실시예와 구별된다. 제1 부품은 포트 베이스(12)를 형성하고, 또 다른 한 부품은 롤링 바디(20)를 위한 접촉면을 갖는 고유 내부 링(11)을 형성한다. 제3 부품이 상기 두 부품을 연결한다. 따라서, 각각의 부품은 자신의 기능에 상응하게 적합한 재료로 제작될 수 있다. 그와 동시에, 각각의 부품은 비교적 단순한 형상을 가지며, 이는 내부 링(11)의 제조를 간소화한다.

Claims

전기 모터식으로 구동되는 구동 샤프트(3)의 회전 운동을 스핀들 구동 유닛과 결합된 피스톤(4)의 병진 운동으로 변환하기 위한 스핀들 구동 유닛(2)을 구비한 전기 기계식 제동압 발생기(1)로서, 상기 스핀들 구동 유닛(2)이 다단 기어(5)를 통해 구동 샤프트(3)와 작동 연결되어 있는, 전기 기계식 제동압 발생기에 있어서,
다단 기어(5)가 제1 및 제2 단(5.1, 5.2)을 갖는 유성 기어이고, 상기 기어(5)를 이용하여, 축방향 힘 및 반경 방향 힘을 흡수하는 베어링 장치(8)를 통해 제동압 발생기(1)의 하우징(9) 내에 회전 가능하게 장착된 스핀들 구동 유닛(2)의 스핀들(6) 또는 스핀들 너트(7)가 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 기계식 제동압 발생기(1).
제1항에 있어서, 베어링 장치(8)가 축방향 힘을 흡수하기 위한 축방향 니들 롤러 베어링(8.1) 및 반경 방향 힘을 흡수하기 위한 반경 방향 슬라이딩 베어링(8.2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항에 있어서, 베어링 장치(8)가 축방향 힘 및 반경 방향 힘을 흡수하기 위한 앵귤러 콘택트 볼 베어링(8.3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 장치(8)가 완전히 하우징(9) 내에 수용되고, 그리고/또는 베어링 장치(8)의 외부 링(10)을 통해, 예를 들어 하우징(9) 내에 상기 외부 링(10)을 코킹하거나 나사로 조임으로써, 하우징(9) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 장치(8)가 스핀들(6) 및/또는 스핀들 너트(7)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들(6)이 금속으로, 특히 강 또는 알루미늄으로 제작되고, 그리고/또는 스핀들 너트(7)가 플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 장치(8)가, 한 편으로는 스핀들(6) 또는 스핀들 너트(7)와의 연결을 위한, 그리고 다른 한 편으로는 예를 들어 핀(13)을 통해 기어(5)와 연결하기 위한 포트 베이스(12)를 갖는, 단일 부재로 또는 다중 부재로 형성된 포트 형상 내부 링(11)을 구비한 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 장치(8), 바람직하게는 베어링 장치(8)의 내부 링(11)이 축방향으로 플라스틱 링(14)을 통해 하우징(9)에 지지되는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 장치(8)는 상기 베어링 장치(8)를 파지하고 그리고/또는 슬라이딩 베어링을 형성하는 클립 링(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제동압 발생기(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전기 기계식 제동압 발생기(1)를 포함하는, 차량용 브레이크 시스템.