WO2024114851A1 - Braking system - Google Patents

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WO2024114851A1
WO2024114851A1 PCT/DE2023/100833 DE2023100833W WO2024114851A1 WO 2024114851 A1 WO2024114851 A1 WO 2024114851A1 DE 2023100833 W DE2023100833 W DE 2023100833W WO 2024114851 A1 WO2024114851 A1 WO 2024114851A1
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WO
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brake
disc
housing
brake disc
ring element
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100833
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German (de)
French (fr)
Inventor
Benedikt Grubauer
Simon Ortmann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/06Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels acting otherwise than on tread, e.g. employing rim, drum, disc, or transmission or on double wheels
    • B60T1/062Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels acting otherwise than on tread, e.g. employing rim, drum, disc, or transmission or on double wheels acting on transmission parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/02Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members
    • F16D55/22Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads
    • F16D55/228Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a separate actuating member for each side
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/128Discs; Drums for disc brakes characterised by means for cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/14Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/78Features relating to cooling
    • F16D65/84Features relating to cooling for disc brakes
    • F16D65/853Features relating to cooling for disc brakes with closed cooling system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00Type of actuator operation force
    • F16D2121/02Fluid pressure
    • F16D2121/04Fluid pressure acting on a piston-type actuator, e.g. for liquid pressure

Definitions

  • the present invention relates to a braking system of a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine, wherein the braking system comprises a disc brake with a brake disc and brake shoes that can be brought into frictional engagement with the brake disc on their end faces, and the electric machine has a rotor that is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and also to be able to offer users the usual driving comfort.
  • a detailed description of an electric drive can be found, for example, in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged coaxially to a bevel gear differential.
  • Such motor vehicles with a hybridized or electrified drive train can not only accelerate and brake with the help of an electric machine, but also.
  • the electric machine is operated as a generator and the recuperated energy is used, for example, to charge the battery.
  • an additional mechanical braking device is still required. With drives close to the wheels, such as a wheel hub motor or an electric axle, this results in a more difficult installation space situation.
  • E-Wheel Drive brakes with discs are often used to slow down the vehicle.
  • brakes in the design Disc brakes with floating calipers, disc brakes with fixed calipers, drum brakes and multi-disc brakes are known.
  • DE 10 2019 120 409 A1 discloses a braking device for a wheel hub drive arrangement in which the brake partners that are fixed relative to the circumferential direction have cooling channels.
  • the axially movable brake partner is actuated via brake cylinders.
  • the brake partner that is movable in the circumferential direction is designed as a disk carrier.
  • a braking system of a motor vehicle that can be electrically driven by means of an electric machine
  • the braking system comprises a disc brake with a brake disc and brake shoes that can be brought into frictional engagement with the brake disc on their end faces
  • the electric machine has a rotor that is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner
  • the disc brake is accommodated in a brake housing and the brake disc of the disc brake is connected to the rotor of the electric machine in a torque-transmitting manner
  • the brake disc has a hydraulic brake disc cooling system in which a jacket surface of the brake disc can be acted upon by a brake disc cooling fluid that can be introduced through a fluid inlet of the brake housing and discharged from the latter via a fluid outlet of the brake housing.
  • the braking system also has a liquid-based brake disc cooling system.
  • the preferred arrangement in direct proximity to the electric drive motor also makes it possible to avoid the heat energy recovered from the braking process by the liquid-based brake disc cooling, which is generated close to the potential heat consumers, and thus to avoid loss-related heat transport over longer distances through the vehicle.
  • the braking system according to the invention has the function of braking a shaft to be braked, for example by means of a frictional connection.
  • the brake system according to the invention is arranged in a brake housing for this purpose.
  • the brake housing encloses the brake system.
  • a brake housing can also accommodate one or more brake actuators.
  • the brake housing can also be part of a cooling system and designed in such a way that cooling fluid is supplied to the brake system via the brake housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • the brake housing protects the brake system from external mechanical and/or chemical influences.
  • a brake housing can in particular be made from a metallic material.
  • the brake housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the brake housing entirely or partially from a plastic.
  • the brake housing can be made in one piece or in several parts.
  • the brake housing can also be designed entirely or partially as part of a motor housing of an electrical machine or a transmission housing of a transmission coupled to the electrical machine.
  • the brake housing and the motor housing or the transmission housing preferably form a structural unit.
  • the brake housing can be screwed to the engine housing or the gearbox housing, for example.
  • the brake housing is arranged in a rotationally fixed manner relative to the disc brake.
  • the brake housing is preferably designed in such a way that abrasion that occurs during braking cannot escape from the brake housing. This can prevent unwanted pollution of the environment with brake abrasion.
  • encapsulating the brake system in this way can also reduce braking noise in the environment. Another advantageous aspect of this encapsulation is that the braking performance of the brake system is independent of the weather conditions outside the motor vehicle.
  • the brake system according to the invention comprises a disc brake.
  • the brake disc is the rotating part of a disc brake, on whose front surfaces the brake shoes act in a releasable manner in order to decelerate the rotational movement of the brake disc by means of frictional engagement during operation of the disc brake.
  • the brake disc preferably has a brake disc body.
  • Brake discs can preferably be formed from a metal casting, such as in particular gray cast iron, spheroidal cast iron or cast steel, and then machined preferably by turning and/or milling. It is also possible to use silicon carbide reinforced with carbon fibers and/or a carbon fiber-reinforced ceramic material in order to achieve a particularly low weight of a brake disc. It is also conceivable, in particular for a particularly cost-effective provision of a brake disc, to punch it out of a sheet metal.
  • a brake disc preferably has a hollow cylindrical spatial shape, the axial extent of which is significantly smaller than its diameter.
  • the brake disc can be designed in one piece or in multiple pieces.
  • the individual brake disc elements can preferably be arranged in layers in the axial direction, resulting in a type of sandwich construction.
  • the brake disc body is the part of the brake disc on which the brake shoes act with friction to reduce the rotational speed of the brake disc.
  • the brake disc body can have a plurality of Brake disc cooling channels, by means of which in particular heat and/or brake abrasion can be dissipated from the brake disc body.
  • the braking system can also have a shaft connection.
  • the shaft connection of the brake disc connects the brake disc body to the rotating shaft to be braked, which is also referred to as the brake shaft.
  • the shaft connection can be designed as a separate component that is arranged in the torque flow between the brake disc body and the shaft to be braked, or as a connection between the brake disc body and the shaft to be braked. It is possible for the shaft to be braked and the shaft connection to be formed in one piece, in particular monolithically. In principle, it is also conceivable for the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece. It can also be preferred for the shaft to be braked, the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece, in particular monolithically.
  • the shaft connection can also be made, for example, by means of a positive connection, a frictional connection and/or a material connection between the shaft to be braked and the brake disc body.
  • the shaft connection can be made by means of a press fit, a spline or by welding.
  • the brake system according to the invention has a hydraulic brake disc cooling system.
  • a hydraulic brake disc cooling system uses a brake disc cooling fluid to cool the brake disc.
  • the brake disc cooling fluid can act on the brake disc at least in sections and/or be guided through the brake disc.
  • the hydraulic brake disc cooling system is preferably designed in such a way that the brake disc cooling fluid cannot reach the friction surfaces between the brake shoes and the brake disc body.
  • the hydraulic brake disc cooling system can have at least one, but preferably a plurality of brake disc cooling channels in which the brake disc cooling fluid is guided. It is further preferred that the hydraulic brake disc cooling system is connected to a brake disc cooling circuit, within which the frictional heat absorbed by the brake disc cooling fluid is dissipated from the disc brake and fed to a heat sink, such as a heat exchanger.
  • the brake shoes In order to create a frictional connection between the brake shoes and the brake disc, the brake shoes, in particular with their brake shoe friction linings, are pressed preferably axially against the brake disc by means of a brake actuator.
  • a brake system can also have a brake actuator.
  • a brake actuator has the function of actuating the brake, i.e. putting it into a frictionally engaged operating state and an operating state released from the frictional engagement.
  • the brake actuator can be actuated pneumatically, hydraulically, by electric motor, mechanically, electromagnetically or any combination thereof.
  • the brake actuator can preferably have at least one linearly displaceable piston, which can preferably be displaced in the axial direction.
  • a brake actuator preferably comprises two linearly displaceable pistons, and it is also preferred that the pistons can be displaced in a direction directed towards one another.
  • the braking system according to the invention is intended for a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine.
  • Electric machines in the sense of this application serve to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged to be movable relative to the stationary part.
  • an electric machine can be designed in particular as a rotary machine. In such rotary electric machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines.
  • a radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of a Axial flux machine, the magnetic field lines extend in the axial direction in the air gap formed between the rotor and stator.
  • an electric machine is provided in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric machine particularly preferably has an output greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the electric machine can have a housing, which is also referred to as a motor housing.
  • the motor housing encloses the electric machine.
  • a motor housing can also accommodate the control and power electronics, and preferably also at least parts of the braking system.
  • the motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid is supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the motor housing surfaces.
  • the motor housing protects the electric machine and any electronics present from external mechanical and/or chemical influences.
  • a motor housing of the electric machine can in particular be made of a metallic material.
  • the motor housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the motor housing of the electric machine to be made in one piece or in several parts.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies formed from rotor laminations arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand saves weight and on the other hand and which also allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • the rotor shaft can be coupled in particular to the brake shaft of the braking system.
  • the electric machine can preferably be coupled to a transmission which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle.
  • the drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.
  • the electric machine and the transmission are arranged in a common drive train housing.
  • the electric machine it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, in which case the structural unit can then be effected by fixing the transmission arrangement relative to the electric machine.
  • This structural unit is sometimes also referred to as an e-axle.
  • the drive train housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. In principle, however, it would also be possible to form the drive train housing from a plastic.
  • the drive train housing can particularly preferably have a pot-like basic shape, so that the electric machine and the transmission can be inserted into the drive train housing via the open front side of the drive train housing.
  • the electric machine preferably has a motor housing and/or the gearbox a gearbox housing, whereby the structural unit can then be achieved by fixing the gearbox to the electric machine.
  • the gearbox housing is a housing for accommodating a gearbox. Its task is to guide existing shafts via the bearings and to give the wheels (possibly cam disks) the degrees of freedom they require under all loads without hindering them in their rotation and possible orbital movement, as well as to absorb bearing forces and support moments.
  • a gearbox housing can be single- or multi-shell, i.e. undivided or divided.
  • the gear housing should in particular also be able to dampen noise and vibrations and also safely absorb hydraulic fluid.
  • the gear housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting.
  • the transmission can further preferably be configured as a planetary transmission or comprise a planetary transmission.
  • the planetary transmission can preferably have a sun gear and a plurality of planetary gears that mesh with the sun gear and are rotatably mounted in a planetary gear carrier, which move in rotation around the sun gear, as well as a ring gear arranged coaxially to the sun gear, in which the planetary gears roll.
  • the transmission can also have a differential gear.
  • a differential gear is a planetary gear with one input and two outputs. Its function is usually to drive two wheels of a motor vehicle so that they can turn at different speeds in curves but with the same propulsive force.
  • one or more separating clutches can be provided within the torque path between the electric machine and a vehicle wheel.
  • a separating clutch can, for example, be arranged between the output of the electric machine and the input of the transmission, so that the electric machine can be decoupled from the transmission, thereby enabling the motor vehicle to coast. It would also be conceivable to arrange a separating clutch between the output of the transmission and a vehicle wheel or wheels, thereby also enabling the motor vehicle to coast. Finally, it is also possible to arrange a separating clutch between the input of the braking system and the output of the electric machine, whereby the braking system can be completely decoupled from the electric machine.
  • motor vehicles are considered to be land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • Motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PCs), trucks (HGVs), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COMs) or tractors.
  • the lateral surface of the brake disc has a circumferential lateral surface section with a plurality of fluid guide elements which protrude radially from the lateral surface and/or radially into the lateral surface.
  • the advantage of this design is that the cooling performance can be optimized using appropriate fluid guidance.
  • the fluid guidance elements can, for example, be designed as webs extending in the axial direction. Blade-like designs of the fluid guidance elements are also conceivable in principle.
  • the fluid guidance elements can also have brake disk cooling channels through which the brake disk cooling fluid can flow.
  • the brake disc cooling channels can in particular run radially through a brake disc, so that a spoke-like configuration of the brake disc cooling channels is formed in the brake disc.
  • the brake disc cooling fluid is preferably conveyed radially outwards through the brake disc cooling channels by centrifugal force.
  • the brake disc cooling channels can have any contour in cross-section. However, for manufacturing reasons, circular contours and rectangular contours are generally preferred.
  • the brake disc has a first radially has a circumferential ring element that projects outwards and engages with play in a corresponding first groove in the brake housing and/or the brake disc has a second circumferential ring element that projects radially outwards from the jacket surface and engages with play in a corresponding second groove in the brake housing.
  • first ring element and the second ring element are arranged on a first axial side at a distance from the jacket surface section having the plurality of fluid guide elements, so that an optimized separation between the "wet space” and the friction surfaces of the disc brake can be realized.
  • the brake disc has a third circumferential ring element protruding radially outward from the jacket surface, which engages with play in a corresponding third groove of the brake housing and/or the brake disc has a fourth circumferential ring element protruding radially outward from the jacket surface, which engages with play in a corresponding fourth groove of the brake housing.
  • the invention can also be further developed in such a way that the third ring element and the fourth ring element are arranged on a second axial side at a distance from the lateral surface section having the plurality of fluid guide elements, which also contributes to further improved separation between the “wet space” and the friction surfaces on both end faces of the brake disc body.
  • the fluid inlet is arranged in the direction of gravity in the bottom region of the brake housing and/or the fluid outlet is arranged in the direction of gravity in the head region of the brake housing.
  • the fluid inlet and the fluid outlet are connected to a brake disc cooling circuit, via which the brake disc cooling fluid that can be heated in the brake system can be fed to a heat exchanger, so that optimal cooling of the disc brake and/or further use of the friction-related waste heat of the disc brake can take place.
  • the brake disc is arranged in a rotationally fixed manner on a rotatably mounted brake shaft, which is coupled to a rotor shaft of the rotor in a torque-transmitting manner.
  • This can achieve, among other things, that the mechanical braking effect of the brake system can be supported by the generator operation of the electric machine.
  • the electric machine it is also conceivable for the electric machine to drive the brake system in frictional engagement as a motor, so that the frictional heat generated in this way can be dissipated via the brake disc cooling fluid and, for example, fed to another use via a heat exchanger, for example for heating the passenger compartment of the vehicle.
  • the invention can also be advantageously designed such that a first actuatable brake cylinder and a second actuatable brake cylinder are accommodated in the brake housing, wherein the first brake cylinder engages a first of the brake shoes and the second brake cylinder engages a second of the brake shoes in frictional engagement with one of the end faces of the brake disc or releases the frictional connection with one of the front surfaces of the brake disc.
  • This has the advantage that the usual brake calliper of a disc brake can be dispensed with, or - in other words - the brake housing takes over the function of the brake calliper.
  • first ring element and the second ring element are designed to be substantially identical. It is highly preferred that the first ring element and/or the second ring element are designed to be monolithic with the brake disc.
  • the third ring element and the fourth ring element are designed to be substantially identical, wherein it is again particularly preferred that the third ring element and/or the fourth ring element are designed to be monolithic with the brake disc.
  • first ring element and the second ring element with the corresponding first groove and second groove form a first labyrinth seal.
  • the third ring element and the fourth ring element with the corresponding third groove and fourth groove can also preferably form a second labyrinth seal.
  • first labyrinth seal and the second labyrinth seal are arranged axially spaced apart and define an annular space through which the brake disc cooling fluid can flow.
  • This annular space thus forms a wet space within the brake housing, which separates the brake disc cooling fluid from the frictional contacts between the brake disc body and the brake shoes.
  • the circumferential jacket surface section with a plurality of fluid guide elements is preferably axially enclosed by the first labyrinth seal and the second labyrinth seal.
  • the fluid inlet and the fluid outlet of the brake housing preferably open into the annular space.
  • the brake shaft is connected to the brake housing by means of a arranged rolling bearing arrangement.
  • the brake shaft is most preferably sealed against the brake housing by means of a brake shaft seal
  • Figure 1 shows an electrically driven motor vehicle with a braking system in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows a braking system of a motor vehicle coupled to an electric machine in a schematic axial sectional view
  • Figure 3 shows a braking system with a disc brake in an axial sectional view
  • Figure 4 is a detailed view of the head area of the braking system known from Figure 3 in an axial section,
  • Figure 5 is a detailed view of the base area of the braking system known from Figure 3 in an axial section.
  • Figure 1 shows a braking system 1 of a motor vehicle 3 that can be electrically driven by means of an electric machine 2.
  • the braking system 1 comprises a disk brake 4 with a brake disk 5 and brake shoes 7 which can be brought into frictional engagement with the brake disk 5 at their end faces 6, which can be clearly seen in Figure 2.
  • the electric machine 2 accommodated in the motor housing 52 has a rotor 8 which is coupled to at least one vehicle wheel 51 of the motor vehicle 3 in a torque-transmitting manner.
  • the torque path A transmission 54 is arranged between the electric machine and the vehicle wheel 51, which can be decoupled from the torque path via the separating clutch 53, so that, for example, a sailing operation of the motor vehicle 3 can be realized.
  • the electric machine 2, the transmission 54 and the disc brake 4 form a structural unit, which is also referred to as the axle drive train 55.
  • the disc brake 4 is accommodated in a brake housing 9 and the brake disc 5 of the disc brake 4 is connected to the rotor 8 of the electric machine 2 in a torque-transmitting manner. It can be clearly seen from Figure 2 that actuating the disc brake 4 thus generates a braking torque in the torque path from the electric machine 2 to the vehicle wheel 51, as a result of which the latter can be braked.
  • the braking torque is thus generated via the brake disc 5, on the front of which two brake shoes 7 can act in such a way that the axial force counteracts.
  • the axial force is generated via two hydraulically connected hydraulic brake cylinders 26, 27, each of which represents a brake actuator.
  • the hydraulic brake cylinders 26, 27 are pressurized with a hydraulic fluid via the brake fluid channel 42.
  • the brake disc 5 is arranged in a rotationally fixed manner on a rotatably mounted brake shaft 24, which, as mentioned, is coupled to a rotor shaft 25 of the rotor 8 in a torque-transmitting manner.
  • the brake shaft 24 is rotatably mounted relative to the brake housing 9 by means of a roller bearing arrangement 38 arranged in the brake housing 9 and is sealed relative to the brake housing 9 by means of a brake shaft seal 39.
  • Speed and torque can be introduced into the disc brake 4 from a corresponding spline of the rotor shaft 25 via a spline 43 incorporated in the brake shaft 24.
  • the brake shaft 24 is guided via the roller bearing arrangement 38.
  • the brake system 1 is sealed relative to the environment by means of the radially acting Brake shaft seal 39 sealed.
  • a first actuatable brake cylinder 26 and a second actuatable brake cylinder 27 are accommodated in the brake housing 9, with the first brake cylinder 26 bringing a first of the brake shoes 7 and the second brake cylinder 27 bringing a second of the brake shoes 7 into frictional engagement with one of the end faces 6 of the brake disc 5 or releasing the frictional engagement with one of the end faces 6 of the brake disc 5.
  • two opposing brake shoe friction linings 41 are each arranged on a movable brake shoe body 40 on the end faces 6.
  • the brake shoe friction linings 41 are located in the upper area relative to the axis of the brake shaft 24.
  • the required displacement and axial force is generated by means of two hydraulic brake cylinders 26, 27 with seals 50 with a rectangular cross section.
  • the groove geometries in which the seals 50 with a rectangular cross section are arranged are designed in such a way that self-adjustment of wear takes place.
  • the movable brake shoe bodies 40 are moved into a predefined starting position by means of one or more spring elements 46 under spring force.
  • the movable brake shoe bodies 40 are guided axially via a pin-like guide element 45, 47.
  • An end stop 48 is also formed in this area, which limits the axial travel of the brake shoe body 40.
  • the brake disc 5 has a hydraulic brake disc cooling system 10, in which a jacket surface 11 of the brake disc 5 can be subjected to a brake disc cooling fluid 12, which can be introduced through a fluid inlet 13 of the brake housing 9 and can be discharged from the latter via a fluid outlet 14 of the brake housing 9.
  • the fluid inlet 13 is arranged in the direction of gravity in the base area 20 of the brake housing 9 and the fluid outlet 14 is arranged in the direction of gravity in the head area 21 of the brake housing 9.
  • the fluid inlet 13 and the fluid outlet 14 are connected to a brake disc cooling circuit 22, via which the brake disc cooling fluid 12 that can be heated in the brake system 1 can be fed to a heat exchanger 23.
  • Brake disc cooling fluid 12 Water or a mixture of water and another substance (e.g. water-glycol mixtures) is used to dissipate heat.
  • the outer surface 11 of the brake disc 5 has a circumferential outer surface section 30 with a plurality of fluid guide elements 15 that protrude radially from the outer surface 11 and/or radially into the outer surface 11.
  • the fluid guide elements 15 are designed as webs that extend in the axial direction.
  • no holes are arranged in the end faces 6 of the brake disc 5, so that no brake disc cooling fluid 12 can pass axially through the brake disc 5 in the direction of the friction-loaded outer surfaces of the brake disc 5.
  • the brake disk 5 has a first circumferential ring element 16 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and engages with play in a corresponding first groove 17 of the brake housing 9.
  • the brake disk 5 also has a second circumferential ring element 18 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and engages with play in a corresponding second groove 19 of the brake housing 9.
  • the first ring element 16 and the second ring element 18 are arranged on a first axial side 33 at a distance from the jacket surface section 30 that has the plurality of fluid guide elements 15.
  • Figures 3-5 also show that the brake disk 5 has a third circumferential ring element 28 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and that engages with play in a corresponding third groove 29 of the brake housing 9 and/or the brake disk 5 finally also has a fourth circumferential ring element 31 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and that engages with play in a corresponding fourth groove 32 of the brake housing 9.
  • the third ring element 28 and the fourth ring element 31 are spaced apart on a second axial side 34 from the jacket surface section 30 that has the plurality of fluid guide elements 15. arranged.
  • the first ring element 16 and the second ring element 18 are essentially identical and designed monolithically with the brake disc 5.
  • the first ring element 16 and the second ring element 18 form with the corresponding first groove 17 and second groove 19 a first labyrinth seal
  • the first labyrinth seal 35 and the second labyrinth seal 36 are arranged axially spaced apart and define an annular space 37 through which the brake disk cooling fluid 12 can flow.
  • the annular space 37 can therefore also be referred to as a "wet space”.
  • the circumferential shell surface section 30 with a plurality of fluid guide elements 15 is axially enclosed by the first labyrinth seal 35 and the second labyrinth seal 36.
  • the fluid inlet 13 and the fluid outlet 14 of the brake housing 9 open into the annular space 37.
  • the brake disc cooling fluid 12 is fed into the annular space via the distribution geometry 44
  • two labyrinth seals 35,36 are arranged in the brake disc 5.
  • the collecting geometry 49 is formed at the lowest point of the brake disk 5 relative to the center of the earth. This is designed in such a way that the brake disk cooling fluid 12 is guided by gravity in the direction of the fluid inlet 13 through the inclined geometry.
  • the ring elements 18, 31 protruding radially outward from the brake disk 5 protrude in the inclined geometry of the collecting geometry 49.

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Abstract

The invention relates to a braking system (1) of a motor vehicle (3) that can be electrically driven by an electric machine (2), wherein the braking system (1) comprises a disc brake (4) with a brake disc (5) and brake jaws (7) that can be frictionally connected to the brake disc (5) on their end faces (6), and the electric machine (2) has a rotor (8) that is torque-transmittingly coupled to at least one vehicle wheel (9) of the motor vehicle (3), wherein the disc brake (4) is accommodated in a brake housing (9) and the brake disc (5) of the disc brake (4) is torque-transmittingly connected to the rotor (8) of the electric machine (2), wherein the brake disc (5) has a hydraulic brake disc cooling system (10), in which a casing surface (11) of the brake disc (5) can be applied with a brake disc cooling fluid (12), which can be introduced through a fluid inlet (13) in the brake housing (9) and can be discharged from same through a fluid outlet (14) in the brake housing (9).

Description

Bremssystem Braking system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe und mit der Bremsscheibe an ihren Stirnflächen in Reibschluss bringbaren Bremsbacken umfasst, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. The present invention relates to a braking system of a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine, wherein the braking system comprises a disc brake with a brake disc and brake shoes that can be brought into frictional engagement with the brake disc on their end faces, and the electric machine has a rotor that is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner.
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. Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and also to be able to offer users the usual driving comfort. A detailed description of an electric drive can be found, for example, in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged coaxially to a bevel gear differential.
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. Such motor vehicles with a hybridized or electrified drive train can not only accelerate and brake with the help of an electric machine, but also. During braking, the electric machine is operated as a generator and the recuperated energy is used, for example, to charge the battery. For safety reasons, however, an additional mechanical braking device is still required. With drives close to the wheels, such as a wheel hub motor or an electric axle, this results in a more difficult installation space situation.
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. Especially in vehicles with an electric wheel hub drive, a so-called E-Wheel Drive, brakes with discs are often used to slow down the vehicle. However, there are also brakes in the design as Disc brakes with floating calipers, disc brakes with fixed calipers, drum brakes and multi-disc brakes are known.
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. For example, DE 10 2019 120 409 A1 discloses a braking device for a wheel hub drive arrangement in which the brake partners that are fixed relative to the circumferential direction have cooling channels. The axially movable brake partner is actuated via brake cylinders. The brake partner that is movable in the circumferential direction is designed as a disk carrier.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein hinsichtlich seiner Kühlung verbessertes Bremssystem für ein_mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen. It is the object of the invention to provide a braking system which is improved in terms of its cooling for a motor vehicle which is electrically driven by means of an electric machine.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe und mit der Bremsscheibe an ihren Stirnflächen in Reibschluss bringbaren Bremsbacken umfasst, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Scheibenbremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und die Bremsscheibe der Scheibenbremse drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Bremsscheibe ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem aufweist, bei welchem eine Mantelfläche der Bremsscheibe mit einem Bremsscheibenkühlfluid beaufschlagbar ist, welches durch einen Fluideingang des Bremsgehäuses einleitbar und über einen Fluidausgang des Bremsgehäuses aus diesem ableitbar ist. This object is achieved by a braking system of a motor vehicle that can be electrically driven by means of an electric machine, wherein the braking system comprises a disc brake with a brake disc and brake shoes that can be brought into frictional engagement with the brake disc on their end faces, and the electric machine has a rotor that is coupled to at least one vehicle wheel of the motor vehicle in a torque-transmitting manner, wherein the disc brake is accommodated in a brake housing and the brake disc of the disc brake is connected to the rotor of the electric machine in a torque-transmitting manner, wherein the brake disc has a hydraulic brake disc cooling system in which a jacket surface of the brake disc can be acted upon by a brake disc cooling fluid that can be introduced through a fluid inlet of the brake housing and discharged from the latter via a fluid outlet of the brake housing.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Art von Komplementärbremse mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist, welche eine Bremswirkung auf ein Fahrzeugrad ausüben kann. Um die hohen Bremsmomente zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs aufbringen zu können, ohne dass es zu einem thermisch bedingten Abfall der Bremsleistung kommt, weist das Bremssystem ferner eine flüssigkeitsbasierte Bremsscheibenkühlung auf. Durch die bevorzugte Anordnung in direkter Nähe zur elektrischen Antriebsmaschine wird zudem ermöglicht, dass bei der durch die flüssigkeitsbasierte Bremsscheibenkühlung aus dem Bremsvorgang zurückgewonnene Wärmeenergie, die nahe an den potenziellen Wärmeverbrauchern entsteht, auf einen verlustbehafteten Wärmetransport über weitere Strecken durch das Fahrzeug verzichtet werden kann. This provides the advantage that a type of complementary brake is coupled to the electric machine, which can exert a braking effect on a vehicle wheel. In order to be able to apply the high braking torques to brake the vehicle without a thermally induced drop in braking performance, the braking system also has a liquid-based brake disc cooling system. The preferred arrangement in direct proximity to the electric drive motor also makes it possible to avoid the heat energy recovered from the braking process by the liquid-based brake disc cooling, which is generated close to the potential heat consumers, and thus to avoid loss-related heat transport over longer distances through the vehicle.
Zunächst werden nun die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben. First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention will now be explained in the order in which they appear in the set of claims, and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention will be described below.
Das erfindungsgemäße Bremssystem hat die Funktion eine zu bremsende Welle, beispielsweise mittels eines Reibschlusses, abzubremsen. The braking system according to the invention has the function of braking a shaft to be braked, for example by means of a frictional connection.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist hierzu in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust das Bremssystem. 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 das Bremssystem vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Bremsgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Bremsgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Bremsgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Bremsgehäuse einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Bremsgehäuse kann auch vollständig oder teilweise als ein Teil eines Motorgehäuses einer elektrischen Maschine oder eines Getriebegehäuses eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt bilden das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse eine bauliche Einheit. Hierzu kann das Bremsgehäuse beispielsweise mit dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verschraubt sein. Das Bremsgehäuse ist gegenüber der Scheibenbremse drehfest angeordnet. 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. The brake system according to the invention is arranged in a brake housing for this purpose. The brake housing encloses the brake system. A brake housing can also accommodate one or more brake actuators. The brake housing can also be part of a cooling system and designed in such a way that cooling fluid is supplied to the brake system via the brake housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces. In addition, the brake housing protects the brake system from external mechanical and/or chemical influences. A brake housing can in particular be made from a metallic material. The brake housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the brake housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the brake housing to be made in one piece or in several parts. The brake housing can also be designed entirely or partially as part of a motor housing of an electrical machine or a transmission housing of a transmission coupled to the electrical machine. The brake housing and the motor housing or the transmission housing preferably form a structural unit. For this purpose, the brake housing can be screwed to the engine housing or the gearbox housing, for example. The brake housing is arranged in a rotationally fixed manner relative to the disc brake. The brake housing is preferably designed in such a way that abrasion that occurs during braking cannot escape from the brake housing. This can prevent unwanted pollution of the environment with brake abrasion. Furthermore, encapsulating the brake system in this way can also reduce braking noise in the environment. Another advantageous aspect of this encapsulation is that the braking performance of the brake system is independent of the weather conditions outside the motor vehicle.
Das erfindungsgemäße Bremssystem umfasst eine Scheibenbremse. Die Bremsscheibe ist hierbei der sich drehende Teil einer Scheibenbremse, auf deren Stirnflächen die Bremsbacken lösbar einwirken, um im Betrieb der Scheibenbremse die Drehbewegung der Bremsscheibe mittels Reibschlusses zu verzögern. Die Bremsscheibe weist bevorzugt einen Bremsscheibenkörper auf. The brake system according to the invention comprises a disc brake. The brake disc is the rotating part of a disc brake, on whose front surfaces the brake shoes act in a releasable manner in order to decelerate the rotational movement of the brake disc by means of frictional engagement during operation of the disc brake. The brake disc preferably has a brake disc body.
Bremsscheiben können bevorzugt aus einem Metallguss, wie insbesondere Grauguss, Sphäroguss oder Stahlguss urgeformt und anschließend bevorzugt durch Drehen und/oder Fräsen spanend bearbeitet sein. Es ist auch möglich, um ein besonders geringes Gewicht einer Bremsscheibe zu realisieren, mit Kohlenstofffasern verstärktes Siliziumkarbid und/oder einen kohlenstofffaserverstärkten Keramikwerkstoff zu verwenden. Auch ist es denkbar, insbesondere für eine besonders kostengünstige Bereitstellung einer Bremsscheibe, diese aus einem Blech zu stanzen. Brake discs can preferably be formed from a metal casting, such as in particular gray cast iron, spheroidal cast iron or cast steel, and then machined preferably by turning and/or milling. It is also possible to use silicon carbide reinforced with carbon fibers and/or a carbon fiber-reinforced ceramic material in order to achieve a particularly low weight of a brake disc. It is also conceivable, in particular for a particularly cost-effective provision of a brake disc, to punch it out of a sheet metal.
Eine Bremsscheibe besitzt bevorzugt eine hohlzylindrische Raumform, deren axiale Erstreckung wesentlich kleiner ist als ihr Durchmesser. Die Bremsscheibe kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Bei einer mehrteiligen Bremsscheibe können die einzelnen Bremsscheibenelemente bevorzugt in axialer Richtung geschichtet angeordnet sein, so dass sich eine Art Sandwichbauweise ergibt. A brake disc preferably has a hollow cylindrical spatial shape, the axial extent of which is significantly smaller than its diameter. The brake disc can be designed in one piece or in multiple pieces. In a multiple-piece brake disc, the individual brake disc elements can preferably be arranged in layers in the axial direction, resulting in a type of sandwich construction.
Der Bremsscheibenkörper ist der Teil der Bremsscheibe, auf den die Bremsbacken reibungsbehaftet zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe einwirken. Der Bremsscheibenkörper kann eine Mehrzahl von Bremsscheibenkühlkanälen aufweisen, mittels derer insbesondere Wärme und/oder Bremsabrieb von dem Bremsscheibenkörper abgeführt werden kann. The brake disc body is the part of the brake disc on which the brake shoes act with friction to reduce the rotational speed of the brake disc. The brake disc body can have a plurality of Brake disc cooling channels, by means of which in particular heat and/or brake abrasion can be dissipated from the brake disc body.
Das Bremssystem kann ferner eine Wellenanbindung aufweisen. Die Wellenanbindung der Bremsscheibe verbindet den Bremsscheibenkörper mit der zu bremsenden rotierenden Welle, die auch als Bremswelle bezeichnet wird. Hierbei kann die Wellenanbindung als ein separates Bauteil ausgeführt sein, das im Momentenfluss zwischen dem Bremsscheibenkörper und der zu bremsenden Welle angeordnet ist oder als eine Verbindung zwischen dem Bremsscheibenkörper und der zu bremsenden Welle. Hierbei ist es möglich, dass die zu bremsende Welle und die Wellenanbindung einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Wellenanbindung und der Bremsscheibenkörper einstückig ausgeführt werden. Es kann auch bevorzugt sein, dass die zu bremsende Welle, die Wellenanbindung sowie der Bremsscheibenkörper einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind. Die Wellenanbindung kann beispielsweise auch mittels Formschluss, Kraftschluss und/oder Stoffschluss zwischen der zu bremsenden Welle und dem Bremsscheibenkörper hergestellt sein. Beispielsweise kann die Wellenanbindung mittels einer Presspassung, einer Steckverzahnung oder auch durch ein Verschweißen erfolgen. The braking system can also have a shaft connection. The shaft connection of the brake disc connects the brake disc body to the rotating shaft to be braked, which is also referred to as the brake shaft. The shaft connection can be designed as a separate component that is arranged in the torque flow between the brake disc body and the shaft to be braked, or as a connection between the brake disc body and the shaft to be braked. It is possible for the shaft to be braked and the shaft connection to be formed in one piece, in particular monolithically. In principle, it is also conceivable for the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece. It can also be preferred for the shaft to be braked, the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece, in particular monolithically. The shaft connection can also be made, for example, by means of a positive connection, a frictional connection and/or a material connection between the shaft to be braked and the brake disc body. For example, the shaft connection can be made by means of a press fit, a spline or by welding.
Das erfindungsgemäße Bremssystem weist ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem auf. Ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem verwendet ein Bremsscheibenkühlfluid zur Kühlung der Bremsscheibe. Hierbei kann das Bremsscheibenkühlfluid die Bremsscheibe zumindest abschnittsweise beaufschlagen und/oder durch die Bremsscheibe hindurchgeführt werden. Bevorzugt ist das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem so ausgebildet, dass das Bremsscheibenkühlfluid nicht an die Reibflächen zwischen den Bremsbacken und dem Bremsscheibenkörper gelangen kann. The brake system according to the invention has a hydraulic brake disc cooling system. A hydraulic brake disc cooling system uses a brake disc cooling fluid to cool the brake disc. The brake disc cooling fluid can act on the brake disc at least in sections and/or be guided through the brake disc. The hydraulic brake disc cooling system is preferably designed in such a way that the brake disc cooling fluid cannot reach the friction surfaces between the brake shoes and the brake disc body.
Hierzu kann das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem wenigstens einen, bevorzugt jedoch eine Mehrzahl von Bremsscheibenkühlkanälen aufweisen, in denen das Bremsscheibenkühlfluid geführt ist. Es ist ferner bevorzugt, dass das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem an einen Bremsscheibenkühlkreislauf angeschlossen ist, innerhalb dessen die von dem Bremsscheibenkühlfluid aufgenommene Reibungswärme aus der Scheibenbremse abgeführt und einer Wärmesenke, wie beispielsweise einem Wärmetauscher zugeführt wird. For this purpose, the hydraulic brake disc cooling system can have at least one, but preferably a plurality of brake disc cooling channels in which the brake disc cooling fluid is guided. It is further preferred that the hydraulic brake disc cooling system is connected to a brake disc cooling circuit, within which the frictional heat absorbed by the brake disc cooling fluid is dissipated from the disc brake and fed to a heat sink, such as a heat exchanger.
Zur Herstellung eines Reibschlusses zwischen den Bremsbacken und der Bremsscheibe werden die Bremsbacken, insbesondere mit ihren Bremsbackenreibbelägen, mittels eines Bremsaktuators bevorzugt axial gegen die Bremsscheibe gedrückt. In order to create a frictional connection between the brake shoes and the brake disc, the brake shoes, in particular with their brake shoe friction linings, are pressed preferably axially against the brake disc by means of a brake actuator.
Ein Bremssystem kann des Weiteren auch einen Bremsaktuator aufweisen. Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden. Der Bremsaktuator kann bevorzugt wenigstens einen linearverschieblichen Kolben aufweisen, welcher bevorzugt in axialer Richtung versetzbar ist. Bevorzugt umfasst ein Bremsaktuator zwei linearverschiebliche Kolben, wobei ferner bevorzugt ist, dass die Kolben aufeinander zu gerichtet versetzbar sind. A brake system can also have a brake actuator. A brake actuator has the function of actuating the brake, i.e. putting it into a frictionally engaged operating state and an operating state released from the frictional engagement. The brake actuator can be actuated pneumatically, hydraulically, by electric motor, mechanically, electromagnetically or any combination thereof. The brake actuator can preferably have at least one linearly displaceable piston, which can preferably be displaced in the axial direction. A brake actuator preferably comprises two linearly displaceable pistons, and it is also preferred that the pistons can be displaced in a direction directed towards one another.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist 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. The braking system according to the invention is intended for a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine. Electric machines in the sense of this application serve to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged to be movable relative to the stationary part. In connection with this invention, an electric machine can be designed in particular as a rotary machine. In such rotary electric machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of a Axial flux machine, the magnetic field lines extend in the axial direction in the air gap formed between the rotor and stator. In connection with the present invention, an electric machine is provided in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle. In particular, the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved. The electric machine particularly preferably has an output greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most particularly preferably greater than 12,500 rpm.
Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse aufweisen, das auch als Motorgehäuse bezeichnet wird. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik, sowie bevorzugt auch zumindest Teile des Bremssystems aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt wird und/oder die Wärme über die Motorgehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Motorgehäuse der elektrischen Maschine kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Motorgehäuse der elektrischen Maschine einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. The electric machine can have a housing, which is also referred to as a motor housing. The motor housing encloses the electric machine. A motor housing can also accommodate the control and power electronics, and preferably also at least parts of the braking system. The motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid is supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the motor housing surfaces. In addition, the motor housing protects the electric machine and any electronics present from external mechanical and/or chemical influences. A motor housing of the electric machine can in particular be made of a metallic material. The motor housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the motor housing of the electric machine to be made in one piece or in several parts.
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 des Bremssystems koppelbar. A rotor is the rotating part of an electrical machine. The rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies formed from rotor laminations arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner. The rotor shaft can be hollow, which on the one hand saves weight and on the other hand and which also allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body. The rotor shaft can be coupled in particular to the brake shaft of the braking system.
Die elektrischen Maschine ist bevorzugt mit einem Getriebe koppelbar, welches 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. The electric machine can preferably be coupled to a transmission which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle. The drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und 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. In particular, it can be provided that the electric machine and the transmission are arranged in a common drive train housing. Alternatively, it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, in which case the structural unit can then be effected by fixing the transmission arrangement relative to the electric machine. This structural unit is sometimes also referred to as an e-axle. The drive train housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. In principle, however, it would also be possible to form the drive train housing from a plastic. The drive train housing can particularly preferably have a pot-like basic shape, so that the electric machine and the transmission can be inserted into the drive train housing via the open front side of the drive train housing.
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. The electric machine preferably has a motor housing and/or the gearbox a gearbox housing, whereby the structural unit can then be achieved by fixing the gearbox to the electric machine. The gearbox housing is a housing for accommodating a gearbox. Its task is to guide existing shafts via the bearings and to give the wheels (possibly cam disks) the degrees of freedom they require under all loads without hindering them in their rotation and possible orbital movement, as well as to absorb bearing forces and support moments. A gearbox housing can be single- or multi-shell, i.e. undivided or divided. The gear housing should in particular also be able to dampen noise and vibrations and also safely absorb hydraulic fluid. The gear housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting.
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. The transmission can further preferably be configured as a planetary transmission or comprise a planetary transmission. The planetary transmission can preferably have a sun gear and a plurality of planetary gears that mesh with the sun gear and are rotatably mounted in a planetary gear carrier, which move in rotation around the sun gear, as well as a ring gear arranged coaxially to the sun gear, in which the planetary gears roll.
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. The transmission can also have a differential gear. A differential gear is a planetary gear with one input and two outputs. Its function is usually to drive two wheels of a motor vehicle so that they can turn at different speeds in curves but with the same propulsive force.
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. In order to implement different drive or operating modes for the motor vehicle, one or more separating clutches can be provided within the torque path between the electric machine and a vehicle wheel. A separating clutch can, for example, be arranged between the output of the electric machine and the input of the transmission, so that the electric machine can be decoupled from the transmission, thereby enabling the motor vehicle to coast. It would also be conceivable to arrange a separating clutch between the output of the transmission and a vehicle wheel or wheels, thereby also enabling the motor vehicle to coast. Finally, it is also possible to arrange a separating clutch between the input of the braking system and the output of the electric machine, whereby the braking system can be completely decoupled from the electric machine.
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. For the purposes of this application, motor vehicles are considered to be land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks. Motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PCs), trucks (HGVs), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COMs) or tractors.
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. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche der Bremsscheibe einen um laufenden Mantelflächenabschnitt mit einer Mehrzahl von Fluidführungselementen aufweist, die radial aus der Mantelfläche heraus- und/oder radial in die Mantelfläche hineinragen. According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the lateral surface of the brake disc has a circumferential lateral surface section with a plurality of fluid guide elements which protrude radially from the lateral surface and/or radially into the lateral surface.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass über eine entsprechende Fluidführung die Kühlleistung optimiert werden kann. Die Fluidführungselemente Können beispielsweise als sich in Axialrichtung erstreckende Stege ausgeführt sein. Auch schaufelartige Ausgestaltungen der Fluidführungselemente sind grundsätzlich denkbar. Auch können die Fluidführungselemente Bremsscheibenkühlkanäle aufweisen, die von dem Bremsscheibenkühlfluid durchströmbar sind. The advantage of this design is that the cooling performance can be optimized using appropriate fluid guidance. The fluid guidance elements can, for example, be designed as webs extending in the axial direction. Blade-like designs of the fluid guidance elements are also conceivable in principle. The fluid guidance elements can also have brake disk cooling channels through which the brake disk cooling fluid can flow.
Die Bremsscheibenkühlkanäle können insbesondere radial durch eine Bremsscheibe verlaufen, so dass eine speichenartige Konfiguration der Bremsscheibenkühlkanäle in der Bremsscheibe ausgebildet ist. Bevorzugt wird dabei das Bremsscheibenkühlfluid zentrifugalkraftbewirkt radial nach außen durch die Bremsscheibenkühlkanäle gefördert. Die Bremsscheibenkühlkanäle können im Querschnitt eine beliebige Kontur aufweisen. Bevorzugt sind jedoch aus fertigungstechnischen Gründen grundsätzlich kreisrunde Konturen und rechteckförmige Konturen. The brake disc cooling channels can in particular run radially through a brake disc, so that a spoke-like configuration of the brake disc cooling channels is formed in the brake disc. The brake disc cooling fluid is preferably conveyed radially outwards through the brake disc cooling channels by centrifugal force. The brake disc cooling channels can have any contour in cross-section. However, for manufacturing reasons, circular contours and rectangular contours are generally preferred.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe ein erstes aus der Mantelfläche radial nach außen herausragendes um laufendes Ringelement aufweist, dass in eine korrespondierende erste Nut des Bremsgehäuses spielbehaftet eingreift und/oder die Bremsscheibe ein zweites aus der Mantelfläche radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement aufweist, dass in eine korrespondierende zweite Nut des Bremsgehäuses spielbehaftet eingreift. According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the brake disc has a first radially has a circumferential ring element that projects outwards and engages with play in a corresponding first groove in the brake housing and/or the brake disc has a second circumferential ring element that projects radially outwards from the jacket surface and engages with play in a corresponding second groove in the brake housing.
Es kann hierdurch ein berührungsloses Dichtelement bereitgestellt werden, welches einen von dem Bremsscheibenkühlfluid beaufschlagbaren „Nassraum“ von den Reibflächen der Bremsbacken mit dem Bremsscheibenkörper trennt bzw. dichtet. This makes it possible to provide a contactless sealing element which separates or seals a “wet space” which can be acted upon by the brake disc cooling fluid from the friction surfaces of the brake shoes with the brake disc body.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Ringelement und das zweite Ringelement auf einer ersten axialen Seite beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen aufweisenden Mantelflächenabschnitt angeordnet sind, so dass eine optimierte Trennung zwischen dem „Nassraum“ und den Reibflächen der Scheibenbremse realisierbar ist. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the first ring element and the second ring element are arranged on a first axial side at a distance from the jacket surface section having the plurality of fluid guide elements, so that an optimized separation between the "wet space" and the friction surfaces of the disc brake can be realized.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe ein drittes aus der Mantelfläche radial nach außen herausragendes um laufendes Ringelement aufweist, dass in eine korrespondierende dritte Nut des Bremsgehäuses spielbehaftet eingreift und/oder die Bremsscheibe ein viertes aus der Mantelfläche radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement aufweist, dass in eine korrespondierende vierte Nut des Bremsgehäuses spielbehaftet eingreift. According to another particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the brake disc has a third circumferential ring element protruding radially outward from the jacket surface, which engages with play in a corresponding third groove of the brake housing and/or the brake disc has a fourth circumferential ring element protruding radially outward from the jacket surface, which engages with play in a corresponding fourth groove of the brake housing.
Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung einer weiter optimierten „Nassraum- Reibflächen“-Trennung erzielen. This makes it possible to achieve the effect of a further optimized “wet space friction surface” separation.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das dritte Ringelement und das vierte Ringelement auf einer zweiten axialen Seite beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen aufweisenden Mantelflächenabschnitt angeordnet sind, was ebenfalls zu weiter verbesserten Trennung zwischen dem „Nassraum“ und den Reibflächen auf beiden Stirnseiten des Bremsscheibenkörpers beiträgt. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Fluideingang in Schwerkraftrichtung im Bodenbereich des Bremsgehäuses angeordnet ist und/oder der Fluidausgang in Schwerkraftrichtung im Kopfbereich des Bremsgehäuses angeordnet ist. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the third ring element and the fourth ring element are arranged on a second axial side at a distance from the lateral surface section having the plurality of fluid guide elements, which also contributes to further improved separation between the “wet space” and the friction surfaces on both end faces of the brake disc body. In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the fluid inlet is arranged in the direction of gravity in the bottom region of the brake housing and/or the fluid outlet is arranged in the direction of gravity in the head region of the brake housing.
Hierdurch kann erreicht werden, dass zum einen ein schwerkraftbewirkter Abfluss von Bremsscheibenkühlfluid aus dem „Nassraum“ bzw. aus dem Bremsgehäuse ermöglicht wird und/oder zum anderen ein zentrifugalkraftbewirkter Austritt des Bremsscheibenkühlfluids bei Rotation der Bremsscheibe im Kopfbereich des Bremsgehäuses erfolgen kann. This makes it possible, on the one hand, to enable a gravity-induced outflow of brake disc cooling fluid from the “wet space” or from the brake housing and/or, on the other hand, to enable a centrifugal force-induced escape of the brake disc cooling fluid when the brake disc rotates in the head area of the brake housing.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Fluideingang und der Fluidausgang mit einem Bremsscheibenkühlkreislauf verbunden sind, über den das in dem Bremssystem erwärmbare Bremsscheibenkühlfluid einem Wärmetauscher zuführbar ist, so dass eine optimale Kühlung der Scheibenbremse und/oder weitere Nutzung der reibungsbedingten Abwärme der Scheibenbremse erfolgen kann. It may also be advantageous to further develop the invention in such a way that the fluid inlet and the fluid outlet are connected to a brake disc cooling circuit, via which the brake disc cooling fluid that can be heated in the brake system can be fed to a heat exchanger, so that optimal cooling of the disc brake and/or further use of the friction-related waste heat of the disc brake can take place.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe drehfest auf einer drehbar gelagerten Bremswelle angeordnet ist, welche drehmomentübertragend mit einer Rotorwelle des Rotors gekoppelt ist. Hierdurch kann unter andere erreicht werden, dass die mechanische Bremswirkung des Bremssystems durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine unterstützt werden kann. Auch ist es hierdurch denkbar, die elektrische Maschine das im Reibschluss befindliche Bremssystem motorisch anzutreiben, so dass die hierdurch erzeugte Reibungswärme über das Bremsscheibenkühlfluid abführbar und beispielsweise durch einen Wärmetauscher einer weiteren Verwendung, beispielsweise zur Beheizung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, zuführbar ist. According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the brake disc is arranged in a rotationally fixed manner on a rotatably mounted brake shaft, which is coupled to a rotor shaft of the rotor in a torque-transmitting manner. This can achieve, among other things, that the mechanical braking effect of the brake system can be supported by the generator operation of the electric machine. It is also conceivable for the electric machine to drive the brake system in frictional engagement as a motor, so that the frictional heat generated in this way can be dissipated via the brake disc cooling fluid and, for example, fed to another use via a heat exchanger, for example for heating the passenger compartment of the vehicle.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass in dem Bremsgehäuse ein erster aktuierbarer Bremszylinder und ein zweiter aktuierbarer Bremszylinder aufgenommen sind, wobei der erste Bremszylinder eine erste der Bremsbacken und der zweite Bremszylinder eine zweite der Bremsbacken jeweils in Reibschluss mit einer der Stirnflächen der Bremsscheibe bringt oder jeweils den Reibschluss mit einer der Stirnflächen der Bremsscheibe löst. Dies hat den Vorteil, dass auf den sonst üblichen Bremssattel einer Scheibenbremse verzichtet werden kann, oder - anders ausgedrückt - das Bremsgehäuse die Funktion des Bremssattels übernimmt. Finally, the invention can also be advantageously designed such that a first actuatable brake cylinder and a second actuatable brake cylinder are accommodated in the brake housing, wherein the first brake cylinder engages a first of the brake shoes and the second brake cylinder engages a second of the brake shoes in frictional engagement with one of the end faces of the brake disc or releases the frictional connection with one of the front surfaces of the brake disc. This has the advantage that the usual brake calliper of a disc brake can be dispensed with, or - in other words - the brake housing takes over the function of the brake calliper.
Es kann auch bevorzugt sein, dass das erste Ringelement und das zweite Ringelement im Wesentlichen identisch ausgeführt sind. Hierbei ist es höchst bevorzugt, dass das erste Ringelement und/oder das zweite Ringelement monolithisch mit der Bremsscheibe ausgeführt sind/ist. It may also be preferred that the first ring element and the second ring element are designed to be substantially identical. It is highly preferred that the first ring element and/or the second ring element are designed to be monolithic with the brake disc.
Auch ist es bevorzugt, dass das dritte Ringelement und das vierte Ringelement im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, wobei es erneut insbesondere auch bevorzugt ist, dass das dritte Ringelement und/oder das vierte Ringelement monolithisch mit der Bremsscheibe ausgeführt sind/ist. It is also preferred that the third ring element and the fourth ring element are designed to be substantially identical, wherein it is again particularly preferred that the third ring element and/or the fourth ring element are designed to be monolithic with the brake disc.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, dass das erste Ringelement und das zweite Ringelement mit der korrespondierenden ersten Nut und zweiten Nut eine erste Labyrinthdichtung ausbilden. Auch kann in bevorzugter Weise das dritte Ringelement und das vierte Ringelement mit der korrespondierenden dritten Nut und vierten Nut eine zweite Labyrinthdichtung ausbilden. In this context, it is also advantageous that the first ring element and the second ring element with the corresponding first groove and second groove form a first labyrinth seal. The third ring element and the fourth ring element with the corresponding third groove and fourth groove can also preferably form a second labyrinth seal.
Hierbei ist des Weiteren insbesondere auch bevorzugt, dass die erste Labyrinthdichtung und die zweite Labyrinthdichtung axial beabstandet angeordnet sind und einen Ringraum definieren, der von dem Bremsscheibenkühlfluid durchströmbar ist. Dieser Ringraum bildet somit einen Nassraum innerhalb des Bremsgehäuses aus, der das Bremsscheibenkühlfluid von den Reibkontakten zwischen dem Bremsscheibenkörper und den Bremsbacken trennt. Dabei ist in bevorzugter Weise der umlaufende Mantelflächenabschnitt mit einer Mehrzahl von Fluidführungselementen axial von der ersten Labyrinthdichtung und der zweiten Labyrinthdichtung eingefasst. Der Fluideingang und der Fluidausgang des Bremsgehäuses münden in bevorzugter Weise in den Ringraum. In this case, it is also particularly preferred that the first labyrinth seal and the second labyrinth seal are arranged axially spaced apart and define an annular space through which the brake disc cooling fluid can flow. This annular space thus forms a wet space within the brake housing, which separates the brake disc cooling fluid from the frictional contacts between the brake disc body and the brake shoes. In this case, the circumferential jacket surface section with a plurality of fluid guide elements is preferably axially enclosed by the first labyrinth seal and the second labyrinth seal. The fluid inlet and the fluid outlet of the brake housing preferably open into the annular space.
In einer weiter zu bevorzugenden Ausgestaltung des Bremssystems ist die Bremswelle gegenüber dem Bremsgehäuse mittels einer in dem Bremsgehäuse angeordneten Wälzlageranordnung drehbar gelagert. Die Bremswelle ist höchst bevorzugt mittels einer Bremswellendichtung gegenüber dem Bremsgehäuse abgedichtet In a further preferred embodiment of the brake system, the brake shaft is connected to the brake housing by means of a arranged rolling bearing arrangement. The brake shaft is most preferably sealed against the brake housing by means of a brake shaft seal
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below with reference to figures without limiting the general inventive concept.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem in einer schematischen Blockschaltansicht, Figure 1 shows an electrically driven motor vehicle with a braking system in a schematic block diagram,
Figur 2 ein mit einer elektrischen Maschine gekoppeltes Bremssystem eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Axialschnittansicht, Figure 2 shows a braking system of a motor vehicle coupled to an electric machine in a schematic axial sectional view,
Figur 3 ein Bremssystem mit einer Scheibenbremse in einer Axialschnittansicht, Figure 3 shows a braking system with a disc brake in an axial sectional view,
Figur 4 eine Detailansicht auf den Kopfbereich des aus der Figur 3 bekannten Bremssystems in einer Axialschnittdarstellung, Figure 4 is a detailed view of the head area of the braking system known from Figure 3 in an axial section,
Figur 5 eine Detailansicht auf den Bodenbereich des aus der Figur 3 bekannten Bremssystems in einer Axialschnittdarstellung. Figure 5 is a detailed view of the base area of the braking system known from Figure 3 in an axial section.
Die Figur 1 zeigt ein Bremssystem 1 eines mittels einer elektrischen Maschine 2 elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 3. Figure 1 shows a braking system 1 of a motor vehicle 3 that can be electrically driven by means of an electric machine 2.
Das Bremssystem 1 umfasst eine Scheibenbremse 4 mit einer Bremsscheibe 5 und mit der Bremsscheibe 5 an ihren Stirnflächen 6 in Reibschluss bringbaren Bremsbacken 7, was gut aus der Figur 2 erkennbar ist. Die in dem Motorgehäuse 52 aufgenommene elektrische Maschine 2 besitzt einen Rotor 8, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad 51 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt ist. In der Ausführungsform der Figur 2 ist im Drehmomentenpfad zwischen der elektrischen Maschine und dem Fahrzeugrad 51 ein Getriebe 54 angeordnet, welches über die Trennkupplung 53 aus dem Momentenpfad auskoppelbar ist, so dass sich beispielsweise ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 realisieren lässt. The braking system 1 comprises a disk brake 4 with a brake disk 5 and brake shoes 7 which can be brought into frictional engagement with the brake disk 5 at their end faces 6, which can be clearly seen in Figure 2. The electric machine 2 accommodated in the motor housing 52 has a rotor 8 which is coupled to at least one vehicle wheel 51 of the motor vehicle 3 in a torque-transmitting manner. In the embodiment of Figure 2, the torque path A transmission 54 is arranged between the electric machine and the vehicle wheel 51, which can be decoupled from the torque path via the separating clutch 53, so that, for example, a sailing operation of the motor vehicle 3 can be realized.
Die elektrische Maschine 2, das Getriebe 54 sowie die Scheibenbremse 4 bilden eine Baueinheit, die auch als Achsantriebsstrang 55 bezeichnet ist. The electric machine 2, the transmission 54 and the disc brake 4 form a structural unit, which is also referred to as the axle drive train 55.
Die Scheibenbremse 4 ist in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen und die Bremsscheibe 5 der Scheibenbremse 4 ist drehmomentübertragend mit dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 verbunden. Man erkennt anhand der Figur 2 gut, dass eine Betätigung der Scheibenbremse 4 somit ein Bremsmoment in den Drehmomentenpfad von der elektrischen Maschine 2 bis zum Fahrzeugrad 51 erzeugt, wodurch dieses abgebremst werden kann. Das Bremsmoment wird somit über die Bremsscheibe 5 erzeugt, auf der stirnseitig zwei Bremsbacken 7 so einwirken können, dass die Axialkraft gegenwirkend ist. Die Axialkraft wird über zwei hydraulisch miteinander verbundene hydraulische Bremszylinder 26,27 die jeweils einen Bremsaktuator darstellen, erzeugt. Die hydraulischen Bremszylinder 26,27 werden über den Bremsflüssigkeitskanal 42 mit einem Hydraulikfluid druckbeaufschlagt. The disc brake 4 is accommodated in a brake housing 9 and the brake disc 5 of the disc brake 4 is connected to the rotor 8 of the electric machine 2 in a torque-transmitting manner. It can be clearly seen from Figure 2 that actuating the disc brake 4 thus generates a braking torque in the torque path from the electric machine 2 to the vehicle wheel 51, as a result of which the latter can be braked. The braking torque is thus generated via the brake disc 5, on the front of which two brake shoes 7 can act in such a way that the axial force counteracts. The axial force is generated via two hydraulically connected hydraulic brake cylinders 26, 27, each of which represents a brake actuator. The hydraulic brake cylinders 26, 27 are pressurized with a hydraulic fluid via the brake fluid channel 42.
Die Bremsscheibe 5 ist drehfest auf einer drehbar gelagerten Bremswelle 24 angeordnet, welche wie erwähnt drehmomentübertragend mit einer Rotorwelle 25 des Rotors 8 gekoppelt ist. Die Bremswelle 24 ist gegenüber dem Bremsgehäuse 9 mittels einer in dem Bremsgehäuse 9 angeordneten Wälzlageranordnung 38 drehbar gelagert und mittels einer Bremswellendichtung 39 gegenüber dem Bremsgehäuse 9 abgedichtet. Über eine in die Bremswelle 24 eingearbeitete Steckverzahnung 43 kann Drehzahl und Drehmoment von einer korrespondierenden Steckverzahnung der Rotorwelle 25 in die Scheibenbremse 4 eingeleitet werden. Die Führung der Bremswelle 24 erfolgt über die Wälzlageranordnung 38. Auf der Seite der Bremswelle 24, an der die Steckverzahnung 43 zur Einleitung von Drehzahl und Drehmoment angeordnet ist, ist das Bremssystem 1 gegenüber der Umwelt mittels der radial wirkenden Bremswellendichtung 39 abgedichtet. The brake disc 5 is arranged in a rotationally fixed manner on a rotatably mounted brake shaft 24, which, as mentioned, is coupled to a rotor shaft 25 of the rotor 8 in a torque-transmitting manner. The brake shaft 24 is rotatably mounted relative to the brake housing 9 by means of a roller bearing arrangement 38 arranged in the brake housing 9 and is sealed relative to the brake housing 9 by means of a brake shaft seal 39. Speed and torque can be introduced into the disc brake 4 from a corresponding spline of the rotor shaft 25 via a spline 43 incorporated in the brake shaft 24. The brake shaft 24 is guided via the roller bearing arrangement 38. On the side of the brake shaft 24, on which the spline 43 is arranged for introducing speed and torque, the brake system 1 is sealed relative to the environment by means of the radially acting Brake shaft seal 39 sealed.
In dem Bremsgehäuse 9 sind ein erster aktuierbarer Bremszylinder 26 und ein zweiter aktuierbarer Bremszylinder 27 aufgenommen, wobei der erste Bremszylinder 26 eine erste der Bremsbacken 7 und der zweite Bremszylinder 27 eine zweite der Bremsbacken 7 jeweils in Reibschluss mit einer der Stirnflächen 6 der Bremsscheibe 5 bringt oder jeweils den Reibschluss mit einer der Stirnflächen 6 der Bremsscheibe 5 löst. Zur Erzeugung des Bremsmoments sind also zwei gegenüberliegende Bremsbackenreibbeläge 41 jeweils auf einem beweglichen Bremsbackenkörper 40 an den Stirnflächen 6 angeordnet. Hierbei befinden sich die Bremsbackenreibbeläge 41 relativ zur Achse der Bremswelle 24 gesehen im oberen Bereich. Die benötigte Verschiebung und Axialkraft wird mittlels zweier hydraulischer Bremszylinder 26,27 mit Dichtungen 50 mit Rechteckquerschnitt erzeugt. Hierbei sind die Nutgeometrien, in denen die Dichtungen 50 mit Rechteckquerschnitt angeordnet sind, derart ausgeführt, dass eine Selbstnachstellung des Verschleißes stattfindet. Im unbetätigten Zustand werden die beweglichen Bremsbackenkörper 40 mittels einem oder mehrerer Federelemente 46 federkraftbewirkt in eine vordefinierte Ausgangsposition bewegt. Hierbei sind die beweglichen Bremsbackenkörper 40 über einen stiftartiges Führungselement 45,47 axial geführt. In diesem Bereich ist auch ein Endanschlag 48 ausgebildet, dass den axialen Verfahrweg des Bremsbackenkörpers 40 begrenzt. A first actuatable brake cylinder 26 and a second actuatable brake cylinder 27 are accommodated in the brake housing 9, with the first brake cylinder 26 bringing a first of the brake shoes 7 and the second brake cylinder 27 bringing a second of the brake shoes 7 into frictional engagement with one of the end faces 6 of the brake disc 5 or releasing the frictional engagement with one of the end faces 6 of the brake disc 5. To generate the braking torque, two opposing brake shoe friction linings 41 are each arranged on a movable brake shoe body 40 on the end faces 6. The brake shoe friction linings 41 are located in the upper area relative to the axis of the brake shaft 24. The required displacement and axial force is generated by means of two hydraulic brake cylinders 26, 27 with seals 50 with a rectangular cross section. The groove geometries in which the seals 50 with a rectangular cross section are arranged are designed in such a way that self-adjustment of wear takes place. In the non-actuated state, the movable brake shoe bodies 40 are moved into a predefined starting position by means of one or more spring elements 46 under spring force. The movable brake shoe bodies 40 are guided axially via a pin-like guide element 45, 47. An end stop 48 is also formed in this area, which limits the axial travel of the brake shoe body 40.
Die Bremsscheibe 5 verfügt über ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem 10, bei welchem eine Mantelfläche 11 der Bremsscheibe 5 mit einem Bremsscheibenkühlfluid 12 beaufschlagbar ist, welches durch einen Fluideingang 13 des Bremsgehäuses 9 einleitbar und über einen Fluidausgang 14 des Bremsgehäuses 9 aus diesem ableitbar ist. Der Fluideingang 13 ist in Schwerkraftrichtung im Bodenbereich 20 des Bremsgehäuses 9 und der Fluidausgang 14 in Schwerkraftrichtung im Kopfbereich 21 des Bremsgehäuses 9 angeordnet. Der Fluideingang 13 und der Fluidausgang 14 sind mit einem Bremsscheibenkühlkreislauf 22 verbunden, über den das in dem Bremssystem 1 erwärmbare Bremsscheibenkühlfluid 12 einem Wärmetauscher 23 zuführbar ist. Als Bremsscheibenkühlfluid 12 zur Wärmeabfuhr kommt Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einem weiteren Stoff (z.B. Wasser-Glykol-Gemische) zum Einsatz. The brake disc 5 has a hydraulic brake disc cooling system 10, in which a jacket surface 11 of the brake disc 5 can be subjected to a brake disc cooling fluid 12, which can be introduced through a fluid inlet 13 of the brake housing 9 and can be discharged from the latter via a fluid outlet 14 of the brake housing 9. The fluid inlet 13 is arranged in the direction of gravity in the base area 20 of the brake housing 9 and the fluid outlet 14 is arranged in the direction of gravity in the head area 21 of the brake housing 9. The fluid inlet 13 and the fluid outlet 14 are connected to a brake disc cooling circuit 22, via which the brake disc cooling fluid 12 that can be heated in the brake system 1 can be fed to a heat exchanger 23. As Brake disc cooling fluid 12 Water or a mixture of water and another substance (e.g. water-glycol mixtures) is used to dissipate heat.
Die Mantelfläche 11 der Bremsscheibe 5 weist einen umlaufenden Mantelflächenabschnitt 30 mit einer Mehrzahl von Fluidführungselementen 15 auf, die radial aus der Mantelfläche 11 heraus- und/oder radial in die Mantelfläche 11 hineinragen. Die Fluidführungselemente 15 sind in der gezeigten Ausführungsform als sich in Axialrichtung erstreckende Stege ausgeführt. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Bremsscheiben mit Innengeometrie sind keine Bohrungen in den Stirnflächen 6 der Bremsscheibe 5 angeordnet, so dass kein Bremsscheibenkühlfluid 12 axial durch die Bremsscheibe 5 hindurch in Richtung der reibungsbeaufschlagten Außenflächen der Bremsscheibe 5 gelangen kann. The outer surface 11 of the brake disc 5 has a circumferential outer surface section 30 with a plurality of fluid guide elements 15 that protrude radially from the outer surface 11 and/or radially into the outer surface 11. In the embodiment shown, the fluid guide elements 15 are designed as webs that extend in the axial direction. In contrast to brake discs with internal geometry known from the prior art, no holes are arranged in the end faces 6 of the brake disc 5, so that no brake disc cooling fluid 12 can pass axially through the brake disc 5 in the direction of the friction-loaded outer surfaces of the brake disc 5.
Den Figuren 3-5 ist aus der Zusammenschau auch gut entnehmbar, dass die Bremsscheibe 5 ein erstes aus der Mantelfläche 11 radial nach außen herausragendes um laufendes Ringelement 16 aufweist, dass in eine korrespondierende erste Nut 17 des Bremsgehäuses 9 spielbehaftet eingreift. Ferner besitzt die Bremsscheibe 5 ein zweites aus der Mantelfläche 11 radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement 18, dass in eine korrespondierende zweite Nut 19 des Bremsgehäuses 9 spielbehaftet eingreift. Wie in den Figuren 3-5 dargestellt, sind das erste Ringelement 16 und das zweite Ringelement 18 auf einer ersten axialen Seite 33 beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen 15 aufweisenden Mantelflächenabschnitt 30 angeordnet. It is also clearly apparent from Figures 3-5 that the brake disk 5 has a first circumferential ring element 16 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and engages with play in a corresponding first groove 17 of the brake housing 9. The brake disk 5 also has a second circumferential ring element 18 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and engages with play in a corresponding second groove 19 of the brake housing 9. As shown in Figures 3-5, the first ring element 16 and the second ring element 18 are arranged on a first axial side 33 at a distance from the jacket surface section 30 that has the plurality of fluid guide elements 15.
Die Figuren 3-5 zeigen des Weiteren, dass die Bremsscheibe 5 ein drittes aus der Mantelfläche 11 radial nach außen herausragendes um laufendes Ringelement 28 aufweist, dass in eine korrespondierende dritte Nut 29 des Bremsgehäuses 9 spielbehaftet eingreift und/ die Bremsscheibe 5 schließlich auch noch ein viertes aus der Mantelfläche 1 1 radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement 31 besitzt, dass in eine korrespondierende vierte Nut 32 des Bremsgehäuses 9 spielbehaftet eingreift. Das dritte Ringelement 28 und das vierte Ringelement 31 sind auf einer zweiten axialen Seite 34 beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen 15 aufweisenden Mantelflächenabschnitt 30 angeordnet. Figures 3-5 also show that the brake disk 5 has a third circumferential ring element 28 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and that engages with play in a corresponding third groove 29 of the brake housing 9 and/or the brake disk 5 finally also has a fourth circumferential ring element 31 that protrudes radially outward from the jacket surface 11 and that engages with play in a corresponding fourth groove 32 of the brake housing 9. The third ring element 28 and the fourth ring element 31 are spaced apart on a second axial side 34 from the jacket surface section 30 that has the plurality of fluid guide elements 15. arranged.
Das erste Ringelement 16 und das zweite Ringelement 18 sind im Wesentlichen identisch und monolithisch mit der Bremsscheibe 5 ausgeführt. Gleiches gilt für das dritte Ringelement 28 und das vierte Ringelement 31 , welche ebenfalls im Wesentlichen identisch sowie monolithisch mit der Bremsscheibe 5 ausgeführt sind. The first ring element 16 and the second ring element 18 are essentially identical and designed monolithically with the brake disc 5. The same applies to the third ring element 28 and the fourth ring element 31, which are also essentially identical and designed monolithically with the brake disc 5.
Das erste Ringelement 16 und das zweite Ringelement 18 bilden mit der korrespondierenden ersten Nut 17 und zweiten Nut 19 eine erste LabyrinthdichtungThe first ring element 16 and the second ring element 18 form with the corresponding first groove 17 and second groove 19 a first labyrinth seal
35 und das dritte Ringelement 28 und das vierte Ringelement 31 mit der korrespondierenden dritten Nut 29 und vierten Nut 32 eine zweite Labyrinthdichtung35 and the third ring element 28 and the fourth ring element 31 with the corresponding third groove 29 and fourth groove 32 a second labyrinth seal
36 aus. Die erste Labyrinthdichtung 35 und die zweite Labyrinthdichtung 36 sind axial beabstandet angeordnet und definieren einen Ringraum 37, der von dem Bremsscheibenkühlfluid 12 durchströmbar ist. Der Ringraum 37 kann daher auch als „Nassraum“ bezeichnet werden. Der umlaufende Mantelflächenabschnitt 30 mit einer Mehrzahl von Fluidführungselementen 15 ist axial von der ersten Labyrinthdichtung 35 und der zweiten Labyrinthdichtung 36 eingefasst. Der Fluideingang 13 und der Fluidausgang 14 des Bremsgehäuses 9 münden in den Ringraum 37. 36. The first labyrinth seal 35 and the second labyrinth seal 36 are arranged axially spaced apart and define an annular space 37 through which the brake disk cooling fluid 12 can flow. The annular space 37 can therefore also be referred to as a "wet space". The circumferential shell surface section 30 with a plurality of fluid guide elements 15 is axially enclosed by the first labyrinth seal 35 and the second labyrinth seal 36. The fluid inlet 13 and the fluid outlet 14 of the brake housing 9 open into the annular space 37.
Über die Verteilgeometrie 44 wird das Bremsscheibenkühlfluid 12 in den RingraumThe brake disc cooling fluid 12 is fed into the annular space via the distribution geometry 44
37 zur Fluidführung und -Verteilung der Bremsscheibe 5 zugeführt. Um einen Strom des Fluidstroms in Richtung der Stirnflächen 6 der Bremsscheibe 5 zu verhindern, sind in der Bremsscheibe 5 zwei Labyrinthdichtungen 35,36 angeordnet. 37 for fluid guidance and distribution of the brake disc 5. In order to prevent a flow of the fluid flow in the direction of the end faces 6 of the brake disc 5, two labyrinth seals 35,36 are arranged in the brake disc 5.
Am relativ zum Erdmittelunkt gesehen tiefsten Punkt der Bremsscheibe 5 ist die Sammelgeometrie 49 ausgebildet. Diese ist derart ausgeführt, dass durch die Schrägengeometrie das Bremsscheibenkühlfluid 12 mit Hilfe der Schwerkraft in Richtung des Fluideingangs 13 geleitet wird. Hierbei ragen die aus der Bremsscheibe 5 radial nach außen herausragenden Ringelemente 18,31 in der Schräge der Sammelgeometrie 49. The collecting geometry 49 is formed at the lowest point of the brake disk 5 relative to the center of the earth. This is designed in such a way that the brake disk cooling fluid 12 is guided by gravity in the direction of the fluid inlet 13 through the inclined geometry. The ring elements 18, 31 protruding radially outward from the brake disk 5 protrude in the inclined geometry of the collecting geometry 49.
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. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be considered as limiting, but rather as explanatory. The following patent claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.
Bezuqszeichenliste List of reference symbols
1 Bremssystem 1 braking system
2 elektrische Maschine 2 electric machine
3 Kraftfahrzeug 3 Motor vehicle
4 Scheibenbremse 4 Disc brake
5 Bremsscheibe 5 Brake disc
6 Stirnflächen 6 front surfaces
7 Bremsbacken 7 brake shoes
8 Rotor 8 Rotor
9 Bremsgehäuse 9 Brake housing
10 Bremsscheibenkühlsystem 10 Brake disc cooling system
11 Mantelfläche 11 Shell surface
12 Bremsscheibenkühlfluid 12 Brake disc cooling fluid
13 Fluideingang 13 Fluid inlet
14 Fluidausgang 14 Fluid outlet
15 Fluidführungselementen 15 fluid guide elements
16 Ringelement 16 Ring element
17 Nut 17 grooves
18 Ringelement 18 Ring element
19 Nut 19 grooves
20 Bodenbereich 20 Floor area
21 Kopfbereich 21 Head area
22 Bremsscheibenkühlkreislauf 22 Brake disc cooling circuit
23 Wärmetauscher 23 Heat exchangers
24 Bremswelle 24 Brake shaft
25 Rotorwelle 25 Rotor shaft
26 Bremszylinder 26 brake cylinders
27 Bremszylinder 27 brake cylinders
28 Ringelement 28 Ring element
29 Nut 29 Groove
30 Mantelflächenabschnitt 30 Shell surface section
31 Ringelement 31 Ring element
32 Nut 33 Seite 32 grooves 33 Page
34 Seite 34 Page
35 Labyrinthdichtung 35 Labyrinth seal
36 Labyrinthdichtung 36 Labyrinth seal
37 Ringraum 37 Annular space
38 Wälzlageranordnung38 Rolling bearing arrangement
39 Bremswellendichtung39 Brake shaft seal
40 Bremsbackenkörper40 Brake shoe body
41 Bremsbackenreibbelag41 Brake shoe friction lining
42 Bremsflüssigkeitskanal42 Brake fluid channel
43 Steckverzahnung 43 spline
44 Verteilgeometrie 44 Distribution geometry
45 Führungsstift 45 Guide pin
46 Federelement 46 Spring element
47 Führungselement 47 Guide element
48 Endanschlag 48 End stop
49 Sammelgeometrie 49 Collection geometry
50 Dichtung 50 Seal
51 Fahrzeugrad 51 Vehicle wheel
52 Motorgehäuse 52 Engine housing
53 Trennkupplung 53 Separating clutch
54 Getriebe 54 Gearbox
55 Achsantriebsstrang 55 Axle drive train

Claims

Ansprüche Bremssystem (1 ) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1 ) eine Scheibenbremse (4) mit einer Bremsscheibe (5) und mit der Bremsscheibe (5) an ihren Stirnflächen (6) in Reibschluss bringbaren Bremsbacken (7) umfasst, und die elektrische Maschine Claims Brake system (1) of a motor vehicle (3) which can be driven electrically by means of an electric machine (2), wherein the brake system (1) comprises a disc brake (4) with a brake disc (5) and brake shoes (7) which can be brought into frictional engagement with the brake disc (5) on their end faces (6), and the electric machine
(2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (51 ) des Kraftfahrzeugs (2) has a rotor (8) which is connected to at least one vehicle wheel (51) of the motor vehicle in a torque-transmitting manner
(3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremsscheibe (5) der Scheibenbremse (4) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist, wobei die Bremsscheibe (5) ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem (10) aufweist, bei welchem eine Mantelfläche (11 ) der Bremsscheibe (5) mit einem Bremsscheibenkühlfluid (12) beaufschlagbar ist, welches durch einen Fluideingang (13) des Bremsgehäuses (9) einleitbar und über einen Fluidausgang (14) des Bremsgehäuses (9) aus diesem ableitbar ist. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (11 ) der Bremsscheibe (5) einen umlaufenden Mantelflächenabschnitt (30) mit einer Mehrzahl von Fluidführungselementen (15) aufweist, die radial aus der Mantelfläche (11 ) heraus- und/oder radial in die Mantelfläche (11 ) hineinragen. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) ein erstes aus der Mantelfläche (11 ) radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement (16) aufweist, dass in eine korrespondierende erste Nut (17) des Bremsgehäuses (9) spielbehaftet eingreift und/oder die Bremsscheibe (5) ein zweites aus der Mantelfläche (11 ) radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement (18) aufweist, dass in eine korrespondierende zweite Nut (19) des Bremsgehäuses (9) spielbehaftet eingreift. (3) is coupled, characterized in that the disc brake (4) is accommodated in a brake housing (9) and the brake disc (5) of the disc brake (4) is connected to the rotor (8) of the electric machine (2) in a torque-transmitting manner, the brake disc (5) having a hydraulic brake disc cooling system (10) in which a jacket surface (11) of the brake disc (5) can be acted upon by a brake disc cooling fluid (12) which can be introduced through a fluid inlet (13) of the brake housing (9) and discharged from the brake housing (9) via a fluid outlet (14). Braking system (1) according to claim 1, characterized in that the jacket surface (11) of the brake disc (5) has a circumferential jacket surface section (30) with a plurality of fluid guide elements (15) which protrude radially out of the jacket surface (11) and/or radially into the jacket surface (11). Brake system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the brake disc (5) has a first circumferential ring element (16) projecting radially outward from the jacket surface (11) which engages with play in a corresponding first groove (17) of the brake housing (9) and/or the brake disc (5) has a second circumferential ring element (16) projecting radially outward from the jacket surface (11) has an outwardly projecting circumferential ring element (18) which engages with play in a corresponding second groove (19) of the brake housing (9).
4. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ringelement (16) und das zweite Ringelement (18) auf einer ersten axialen Seite (33) beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen (15) aufweisenden Mantelflächenabschnitt (30) angeordnet sind. 4. Brake system (1) according to claim 3, characterized in that the first ring element (16) and the second ring element (18) are arranged on a first axial side (33) at a distance from the jacket surface section (30) having the plurality of fluid guide elements (15).
5. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) ein drittes aus der Mantelfläche (11 ) radial nach außen herausragendes um laufendes Ringelement (28) aufweist, dass in eine korrespondierende dritte Nut (29) des Bremsgehäuses (9) spielbehaftet eingreift und/oder die Bremsscheibe (5) ein viertes aus der Mantelfläche (11 ) radial nach außen herausragendes umlaufendes Ringelement (31 ) aufweist, dass in eine korrespondierende vierte Nut (32) des Bremsgehäuses (9) spielbehaftet eingreift. 5. Brake system (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the brake disc (5) has a third circumferential ring element (28) protruding radially outward from the jacket surface (11) which engages with play in a corresponding third groove (29) of the brake housing (9) and/or the brake disc (5) has a fourth circumferential ring element (31) protruding radially outward from the jacket surface (11) which engages with play in a corresponding fourth groove (32) of the brake housing (9).
6. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ringelement (28) und das vierte Ringelement (31 ) auf einer zweiten axialen Seite (34) beabstandet von dem die Mehrzahl von Fluidführungselementen (15) aufweisenden Mantelflächenabschnitt (30) angeordnet sind. 6. Brake system (1) according to claim 5, characterized in that the third ring element (28) and the fourth ring element (31) are arranged on a second axial side (34) at a distance from the jacket surface section (30) having the plurality of fluid guide elements (15).
7. Bremssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideingang (13) in Schwerkraftrichtung im Bodenbereich (20) des Bremsgehäuses (9) angeordnet ist und/oder der Fluidausgang (14) in Schwerkraftrichtung im Kopfbereich (21 ) des Bremsgehäuses (9) angeordnet ist. Bremssystem (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideingang (13) und der Fluidausgang (14) mit einem Bremsscheibenkühlkreislauf (22) verbunden sind, über den das in dem Bremssystem (1 ) erwärmbare Bremsscheibenkühlfluid (12) einem Wärmetauscher (23) zuführbar ist. Bremssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) drehfest auf einer drehbar gelagerten Bremswelle (24) angeordnet ist, welche drehmomentübertragend mit einer Rotorwelle (25) des Rotors (8) gekoppelt ist. Bremssystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bremsgehäuse (9) ein erster aktuierbarer Bremszylinder (26) und ein zweiter aktuierbarer Bremszylinder (27) aufgenommen sind, wobei der erste Bremszylinder (26) eine erste der Bremsbacken (7) und der zweite Bremszylinder (27) eine zweite der Bremsbacken (7) jeweils in Reibschluss mit einer der Stirnflächen (6) der Bremsscheibe (5) bringt oder jeweils den Reibschluss mit einer der Stirnflächen (6) der Bremsscheibe (5) löst. 7. Braking system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid inlet (13) is arranged in the direction of gravity in the bottom region (20) of the brake housing (9) and/or the fluid outlet (14) is arranged in the direction of gravity in the head region (21) of the brake housing (9). Braking system (1) according to claim 7, characterized in that the fluid inlet (13) and the fluid outlet (14) are connected to a brake disk cooling circuit (22) via which the brake disk cooling fluid (12) that can be heated in the braking system (1) can be fed to a heat exchanger (23). Braking system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the brake disk (5) is arranged in a rotationally fixed manner on a rotatably mounted brake shaft (24) which is coupled to a rotor shaft (25) of the rotor (8) in a torque-transmitting manner. Braking system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first actuatable brake cylinder (26) and a second actuatable brake cylinder (27) are accommodated in the brake housing (9), wherein the first brake cylinder (26) brings a first of the brake shoes (7) and the second brake cylinder (27) brings a second of the brake shoes (7) into frictional engagement with one of the end faces (6) of the brake disc (5) or releases the frictional engagement with one of the end faces (6) of the brake disc (5).
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