ANTRIEBSVORRICHTUNG EINES BREMSKRAFTVERSTÄRKERS MIT EINER ANTREIBBAREN WELLE

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere einen

Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeuges, mit einer antreibbaren Welle, die eine Antriebsseite und eine Abtriebsseite aufweist und in einem Gehäuse drehbar gelagert angeordnet ist.

Stand der Technik Antriebsvorrichtungen, insbesondere Bremskraftverstärker, der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 103 27 553 A1 einen elektromechanischen

Bremskraftverstärker, der eine Kolbenstange zur direkten Verbindung eines Bremspedals mit einem Kolben eines Hauptbremszylinders aufweist, einen elektrischen Motor mit einem Stator und einem Rotor, die konzentrisch um die

Kolbenstange angeordnet sind, sowie einen Spindeltrieb mit einer drehfest gelagerten, axial bewegbaren Spindelschraube, welche über den Rotor des Motors angetrieben wird und bei Aktivierung des Rotors zur

Bremskraftverstärkung gegen einen Mitnehmer anläuft und diesen in Richtung des Hauptbremszylinders drückt. Der Spindeltrieb bildet insoweit eine antreibbare Welle, die sowohl rotatorisch als auch axial mit Kräften beaufschlagt beziehungsweise belastet wird. Auch bei Antriebsvorrichtungen, die ein

Schneckenradgetriebe aufweisen, bei welchem auf einer antreibbaren Welle eine Schnecke sitzt, die mit einem Schneckenrad abtriebsseitig zusammenwirkt, treten sowohl axial als auch rotatorisch beziehungsweise in Umfangsrichtung wirkende Kräfte beziehungsweise Momente auf, wie beispielsweise in der DE 30 31 643 C2 beschrieben.

Bei den beschriebenen Bremskraftverstärkern kommt es in bestimmten

Betriebsfällen zu sehr hohen Kräften oder Schwingungen, die zwischen

Bremssystem und Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor, übertragen werden. Derartige Kräfte treten beispielsweise bei einem hochdynamischen Anfahren oder Anhalten des Antriebsmotors, bei einem Anstoßen gegen einen, insbesondere abtriebsseitigen mechanischen harten Anschlag, bei plötzlich auftretenden Gegenkräften im Bremssystem oder bei gleichförmigen Anregungen einer Flüssigkeitssäule im Bremssystem auf. Insbesondere hat sich in der Praxis das Anfahren in den mechanischen Anschlag als kritisch erwiesen, da hierdurch die mechanischen Teile hoch belastet werden und die kinetische Energie des Systems schlagartig abgebaut werden muss.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher Art und Weise überschüssige kinetische Energie abgebaut wird, ohne dass es hierzu einer schweren und trägen Mechanik bedarf. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Welle mehrteilig ausgebildet ist und mindestens ein Dämpfungsteil zwischen zwei Wellenteilen zur Aufnahme rotatorischer und/oder axial wirkender Kräfte vorgesehen ist. Der Antriebsvorrichtung wird somit die Starrheit der antreibbaren Welle genommen. Durch die mehrteilige Ausführung lassen sich die unterschiedlichen Wellenteile der Welle relativ zueinander bewegen. Durch die Anordnung des Dämpfungsteils zwischen diesen

Wellenteilen werden die Relativbewegungen zwischen den Wellenteilen gedämpft, so dass einerseits eine Kraftübertragung gewährleistet wird, und andererseits kritische Kräfte nicht schlagartig weitergeleitet werden. Durch die integrierte Dämpfung der Welle kann eine schwere Ausbildung der Welle zur Nutzung ihres Trägheitsmoments als Dämpfungsmittel entfallen.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Antriebsseite der Welle von einem Antriebswellenteil und die Abtriebsseite der Welle von einem separaten

Abtriebswellenteil gebildet wird, wobei das Antriebswellenteil und das

Abtriebswellenteil durch das Dämpfungsteil miteinander wirkverbunden sind. Hierbei ist also vorgesehen, dass das Dämpfungsteil zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Welle wirkt, so dass Antriebsseite und Abtriebsseite gedämpft miteinander verbunden sind. Insbesondere wenn abtriebsseitig ein mechanischer Anschlag angefahren wird, wirkt sich dies aufgrund der vorteilhaften Dämpfung nunmehr weniger kritisch beziehungsweise nicht auf die Antriebsseite oder beispielsweise einen die Antriebsseite antreibenden

Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor, aus. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das

Dämpfungsteil als separates Dämpfungselement axial zwischen dem

Antriebswellenteil und dem Abtriebswellenteil angeordnet ist. Durch die

Anordnung axial zwischen den Wellenteilen kann das Dämpfungselement nicht nur rotatorisch wirkende Kräfte, sondern auch axial wirkende Kräfte aufnehmen, wie sie beispielsweise bei einem Schneckengetriebe oder einem Spindelantrieb entstehen.

Bevorzugt ist das Dämpfungselement mit dem Antriebswellenteil und dem Abtriebswellenteil, insbesondere mit deren einander zugewandten Stirnseiten, stoffschlüssig verbunden. Diese stoffschlüssige Verbindung lässt sich

beispielsweise durch Verwenden eines Klebmittels oder durch ein Verschweißen mit oder ohne zusätzlichem Schweißmittel erreichen. Die stoffschlüssige

Verbindung hat den Vorteil, dass das Dämpfungselement sicher mit den beiden Wellenteilen verbunden ist und insofern axial und/oder rotatorisch (in

Umfangsrichtung) wirkende Kräfte aufgenommen und übertragen werden können.

Vorzugsweise weisen das Antriebswellenteil und das Abtriebswellenteil miteinander wirkende Drehmitnahmeanschläge auf. Die Drehmitnahmeanschläge wirken insofern in Umfangsrichtung gesehen zusammen, so dass eine

Rotationskraft formschlüssig von dem Antriebswellenteil auf das

Abtriebswellenteil übertragen wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch hohe Drehmomente übertragen werden können. Ist das Dämpfungselement, wie zuvor beschrieben, in diesem Fall axial zwischen Antriebswellenteil und

Abtriebswellenteil angeordnet, so werden axial wirkende Kräfte gedämpft, während rotatorisch wirkende Kräfte formschlüssig direkt übertragen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement zur Aufnahme rotatorisch wirkender Kräfte in

Umfangsrichtung zwischen den Drehmitnahmeanschlägen angeordnet ist.

Gemäß dieser Ausführungsform werden somit Rotationskräfte beziehungsweise Drehmomente gedämpft. Die Anordnung in Umfangsrichtung zwischen den Drehmitnahmeanschlägen kann alternativ oder zusätzlich zu der Anordnung axial zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehen sein. Das

Dämpfungselement und die Drehmitnahmeanschläge sind zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass eine Dämpfung in zumindest eine Rotationsrichtung erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehmitnahmeanschläge und das Dämpfungselement derart ausgebildet sind, dass in beide Drehrichtungen auftretende Drehmomente beziehungsweise rotatorisch wirkende Kräfte aufgenommen beziehungsweise gedämpft werden können.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Abtriebswellenteil eine Axialaufnahme aufweist, in welcher das Antriebswellenteil mit einem Endabschnitt bereichsweise drehfest und axial verschieblich einliegt. Wobei die Axialaufnahme und der Endabschnitt bevorzugt zueinander komplementäre Poygonformen zur Bildung der Drehmitnahmeanschläge aufweisen. Hier wird eine besonders einfache Gestaltung der Drehmitnahmeanschläge geboten, die darüber hinaus die

Axialverschieblichkeit zwischen Abriebswelle und Antriebswelle ermöglicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem freien Wellenende des Antriebswellenteils oder des Abtriebswellenteils ein Drehwinkelgeber für einen Drehwinkelsensor angeordnet ist. Der

Drehwinkelsensor ist zweckmäßigerweise im Gehäuse der Antriebsvorrichtung ortsfest angeordnet, und erfasst das Signal beziehungsweise die

Winkellageposition des Drehwinkelgebers an dem Wellenende. Durch Kenntnis der Drehwinkellage des Wellenendes, insbesondere des Antriebswellenteils, lässt sich eine vorteilhafte Ansteuerung des Elektromotors durchführen.

Vorzugsweise weist der Drehwinkelgeber einen Wellenstumpf auf, der in einer Stirnseitigen Axialaussparung des freien Wellenendes drehfest und axial verschieblich gehalten ist, und an seiner freien Stirnseite ein

Drehwinkelgeberelement, insbesondere einen Drehwinkelgebermagneten trägt. Durch die axial verschiebliche Anordnung des Drehwinkelgebers und damit des Drehwinkelgeberelementes wird gewährleistet, dass auch dann, wenn das Dämpfungselement aufgrund wirkender Axialkräfte beansprucht wird, die

Drehwinkelposition des Drehwinkelgebers der Drehwinkelposition des

entsprechenden Wellenteils entspricht und in seiner axialen Lage in dem

Gehäuse, also insbesondere in seiner Entfernung zu dem Drehwinkelsensor, konstant bleibt. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei einer hohen

Beanspruchung des Dämpfungselements und insbesondere auch wenn sich die Lage der Welle dauerhaft verändert, die Entfernung zwischen Drehwinkelgeber und -sensor gleich bleibt und insofern die Drehwinkellage stets korrekt erfasst werden kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es natürlich auch denkbar, dass der Wellenstumpf des Drehwinkelgebers nicht in einer

Aussparung einliegt, sondern eine Aussparung für ein freies Ende des

Antriebswellenteils oder des Abtriebswellenteils zu dessen axial verschieblichen und drehfesten Aufnahme aufweist.

Besonders bevorzugt ist das Dämpfungselement als Kunststoffelement, insbesondere als ein Elastomerelement ausgebildet. Das Kunststoffelement beziehungsweise Elastomerelement lässt sich mit einfachen Mitteln herstellen und an entsprechender Stelle in und/oder an der Antriebswelle vorsehen.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften

Antriebsvorrichtung,

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung,

Figuren 3A bis C ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung und

Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung mit einem Drehwinkelgeber.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1 eines hier nicht näher dargestellten Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeuges. Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Antriebswelle 2 auf, die in einem hier nur angedeuteten Gehäuse 3 drehbar gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung sind zwei Wälzkörperlager 4 und 5 vorgesehen, die eine Fest-Los-Lagerung für die Welle 2 bilden, wobei das Wälzkörperlager 4 ein Loslager und das Wälzkörperlager 5 ein Festlager bildet. Das Wälzkörperlager 5 ist hierbei beispielsweise, wie in Figur 1 gezeigt durch eine axiale Anlageschulter auf dem Antriebswellenteil 6 und einen Sicherungsring axial auf dem Antriebeswellenteil 6 gesichert.

Die Welle 4 wird von zwei separaten Wellenteilen, einem Antriebswellenteil 6 und einem Abtriebswellenteil 7 gebildet, wobei dem Antriebswellenteil 6 das

Wälzkörperlager 5 und dem Abtriebswellenteil 7 das Wälzkörperlager 4 zugeordnet ist. Auf dem Antriebswellenteil 6 ist drehfest der Rotor oder Anker 8 einer hier nicht näher dargestellten elektrischen Maschine angeordnet.

Auf dem Abtriebswellenteil 7 ist drehfest eine Schnecke 9 eines

Schneckengetriebes 10 drehfest angeordnet. Ein mit der Schnecke 9

kämmendes abtriebsseitiges Schneckenrad ist nicht dargestellt.

Zwischen dem Antriebswellenteil 6 und dem Abtriebswellenteil 7 ist axial ein Dämpfungselement 1 1 als Dämpfungsteil 12 angeordnet. Das

Dämpfungselement 1 1 ist aus einem Elastomer gefertigt und mit den einander zugewandten Stirnseiten der Abtriebswelle 7 und der Antriebswelle 6

stoffschlüssig, insbesondere durch Verkleben, verbunden, so dass ein

Drehmoment von dem Antriebswellenteil 6 auf das Abtriebswellenteil 7 übertragen werden kann.

Fährt der abtriebsseitige Teil der Antriebsvorrichtung 1 beispielsweise gegen einen harten mechanischen Anschlag, wirken sich auf die Abtriebswelle 7 Kräfte aus, die axial und in Umfangsrichtung gesehen, also rotatorisch auf die Welle 2 wirken. Das Dämpfungselement 1 1 wird dadurch sowohl rotatorisch als auch axial verformt und nimmt dadurch die kinetische Energie des antriebsseitigen Teils der Antriebsvorrichtung 1 zumindest im Wesentlichen auf, so dass eine Beschädigung der Antriebsvorrichtung 1 , insbesondere der elektrischen

Maschine verhindert wird. Die Fest-Los-Lagerung der Welle 2 erlaubt dabei, dass sich beispielsweise das Abtriebswellenteil 7 axial zu dem Antriebswellenteil 6 verlagert. Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1. In Figur 2 und den folgenden Figuren sind aus Figur 1 bereits bekannt Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die

Unterschiede eingegangen werden.

Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1 unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dahingehend, dass beide Wälzkörperlager 5 und 4 als Festlager ausgebildet sind. So ist nunmehr auch das Wälzkörperlager 4 zwischen einer axialen

Anlageschulter des Abtriebswellenteils 7 und einem Sicherungsring axial auf der Welle 2 gesichert. Darüber hinaus ist das Dämpfungselement 1 1 nunmehr zwischen der Schnecke 9 und dem Wälzkörperlager 4 in dem Abtriebswellenteil 7 vorgesehen. Insofern ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Abtriebswellenteil 7 ebenfalls zweigeteilt ausgebildet, wobei das

Dämpfungselement 1 1 axial zwischen der Schnecke 9 und dem übrigen

Abtriebswellenteil 7 vorgesehen ist.

Die Schnecke 9 weist stirnseitig eine Axialaufnahme 13 zur Aufnahme eines Endabschnitts 14 des Antriebswellenteils 6 auf. Dabei weist der Endabschnitt 14 der Antriebswelle 6 eine Außenverzahnung auf, die mit einer Innenverzahnung der Axialaufnahme 13 der Schnecke 9 formschlüssig zur Übertragung eines Drehmoments zusammenwirkt. Die Zahnlinien der Verzahnung verlaufen dabei parallel zur Rotationsachse der Welle 2, die hier mit einer Strichpunktlinie angedeutet ist, so dass der Endabschnitt 14 drehfest und axial verschieblich in der Axialaufnahme 13 einliegt.

Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 reagiert beispielsweise wenn das nicht dargestellte Schneckenrad blockiert, derart, dass die Schnecke 9 unter Verformung des Dämpfungselements 1 1 axial verschoben wird, während die Antriebswelle 6 in ihrer axialen Position verbleibt. In diesem Fall nimmt das Dämpfungselement 1 1 lediglich axiale Kräfte auf. Alternativ zu der formschlüssigen Verbindung zwischen Antriebswellenteil 6 und Schnecke 9 ist es auch denkbar, eine kraftschlüssige Verbindung vorzusehen. Alternativ ist auch denkbar, das Dämpfungselement 1 1 nicht in dem Abtriebswellenteil 7, sondern in dem Antriebswellenteil 6 zur Aufnahme von Axialkräften vorzusehen. Figur 3A zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1. Wie im Ausführungsbeispiel von Figur 2 gezeigt, weist das Abtriebswellenteil 7 im Bereich der Schnecke 9 die Axialaufnahme 13 auf, in welcher der Endabschnitt 14 des Antriebswellenteils 6 bereichsweise einliegt und drehfest mit dem

Abtriebswellenteil 7 verbunden ist. Dazu sind der Endabschnitt 14 und die Axialaufnahme 13 -im Querschnitt gesehen- mit einer im Wesentlichen komplementäre Polygonform versehen, welche Drehmitnahmeanschläge 15 beziehungsweise 16 bilden.

Figuren 3B und 3C zeigen hier unterschiedliche Ausführungsformen der Drehmitnahmeverbindung. Dabei ist vorgesehen, dass ein Dämpfungselement 17 in Umfangsrichtung zwischen den Mitnahmeanschlägen 15 und 16 angeordnet ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei das Dämpfungselement 17 ringförmig ausgebildet, so dass es den Endabschnitt 14 des Antriebswellenteils 6 umfangsseitig vollständig umgibt. Im Bereich der Drehmitnahmeanschläge 15 und 16 weist das Dämpfungselement entsprechend der zu erwartenden aufzunehmenden Kräfte eine ausreichende Höhe in Umfangsrichtung gesehen auf. Gemäß Figur 3B ist das Dämpfungselement 17 dabei derart ausgebildet, dass beide Drehrichtungen gleich hohe Kräfte aufnehmen können und insofern symmetrisch ausgebildet sind.

Gemäß dem in Figur 3C dargestellten Ausführungsbeispiel ist das

Dämpfungselement 17 asymmetrisch ausgebildet, um hohe Kräfte in nur einer Drehrichtung aufzunehmen. Dies wird bevorzugt, wenn im Anwendungsfall in eine Dreh- beziehungsweise Belastungsrichtung ein geringer Dämpfungsverlust und in die entgegengesetzte Richtung eine hohe Dämpfung erforderlich ist. In beiden Fällen ist eine formschlüssige Drehmomentübertragung von dem Antriebswellenteil 6 auf das Abtriebswellenteil 7 gewährleistet.

Das Dämpfungselement 17 kann zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Dämpfungselement 1 1 in der Antriebsvorrichtung 1 vorgesehen sein. Alternativ ist es aber auch denkbar, anstelle des Dämpfungselements 1 1 das

Dämpfungselement 17 vorzusehen. Durch eine entsprechende Gestaltung des Dämpfungselements 17 wäre es darüber hinaus auch denkbar, mittels des Dämpfungselement 17 sowohl rotatorische als auch axiale Kräfte zu dämpfen beziehungsweise aufzunehmen.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1. In diesem Fall ist die Antriebsvorrichtung 1 mit einem Drehwinkelgeber 18 versehen, der mit einem im Gehäuse 3 angeordneten Drehwinkelsensor, hier nicht dargestellt, zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Antriebswellenteils 6 zusammenwirkt.

Der Drehwinkelgeber 18 weist hierzu einen Wellenstumpf 19 auf, der im

Längsschnitt gesehen im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist. Das freie Wellenende 20 des Antriebswellenteils 6 weist hierbei eine Axialaussparung 21 auf, in welcher der Wellenstumpf 19 bereichsweise einliegt. Der Wellenstumpf 19 ist dabei axial verschieblich und drehfest in der Axialaussparung 21 gehalten. Hierzu weisen der Wellenstumpf 19 und die Axialaussparung 21 eine

entsprechende Polygonform zur Bildung einer formschlüssigen Kraftübertragung in Rotationsrichtung auf. An seinem freien Ende 22 ist an dem Wellenstumpf 19 ein Drehwinkelgebermagnet 23 angeordnet, dessen Magnetfeld von dem Drehwinkelsensor erfasst und zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Antriebswellenteils 6 genutzt wird. Dem Wellenstumpf 19 ist ein weiteres Wälzkörperlager 24 zugeordnet, das als Festlager ausgebildet ist. Weiterhin ist hierbei vorgesehen, dass das Wälzkörperlager 4 als Festlager und das

Wälzkörperlager 5 als Loslager ausgebildet ist.

Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 gewährleistet, dass der Drehwinkelgebermagnet 23, der zweckmäßigerweise als Permanentmagnet mit mindestens einer Polpaarung ausgebildet ist, immer denselben Abstand zu dem Drehwinkelsensor aufweist. Sogar wenn sich die Welle 2 durch Überlastung unbebabsichtigt dauerhaft innerhalb ihrer Lagerung verschiebt, beispielsweise bei vorliegenden Presssitz-Verbindungen, würde der Drehwinkelmagnet 23 in seiner Position beziehungsweise Ausrichtung zu dem Drehwinkelsensor verbleiben. Vorzugsweise ist der Drehwinkelsensor als Hall- Sensor ausgebildet.