WO2014012702A1

WO2014012702A1 - Betätigungseinrichtung für einen hauptbremszylinder eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: WO2014012702A1
Application number: PCT/EP2013/061602
Authority: WO
Inventors: Heiko Schumann; Ernst Wilske; Peter-Christoph Daur; Barbara Neef
Original assignee: Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2014-01-23
Also published as: CN104487301A; DE102012014361A1

Abstract

Eine Betätigungseinrichtung für einen Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Gehäuse (5) zur Anordnung zwischen dem Hauptbremszylinder (4) und einem Bremspedal (3), durch das ein Druckorgan zur Betätigung eines Betätigungskolben des Hauptbremszylinders (4) verläuft, einen Elektromotor (8), eine Schnecke (9), die durch den Elektromotor (8) angetrieben ist und das Druckorgan kreuzt, und ein in dem Gehäuse (5) angeordnetes Getriebe, das die Schnecke (9) mit dem Betätigungskolben derart koppelt, um eine Drehbewegung der Schnecke (9) in eine Translationsbewegung des Betätigungskolbens zu übersetzen. Hierdurch wird ein im Hinblick auf die Serienfertigung einfacher und kostengünstiger Aufbau erzielt.

Description

Beschreibung

Betätigungseinrichtung für einen Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung für einen Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs.

Zum Bremsen von Personenkraftfahrzeuge reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden.

Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem

Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf die Kolbenstange des Hauptbremszylinders aufzubringen.

Mit zunehmender Fahrzeugmasse werden Bremskraftverstärker mit verhältnismäßig großem Durchmesser benötigt. Übliche Bremskraftverstärker weisen einen Durchmesser von 8 bis 10 Zoll, also bis zu 26 cm auf. Sie sind folglich sehr voluminös und schränken den Platz im

Motorraum für andere Bauteile ein.

Bei Dieselmotoren, modernen direkteinspritzenden FSI-Motoren oder Valvetronic-Motoren steht jedoch kein ausreichender Unterdruck am Motor mehr zur Verfügung. Deswegen werden bei diesen Motoren elektrische oder vom Verbrennungsmotor angetriebene Unterdruckpumpen eingesetzt. Diese und die notwendige Verschlauchung benötigen jedoch Bauraum, erhöhen das Fahrzeuggewicht und sind im Hinblick auf die Fertigung und Montage aufwändig.

Weiterhin ist bekannt, die Betätigungskraft am Hauptbremszylinder mittels eines Elektromotors zu erzeugen. Derartige Einrichtungen werden bisweilen auch als elektromechanische

Bremskraftverstärker bezeichnet, wobei diese nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden können.

In DE 30 31 643 C2 wird ein elektromechanischer Bremskraftverstärker beschrieben, bei dem eine elektrisch erzeugte Hilfskraft über einen Schneckenantrieb auf eine mit der Kolbenstange des Hauptbremszylinders koppelbare Kupplungshälfte aufgebracht wird. Durch die in dem Bremskraftverstärker benötigte Kupplung ergibt sich ein komplizierter Aufbau.

Aus DE 100 57 557 A1 ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, bei dem zur Erzeugung der Betätigungskraft ein zur Kolbenstange koaxialer Linearantrieb zum Einsatz kommt. Das Konstruktionsprinzip dieses Bremskraftverstärkers beruht darauf, einen

translatorisch verschiebbaren Anker vorzusehen, wobei die magnetischen Feldlinien parallel zur Kraftrichtung verlaufen und direkt den Anker gegen den Bremskolben drücken. Alternativ wird die Verwendung eines translatorischen Schrittmotors beschrieben. Es erscheint jedoch zweifelhaft, ob derartige Antriebe imstande sind, die erforderlichen Verstärkungskräfte zu erzeugen.

Weiterhin ist aus DE 199 39 950 A1 ein elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der zusammen mit dem angeschlossenen Hauptbremszylinder eine Einheit bildet und auf den Einsatz bei einem Hybrid-Fahrzeug mit einer regenerativen Bremsvorrichtung abgestimmt ist.

Eine gattungsgemäße Betätigungseinrichtung für einen Hauptbremszylinder eines

Kraftfahrzeugs ist aus DE 10 2010 024 734 A1 bekannt. Diese umfasst ein zwischen dem Hauptbremszylinder und einem Bremspedal angeordnetes Gehäuse, in dem ein Druckkörper zur Betätigung eines Betätigungskolbens angeordnet ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse ein Elektromotor koaxial zum Druckkörper angeordnet, sowie ein Getriebe, das die Schnecke mit dem Druckkörper derart koppelt, um eine Drehbewegung des Motors in eine

Translationsbewegung des Druckkörpers zu übersetzen. Zusätzlich ist ein Pedalsimulator vorgesehen. Die Bremsanlage gemäß DE 10 2010 024 734 A1 kann somit in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, in dem das Bremspedal mit dem Pedalsimulator

zusammenwirkt und von dem Hauptbremszylinder entkoppelt ist (brake-by-wire), sowie in einem zweiten Betriebsmodus, in dem das Bremspedal über den Druckkörper den Hauptbremszylinder mit Kraft beaufschlagen kann und der Pedalsimulator deaktiviert ist, wodurch eine mechanische Rückfallebene vorhanden ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Alternativen zu herkömmlichen Betätigungsvorrichtungen aufzuzeigen.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Betätigungseinrichtung für einen

Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen von Patentanspruch 1

vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst ein Gehäuse zur Anordnung zwischen dem Hauptbremszylinder und einem Bremspedal, durch das ein

Druckorgan zur Betätigung eines Betätigungskolben des Hauptbremszylinders verläuft, einen Elektromotor, eine Schnecke, die durch den Elektromotor angetrieben ist und das Druckorgan kreuzt, und ein in dem Gehäuse angeordnetes Getriebe, das die Schnecke mit dem

Betätigungskolben derart koppelt, um eine Drehbewegung der Schnecke in eine

Translationsbewegung des Betätigungskolbens zu übersetzen.

Hierdurch wird ein im Hinblick auf die Serienfertigung einfacher und kostengünstiger Aufbau erzielt.

Zudem ist z. B. bei Ausfall des elektrischen Antriebs ein mechanischer Durchgriff, d.h. eine Betätigung des Hauptbremszylinders über das Bremspedal durch den Fahrer mittels des Druckorgans möglich. Ferner ist eine Kombinationsbetrieb möglich, in dem die Kraft am Betätigungskolben sowohl durch die Kraft des Fahrers als auch durch den Elektromotor aufgebracht wird.

Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch eine raumökonomische

Unterbringung am Fahrzeug aus. Durch die platzsparende Anordnung einer Getriebestufe im Gehäuse zwischen Bremspedal und Hauptbremszylinder kann ein kompakter Motor verwendet werden. Da die Drehachse der Schnecke quer zum Druckorgan verläuft, kann der Motor aus dem unmittelbaren Bereich zwischen Bremspedal und Hauptbremszylinder seitlich heraus verlagert werden, wodurch das Gehäuse axial kurz ausgeführt werden kann. Das in das Gehäuse integrierte Getriebe ermöglicht den Einsatz von Elektromotoren mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen. Insgesamt lässt sich ein sehr kompaktes Package aus Elektromotor, Gehäuse mit Getriebe und Steuergerät realisieren.

Ferner ist es möglich, die einzelnen Komponenten Elektromotor, Gehäuse und Steuergerät zu modularisieren. Für jedes Modul können unterschiedliche Ausführungsvarianten vorgehalten und je nach bedarf miteinander kombiniert werden, um in der Serie beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche Fahrzeuggewichte und/oder Fahrzeugmotorisierungen vorzunehmen.

Für den Elektromotor und den Hauptbremszylinder können unmodifizierte Standaraggregate verwendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben. Vorzugsweise ist die Schnecke koaxial zur Drehachse des Elektromotors angeordnet, wodurch der Motoranschluss der Schnecke schlank bleibt. Gegebenenfalls kann die Schnecke auch in die Abtriebswelle des Motors integriert sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Gehäuse und der Elektromotor auf der Seite des Hauptbremszylinders vor einer Spritzwand eines Kraftfahrzeugs anordenbar. Das Gehäuse liegt in diesem Fall gegen die Spritzwand an und kann gegebenenfalls an dieser befestigt sein. Der Fußraum des Fahrers wird durch die Betätigungseinrichtung nicht beeinträchtigt. Zudem hat sich diese Anordnung im Hinblick auf die Unterbringung aller im Motorraum befindlichen Aggregate und Zusatzeinrichtungen als besonders günstig erwiesen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor an einer Außenseite des Gehäuses angeflanscht. Er muss somit nicht an anderen Strukturen des Fahrzeugs gelagert oder in sonstiger Weise abgestützt werden.

Ein Steuergerät für die Ansteuerung des Elektromotors wird vorzugsweise auf der dem

Elektromotor gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet, wodurch sich eine insgesamt sehr kompakte Anordnung ergibt.

Bevorzugt liegt das Übersetzungsverhältnis von Motorumdrehung zu Translationsweg des Betätigungskolbens im Bereich von 0,2 bis 0,7 Umdrehungen/mm, vorzugsweise von 0,26 bis 0,4 Umdrehungen/mm und weiter bevorzugt von 0,27 bis 0,35 Umdrehungen/mm. Durch die verhältnismäßig hohe Drehzahl kann ein Motor mit relativ geringem Antriebsmoment zum Einsatz kommen. Ein solcher zeichnet sich durch geringe Abmessungen aus.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe in dem Gehäuse im Folgenden eine erste Hülse, die an ihrem Außenumfang ein mit der Schnecke kämmendes Schneckenrad aufweist sowie an ihrem Innenumfang ein Gewinde ausbildet, sowie eine zweite Hülse, die an ihrem Außenumfang ein mit dem Gewinde der ersten Hülse kämmendes Gewinde aufweist, mit dem Betätigungskolben zusammenwirkt und in dem

Gehäuse gegen Verdrehen gesichert, jedoch axial bewegbar ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht bei einer geringen Anzahl von Achsen ein hinreichendes Übersetzungsverhältnis zwischen Motorumdrehung und Translationsbewegung des Betätigungskolbens. Dadurch bleiben die Anzahl benötigter Bauteile und der Fertigungs- und Montageaufwand gering. Das Gewinde, über das die erste und zweite Hülse miteinander in Eingriff stehen, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante als Trapezgewinde ausgebildet.

Zur Führung der zweiten Hülse im Gehäuse kann diese an ihrem Außenumfang eine oder mehrere Axialnuten aufweisen. Über die Axialnuten kann die zweite Hülse mittels

gehäusefesten Vorsprüngen oder Zapfen gegen Verdrehen gesichert werden, wobei gleichzeitig eine Axialbewegbarkeit gewährleistet wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse an einer Stirnseite, vorzugsweise an der zum Bremspedal weisenden Seite, durch einen Gehäusedeckel verschlossen. Dabei kann der Gehäusedeckel die in die Axialnut bzw. Axialnuten eingreifenden Vorsprüngen bzw. Zapfen aufweisen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst das Getriebe in dem Gehäuse im Folgenden ein Schneckenrad, das mit der Schnecke in Eingriff steht, ein Ritzel, das mit der Schnecke drehfest verbunden ist, und eine Zahnstange, die mit dem Ritzel in Eingriff steht und mit dem Betätigungskolben zusammenwirkt.

Die vorstehend erläuterte Betätigungseinrichtung kommt vorzugsweise an einem Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, zum Einsatz. Dessen Bremsanlage umfasst

insbesondere ein Bremspedal und einen mit dem Bremspedal gekoppelten Pedalsimulator sowie weiterhin einen Hauptbremszylinder. Die Betätigungseinrichtung ist dabei räumlich zwischen dem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder. Die Bremsanlage weist einen ersten Betriebsmodus, in dem das Bremspedal mit dem Pedalsimulator zusammenwirkt und von dem Hauptbremszylinder entkoppelt ist, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in dem das

Bremspedal über das Druckorgan den Hauptbremszylinder mit Kraft beaufschlagen kann und der Pedalsimulator deaktiviert ist. Hierdurch wird im Normalbetrieb ein Brake-by-wire-System realisiert, das im Notfall, beispielsweise bei Ausfall des Elektromotors, eine mechanische Rückfallebene aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung mit

angeschlossenem Hauptbremszylinder,

Figur 2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus Figur 1 zur Veranschaulichung der einzelnen Module, Figur 3 eine weitere räumliche Ansicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in Einbaulage in Bezug auf eine Spritzwand sowie ein Bremspedal,

Figur 4 eine Längsschnittansicht,

Figur 5 eine Detailansicht des Getriebes der Betätigungseinrichtung,

Figur 6 eine Explosionsdarstellung der Betätigungseinrichtung, und in

Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in Explosionsdarstellung.

Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Bremsanlage 1 für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst eine elektromechanische Betätigungseinrichtung 2, die zwischen einem Bremspedal 3 und einem Hauptbremszylinder 4 angeordnet ist. An den Hauptbremszylinder 4 ist eine nicht näher dargestellte ESP-Hydraulikeinheit bekannter Bauart angeschlossen, um einen

Bremsdruck an den Radbremsen des Kraftfahrzeugs radindividuell einzustellen.

Die elektromechanische Betätigungseinrichtung 2 wird in Abhängigkeit einer Betätigung des Bremspedals 3 durch den Fahrer angesteuert, um eine Bremskraft bereitzustellen. Hierzu wird die Stellung des Bremspedals 3 mittels eines Stellungssensors erfasst. Der Stellungssensor kann beispielsweise als Drehwinkelgeber ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, die Bremspedalstellung mittels eines linearen Wegsensors zu erfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Betätigungskraft F der Fahrers am Bremspedal 3 mittels eines Kraftsensors ermittelt und zur Ansteuerung der elektromechanischen Betätigungseinrichtung 2 herangezogen werden.

Die Betätigungseinrichtung 2 umfasst ein Gehäuse 5, das zwischen dem Bremspedal 3 und dem Hauptbremszylinder 4 angeordnet ist. In dem Gehäuse 5 verläuft ein Druckorgan, das gegen einen Betätigungskolben 7 des Hauptbremszylinders 4 drückt. Vorliegend umfasst das Druckorgan eine Druckstange 6 und einen Druckkörper 12. Jedoch ist auch ein anderer Aufbau möglich. Insbesondere können beide Teile in einem Stück gefertigt sein. Weiterhin umfasst die Betätigungseinrichtung 2 einen Elektromotor 8 sowie eine Schnecke 9, die durch den

Elektromotor 8 angetrieben ist und das Druckorgan kreuzt. Bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel schließt die Schnecke 9 mit der Bewegungsachse des Druckorgans 6 einen Winkel von 90 Grad ein. Jedoch kann die Schnecke 9 auch schräg zur Bewegungsachse des Druckorgans bzw. zur Druckstange 6 angestellt sein, beispielsweise mit einem Winkel im Bereich von 60 bis 120 Grad. Schließlich umfasst die Betätigungseinrichtung 2 ein in dem Gehäuse 2 angeordnetes Getriebe 10, das die Schnecke 9 mit dem Druckorgan derart koppelt, um eine Drehbewegung der Schnecke 9 in eine Translationsbewegung des Druckorgans 6 zu übersetzen. Letzteres bewirkt eine Betätigung des Betätigungskolben 7 des

Hauptbremszylinders 4, um um entsprechend der Bremspedalbetätigung einen Bremsdruck für die ESP-Hydraulikeinheit vorzugeben.

Bei der dargestellten Fahrzeugbremsanlage dient das Bremspedal 3 im Normalbetrieb lediglich als Signalgeber. Die vom Fahrer am Bremspedal 3 aufgebrachte Betätigungskraft wird lediglich dazu genutzt, um über den Stellungssensor 7 und/oder einen gegebenenfalls vorhandenen Kraftsensor ein Ansteuersignal für die Betätigungseinrichtung 2 bereitzustellen. Eine

mechanische Kopplung mit dem hydraulischen System der ESP-Hydraulikeinheit ist dabei im Falle einer intakten Betätigungseinrichtung 2 nicht gegeben.

Um dem Fahrer bei einer Bremspedalbetätigung die Dosierung der Bremskraft zu erleichtern, umfasst die Bremsanlage 1 einen Pedalsimulator 1 1 , der mit dem Bremspedal 3 gekoppelt ist. Der Pedalsimulator 1 1 erzeugt bei einer Bremspedalbetätigung einen der Betätigung

entgegengerichteten Widerstand nach einer vorgegebenen Kraft-Weg-Kennlinie. Die Kraft-Weg- Kennlinie ist derart konfiguriert, dass der Fahrer mit zunehmender Betätigungskraft einen größeren Widerstand spürt. Diese haptische Rückmeldung korreliert stark mit der über die Betätigungseinrichtung 2 erzeugten Bremskraft und entspricht im Wesentlichen dem von herkömmlichen hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen bekannten Bremsgefühl. Der

Pedalsimulator 1 1 kann in einer reinen Brake-by-wire Konfiguration zum Einsatz kommen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird gleichwohl über die Druckstange 6 eine

mechanische Rückfallebene ermöglicht, die bei einem Ausfall der elektromechanischen

Betätigungseinrichtung 2 gestattet, die Kraft des Fahrers an dem Hauptbremszylinder 4 zur Wirkung zu bringen und dadurch einen Bremsdruck zu erzeugen.

Die zwischen dem Bremspedal 3/ Pedalsimulator 1 1 und dem Hauptbremszylinders 4/

Betätigungskolben 7 angeordnete Druckstange 6 ist im normalen Betrieb bei einer Betätigung des in Bremspedals 3 kraftfrei und übt auf das Bremspedal 3 keine Rückwirkung aus. Sie ist an einem mit dem Betätigungskolben 7 des Hauptbremszylinders 4 zusammenwirkenden

Druckkörper 12 der Betätigungseinrichtung 2 gehalten, weist jedoch zu dem Bremspedal 3/ Pedalsimulator 1 1 axial einen Spalt 22 auf. Bei einer Bremspedalbetätigung wird der Druckkörper 12 durch den Elektromotor 8 axial verlagert, so dass der Spalt 22 trotz Bewegung der Druckstange 6 bestehen bleibt. Fällt der Elektromotor 8 aus, wird bei einer

Bremspedalbetätigung der Spalt 22 überwunden, so dass die Druckstange 6 auf den

Betätigungskolben 7 des Hauptbremszylinders 4 drückt und die Kraft des Fahrers unmittelbar auf den Hauptbremszylinder 4 einwirkt.

Um ein stets sicheres Reduzieren des Bremsdrucks auf Null zu ermöglichen, ist die

elektromechanische Betätigungseinrichtung 2 bzw. deren Getriebe 10 selbsthemmungsfrei ausgebildet. Andernfalls würde bei einem Stromausfall im Bremsbetrieb die elektromechanische Betätigungseinrichtung 2 in der Position beim Stromausfall verharren und weiterhin Bremsdruck aufbauen. Dementsprechend ist das Getriebe 10 so ausgelegt, dass bereits durch den hydraulischen Gegendruck und/oder eine Pedalrückholfeder eine ausreichende Rückstellkraft aufgebaut wird, welche die elektromechanische Betätigungseinrichtung 2 in die Nulllage zurückfährt. Es kann jedoch auch eine zusätzliche Rückholfeder an der Betätigungseinrichtung 2 vorgesehen sein.

Der Elektromotor 8 kann ein büstenloser Gleichstrommotor, ein Drehstrommotor, ein

Asynchronmotor, ein Schrittmotor oder ein konventioneller Gleichstrommotor sein. Dessen Ansteuerung erfolgt über ein Steuergerät 13, das als Eingangsgröße den Pedalweg am

Bremspedal 3, die Pedalkraft, die Betätigungsgeschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Beladungszustand oder eine Kombination aus diesen Größen auswertet.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsvariante der Betätigungseinrichtung 2, die, wie insbesondere Figur 1 entnommen werden kann, einen besonders kompakten Aufbau besitzt und aus mehreren Modulen zusammengefügt ist. Figur 2 zeigt neben dem Hauptbremszylinder 4 das Gehäuse 5 als erstes Modul, den seitlich am Gehäuse 5 angeschlossenen Elektromotor 8 als zweites Modul und das ebenfalls seitlich am Gehäuse 5 angeschlossene Steuergerät 13 als drittes Modul. Das Steuergerät 13 ist dabei auf der dem Elektromotor 8 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 5 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgreift dieses das Gehäuse 5 L-förmig. Jedoch sind auch andere Gestaltungen möglich. Die Schnecke 9 kann entweder Bestandteil des Motormoduls oder des Gehäusemoduls sein oder aber ein eigenes, viertes Modul bilden. Sie ist vorzugsweise koaxial zur Drehachse A des Elektromotors 8 angeordnet. Durch diesen modulartigen Aufbau lässt sich in der Serie eine einfache Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen vornehmen, indem für die jeweiligen Module verschiedene Varianten bereitgestellt werden. Zudem können in den einzelnen Modulen Änderungen vorgenommen werden, ohne dass sich dies unmittelbar auf die weiteren Module auswirkt.

Figur 3 zeigt die Anordnung der Betätigungseinrichtung 2 am Fahrzeug, wobei von letzterem lediglich die Spritzwand 14 dargestellt ist. Gehäuse 5 und Elektromotor 8 der

Betätigungseinrichtung 2 sind auf der Seite des Hauptbremszylinders 4 vor der Spritzwand 14 angeordnet. Dabei stützt sich das Gehäuse 5 gegen die Spritzwand 14 ab und ist vorzugsweise an dieser befestigt. Das Gehäuse 5 dient dabei gleichzeitig als Halterung für den Elektromotor 8 und das Steuergerät 13, welche beide am Außenumfang des Gehäuses 5 festgelegt sind. Für die mechanische Rückfallebene ist in der Spritzwand 14 eine Öffnung 15. vorgesehen, welche die Betätigung der Druckstange 6 durch das Bremspedal 3 ermöglicht. Der Pedalsimulator 1 1 ist vorliegend in Bezug auf die Spritzwand 14 auf der Seite des Bremspedals 3 angeordnet, insbesondere zwischen der Druckstange 6 und dem Bremspedal 3. Er kann jedoch auch an anderer Stelle untergebracht sein.

Der Aufbau des in dem Gehäuse 5 angeordneten Getriebes 10 ist in den Figuren 4 bis 6 gut erkennbar. Das Getriebe 10 umfasst eine erste Hülse 16, die drehbar im Gehäuse 5 gelagert, axial jedoch festgelegt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu ein einziges Wälzlager 17 vorgesehen, das zwischen dem Außenumfang der ersten Hülse 16 und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 5 angeordnet ist. Die erste Hülse 16 weist an ihrem

Außenumfang ferner ein Schneckenrad 18 auf, das mit der Schnecke 9 in Eingriff steht und dementsprechend von dieser angetrieben wird.

In der ersten Hülse 16 ist eine zweite Hülse 19 angeordnet, die mit der ersten Hülse 16 in Gewindeeingriff steht und das oben erläuterte Druckstück 12 bildet. Die erste Hülse 16 weist dementsprechend an ihrem Innenumfang ein Gewinde 20 auf. Gleichermaßen ist die zweite Hülse 19 an ihrem Außenumfang mit einem Außengewinde 21 versehen. Vorzugsweise kommt hierbei ein Trapezgewinde zum Einsatz. Dieses weist eine selbsthemmungsfreie Steigung auf.

Im Unterschied zu der ersten Hülse 16 ist die zweite Hülse 19 im Gehäuse 5 gegen Verdrehen gesichert, jedoch axial bewegbar. Wird die erste Hülse 16 in Drehung versetzt, so verschiebt sich die zweite Hülse 19 je nach Drehrichtung der ersten Hülse 16 axial in Richtung auf den Hauptbremszylinder 4 zu oder von diesem weg. Dabei drückt die zweite Hülse 19 auf einen kalottenförmig ausgebildeten Bund 6a der Druckstange 6, welche ihrerseits gegen den

Betätigungskolben 7 des Hauptbremszylinders 4 drückt, um Bremsdruck zu erzeugen. Eine auf der Seite des Hauptbremszylinders 4 am Bund 6a abgestützte Feder 40 hält die Druckstange 6 in Anlage gegen die zweite Hülse 19. Vorzugsweise wird der Elektromotor 8 so angesteuert, dass die zweite Hülse 19 zumindest überwiegend oder stets in Kontakt mit dem

Betätigungskolben 7 bleibt, um ein schnelles Ansprechen der Bremsanlage zu gewährleisten.

Die Druckstange 6 erstreckt sich in beide Hülsen 16 und 19. Sie ist durch die Feder 40 in Anlage an der zweiten Hülse 19 gehalten und wird somit bei einer Betätigung der Bremsanlage im Normalbetrieb mit der zweiten Hülse 19 mitgenommen. Hierdurch bleibt die Druckstange 6 im Normalbetrieb vom Bremspedal 3 entkoppelt. Figur 5 zeigt einen entsprechenden axialen Spalt 22 zu einer Druckstange 23 des Pedalsimulators 1 1. Die Hülsen 16 und 19 sind vorzugsweise koaxial um die Druckstange 6 angeordnet.

Die Rückseite des Betätigungskolben 7 ist hohl ausgeführt und bildet eine Kalotte 25 aus, gegen die ein gerundeter Endabschnitt 26 der Druckstange 6 anliegt.

Das dem Hauptbremszylinder 4 gegenüberliegende Ende des Gehäuses 5 ist durch einen Gehäusedeckel 27 verschlossen. Der Gehäusedeckel 27 ist drehfest am Gehäuse 5 angeordnet und sichert das Wälzlager 17 axial. An dem Gehäusedeckel 27 sind mehrere Zapfen 28 vorgesehen, welche in am Außenumfang der zweiten Hülse 19 befindliche

Axialnuten 29 eingreifen und somit die zweite Hülse 19 an einem Verdrehen gegenüber dem Gehäuse 5 hindern.

Anstelle von Axialnuten 29 am Außenumfang können Axialbohrungen an der zweiten Hülse 19 vorgesehen sein, in die die Zapfen 28 eingreifen. In diesem Fall kann zwischen den Hülsen 16 und 19 anstelle der Trapezgewinde ein Kugelgewindetrieb vorgesehen werden, der sich durch geringe Reibung auszeichnet, wodurch das benötigte Antriebsmoment des Motors vermindert wird. Die Lösung mit Trapezgewinde zeichnet sich gegenüber derjenigen mit

Kugelkgewindetrieb durch einen deutlich reduzierten Aufwand aus und ist daher erheblich kostengünstiger.

Figur 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem modifizierten Gehäuse 5' und Getriebe 10'. Der Elektromotor 8' sowie das Steuergerät 13' können wie oben beschrieben ausgeführt sein. Es ist jedoch möglich, das Steuergerät 13' auch unmittelbar am Elektromotor 8' anzubringen. Das Gehäuse 5' ist entsprechend den Figuren 1 bis 3 wiederum zwischen dem in Figur 7 nicht näher dargestellten Hauptbremszylinder 4 und der Spritzwand 14 angeordnet. Das in dem Gehäuse 5' angeordnete Getriebe 10' umfasst ein Schneckenrad 30', das mit der Schnecke 9' des Elektromotors 8' in Eingriff steht. Die Drehachse der Schnecke 9' ist dabei vorzugsweise koaxial zur Drehachse des Elektromotors 8' angeordnet und über zwei Lager 36' und 37' im Gehäuse 5' drehbar gelagert.

Das Schneckenrad 30' ist mit einem Ritzel 31 ' drehfest verbunden oder an dem Ritzel 31 ' integral ausgebildet. Das Ritzel 31 ' ist über zwei Lager 32' und 33' drehbar in dem Gehäuse 5' gelagert. Die Drehachse des Ritzels 31 ' verläuft im wesentlichen quer zur Drehachse der Schnecke 9'. Weiterhin ist als Getriebeausgangsglied eine Zahnstange 34' in dem Gehäuse 5' angeordnet, die mit einer Verzahnung 35' an dem Ritzel 31 ' kämmt. Die Zahnstange 34' bildet das oben erläuterte Druckstück 12, welches bei einer Betätigung des Bremspedals 3 gegen den Betätigungskolben 7 des Hauptbremszylinders 4 drückt. Die Zahnstange 34' verläuft im

Wesentlichen quer zur Drehachse des Ritzels 31 ' sowie weiterhin im wesentlichen quer zur Drehachse der Schnecke 9'. Unter "im wesentlichen quer" wird vorliegend ein Kreuzungswinkel von vorzugsweise 90 Grad verstanden, wobei im weiteren Sinn auch Abweichungen von +/- 20° mit eingeschlossen werden sollen.

Die Schnittstelle zwischen der Zahnstange 34' und dem Betätigungskolben 7 sowie die

Anbindung einer bremspedalseitigen Druckstange 6' ist wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ausgestaltet. Mit dem Bezugszeichen 38' ist ein Gehäusedeckel bezeichnet, der eine Durchtrittsöffnung 39' für die Anbindung des Pedalsimulators 1 1 ausbildet.

Durch die Anordnung eines Getriebes im Gehäuse 5 bzw. 5' zwischen dem Bremspedal 3 und dem Hauptbremszylinder 4 sowie die diesbezüglich seitliche Anordnung des Elektromotors 8 wird eine besonders kompakte Bauweise erzielt.

Dabei kann ein Übersetzungsverhältnis von Motorumdrehung zu Translationsweg des

Betätigungskolbens im Bereich von 0,2 bis 0,7 Umdrehungen/mm, vorzugsweise von 0,26 bis 0,4 Umdrehungen/mm und weiter bevorzugt von 0,27 bis 0,35 Umdrehungen/mm erzielt werden. Somit kann ein verhältnismäßig kleiner Motor verwendet werden.

Bei Ausfall der Elektrik ist eine Betätigung des Hauptbremszylinders über das Bremspedal durch den Fahrer mittels des Druckorgans möglich.

Zudem wird ein im Hinblick auf die Serienfertigung einfacher und kostengünstiger Aufbau erzielt. Insbesondere können herkömmliche Hauptbremszylinder und herkömmliche Elektromotoren verwendet werden.

Durch Modularisierung des Aufbaus der elektromechanischen Betätigungseinrichtung ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen möglich.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiterer

Ausführungsvarianten näher erläutert. Insbesondere können Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und -Varianten auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und -Varianten beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

Bezugszeichenliste

Bremsanlage

Betätigungseinrichtung

Bremspedal

Hauptbremszylinder

Gehäuse

Druckstange

Betätigungskolben

Elektromotor

Schnecke

Getriebe

Pedalsimulator

Druckkörper

Steuergerät

Spritzwand

Öffnung

erste Hülse

Wälzlager

Schneckenrad

zweite Hülse

Gewinde

Spalt

Druckstange des Pedalsimulators

Ausnehmung

Kalotte

gerundeter Endabschnitt

Gehäusedeckel

Zapfen

Axialnut

' Schneckenrad

' Ritzel ' Lager

' Lager

' Zahnstange ' Verzahnung ' Lager

' Lager

' Gehäusedeckel ' Öffnung

Feder

Claims

Patentansprüche

1. Betätigungseinrichtung für einen Hauptbremszylinder (4) eines Kraftfahrzeugs,

umfassend:

ein Gehäuse (5, 5') zur Anordnung zwischen dem Hauptbremszylinder (4) und einem Bremspedal (3), durch das ein Druckorgan (6, 6', 12, 19, 34') zur Betätigung eines Betätigungskolben (7) des Hauptbremszylinders (4) verläuft,

einen Elektromotor (8, 8'),

eine Schnecke (9, 9'), die durch den Elektromotor (8, 8') angetrieben ist und das

Druckorgan kreuzt, und

ein in dem Gehäuse (5, 5') angeordnetes Getriebe (10, 10'), das die Schnecke (9, 9') mit dem Betätigungskolben (7) derart koppelt, um eine Drehbewegung der Schnecke (9, 9') in eine Translationsbewegung des Betätigungskolbens (7) zu übersetzen.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8, 8') eine Drehachse aufweist und die Schnecke (9, 9') koaxial zu dieser Drehachse angeordnet ist.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Gehäuse (5, 5') und der Elektromotor (8, 8') auf der Seite des Hauptbremszylinders (4) vor einer Spritzwand (14) eines Kraftfahrzeugs anordenbar sind, wobei das Gehäuse (5, 5') gegen die Spritzwand (14) anliegt.

4. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8, 8') an einer Außenseite des Gehäuses (5, 5') angeflanscht ist und/oder das ein Steuergerät (13, 13') auf der dem Elektromotor (8, 8')

gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (5, 5') angeordnet ist.

5. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis von Motorumdrehung zu Translationsweg des

Betätigungskolbens (7) im Breich von 0,2 bis 0,7 Umdrehungen/mm liegt.

6. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10) in dem Gehäuse (5) im Folgenden umfasst:

eine erste Hülse (16), die an ihrem Außenumfang ein mit der Schnecke (9) kämmendes Schneckenrad (18) aufweist sowie an ihrem Innenumfang ein Gewinde (20) ausbildet, und eine zweite Hülse (19), die an ihrem Außenumfang ein mit dem Gewinde (20) der ersten Hülse (16) kämmendes Gewinde (21 ) aufweist, mit dem Betätigungskolben (7) zusammenwirkt und in dem Gehäuse (5) gegen Verdrehen gesichert, jedoch axial bewegbar ist.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (20, 21 ), über das die erste und zweite Hülse (16, 19) miteinander in Eingriff stehen, als Trapezgewinde ausgebildet ist.

8. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hülse (19) an ihrem Außenumfang eine oder mehrere Axialnuten (29) aufweist, das Gehäuse (5) an einer Stirnseite, die zum Bremspedal weist, durch einen Gehäusedeckel (27) verschlossen ist und der Gehäusedeckel (27) in die Axialnut bzw. Axialnuten (29) eingreifende Zapfen (28) aufweist.

9. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10') in dem Gehäuse (5') im Folgenden umfasst:

ein Schneckenrad (30'), das mit der Schnecke (9') in Eingriff steht,

ein Ritzel (30'), das mit dem Schneckenrad (30') drehfest verbunden ist oder ein solches ausbildet, und

eine Zahnstange (34'), die mit dem Ritzel (31 ') in Eingriff steht und mit dem

Betätigungskolben (7) zusammenwirkt.

10. Kraftfahrzeug, umfassend eine Bremsanlage (1 ) mit

einem Bremspedal (3),

einem Hauptbremszylinder (4),

einer Betätigungseinrichtung (2, 2') nach einem der vorgenannten Ansprüche, die zwischen dem Bremspedal (3) und dem Hauptbremszylinder (4) angeordnet ist, sowie einem Pedalsimulator (1 1 ), der mit dem Bremspedal (3) gekoppelt ist,

wobei die Bremsanlage einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem das Bremspedal (3) mit dem Pedalsimulator (1 1 ) zusammenwirkt und von dem Hauptbremszylinder (4) entkoppelt ist, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in dem das Bremspedal (3) über das Druckorgan (6, 6', 12, 19, 34') den Hauptbremszylinder (4) mit Kraft beaufschlagen kann.