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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einer Spindeltriebeinheit zur Umwandlung einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit, wobei zwischen der Spindeltriebeinheit und einem elektrischen Antriebsmotor ein mehrstufiges Zahnradgetriebe angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein diesen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger enthaltenes Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
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Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
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Bei einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger der hier interessierenden Art wird die Bremskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors oder eines anderen geeigneten elektrischen Antriebs erzeugt. Derartige Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in sogenannten Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Erzeugung der Bremsbetätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
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Stand der Technik
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Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik zu derartigen elektromechanischen Bremskrafterzeugern beim Betätigen des Bremspedals der manuell ausgeführte Pedalweg über einen elektronischen Pedalweggeber gemessen und an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet. Das elektronische Steuergerät berechnet hieraus entsprechende Ansteuersignale für einen elektrischen Antriebsmotor. Das Motordrehmoment wird über ein mehrstufiges Zahnradgetriebe in eine Unterstützungskraft für den Fahrer umgewandelt. Die von diesem Verstärker gelieferte Kraft wird in einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit in Hydraulikdruck zum Bremsen umgewandelt. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger liefert dabei ein Bremsgefühl, welches mit konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärkern vergleichbar ist. So lässt sich das Bremsgefühl über die elektronische Steuereinheit per Software an markenspezifische Charakteristika eines Fahrzeugs anpassen.
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Aus der
WO 2017/045804 A1 geht ein gattungsgemäßer elektromechanischer Bremsdruckerzeuger hervor. Der Bremsdruckerzeuger umfasst einen elektrischen Antriebsmotor, welcher über ein mehrstufiges Stirnradgetriebe mit einer Spindeltriebeinheit derart wirkverbunden ist, dass eine Rotation des elektrischen Antriebsmotors eine Translationsbewegung einer Spindel der Spindeltriebeinheit zur Betätigung eines Hauptbremszylinders hervorruft. Das mehrstufige Stirnradgetriebe erzeugt allerdings in Radialrichtung zur Spindeltriebeinheit einen recht großen Abstand bei relativ geringem Übersetzungsverhältnis, so dass die gesamte Baugruppe dieses elektromechanischen Bremskrafterzeugers recht großbauend ausfällt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger zu schaffen, welcher sich durch eine hohe und bauraumsparende Übersetzung der elektromotorischen Antriebsleistung zur Übertragung auf die Spindeltriebeinheit auszeichnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. In Anspruch 10 ist ein Fahrzeug mit einem den erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger umfassenden hydraulischen Bremssystem angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Zahnradgetriebe eines elektromechanischen Bremskrafterzeugers eine von einem Motorritzel als Sonnenrad angetriebene Planetengetriebeeinheit umfasst, deren abtriebsseitiges Hohlrad die Spindeltriebeinheit derart antreibt, dass eine Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors parallel benachbart neben einer Spindeltriebwelle der Spindeltriebeinheit verläuft.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass hierdurch eine biaxiale Anordnung von Antriebsmotor und Spindeltriebeinheit möglich ist, die im Zusammenwirken mit dem unter Einbeziehung der Planetengetriebeeinheit umsetzbaren hohen Übersetzungsverhältnis eine kompakte Bauform ermöglicht. Denn das über die Planetengetriebeeinheit mit abtriebsseitigem Hohlrad realisierbare hohe Übersetzungsverhältnis ermöglicht auch eine Reduzierung des Kolbendurchmessers der hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit gegenüber herkömmlichen Bauformen. Hierdurch werden ferner die auf die Komponenten des elektromechanischen Bremskrafterzeugers durch die Leistungsübertragung einwirkenden Antriebskräfte reduziert, so dass sich auch andere Komponenten kleiner dimensionieren lassen.
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Im Rahmen der biaxialen Anordnung verläuft beim erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger die Spindeltriebwelle nicht nur parallel zur Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors, sondern auch in Radialrichtung benachbart hiervon, was der Baueinheit eine höhere Kompaktheit auch in Axialrichtung verschafft.
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Das erfindungsgemäße Getriebekonzept schafft die Voraussetzung dafür, dass der elektromechanische Bremsdruckerzeuger vorzugsweise in einer Bauform realisierbar ist, bei der das Zahnradgetriebe an einer als mechanische Verbindungsseite dienenden ersten Stirnseite von Antriebsmotor und Spindeltriebeinheit angeordnet ist.
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Dies schafft wiederum die Voraussetzung dafür, dass die dieser ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite von Antriebsmotor und parallel benachbart hierzu angeordneter Spindeltriebeinheit als vorzugsweise elektrische Verbindungsseite genutzt werden kann. Hieraus resultiert der Vorteil einer klaren Trennung zwischen mechanischer und elektrischer Verbindung der Komponenten des elektromechanischen Bremskrafterzeugers, was für eine gute Zugänglichkeit im Montage- oder Reparaturfall sorgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an der elektrischen Verbindungsseite eine elektronische Steuereinheit mit elektrischen Anschlüssen für einen die Motordrehzahl im Bereich der Motorwelle erfassenden Sensor sowie für den Antriebsmotor angeordnet. Somit lassen sich alle elektrischen und elektronischen Komponenten des elektromechanischen Bremskrafterzeugers baulich zusammengefasst kompakt anordnen, so dass beispielsweise auch der Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl direkt an der Motorwelle und im Bereich der elektronischen Steuereinheit angeordnet werden kann, so dass herkömmliche aufwendige Sensorkonzepte mit Rotorpositionssensorik (RPS) und Polrad entfallen können.
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Gemäß einer das erfindungsgemäße mehrstufige Zahnradgetriebe weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass dieses ein Zwischen-Stufenrad umfasst, dessen größeres Zahnrad mit dem außenverzahnten Hohlrad der Planetengetriebeeinheit kämmt und dessen Ritzel mit einem Spindelrad der Spindeltriebeinheit kämmt. Durch das Zwischen-Stufenrad wird einerseits eine weitere Steigerung des Übersetzungsverhältnisses für die Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame erreicht und andererseits lassen sich baulich bedingte Radialabstände zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der benachbarten Spindeltriebeinheit überbrücken.
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Der elektrische Antriebsmotor des elektromechanischen Bremskrafterzeugers ist vorzugsweise in einem topfförmigen Motorgehäuse untergebracht. Hierdurch kann das Motorgehäuse neben der Schutzfunktion für den elektrischen Antriebsmotor auch eine Stützfunktion für angrenzende Komponenten des Zahnradgetriebes bilden. So ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Hohlrad der Planetengetriebeeinheit am Bodenbereich des Motorgehäuses wälzgelagert ist. In dieser Konfiguration umgibt ein einerseits am Motorgehäuse und andererseits am Hohlrad angebrachtes Wälzlager, beispielsweise Kugellager, koaxial die Motorwelle und ermöglicht eine leichtgängige Drehbewegung des abtriebsseitigen Hohlrades der Planetengetriebeeinheit.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Planetengetriebeeinheit wird ferner vorgeschlagen, dass ein an einem Bodenbereich des Motorgehäuses angebrachter Planetenträger vorgesehen ist, welcher für eine Positionierung der Planetenräder relativ zum zentralen Sonnenrad sowie zum Hohlrad sorgt. Zur Optimierung des Zahneingriffs kann der Planetenträger auch schwimmend gegenüber dem Motorgehäuse gelagert sein.
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Vorzugsweise kommt das den elektrischen Antriebsmotor umgebende Motorgehäuse an der offenen Seite mit dem Randbereich an einem in der Grundgeometrie quaderförmigen Gerätegehäuse zur Anlage. Das Gerätegehäuse beherbergt zumindest teilweise die Spindeltriebeinheit sowie die von einem Bremspedal beaufschlagte Eingangsstange. Das Zahnradgetriebe ist dabei mit einem das Motorgehäuse übergreifenden Deckelteil abgedeckt, der ebenfalls am Gerätegehäuse zur Anlage kommt. Insgesamt ergibt sich hierdurch eine mehrteilige Gehäusestruktur, über welche insbesondere die mechanische Verbindungsseite gut zugänglich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spindeltriebeinheit besteht diese im Wesentlichen aus einer Spindelmutter und einer hiermit im Gewindeeingriff stehenden Spindel. Die Spindeltriebeinheit ist vorzugsweise durch eine direkt im Zahneingriff stehende Bauteilkombination realisiert, kann jedoch auch als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Spindelmutter über das hieran koaxial befestigte Spindelrad des Zahnradgetriebes antreibbar, welches stirnseitig der Spindeltriebeinheit angeordnet ist. Hierdurch ruft die Rotationsbewegung der getriebeabtriebsseitigen Spindelmutter unter Einfluss von an sich bekannten Drehmomentstützmitteln eine Translationsbewegung eine Translationsbewegung der Spindel hervor, welche die hydraulische Kolben-/Zylindereinheit motorunterstützt betätigt. Alternativ hierzu kann eine Spindeltriebeinheit auch in kinematischer Umkehr verbaut und betrieben werden.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen elektromechanischen Bremskrafterzeuger, und
- 2 eine perspektivische Ansicht auf den Bremsdruckerzeuger nach 1 in konstruktiver Ausführung bei geöffnetem Deckelteil.
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Gemäß 1 umfasst der elektromechanische Bremsdruckerzeuger für ein - hier nicht weiter dargestelltes - hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeuges eine Spindeltriebeinheit 1, über welche eine antriebsseitig durch einen elektrischen Antriebsmotor 2 erzeugte Rotationsbewegung a in eine Translationsbewegung b zur Kolbenbetätigung einer hydraulischen Kolben-/Zylindereinheit 3 umgewandelt wird.
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Im Leistungsfluss zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 2 und der Spindeltriebeinheit 1 befindet sich ein mehrstufiges Zahnradgetriebe 4, welches für eine Untersetzung einer schnelldrehenden Motordrehzahl des elektrischen Antriebsmotors 2 in eine demgegenüber langsame Drehzahl zum Antrieb der Spindeltriebeinheit 1 sorgt. Das Zahnradgetriebe 4 ist an einer als mechanische Verbindungsseite dienenden ersten Stirnseite 5 von Antriebsmotor 2 und Spindeltriebeinheit 1 angeordnet.
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Die der ersten Stirnseite 5 gegenüberliegende zweite Stirnseite 6 dient dagegen als elektrische Verbindungsseite. An dieser zweiten Stirnseite 6 ist eine elektronische Steuereinheit 7 zur Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 2 nach Maßgabe einer erforderlichen Bremskraftunterstützung, welche auf an sich bekannte Weise ermittelt wird, angeordnet. Im Zusammenhang mit der elektronischen Steuereinheit 7 ist auch im Bereich des dem Zahnradgetriebe 4 gegenüberliegenden Endes einer Motorwelle 8 ein Sensor 9 angeordnet, welcher direkt die Motordrehzahl des elektrischen Antriebsmotors 2 erfasst und auf kurzem Wege an die elektronische Steuereinheit 7 zu Regelungszwecken weiterleitet.
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Die Motorwelle 8 des elektrischen Antriebsmotors 2 verläuft bei dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger parallel benachbart neben einer Spindeltriebwelle 10 der Spindeltriebeinheit 1. Zur Übertragung der Antriebsleistung ist im Rahmen des Zahnradgetriebes 4 eine von einem Motorritzel 11 als Sonnenrad angetriebene Planetengetriebeeinheit 12 vorgesehen, die koaxial bezüglich des elektrischen Antriebsmotors 2 angeordnet ist und dessen abtriebsseitiges Hohlrad 13 die Spindeltriebeinheit 1 antreibt. Mehrere Planetenräder 14 (exemplarisch) der Planetengetriebeeinheit 12 sind dabei drehbar an einem gemeinsamen Planetenträger 15 gelagert, der ortsfest am elektromechanischen Bremsdruckerzeuger angebracht ist.
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Die Spindeltriebeinheit 1 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine außen liegende Spindelmutter 16 sowie eine hiermit im direkten Gewindeeingriff stehende Spindel 17. Die Spindelmutter 16 ist über ein hieran koaxial befestigtes Spindelrad 18 des Zahnradgetriebes 4 antreibbar, so dass die Rotationsbewegung der Spindelmutter 16 in an sich bekannter Weise eine Translationsbewegung der Spindel 17 zur Betätigung der hydraulischen Bremszylindereinheit 3 hervorruft.
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Die 2 illustriert das detaillierte Zusammenwirken der Komponenten des Zahnradgetriebes 4 bei geöffnetem - also hier nicht dargestellten - Deckelteil 20.
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Zu den Komponenten des Zahnradgetriebes 4 zählt ein Zwischen-Stufenrad 19, dessen größeres Zahnrad 20 mit dem außen verzahnten Hohlrad 13 der Planetengetriebeeinheit 12 kämmt. Ein hier durch das große Zahnrad 20 verdecktes Ritzel des Zwischen-Stufenrads 19 kämmt abtriebsseitig mit dem Spindelrad 18 der Spindeltriebeinheit 1.
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Der in dieser perspektivischen Außenansicht nicht erkennbare elektrische Antriebsmotor ist innerhalb eines topfförmigen Motorgehäuses 21 untergebracht, dessen Bodenbereich zugleich die Planetengetriebeeinheit 12 trägt. Das topfförmige Motorgehäuse kommt mit dem Randbereich an einem in der Grundgeometrie quaderförmigen Gerätegehäuse 22 zur Anlage. An der gegenüberliegenden Seitenfläche befindet sich ein weiteres Gehäuseteil 23 zur Unterbringung der - hier nicht weiter erkennbaren - elektronischen Steuereinheit 7. In das im Wesentlichen quaderförmige Gerätegehäuse 22, welches bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Leichtmetall besteht, ragt eine Eingangsstange 24 zur Anbindung eines - hier nicht weiter dargestellten - Bremspedals hinein, welches in an sich bekannter Weise zur Übertragung einer manuellen Bremsanforderung dient.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, den einzelnen Gehäuseteilen und Komponenten eine andere geometrische Gestalt zu verleihen, solange das beanspruchte Anordnungskonzept beibehalten bleibt, welches eine parallel benachbarte Anordnung von Motorwelle und Spindeltriebwelle beinhaltet, die über das spezielle Zahnradgetriebe in erfindungsgemäßer Weise miteinander gekoppelt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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