Elektronische Steuereinheit, Bremsanordnung sowie Bremssystem

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit für eine Trommelbremse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Bremsanordnung nach Anspruch 9 sowie ein Bremssystem nach Anspruch 10.

Mit der Elektromobilität kommt eine höhere Verfügbarkeit von redundanter und leistungsfähiger Elektroversorgung innerhalb von Fahrzeugen einher. Daher macht es an dieser Stelle Sinn, von einer hydraulischen Bremse zu einer elektrischen Bremse zu wechseln. Dafür bietet sich die Nutzung einer Trommelbremse an. Eine Steuereinheit versorgt dann einen Elektromotor mit elektrischer Energie, verarbeitet Signale eines Kraftsensors und Signale eines Motorpositionssensors und steuert eine elektromagnetische Spule an. Wenn mehrere Baugruppen elektrisch zu einer Steuereinheit verbunden werden müssen, wird üblicherweise mit komplexen Stanzgittern (um mehrere Leiterplatten zu verbinden), nachgeschalteten Draht-Schweißprozessen und eingestichten Kontakten gearbeitet. Diese Vorgehensweise beinhaltet somit viele Einzelteile und damit viele Montageprozessschritte. Ähnliches gibt es auch auf Basis einer reinen Parkbremse mit einer Scheibenbremse.

Die bisherige Architektur bei Steuereinheiten von Trommelbremsen ist daher komplex und nicht besonders effizient, insbesondere auch in Bezug auf die Montage. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, diese Architektur - und damit auch den Montageprozess - zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.

Die Erfindung stellt eine Steuereinheit, insbesondere für eine Trommelbremse, mit folgenden Baugruppen vor:

- eine Spreizeinheit mit einem Getriebe,

- ein Motor, - mindestens eine Spule,

- mindestens ein Kraftsensor,

- ein Sperrklinkenrad und

- ein Winkelsensor, wobei die Steuereinheit eine einzige Hauptleiterplatte umfasst und die Baugruppen derart angeordnet sind, dass alle Bauteile direkt mit der Hauptleiterplatte verbunden sind.

Auch wenn die nachfolgenden Ausführungen sich auf Trommelbremsen beziehen, so sei verstanden, dass die erfindungsgemäße Steuereinheit auch in Verbindung bzw. zusammen mit einer anderen Bremse, beispielsweise einer Scheibenbremse, zur Anwendung kommen kann. Anstelle einer Spreizeinheit kann dann beispielsweise ein Rotations-Translationswandler mit einem Aktuator vorgesehen sein, welcher einen Reibbelag gegen einen Reibpartner pressen kann.

Dabei ist zu verstehen, dass insbesondere die elektronischen Komponenten der Bauteile direkt mit der Hauptleiterplatte verbunden sind. Dies betrifft insbesondere die Bauteile Motor, Spule, Kraftsensor und Winkelsensor bzw. die entsprechenden zugehörigen elektronischen Komponenten.

Unter einer Hauptleiterplatte ist dabei eine Leiterplatte zu verstehen, mit welcher eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen verbunden sind und welche die primären, wichtigen Berechnungen für die Steuerung der Betätigung der Trommelbremse, insbesondere der Steuerung des Motors, ausführt. Der Winkelsensor kann ebenfalls eine Leiterplatte umfassen, welche dann aber allein für den Winkelsensor genutzt wird. Die Hauptleiterplatte ist hingegen mit vielen verschiedenen elektronischen Bauteilen verbunden und sendet und empfängt Signale.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine Architektur möglich, welche nur eine einzige Hauptleiterplatte umfasst. Der Aufbau ist weniger komplex und umfasst weniger Einzelteile und Montageschritte. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine Kraftsensor entweder über eine elektrische Schnittstelle oder über eine sensorische oder magnetische Schnittstelle mit der Hauptleiterplatte gekoppelt. Besonders bevorzugt ist die elektrische Schnittstelle als ein oder mehrere direkte elektrische Einpresskontakte ausgebildet.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinheit ein Gehäuse aus faserverstärktem Kunststoff oder Leichtmetallguss auf. Kunststoff reduziert vorteilhaft die Kosten.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Kontaktstifte an der Hauptleiterplatte längliche Einpresszonen auf, um die durch die Einzelteile auftretenden Toleranzen ausgleichen zu können. In anderen Worten, die entsprechenden elektronischen Komponenten können über Kontaktstifte zur elektrischen Kontaktierung mit der Hauptleiterplatte verfügen. Hierdurch können die elektronischen Komponenten, beispielsweise der Winkelsensor, auch etwas entfernt von der Hauptleiterplatte angeordnet sein, und die Distanz kann durch die Kontaktstifte überbrückt werden.

Die Einpresszonen können besonders günstig in axialer Richtung länglich ausgebildet sein, also in Längsrichtung des Kontaktstifts. Dies ermöglicht es, Toleranzen der mechanischen Baugruppen noch besser auszugleichen. Hierzu kann die Ausdehnung der Einpresszonen in axialer Richtung wenigstens der Dicke der Hauptleiterplatte entsprechen, bevorzugt wenigstens dem 1 ,1 -fachen und besonders bevorzugt wenigstens dem 1 ,2-fachen der Dicke der Hauptleiterplatte.

Besonders bevorzugt findet an den Einpresszonen eine nachträgliche Kaltverschweißung statt. Als Kaltverschweissung ist dabei als ein Materialfluss unter Druck zu verstehen. Durch ihre größere Kontaktoberfläche und die nachträgliche Kaltverschweißung sind die Einpresszonen robuster und für die Achsanwendung besser geeignet. Achsanwendung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Bremsen direkt auf der Fahrzeugachse (Vorder- und Hinterachse) montiert sind. Damit sind sie ungefedert der Straßenbelastung ausgesetzt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der eine Kraftsensor direkt im Motor eingebettet oder vibrationsarm in einer Führung angeordnet. Wenn der Kraftsensor direkt im Motor eingebettet ist, wird er besonders bevorzugt mittels eines Klebers befestigt. Insbesondere bevorzugt erfolgt die Einbettung des Sensors mittels des Klebers während der Montage der Leiterplatte (PCB).

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine Kraftsensor an dem gegenüberliegenden Wellenende des Motors angeordnet. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteile, die sich vorteilhaft auf die Kompatibilität für das linke und rechte Rad auswirken.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Anschlussstecker der Einheit mittig in der Steuereinheit angeordnet. Dadurch ist eine Kompatibilität des Designs für beide Seiten des Fahrzeugs, also für ein linkes und ein rechtes Rad, gegeben.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Winkelsensor entweder ein Magnetsensor oder ein Targetrad. Der Magnetsensor umfasst bevorzugt einen Magneten am Wellenende des Motors und einen Sensor, welcher die Änderung des Magnetfelds ausgehend vom Magneten misst. Das Targetrad ist bevorzugt ein Drehwinkelsensor und ist als eine rotierende Metallplatte ausgebildet. Sie ist insbesondere bevorzugt segmentiert und sensiert induktiv mit einer Leiterplattenspule den Drehwinkel des Motors.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit kann in einem Gehäuse angeordnet sein oder ein Gehäuse umfassen und/oder von diesem umgeben sein. Vorzugsweise kann die Anordnung dabei derart gestaltet sein, dass eine zerstörungsfreie Demontage zumindest der Bauteile Motor, Spule, Kraftsensor, Winkelsensor und/oder der Hauptleiterplatte voneinander und/oder aus dem Gehäuse verhindert ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Ausbildung der Fügepartner unterstützt werden. Demzufolge ist kein zerstörungsfreier Zugang zu diesen Komponenten möglich. Damit kann die Erfindung auch einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit leisten und beispielsweise vorteilhaft im Sinne einer Cybersicherheit sein, da die elektronischen Komponenten kaum noch manipuliert werden können.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Steuereinheit kann mit einem Deckel verschlossen werden, wobei der Deckel vorzugsweise zerstörungsfrei demontierbar ist. Dadurch kann der Deckel, welcher typischerweise aus Kostengründen aus einem Kunststoff-Material gefertigt ist, auch sehr einfach durch einen Deckel aus einem strapazierfähigeren Material, beispielsweise aus einem Leichtmetall wie Aluminium, ersetzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Steuereinheit bzw. das Gehäuse spiegelsymmetrisch aufgebaut, insbesondere bezüglich der Montage- und Anschlusselemente. Auf diese Weise kann eine Montage sowohl an einem linken als auch an einem rechten Rad ermöglicht werden, also ein wechselseitiger Verbau, ohne dass Montage- und Anschlusselemente oder auch zugehörige Stecker oder Kabel entsprechend für eine Montage an einem linken oder rechten Rad unterschiedlich gestaltet sein müssen. Dies bringt weitere Kosteneinsparpotentiale.

Gemäß einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hauptleiterplatte in montierter Position am Rad in vertikaler Richtung gesehen über bzw. oberhalb der Bauteile, also oberhalb von Motor, Spule und/oder Sensoren, angeordnet. In anderen Worten, diese Bauteile weisen bei einer Hauptleiterplatte mit etwa horizontaler Ausrichtung in Richtung Boden. Dadurch können die Gewichtskräfte dieser Bauteile sehr einfach über das Gehäuse abgetragen werden und beaufschlagen kaum die Hauptleiterplatte, die quasi aufliegt. Dies wird auch vor dem Hintergrund einer radnahen Anordnung als positiv eingeschätzt, da die Steuereinheit mit zu den ungefederten Massen gehören kann, wodurch sie stärkeren Erschütterungen ausgesetzt sein kann. Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass ein Stecker-Anschlussmodul in vertikaler Richtung gesehen oberhalb der Hauptleiterplatte angeordnet ist. Durch diesen modularen Aufbau sind eine hohe Flexibilität und Variabilität in Bezug auf Änderungen gegeben.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die erfindungsgemäße Hauptleiterplatte ohne über die elektrische Kontaktierung der Bauteile hinausgehenden Durchgangsöffnungen, beispielsweise zur Durchführung bestimmter Vorrichtungen, ausgebildet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die Hauptleiterplatte nicht durch weitere Durchgangsöffnungen oder Bohrungen geschwächt wird, und zum anderen, dass der verfügbare Platz auf der Hauptleiterplatte weitestmöglich genutzt werden kann.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch eine Bremsanordnung. Die Steuereinheit umfasst dann ein Gehäuse aus faserverstärktem Kunststoff und die Bremsanordnung umfasst eine Bremstrommelgrundplatte und ist derart gestaltet, dass alle Kräfte der Antriebskomponenten durch die Bremstrommelgrundplatte aufgenommen werden.

Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Bremssystem mit einer zuvor beschriebenen Steuereinheit.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.

In schematischer Darstellung zeigen:

Fig. 1 : eine beispielhafte Darstellung der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform in Schnittansicht,

Fig. 2: eine beispielhafte Darstellung der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform in Schnittansicht, Fig. 3: eine beispielhafte Darstellung der Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform in Schnittansicht.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung der Erfindung in Schnittansicht in einer ersten Ausführungsform. Dargestellt ist eine elektronische Steuereinheit 1 für eine Trommelbremse umfassend eine Spreizeinheit 3 mit einem Getriebe 5, einem Motor 7, mindestens einer Spule 9, mindestens einen Kraftsensor 11 , ein Sperrklinkenrad 13 und ein Targetrad 15. Die Spreizeinheit 3 umfasst ihrerseits zwei Bremsschuhe 17 (bzw. Bremsbacken) mit einem Bremsbelag (nicht zu sehen), welche beim Bremsen gegen die Bremstrommel drücken. Alternativ zur Spule 9 kann auch ein einfacher DC-Motor eingesetzt werden. Zudem umfasst die elektronische Steuereinheit 1 auch eine Hauptleiterplatte 21 sowie eine Sensor-PCT 22, welche umspritzt ist und mit Einpresskontakten (nicht gezeigt) versehen ist. Die Sensor-PCB (kann auch als Motorpositions-PCB bezeichnet werden) 21 ist eine Leiterplatte zur Erfassung der Motor-Winkel-Position und wird auch für die Steuerung der Motorposition genutzt wird. Sie hat eine innere induktive Spule (nicht dargestellt). Mit dem Getriebe 5 und dem Motor 7 wird bei einer Bremsung die Spreizeinheit 3 bewegt und die Bremsschuhe 17 gegen die Bremstrommel gedrückt. Dabei werden Daten des Kraftsensors 11 einbezogen, um die gewünschte Bremskraft einzustellen bzw. einzuregeln. Mittels der Signale der Leiterplatte 22 wird somit der Motor 7 angesteuert und damit das Zuspannen der Bremse bewirkt. Das Sperrklinkenrad 13 weist eine Spule (nicht dargestellt) auf. Der Kraftsensor 11 liegt über oder unter dem Getriebe 5. Die Antriebswelle ist mit Bezugsziffer 33 bezeichnet.

Das Targetrad 15 (Drehwinkelsensor) ist eine rotierende Metallplatte. Sie ist meist segmentiert und sensiert induktiv mit einer Leiterplattenspule den Drehwinkel. Alternativ kann ein Magnetfeldsensor (siehe Fig. 2 und 3) genutzt werden.

Das Sperrklinkenrad 13 ist eine Art Zahnrad. Ein Stift („Klinke“) kann sich durch eine Magnetspule linear in die Zähne "einklinken" und damit das Drehen des Zahnrads blockieren. Damit wird ein Lösen der Bremse mechanisch verhindert. Die Baugruppen sind vorteilhafterweise so positioniert, dass sie ihren Gesamtschwerpunkt zentrisch zur Spreizeinheit 3 haben. Alle Bauteile werden vorzugsweise in einem Gehäuse 23 aus faserverstärktem Kunststoff oder Leichtmetallguss integriert. Alle Subkomponenten (Motor 7, Getriebe 5, Spule 9, Sperrklinkenrad 13, Targetrad 15, Hauptleiterplatte 21 und Sensor-Leiterplatte 22) sind bzw. werden somit im Gehäuse 23 befestigt. Bevorzugt werden die Kräfte der Antriebskomponenten durch die Bremstrommelgrundplatte aufgenommen. Dafür werden die mechanischen Komponenten mit der Bremstrommelgrundplatte 19 entweder verschraubt, verclincht, verschweisst etc. In diesem Fall sind somit die Teile alle jeweils einzeln mit der Bremstrommelgrundplatte 19 verbunden. Dies wird z.B. gemacht, wenn das Gehäuse 23 aus Kunststoff gefertigt ist. In dem Kunststoffgehäuse 23 wird dann nur die Elektronik (PCB und Stecker) „gehaust“. Alternativ werden die mechanischen Komponenten in ein Metallgehäuse 23 integriert. Dieses (Metallgehäuse) wiederum ist dann mit der Bremstrommelgrundplatte 19 verbunden.

Die jeweiligen elektrischen Kontaktierungen erfolgen vorzugsweise durch bekannte Einpresstechnik in der PCB / Hauptleiterplatte 21 . Alternativ sind auch andere Steck- oder spezielle materialumformende Kontakttechniken möglich (Schweißen, Quetschen etc.).

Idealerweise werden Kontaktstifte mit längeren Einpresszonen genutzt, um die Einzelteile auftretenden XYZ -Toleranzen ausgleichen zu können. Beispielsweise kann die Einpresszone (Z-Richtung) eine Länge von 2mm aufweisen. Durch ihre größere Kontaktoberfläche und die nachträgliche Kaltverschweißung sind die Einpresszonen robuster und für die Achsanwendung besser geeignet.

Als Sensoreinrichtung wird in Fig. 1 eine Kombination aus dem Targetrad 15 und der Sensorleiterplattenspule in der Sensor-PCB 22 genutzt.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Erfindung in Schnittansicht in einer zweiten Ausführungsform. Hier kann ein Motorsensor 25 direkt im Motor 7, z.B. mittels eines

Klebers, eingebettet werden. Somit ist er dann ein Teil des Motors 7. Dies geschieht vorzugsweise bei der Montage der Leiterplatte 21 (PCB). Der Motorsensor 25 ist bevorzugt als Magnetsensor ausgebildet. Alternativ zum Kleben des Sensors 25 sitzt er vibrationsarm in einer Führung im Motor 7. Der Kraftsensor 11 ist nicht elektrisch kontaktiert, sondern hat eine sensorische Schnittstelle (siehe nach unten zeigender Pfeil), an der mechanische Relativbewegungen erfasst werden.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Erfindung in Schnittansicht in einer dritten Ausführungsform. Die Motorsensorik 25 ist an dem Motor 7 gegenüberliegenden Wellenende platziert. Das mit der Bezugsziffer 25 bezeichnete Teil ist ein elektronisches Bauteil, welches die rotatorische Position des Wellenendemagneten 27 erfasst. Dadurch ist die Gesamtbaugruppe sehr symmetrisch zur Spreizeinheit 3 angeordnet. Dies bringt Bauraumvorteile, um eine für das linke und rechte Rad kompatible Einheit zu gewährleisten. Ferner ist der Anschlussstecker 29 der Einheit mittig in der Steuereinheit 1 platziert. Das aus Leichtmetall oder Kunststoff bestehende Gehäuse 23 ist mit einem Deckel 31 verschließbar bzw. wird mit einem Deckel 31 verschlossen. Dieser Deckel 31 umfasst ebenfalls Kunststoff oder Metall (z.B. ein Metallblech). Bei Verschluss des Gehäuses 23 mit dem Deckel 31 wird die Steuereinheit 1 abgedichtet. Alternativ wird kein Deckel verwendet, sondern ein Gehäuse 23 genutzt, welches zur Grundplatte 19 der Trommelbremse abgedichtet wird bzw. ist. Weiter alternativ kann die Steuereinheit 1 geclustert / gesplittet bzw. aufgeteilt werden in zwei separate abgedichtete Einheiten. In einer weiteren Alternative kann die Steuereinheit 1 um 180° gedreht an der Bremstrommelgrundplatte 19 angeordnet sein, so dass die Achse der Antriebswelle 33 nicht parallel zur Grundplatte 19 sondern senkrecht dazu positioniert ist. Die Sensoren 11 , 15, 25 werden bevorzugt entweder über elektrische direkte Einpresskontakte oder über eine sensorische oder magnetische Schnittstelle mit der Elektronik gekoppelt.

Sollte der Stecker 29, wie in Fig. 1 , Teil des Deckels sein und z.B. in die PCB 21 eingepresst werden, dann muss die PCB 21 unterstützt werden. Die Zylinder 35 verhindern somit die PCB 21 Durchbiegung während des Einpressvorganges + zentrieren / führen die PCB 21 für das Finden der Einpresszonen. Die in den Fig. Als schwarze gefüllte Kreise gezeichneten Komponenten sind Dichtungen 37. Die einzelnen in den Ausführungsformen gemäß den Figuren beschriebenen Designansätze lassen sich beliebig miteinander kombinieren. Die Erfindung beschreibt eine rein elektromechanische Radbremse (ohne Hydraulik) mit Fokus auf die Steuereinheit, welche eine erhöhte Marktwirtschaftlichkeit mit sich bringt. Dafür wird eine spezielle Anordnung der Baugruppe vorgeschlagen, welche eine direkte und einfache elektrische Bauteilansteuerung unterstützt. Die spezielle Kombination bzw. Anordnung der mechanischen Einzelkomponenten ermöglicht ein kompaktes und variables System mit nur einer (einzigen) einfachen Hauptleiterplatte zur elektronischen Verdrahtung, welches durch seine Symmetrieachse auf der linken und rechten Radseite kompatibel eingesetzt werden kann.

Bezugszeichenliste:

I Steuereinheit für eine Trommelbremse

3 Spreizeinheit

5 Getriebe

7 Motor

9 Spule

I I Kraftsensor

13 Sperrklinkenrad

15 Targetrad

17 Bremssschuhe (Bremsbacken)

19 Bremstrommel

21 Hauptleiterplatte

22 Sensor-PCB

23 Gehäuse

25 Motorsensor (Magnetsensor)

27 Wellenendemagnet

29 Anschlussstecker

31 Deckel

33 Antriebswelle

35 Zylinder

37 Dichtung