DE102022205411A1

DE102022205411A1 - Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem

Info

Publication number: DE102022205411A1
Application number: DE102022205411.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Lutz; Martin Winkler; Mark Boehm; Ben Ferguson
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-11-30
Also published as: WO2023232481A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung (1) für ein Bremssystem (2), mit einer in einem Motorgehäuse (20) angeordneten elektrischen Maschine (21), wobei ein Rotor (22) der elektrischen Maschine (21) auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle (23) drehfest angeordnet ist, und mit einem verschiebbar gelagerten Aktuatorelement (3), wobei die Antriebswelle (23) durch eine Getriebeeinrichtung (29) derart mit dem Aktuatorelement (3) gekoppelt ist, dass das Aktuatorelement (3) durch die elektrische Maschine (21) verschiebbar ist, wobei die Getriebeeinrichtung (29) ein Planetengetriebe (30) mit einer Abtriebswelle (46) aufweist, und wobei die Antriebswelle (46) mit zumindest einem Sonnenrad (33,38) des Planetengetriebes (30), mit zumindest einem Hohlrad (32,37) des Planetengetriebes (30) oder mit zumindest einem Planetenradträger (34,39) des Planetengetriebes (30) drehfest verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass eine Rotationsachse (24) der Antriebswelle (23) senkrecht zu einer Verschiebeachse (4) des Aktuatorelementes (3) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem, mit einer in einem Motorgehäuse angeordneten elektrischen Maschine, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle drehfest angeordnet ist, und mit einem verschiebbar gelagerten Aktuatorelement, wobei die Antriebswelle durch eine Getriebeeinrichtung derart mit dem Aktuatorelement gekoppelt ist, dass das Aktuatorelement durch die elektrische Maschine verschiebbar ist, wobei die Getriebeeinrichtung ein Planetengetriebe mit einer Abtriebswelle aufweist, und wobei die Antriebswelle mit zumindest einem Sonnenrad des Planetengetriebes, mit zumindest einem Hohlrad des Planetengetriebes oder mit zumindest einem Planetenradträger des Planetengetriebes drehfest verbunden ist.
Stand der Technik
Ein hydraulisches Bremssystem eines Kraftfahrzeugs weist typischerweise mehrere Reibbremseinrichtungen auf. Die Reibbremseinrichtungen sind mit einer Betätigungseinrichtung des Bremssystems derart wirkverbunden, dass die Reibbremseinrichtungen durch die Betätigungseinrichtung betätigbar sind. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen werden auch Betätigungseinrichtungen von Bremssystemen zunehmend elektrifiziert. Diesbezüglich ist es bekannt, eine Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem mit einer in einem Motorgehäuse angeordneten elektrischen Maschine auszustatten, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle drehfest angeordnet ist. Um eine Betätigung der Reibbremseinrichtungen durch die Betätigungseinrichtung zu ermöglichen, weist die Betätigungseinrichtung zudem ein verschiebbar gelagertes Aktuatorelement auf. Die Antriebswelle ist durch eine Getriebeeinrichtung derart mit dem Aktuatorelement gekoppelt, dass das Aktuatorelement durch die elektrische Maschine verschiebbar ist. Die Getriebeeinrichtung ist also dazu ausgebildet, eine Drehung der Antriebswelle in eine translatorische Bewegung des Aktuatorelementes zu wandeln. Die Reibbremseinrichtungen sind also durch die elektrische Maschine betätigbar. Dabei ist es bekannt, in der Getriebeeinrichtung ein Planetengetriebe mit einer Abtriebswelle einzusetzen. Die Abtriebswelle bildet dabei einen Ausgang des Planetengetriebes, sodass das Planetengetriebe durch die Abtriebswelle mit einem dem Planetengetriebe getriebetechnisch nachgeschalteten Getriebeelement koppelbar ist. Durch das Planetengetriebe kann eine hohe Übersetzung realisiert werden. Entsprechend wird durch das Planetengetriebe erreicht, dass die Geräuschentwicklung der Betätigungseinrichtung im Betrieb gering ist. Typischerweise ist die Antriebswelle dabei mit zumindest einem Sonnenrad des Planetengetriebes, mit zumindest einem Hohlrad des Planetengetriebes oder mit zumindest einem Planetenradträger des Planetengetriebes drehfest verbunden. Das Hohlrad, das Sonnenrad oder der Planetenradträger bildet dann einen Eingang des Planetengetriebes.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Betätigungseinrichtung kostengünstig realisierbar ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass eine Rotationsachse der Antriebswelle senkrecht zu einer Verschiebeachse des Aktuatorelementes ausgerichtet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Rotationsachse der Antriebswelle relativ zu der Verschiebeachse des Aktuatorelementes kann eine getriebetechnisch einfache und mechanisch robuste Kopplung der Antriebswelle mit dem Aktuatorelement erreicht werden. Vorzugsweise ist das Planetengetriebe zumindest teilweise in dem Motorgehäuse angeordnet. Dies führt dazu, dass das Motorgehäuse, die elektrische Maschine und das Planetengetriebe einfach gemeinsam handhabbar sind. Vorzugsweise ragt die Abtriebswelle aus dem Motorgehäuse heraus. Hierdurch wird die Kopplung mit einem nachgeschalteten Getriebeelement vereinfacht. Besonders bevorzugt weist ein Planetenradträger des Planetengetriebes die Abtriebswelle auf, sodass der Planetenradträger den Ausgang des Planetengetriebes bildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung eine verschiebbar gelagerte Zahnstange mit einer Antriebsverzahnung aufweist. Durch die Zahnstange kann die Wandlung der Rotation der Antriebswelle in die translatorische Bewegung des Aktuatorelementes sicher erreicht werden. Zudem geht die Verwendung einer Zahnstange mit geringen Herstellungskosten einher. Insbesondere ermöglicht es die Verwendung der Zahnstange, in der Getriebeeinrichtung nur abrollende Getriebearten zu verwenden, wodurch eine Getriebeeinrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad erhalten wird. Vorzugsweise ist die Verschiebeachse der Zahnstange parallel zu der Verschiebeachse des Aktuatorelementes ausgerichtet. Vorzugsweise bildet die Zahnstange das Aktuatorelement aus. Alternativ dazu ist die Zahnstange vorzugsweise derart mit dem Aktuatorelement gekoppelt, dass das Aktuatorelement durch die Zahnstange verschiebbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebsverzahnung der Zahnstange mit einer Abtriebsverzahnung der Abtriebswelle des Planetengetriebes kämmt. Die Zahnstange ist also dem Planetengetriebe getriebetechnisch direkt nachgeschaltet. Diese Ausführung der Betätigungseinrichtung hat den Vorteil, dass die Betätigungseinrichtung kompakt und somit bauraumsparend ausgebildet ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen der Zahnstange und der Abtriebswelle zumindest ein weiteres Getriebeelement wie beispielsweise ein Zahnrad angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung zumindest teilweise in einem Gehäuse der Betätigungseinrichtung angeordnet ist, und dass das Motorgehäuse an dem Gehäuse befestigt ist. Durch die Anordnung der Getriebeeinrichtung in dem Gehäuse ist die Getriebeeinrichtung durch das Gehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt. Vorzugsweise ist auch das Aktuatorelement zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet. Durch die Befestigung des Motorgehäuses an dem Gehäuse ist die Betätigungseinrichtung insgesamt mechanisch robust ausgebildet. Vorzugsweise ist die zuvor erwähnte Zahnstange in dem Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise ragt die Abtriebswelle des Planetengetriebes derart in das Gehäuse hinein, dass die Abtriebsverzahnung der Abtriebswelle in dem Gehäuse angeordnet ist. Insbesondere ist das Motorgehäuse durch zumindest ein Befestigungsmittel wie beispielsweise eine Schraube an dem Getriebegehäuse befestigt. Vorzugsweise ist das Motorgehäuse an einem Gehäuseflansch des Gehäuses befestigt. Hierdurch kann zum einen eine mechanisch besonders robuste Befestigung des Motorgehäuses an dem Gehäuse erreicht werden, beispielsweise durch das zuvor erwähnte Befestigungsmittel. Zudem kann durch die Befestigung des Motorgehäuses an dem Gehäuseflansch auch eine zwischen dem Motorgehäuse und dem Gehäuse wirkende Fluiddichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise liegt ein Motorgehäuseflansch des Motorgehäuse hierzu an dem Gehäuseflansch dichtend an.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse zumindest einen Führungsvorsprung aufweist, und dass sich die Zahnstange an dem Führungsvorsprung, bezogen auf die Verschiebeachse der Zahnstange, radial abstützt. Durch den Führungsvorsprung wird eine stabile Führung der Zahnstange erreicht. Vorzugsweise stützt sich eine von der Antriebsverzahnung abgewandte Seite der Zahnstange an dem Führungsvorsprung radial ab. Vorzugsweise erstreckt sich der Führungsvorsprung, bezogen auf die Verschiebeachse der Zahnstange, in axialer Richtung. Vorzugsweise weist das Gehäuse mehreren Führungsvorsprünge auf, an denen sich die Zahnstange abstützt. Hierdurch wird eine besonders sichere Führung der Zahnstange erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle des Planetengetriebes eine erste Lagerstelle und eine von der ersten Lagerstelle beabstandet angeordnete zweite Lagerstelle aufweist, und dass das Gehäuse die Lagerstellen der Abtriebswelle lagert. Durch die Lagerung der beiden Lagerstellen kann die Position der Abtriebswelle besonders präzise definiert werden. Vorzugsweise ist die Abtriebsverzahnung der Abtriebswelle zwischen den beiden Lagerstellen angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Lagerstellen der Abtriebswelle durch das Motorgehäuse oder durch ein an dem Motorgehäuse angeordnetes Lagerschild gelagert.
Vorzugsweise ist das Gehäuse ein zylinderförmiges Extrusionsprofil. Extrusionsprofile sind typischerweise kostengünstig herstellbar, sodass durch die Ausbildung des Gehäuses als Extrusionsprofil die Herstellungskosten für die Betätigungseinrichtung weiter verringert werden. Ein zylinderförmig ausgebildetes Element weist eine in Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen geschlossene Mantelwand auf, wobei die Mantelwand einen Axialdurchbruch des zylinderförmigen Elementes bildet beziehungsweise umschließt. Entsprechend weist auch das zylinderförmige Extrusionsprofil eine derartige Mantelwand beziehungsweise Gehäusewand und einen derartigen Axialdurchbruch auf, wobei der Axialdurchbruch ein Gehäuseinneres des Extrusionsprofils bildet. Der Ausdruck „zylinderförmig“ impliziert jedoch nicht einen Querschnitt mit einer bestimmten Form. Vielmehr kann der Querschnitt des Extrusionsprofils unterschiedliche Formen aufweisen. Vorzugsweise weist jedoch der Axialdurchbruch einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Ein derartig geformter Axialdurchbruch ist für die Aufnahme und Führung der Zahnstange besonders geeignet. Vorzugsweise ist das Extrusionsprofil aus Aluminium gefertigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verschiebeachse des Aktuatorelementes senkrecht zu einer Querschnittsfläche des Extrusionsprofils ausgerichtet ist. Die Querschnittsfläche eines Extrusionsprofils ist die Fläche, deren Form der Öffnung des Extrusionswerkzeugs entspricht, das zur Herstellung des Extrusionsprofils verwendet wurde. Wie zuvor erwähnt wurde, weist das Extrusionsprofil aufgrund seiner zylinderförmigen Ausbildung einen Axialdurchbruch auf. Ist die Verschiebeachse des Aktuatorelementes senkrecht zu der Querschnittsfläche des Extrusionsprofils ausgerichtet, so ist das Extrusionsprofil entsprechend in Verschieberichtung des Aktuatorelementes offen. Hierdurch wird die Kopplung des Aktuatorelementes mit einem weiteren Element wie beispielsweise einem Hauptbremszylinder vereinfacht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle einen Axialdurchbruch aufweist, und dass die Antriebswelle durch den Axialdurchbruch hindurchragt. Die Abtriebswelle ist also als Hohlwelle ausgebildet. Weil die Antriebswelle durch den Axialdurchbruch hindurchragt, wird beispielsweise eine Lagerung der Antriebswelle auf einer von dem Rotor abgewandten Seite der Abtriebswelle ermöglicht. Eine derartige Lagerung der Antriebswelle ist mechanisch besonders robust.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebswelle einen aus dem Axialdurchbruch herausragenden ersten Endabschnitt aufweist, und dass an dem ersten Endabschnitt ein Drehzahlsensor angeordnet ist. Der erste Endabschnitt ist für die Messung beziehungsweise Erfassung der Drehzahl der Antriebswelle einfach zugänglich, sodass die Anordnung des Drehzahlsensors an dem ersten Endabschnitt der Antriebswelle bevorzugt ist. Vorzugsweise ist der Drehzahlsensor auf den ersten Endabschnitt aufgepresst.
Vorzugsweise ragt der den Drehzahlsensor aufweisende erste Endabschnitt in ein Steuergerät der Betätigungseinrichtung hinein. Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Sensorsignal des Drehzahlsensors die Drehzahl der Antriebswelle zu ermitteln. Weil der Drehzahlsensor in das Steuergerät hineinragt, kann die signaltechnische Anbindung des Drehzahlsensors an das Steuergerät technisch einfach realisiert werden.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle durch die Abtriebswelle gelagert. Hierdurch kann eine Lagerung eines an den Drehzahlsensor angrenzenden Abschnitts der Antriebswelle erreicht werden. Durch die Lagerung dieses Abschnitts wird eine besonders präzise Erfassung der Drehzahl der Antriebswelle ermöglicht. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung eine zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirkende Lagerbuchse auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Endabschnitt durch das Steuergerät und/oder durch das Gehäuse gelagert, wobei die Lagerung durch das Steuergerät und/oder durch das Gehäuse alternativ oder zusätzlich zu der zuvor erwähnten Lagerung durch die Abtriebswelle vorhanden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe zumindest eine erste Planetenstufe und eine der ersten Planetenstufe getriebetechnisch nachgeschaltete zweite Planetenstufe aufweist, wobei die erste Planetenstufe ein erstes Hohlrad, ein erstes Sonnenrad und einen ersten Planetenradträger aufweist, an dem zumindest ein erstes Planetenrad drehbar gelagert ist, wobei die zweite Planetenstufe ein zweites Hohlrad, ein zweites Sonnenrad und einen zweiten Planetenradträger aufweist, an dem zumindest ein zweites Planetenrad drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Planetenradträger die Abtriebswelle aufweist. Das Planetengetriebe ist also mehrstufig ausgebildet. Hierdurch kann ein Planetengetriebe mit einer hohen Getriebeübersetzung realisiert werden. Die Getriebeübersetzung eines mehrstufigen Planetengetriebes ist der Quotient aus der Drehzahl der Antriebswelle des Planetengetriebes und der Drehzahl der Abtriebswelle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Planetenradträger lagerfest angeordnet ist, dass die Hohlräder drehfest miteinander verbunden sind, dass die Sonnenräder drehfest miteinander verbunden sind, und dass sich ein Quotient aus einer Zähnezahl des ersten Hohlrads und einer Zähnezahl des ersten Sonnenrads von einem Quotient aus einer Zähnezahl des zweiten Hohlrads und einer Zähnezahl des zweiten Sonnenrads unterscheidet. Im Folgenden wird der Quotient aus der Zähnezahl des ersten Hohlrads und der Zähnezahl des ersten Sonnenrads auch als erster Quotient bezeichnet. Der Quotient aus der Zähnezahl des zweiten Hohlrads und der Zähnezahl des zweiten Sonnenrads wird auch als zweiter Quotient bezeichnet. Durch eine derartige Ausführung des mehrstufigen Planetengetriebes kann eine besonders hohe Getriebeübersetzung realisiert werden. Der erste Planetenradträger ist lagerfest angeordnet. Ist ein Element lagerfest angeordnet, so ist das Element durch eine starre Verbindung direkt oder indirekt an einem Lager befestigt. Der erste Planetenradträger ist zur lagerfesten Anordnung vorzugsweise an dem Gehäuse, an dem Motorgehäuse, an einem Lagerschild und/oder an einem stehenden Lagerteil eines Lagers durch eine starre Verbindung befestigt. Aus der lagerfesten Anordnung des ersten Planetenradträgers folgt, dass der erste Planetenradträger im Betrieb des Planetengetriebes drehungsfrei ist. Weil der erste Planetenradträger drehungsfrei ist, drehen sich das erste Hohlrad und das erste Sonnenrad im Betrieb des Planetengetriebes. Weil das zweite Hohlrad mit dem ersten Hohlrad drehfest verbunden ist, dreht sich das zweite Hohlrad im Betrieb des Planetengetriebes mit dem ersten Hohlrad mit. Entsprechendes gilt auch für das zweite Sonnenrad. Wären der erste Quotient und der zweite Quotient gleich, so wäre der zweite Planetenradträger im Betrieb des Planetengetriebes drehungsfrei. Weil sich jedoch der erste Quotient von dem zweiten Quotient unterscheidet, wird erreicht, dass sich der zweite Planetenradträger im Betrieb des Planetengetriebes dreht. Je geringer der Unterschied zwischen dem ersten Quotient und dem zweiten Quotient ist, desto höher ist dabei die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen

1 eine Schnittdarstellung einer Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem,
2 eine weitere Schnittdarstellung der Betätigungseinrichtung,
3 eine Schnittdarstellung einer Getriebeeinrichtung der Betätigungseinrichtung,
4 eine Schnittdarstellung eines Planetengetriebes der Getriebeeinrichtung und
5 eine schematische Darstellung des Planetengetriebes.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Betätigungseinrichtung 1 für ein nicht näher dargestelltes Bremssystem 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Betätigungseinrichtung 1 weist ein verschiebbar gelagertes Aktuatorelement 3 beziehungsweise Druckelement 3 auf, das vorliegend als Druckstange 3 ausgebildet ist. Das Aktuatorelement 3 ist entlang einer Verschiebeachse 4 in eine erste Richtung 5 und in eine der ersten Richtung 5 entgegensetzte zweite Richtung 6 verschiebbar. Die Verschiebeachse 4 entspricht der Längsmittelachse des Aktuatorelementes 3.
Das Aktuatorelement 3 ist zumindest teilweise in einem Gehäuse 7 der Betätigungseinrichtung 1 angeordnet. Vorliegend ist das Gehäuse 7 ein zylinderförmiges Extrusionsprofil 7. Insofern weist das Gehäuse 7 eine in Umfangsrichtung geschlossene Mantelwand 8 beziehungsweise Gehäusewand 8 auf. Die Mantelwand 8 bildet beziehungsweise umschließt einen Axialdurchbruch 9 des Gehäuses 7, wobei der Axialdurchbruch 9 ein Gehäuseinneres 10 des Gehäuses 7 bildet. Vorliegend weist der Axialdurchbruch 9 einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Das Aktuatorelement 3 ist derart in dem Gehäuse 7 beziehungsweise dem Gehäuseinneren 10 angeordnet, dass die Verschiebeachse 4 senkrecht zu einer Querschnittsfläche des Gehäuses 7 ausgerichtet ist.
An dem Gehäuse 7 ist ein Hauptbremszylinder 11 der Betätigungseinrichtung 1 gehäusefest angeordnet. Vorliegend ist der Hauptbremszylinder 11 an einer ersten Stirnseite 12 der Mantelwand 8 angeordnet. In dem Hauptbremszylinder 11 sind ein erster Hydraulikkolben 13 und ein zweiter Hydraulikkolben 14 verschiebbar gelagert, nämlich in die erste Richtung 5 und in die zweite Richtung 6. Der Hauptbremszylinder 11 weist mehrere Hydraulikanschlüsse 15, 16 auf. Ist die Betätigungseinrichtung 1 bestimmungsgemäß in dem Bremssystem 2 verbaut, so sind die Hydraulikanschlüsse 15, 16 mit Nehmerzylindern von Reibbremseinrichtungen des Bremssystems 2 fluidtechnisch verbunden. Die Reibbremseinrichtungen sind dann durch Verschieben der Hydraulikkolben 13 und 14 in die erste Richtung 5 betätigbar. Das Aktuatorelement 3 ist derart mit den Hydraulikkolben 13 und 14 gekoppelt, dass die Hydraulikkolben 13 und 14 durch das Aktuatorelement 3 in die erste Richtung 5 verschiebbar sind. Die Reibbremseinrichtungen sind also durch Verschieben des Aktuatorelementes 3 betätigbar.
An dem Gehäuse 7 ist außerdem eine Gehäuseplatte 17 gehäusefest angeordnet. Vorliegend ist die Gehäuseplatte 17 an einer von der ersten Stirnseite 12 abgewandten zweiten Stirnseite 18 der Mantelwand 8 angeordnet. Die Gehäuseplatte 17 verschließt den Axialdurchbruch 9 zumindest teilweise.
Die Betätigungseinrichtung 1 weist außerdem eine Antriebseinheit 19 auf. Im Folgenden wird die Ausführung der Antriebseinheit 19 mit Bezug auf 2 näher erläutert. 2 zeigt hierzu einen Querschnitt durch die Betätigungseinrichtung 1. Die Antriebseinheit 19 weist ein Motorgehäuse 20 auf, in dem eine elektrische Maschine 21 angeordnet ist. Ein ringförmiger Rotor 22 der elektrischen Maschine 21 ist auf einer Antriebswelle 23 drehfest angeordnet, wobei die Antriebswelle 23 um eine Rotationsachse 24 drehbar gelagert ist. Die Rotationsachse 24 ist senkrecht zu der Verschiebeachse 4 des Aktuatorelementes 3 ausgerichtet. Ein ringförmiger Stator 25 der elektrischen Maschine 21 ist an dem Motorgehäuse 20 gehäusefest angeordnet und umschließt den Rotor 22, bezogen auf die Rotationsachse 24, radial. Das Motorgehäuse 20 ist an dem Gehäuse 7 befestigt. Vorliegend wird dies dadurch erreicht, dass ein Motorgehäuseflansch 26 des Motorgehäuses 20 durch mehrere Befestigungsmittel 27 an einem Gehäuseflansch 28 des Gehäuses 7 befestigt ist.
Die Antriebswelle 23 ist durch eine Getriebeeinrichtung 29 derart mit dem Aktuatorelement 3 gekoppelt, dass das Aktuatorelement 3 durch die elektrische Maschine 21 verschiebbar ist. Weil die Rotationsachse 24 senkrecht zu der Verschiebeachse 4 ausgerichtet ist, wird eine getriebetechnisch einfache Kopplung der Antriebswelle 23 mit dem Aktuatorelement 3 ermöglicht. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Getriebeeinrichtung 29.
Die Getriebeeinrichtung 29 weist ein Planetengetriebe 30 auf. 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Planetengetriebes 30. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Planetengetriebes 30. Das Planetengetriebe 30 ist zumindest teilweise in dem Motorgehäuse 20 angeordnet. Das Planetengetriebe 30 weist eine erste Planetenstufe 31 auf. Die erste Planetenstufe 31 weist ein erstes Hohlrad 32, ein erstes Sonnenrad 33 und einen ersten Planetenradträger 34 auf, an dem mehrere erste Planetenräder 35 drehbar gelagert sind. Das Planetengetriebe 30 weist außerdem eine zweite Planetenstufe 36 auf, die der ersten Planetenstufe 31 getriebetechnisch nachgeschaltet ist. Die zweite Planetenstufe 36 ist auf einer von dem Rotor 22 abgewandten Seite der ersten Planetenstufe 31 angeordnet. Die zweite Planetenstufe 36 weist ein zweites Hohlrad 37, ein zweites Sonnenrad 38 und einen zweiten Planetenradträger 39 auf, an dem mehrere zweite Planetenräder 40 drehbar gelagert sind.
Der erste Planetenradträger 34 weist einen die ersten Planetenräder 40 tragenden Trägerabschnitt 42 auf. Der Trägerabschnitt 42 ist auf einer von der zweiten Planetenstufe 36 abgewandten Seite der ersten Planetenräder 35 angeordnet. Der Trägerabschnitt 42 ist durch eine starre Verbindung an einem stehenden Lagerteil 43 eines Drehlager 44 befestigt, dessen Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die Befestigung an dem stehenden Lagerteil 43 ist der Trägerabschnitt 42 und somit der erste Planetenradträger 34 lagerfest angeordnet. Im Betrieb der Antriebseinheit 19 ist der erste Planetenradträger 34 deshalb drehungsfrei.
Das erste Hohlrad 32 und das zweite Hohlrad 37 sind drehfest miteinander verbunden. Vorliegend sind das erste Hohlrad 32 und das zweite Hohlrad 37 einstückig miteinander gefertigt. Die Hohlräder 32 und 37 sind im Betrieb der Antriebseinheit 19 drehbar. Wie aus den Figuren erkenntlich ist, ist den Hohlrädern 32 und 37 jedoch kein gesondertes Drehlager zur Lagerung der Hohlräder 32 und 37 zugeordnet. Ein derartiges Drehlager ist nicht zwangsläufig notwendig. Vielmehr erfolgt eine ausreichende Zentrierung der Hohlräder 32 und 37 im Betrieb der Antriebseinheit 19 durch die übrigen Elemente des Planetengetriebes 30.
Das erste Sonnenrad 33 und das zweite Sonnenrad 38 sind drehfest miteinander verbunden. Vorliegend sind das erste Sonnenrad 33 und das zweite Sonnenrad 38 einstückig miteinander gefertigt. Dabei sind die Sonnenräder 33 und 38 auf der Antriebswelle 23 drehfest angeordnet. Die Sonnenräder 33 und 38 beziehungsweise die Antriebswelle 23 bilden entsprechend den Eingang des Planetengetriebes 30. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind nicht die Sonnenräder 33 und 38 drehfest mit der Antriebswelle 23 verbunden, sondern die Hohlräder 32 und 37.
Der zweite Planetenradträger 39 weist einen die zweiten Planetenräder 40 tragenden Trägerabschnitt 45 auf. Der Trägerabschnitt 45 ist auf einer von der ersten Planetenstufe 31 abgewandten Seite der zweiten Planetenräder 40 angeordnet. Der zweite Planetenradträger 39 ist im Betrieb der Antriebseinheit 19 drehbar. Der zweite Planetenradträger 39 weist eine Abtriebswelle 46 auf, sodass der zweite Planetenradträger 39 den Ausgang des Planetengetriebes 30 bildet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Planetengetriebes 30 näher erläutert. Die Hohlräder 32 und 37 und die Sonnenräder 33 und 38 sind derart ausgebildet, dass sich ein Quotient aus einer Zähnezahl des ersten Hohlrads 32 und einer Zähnezahl des ersten Sonnenrads 33 von einem Quotient aus einer Zähnezahl des zweiten Hohlrads 37 und einer Zähnezahl des zweiten Sonnenrads 38 unterscheidet. In Kombination mit der lagerfesten Anordnung des ersten Planetenradträger 34, der drehfesten Verbindung der Hohlräder 32 und 37 sowie der drehfesten Verbindung der Sonnenräder 33 und 38 führt dies dazu, dass das Planetengetriebe 30 eine hohe Getriebeübersetzung aufweist. Die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes 30 korrespondiert dabei mit dem Unterschied zwischen den beiden zuvor erwähnten Quotienten. Je kleiner der Unterschied zwischen den Quotienten ist, desto größer ist die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes 30.
Die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes 30 wird nachfolgend für ein konkretes Beispiel, bei dem das erste Hohlrad 32 eine Zähnezahl von 44 aufweist, das erste Sonnenrad 33 eine Zähnezahl von 10, das zweite Hohlrad 37 eine Zähnezahl von 39 und das zweite Sonnenrad 38 eine Zähnezahl von 9.
Das erste Sonnenrad 33 ist drehfest auf der Antriebswelle 23 angeordnet und der Abtrieb erfolgt über das erste Hohlrad 32, sodass die erste Getriebestufe 31 eine Getriebestufenübersetzung von 4,4 aufweist. Das erste Hohlrad 32 rotiert also mit einer Übersetzung von 4,4.
In der zweiten Planetenstufe 37 findet der Abtrieb über den zweiten Planetenradträger 39 statt.
Wird das zweite Sonnenrad 38 angetrieben, so gilt für die Getriebestufenübersetzung der zweiten Planetenstufe 36: $Getriebestufen \ddot{u} bersetzung = 1 + 39 / 9 = 5,33$
Wird jedoch das zweite Hohlrad 37 angetrieben, so gilt für die Getriebestufenübersetzung der zweiten Planetenstufe 36: $Getriebestufen \ddot{u} bersetzung = 1 + 9 /3 9 = 1,23$
Weil aufgrund der Ausbildung des Planetengetriebes 30 in der zweiten Planetenstufe 36 sowohl das zweite Hohlrad 37 als auch das zweite Sonnenrad 38 angetrieben werden, gilt für die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes 30 folgender Zusammenhang: $n_{A t r i e b} = \frac{η_{S o n n e}}{5,4} - \frac{η_{H o h l}}{1,23} = \frac{η_{S o n n e}}{5,4} - \frac{η_{S o n n e}}{4,4 * 1,23}$
$n_{A t r i e b} = n_{S o n n e} * (\frac{9}{48} - \frac{39}{48 * 4,4}) = η_{S o n n e} * - (\frac{198}{1056} - \frac{195}{1056}) = n_{S o n n e} * \frac{1}{352}$
Die Anzahl an kompletten Umdrehungen der Antriebswelle 23 bei einer kompletten Umdrehung der Abtriebswelle 46 liegt also bei 352. Würden sich die Quotienten nicht voneinander unterscheiden, so wäre der zweite Planetenradträger 39 im Betrieb der Antriebseinheit 19 drehungsfrei.
Wie aus 2 erkenntlich ist, ragt die Abtriebswelle 46 aus dem Motorgehäuse 20 heraus. Zudem ragt die Abtriebswelle 46 durch einen ersten Durchbruch 77 der Mantelwand 8 in das Gehäuseinnere 10 hinein. Außerdem ragt die Abtriebswelle 46 durch einen zweiten Durchbruch 78 der Mantelwand 8 aus dem Gehäuse 7 heraus. Die Abtriebswelle 46 weist eine erste Lagerstelle 47 und eine beabstandet von der ersten Lagerstelle 47 angeordnete zweite Lagerstelle 48 auf. Die Lagerstellen 47 und 48 sind durch das Gehäuse 7 gelagert. Hierzu trägt das Gehäuse 7 vorliegend ein erstes Drehlager 49, das zwischen dem Gehäuse 7 und der ersten Lagerstelle 47 wirkt, und ein zweites Drehlager 50, das zwischen dem Gehäuse 7 und der zweiten Lagerstelle 48 wirkt. Zwischen den Lagerstellen 47 und 48 weist die Abtriebswelle 46 eine Abtriebsverzahnung 51 auf.
Die Betätigungseinrichtung 1 weist außerdem eine verschiebbar gelagerte Zahnstange 52 auf. Die Zahnstange 52 ist in die erste Richtung 5 und in die zweite Richtung 6 verschiebbar. Auch die Zahnstange 52 ist in dem Gehäuse 7 beziehungsweise dem Gehäuseinneren 10 angeordnet. Vorliegend ist die Zahnstange 52 derart angeordnet, dass eine Längsmittelachse der Zahnstange 52 der Längsmittelachse des Aktuatorelementes 3 entspricht. Die Zahnstange 52 ist derart mit dem Aktuatorelement 3 gekoppelt, dass das Aktuatorelement 3 durch die Zahnstange 52 verschiebbar ist.
Die Zahnstange 52 weist eine Antriebsverzahnung 53 auf. Die Antriebsverzahnung 53 kämmt derart mit der Abtriebsverzahnung 51 der Abtriebswelle 46, dass die Zahnstange 52 durch die Abtriebswelle 46 verschiebbar ist. Die Zahnstange 52 ist also mit der Abtriebswelle 46 direkt wirkverbunden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen der Zahnstange 52 und der Abtriebswelle 46 zumindest ein weiteres Getriebeelement wie beispielsweise ein Zahnrad angeordnet.
Das Gehäuse 7 weist mehrere Führungsvorsprünge 54 auf, die in das Gehäuseinnere 10 hineinragen. Die Führungsvorsprünge 54 sind auf einer von der Abtriebswelle 46 abgewandten Seite der Zahnstange 52 angeordnet. Vorliegend sind die Führungsvorsprünge 54 länglich ausgebildet und erstrecken sich, bezogen auf die Verschiebeachse der Zahnstange 52, in axialer Richtung. Im Betrieb der Antriebseinheit 19 presst die Abtriebswelle 46 die Zahnstange 52 in Richtung der Führungsvorsprünge 54, sodass eine von der Antriebsverzahnung 53 abgewandte Fläche 55 der Zahnstange 52 an den Führungsvorsprüngen 54, bezogen auf die Verschiebeachse der Zahnstange 52, radial anliegt. Die Zahnstange 52 stützt sich an den Führungsvorsprüngen 54 also, bezogen auf die Verschiebeachse der Zahnstange 52, radial ab. Entsprechend ist die Zahnstange 52 im Betrieb der Antriebseinheit 19 durch die Führungsvorsprünge 54 geführt.
Die Abtriebswelle 46 weist einen Axialdurchbruch 56 auf und ist insofern als Hohlwelle 46 ausgebildet. Die Antriebswelle 23 ragt durch den Axialdurchbruch 56 hindurch, wobei ein erster Endabschnitt 57 aus dem Axialdurchbruch 56 herausragt. An dem ersten Endabschnitt 57 ist ein Drehzahlsensor 58 angeordnet. Vorliegend ist der Drehzahlsensor 58 auf den ersten Endabschnitt 57 aufgepresst. Der den Drehzahlsensor 58 tragende erste Endabschnitt 57 ragt in ein Steuergerät 59 der Betätigungseinrichtung 1 hinein. Das Steuergerät 59 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drehzahlsensors 58 eine Drehzahl der Antriebswelle 23 zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl die elektrische Maschine 21 anzusteuern. Weil der erste Endabschnitt 57 mit dem Drehzahlsensor 58 in das Steuergerät 59 hineinragt, ist das Sensorsignal des Drehzahlsensors 58 dem Steuergerät 59 technisch einfach zuführbar.
Die Antriebswelle 23 weist angrenzend an den ersten Endabschnitt 57 eine erste Lagerstelle 60 auf. Die erste Lagerstelle 60 ist durch die Abtriebswelle 46 gelagert. Die Betätigungseinrichtung 1 weist eine Lagerbuchse 61 auf, die zwischen einem hülsenförmigen Lagerabschnitt der Abtriebswelle 46 und der ersten Lagerstelle 60 der Antriebswelle 23 wirkt.
Die Antriebswelle 23 weist außerdem eine zweite Lagerstelle 62 auf. Die zweite Lagerstelle 62 ist zwischen dem ersten Planetenradträger 34 und dem Rotor 22 angeordnet. Die zweite Lagerstelle 62 ist durch ein, bezogen auf das Motorgehäuse 20, gehäusefest angeordnetes Lagerschild 63 gelagert. Das Lagerschild 63 trägt das zuvor erwähnte Drehlager 44. Wie zuvor erwähnt wurde, ist der erste Planetenradträger 34 durch Befestigung an stehenden Lagerteil 43 des Drehlagers 44 lagerfest angeordnet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Planetenradträger 34 beispielsweise durch Befestigung an dem Lagerschild 63 lagerfest angeordnet.
Die Antriebswelle 23 weist außerdem eine dritte Lagerstelle 64 auf. Die dritte Lagerstelle 64 ist auf einer von dem ersten Planetenradträger 34 abgewandten Seite des Rotors 22 angeordnet. Die dritte Lagerstelle 64 ist durch einen Boden 65 des Motorgehäuses 20 gelagert. Der Boden 65 trägt hierzu vorliegend ein Drehlager 66, das zwischen dem Boden 65 und der dritten Lagerstelle 64 wirkt.
Die Betätigungseinrichtung 1 weist außerdem ein Betätigungselement 67 auf, das in einem Axialdurchbruch 68 der Zahnstange 52 verschiebbar gelagert ist. Ein erstes Ende 69 des Betätigungselementes 67 ist durch eine Eingangsstange 70 mit einem Bremspedal des Bremssystems 2 koppelbar oder gekoppelt, sodass das Betätigungselement 67 dann durch eine Betätigung des Bremspedals verschiebbar ist. Ein zweites Ende 71 des Betätigungselementes 67 ist derart mit dem Aktuatorelement 3 gekoppelt, dass das Aktuatorelement 3 durch das Betätigungselement 67 verschiebbar ist. Die Reibbremseinrichtungen sind also auch durch eine Betätigung des Bremspedals betätigbar.
Wie aus den 1 und 2 erkenntlich ist, weist das Betätigungselement 66 einen Radialvorsprung 72 auf, der zur Ausbildung einer Verdrehsicherung 73 in eine Radialvertiefung 74 der Zahnstange 52 eingreift. Vorliegend ist die Radialvertiefung 74 als Radialdurchbruch 74 ausgebildet.

Claims

Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem, mit einer in einem Motorgehäuse (20) angeordneten elektrischen Maschine (21), wobei ein Rotor (22) der elektrischen Maschine (21) auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle (23) drehfest angeordnet ist, und mit einem verschiebbar gelagerten Aktuatorelement (3), wobei die Antriebswelle (23) durch eine Getriebeeinrichtung (29) derart mit dem Aktuatorelement (3) gekoppelt ist, dass das Aktuatorelement (3) durch die elektrische Maschine (21) verschiebbar ist, wobei die Getriebeeinrichtung (29) ein Planetengetriebe (30) mit einer Abtriebswelle (46) aufweist, und wobei die Antriebswelle (46) mit zumindest einem Sonnenrad (33,38) des Planetengetriebes (30), mit zumindest einem Hohlrad (32,37) des Planetengetriebes (30) oder mit zumindest einem Planetenradträger (34,39) des Planetengetriebes (30) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsachse (24) der Antriebswelle (23) senkrecht zu einer Verschiebeachse (4) des Aktuatorelementes (3) ausgerichtet ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (29) eine verschiebbar gelagerte Zahnstange (52) mit einer Antriebsverzahnung (53) aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverzahnung (53) der Zahnstange (52) mit einer Abtriebsverzahnung (51) der Abtriebswelle (46) des Planetengetriebes (30) kämmt.
Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (29) zumindest teilweise in einem Gehäuse (7) der Betätigungseinrichtung (1) angeordnet ist, und dass das Motorgehäuse (20) an dem Gehäuse (7) befestigt ist, insbesondere durch zumindest ein Befestigungsmittel (17).
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) zumindest einen Führungsvorsprung (54) aufweist, und dass sich die Zahnstange (52) an dem Führungsvorsprung (54) radial abstützt.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (46) des Planetengetriebes (30) eine erste Lagerstelle (47) und eine von der ersten Lagerstelle (47) beabstandet angeordnete zweite Lagerstelle (48) aufweist, und dass das Gehäuse (7) die Lagerstellen (47,48) der Abtriebswelle (46) lagert.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) ein zylinderförmiges Extrusionsprofil (7) ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeachse (4) des Aktuatorelementes (3) senkrecht zu einer Querschnittsfläche des Extrusionsprofils (7) ausgerichtet ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (46) einen Axialdurchbruch (56) aufweist, und dass die Antriebswelle (23) durch den Axialdurchbruch (56) hindurchragt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (23) einen aus dem Axialdurchbruch (56) herausragenden ersten Endabschnitt (57) aufweist, und dass an dem ersten Endabschnitt (57) ein Drehzahlsensor (58) angeordnet ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der den Drehzahlsensor (58) aufweisende erste Endabschnitt (57) in ein Steuergerät (59) der Betätigungseinrichtung (1) hineinragt.
Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (23) durch die Abtriebswelle (46) gelagert ist.
Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (30) zumindest eine erste Planetenstufe (31) und eine der ersten Planetenstufe (31) getriebetechnisch nachgeschaltete zweite Planetenstufe (36) aufweist, wobei die erste Planetenstufe (31) ein erstes Hohlrad (32), ein erstes Sonnenrad (33) und einen ersten Planetenradträger (34) aufweist, an dem zumindest ein erstes Planetenrad (35) drehbar gelagert ist, wobei die zweite Planetenstufe (36) ein zweites Hohlrad (37), ein zweites Sonnenrad (38) und einen zweiten Planetenradträger (39) aufweist, an dem zumindest ein zweites Planetenrad (40) drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Planetenradträger (39) die Abtriebswelle (46) aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradträger (34) lagerfest angeordnet ist, dass die Hohlräder (32,37) drehfest miteinander verbunden sind, dass die Sonnenräder (33,38) drehfest miteinander verbunden sind, und dass sich ein Quotient aus einer Zähnezahl des ersten Hohlrads (32) und einer Zähnezahl des ersten Sonnenrads (33) von einem Quotient aus einer Zähnezahl des zweiten Hohlrads (33) und einer Zähnezahl des zweiten Sonnenrads (38) unterscheidet.