Titel:

Elektromechanisch antreibbarer Bremsdruckerzeuger

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug, welches einen solchen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger umfasst.

Stand der Technik

Zum Bremsen von Kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdrück. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft aufzubringen.

Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da der Unterdrück nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.

Die Betätigungskraft wird dabei mittels eines Elektromotors erzeugt, welcher über ein Getriebe eine Bewegung eines Hydraulikkolbens ansteuert, um einen Bremsdruck zu erzeugen. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire- Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.

Aus der WO 2012/013314 A2 ist ein elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, welcher eine über eine Kugelspindel eingebrachte Pedalkraft verstärkt. Dazu ist an der Kugelspindel eine Kugelumlaufmutter angeordnet, welche über ein Planetengetriebe durch einen Elektromotor zur Verstärkung der Pedalkraft angetrieben ist.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung gibt einen elektromechanisch antreibbaren Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanisch antreibbare Bremsdruckerzeuger umfasst einen Elektromotor zum Erzeugen einer Antriebsdrehzahl, ein Planetengetriebe, welches eingangsseitig von dem Elektromotor angetrieben ist, um eine Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame durchzuführen, und ein Hydraulikmodul, welches ausgangsseitig mit dem Planetengetriebe verbunden ist um einen Bremsdruck zu erzeugen. Das Planetengetriebe weist dabei Stufenplaneten auf, welche eingangsseitig mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes und ausgangsseitig mit einer Abtriebskomponente des Planetengetriebes verbunden sind.

Unter einem Hydraulikmodul im Sinne der Erfindung wird eine Modul verstanden, welches die rotatorische Bewegung des Planetengetriebes in eine Bewegung eine Hydraulikkolbens zur Erzeugung eines Bremsdruckes für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger umwandelt. Dies wird vorzugsweise über eine Spindel-Mutter Anordnung ausgebildet, über welche diese rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung des Hydraulikkolbens in einem Hydraulikzylinder umgewandelt wird.

Das Planetengetriebe hat dabei den Vorteil, dass eine hohe Übersetzung erzielbar ist, während der Bauraum aufgrund der hohen Leistungsdichte reduziert ist. Zusätzlich weist ein Planetengetriebe ein geringes Geräuschverhalten auf. Aufgrund der rotatorischen Freiheitsgrade der Getriebeelemente Sonnenrad, Planetenrad, Planetenträger und Hohlrad bietet ein Planetengetriebe einen großen Spielraum hinsichtlich des Designs und der Übersetzung. Durch ein Planetengetriebe wird zudem ein Abstand zwischen der Motorachse und der hydraulischen Achse eines Hydraulikkolbens reduziert.

Ein Stufenplanet ist ein Planetenrad, welches wenigstens zwei verschiedene Verzahnungen aufweist, deren Teilkreisdurchmesser sich unterscheiden. Die Verzahnungen sind dabei in bestimmten Abschnitten des Stufenplaneten angeordnet. Der Stufenplanet kann dabei einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ein Planetengetriebe mit Stufenplaneten hat zudem den Vorteil, dass damit die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann. Zusätzlich bieten Stufenplaneten den Vorteil, dass das Volumen eines solchen Getriebes im Vergleich zu alternativen Lösungen mit vergleichbarer Gesamtübersetzung geringer ist.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Abtriebskomponente ein die Stufenplaneten aufnehmender Planetenträger. In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist die Abtriebskomponente ein Hohlrad des Planetengetriebes. Um eine Drehbewegung des Planetenträgers zu erzielen wird das Hohlrad fixiert. Entsprechend wird bei der alternativen Ausführung der Planetenträger fixiert. Bei einem Abtrieb über den Planetenträger lässt sich dabei eine höhere Übersetzung erzielen im Vergleich mit einem Abtrieb über das Hohlrad. Bei einer geringeren gewünschten Übersetzung ist dahingegen ein Abtrieb über das Hohlrad vorteilhafter. Dadurch kann das Planetengetriebe durch kleine Änderungen für verschiedene Übersetzung eingesetzt werden.

Vorzugsweise weisen die Stufenplaneten einen Lagerbereich auf, über den diese in Bohrungen des Planetenträgers gelagert sind. Der Lagerbereich ist dabei ein Bereich des Stufenplaneten welcher bevorzugt zwischen den Verzahnungsbereichen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist, dass das Material des Lagerbereichs und/oder der Bohrung derart ausgebildet, dass dieses eine Schmiereigenschaft aufweist. Dadurch kann auf ein Wälzlager verzichtet werden.

Durch die Lagerung des Stufenplaneten in der Bohrung des Planetenträgers sind keine weiteren Komponenten notwendig, so dass die Bauhöhe des Planetengetriebes verringert wird. Zusätzlich wird durch eine Lagerung zwischen den Verzahnungsbereichen eine vorteilhafte mittige Ableitung der Lasten erzielt, so dass ein Biegemoment auf den Planetenträger reduziert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Stufenplaneten über Planetenachsen an dem Elektromotor oder an einem Gehäuseteil gelagert. Dazu werden die Planetenachsen mit dem Elektromotor oder dem Gehäuseteil fest verbunden. Durch eine solche Lagerung ist kein zusätzlicher Planetenträger notwendig, um eine Lagerung bereitzustellen. Dadurch können die Stufenplaneten einfach und wirtschaftlich gelagert werden. Durch den Wegfall eines zusätzlichen Planetenträgers und eines Lagerbereiches kann Bauraum eingespart werden, so dass ein solcher elektromechanische Bremsdruckerzeuger kompakter ist.

Vorteilhafterweise ist die Abtriebskomponente über ein zwischen einem Gehäuseteil und der Abtriebskomponente angeordnetes Lager gelagert. Das Lager ist dabei vorzugsweise eine Wälzlager. Dadurch sind keine zusätzlichen Bauteile für die Lagerung notwendig, so dass die Teileanzahl verringert und der benötigte Bauraum reduziert wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Abtriebskomponente als Stirnrad ausgebildet. Das Stirnrad kann dabei drehfest mit der Abtriebskomponente verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Dadurch sind weitere Bauteile, welche eventuell gelagert werden müssten, zwischen Planetengetriebe und Hydraulikmodul nicht notwendig. Es kann somit der Abstand zwischen Planetengetriebe und Hydraulikmodul platzsparend überbrückt werden. Zusätzlich wird durch ein solches Stirnrad die Übersetzung erhöht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung sind die Stufenplaneten und/oder das Sonnenrad aus einem gesinterten Metallmaterial ausgebildet. Das gesinterte Metallmaterial hat den Vorteil, dass durch die poröse Oberfläche ein Schmiermittel besser zur Verfügung gestellt werden kann, so dass der Verschleiß der Bauteile minimiert wird.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Stufenplaneten und/oder ein Planetenträger und/oder das Hohlrad aus einem Kunststoffspritzguss- Material ausgebildet. Kunststoffspritzguss- Material hat den Vorteil, dass es leicht ist und einfach in vielfältigen Formen herstellbar ist. Zusätzlich sind die Kosten für Kunststoff gering, so dass insgesamt ein solcher Bremsdruckerzeuger wirtschaftlich herstellbar ist. Bei entsprechender Auswahl von Kunststoff können zusätzlich Kunststoffe gewählt werden, welche gute tribologische Eigenschaften aufweisen.

Um eine Lastaufnahme und Verteilung der Lagerlast zu verbessern werden vorzugsweise in das Kunststoffmaterial Metalleinlagen eingebracht. Dadurch kann somit wirtschaftlich die Tragkraft der entsprechenden Komponenten verbessert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers,

Figur 2 Erstes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers, und

Figur 3 Zweites Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs 14 eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers gezeigt. Der Antriebsstrang 14 umfasst einen Elektromotor 18, über welchen eine Antriebsdrehzahl erzeugbar ist. Der Elektromotor 18 ist mechanisch mit einer Eingangsseite eines Planetengetriebes 22 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Planetengetriebe 22 koaxial zu einer Elektromotorachse 26 positioniert. Das Planetengetriebe 22 ist zusätzlich an einem Gehäuseteil 28 des Bremsdruckerzeugers angeordnet, welches beispielsweise ein Ventilgehäuse sein kann.

Über das Planetengetriebe 22 wird die Antriebsdrehzahl des Elektromotors 18 in eine langsamere Drehzahl übersetzt. Das Planetengetriebe 22 ist an einer Ausgangsseite mit einem Hydraulikmodul 30 mechanisch verbunden. Das Hydraulikmodul 30 kann dabei einen Bremsdruckkolben aufweisen, welcher über eine Spindel-Mutter-Anordnung in axialer Richtung zur Erzeugung von Bremsdruck bewegbar ist. Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Antriebsstrang 14 ist biaxial angeordnet, dies bedeutet, dass das Hydraulikmodul 30 parallel zur Elektromotorachse 26 angeordnet ist.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes 22 des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers. Das Planetengetriebe 22, ist über eine Elektromotorwelle 34 mit dem Elektromotor 18 verbunden. An einem Ende der Elektromotorwelle 34 ist ein Sonnenrad 38 drehfest daran angeordnet, welches zusammen mit der Elektromotorwelle 34 drehbar ist. Das Sonnenrad 38 ist in direktem mechanischen Eingriff mit einem ersten Verzahnungsbereich 42 von mehreren Stufenplaneten 46.

Die Stufenplaneten 46 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Lagerbereich 50 auf, der direkt an den ersten Verzahnungsbereich 46 angrenzt, und über welchen die Stufenplaneten 46 in jeweils einer Bohrung 54 eines Planetenträgers 58 drehbar gelagert sind. Dadurch ist keine zusätzlich Achse zur Lagerung der Stufenplaneten 46 notwendig. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lagerbereich 50 und/oder die Bohrung 54 aus einem Material ausgebildet, welches einen Schmiereffekt aufweist. Dadurch ist kein zusätzliches Wälz- oder Gleitlager für die Lagerung der Stufenplaneten 46 notwendig.

Direkt angrenzend an den Lagerbereich 50 ist ein zweiter Verzahnungsbereich 62 angeordnet, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als der erste Verzahnungsbereich 42. Darüber hinaus weist der zweite Verzahnungsbereich 62 einen kleineren Durchmesser auf, als der Lagerbereich 50. Dadurch wird eine Montage der Stufenplaneten 46 in den Bohrungen 54 gewährleistet. Zusätzlich wird sichergestellt, dass eine Innenwandung der Bohrung 54 nicht an dem zweiten Verzahnungsbereich 62 anliegt.

Der zweite Verzahnungsbereich 62 ist im direkten Eingriff mit einem Hohlrad 66, an welchem eine Innenverzahnung ausgebildet ist. Das Hohlrad 66 ist dabei drehfest mit dem Gehäuseteil 28 verbunden, welches beispielsweise ein Ventilgehäuse des Bremsdruckerzeugers sein kann.

Der Planetenträger 58 ist gegenüber dem Gehäuseteil 28 gelagert. Zwischen dem Planetenträger 58 und dem Gehäuseteil 28 ist ein Lager 74 angeordnet, über welches der Planetenträger 58 zu dem Gehäuseteil 28 drehbar ist. Zur direkten Lagerung des Planetenträgers 58 zu dem Gehäuseteil 28, weist der Planetenträger 58 in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetenträger- Strukturteil 78 auf, welches teilweise in dem Planetenträger 58 eingebettet ist. Über das Planetenträger- Strukturteil 78 können die Lagerlasten aufgenommen und verteilt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Planetenträger 58 als Abtriebskomponente ausgebildet. Dafür weist der Planetenträger 58 ein Stirnrad 82 auf, über welches dieser mit dem Hydraulikmodul 30 mechanisch verbunden ist.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes 22 des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeugers gezeigt. Im Gegensatz zu dem in Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die Stufenplaneten 46 über Planetenachsen 86 drehbar gelagert. Die Planetenachsen 86 sind fest mit dem Gehäuseteil 28 verbunden. Zusätzlich weisen die Stufenplaneten 46 keinen Lagerbereich 50 auf. In diesem Ausführungsbeispiel grenzt der zweite Verzahnungsbereich 62 direkt an den größeren ersten Verzahnungsbereich 46 an.

Das Hohlrad 66 weist eine Innenverzahnung auf, welche mit dem zweiten Verzahnungsbereich 62 der Stufenplaneten 46 im Eingriff ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 66 über ein Lager 74 zu dem Gehäuseteil 28 drehbar gelagert. Zur direkten Lagerung des Hohlrades 66 zu dem Gehäuseteil 28, weist das Hohlrad 66 in diesem Ausführungsbeispiel ein Hohlrad-Strukturteil 90 auf, welches teilweise in dem Hohlrad 66 eingebettet ist. Über das Hohlrad- Strukturteil 90 können die Lagerlasten aufgenommen und verteilt werden.

Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel das Hohlrad 66 als Abtriebskomponente ausgebildet. Dafür weist das Hohlrad 66 ein Stirnrad 82 auf, über welches dieses mit dem Hydraulikmodul 30 mechanisch verbunden ist.