DE102019205972A1 - Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger - Google Patents

Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs sowie Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger (14) umfasst zumindest eine Gewindetriebanordnung (40) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung (40) umfasst dabei eine Spindelmutter (60), welche über einen Elektromotor (38) drehbar ist, und eine Spindel (64), welche mit einem Gewinde (68) der Spindelmutter (60) zusammenwirkt, so dass die Spindel (64) mit Drehung der Spindelmutter (60) axial verschiebbar ist. Die Gewindetriebanordnung (40) umfasst darüber hinaus ein Antriebsrad (80), welches drehfest an der Spindelmutter (60) angeordnet ist, und über welches die Spindelmutter (60) mit dem Elektromotor (38) verbunden ist, wobei das Antriebsrad (80) und die Spindelmutter (60) als separate Kunststoffbauteile ausgebildet sind, welche eine Vielzahl von miteinander korrespondierenden Verbindungsstrukturen (92a, 92b) aufweisen, die im montierten Zustand derart formschlüssig ineinandergreifen, dass hiermit ein zur Drehung der Spindelmutter (60) erforderliches Drehmoment übertragbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 8.
    Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung.
  • Zum Bremsen von Kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf die Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.
  • Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
  • Hierbei wird, die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors erzeugt. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
  • Stand der Technik
  • Aus der WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in 1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker 1 umfasst eine Spindelmutter 2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dem die Spindelmutter 2 über ein Stirnrad 3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter 2 steht mit einer Spindel 4 in einem Wirkeingriff, weshalb die Spindel 4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter 2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse 5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel 4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter 2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker 1 eine Lageranordnung 6 auf, mit welcher die Spindel 4 fest verbunden ist.
  • Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit einer Gewindetriebanordnung anzugeben, welcher einfacher und wirtschaftlicher herstellbar ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest einer Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindelmutter, welche über einen Elektromotor drehbar ist, und eine Spindel, welche mit einem Gewinde der Spindelmutter zusammenwirkt, so dass die Spindel mit Drehung der Spindelmutter axial verschiebbar ist.
  • Als Gewindetriebanordnung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl ein reiner Spindeltrieb, bei welchem die Spindelmutter in direktem Kontakt mit der Spindel ist, als auch ein Kugelgewindetrieb, verstanden. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe mit zwischen Spindel und Spindelmutter eingefügten Kugeln. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie findet nicht wie beim reinen Spindeltrieb zwischen Gewinde-Nut und -Damm, sondern über die Kugeln statt.
  • Darüber hinaus umfasst die Gewindetriebanordnung ein Antriebsrad, welches drehfest an der Spindelmutter angeordnet ist, und über welches die Spindelmutter mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei das Antriebsrad und die Spindelmutter als separate Kunststoffbauteile ausgebildet sind, welche eine Vielzahl von miteinander korrespondierenden Verbindungsstrukturen aufweisen, die derart formschlüssig ineinandergreifen, so dass ein zur Drehung der Spindelmutter erforderliches Drehmoment und optional auch eine Kraft in wenigstens einer axialen Richtung übertragbar ist. Letzteres ist gegebenenfalls beispielsweise nur bei einem schrägverzahnten Antriebsrad mit entsprechendem Axialkraftanteil beachtenswert.
  • Durch die separate Anordnung von Antriebsrad und Spindelmutter können weitere Bauteile, welche während der Montage vor dem Antriebsrad montiert werden müssen eingebracht werden. Dementsprechend muss das Antriebsrad und die Spindelmutter drehfest miteinander verbunden werden. Unter einer drehfesten Anordnung wird verstanden, dass eine Verdrehung der angeordneten Bauteile relativ zueinander nicht auftritt. Dadurch kann die Spindelmutter durch das Antriebsrad gedreht werden. Ebenso sollte das Antriebsrad auch nicht in einer axialen Richtung bewegbar sein. Daher ist das Antriebsrad vorzugsweise auf der Spindelmutter axial fixiert.
  • Zur drehfesten Verbindung werden daher Verbindungsstrukturen verwendet. Als Verbindungsstrukturen werden dabei die zur Verbindung wenigstens zweier Bauteile ausgebildeten Ausformungen dieser Bauteile verstanden, welche zur Verbindung dieser Bauteile notwendig sind. Die Verbindungsstrukturen können dabei jede Form aufweisen, mit welcher eine formschlüssige Verbindung gebildet wird. Insbesondere wird die Form und die Anzahl der Verbindungsstrukturen derart gewählt, so dass ein zur Drehung der Spindelmutter erforderliches Drehmoment übertragbar ist.
  • Die Verwendung von Kunststoffbauteilen hat den Vorteil, dass diese einfache im Wege des Spritzgießens hergestellt werden können. Diese Bauteile sind zudem leichter und aufgrund der geringen Kosten von Kunststoff günstiger. Dadurch kann ein solcher elektromechanischer Bremsdruckerzeuger einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Antriebsrad an einem Spindelmutterende angeordnet. Das Spindelmutterende bezeichnet dabei einen äußeren axialen Bereich der Spindelmutter. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Antriebsrades auf die Spindelmutter von dem Spindelmutterende aus. Zusätzlich sind beispielsweise Ausnehmungen einfacher von dem Spindelmutterende aus einzubringen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Verbindungsstrukturen durch Ausnehmungen und Vorsprünge gebildet, welche formschlüssig ineinandergreifen. Als Ausnehmungen im Sinne der Erfindungen, werden Materialaussparungen verstanden, die von der üblichen Form des Körpers abweichen, um die Verbindungsstrukturen zu bilden. Die Ausnehmungen können dabei sowohl lediglich in einen Teilbereich der Bauteiltiefe ausgeformt sein, als auch die gesamte Bauteiltiefe durchdringen.
  • Die Vorsprünge sind dementsprechend Elemente eines Bauteils welche von der üblichen Form des Körpers hervorstehen, um die Verbindungsstruktur auszuformen. Die Vorsprünge passen dementsprechend formschlüssig in die Ausnehmungen. Es kann somit eine formschlüssige Verbindung zwischen den Ausnehmungen und den Vorsprünge gebildet werden, so dass ein ausreichendes Drehmoment übertragbar ist.
  • Vorzugsweise sind die Ausnehmungen seitens der Spindelmutter angeordnet. Dadurch stehen von der Spindelmutter keine Teile ab, so dass Bauteile wie beispielsweise ein Lager vor der Montage des Antriebsrads einfacher montierbar sind. Die Ausnehmungsbereiche sind insbesondere kleiner als die zwischen den Ausnehmungen angeordneten Bereiche. Dadurch kann insbesondere eine ausreichende Haltekraft, der zwischen den Ausnehmungen angeordneten Bereiche sichergestellt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Vorsprünge einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Bei dem rechteckförmigen Querschnitt haben die Vorsprünge über die Länge eine konstante Dicke. Dadurch ist eine Herstellung der Vorsprünge möglich, ohne dass Hinterschneidungen notwendig sind. Dies ermöglicht eine einfache und wirtschaftliche Herstellung solcher Vorsprünge.
  • Das Antriebsrad ist vorzugsweise über eine Heißverstemmung axial auf der Spindelmutter fixiert. Ein Heißverstemmen ist ein Fertigungsverfahren, das dauerhafte formschlüssige, kraftschlüssige und teilweise darüber hinaus stoffschlüssige Verbindungen schafft. Beim Heißverstemmen wird unter Anwendung von Kraft und Wärme Kunststoff geschmolzen und umgeformt. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe heißverstemmt.
  • Neben dem Fixieren der Bauteile zueinander ermöglicht diese Verbindungstechnik zudem die Übertragung von Kräften und/oder Drehmomenten zwischen den Einzelteilen. Entsprechend ist das Antriebsrad kraftschlüssig axial auf der Spindelmutter fixiert.
  • Vorteilhafterweise sind die Spindelmutter und das Antriebsrad aus einem unterschiedlichen Kunststoff ausgebildet. Dadurch können für das Antriebsrad und die Spindelmutter Kunststoffe ausgewählt werden, welche optimal zu den unterschiedlichen Aufgaben und der dadurch benötigten Eigenschaften des Kunststoffes ausgelegt sind. Vorzugsweise werden beispielsweise thermoplastische Kunststoffe wie Polyamide (PA), Polyoxymethylen (POM) und/oder Polyetheretherketon (PEEK) verwendet. Alternativ können auch Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonate (PC), Polyethylen (PE), und/oder Polypropylen (PP) verwendet werden.
  • Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
    • 2 Schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger, und
    • 3 Perspektivische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14. Dieser Bremsdruckerzeuger 14 umfasst eine Kolben-/Zylindereinheit 18, welcher über ein Bremsflüssigkeitsreservoir 22 mit Bremsflüssigkeit versorgt wird.
  • Die Kolben-/Zylindereinheit 18 kann über ein vom Fahrer betätigtes Bremspedal 26 angesteuert und der ergebende Bremspedalweg wird durch einen Pedalwegsensor 30 gemessen und an ein Steuergerät 34 weitergegeben. Obwohl die 2 im Prinzip einen Bremskraftverstärker zeigt, ist hier wesentlich, dass der Bremspedalweg über den Pedalwegsensor 30 gemessen wird. Auch ist eine Bremsdruckerzeugung ohne einen Bremspedalweg möglich, so dass das Fahrzeug auch im autonomen Fahrzustand bremsbar ist.
  • Das Steuergerät 34 erzeugt aufgrund des gemessenen Bremspedalweges ein Steuersignal für einen Elektromotor 38 des Bremsdruckerzeugers 14. Der Elektromotor 38, welcher mit einem Getriebe (nicht gezeigt) des Bremsdruckerzeugers 14 verbunden ist, verstärkt entsprechend des Steuersignals die vom Bremspedal 26 eingegebene Bremskraft. Dazu wird entsprechend der Betätigung des Bremspedals 26 eine in dem Bremsdruckerzeuger 14 angeordnete Gewindetriebanordnung 40 durch den Elektromotor 38 angesteuert, so dass die Rotationsbewegung des Elektromotors 38 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird.
  • Durch Betätigung des Bremspedals 26 wird mithilfe des Bremsdruckerzeugers 14 die in der Kolben-/Zylindereinheit 18 vorliegende Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt. Dieser Bremsdruck wird über Bremsleitungen 42 an eine Bremshydraulik 46 weitergeleitet. Die Bremshydraulik 46, welche hier nur als Kasten dargestellt ist, wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Die Bremshydraulik 46 ist zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 50 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 50 aufbringbar ist.
  • Eine perspektivische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung 40 des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 ist in 3 gezeigt. Diese Gewindetriebanordnung 40 umfasst eine Spindelmutter 60, welche einen Abschnitt einer Spindel 64 umgibt. Die Spindel 64 ist mit einem Gewinde 68 der Spindelmutter 60 im Eingriff. Die Gewindetriebanordnung 40 weist darüber hinaus ein als Wälzlager ausgebildetes Lager 72 auf, welches die Spindelmutter 60 außenseitig umgibt und über das die Spindelmutter 60 gelagert ist.
  • An einem Spindelmutterende 76 ist ein Antriebsrad 80 drehfest mit der Spindelmutter 60 verbunden. Dieses Antriebsrad 80 weist eine Außenverzahnung 84 auf, über die es mit einem Getriebe 88 wirkverbunden ist. Das Getriebe 88 ist dabei mit dem in 2 gezeigten Elektromotor 38, verbunden, so dass das Antriebsrad 80, über das Getriebe 88, vom Elektromotor 38, antreibbar ist. Durch das angetriebene Antriebsrad 80 ist die Spindelmutter 60 drehbar. Die Spindelmutter 60 wird durch den Elektromotor 38 somit in eine Drehbewegung versetzt und verschiebt dadurch die mit dem Gewinde 68 zusammenwirkende Spindelmutter 60 in einer axialen Richtung.
  • Die Spindelmutter 60 und das Antriebsrad 80 sind in diesem Ausführungsbeispiel als einzelne Kunststoffbauteile ausgebildet. Dadurch muss das Antriebsrad 80 mit der Spindelmutter 60 verbunden werden. Die Spindelmutter 60 und das Antriebsrad 80 weisen daher eine Vielzahl an Verbindungsstrukturen 92a, 92b auf, welche miteinander formschlüssig verbunden werden können. Die Verbindungsstrukturen 92a, 92b sind in diesem Ausführungsbeispiel als Ausnehmungen 92a und Vorsprünge 92b ausgeführt, wobei die Vorsprünge 92b in die Ausnehmungen 92a formschlüssig eingreifen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 92a an der Spindelmutter 60 angeordnet und die Vorsprünge 92b sind an dem Antriebsrad 80 angeordnet und weisen von einem inneren Ring 96 des Antriebsrades 80 radial nach innen. Insbesondere weisen die Vorsprünge 92b einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Beim Verbinden des Antriebsrades 80 mit der Spindelmutter 60 wird das Antriebsrad 80 vom Spindelmutterende76 mit den Vorsprüngen 92b in die Ausnehmungen 92a geschoben. Zum axialen Befestigen des Antriebsrades 80 auf der Spindelmutter 60 ist an dem Spindelmutterende 76 eine Heißverstemmung 98 ausgebildet. Dadurch ist das Antriebsrad 80 auf der Spindelmutter 60 befestigt, so dass ein Drehmoment zur Drehung der Spindelmutter 60 übertragbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017/045804 A1 [0005]

Claims (8)

  1. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung (40) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung (40) betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit (18) zur Bremsdruckerzeugung, wobei die Gewindetriebanordnung (40) umfasst: - eine Spindelmutter (60), welche über einen Elektromotor (38) drehbar ist, - eine Spindel (64), welche mit einem Gewinde (68) der Spindelmutter (60) zusammenwirkt, so dass die Spindel (64) mit Drehung der Spindelmutter (60) axial verschiebbar ist, und - ein Antriebsrad (80), welches drehfest an der Spindelmutter (60) angeordnet ist, und über welches die Spindelmutter (60) mit dem Elektromotor (38) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (80) und die Spindelmutter (60) als separate Kunststoffbauteile ausgebildet sind, welche eine Vielzahl von miteinander korrespondierenden Verbindungsstrukturen (92a, 92b) aufweisen, die im montierten Zustand derart formschlüssig ineinandergreifen, dass hiermit ein zur Drehung der Spindelmutter (60) erforderliches Drehmoment übertragbar ist.
  2. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (80) an einem Spindelmutterende (76) angeordnet ist.
  3. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrukturen (92a, 92b) durch Ausnehmungen (92a) und Vorsprünge (92b) gebildet sind, welche formschlüssig ineinandergreifen.
  4. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (92a) seitens der Spindelmutter (60) angeordnet sind.
  5. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (92b) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
  6. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (80) über eine Heißverstemmung (98) axial auf der Spindelmutter (60) fixiert ist.
  7. Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (60) und das Antriebsrad (80) aus unterschiedlichen Kunststoffen ausgebildet sind.
  8. Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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