Titel

Bremskraftverstärker für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker für einen Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsmotor, der durch ein Getriebe mit einem Druckkolben für den Hauptbremszylinder verbunden/verbindbar ist, wobei das Getriebe eine drehbare Spindelmutter mit einem Innengewinde und eine axial verlagerbare, drehfeste Spindelstange mit einem Außengewinde aufweist, wobei das Innengewinde mit dem Außengewinde in Eingriff steht, um eine

Rotationsbewegung des Antriebsmotors in einer Translationsbewegung der Spindelstange zum Betätigen des Druckkolbens zu wandeln.

Stand der Technik

Bremskraftverstärker und Bremseinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2012 014 361 AI einen Bremskraftverstärker für einen Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs, der einen Antriebsmotor und einen den Antriebsmotor mit einem Druckkolben des Hauptbremszylinders

verbindendes Getriebe aufweist. Das Getriebe weist dabei einen Abschnitt auf, der als Spindelgetriebe ausgebildet ist, um eine Rotationsbewegung des

Antriebsmotors in eine Translationsbewegung des Druckkolbens zur Betätigung des Hauptbremszylinders zu wandeln. Das Spindelgetriebe weist dazu eine Spindelmutter mit einem Innengewinde und eine Spindelstange mit einem Außengewinde auf, wobei die beiden Gewinde in Eingriff miteinander stehen, um die Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zu wandeln.

Offenbarung der Erfindung Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform des Bremskraftverstärkers wird erreicht, dass die Spindelmutter des Getriebes eine höhere Lebensdauer aufweist und die Betriebssicherheit des Bremskraftverstärkers erhöht. Die Erfindung sieht vor, dass die Spindelmutter zusätzlich zu dem Innengewinde außerdem eine Außenverzahnung aufweist. Dadurch ist die Spindelmutter insbesondere direkt durch ein weiteres Zahnrad antreibbar. Insbesondere erlaubt es die Erfindung, dass die Spindelmutter auch noch zu einem anderen Zweck als nur zur Wandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung genutzt werden kann. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die

Spindelmutter zweiteilig ausgebildet ist und einen das Innengewinde

aufweisenden Innenteil und einen eine Außenverzahnung bildenden Außenteil aufweist, wobei Innenteil und Außenteil aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Aufgrund der vorteilhaften zweiteiligen Ausführungsform ist es dabei möglich, sowohl die Außenverzahnung als auch das Innengewinde materialtechnisch zu optimieren, wodurch eine hohe Lebensdauer des

Bremskraftverstärkers geleistet wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Außenteil aus einem hochfesten Material, insbesondere aus Aluminium, Stahl, Keramik, aus einem Faserverbundwerkstoff und/oder aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Damit ist das Außenteil besonders fest ausgebildet und erlaubt hohe Antriebskräfte.

Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Innenteil aus einem reibarmen und/oder verschleißarmen Werkstoff, insbesondere aus

Polyoxymethylen, Polytetrafluorethylen und/oder Polyamid ausgebildet ist.

Dadurch wird insbesondere die Reibung zwischen Innengewinde und

Außengewinde reduziert und die durch den Antriebsmotor eingebrachte

Antriebskraft im Wesentlichen in eine Translationsbewegung der Spindelstange umgesetzt, bei minimaler Reibung, wodurch der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert wird.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Außenteil und das Innenteil axial formschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass eine im Betrieb auftretende Axiallast sicher aufgenommen beziehungsweise übertragen werden kann, und dass die

Spindelmutter auch bei hoher Belastung beziehungsweise hohen Drehmomenten eine Antriebskraft sicher auf die Spindelstange überträgt. Durch die

formschlüssige Verbindung ist ein Lösen von Außenteil und Innenteil zueinander auf einfache Art und Weise verhindert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der axiale Formschluss durch wenigstens einen umgebogenen Halteabschnitt gebildet ist. Der umgebogene Halteabschnitt kann dabei Bestandteil des

Innenteils oder des Außenteils sein. Auch kann vorgesehen sein, dass sowohl am Innenteil als auch am Außenteil jeweils wenigstens ein umgebogener Halteabschnitt angeordnet ist. Durch den umgebogenen Halteabschnitt ist ein einstückig mit dem jeweiligen Teil ausgebildetes Formschlusselement vorhanden, das eine sichere Arretierung der Elemente aneinander gewährleistet. Der jeweilige Halteabschnitt ist dabei derart umgebogen, dass er das jeweils andere Teil, Innenteil oder Außenteil, axial übergreift, um den Formschluss zu bilden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der axiale Formschluss durch wenigstens eine in eines der Teile axial

eingeschraubte Schraube, deren Schraubenkopf den anderen der Teile überragt, gebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann auf ein nachträgliches

Umformen eines der Teile verzichtet werden. Stattdessen ist eines der Teile zweckmäßigerweise mit einem Schraubgewinde versehen, in welches die Schraube einschraubbar ist. Dabei ist das Schraubgewinde derart angeordnet und der Schraubenkopf der Schraube derart ausgebildet, dass der

Schraubenkopf im eingeschraubten Zustand das andere Teil überragt und dadurch einen axialen Formschluss zwischen den beiden Teilen erzeugt.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Teile zur drehfesten Verbindung miteinander kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch wird gewährleistet, dass hohe Drehmomente übertragen werden können, ohne dass die beiden Teile sich gegeneinander verdrehen. Besonders bevorzugt ist der Formschluss der drehfesten Verbindung durch wenigstens einen Koppelbolzen gebildet, der in einander gegenüberliegend angeordneten Aussparungen des Innenteils und des Außenteils formschlüssig einliegt. Das Außenteil und das Innenteil weisen somit jeweils wenigstens eine Aussparung, insbesondere Aufnahmenut, auf, in welche der Koppelbolzen radial einlegbar ist. Liegen die beiden Aussparungen einander gegenüber, so ist der Koppelbolzen axial in die bevorzugt zumindest zu einer Axialseite hin

randoffenen Aussparungen einschiebbar. Eine Kraftübertragung in

Umfangsrichtung erfolgt dann von dem einen Teil auf das andere Teil durch den Koppelbolzen. Hierdurch wird eine sichere drehfeste Verbindung zwischen Außenteil und Innenteil dauerhaft gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Formschluss zur drehfesten Verbindung durch wenigstens einen

Radialvorsprung eines der Teile, der in eine Radialaussparung des anderen der Teile eingreift, gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhafterweise auf zusätzliche Kraftübertragungsmittel verzichtet werden. Die Herstellung von Außenteil und Innenteil wird dabei zwar aufwendiger, dafür wird aber eine einfache Montage gewährleistet. Insbesondere weist das eine Teil mehrere über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Radialvorsprünge und/oder Radialvertiefungen auf, die in der Art einer Verzahnung ausgebildet sind, um auch hohe Kräfte sicher übertragen zu können.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Außenverzahnung der

Spindelmutter in Eingriff mit einer Innenverzahnung eines Antriebshohlrads des Getriebes steht, wobei die Spindelmutter axial zu dem Antriebshohlrad verlagerbar ist. Die Spindelmutter liegt somit in dem Antriebshohlrad

beziehungsweise durchdringt dieses. Dadurch ist eine besonders kompakte Ausführungsform des Getriebes gewährleistet. Aufgrund der vorteilhaften Ausbildung, gemäß welcher die Spindelmutter axial zu dem Antriebshohlrad verlagerbar ist, wird außerdem gewährleistet, dass dann, wenn ein Benutzer durch Bremspedalbetätigung den Druckkolben direkt mit einer Kraft

(mechanisch) beaufschlagt, und der Antriebsmotor das Getriebe nicht schnell genug nachführen kann, der Druckkolben durch axiales Verlagern der

Spindelmutter unabhängig von dem Antrieb verlagerbar ist. Damit kann auch in einem Fehlerfall, beispielsweise bei Ausfall des Antriebsmotors, einen

Bremsvorgang (mechanisch) auslösen beziehungsweise einleiten. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Druckkolben die Spindelstange bildet, oder wenn der Druckkolben in direkter Verlängerung der Spindelstange von dieser mechanisch beaufschlagt werden kann. Insbesondere sind die

Innenverzahnung und die Außenverzahnung derart ausgebildet, dass sich die Zähne jeweils axial entlang der Spindelmutter beziehungsweise des

Antriebshohlrads erstrecken. Dadurch ist ein axiales Verschieben der

Spindelmutter relativ zu dem Antriebshohlrad möglich, ohne dass die

Spindelmutter relativ zum Antriebshohlrad verdreht wird.

Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden sollen die Erfindung und ihre Vorteile anhand der Zeichnung weiter erläutert werden. Dazu zeigen

Figuren 1A und 1B einen Bremskraftverstärker in einer vereinfachten

Darstellung,

Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Spindelmutter

Bremskraftverstärkers,

Figur 3 erste vorteilhafte Weiterbildung der Spindelmutter,

Figur 4 eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Spindelmutter und

Figuren 5A bis 5C ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der

Spindelmutter.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Bremskraftverstärker 1 für einen hier nicht näher dargestellten Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs. Der Bremskraftverstärker 1 weist einen hier vereinfacht dargestellten

Antriebsmotor 2 auf, der als Elektromotor ausgebildet und durch ein Getriebe 3 mit einer Spindelstange 4 wirkverbunden ist. Die Spindelstange 4 ist dabei vorliegend nur Abschnittsweise in einem Längsschnitt dargestellt. Die Spindelstange 4 ist als Hohlstange ausgebildet, die ein Außengewinde 5 aufweist. Axial ist die Spindelstange 4 einendig mit dem Hauptbremszylinder, insbesondere mit einem Druckkolben des Hauptbremszylinders, und anderendig mit einem Bremspedal des den Bremskraftverstärker 1 aufweisenden

Kraftfahrzeugs mechanisch verbunden. Die Spindelstange 4 ist dabei axial verlagerbar ausgebildet, um bei Betätigen des Bremspedals eine Kraft auf den Hauptbremszylinder zu dessen Betätigung auszuüben.

Auf der Spindelstange 4 ist eine Spindelmutter 6 drehbar angeordnet. Die Spindelmutter 6 weist abschnittsweise ein Innengewinde 7 auf, das mit dem Außengewinde 5 in Eingriff steht. Das Außengewinde 5 und das Innengewinde 7 sind dabei jeweils als Trapezgewinde ausgebildet. Das Außengewinde 5 erstreckt sich dabei axial gesehen über einen mehr als doppelt so großen Abschnitt wie das Innengewinde 7. Wird die Spindelmutter 6 in eine

Rotationsbewegung versetzt, wie durch einen Pfeil 8 angedeutet, führt dies durch die ineinandergreifenden Trapezgewinde zu einer axialen Verlagerung der Spindelstange 4, wie durch einen Pfeil 9 gezeigt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spindelstange 4 den Druckkolben bildet.

Die Spindelmutter 6 weist außerdem eine Außenverzahnung 10 auf, mit mehreren sich axial über eine Mantelaußenfläche eines hülsenförmigen

Abschnitts der Spindelmutter 6 erstreckenden Zähnen. Weiterhin weist die Spindelmutter 6 an einem Ende einen Axialanschlag 11 auf, der einen konusförmigen Längsschnitt aufweist.

Das Getriebe 3 weist weiterhin ein Antriebshohlrad 12 auf, das ein mit der Außenverzahnung 10 in Eingriff stehende Innenverzahnung 13 aufweist.

Dadurch, dass die Außenverzahnung 10 und die Innenverzahnung 13 axial ausgerichtet sind, ist die Spindelmutter 6 axial zu dem Antriebshohlrad 12 verschiebbar. Weiterhin weist das Antriebshohlrad 12 eine Außenverzahnung auf, mit welcher das Antriebshohlrad 12 mit einem Zwischenzahnrad 14 wirkverbunden ist, das eine Übersetzungsstufe aufweist und mit einem

Antriebsritzel 15 des Elektromotors 2 kämmt. Wird der Elektromotor 2 angesteuert, so wird ein Drehmoment auf das

Antriebshohlrad 12 ausgeübt, welches durch das Innengewinde 13 die

Spindelmutter 6 mitnimmt und in eine Rotationsbewegung versetzt. Weil die Spindelstange 4 drehfest gelagert ist, wird durch die Drehung der Spindelmutter 6 eine Axialbewegung der Spindelstange 4 und damit des Druckkolbens erzeugt und der Hauptbremszylinder betätigt. Hierdurch kann ein automatischer

Bremsvorgang eingeleitet werden oder der Fahrer durch das Erzeugen einer zusätzlichen Bremskraft unterstützt werden. Betätigt der Fahrer das Bremspedal schneller als der Elektromotor 2 reagieren kann oder wenn der Elektromotor 2 beziehungsweise der Bremskraftverstärker 1 einen Defekt aufweist, so ist es ihm möglich, die Spindelstange 4 aufgrund der axialen Verlagerbarkeit der

Spindelmutter 6 bezüglich des Antriebshohlrads 12 rein mechanisch zu betätigen. Dabei wird die Spindelmutter 6 axial durch das Antriebshohlrad 12 hindurch gedrückt. Durch ein Federelement 16 wird die Spindelmutter 6 mit dem Axialanschlag 11 gegen das Antriebshohlrad 12 gedrängt, sodass der

Axialanschlag 11 an dem Antriebshohlrad 12 anliegt und ein weiteres

Verschieben unmöglich ist. Durch das Federelement 16 wird das Getriebe 3 insofern vorgespannt in Richtung eines Ausgangszustands. Figur 1B zeigt in einer Querschnittsdarstellung durch das Antriebshohlrad 12 eine vorteilhafte Ausbildung der Spindelmutter 6. Die Spindelmutter 6 ist vorliegend zweiteilig ausgebildet, mit einem Außenteil 17 und einem Innenteil 18, die axial und in Drehrichtung fest miteinander verbunden sind. Das Außenteil 17 weist dabei die Außenverzahnung 10 und das Innenteil 18 das Innengewinde 7 auf. Die Spindelstange 4 ist aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 1B nicht gezeigt.

Das Innenteil 18 und das Außenteil 17 sind vorliegend jeweils hülsenförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet.

Figur 2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen vergrößerten Abschnitt der Spindelmutter 6. Dabei ist zu erkennen, dass das Außenteil 17 im Bereich des

Axialanschlags 11 einen vergrößerten Innendurchmesser zur Bildung einer Axialaufnahme 19 aufweist. In die Axialaufnahme 19 ist das Innenteil 18 mit dem Innengewinde 7 eingeschoben, wobei das Innenteil 18 einen dem vergrößerten Innendurchmesser zumindest im Wesentlichen entsprechenden

Außendurchmesser aufweist. Die Axialaufnahme 19 bildet dabei aufgrund des vergrößerten Innendurchmessers einen Axialanschlag 20, bis zu welchem das Innenteil 18 einschiebbar ist, wie durch einen Pfeil gezeigt. Das Außenteil 17 ist aus einem hochfesten Material, wie beispielsweise Aluminium oder Stahl, gefertigt. Das Innenteil 18 ist vorliegend aus einem reibarmen Werkstoff, wie beispielsweise Polyoxymethylen oder Polyamid gefertigt. Damit ist die

Spindelmutter im sicherheitsrelevanten außenliegenden Bereich aus einem vorteilhaften harten Material und in dem tribologisch relevanten innenliegenden Bereich aus einem tribologisch optimierten Material gefertigt. Durch die zweiteilige Ausbildung ist es damit möglich, die Spindelmutter 6 an ihre unterschiedlichen Aufgaben optimal anzupassen.

Zur Befestigung des Innenteils 18 in dem Außenteil 17 sind unterschiedliche Varianten denkbar. Im einfachsten Fall ist das Innenteil 18 in das Außenteil 17 eingeklebt. Auch ist es denkbar, Außenteil 17 und Innenteil 18 miteinander zu verschweißen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Außenteil 17 und das Innenteil 18 formschlüssig aneinander gehalten sind. In axialer Richtung ist ein erster Formschluss durch einen Axialanschlag 20 bereits gebildet. In die andere Richtung ist vorteilhafterweise ebenfalls ein Formschluss vorgesehen, wie anhand von Figuren 3 und 4 beispielhaft gezeigt.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der axiale Formschluss durch einen umgebogenen Halteabschnitt 21 des Außenteils 17 gebildet ist. Dazu weist das Außenteil 17 an seiner Stirnseite einen sich über den gesamten Umfang unterbrechungsfrei oder mit Unterbrechungen erstreckenden Steg 22 auf, der axial vorsteht. Dabei ist mindestens ein Steg 22 vorgesehen, der sich zumindest bereichsweise über den Umfang axial erstreckt. Nach dem Einsetzen des Innenteils 18 wird der Steg 22 zumindest abschnittsweise radial nach innen umgebogen und dabei plastisch umgeformt, sodass er das Innenteil 18 an dessen Stirnseite überfängt. Damit ist das Innenteil 18 axial zwischen dem Axialanschlag 20 und dem durch den umgebogenen Steg gebildeten

Halteabschnitt 21 formschlüssig gesichert.

Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei welchem vorgesehen ist, dass das Außenteil 17 in seiner Stirnseite eine oder mehrere Öffnungen mit einem Schraubgewinde 23 aufweist. Die Öffnungen sind dabei radial möglichst weit innen beziehungsweise nahe zu dem vergrößerten Innendurchmesser ausgebildet, sodass eine in das Gewinde 23 eingeschraubte Schraube 24 mit ihrem Schraubenkopf 25 das in die Axialaufnahme 19 eingesetzte Innenteil 18 überfängt.

Für die drehfeste formschlüssige Verbindung zwischen Außenteil 17 und Innenteil 18 ist bevorzugt vorgesehen, dass Innenteil 18 und Außenteil 17 eine ineinandergreifende Verzahnung aufweist, durch welche ein einfacher

Formschluss in Drehrichtung geboten ist. Alternativ kann das Innenteil 18 oder das Außenteil 17 einen einzigen Radialvorsprung aufweisen, der in eine entsprechende, komplementär dazu ausgebildete Radialaufnahme des Innenteils 18 eingreift.

Figuren 5A bis 5C zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Formschluss in Drehrichtung durch zusätzliche Elemente gebildet wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Innenteil 18 an seiner Mantelaußenseite 26 mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Aussparungen 27 in Form von Längsnuten aufweist, die sich axial über das Innenteil 18 erstrecken, wie in Figur 5A gezeigt.

Figur 5B zeigt eine Draufsicht auf das Außenteil 17, das an seiner

Mantelinnenseite 28 mit dem vergrößerten Innendurchmesser mehrere um den Umfang verteilt angeordnete Aussparungen 29 in Form von Längsnuten, die sich axial erstrecken, aufweist. Dabei entspricht die Anzahl der Aussparungen 29 der Anzahl und Anordnung der Aussparungen 27 des Innenteils 18. Ist das Innenteil 18 in das Außenteil 17 eingesetzt, wie in Figur 5C gezeigt, so liegen die

Aussparungen 29 und 27 in wenigstens einer Drehstellung des Innenteils 18 in dem Außenteil 17 einander gegenüber, sodass sie zusammen jeweils eine Axialaufnahme der Spindelmutter 6 bilden. In die aus den Aussparungen 27 und 29 gebildeten axial randoffenen Axialaufnahmen sind gemäß Figur 5C jeweils ein Koppelbolzen 30 axial eingeschoben, wie beispielsweise in Figur 5A und 5C gezeigt ist. Der Querschnitt des Koppelbolzens 30 entspricht dabei zumindest im Wesentlichen dem Querschnitt der Axialaufnahmen, die durch die Aussparungen 27 und 29 gebildet werden. Damit liegt der Koppelbolzen 30 im verbauten Zustand gemäß Figur 5C sowohl in der Aussparung 27 als auch in der Aussparung 29 ein, wodurch eine einfache formschlüssige Verbindung von dem Außenteil 17 zu dem Innenteil 18 gewährleistet ist.