Titel:

Elektromechanischer Bremsdruckerzeuger mit einer Gewindetriebanordnung und Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen

Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeuges nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 9.

Ein elektromechanischer Bremsdruckerzeuger kann dabei ebenso als

Bremskraftverstärker eingesetzt werden, bei welchem eine eingegebene Bremskraft verstärkt wird. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger bzw. Bremskraftverstärker umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebseitigen Rotationsbewegung in eine

Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung bzw. Bremskraftverstärkung. Der einfachheitshalber wird sich im Folgenden lediglich auf einen

Bremsdruckerzeuger bezogen.

Zum Bremsen von Personen kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel vielfach 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 auf die

Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.

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

Hierbei wird, die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit mittels eines Elektromotors erzeugt. 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.

Stand der Technik

Aus der WO 2017/045804 Al ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in Fig. 1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auch auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker 1 umfasst eine Spindelmutter 2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dessen Betrieb die Spindelmutter 2 über ein Stirnrad 3 in eine Rotation versetzbar ist.

Die Spindelmutter 2 liegt mit einer Spindel 4 in einem Wirkeingriff vor, weshalb die Spindel 4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter 2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse 5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel 4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter 2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker 1 eine Lageranordnung 6 auf, mit welcher die Spindel 4 fest verbunden ist.

Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese

Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.

Aus der WO 2017/089008A1 ist eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger bekannt, welcher als

Fremdkrafterzeuger eine Bremskraft erzeugt, bei der der mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder lediglich als Sollwertgeber für den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger dient. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger kann damit auch unabhängig von dem mit Muskelkraft betätigbare Bremszylinder angesteuert werden, so dass auch in einem autonomen Fahrzustand eine Bremsung möglich ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit einer Gewindetriebanordnung anzugeben, bei welchem die Lebensdauer verlängert ist.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine

Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, welche über einen Elektromotor als Antrieb drehbar ist, und eine Spindelmutter, welche ein Spindelmuttergewinde aufweist, das mit einem Gewinde der Spindel zusammenwirkt, so dass die Spindelmutter mit Drehung der Spindel axial verschiebbar ist, wobei die Spindelmutter eine Verdrehsicherung aufweist, über welche die Spindelmutter bei Drehung der Spindel gegen Verdrehung gesichert ist.

Als Gewindetriebanordnung wird sowohl ein reiner Spindeltrieb, bei welchem die Spindelmutter in direktem Kontakt mit der Spindel ist, als auch ein

Kugelgewindetrieb, verstanden. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe mit zwischen Spindel und Spindelmutter eingefügten Kugeln. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie findet nicht wie beim reinen Spindeltrieb zwischen Gewinde-Nut und -Damm, sondern über die Kugeln statt.

Die Spindelmutter ist gemäß der Erfindung aus zwei axialen Teilstücken gebildet, wobei ein erstes Teilstück die Verdrehsicherung und ein zweites Teilstück das Spindelmuttergewinde aufweist, wobei beide Teilstücke in einem Kontaktbereich derart kraftschlüssig miteinander Zusammenwirken, dass ein einem Drehmoment der Spindel entgegenwirkendes Gegendrehmoment auf das zweite Teilstück übertragbar ist und ab einem vorbestimmten Drehmoment der Spindel beide Teilstücke relativ zueinander drehbar sind.

Die Spindelmutter ist demnach aus zwei einzelnen Spindelmutterteilen gebildet. Diese Teilstücke formen dabei einen getrennten axialen Bereich der

Spindelmutter aus. Das erste Teilstück der Spindelmutter bildet dabei die Verdrehsicherung der Spindelmutter aus, wohingegen das zweite Teilstück das Spindelmuttergewinde ausbildet. Dementsprechend weist das erste Teilstück kein Gewinde auf, wohingegen das zweite Teilstück keine eigene

Verdrehsicherung aufweist. Die Funktionen der Spindelmutter sind somit durch zwei unabhängige Teilstücke ausgebildet, die lediglich über einen Kontaktbereich miteinander Zusammenwirken.

Als Kontaktbereich im Sinne der Erfindung wird der Bereich verstanden, bei welchem sich die beiden Teilstücke berühren. Nur in diesem Bereich kann eine Kraft zwischen den Teilstücken übertragen werden. Um eine Kraft bzw. ein Drehmoment zwischen den beiden Teilstücken übertragen zu können sind diese kraftschlüssig miteinander verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung setzt eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Ihre gegenseitige Verschiebung ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Der Kraft- beziehungsweise Reibschluss ist verloren und die Flächen rutschen aufeinander, wenn die tangential wirkende Kraft größer als die Haftreibungskraft ist.

Durch eine solche Verschiebung drehen sich die beiden Teilstücke relativ zueinander. Das Drehmoment, ab welchem sich die Teilstücke relativ zueinander drehen ist dabei durch entsprechende Auslegung vorbestimmt, so dass ein das Bauteil potentiell gefährdendes Drehmoment reduziert beziehungsweise eliminiert werden kann. Solche Drehmomente können kurzzeitig in Form von Überlastspitzen auftreten. In der Regel sollen solche Drehmomente jedoch nicht Vorkommen. Durch die zweiteilige Spindelmutter können diese Überlastspitzen jedoch reduziert oder eliminiert werden. Dadurch wird die Lebensdauer der gesamten Gewindetriebanordnung erhöht. Zusätzlich können dadurch auch kostengünstigere Materialien eingesetzt werden, da die Überlastspitzen wesentlich reduziert sind.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das vorbestimmte

Drehmoment der Spindel über die Beschaffenheit des Kontaktbereiches einstellbar. Unter der Beschaffenheit wird jede Eigenschaft des Kontaktbereiches verstanden, welche das vorbestimmte Drehmoment beeinflusst, ab welchem sich beide Teilstücke relativ zueinander verdrehen. Beispielsweise wird unter der Beschaffenheit die Formgebung oder die Rauigkeit der Teilstücke in dem Kontaktbereich verstanden. Diese können dabei derart angepasst werden, um ein vorbestimmtes Drehmoment zu erzielen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der

Kontaktbereich in wenigstens einer Drehrichtung der Spindel eine steigende Flanke auf, so dass beide Teilstücke mit relativer Verdrehung zusätzlich axial zueinander verschiebbar sind. Unter einer steigenden Flanke im Sinne der Erfindung wird eine Kontur im Kontaktbereich der Teilstücke verstanden, bei welcher sich mit zunehmenden Bogenwinkel der Kontaktbereich in axialer Richtung in einer reellen Größe verändert. Dadurch werden die Teilstücke zusätzlich axial zueinander verschoben beziehungsweise die gesamte axiale Länge der Spindelmutter wird verändert. Die Größe der Steigung der steigenden Flanke ist dabei derart gewählt, dass keine formschlüssige Verbindung zwischen den Teilstücken entsteht.

Bevorzugt ist die steigende Flanke wenigstens derart gewählt, dass diese in einer Belastungsrichtung der Spindelmutter dem Drehmoment der Spindel entgegenwirkt. Dadurch können die steigenden Flanken bei einer Überlastung aneinander abrutschen. Durch eine Erhöhung der Steigung wird die

Tangentialkraft entlang der Kontur verringert, so dass ein höheres Gegendrehmoment erzeugt werden kann. Zusätzlich ermöglicht die steigende Flanke bei einem Unterschreiten des vorbestimmten Drehmomentes ein zurückdrehen der beiden Teilstücke, so dass die Überlastspitzen dauerhaft kompensiert werden können.

Vorzugsweise ist das vorbestimmte Drehmoment der Spindel über eine auf den Kontaktbereich wirkende Normalkraft einstellbar. Durch die Größe der

Normalkraft die auf die Teilstücke wirkt, kann das vorbestimmte Drehmoment, bei welchen die Teilstücke relativ zueinander drehbar sind, eingestellt werden. Dazu ist in einer vorteilhaften Weiterbildung die Normalkraft über wenigstens eine auf das erste Teilstück wirkende Tellerfeder aufgebracht. Eine Tellerfeder hat den Vorteil, dass diese wenig axialen Bauraum benötigt, so dass der Bauraum nicht wesentlich vergrößert werden muss. Bevorzugt sind mehrere Tellerfeder angeordnet, die gegeneinander verspannt sind und in Form eines

Tellerfederpakets ausgebildet sind.

Die Tellerfeder ist vorteilhafterweise zwischen dem ersten Teilstück und einer mit dem zweiten Teilstück drehfest verbundenen topfförmigen Spannhülse angeordnet. Durch die Spannhülse wird das erste Teilstück somit gegen das zweite Teilstück verspannt. Dadurch kann somit auf einfache Weise eine

Normalkraft auf den Kontaktbereich aufgebracht werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung bildet die Spannhülse einen

Anschlagbereich für die Verdrehsicherung aus, so dass die maximale

Verdrehung der beiden Teilstücke zueinander begrenzt ist. Unter einem

Anschlagbereich im Sinne der Erfindung wird dabei ein Bereich der Spannhülse verstanden, gegen welchen die Verdrehsicherung bei einer maximalen

Verdrehung anschlägt, so dass eine weitere Verdrehung des zweiten Teilstückes verhindert wird. Dadurch wird eine weitere Verdrehung des zweiten Teilstückes über die Spannhülse vermieden. Die maximale Verdrehung des zweiten

Teilstückes kann dadurch auf einfache Weise begrenzt werden.

Der Anschlagbereich ist vorzugsweise in Form eines rechteckigen Ausschnittes in der Spannhülse gebildet, der sich über einen bestimmten Winkelbereich der Spannhülse erstreckt. Durch diesen rechteckigen Ausschnitt tritt die

Verdrehsicherung des ersten Teilstückes.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist das erste Teilstück und/oder das zweite Teilstück aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Kunststoffe haben den Vorteil, dass diese kostengünstig sind und gegenüber beispielsweise Metall ein geringes Gewicht aufweisen. Dadurch kann eine Gewindetriebanordnung bereitgestellt werden, welche ein geringeres Gewicht aufweist und die

wirtschaftlicher herstellbar ist.

Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.

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

Figur 1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten

elektromechanischen Bremskraftverstärkers,

Figur 2 Vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der

Technik bekannten hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,

Figur 3 Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer

Gewindetriebanordnung für einen erfindungsgemäßen

elektromechanischen Bremsdruckerzeuger, und

Figur 4 Perspektivische Rückansicht des in Figur 3 gezeigten

Ausführungsbeispiels. In Figur 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 und eine Kolben-/Zylindereinheit 18. Die Kolben-/Zylindereinheit 18 und der elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 sind beide hydraulisch mit einer Bremshydraulik 22 verbunden, welche hier nur als Kasten dargestellt ist.

Die Bremshydraulik 22 wird durch verschiedene Ventile und weiterer

Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen

Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Um das Fahrzeug abbremsen zu können, ist die Bremshydraulik 22 zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 26 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 26 aufbringbar ist.

Die Kolben-/Zylindereinheit 18 wird mit Muskelkraft über ein Bremspedal 30 betätigt. Im Gegensatz dazu wird die Bremskraft des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 über einen Elektromotor 34 erzeugt. Dazu ist der Elektromotor 34 mit einem Getriebe 38 verbunden über welches eine

Gewindetriebanordnung 42 angetrieben wird. Die Gewindetriebanordnung 42 ist mit einem in einem Hydraulikzylinder 44 angeordneten Hydraulikkolben 46 verbunden, so dass ein Bremsdruck erzeugbar ist.

In Figur 3 ist eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gewindetriebanordnung 42 für einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremsdruckerzeuger 14 kann dabei in dem in Figur 2 gezeigten hydraulischen Bremssystem 10 eingesetzt werden. Die Gewindetriebanordnung 42 umfasst eine Spindel 50, welche über den Elektromotor 34 drehbar ist. Die Spindel 50 ist über ein Lager 54, welches in einem Bereich eines axialen Endes der Spindel 50 angeordnet ist, gelagert. Die Spindel 50 ist teilweise von einer Spindelmutter 58 umgeben, mit welcher die Spindel 50 zusammenwirkt.

Die Spindelmutter 58 weist zwei axiale Teilstücke 58a, 58b auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Teilstücke 58a, 58b aus Kunststoffmaterial ausgebildet. Ein erstes Teilstück 58a weist eine Verdrehsicherung 62 auf. Die Verdrehsicherung 62 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form von zwei Drehmomentstützen ausgebildet, welche in radialer Richtung von dem ersten Teilstück 58a abragen. Die Drehmomentstützen greifen dabei in Längsnuten 66 (siehe auch Figur 4) in einem Gehäuse 70 der Gewindetriebanordnung 42 ein, so dass das erste Teilstück 58a gegen Verdrehung gesichert ist.

Ein zweites Teilstück 58b bildet ein Spindelmuttergewinde 74 aus, welches mit einem Gewinde 78 der Spindel 50 im Eingriff ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Teilstück 58b in einer Hülse 82 angeordnet, welche das zweite Teilstück 58b in einem Bereich außenseitig umgibt. Die Hülse 82 bildet in diesem Ausführungsbeispiel dabei einen Hydraulikkolben zum Verdrängen der

Bremsflüssigkeit aus.

Das zweite Teilstück 58b liegt in einem Kontaktbereich 86 axial an dem ersten Teilstück 58a an. Der Kontaktbereich 86 weist in diesem Ausführungsbeispiel steigende Flanken 90 auf. Im Anschluss an die steigenden Flanken 90 ist ein axial verlaufender Versprung 94 ausgebildet. Der Kontaktbereich 86 ist durch die steigenden Flanken 90 und den Versprung 94 in Form eines Sägezahnprofils ausgebildet. Die steigenden Flanken 90 verlaufende dabei derart, dass bei einer Drehrichtung 98 der Spindel 50, bei welcher die Spindelmutter 58 sich in Richtung eines Gehäuseinneren bewegt, über diese Flanken 90 ein dem

Drehmoment der Spindel 50 entgegenwirkendes Gegendrehmoment aufbringbar ist.

Damit eine kraftschlüssige Verbindung im Kontaktbereich 86 möglich ist, muss eine Normalkraft aufgebracht sein. Diese Normalkraft wird über eine Mehrzahl an Tellerfedern 102 realisiert, welche in Form eines Tellerfederpakets ausgebildet sind. Die Tellerfedern 102 sind zwischen dem ersten Teilstück 58a und einer topfförmigen Spannhülse 106 angeordnet. Die Spannhülse 106 umgibt dabei das erste Teilstück 58a außenseitig und ist mit dem zweiten Teilstück 58b fest verbunden. Um eine axiale Bewegung der Spannhülse 106 im Gehäuse 70 zu ermöglichen, ist in dem Gehäuse 70 eine entsprechende zylinderförmige Nut 110 ausgebildet. Bei der Bewegung der Spindelmutter 58 in Richtung Gehäuseinneres wird eine Belastung von einer beispielsweise verdrängten Bremsflüssigkeit auf die Spindelmutter 58 übertragen. Um kurzfristig erhöhte Belastungen zu

kompensieren, können sich die beiden Teilstücke 58a, 58b bei einem

vorbestimmten Drehmoment relativ zueinander drehen. Es kommt somit in dem Kontaktbereich 86 zu einer Rutschbewegung der beiden Teilstücke 58a, 58b zueinander. Durch die Drehbewegung der Teilstücke 58a, 58b zueinander, werden die Teilstück 58a, 58b zusätzlich axial zueinander verschoben.

Durch die axiale Verschiebung wird die Tellerfeder 102 in der Spannhülse 106 komprimiert, so dass die Normalkraft und das vorbestimmte Drehmoment zusätzlich erhöht werden. Dadurch kommt es bei einer Reduzierung des

Drehmomentes der Spindel 50 zu einer rückstellenden Verdrehung der

Teilstücke 58a, 58b, so dass eine Kompensation der Überlastspitzen weiterhin erhalten bleibt.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Rückansicht des in Figur 3 gezeigten

Ausführungsbeispiels. In dieser Figur ist deutlich die Erstreckung der Längsnut 66 zu erkennen, in die die Verdrehsicherung 62 des ersten Teilstückes 58a eingreift. Zusätzlich zeigt die Figur einen Anschlagbereich 114 für die

Verdrehsicherung 62. Der Anschlagbereich 114 ist dabei in Form eines rechteckigen Ausschnittes ausgebildet, welcher in der Spannhülse 106 eingebracht ist. Bei einer relativen Verdrehung der beiden Teilstücke 58a, 58b zueinander, verdrehen sich ebenso die Verdrehsicherung 62 und die Spannhülse 106 zueinander. Ab einer bestimmten relativen Verdrehung kommt die

Verdrehsicherung 62 mit dem Anschlagbereich 114 in Kontakt, so dass eine weitere Verdrehung des zweiten Teilstückes 58b nicht möglich ist und dieses Teilstück 58b gegen eine weitere Verdrehung gesichert ist. Durch die Größe des Anschlagbereichs 114 bzw. des Ausschnittes ist die maximale Verdrehung der beiden Teilstücke 58a, 58b dadurch begrenzt.