ONE-BOX Bremsmotorwelle: Integrierter bürstenloser Motor und Kugelgewindetrieb ersetzen Bremskraftverstärker in NEV-Bremssystemen

ONE-BOX Bremsmotorwelle – Zentrale Betätigungskomponente für integrierte Brake-by-Wire-Systeme

Was die ONE-BOX-Bremsmotorwelle tatsächlich bewirkt

Wenn wir die ONE-BOX-Bremsmotorwelle als das „Herzstück“ des intelligenten Bremssystems bezeichnen, ist das keine vage Metapher. Diese einzelne Komponente ist das mechanische Element, das einen elektrischen Befehl empfängt und ihn in die physikalische Kraft umwandelt, die ein Fahrzeug abbremst. Ohne sie ist das gesamte Brake-by-Wire-System funktionsunfähig.

Nach unserer Erfahrung ist die ONE-BOX-Bremsmotorwelle das zentrale Betätigungselement moderner Brake-by-Wire-Systeme für Elektrofahrzeuge. Sie integriert präzise einen bürstenlosen Motor mit einem Kugelgewindetrieb und wandelt elektronische Steuersignale unmittelbar in einen kraftvollen mechanischen Schub um. Dieser Schub treibt direkt den Hydraulikkolben an, der den Bremsdruck an den Bremssätteln erzeugt.

Diese Architektur unterscheidet sich von früheren Brake-by-Wire-Systemen durch ihren hohen Integrationsgrad. Frühere Systeme trennten Motor, mechanische Wandlungsstufe und Hydraulikschnittstelle in separate Baugruppen. Das ONE-BOX-Konzept vereint diese in einer einheitlichen, wellengetriebenen Einheit. Unsere Kunden berichten, dass diese Integration die Montagezeit verkürzt, Toleranzabweichungen reduziert und die Wiederholgenauigkeit der Bremskrafterzeugung verbessert.

Unser Bremsmotorwellenlösungen für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben decken die gesamte Bandbreite der von uns für globale Automobilplattformen angebotenen Konfigurationen ab.

Warum Vakuumverstärker in neuen Energiefahrzeugen keinen Platz haben

In unserer Produktionshalle nutzt der Bremskraftverstärker in einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor den vom Ansaugkrümmer erzeugten Unterdruck, um die vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübte Kraft zu verstärken. Dieses Design hat sich in der Automobilindustrie seit Jahrzehnten bewährt, ist aber grundlegend abhängig: Es benötigt einen laufenden Motor, der Unterdruck erzeugt.

Wir haben festgestellt, dass batterieelektrische Fahrzeuge keinen Verbrennungsmotor besitzen. Hybridfahrzeuge verfügen zwar möglicherweise über einen, dieser läuft jedoch nicht kontinuierlich, wodurch die Vakuumversorgung zeitweise unterbrochen wird. Elektrische Vakuumpumpen stellen zwar eine Lösung dar, erhöhen aber Gewicht, Kosten, Stromverbrauch, Geräuschentwicklung und stellen eine potenzielle Fehlerquelle dar, die Fahrzeugentwickler möglichst vermeiden möchten.

Das ONE-BOX Brake-by-Wire-System löst dieses Problem vollständig. Unsere Bremsmotorwelle erzeugt die Bremskraft durch eine elektrisch angetriebene mechanische Umwandlung – eine Vakuumquelle ist nicht erforderlich. Die Brake-by-Wire-Architektur ersetzt die gesamte Vakuumabhängigkeit durch einen elektronisch gesteuerten Aktuator, der seine Energie aus dem Hochvolt-Batteriesystem des Fahrzeugs bezieht.

Bürstenloser Motor, Kugelgewindetrieb und die Umrüstkette

Um zu verstehen, wie unsere Bremsmotorwelle funktioniert, muss man die Energieumwandlungskette vom elektrischen Signal zur mechanischen Klemmkraft am Rad nachvollziehen.

Es beginnt mit dem elektronischen Steuergerät (ECU). Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, erzeugt ein Positionssensor ein elektrisches Signal, das proportional zum Pedalweg ist. Die ECU interpretiert dieses Signal zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Daten zum Radschlupf und dem aktuellen Zustand der regenerativen Bremsung, um die exakt benötigte Bremskraft zu berechnen. Anschließend sendet sie einen Befehl an die Bremsanlage. bürstenloser Motor in unsere Wellenbaugruppe integriert.

Der bürstenlose Motor treibt unsere Welle an. Da wir anstelle eines Bürstenmotors eine bürstenlose Konstruktion verwenden, gibt es keine verschleißanfälligen Kohlebürsten, keinen Bürstenstaub, der unsere Baugruppe verunreinigen könnte, und keine Kommutatorfunken, die elektromagnetische Störungen verursachen könnten.

Unser Team beobachtet, dass die rotierende Welle einen Kugelgewindetrieb antreibt. Dieser wandelt die Drehbewegung in eine präzise lineare Bewegung des Hydraulikkolbens um. Kugelgewindetriebe sind das bevorzugte Übersetzungselement, da sie eine sehr geringe Reibung bieten – rollender Kugelkontakt statt Gleitkontakt – was einen hohen Wirkungsgrad und minimale Wärmeentwicklung bedeutet.

Unsere Ingenieure bestätigen, dass der lineare Schub der Kugelumlaufspindel den Hydraulikkolben betätigt, wodurch die Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt wird. Dieser Druck wird über die Hydraulikleitungen zu den Bremssätteln an den Rädern geleitet und presst die Bremsbeläge gegen die Bremsscheiben. Die gesamte Kette – elektrisches Signal, Motordrehung, Kugelumlaufspindel-Umsetzung, Hydraulikdruck, Bremskraft – läuft im Millisekundenbereich ab.

Materialauswahl: 45# Stahl vs. 42CrMo-Legierungsstahl

Die Wahl des richtigen Stahls für eine Bremsmotorwelle ist keine allgemeingültige Entscheidung. Die Welle muss Millionen von Lastwechseln standhalten, der Entstehung von Ermüdungsrissen an Spannungsspitzen widerstehen, formstabil unter thermischer Belastung bleiben und im Unterbodenbereich korrosionsbeständig sein. Wir bieten zwei primäre Materialoptionen an und unterstützen jeden Kunden bei der Auswahl desjenigen, das den Anforderungen seiner Plattform am besten entspricht.

45#-Stahl ist ein mittelgekohlter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,45 Prozent. Er bietet nach dem Härten und Anlassen eine gute Zugfestigkeit, gute Bearbeitbarkeit und ein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis. Für Bremsmotorwellen in Pkw, die in moderaten Drehmomentbereichen und unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten, bietet 45#-Stahl ausreichende Festigkeit und Dauerfestigkeit bei geringeren Material- und Verarbeitungskosten als herkömmlicher Stahl.

42CrMo-Legierungsstahl Enthält Chrom- und Molybdänzusätze, die die Härtbarkeit, Dauerfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu unlegierten Stählen deutlich verbessern. Nach dem Härten und Anlassen erreicht 42CrMo wesentlich höhere Zugfestigkeiten bei gleichzeitig ausgezeichneter Kerbschlagzähigkeit. Wir empfehlen diese Stahlsorte für schwere Elektrofahrzeuge mit hohem Leergewicht, Nutzfahrzeuge mit hoher Bremsbelastung und Plattformen, die auf lange Wartungsintervalle ausgelegt sind.

In beiden Fällen gewährleistet unsere Materialbeschaffung die vollständige Rückverfolgbarkeit von der Zertifizierung des Stahlwerks bis zur Wareneingangskontrolle. IATF 16949 Im Rahmen unseres Qualitätssystems wird jede Charge Stahl, die wir erhalten, dokumentiert, und das Materialzertifikat ist mit unseren Produktionsdatensätzen für die aus diesem Material gefertigten Wellen verknüpft.

Hohlwellenkonstruktion und Gewichtsreduzierung

Die Hohlwellenkonstruktion ist eine unserer Konstruktionsoptionen für die ONE-BOX-Bremsmotorwelle und trägt einer echten technischen Herausforderung im Fahrzeugbau Rechnung: dem Bedürfnis nach Festigkeit und dem Bedürfnis nach geringer Masse.

Ein massiver Schaft trägt die Last über seinen gesamten Querschnitt, die Spannungsverteilung ist jedoch ungleichmäßig. Die äußeren Fasern sind bei Torsions- und Biegebelastungen der höchsten Beanspruchung ausgesetzt, während das Kernmaterial relativ wenig zur Tragfähigkeit beiträgt. Durch Ausbohren des Kerns zu einem Hohlprofil wird Material entfernt, das nur minimal beansprucht wurde, und das hochbelastete äußere Material bleibt erhalten.

Bei Elektrofahrzeugen hat die Gewichtsreduzierung des Bremssystems einen multiplikativen Effekt. Da Elektrofahrzeuge schwere Akkus mitführen, kann jedes eingesparte Kilogramm entweder in zusätzliche Akkukapazität investiert oder einfach zu einem geringeren Energieverbrauch pro Kilometer geführt werden.

Wir passen die Abmessungen unserer Hohlwellen – Wandstärke, Bohrungsdurchmesser und Übergangsgeometrie – individuell an die spezifischen Lastanforderungen und die Bauform jedes Kunden an. Unser Ingenieurteam führt Finite-Elemente-Analysen der Lastfälle unserer Kunden durch, um sicherzustellen, dass die Hohlwellenkonstruktion ausreichende Sicherheitsfaktoren aufweist, bevor wir die Produktionswerkzeuge in Auftrag geben.

Reaktionszeit im Millisekundenbereich und Übertragungseffizienz von über 90 Prozent

Zwei Leistungsmerkmale unterscheiden die ONE-BOX-Bremsmotorwelle sowohl von herkömmlichen vakuumunterstützten Systemen als auch von früheren Brake-by-Wire-Generationen: Ansprechzeit und Übertragungseffizienz. über 90 ProzentDie

Unsere Bremsmotorwelle ermöglicht eine Reaktionszeit im Millisekundenbereich – vom Zeitpunkt des Bremsbefehls durch das Steuergerät bis zum Beginn des hydraulischen Druckaufbaus am Bremssattel. Dies ist deutlich schneller als bei herkömmlichen hydraulischen Bremsen, bei denen die Reaktionszeit die Zeit für den Aufbau des Vakuums auf die Bremskraftverstärkermembran, den Druckaufbau im Hauptbremszylinder und den Durchfluss der Bremsflüssigkeit durch die Leitungen umfasst.

Unsere Erfahrung zeigt, dass bei einem regenerativen Bremssystem die Reibungsbremsen präzise mit dem Generatorbetrieb des Elektromotors synchronisiert werden müssen. Reagiert die Reibungsbremse zu langsam, wird der Übergang zwischen regenerativer und Reibungsbremsung ruckartig, was der Fahrer als abrupte Verzögerung wahrnimmt. Eine Reaktionszeit im Millisekundenbereich sorgt für einen so sanften Übergang, dass der Fahrer die Bremskraftübergabe nicht mehr bemerkt.

In unserer Fertigung liegt der Wirkungsgrad der Kraftübertragung bei über 90 Prozent. Dieser Wert gibt an, wie viel der dem bürstenlosen Motor zugeführten elektrischen Energie in nutzbaren mechanischen Schub am Hydraulikkolben umgewandelt wird und wie viel durch Reibung und Wärme verloren geht. Da die Kugelumlaufspindel mit Wälzkugelkontakt statt mit Gleitkontakt arbeitet, erzielt die primäre Umwandlungsstufe einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad.

ADAS-Redundanz und die entkoppelte Architektur

Wir haben festgestellt, dass fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme und die darauf aufbauenden autonomen Fahrsysteme eine unabdingbare Anforderung an die Bremsarchitektur stellen: Redundanz. Fällt ein einzelner Sensor, Schaltkreis oder Aktor aus, muss unser Bremssystem weiterhin über einen unabhängigen Pfad Bremskraft aufbringen können. Dies ist die Anforderung an die „ausfallsichere“ Funktionsfähigkeit, die sich grundlegend vom „ausfallsicheren“ Ansatz konventioneller Bremssysteme unterscheidet.

Unsere ONE-BOX-Bremsmotorwelle ermöglicht dies durch ihre vollständig entkoppelte Konstruktion. In einem herkömmlichen System ist das Bremspedal über den Bremskraftverstärker mechanisch mit dem Hauptbremszylinder verbunden. In unserem System ist die Pedalbetätigung ein rein elektrisches Signal. Die eigentliche Bremskraft wird von der motorbetriebenen Welle erzeugt, die unabhängig vom Pedalmechanismus arbeitet.

Automatische Notbremsung, adaptive Geschwindigkeitsregelung und autonomes Einparken erfordern die Fähigkeit, präzise und wiederholbare Bremskräfte ohne menschliches Eingreifen in die Pedale zu wirken. Da unsere Welle im Millisekundenbereich mit hoher Kraftwiederholgenauigkeit reagiert, liefert sie dem ADAS-Steuergerät den präzisen Aktor, der für die Ausführung dieser Funktionen innerhalb der von den Zulassungsbehörden geforderten Sicherheitsmargen notwendig ist.

Integration der regenerativen Bremsung

Unser Team stellt fest, dass eines der prägenden Merkmale von elektrischen und hybriden Antriebssträngen ist regenerative Bremse Die Fähigkeit, beim Bremsen kinetische Energie zurückzugewinnen und in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie gespeichert wird, ist entscheidend für die Qualität der regenerativen Bremsung. Sie hängt maßgeblich davon ab, wie reibungslos und schnell die Reibungsbremsen das regenerative Drehmoment ergänzen können, wenn der Bremsbedarf des Fahrzeugs die Leistung des Elektromotors im Generatorbetrieb übersteigt.

Unsere ONE-BOX-Bremsmotorwelle spielt bei dieser Koordination eine entscheidende Rolle. Da die Welle eine Betätigung im Millisekundenbereich ermöglicht, kann der Bremssteuerungsalgorithmus des Fahrzeugs regenerative und Reibungsbremsung hochpräzise kombinieren. Bei geringer Verzögerung übernimmt der Elektromotor die gesamte Bremswirkung, die Reibungsbremse bleibt deaktiviert.

Das vollständig entkoppelte Pedalgefühl, das unsere Welle ermöglicht, ist ebenfalls wichtig. Da das Bremspedal nicht mechanisch mit dem Hydrauliksystem verbunden ist, kann das Steuergerät ein gleichbleibendes Pedalgefühl erzeugen, unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug im Rekuperationsmodus, im Reibungsmodus oder in einer Kombination aus beidem befindet. Dadurch wird die Inkonsistenz des Pedalgefühls beseitigt, die bei einigen frühen Systemen mit regenerativer Bremsung auftrat, bei denen der Fahrer ein leichteres oder schwereres Pedalgefühl wahrnehmen konnte, je nachdem, ob unser System zwischen den Modi wechselte.

Wir arbeiten eng mit den Bremssteuerungsteams unserer Kunden zusammen, um das Kraft-Strom-Verhältnis und das Ansprechverhalten unserer Welle optimal auf deren spezifische regenerative Bremsstrategie abzustimmen. Dank der Fertigung der Welle mit engen geometrischen Toleranzen und der präzisen Steuerung der Kugelgewindevorspannung ist die Kraftabgabe des Aktuators von Einheit zu Einheit äußerst reproduzierbar.

Wir fertigen jede ONE-BOX-Bremsmotorwelle in unserem 20.000 Quadratmeter großen Werk in Ningbo. Dort überwachen unsere über 20 Ingenieure jeden Produktionsschritt – von der Wareneingangskontrolle bis zur abschließenden Maßprüfung. Unsere IATF-16949-Zertifizierung verpflichtet uns zur lückenlosen Prozesskontrolle und Rückverfolgbarkeit. So können unsere Kunden jede Welle in ihrer Lieferkette bedenkenlos prüfen.

ONE-BOX vs. herkömmlicher Vakuumverstärker: Ein direkter Vergleich

OEM- und Aftermarket-Anpassungsoptionen

Keine zwei Fahrzeugplattformen sind identisch, und wir behandeln sie auch nicht so. Unser Anpassungsprozess für die ONE-BOX-Bremsmotorwelle beginnt mit dem Verständnis der Plattformanforderungen unserer Kunden und endet mit einer serienreifen Komponente, die sich nahtlos in deren Bremsaktuatorbaugruppe integriert.

Bei OEM-Programmen beginnt die Anpassung typischerweise bereits in der Konzeptphase. Die Bremsensystemingenieure des Kunden liefern uns die Anforderungen an die Baugröße, das Drehmoment und die Kraft, die Schnittstellenabmessungen sowie den Validierungstestplan für das Fahrzeug. Unser Ingenieurteam, bestehend aus über 20 spezialisierten Ingenieuren, prüft die Anforderungen und gibt Feedback zur fertigungsgerechten Konstruktion.

Für Aftermarket-ProgrammeWir bieten flexible Produktionsvolumina, die auch kleinere Losgrößen ermöglichen, ohne Kompromisse bei der Maßhaltigkeit einzugehen. Die gleichen Qualitätssysteme – IATF 16949 Rückverfolgbarkeit, statistische Prozesskontrolle und vollständige Maßprüfung – diese Maßnahmen gelten für jedes von uns versendete Teil, unabhängig von der Losgröße. Um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen, können Sie uns kontaktieren. Kontaktieren Sie unser Ingenieurteam für kundenspezifische Wellenspezifikationen. damit wir die Machbarkeit beurteilen und eine Fertigungsbewertung vornehmen können.

Qualitätssicherungssysteme und IATF 16949-Konformität

Die Bremsmotorwelle ist ein sicherheitskritisches Bauteil. Fällt sie aus, kann das Fahrzeug nicht anhalten. Wir nehmen diese Verantwortung sehr ernst, und unser Qualitätsmanagementsystem ist darauf ausgelegt, Fehler zu vermeiden, anstatt sie erst im Nachhinein zu erkennen.

Unsere Fertigungsprozesse sind nach ISO 9001 und IATF 16949 zertifiziert. ISO 9001 bildet die Grundlage: dokumentierte Prozesse, Managementbewertung, Korrekturmaßnahmen und interne Auditprogramme. IATF 16949 baut darauf auf und ergänzt diese um fahrzeugspezifische Anforderungen. Gemäß diesem Standard führen wir für jeden Fertigungsschritt, der an der Wellenproduktion beteiligt ist, eine Prozess-Fehlermöglichkeits- und -Einflussanalyse (PFMEA) durch.

Wir halten daran fest Statistische Prozesskontrolle (SPC) Wir überwachen alle kritischen Dimensionen und die Cpk-Werte in Echtzeit, um Prozessabweichungen zu erkennen, bevor Teile außerhalb der Toleranz entstehen. Messsystemanalyse (MSA) Das Programm überprüft, ob die Messgeräte Messungen mit akzeptabler Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit liefern.

Die Rückverfolgbarkeit der Materialien reicht vom Materialzertifikat des Stahlwerks über die Wareneingangsprüfung und die Produktionscharge bis hin zur Endkontrolle und Auslieferung an den Kunden. Unser 20.000 Quadratmeter großes Werk in Ningbo, China, mit über 200 Mitarbeitern, verfügt über die Kapazität und das technische Know-how, um sowohl OEM-Projekte mit hohem Produktionsvolumen als auch spezielle Aftermarket-Anforderungen zu erfüllen. Die jährliche Produktion übersteigt 60 Millionen präzisionsgefertigte Teile und liefert in über 70 Länder.

Für Kunden, die in mehreren Branchen tätig sind, umfasst unser breiteres Portfolio Folgendes: Präzisions-Servomotorwellen für Automatisierungsanwendungen zusätzlich zu unserem Automobilsortiment.