DE102019210669B3

DE102019210669B3 - Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger oder Bremsdruckverstärker mit einer Gewindetriebanordnung

Info

Publication number: DE102019210669B3
Application number: DE102019210669.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Winkler; Sebastian Martin Reichert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-07-19
Also published as: US20210018079A1; CN112238846A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung (42) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung (42) betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit (18) zur hydraulischen Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung (42) umfasst dabei eine Spindel (54), welche ein Spindelgewinde (62) aufweist, und eine Spindelmutter (58), welche ein Spindelmuttergewinde (66) aufweist, wobei die Spindelmutter (58) derart an dem Spindelgewinde (62) der Spindel (54) angeordnet ist, dass mit Drehung eines der beiden Spindelelemente (54, 58) das andere, welches über eine Verdrehsicherung (70) gegen eine Verdrehung gesichert ist, axial verschiebbar ist. Die Spindelmutter (58) weist dabei einen Spindelmutterkörper (78) und wenigstens eine auf dem Spindelmutterkörper (78) aufgebrachte Gleitschicht (74) aus Kunststoff auf, welche eine höhere Gleiteigenschaft hat, als der Spindelmutterkörper (78), wobei diese Gleitschicht (74) wenigstens auf dem Spindelmuttergewinde (66) aufgebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeuges. Dieser elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur hydraulischen Bremsbetätigung.
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 der Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
Die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit wird dabei 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 dessen Betrieb die Spindelmutter 2 über ein Stirnrad 3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter 2 liegt mit einer Spindel 4 in einem Wirkeingriff vor, 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.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung gibt einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit zur hydraulischen Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, welche ein Spindelgewinde aufweist, und eine Spindelmutter, welche ein Spindelmuttergewinde aufweist, wobei die Spindelmutter derart an dem Spindelgewinde der Spindel angeordnet ist, dass mit Drehung eines der beiden Spindelelemente das andere, welches über eine Verdrehsicherung gegen eine Verdrehung gesichert ist, axial verschiebbar ist.
Die Spindelmutter weist dabei einen Spindelmutterkörper und wenigstens eine auf dem Spindelmutterkörper aufgebrachte Gleitschicht aus Kunststoff auf, welche eine höhere Gleiteigenschaft hat, als der Spindelmutterkörper, wobei diese Gleitschicht wenigstens auf dem Spindelmuttergewinde aufgebracht 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.
Eine Gleitschicht ist dabei ein schichtförmig aufgebrachtes Material, welches zum Körper, auf dem es aufgebracht ist, eine geringe Wandstärke aufweist. Die Reibung zu einem mit dieser Schicht dynamisch zusammenwirkenden Bauteil wird durch diese Schicht wesentlich verringert. Entsprechend hängt die Gleiteigenschaft von dem Reibungskoeffizient ab. Bevorzugt weist die Gleitschicht selbstschmierende Eigenschaften auf. Dadurch sind Notlaufeigenschaften, bei welchen keine direkte Schmierung vorhanden ist, gewährleistet.
Die Gleitschicht hat den Vorteil, dass für den Grundkörper der Spindelmutter ein optimales Material gewählt werden kann, welches beispielsweise den auftretenden Belastungen Rechnung trägt und zusätzlich wirtschaftlich sein kann, welches trotz alledem eher schlechte Gleiteigenschaften aufweist. Ein Material, welches allen Punkten erfüllt ist in der Regel meistens teuer. Um trotz alledem guten Gleiteigenschaften zu erzielen wird zusätzlich ein Material mit guten Gleiteigenschaften aufgebracht. Dieses Material wird jedoch in einer Schicht aufgebracht, so dass lediglich wenig Material benötigt wird. Dadurch kann somit ein elektromechanischer Bremsdruckerzeuger bereitgestellt werden, welcher wirtschaftlicher herstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Gleitschicht eine niedrigere Festigkeit auf, als der Spindelmutterkörper. Materialien mit einer hohen Festigkeit, welche zusätzlich gute Gleiteigenschaften aufweisen sind in der Regel teuer. Die tribologisch optimierte Gleitschicht muss keine strukturellen, tragenden Funktionen übernehmen. Damit können auch Materialien mit niedriger Festigkeit für diese Schicht verwendet werden. Dadurch ist ein entsprechender elektromechanischer Bremsdruckerzeuger wirtschaftlicher herstellbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Spindelmutterkörper aus Metallmaterial ausgebildet. Metallmaterial weist eine gute Festigkeit auf, so dass die Abmessungen des Spindelmutterkörpers verringert werden können. Zudem lässt sich ein Metallmaterial einfach verarbeiten.
Vorzugsweise ist der Spindelmutterkörper aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Kunststoffmaterial hat den Vorteil, dass es leicht ist und einfach in vielfältigen Formen herstellbar ist. Zusätzlich sind die Kosten für Kunststoff gering, so dass insgesamt ein solcher Bremsdruckerzeuger wirtschaftlich herstellbar ist und im Vergleich zu anderen Materialien leichter ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Spindelmutterkörper faserverstärkt. Ein faserverstärkter Spindelmutterkörper weist zusätzlich in dem Kunststoff eingebettete Fasern auf, welche sich in Richtung der Hauptbelastungen erstrecken. Die Kräfte werden dadurch über die Fasern aufgenommen. Der Spindelmutterkörper wird infolge dessen verstärkt, so dass zusätzlich Bauraum und Gewicht eingespart werden kann.
Vorteilhafterweise weist der Spindelmutterkörper mehrere Verdrehsicherungen auf, welche Gleitflächen ausbilden, wobei auf den Gleitflächen die Gleitschicht aufgebracht ist. Die Gleitflächen der Verdrehsicherung sind dabei die Flächen, welche in Kontakt mit einem Gehäuse des Bremsdruckerzeugers sind. Während einer axialen Bewegung rutschen diese Flächen an dem Gehäuse entlang. Durch eine entsprechende Gleitschicht wird der axiale Widerstand zusätzlich verringert, so dass das Drehmoment der Spindel zur axialen Bewegung der Spindelmutter reduziert werden kann. Dies hat wiederum Auswirkungen auf den benötigten Elektromotor.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Spindelmutterkörper vollständig mit der Gleitschicht überzogen. Dabei ist die gesamte äußere Oberfläche mit einer Gleitschicht bedeckt. Dadurch wird auch ein möglicher Kontakt zwischen einem Zylinder, in welchem die Spindelmutter axial bewegbar ist, verbessert. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass eine solche Gleitschicht einfacher im Wege des Spritzgießens herstellbar ist. Ein mit einer solchen Spindelmutter ausgebildeter elektromechanischer Bremsdruckerzeuger ist dadurch wiederum wirtschaftlicher herstellbar.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist ein Fahrzeug angegeben, welches einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem umfasst. Mit einem solchen Fahrzeug sind die zuvor genannten Vorteile erzielbar.
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 Vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
3 Darstellung einer Spindel-Spindelmutter-Einheit der Gewindetriebanordnung,
4 Vergrößerte Darstellung des Spindelmuttergewindes, auf welchem eine Gleitschicht aufgebracht ist,
5 Perspektivische Teildarstellung der Spindelmutter mit einer Verdrehsicherung auf welcher die Gleitschicht aufgebracht ist, und
6 Perspektivische Ansicht einer Spindelmutter, auf welcher eine Gleitschicht aufgebracht ist.

In 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 und eine Kolben-/Zylindereinheit 18. Die Kolben-/Zylindereinheit 18 und der elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 sind beide hydraulisch mit einer Bremshydraulik 22 verbunden, welche hier nur als Kasten dargestellt ist.
Die Bremshydraulik 22 wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Um das Fahrzeug abbremsen zu können, ist die Bremshydraulik 22 zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 26 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 26 aufbringbar ist.
Die Kolben-/Zylindereinheit 18 wird mit Muskelkraft über ein Bremspedal 30 betätigt. Im Gegensatz dazu wird die Bremskraft des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 über einen Elektromotor 34 erzeugt. Dazu ist der Elektromotor 34 mit einem Getriebe 38 verbunden über welches eine Gewindetriebanordnung 42 angetrieben wird. Die Gewindetriebanordnung 42 ist mit einem in einem Hydraulikzylinder 44 angeordneten Hydraulikkolben 46 verbunden, so dass ein Bremsdruck erzeugbar ist.
3 zeigt eine Darstellung einer Spindel-Spindelmutter-Einheit 50 der Gewindetriebanordnung 42. Die 3 zeigt dabei lediglich einen Teil der Spindel-Spindelmutter-Einheit 50. Eine die Spindel-Spindelmutter-Einheit 50 aufweisende Gewindetriebanordnung 42 könnte dabei in dem in 2 gezeigten hydraulischen Bremssystems 10 eingesetzt sein. Die Spindel-Spindelmutter-Einheit 50 der Gewindetriebanordnung 42 umfasst dabei eine Spindel 54, welche teilweise von einer Spindelmutter 58 umgeben ist.
Die Spindel 54 weist ein Spindelgewinde 62 auf, welches mit einem Spindelmuttergewinde 66 welches an der Spindelmutter 58 ausgebildet ist, im Eingriff ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Spindelmutter 58 Verdrehsicherungen 70 auf, welche radial abragen. Diese Verdrehsicherungen 70 sind dabei mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) im Eingriff. Dadurch dreht sich die Spindelmutter 58 bei einer Drehung der Spindel 54 nicht mit dieser mit. Die Spindel 54 ist dadurch axial verschiebbar.
Die Spindelmutter 58 weist zusätzlich eine Gleitschicht 74 auf, welche auf dem Spindelmuttergewinde 66 eines Spindelmutterkörpers 78 aufgebracht ist. Dazu zeigt 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Spindelmuttergewindes 66. Zur besseren Veranschaulichung wurde in dieser Figur die Spindel 54 weggelassen. In dieser Figur ist zu sehen, dass auf dem Spindelmuttergewinde 66 des Spindelmutterkörpers 78 eine durchgehend Gleitschicht 74 aus Kunststoff aufgebracht ist. Dieser Kunststoff weist dabei Schmierungseigenschaften auf, so dass eine leichtere Drehbewegung des Spindel 54 möglich ist und eine Notlaufeigenschaft gewährleistet wird.
In 5 ist eine perspektivische Teildarstellung der Spindelmutter 58 mit einer Verdrehsicherung 70 auf welcher eine Gleitschicht 74 aufgebracht ist. In dieser Figur ist die Spindelmutter 58 lediglich halb dargestellt. Die Gleitschichten 74 sind dabei zusätzlich auf Gleitflächen 76, welcher hier die Längsseiten der Verdrehsicherungen 70 sind, aufgebracht. Die Gleitflächen 76 sind dabei die Seiten, welche zur Sicherung gegen ein Verdrehen an beispielsweise einem Gehäuse anliegen. Während eine axialen Bewegung der Spindelmutter 58 rutscht die Verdrehsicherung 70 quasi an einer entsprechenden Fläche des Gehäuses entlang. Über die Gleitschicht 74 wird dadurch ein leichtes Rutschen der Verdrehsicherungen 70 ermöglicht.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Spindelmutter 58, auf welcher eine Gleitschicht 74 aufgebracht ist. Bei der in 6 gezeigten Spindelmutter 58 ist die Gleitschicht 74 lediglich geschnitten dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Spindelmutter 58 zusätzlich insgesamt vier Verdrehsicherungen 70 auf. Bei dieser Spindelmutter 58 weist die gesamte Spindelmutter 58 die Gleitschicht 74 auf. Dadurch wird der Gleitkontakt mit allen Bauteilen, mit welchen die Spindelmutter 58 in Kontakt ist, verbessert. Zusätzlich ist die Gleitschicht 74 einfacher im Wege des beispielsweise Spritzgießens auf den Spindelmutterkörper 78 aufbringbar.

Claims

Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Gewindetriebanordnung (42) zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung und mit einer von der Gewindetriebanordnung (42) betätigbaren Kolben-/Zylindereinheit (18) zur hydraulischen Bremsdruckerzeugung, wobei die Gewindetriebanordnung (42) umfasst: - eine Spindel (54), welche ein Spindelgewinde (62) aufweist, und - eine Spindelmutter (58), welche ein Spindelmuttergewinde (66) aufweist, wobei die Spindelmutter (58) derart an dem Spindelgewinde (62) der Spindel (54) angeordnet ist, dass mit Drehung eines der beiden Spindelelemente (54, 58) das andere, welches über eine Verdrehsicherung (70) gegen eine Verdrehung gesichert ist, axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (58) einen Spindelmutterkörper (78) und wenigstens eine auf dem Spindelmutterkörper (78) aufgebrachte Gleitschicht (74) aus Kunststoff aufweist, welche eine höhere Gleiteigenschaft hat, als der Spindelmutterkörper (78), wobei diese Gleitschicht (74) wenigstens auf dem Spindelmuttergewinde (66) aufgebracht ist und dass der Spindelmutterkörper (78) mehrere Verdrehsicherungen (70) aufweist, welche radial abragen, wobei die Verdrehsicherungen (70) Gleitflächen (76) ausbilden und wobei auf den Gleitflächen (76) die Gleitschicht (74) aufgebracht ist.
Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (74) eine niedrigere Festigkeit aufweist, als der Spindelmutterkörper (78).
Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmutterkörper (78) aus Metallmaterial ausgebildet ist.
Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmutterkörper (78) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutterkörper (78) faserverstärkt ist.
Fahrzeug umfassend einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger (14) für ein hydraulisches Bremssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.