DE102022132486B3

DE102022132486B3 - Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022132486B3
Application number: DE102022132486.9A
Authority: DE
Inventors: Doris Maria Wimmer; Simon ORTMANN; Benedikt Grubauer; Alan Barrera Bohorquez
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2042-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Trommelbremse (4) mit einer Bremstrommel (5) umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator (7) radial in Richtung der Bremstrommel (5) versetzbare Bremsbacke (6) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremstrommel (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Trommelbremse mit einer Bremstrommel umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator radial in Richtung der Bremstrommel versetzbare Bremsbacke mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich beispielsweise aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist.
Hierbei können derartige Kraftfahrzeuge mit einem hybridisierten oder elektrifizierten Antriebstrang nicht nur mit Hilfe einer elektrischen Maschine beschleunigen und sondern auch abbremsen. Beim Bremsvorgang wird hierzu die elektrische Maschine generatorisch betrieben und die rekuperierte Energie beispielsweise zum Laden des Akkus verwendet. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch weiterhin eine weitere, mechanische Bremsvorrichtung benötigt. Bei radnahen Antrieben, wie beispielsweise einem Radnabenmotor oder einer elektrischen Achse, ergibt sich hierbei eine erschwerte Bauraumsituation.
Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem elektrischen Radnabenantrieb, einem sogenannten E-Wheel Drive, kommen oftmals Bremsen mit Lamellen zum Einsatz, um das Fahrzeug abzubremsen. Es sind aber auch Bremsen in der Ausführung als Scheibenbremse mit Schwimmsattel, Scheibenbremse mit Festsattel, Trommelbremse und Mehrscheibenbremse bekannt.
Aus der DE 10 2019 120 409 A1 ist beispielsweise eine Bremsvorrichtung für eine Radnabenantriebsanordnung bekannt, bei der die gegenüber der Umfangsrichtung feststehenden Bremspartner Kühlkanäle aufweisen. Der axial bewegliche Bremspartner wird über Bremszylinder betätigt. Der in Umfangsrichtung bewegliche Bremspartner ist als Lamellenträger ausgebildet.
Ferner existiert eine zunehmende Anforderung, die Emissionen von Bremsabrieb, der häufig als Feinstaub anfällt, zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.. Aus der WO 2016/ 146 625 A1 ist eine Bremsvorrichtung mit einer Bremsscheibe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bekannt, die zusammen mit einem Elektromotor und einem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen ist. Die Bremsvorrichtung jener Offenbarung ist drehmomentübertragend mit einem Rotor eines Elektromotors gekoppelt. Darüber hinaus ist in der US 1 906 519 A eine gekühlte Trommelbremse offenbart.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Bremssystem mit hohen Bremsmomenten, hoher Betriebssicherheit und geringen Bremsstaub-Emissionen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bremssystem eines mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem eine Trommelbremse mit einer Bremstrommel umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator radial in Richtung der Bremstrommel versetzbare Bremsbacke mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine einen Rotor aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und die Bremstrommel drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Bremssystem die Rekuperation der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb in Fahrsituationen ergänzt, wo diese allein nicht eine erwünschte Bremsenergie bereitstellen kann. Das sind zum Beispiel Fahrsituationen mit niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. Drehzahl der elektrischen Maschine oder ein Halten zum Stillstand oder Bremsvorgänge bei niedriger Temperatur.
Der Vorteil einer zusätzlichen, gekapselten Bremse ist es, dass die Bremsenergie als Wärme an das Thermomanagement des Kraftfahrzeugs weitergeben kann, ohne dass die Energie zwischendurch beispielsweise in der Batterie des Fahrzeugs gespeichert werden muss. Zudem werden Bremsstaubpartikel nicht an die Umwelt gegeben. Falls die gesetzlichen Regularien dies in Zukunft zulassen, kann zudem beispielsweise auch auf die Radbremsen an einer Achse evtl. verzichtet werden.
Eine derartige Bremse wird gelegentlich aus als Komplementärbremse bezeichnet.
Bremsgehäuse
Die Bremse ist bevorzugt in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust die Bremse. Ein Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch einen oder mehrere Bremsaktuatoren aufnehmen. Das Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Bremsgehäuse dem Bremssystem zugeführt wird und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Bremsgehäuse die Komplementärbremse vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Bremsgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Bremsgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Bremsgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Bremsgehäuse einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Bremsgehäuse kann auch vollständig oder teilweise als ein Teil eines Motorgehäuses einer elektrischen Maschine oder eines Getriebegehäuses eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt bilden das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse eine bauliche Einheit. Hierzu kann das Bremsgehäuse beispielsweise mit dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verschraubt sein. Bevorzugt ist das Bremsgehäuse derart ausgeführt, dass beim Bremsen entstehender Abrieb nicht aus dem Bremsgehäuse entweichen kann. Hierdurch kann eine ungewollte Belastung der Umwelt mit Bremsabrieb vermieden werden. Ferner lassen sich durch eine derartige Kapslung des Bremssystems auch Bremsgeräusche gegenüber der Umwelt reduzieren. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt dieser Kapslung ist es, dass die Bremsleistung des Bremssystems unabhängig von den Witterungsbedingungen außerhalb des Kraftfahrzeugs ist.
Bremsaktuator
Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden.
Elektrische Maschine
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist bevorzugt für ein mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgesehen. Elektrische Maschinen im Sinne dieser Anmeldung dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung kann eine elektrische Maschine insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Bei derartigen elektrischen Rotationsmaschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Eine elektrische Maschine ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse aufweisen, das auch als Motorgehäuse bezeichnet wird. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik, sowie bevorzugt auch zumindest Teile des Bremssystems aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt wird und/oder die Wärme über die Motorgehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Motorgehäuse der elektrischen Maschine kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Motorgehäuse der elektrischen Maschine einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Die Rotorwelle ist insbesondere mit der Bremswelle der Komplementärbremse koppelbar.
Getriebe
Die elektrische Maschine und/oder die Bremse sind/ist bevorzugt mit einem Getriebe koppelbar, welches insbesondere zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, so dass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und/oder die Bremse sowie das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Das Getriebe kann des Weiteren bevorzugt als ein Planetengetriebe konfiguriert sein oder ein Planetengetriebe umfassen. Das Planetengetriebe kann bevorzugt ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar gelagerte Planetenräder aufweisen, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen.
Das Getriebe kann ferner ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Trennkupplung
Um verschiedene Antriebs- bzw. Betriebsmodi für das Kraftfahrzeug zu realisieren, kann eine oder mehrere Trennkupplungen innerhalb des Drehmomentenpfads zwischen der elektrischen Maschine und einem Fahrzeugrad vorgesehen werden. Eine Trennkupplung kann beispielsweise zwischen dem Ausgang der elektrischen Maschine und dem Eingang des Getriebes angeordnet sein, so dass die elektrische Maschine von dem Getriebe entkoppelbar ist, wodurch sich ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen lässt. Auch wäre es denkbar, eine Trennkupplung zwischen dem Ausgang des Getriebes und einem Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern anzuordnen, wodurch ebenfalls ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs realisierbar ist. Schließlich ist es auch möglich, eine Trennkupplung zwischen dem Eingang des Bremssystems und dem Ausgang der elektrischen Maschine anzuordnen, womit sich das Bremssystem vollständig von der elektrischen Maschine entkuppeln lässt.
Kraftfahrzeug
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bremssystem ein Bremskühlkreislauf zu Abfuhr von Wärme aus der Trommelbremse aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die durch die Reibungsenergie der Bremse erzeugte Wärme abgeführt und beispielsweise einem Thermomanagement-System eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner kann durch die Kühlung der Bremse deren Bremsleistung erhöht und insbesondere auch ein sog. thermisches Fading, also einen wärmebedingten Bremskraftverlust, verringert werden.
Thermomanagement-System
Der Begriff Thermomanagement bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung die bedarfsgerechte und effiziente Lenkung der thermischen Energieströme in einem insbesondere batteriebetriebenen, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug entsprechend dem jeweils vorherrschenden Betriebs- bzw. Lastzustand.
Das Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs kann ein hydraulisches Steuersystem umfassen. Ein hydraulisches Steuersystem lenkt die Volumenströme innerhalb eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs mittels hydraulisch auf ein Fluid einwirkender Schaltelemente, wie beispielsweise Ventile, Schieber, Pumpen und dergleichen. Das hydraulische Steuersystem kann hierzu beispielsweise insbesondere einen Volumenstrom völlig oder teilweise abdrosseln und/oder an die relevanten Wärmequellen und -senken in Subkreisläufen des Thermomanagements eines Kraftfahrzeugs verteilen. Hierzu werden die hydraulischen Schaltelemente durch die elektronische Steuereinheit gesteuert und geschaltet.
Ein hydraulisches Schaltelement kann eine Hydraulikpumpe, ein Schaltventil, ein steuerbares Drosselventil und dergleichen sein. Bevorzugt ist ein hydraulisches Schaltelement elektrisch ansteuerbar. Des Weiteren weist ein hydraulisches Schaltelement bevorzugt wenigstens zwei voneinander verschiedene, schaltbare Betriebszustände auf, in denen das hydraulische Schaltelement in unterschiedlicher Weise auf das entsprechende Fluid in einem Kreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann also vorgesehen sein, dass die Bremse einen Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Bremskühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Bremskühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die elektrische Maschine einen Motorkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur elektrischen Maschine aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Motorkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Motorkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement-System ferner einen Inverter mit einem Inverterkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Inverter aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Inverterkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Inverterkühlkreislauf einwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die Fahrzeugbatterie einen Batteriekühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Fahrzeugbatterie aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Batteriekühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Batteriekühlkreislauf einwirkt.
Es ist gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass die Trommelbremse wenigstens eine axial- sowie radialbewegliche Bremsbacke aufweist, welcher durch den in Axialrichtung aktuierenden Bremsaktuator in einen Reibschluss mit einer Mantelfläche der Bremstrommel versetzbar ist, wobei die Bremsbacke mit dem Bremsgehäuse so zusammenwirkt, dass ein axialer Versatz der Bremsbacke auch einen radialen Versatz der Bremsbacke bewirkt. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die radial versetzbare Bremsbacke einen ersten Rampenabschnitt aufweist, der bei einem axialen Versatz der Bremsbacke gegen einen korrespondierenden am Bremsgehäuse ausgebildeten zweiten Rampenabschnitt anläuft, so dass ein axialer Versatz der Bremsbacke über die Rampenabschnitte, einen radialen Versatz der Bremsbacke bewirkt.
Diese Anordnung bietet den Vorteil einer zusätzlichen Kontaktfläche in der Nähe der Reibfläche zwischen der Bremsbacke und der Bremstrommel, über die der Wärmetransport erfolgen kann. Die Kühlkanäle können sich dadurch fest im Bremsgehäuse in der Nähe der „schiefen Ebene“ befinden und müssen daher nicht in die Bremsbacke oder die Bremstrommel integriert werden. Das erleichtert den Anschluss, da die Kühlkanäle in Bezug zum Bremsgehäuse nicht in Bewegung sind. Außerdem kann die Betätigungseinheit - hydraulisch oder elektromechanisch - von dieser Reibfläche entfernt platziert werden, um die Hydraulik oder Elektronik vor Hitze zu schützen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Bremsaktuator radial außerhalb der Bremstrommel angeordnet ist, was für eine Reihe von gegebenen Bauraumsituationen vorteilhaft sein kann. Ferner kann der Bremsaktuator so auch räumlich getrennt von den thermisch besonders belasteten Bereichen der Trommelbremse positioniert werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass an der radial äußeren Mantelfläche der Bremstrommel ein Reibbelag fixiert ist und/oder an der radial inneren Kontaktfläche der Bremsbacke ein Reibbelag fixiert ist, wodurch sich die Bremswirkung der Trommelbremse weiter verbessern lässt.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass in oder an dem Bremsgehäuse wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf anschließbarer Kühlkanal ausgebildet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Kühlkanal im Bereich des zweiten Rampenabschnitts verläuft, was einen guten Wärmeübergang erlaubt, ohne dass hierzu Kühlkanäle durch bewegliche Teile der Trommelbremse geführt werden müssen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Bremsaktuator als hydraulischer oder elektromechanischer Aktuator ausgebildet ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Bremsaktuator sowie die Bremsbacke radial innerhalb der Bremstrommel angeordnet ist sind, und an der radial inneren Mantelfläche der Bremstrommel ein Reibbelag fixiert ist und/oder an der radial äußeren Kontaktfläche der Bremsbacke ein Reibbelag fixiert ist, was ebenfalls für eine Reihe von Bauraumsituationen günstig sein kann, insbesondere, wenn die Trommelbremse besonders kompakt bauend ausgeführt werden muss.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Bremse als trocken laufende Bremse konfiguriert ist. Es ist somit bevorzugt, dass das Bremssystem als ein „trockenes“ Bremssystem ausgeführt ist, dass in einer der Bremskomponenten - vorzugsweise in der nicht-rotierenden - Kühlkanäle oder Kühlschläuche besitzt. Durch diese wird ein Kühlmittel, beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung oder ein Kühlöl, zum Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs transportiert. Gegenüber einem „nassen“ (Lamellen-) Bremssystem hat ein „trockenes“ Bremssystem den Vorteil, dass es in unbetätigtem Zustand deutlich weniger Verluste erzeugt und der Reibwert und damit das Bremsmoment konstanter ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem in einer schematischen Blockschaltansicht,
2 einen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Bremssystem in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
3 eine Trommelbremse in einer schematischen Axialschnittansicht,

Die 1 zeigt ein Bremssystem 1 eines mittels einer elektrischen Maschine 2 elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs 3, wie es exemplarisch auch in der 2 gezeigt ist. Das Bremssystem 1 besitzt in der Ausführungsform der 2 ferner ein Betriebsbremssystem 27 zur radselektiven Bremsmomentbeaufschlagung der Fahrzeugräder 10 der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse.
Wie aus der 1 weiter ersichtlich, umfasst das Bremssystem 1 eine Trommelbremse 4 mit einer Bremstrommel 5, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator 7 radial in Richtung der Bremstrommel 5 versetzbare Bremsbacke 6 mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist. Die in dem Motorgehäuse 18 aufgenommene elektrische Maschine 2 verfügt über einen Rotor 8, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad 10 des Kraftfahrzeugs 3 gekoppelt ist,
Die Trommelbremse 4 ist in einem Bremsgehäuse 9 aufgenommen und die Bremstrommel 5 drehmomentübertragend mit dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 2 verbunden. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass er dem Aufbau einer herkömmlichen Trommelbremse ähnlich und daher sehr kompakt ist. Hierzu ist die Bremswelle 23 drehfest mit der Rotorwelle 24 verbunden, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung.
Die elektrische Maschine 2, das Getriebe 26 sowie die Trommelbremse 4 bilden eine bauliche Einheit, die auch als Achsantriebsstrang 17 bezeichnet ist. Zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Fahrzeugrad 10 ist eine Trennkupplung 25 angeordnet, durch die die elektrische Maschine 2 aus dem Drehmomentenpfad ausgekoppelt werden kann, so dass sich hierdurch beispielsweise der Achsantriebsstrang 17 in einen Segelbetrieb versetzen lässt.
In dieser Konfiguration können also drei verschiedene Verzögerungsmomente auf ein oder mehrere der Fahrzeugräder 10 wirken: Das von der Trommelbremse 4 erzeugte Verzögerungsmoment, dass von der elektrischen Maschine 2 erzeugte Verzögerungsmoment und/oder das von dem Betriebsbremssystem 27 erzeugte Verzögerungsmoment. Je nach Fahrsituation und Verzögerungsbedarf können diese drei zu Verfügung stehende Verzögerungsmomente miteinander kombiniert und gesteuert beaufschlagt werden.
Wie aus der 3 gut erkennbar ist, besitzt die Trommelbremse 4 wenigstens eine axial- sowie radialbewegliche und geführte, drehfeste Bremsbacke 6, welche durch den in Axialrichtung aktuierenden Bremsaktuator 7 in einen Reibschluss mit einer Mantelfläche der Bremstrommel 5 versetzbar ist, wobei die Bremsbacke 6 mit dem Bremsgehäuse 9 so zusammenwirkt, dass ein axialer Versatz der Bremsbacke 6 auch einen radialen Versatz der Bremsbacke 6 bewirkt. Hierzu verfügt die radial versetzbare Bremsbacke 6 über einen ersten Rampenabschnitt 13, der bei einem axialen Versatz der Bremsbacke 6 gegen einen korrespondierenden am Bremsgehäuse 9 ausgebildeten zweiten Rampenabschnitt 14 anläuft, so dass ein axialer Versatz der Bremsbacke 6 über die Rampenabschnitte 13,14 einen radialen Versatz der Bremsbacke 6 bewirkt. Der Bremsaktuator 7 ist hierbei radial außerhalb der Bremstrommel 5 angeordnet.
Im unbetätigten Zustand der Trommelbremse 4 ist ein Lüftspalt zwischen der Bremsbacke 6 und der Bremstrommel 5 sowie zwischen dem der Bremsbacke 6 und der Kontaktfläche zum Bremsgehäuse 9 ausgebildet. Erst durch eine axiale Betätigung der Bremsbacke 6 in Richtung des Rampenabschnitts 14 kommen auch der Reibbelag 21 der Bremstrommel 5 und die Bremsbacke 6 in Kontakt und erzeugen ein Bremsmoment. Die dabei entstehende Wärme wird mit Hilfe des Kühlkanals 15 in der Nähe des Rampenabschnitts 14 über den Bremskühlkreislauf und den Wärmetauscher 16 zum Thermomanagement des Kraftfahrzeugs 3 transportiert. Um den Wärmefluss in Richtung des Bremsaktuators 7 zu verlangsamen, kann ein wärmeisolierendes Material zwischen dem Bremsaktuator 7 und der Bremsbacke 6 angeordnet werden.
An der radial äußeren Mantelfläche 20 der Bremstrommel 5 ist ein Reibbelag 21 fixiert. Alternativ oder ergänzend wäre es auch möglich, dass an der radial inneren Kontaktfläche 22 der Bremsbacke 6 ein Reibbelag 21 fixiert ist.
Auch wenn es in den Figuren nicht gezeigt ist, so ist es dennoch möglich, dass der Bremsaktuator 7 sowie die Bremsbacke 6 radial innerhalb der Bremstrommel 5 angeordnet sind, und an der radial inneren Mantelfläche der Bremstrommel 5 ein Reibbelag 21 fixiert ist und/oder an der radial äußeren Kontaktfläche der Bremsbacke 6 ein Reibbelag 21 fixiert ist.
Das Bremssystem 1 weist ferner einen Bremskühlkreislauf 11 zu Abfuhr von Wärme aus der Trommelbremse 4 auf. In oder an dem Bremsgehäuse 9 ist wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf 11 anschließbarer Kühlkanal 15 ausgebildet, der im Bereich des zweiten Rampenabschnitts 14 verläuft.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Bremssystem
2: elektrische Maschine
3: Kraftfahrzeug
4: Trommelbremse
5: Bremstrommel
6: Bremsbacke
7: Bremsaktuator
8: Rotor
9: Bremsgehäuse
10: Fahrzeugrad
11: Bremskühlkreislauf
13: Rampenabschnitt
14: Rampenabschnitt
15: Kühlkanal
16: Wärmetauscher
17: Achsantriebsstrang
18: Motorgehäuse
20: Mantelfläche
21: Reibbelag
22: Kontaktfläche
23: Bremswelle
24: Rotorwelle
25: Trennkupplung
26: Getriebe
27: Betriebsbremssystem

Claims

Bremssystem (1) eines mittels einer elektrischen Maschine (2) elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (3), wobei das Bremssystem (1) eine Trommelbremse (4) mit einer Bremstrommel (5) umfasst, welche mittels wenigstens eine durch einen Bremsaktuator (7) radial in Richtung der Bremstrommel (5) versetzbare Bremsbacke (6) mit einem Reibmoment beaufschlagbar ist, und die elektrische Maschine (2) einen Rotor (8) aufweist, welcher drehmomentübertragend mit wenigstens einem Fahrzeugrad (10) des Kraftfahrzeugs (3) gekoppelt ist, wobei die Trommelbremse (4) in einem Bremsgehäuse (9) aufgenommen und die Bremstrommel (5) drehmomentübertragend mit dem Rotor (8) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist und wobei die Trommelbremse (4) wenigstens eine axial- sowie radialbewegliche Bremsbacke (6) aufweist, welcher durch den in Axialrichtung aktuierenden Bremsaktuator (7) in einen Reibschluss mit einer Mantelfläche (20) der Bremstrommel (5) versetzbar ist, wobei die Bremsbacke (6) mit dem Bremsgehäuse (9) so zusammenwirkt, dass ein axialer Versatz der Bremsbacke (6) auch einen radialen Versatz der Bremsbacke (6) bewirkt..
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1) ein Bremskühlkreislauf (11) zu Abfuhr von Wärme aus der Trommelbremse (4) aufweist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial versetzbare Bremsbacke (6) einen ersten Rampenabschnitt (13) aufweist, der bei einem axialen Versatz der Bremsbacke (6) gegen einen korrespondierenden am Bremsgehäuse (9) ausgebildeten zweiten Rampenabschnitt (14) anläuft, so dass ein axialer Versatz der Bremsbacke (6) über die Rampenabschnitte (13,14) einen radialen Versatz der Bremsbacke (6) bewirkt
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) radial außerhalb der Bremstrommel (5) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radial äußeren Mantelfläche (20) der Bremstrommel (5) ein Reibbelag (21) fixiert ist und/oder an der radial inneren Kontaktfläche (22) der Bremsbacke (6) ein Reibbelag (21) fixiert ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Bremsgehäuse (9) wenigstens ein an den Bremskühlkreislauf (11) anschließbarer Kühlkanal (15) ausgebildet ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (15) im Bereich des zweiten Rampenabschnitts (14) verläuft.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) als hydraulischer oder elektromechanischer Aktuator ausgebildet ist.
Bremssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) sowie die Bremsbacke (6) radial innerhalb der Bremstrommel (5) angeordnet ist sind, und an der radial inneren Mantelfläche der Bremstrommel (5) ein Reibbelag (21) fixiert ist und/oder an der radial äußeren Kontaktfläche der Bremsbacke (6) ein Reibbelag (21) fixiert ist.