AT520430B1 - Fahrzeug mit einem Elektroantrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb und einem Bremssystem, das als Lamellenbremssystem mit zumindest einem Bremslamellenpaket (1) mit einer Mehrzahl von in einer Axialrichtung (4) hintereinander angeordneten Bremslamellen ausgebildet ist. Das Bremslamellenpaket (1) ist zur Gänze in einem Gehäuse (14) eingekapselt, mit dem das Bremslamellenpaket (1) zur Gänze von der Umgebung abgeschottet ist, sodass kein Feinstaub in die Umgebung emittiert werden kann und/oder dass zumindest ein Bremslamellenpaket (1) ist in ein Doppelkupplungs-Differential des Fahrzeugs integriert.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb und einem Bremssystem, das als Lamellenbremssystem mit zumindest einem Bremslamellenpaket (1) mit einer Mehrzahl von in einer Axialrichtung (4) hintereinander angeordneten Bremslamellen ausgebildet ist.

[0002] Neue Antriebskonzepte im Bereich der E-Mobility ziehen auch neue Anforderungen an die weiteren Komponenten von Kraftfahrzeugen, wie z.B. Elektroautos oder Hybridautos. Insbesondere bei Elektroautos sollen die Wartungen für Bremsen auf Null reduziert werden, da in absehbarer Zeit autonome Fahrzeuge auf unseren Straßen unterwegs sein werden. Dies wiederum bedingt auch, dass der individuelle Einfluss auf die Bremsfunktion geringer wird. Zudem leiden Elektrofahrzeuge nach wie vor an der geringen Reichweite. Diese kann erhöht werden, wenn die Komponenten und Systeme des Fahrzeugs leichter werden bzw. wenn der Reku-perationsanteil steigt.

[0003] Das Unternehmen Continental hat dazu bereits Lösungskonzept für Elektrofahrzeuge vorgestellt. Für die speziellen Anforderungen dieser Fahrzeuge hat Continental das sogenannte New Wheel Concept entwickelt. Hierbei besteht die Felge aus zwei Aluminiumteilen (AI), dem inneren Al-Tragstern sowie der Al-Bremsscheibe und dem äußeren Al-Felgenbett mit dem Reifen. Anders als bei herkömmlichen Radbremsen greift die Bremse beim diesem Konzept von innen in die Al-Scheibe ein. Damit kann sie einen deutlich größeren Durchmesser haben als konventionelle Systeme, was den Einsatz einer Aluminiumscheibe ohne Bremsleistungsverlust erlaubt (https://www.continental-corporation.com/de/presse/pressemitteilungen/innovatives-rad-konzept-und-bremskonzept-fuer-elektrofahrzeuge-92494).

[0004] Nachdem der Elektroantrieb an sich ein sauberer Antrieb ist, werden dieselben Anforderungen an die Umweltverträglichkeit auch an die weiteren Systeme und Komponenten von Kraftfahrzeugen gestellt. Bremsen bieten hier ein Potential, da herkömmliche Bremsen systembedingt Feinstaub emittieren. Feinstaub durch Pkw-Bremsbeläge ist gefährlich. Der Anteil an Feinstaub verursacht durch Reifenabrieb und Bremsbeläge liegt höher als der durch Dieselabgase. (Aufteilung Reifenabrieb/Bremsabrieb ca. 50/50%). Der Abrieb von Bremsbelägen bei Kraftfahrzeugen ist hochgiftig. Enthalten sind unter anderem Metallverbindungen wie Antimon, Barium und Kupfer, die toxisch sind. Gelangen sie in die Lunge, können sie Entzündungen oder gar Krebs auslösen.

[0005] Die DE 43 00 445 A1 beschreibt eine selbsttragende Antriebsachse mit einem Elektromotor und einem Differentialgetriebe, von dessen beiden Ausgängen jeweils eine Abtriebswelle zu einem der beiden Enden der Antriebsachse führt, wobei der Elektromotor als tragendes Bauteil der Antriebsachse ausgebildet und koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet ist, wobei der Elektromotor eine Hohlwelle aufweist, die mit dem Eingang des Differentialgetriebes trieb-lich verbunden ist und durch die hindurch eine der Abtriebswellen geführt ist. Auf den beiden Abtriebswellen kann jeweils eine Lamellenbremse angeordnet sein.

[0006] Aus der DE 10 2013 107 805 A1 ist ein Bremssteuerungssystem einer mobilen Arbeitsmaschine bekannt. Dieses ist mit einer als Federspeicherbremse ausgebildeten, einkreisigen Bremseinrichtung versehen, die als Betriebsbremse arbeitet. Die Federspeicherbremse kann als Lamellenbremse mit abwechselnd angeordneten drehfesten Bremslamellen als Bremsstator und rotierenden Bremslamellen als Bremsrotor ausgebildet sein.

[0007] Die DE 33 19 152 A1 beschreibt eine Vortriebs-Regeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einachsigem Antrieb, die nach dem Prinzip arbeitet, ein jeweils zum Durchdrehen neigendes angetriebenes Fahrzeugrad durch elektronisch gesteuerte Aktivierung einer diesem Rad zugeordneten hydraulischen Bremse so weit zu verzögern, dass der Schlupf der angetriebenen Fahrzeugräder stets innerhalb eines sowohl mit guter Vortriebsbeschleunigung als auch mit guter Fahrstabilität verträglichen Wertebereiches bleibt, wobei in Regelphasen der Vortriebs-Regeleinrichtung die Druckbeaufschlagung der jeweiligen Bremsen aus einer Hilfsdruckquelle erfolgt, und wobei für jedes angetriebene Fahrzeugrad zusätzlich zu der im Rahmen der Fahr bremsanlage vorgesehenen Radbremse eine weitere hydraulische Bremse vorgesehen ist, die durch ventilgesteuerten Anschluss an die Hilfsdruckquelle aktivierbar ist, wobei die Zusatzbremsen auf das Ausgangsdruckniveau einer am Fahrzeug ohnehin vorhandenen Druckquelle ausgelegt sind. Die Zusatzbremsen können als Lamellenbremsen ausgebildet sein, mit mindestens zwei zwischen Statorlamellen angeordneten Rotorlamellen.

[0008] Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, das Bremssystem bei einem Fahrzeug mit Elektroantrieb zu verbessern.

[0009] Diese Aufgabe wird bei dem genannten Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Bremslamellenpaket zur Gänze in einem Gehäuse eingekapselt ist, mit dem das Bremslamellenpaket zur Gänze von der Umgebung abgeschottet ist, sodass kein Feinstaub in die Umgebung emittiert werden kann und/oder dass zumindest ein Bremslamellenpaket in ein Doppelkupplungs-Differential des Fahrzeugs integriert ist.

[0010] Von Vorteil ist dabei, dass damit die erforderlichen Betätigungskräfte für die Bremse verringert werden können, wodurch dieses Bremssystem für elektrische Direktbetätigungen besser geeignet ist, als herkömmliche Bremssysteme, die derzeit in Fahrzeugen eingesetzt werden und die zumindest eine Hydraulikunterstützung aufweisen. Die elektrische Direktbetätigung hat positive Auswirkungen auf eine komfortable Realisierung von Brake by wire, ABS, ESP, Torque-Vectoring, Steer by brake, etc. Somit kann das Lamellenbremssystem besser in die Systeme eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb integriert werden.

[0011] Dadurch, dass das Bremslamellenpaket zur Gänze in einem Gehäuse eingekapselt ist, können durch die Einhausung der Lamellenbremse Emissionen in Hinblick auf Feinstaub und Lärm deutlich reduziert werden, bei Feinstaub sogar auf Null. Damit gelangt kein Feinstaub auf die Felgen, wie dies bei heutigen Fahrzeugen beobachtet werden kann. Durch die Einkapselung des Lamellenpakets kann zudem ein Bremssystem zur Verfügung gestellt werden, das auf Lebenszeit des Fahrzeugs wartungsfrei ist. Dies ist insbesondere für Fahrzeugflottenbetreiber von Vorteil. Die Einkapselung führt auch dazu, dass die Bremse unabhängig wird von Nässe, Eis, Salz, Umgebungsschmutz, etc. Ferner ist die Bremse als gekapseltes „Bremsmodul“ beliebig im Antriebsstrang positionierbar, wodurch die Variabilität für den Autobauer verbessert werden kann.

[0012] Es ist aber auch möglich, dass zumindest ein Bremslamellenpaket in ein Doppelkupp-lungs-Differential eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremsfunktion und die volle Torque-Vectoring Funktion in ein Achsmodul integriert werden kann.

[0013] Gemäß einer Ausführungsvariante des Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass auf dem Gehäuse Kühlrippen angeordnet sind. Es kann damit die Wärmeabfuhr verbessert werden, wodurch die Dauerbelastbarkeit des Bremssystems auch ohne direkte Kühlung der Lamellen verbessert werden kann.

[0014] Vorzugsweise verlaufen dabei nach einer Ausführungsvariante die Kühlrippen schräg zur Axialrichtung, wodurch die Kühlleistung durch definierte Luftführung verbessert werden kann.

[0015] Das Bremslamellenpaket mit dem Gehäuse kann nach einer anderen Ausführungsvariante in einer Radnabe angeordnet sein, wobei gemäß einer weiteren Ausführungsvariante jedes Rad ein eigenes Bremslamellenpaket mit dem Gehäuse in der Radnabe aufweist. Es kann damit die Bremskraftverteilung auf die einzelnen Räder besser aufgeteilt werden. Zudem sind damit kleinere Bremslamellenpakete einsetzbar.

[0016] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0017] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: [0018] Fig. 1 ein Bremslamellenpaket in Schrägansicht; [0019] Fig. 2 eine Außenlamelle des Bremslamellenpakets; [0020] Fig. 3 eine Innenlamelle des Bremslamellenpakets; [0021] Fig. 4 die Anordnung des Bremslamellenpakets in einer Radnabe; [0022] Fig. 5 die nicht erfindungsgemäße Anordnung des Bremslamellenpakets in einer E-

Achse; [0023] Fig. 6 die Anordnung des Bremslamellenpakets in einem Doppelkupplungs-Differential integriert; [0024] Fig. 7 eine andere Ausführungsvariante der Anordnung des Bremslamellenpakets.

[0025] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0026] In den Fig. 1 bis 3 sind ein Bremslamellenpaket 1, eine Außenlamelle 2 und eine Innenlamelle 3 des Bremslamellenpakets 1 dargestellt. Das Bremslamellenpaket 1 weist mehrere Außenlamellen 2 und mehrere Innenlamellen 3 auf, die auch als Bremslamellen bezeichnet werden können. Die Außenlamellen 2 sind in einer Axialrichtung 4 abwechselnd mit den Innenlamellen 3 angeordnet. Über einen entsprechenden Betätigungsmechanismus sind die Innenlamellen 3 relativ zu den Außenlamellen 2 in der Axialrichtung 4 verstellbar, sodass zwischen den Innenlamellen 3 und den Außenlamellen 2 ein Reibschluss ausgebildet wird.

[0027] Die Innenlamellen 3 weisen einen zumindest annährend ringförmigen Grundkörper 5 mit einer ersten Oberfläche 6 und einer dieser in der Axialrichtung 4 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 7 auf. Auf der ersten und/oder der zweiten Oberfläche 6, 7 ist jeweils zumindest ein Reibbelag 8 angeordnet. Die Innenlamellen 3 sind also sogenannte Belaglamellen.

[0028] Es ist aber auch möglich, dass die Innenlamellen 3 keine Reibbeläge 8 aufweisen.

[0029] Die Reibbeläge 8 können dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein.

[0030] Die Außenlamellen 2 weisen ebenfalls einen zumindest annährend ringförmigen Grundkörper 9 auf, der allerdings frei von Reibbelägen ist. Die Außenlamellen 2 sind also die sogenannten Gegenlamellen, die in Reibschluss mit den Reibbelägen 8 der Innenlamellen 3 verbracht werden können.

[0031] Es ist aber auch möglich, dass auf einer der beiden Oberflächen 10, 11 der Außenlamellen 2 Reibbeläge 8 angeordnet sind, insbesondere wenn auf den Innenlamellen 3 keine Reibbeläge 8 angeordnet sind.

[0032] Der oder die Reibbeläge 8 kann/können durch Sinterreibbeläge oder harzgebundene Reibbelage gebildet sein, wie sie prinzipiell für Reiblamellen aus dem Stand der Technik bekannt sind.

[0033] Die Gegenlamellen können aus Stahl oder Aluminium, etc. bestehen. Ebenso kann der Grundkörper der Innenlamellen aus Stahl oder Aluminium, etc. bestehen.

[0034] Die Innenlamellen 3 sind drehfest mit einem ersten Bauteil, beispielsweise einer Welle, verbunden. Dazu können die Innenlamellen 3 an einer radial inneren Stirnfläche radial nach innen vorragende Vorsprünge 12 aufweisen, die in entsprechende Ausnehmungen des ersten Bauteils eingreifen.

[0035] Die Außenlamellen 2 sind mit einem zweiten Bauteil, das beispielsweise ein Gehäuse sein kann, drehfest verbunden. Dazu können die Außenlamellen 2 an einer radial äußeren Stirnfläche radial nach außen ragende Vorsprünge 13 aufweisen, die in entsprechende Ausnehmungen an einer radial inneren Oberfläche des zweiten Bauteils eingreifen können.

[0036] Das Bremslamellenpaket 1 ist Teil eines Bremslamellenreibsystems in einem nicht dargestellten Fahrzeug. Dieses Fahrzeug weist neben dem Bremslamellenpaket 1 auch einen Elektromotor als Antrieb auf. Dieser Elektromotor kann dabei der Hauptantrieb (Elektroauto) oder eine Nebenantrieb (Hybridauto) sein.

[0037] In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einem Fahrzeug gezeigt, bei dem das Bremslamellenpaket 1 (in Fig. 2 nicht sichtbar) in einem Gehäuse 14 eingekapselt sind.

[0038] Das Gehäuse 14 kann als Blechhaube ausgeführt sein, beispielsweis aus Stahl oder einem Leichtmetall, wie z.B. Aluminium.

[0039] Mit dem Gehäuse 14 wird das Bremslamellenpaket 1 zur Gänze von der Umgebung abgeschottet, sodass kein Feinstaub in die Umgebung emittiert werden kann. Das Gehäuse 14 kann aber einen zumindest annähernd zentrischen Durchbruch zur Aufnahme einer Welle oder beispielsweise einer Radachse oder eines Achsstummels aufweisen. Damit kann das gekapselte Bremslamellenpaket 1 an einer Radnabe im Bereich einer Radfelge 15 angeordnet und mit dieser verbunden werden, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist.

[0040] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass auf dem Gehäuse 14 Kühlrippen 16 angeordnet bzw. einstückig damit ausgebildet sind.

[0041] Prinzipiell können die Kühlrippen 16 in der Axialrichtung 4 des Bremslamellenpakets 1 (Fig. 1) verlaufend ausgebildet sein. Bevorzugt weisen die Kühlrippen 16 aber einen in zur Axialrichtung 4 schrägen Verlauf auf, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Sie können dabei ebenfalls gerade verlaufend ausgebildet sein. Ebenso können sie einen gekrümmten Verlauf aufweisen.

[0042] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass jedes Rad ein eigenes Bremslamellenpaket 1 mit dem Gehäuse 14 in der Radnabe aufweist. Somit kann also beispielsweise jeder Bereich der Radnabe wie in Fig. 4 dargestellt ausgebildet sein.

[0043] In Fig. 5 ist schematisch dargestellt, dass zumindest ein Bremslamellenpaket 1 an der E-Achse 17 (elektrischer Achsantrieb) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Insbesondere zeigt diese nicht unter den Schutzbereich fallende Ausführungsvariante nach Fig. 5 jeweils ein Bremslamellenpaket 1 unmittelbar vor und unmittelbar nach einem Differential 18 des Kraftfahrzeugs. Das Differential 18 ist mit einem Elektromotor 19 verbunden.

[0044] Die Bremslamellenpakete 1 können in Gehäusen 14 eingekapselt sein, wie dies voranstehend zu Fig. 4 beschrieben wurde. Die entsprechenden Ausführungen zum Gehäuse 14 können daher auch bei dem Fahrzeug nach Fig. 5 zutreffend sein.

[0045] Generell können die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 für alle Ausführungsvarianten des Fahrzeugs gelten.

[0046] Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Fahrzeugs nach Fig. 5 mit dem Bremslamellenpaket 1. Bei dieser Ausführungsvariante ist das Bremslamellenpaket 1 in das Differential 18, das insbesondere ein Doppelkupplungs-Differential ist (Twinster Technik), des Fahrzeugs integriert. Es kann damit ein Kraftschluss über zwei Reiblamellenkupplungen, welche im Sinne einer Torque Vectoring Regelung den Fahrsituationen entsprechend aktiviert werden können, realisiert werden. Damit kann das Differential, insbesondere das Doppelkonus-Differential, die Bremskraftverteilung und die ABS Funktion und große Bremsleistungen übernehmen. Das Fahrzeug kann in Verbindung mit dem Motor, der vorzugsweise wieder als Elektromotor 19 ausgeführt ist, ein weiteres Bremslamellenpaket 1 aufweisen, das in Fig. 6 links dargestellt ist. Diese bildet die Hauptbremse, die das Stillsetzen des Elektromotors 19 und leichte Bremsungen übernehmen kann.

[0047] Auch bei dieser Ausführungsvariante des Fahrzeugs können die Bremslamellenpakete 1 in Gehäusen 14 eingekapselt sein, wie dies voranstehend zu Fig. 4 beschrieben wurde. Die entsprechenden Ausführungen zum Gehäuse 14 können daher auch auf die Ausführungsvariante des Fahrzeugs nach Fig. 6 zutreffend sein.

[0048] Die Ausführungsvariante nach Fig. 6 weist also zumindest ein Bremslamellenpaket 1 für die Fahrzeugantriebsachsen auf. Die Umsetzung der Differentialfunktion durch jeweils eine Reibanordnung erfolgt pro Fahrzeugradseite. Es ist damit möglich, dass zur Bremsung die Antriebsseite gebremst und/oder blockiert wird. Die Reibanordnungen je Radseite werden ebenfalls gebremst und/oder blockiert. Die Bremsleistung kann zwischen der Anordnung der Antriebsseite und denen an der Radseite verteilt werden. Vorzugsweise werden die Anordnungen der Radseiten immer im Schlupf betrieben, um die individuelle Ansteuerung der Räder und damit die ABS und ESP Funktion sicherzustellen. Es ist weiter bevorzugt, wenn die Anordnungen je nach Ausführung als Klaue, Lamellenbremse, im Achsgehäuse oder im Bedarf Öl gekühlt ausgeführt werden. Eine besondere Ausführung ist es, das Bremslamellenpaket 1 an der Antriebsseite durch eine Anordnung direkt an dem Elektromotor zu realisieren, z.B. als verschiebbaren Kegelrotor in einem Kegelstator und entsprechend relativen Reibflächen.

[0049] Mit dem Bremslamellenpaket 1 ist es generell möglich, das Bremssystem des Fahrzeugs rein elektrisch zu betätigen, da nur eine geringe Aktuierungskraft erforderlich ist.

[0050] Generell kann das Bremslamellenpaket 1 innen oder außen drehend ausgeführt sein, wobei innen drehend jedoch bevorzugt wird.

[0051] Die Aktuierung des Bremslamellenpakets 1 kann auf jede geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Aktuierung mittels eines Axialfluss-Reluktanzmotors erfolgen. Weiter kann ein Wolfromgetriebe auf einer Kugelrampe in Kombination mit dem Reluktanzmotor vorgesehen sein.

[0052] Zur Ölversorgung kann radial unterhalb der Außenlamellen und der Innenlamellen 3 in dem Durchbruch in der Axialrichtung 4 eine Gerotorpumpe 20 angeordnet sein, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Drehmomentübertragung kann dabei über eine Schiebe-Steckverzah-nung auf der Außenseite des Pumpenrotors erfolgen.

[0053] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente nicht zwingend maßstäblich dargestellt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Bremslamellenpaket 2 Außenlamelle 3 Innenlamelle 4 Axialrichtung 5 Grundkörper 6 Oberfläche 7 Oberfläche 8 Reibbelag 9 Grundkörper 10 Oberfläche 11 Oberfläche 12 Vorsprung 13 Vorsprung 14 Gehäuse 15 Radfelge 16 Kühlrippe 17 E-Achse 18 Differential 19 Elektromotor 20 Gerotorpumpe

Claims (5)

1. Patentansprüche

   1. Fahrzeug mit einem Elektroantrieb und einem Bremssystem, das als Lamellenbremssystem mit zumindest einem Bremslamellenpaket (1) mit einer Mehrzahl von in einer Axialrichtung (4) hintereinander angeordneten Bremslamellen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremslamellenpaket (1) zur Gänze in einem Gehäuse (14) eingekapselt ist, mit dem das Bremslamellenpaket (1) zur Gänze von der Umgebung abgeschottet ist, sodass kein Feinstaub in die Umgebung emittiert werden kann und/oder dass zumindest ein Bremslamellenpaket (1) in ein Doppelkupplungs-Differential des Fahrzeugs integriert ist.
2. 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gehäuse (14) Kühlrippen (16) angeordnet sind.
3. 3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (16) schräg zur Axialrichtung (4) verlaufend angeordnet sind.
4. 4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremslamellenpaket (1) mit dem Gehäuse (14) in einer Radnabe angeordnet ist.
5. 5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rad ein eigenes Bremslamellenpaket (1) mit Gehäuse (14) in der Radnabe aufweist.