Aktuator zur Bremskraftunterstützung in einer Bremsanlage

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Aktuatoren zum Umwandeln einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Aktuators in einem Bremssystem mit Bremskraftunterstützung, insbesondere als Aktuator zur Realisierung einer Bremskraftverstärkung.

Stand der Technik

Hydraulische Bremssysteme arbeiten heutzutage in der Regel mit einer Bremskraftverstärkung, die auf einer Vakuumpumpe basiert. Die Vakuumpumpe ist dabei so vorgesehen, dass sie einen von einem Benutzer beim Betätigen z. B. eines Bremspedals ausgeübten Bremsdruck verstärkt, indem sie eine Zugkraft auf einen Kolben in einem im Bremssystem vorgesehenen Zylinder ausübt. Auf diese Weise kann bei gleicher Bremskraft ein höherer Bremsdruck bereitgestellt werden.

Der Einsatz einer solchen Vakuumpumpe in einem Bremssystem ist jedoch aufwändig und es ist wünschenswert, die Vakuumpumpe zur Bremskraftverstärkung durch anders geartete Aktuatoren zu ersetzen. Eine wesentliche Anforderung an derartige Aktuatoren ist, dass diese einen vorzugsweise transversalen Stellweg mit hoher Stellkraft erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass bisherige Bremssysteme nicht in aufwändiger Weise umgestaltet werden müssen und der bisher verwendete Vakuumzylinder in einfacher Weise ersetzt werden kann. Gleichzeitig soll der zur Bremskraftverstärkung verwendete Aktuator einen möglichst geringen Bauraum aufweisen und die Montage des Bremssystems und insbesondere der Bremskraftverstärkereinheit vereinfachen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Aktuator zum Einsatz für eine Bremskraftverstärkung in einem Bremssystem vorzusehen, der insbesondere ohne eine Vakuumpumpe auskommt.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch den Aktuator zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Bremssystem gemäß Anspruch 1 sowie durch das Bremssystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Aktuator zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Bremskraftverstärkung in einem Bremssystem des Kraftfahrzeugs, vorgesehen, umfassend:

- eine Antriebsscheibe, die durch ein Antriebsmoment antreibbar und um eine Drehachse drehbeweglich ist;

- eine Stellscheibe, die drehfest und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist; und

- eine Versteileinrichtung, die jeweils zwei Seitenflächen der Antriebsscheibe und der Stellscheibe angeordnet ist, wobei die Versteileinrichtung einen oder mehrere Rollkörper aufweist, die in einer entsprechenden Führungseinrichtung angeordnet sind, so dass je nach Verdrehung der Seitenflächen der Antriebsscheibe und der Stellscheibe die Führungseinrichtung die Rollkörper in axialer Richtung bezüglich mindestens einer der Seitenflächen versetzt.

Eine Idee des obigen Aktuators besteht darin, einen translatorischen Stellweg aus einer rotatorischen Bewegung eines Aktuatormotors mithilfe von Versteileinrichtungen vorzusehen, die zwischen jeweils zwei benachbarten Scheiben angeordnet sind. Die Versteileinrichtung kann eine Führungseinrichtung aufweisen, durch die Rollkörper geführt werden können. Eine Drehung der Antriebsscheibe führt dann zu einer relativen Verdrehung der Scheiben zueinander und damit zu einer Rollbewegung der jeweiligen Rollkörper zwischen den Scheiben entlang einer tangentialen Richtung. Die Führungseinrichtungen bewirken dann, dass die Rollbewegung der Rollkörper in einen Versatz der Rollkörper bezüglich der axia- len Richtung umgesetzt wird, bzw. einen Versatz der Rollkörper bezüglich mindestens einer Seitenfläche der zueinander benachbarten Scheiben.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Führungseinrichtung auf einer der Seitenflächen eine oder mehrere Führungsmulden aufweisen, die in Umfangsrich- tung in einem radialen Abstand von der Drehachse in der einen Seitenfläche verlaufen und eine Neigung in axialer Richtung aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Aktuator weiterhin umfassen:

- eine oder mehrere um die Drehachse drehbeweglich und verschiebbar angeordnete Zwischenscheiben, wobei die eine oder die mehreren Zwischenscheiben zwischen der Antriebsscheibe und der Stellscheibe angeordnet sind; und

- Versteileinrichtungen, die jeweils zwischen zwei Seitenflächen von zwei benachbarten der Antriebsscheibe, der einen oder mehreren Zwischenscheiben und der Stellscheibe angeordnet sind, wobei die Versteileinrichtungen jeweils einen oder mehrere Rollkörper aufweisen, die in einer entsprechenden Führungseinrichtung angeordnet sind, so dass je nach Verdrehung der Seitenflächen der Antriebsscheibe, der einen oder mehreren Zwischenscheiben und der Stellscheibe die Führungseinrichtungen die Rollkörper in axialer Richtung bezüglich mindestens einer der Seitenflächen versetzen.

Das Vorsehen der Zwischenscheiben hat weiterhin den Vorteil, dass der translatorische Stellbereich des Aktuators beliebig vergrößert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Führungseinrichtung auf beiden Seitenflächen eine oder mehrere Führungsmulden aufweisen, die in Um- fangsrichtung in einem radialen Abstand von der Drehachse in den Seitenflächen verlaufen und jeweils eine Neigung in axialer Richtung aufweisen, wobei die Nei- gungen in axialer Richtung gleichgerichtet ist, so dass bei einer relativen Verdrehung der zwei benachbarten Antriebsscheiben, der einen oder mehreren Zwi- schenscheiben und der Stellscheibe die Rollkörper von beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen in axialer Richtung weggedrückt werden oder in Richtung der Seitenflächen bewegt werden.

Ist also die Führungseinrichtung mit einer rampenförmigen Führungsmulde versehen, können sich die Rollkörper durch ihre Rollbewegung entlang der für den jeweiligen Rollkörper vorgesehenen geneigten Führungsmulde (Rampe) bewegen. Die Rampe ist so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung verlaufend in der axialen Richtung geneigt ist. Auf diese Weise können sich durch eine relative Drehbewegung zwischen zwei benachbarten Scheiben die Rollkörper auf den entsprechend vorgesehenen Rampen bewegen und dadurch den Abstand zwischen den zueinander benachbarten Scheiben vergrößern bzw. verringern. Auf diese Weise ist es möglich, eine Drehbewegung des Aktuatormotors mit einem vorteilhaften Übersetzungsverhältnis in eine translatorische Stellbewegung umzusetzen.

Weiterhin kann eine Einrichtung zum Ausüben einer Haltekraft zwischen der Antriebsscheibe und der Stellscheibe vorgesehen sein, wobei die Haltekraft die Antriebsscheibe und die Stellscheibe gegeneinander drückt.

Weiterhin kann mindestens eine der Führungseinrichtungen drei Führungsmulden auf einer Seitenfläche aufweisen.

Es kann eine Achse vorgesehen sein, an der die Stellscheibe gehalten ist, wobei die eine oder die mehreren Zwischenscheiben und die Antriebsscheibe axiale Öffnungen aufweisen, um die Achse aufzunehmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Aktuator zur Verwendung für eine Bremskraftverstärkung in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:

- eine Antriebsscheibe, die mit einem Antriebsmoment antreibbar ist und die um eine Drehachse drehbeweglich ist;

- eine oder mehrere um die Drehachse drehbeweglich und verschiebbar angeordnete Zwischenscheiben; - eine Stellscheibe, die drehfest und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei die eine oder die mehreren Zwischenscheiben zwischen der Antriebsscheibe und der Stellscheibe angeordnet sind;

- einen oder mehrere erste Rollkörper, die jeweils zwischen der Antriebsscheibe und der Zwischenscheibe in einer entsprechenden ersten Führungseinrichtung angeordnet sind, wobei die ersten Führungseinrichtungen so gestaltet sind, dass je nach Verdrehung der Antriebsscheibe und der Zwischenscheibe die ersten Rollkörper in axialer Richtung bezüglich der Antriebsscheibe und/oder der Zwischenscheibe positioniert werden; und

- einen oder mehrere zweite Rollkörper, die jeweils zwischen der Zwischenscheibe und der Stellscheibe in einer entsprechenden zweiten Führungseinrichtung angeordnet sind, wobei die zweiten Führungseinrichtungen so gestaltet sind, dass je nach Verdrehung der Zwischenscheibe und der Stellscheibe die zweiten Rollkörper in axialer Richtung bezüglich der Zwischenscheibe und/oder der Stellscheibe versetzt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Verwendung des obigen Aktuators in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Aktuators zum Bereitstellen eines translatorischen Stellweges;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Aktuators zum Bereitstellen eines translatorischen Stellweges; eine perspektivische Darstellung einer Antriebsscheibe des Aktuators der Fig. 1 ;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung der Zwischenscheibe des Aktuators der Fig. 1 ; eine perspektivische Darstellung einer Stellscheibe des

Aktuators der Fig. 1 ; und

Seitenansichten des Aktuators der Fig. 1 für verschiedene Stellpositionen.

Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Aktuators 1 zum Bereitstelle) len eines translatorischen Stellwegs für eine Bremskraftverstärkung eines

Bremssystems. Der Aktuator 1 umfasst einen elektrisch betriebenen Aktuatormo- tor 2, der eine Antriebsscheibe 3 antreibt, die separat in Figur 3 dargestellt ist. Die Antriebsscheibe 3 ist axial drehbar gelagert und gegen eine Verschiebung in axialer Richtung festgelegt. Die Antriebsscheibe 3 wird von einer Abtriebswel- 15 le 21 des Aktuatormotors 2 angetrieben. Beispielsweise kann die Abtriebswelle 21 mit einem Ritzel versehen sein, das in einen entsprechenden Zahnkranz am umfänglichen Rand 31 der Antriebsscheibe 3 eingreift.

Die axiale Drehbeweglichkeit der Antriebsscheibe 3 kann beispielsweise erreicht 20 werden, indem die Antriebsscheibe 3 mit einer axialen Öffnung 32 versehen ist, durch die eine feststehende und gegen eine Drehbewegung fixierte Achse 4 angeordnet ist. Zwischen der Achse 4 und einer Innenwand der axialen Öffnung 32 kann eine geeignete Lagerung vorgesehen werden.

25 In axialer Richtung benachbart zur Antriebsscheibe 3 ist eine Zwischenscheibe 5 angeordnet, die separat in Figur 4 dargestellt ist. Die Zwischenscheibe 5 weist eine Öffnung 54 zur Aufnahme der Achse 4 auf und ist so ebenfalls drehbeweglich um die Achse 4 angeordnet. Darüber hinaus ist die Zwischenscheibe 5 in axialer Richtung verschiebbar vorgesehen. Wie für die Antriebsscheibe 3 kann

30 auch für die Zwischenscheibe 5 eine entsprechende Lagerung an der Achse 4 vorgesehen werden. Auf diese Weise kann sich die Zwischenscheibe 5 auch frei gegenüber der Antriebsscheibe 3 drehen.

Axial versetzt bezüglich der Zwischenscheibe 5 und der Antriebsscheibe 3 gege¬

35 nüberliegend ist eine Stellscheibe 7 angeordnet, die separat in Figur 5 dargestellt ist. Die Stellscheibe 7 ist drehfest an der Achse 4 bzw. drehfest bezüglich der Zwischenscheibe 5 und der Antriebsscheibe 3 angebracht. Die Stellscheibe 7 ist in axialer Richtung der Achse 4 entweder auf der Achse 4 oder zusammen mit der Achse 4 verschiebbar.

Die Antriebsscheibe 3, die Zwischenscheibe 5 und die Stellscheibe 7 sind vorzugsweise aus einem harten, abriebsfesten Material wie, z. B. einem Metall oder einem Material vergleichbarer Härte, ausgebildet.

Eine sich senkrecht zur axialen Richtung erstreckende Seitenfläche 32 der Antriebsscheibe 3 ist mit Führungsmulden 34 als Führungseinrichtungen versehen, die sich mit einem Radius R in Umfangsrichtung U um die Drehachse der Antriebsscheibe 3 erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei voneinander getrennt ausgebildete Führungsmulden 34 vorgesehen. Die Führungsmulden 34 sind so voneinander getrennt, dass in Umfangsrichtung U zwischen den Führungsmulden 34 mindestens ein schmaler Steg verbleibt, so dass jede der Führungsmulden 34 einen Winkelbereich von annähernd 120° umfasst.

In gleicher Weise weist eine senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Seitenfläche 51 der Zwischenscheibe 5 ebenfalls Führungsmulden 52 auf, die sich in dem gleichen radialen Abstand R in Umfangsrichtung U von der Drehachse erstrecken. Die Führungsmulden 34 der Antriebsscheibe 3 und/oder die Führungsmulden 52 der Zwischenscheibe 5 können bezüglich der Umfangsrichtung U eine Neigung in axialer Richtung aufweisen. Die Neigungen der Führungsmulden 34 der einander gegenüberliegenden Seitenflächen 32, 51 in axialer Richtung sind bezüglich einer gleichen Umfangsrichtung U gleichgerichtet.

Zwischen der Antriebsscheibe 3 und der Zwischenscheibe 5 sind als Rollkörper Kugeln 6 vorgesehen, die in den ersten Führungsmulden 34 der Antriebsscheibe 3 und in den zweiten Führungsmulden 52 der Zwischenscheibe 5 aufgenommen sind, durch diese geführt werden und insbesondere an ihrer Position auf der Umfangsbahn U mit dem radialen Abstand R von der Drehachse gehalten sind. Die Anzahl der Kugeln 6 entspricht der Anzahl der Führungsmulden 34, 52 auf der jeweiligen Seitenfläche der Antriebsscheibe 3 bzw. der Zwischenscheibe 5. Einander gegenüberliegende Führungseinrichtungen und die dazwischen angeordneten Rollkörper bilden jeweils eine Versteileinrichtung 9. Die Zwischenscheibe 5 weist eine der zweiten Seitenfläche 51 gegenüber liegende dritte Seitenfläche 53 auf, in der eine Anzahl von dritten Führungsmulden 54 angeordnet sind, im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls drei dritte Führungsmulden 54. Die Anordnung der dritten Führungsmulden 54 kann der Anordnung der zweiten Führungsmulden 52 entsprechen, d. h. der Verlauf der dritten Führungsmulden 54 ist in Umfangsrichtung U radial von der Drehachse der Zwischenscheibe 5 beabstandet. Die dritten Führungsmulden 54 können jedoch auch in einem radialen Abstand R von der Drehachse angeordnet sein, der von dem radialen Abstand der ersten und zweiten Führungsmulden 34, 52 verschieden ist. Auch die Anzahl der dritten Führungsmulden 54 kann von der Anzahl der ersten bzw. zweiten Führungsmulden 34, 52 verschieden sein.

Eine senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Seitenfläche 71 der Stellscheibe 7, die zur dritten Seitenfläche 53 ausgerichtet ist, weist vierte Führungsmulden 72 auf, die ebenfalls in Umfangsrichtung U radial beabstandet um die Mittenachse der Zwischenscheibe 5 angeordnet sind. Die Anzahl der vierten Führungsmulden 72 entspricht der Anzahl der dritten Führungsmulden 54 und der radiale Abstand R ihres Verlaufs in Umfangsrichtung U entspricht dem radialen Abstand R der dritten Führungsmulden 54 von der Drehachse. Die dritten und vierten Führungsmulden 54, 72 weisen in Umfangsrichtung jeweils eine Neigung in Richtung der Achse 4 auf, die gleichgerichtet ist.

Zwischen der dritten Seitenfläche 53 der Zwischenscheibe 5 und der vierten Seitenfläche 71 der Antriebsscheibe 7 befinden sich als Rollkörper weitere Kugeln 8, die in den entsprechenden Führungsmulden 54, 72 aufgenommen sind.

Zwischen der Antriebscheibe 3 und der Stellscheibe 7 ist eine Haltekraft in axialer Richtung angelegt, damit die Kugeln 6, 8 in den Führungsmulden 54, 72 gehalten sind und nicht aus dem Aktuator 1 herausgelangen können.

Die Breiten der Führungsmulden 34, 52, 54, 72 sind so gewählt, dass die Kugeln 6, 8 jeweils auf einer Muldenbahn in Umfangsrichtung U geführt werden. Dies bedeutet, dass die Führungsmulden 34, 52, 54, 72 zumindest in einem Teilbereich umso breiter sind, je tiefer die Führungsmulden 34, 52, 54, 72 aufgrund der Neigung in das Innere der jeweiligen Scheibe 3, 5, 7 verlaufen. In Figur 2 ist ein Aktuator gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Figur 1 zeigt Figur 2 einen Aktuator 1 ohne Zwischenscheiben, so dass der Stellbereich entsprechend reduziert ist. Der Aktuator ist damit nur mit der Antriebsscheibe 3 (siehe Figur 3) und der Stellscheibe 7 (siehe Figur 5) aufgebaut. Die einzige Versteileinrichtung 9 besteht dann aus den einander gegenüberliegenden Führungsmulden 34, 72 und den dazwischen angeordneten Kugeln 6.

In den Figuren 6a - 6c sind verschiedene Stellungen des Aktuators 1 je nach relativer Verdrehung der Antriebsscheibe 3 zur Stellscheibe 7 vorgesehen. Wird die Antriebsscheibe 3, angetrieben durch den Aktuatormotor 2, relativ zur Zwischenscheibe 5 verdreht, so laufen die Kugeln 6 innerhalb der Führungsmulden 34, 52 und werden aufgrund der Neigung der Muldenbahn der Führungsmulden 34, 52 in axialer Richtung bezüglich der Antriebsscheibe 3 bzw. der Zwischenscheibe 5 bewegt.

Die Neigungen der ersten Führungsmulden 34 und der zweiten Führungsmulden 52 sind so gewählt, dass bei einer Verdrehung der Antriebsscheibe 3 und der Zwischenscheibe 5 gegeneinander sich die Kugeln 6 entweder in beiden Muldenbahnen von der jeweiligen Scheibe 3, 5 weg bewegen, wodurch die Scheiben auseinandergedrückt werden, oder in die jeweilige Scheibe 3, 5 hinein bewegen, wodurch sich der Abstand der beiden Scheiben 3, 5 aufgrund der wirkenden Haltekraft verringert.

Verdrehen sich die Zwischenscheibe 5 und die Stellscheibe 7 gegeneinander, so laufen die weiteren Kugeln 8 in den jeweiligen Führungsmulden 54, 72 und werden in analoger Weise durch ihre Neigungen entweder von der jeweiligen Seitenfläche 53, 71 weg oder in die Scheiben 5, 7 hinein bewegt.

Die Relativbewegungen zwischen der Antriebsscheibe 3 und der Zwischenscheibe 5 sowie zwischen der Zwischenscheibe 5 und Stellscheibe 7 werden dadurch bewirkt, dass die Stellscheibe 7 lediglich linear geführt wird, aber keine Drehbewegung zulässt. In der gezeigten Ausführungsform, in der die Anzahl n der Führungsmulden auf einer Seitenfläche drei beträgt, beträgt die maximale Verdrehung (bei Vernachlässigung der Breite des Trennstegs zwischen den Führungsmulden) zwischen zwei benachbarten Scheiben 2 x 120° - 2 x arctan (0,5 x (D/R)), wobei D dem Durchmesser der Kugeln 6, 8 (bzw. dem Durchmesser der Lauflinie bei sonstigen Rollkörpern) entspricht. Allgemein entspricht bei variabler Anzahl n von Führungsmulden auf einer Seitenfläche die maximale Verdrehung zwischen zwei Scheiben

2 x (360 n) - 2 x arctan (0,5 x (D/R)).

In alternativen Ausführungsformen können zwei oder mehr Zwischenscheiben 5 vorgesehen sein, die zwischen der von dem Aktuatormotor 2 angetriebenen Antriebsscheibe 3 und der drehfest angeordneten Stellscheibe 7 angeordnet werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform können die Führungsmulden bis zu einer Tiefe eines halben Kugeldurchmessers in die jeweilige Scheibe 3, 5, 7 reichen und der Verstellweg in axialer Richtung ist auf die Summe der Kugeldurchmesser der Kugel 6 und der weiteren Kugel 8 beschränkt. In diesem Fall entspricht die maximale Breite der Führungsmulden (senkrecht zur Umfangsrich- tung) dem jeweiligen Kugeldurchmesser. Sollen größere Stellwege realisiert werden, so ist es notwendig, weitere Zwischenscheiben 5 zwischen der Antriebsscheibe 3 und der Stellscheibe 7 vorzusehen. Der Verstellweg ergibt sich dann als [0, ... , (m+1 ) x D _n ], wobei m der Anzahl der Zwischenscheiben 5 zwischen der Antriebsscheibe 3 und Stellscheibe 7 entspricht.