WO2025242580A1

WO2025242580A1 - Fahrzeugbremssystem

Info

Publication number: WO2025242580A1
Application number: PCT/EP2025/063641
Authority: WO
Inventors: Alfred Rehr; Tassilo Scholle; Thomas Hanisch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2024-05-24
Filing date: 2025-05-19
Publication date: 2025-11-27
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: DE102024114634B4; DE102024114634A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbremssystem mit einer Lamellenbremse oder -Kupplung (3) die einen Aktuator (21) mit einem Scheibenpaar aus einer feststehenden Scheibe (25) und einer dazu koaxialen drehbaren Scheibe (27) sowie zumindest einer zwischengeordneten Kugel-Rampe-Einheit (23) aufweist, wobei zum Einlegen einer Bremsfunktion die drehbare Scheibe (27) ausgehend von einer Dreh-Nullstellung (0) in einer Brems-Drehrichtung (DB) dreht, wodurch sich die Kugel (29) zwischen einander zugewandten Kugelbahnen (35) des Scheibenpaars abrollt, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, um die Lamellenbremse oder -Kupplung (3) mit Anpressdruck zu beaufschlagen, und wobei zum Einlegen der Parkfunktion die drehbare Scheibe (27) ausgehend von der Dreh-Nullstellung (0) in einer zur Brems-Drehrichtung (DB) gegenläufigen Park-Drehrichtung (Dp) dreht, wodurch einander zugewandte Gleitschrägen (38) des Scheibenpaars in Gleitanlage bringbar sind, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, um die Lamellenbremse oder -Kupplung (3) mit Anpressdruck zu beaufschlagen. Erfindungsgemäß weist die Kugel-Rampe-Einheit (23) eine Positionierhilfe (42) auf, mit der die Kugel (29), die bei eingelegter Parkfunktion außer Kraftfluss mit dem Scheibenpaar ist, spielfrei in einer vordefinierten Kugelposition verbleibt.

Description

Fahrzeugbremssystem

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbremssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Ein gattungsgemäßes Fahrzeugbremssystem weist anstelle von herkömmlichen Scheiben- oder Trommelbremsen zumindest eine auf die Fahrzeugachse wirkende Lamellenbremse auf, mittels der eine Bremsfunktion für eine Fahrzeugbremsung während des Fährbetriebs oder eine Parkfunktion bei abgestelltem Fahrzeug ein- oder auslegbar ist. Hierzu weist die Lamellenbremse zwei voneinander separat arbeitende Aktuatoren auf, nämlich einen Brems-Aktuator und einen Park-Aktuator, die von einer Steuereinheit mittels elektrischer oder hydraulischer Signale ansteuerbar sind. Aus Sicherheitsgründen kann der Brems-Aktuator stromlos offen bzw. nicht selbsthemmend ausgelegt sein, während der Park-Aktuator stromlos geschlossen bzw. selbsthemmend gelegt sein kann. Der Verbau diesen beiden Aktuatoren an der Lamellenbremse ist mit Bauraumbedarf sowie mit konstruktivem Aufwand verbunden.

Aus der DE 102 52 974 A1 ist ein Einrückmechanismus mit zweistufigem Rampenwinkel bekannt. Der Einrückmechanismus weist eine erste Kugelrampenscheibe auf, die auf einer Seite mit dem Gehäuse zusammenwirkt. Die erste Kugelrampenscheibe hat erste Rampen auf der Seite, die mit dem Gehäuse zusammenwirkt. Die erste Kugelrampenscheibe schließt zweite Rampen mit einem vorbestimmten Winkel ein, die auf einer Seite vorgesehen ist, die dem Gehäuse abgewandt ist. Der Einrückmechanismus umfasst ferner eine drehbar angetriebene Kugelrampenscheibe nächst der ersten Kugelrampenscheibe auf einer Seite, die dem Gehäuse abgewandt ist. Der Einrückmechanismus weist auch ein Federelement auf, das zwischen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe angeordnet ist.

Aus der EP 2 093 450 A1 ist eine Kugelrampenbremse bekannt, die eine Scheibenanordnung innerhalb eines Gehäuses und ein ringförmiges, drehbares Betätigungselement zur Betätigung einer Bremse durch Zusammendrücken der Scheibenanordnung aufweist. Das drehbare Betätigungselement umfasst eine Vielzahl von Vertiefungen, die die in einer ersten Umfangsrichtung zunehmend flacher werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeugbremssystem bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise eine gesteigerte Funktionssicherheit bereitstellt.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung geht von einem Fahrzeugbremssystem mit zumindest einer auf eine Fahrzeugsachse eines Fahrzeugs wirkenden Lamellenbremse oder -kupplung aus, mittels der eine Bremsfunktion für eine Fahrzeugbremsung während des Fährbetriebs sowie eine Parkfunktion bei abgestelltem Fahrzeug ein-/auslegbar ist. Der Lamellenbremse oder -kupplung ist genau ein elektrisch ansteuerbarer Aktuator zugeordnet. Mit dem Aktuator ist sowohl die Bremsfunktion als auch alternativ dazu die Parkfunktion ein-/auslegbar. Aus Sicherheitsgründen ist der elektrisch ansteuerbare Aktuator bei eingelegter Bremsfunktion stromlos offen, das heißt nicht selbsthemmend, während er bei eingelegter Parkfunktion stromlos geschlossen, das heißt selbsthemmend ist. Auf diese Weise ergibt sich - im Vergleich zum Stand der Technik - ein in Hinblick auf Kosten, Bauraum sowie Bauteilgewicht vereinfachtes Bremskonzept.

Der Aktuator weist ein Scheibenpaar aus einer feststehenden Scheibe und einer dazu koaxialen drehbaren Scheibe sowie zumindest einer zwischengeordneten Kugel-Rampe-Einheit auf. Mit deren Hilfe ist die Lamellenbremse bei eingelegter Bremsfunktion oder eingelegter Parkfunktion mit Anpressdruck beaufschlagbar. Umgekehrt ist Lamellenbremse bei ausgelegter Brems- oder Parkfunktion druckentlastbar. Zwischen einander zugewandten, schräggestellten Kugelbahnen der beiden Scheiben rollt die Kugel ab. Zum Einlegen der Bremsfunktion dreht die drehbare Scheibe ausgehend von einer Dreh-Nullstellung in einer Brems-Drehrichtung, wodurch sich die Kugel unter Axialspreizung des Scheibenpaars zwischen einander zugewandten Kugelbahnen des Scheibenpaars abrollt. Zum Einlegen der Parkfunktion dreht die drehbare Scheibe ausgehend von der Dreh-Nullstellung in einer zur Brems-Drehrichtung gegenläufigen Park-Drehrichtung. Dadurch kommen einander zugewandte Gleitschrägen des Scheibenpaars in Gleitanlage, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, um die Lamellenbremse mit Anpressdruck zu beaufschlagen. Gleichzeitig gerät die Kugel außer Abrollkontakt mit den Kugelbahnen des Scheibenpaars.

Bei eingelegter Bremsfunktion ist daher ein Rollwiderstand zwischen der Kugel und den Kugelbahnen des Scheibenpaars. Der im Vergleich zur Gleitanlage geringe Abrollwiderstand führt dazu, dass die Kugel-Rampe-Einheit nicht selbsthemmend ist, das heißt stromlos offen ist. Bei einem Stromausfall hebt sich daher die Bremswirkung des Aktuators von selbst auf, so dass sich Sicherheitsanforderungen erfüllt sind.

Umgekehrt ist der Aktuator so ausgelegt, dass bei eingelegter Parkfunktion der Aktuator selbsthemmend ist, das heißt stromlos geschlossen ist. Bei einem Stromausfall bleibt daher die Parkfunktion - im Gegensatz zur Bremsfunktion - dauerhaft aufrechterhalten, so dass auch die Parkfunktion Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Kugel- Rampe-Einheit eine Positionierhilfe auf, mit der die Kugel, die bei eingelegter Parkfunktion außer Abrollkontakt mit den Kugelbahnen des Scheibenpaars ist, spielfrei in einer vordefinierten Kugelposition verbleibt, in der sie eindeutig von einer elektronischen Steuereinheit erkennbar ist, die den Aktuator ansteuert. Mit der Erfindung wird die Problematik gelöst, dass ohne eine solche Positionierhilfe sich die Kugel bei eingelegter Parkfunktion spielbehaftet zwischen den Kugelbahnen bewegen kann. In diesem Fall kann die Kugel mit Bezug auf das Scheibenpaar eine ungenaue Kugelposition einnehmen, die nicht mehr eindeutig von der elektronischen Steuereinheit des Aktuators erkennbar ist.

In einer technischen Umsetzung kann die Positionierhilfe zumindest einen Kugel-Bewegungsanschlag aufweisen, an die Kugelbahnen abschließen. Die Positionierhilfe weist außerdem ein Federelement auf, das die Kugel mit einer Federkraft in Richtung des Kugel-Bewegungsanschlags vorspannt. Bei eingelegter Parkfunktion wird daher die Kugel mit der Federkraft spielfrei in die die vordefinierte Kugelposition gegen den Kugel-Bewegungsanschlag gedrückt.

Bei der oben beschriebenen Kugelbahn-Geometrie kann die Kugel die vordefinierte Kugelposition einnehmen, sobald die drehbare Scheibe, die aus einem Brems-Stellbereich in Park-Drehrichtung dreht, die Dreh-Nullstellung erreicht, bei der das Scheibenpaar keinen Anpressdruck auf die Lamellenbremse ausübt.

Die Kugelbahnen des Scheibenpaars sind daher lediglich bei eingelegter Bremsfunktion in Abrollkontakt mit der Kugel. Im Unterschied dazu ist die Kugel bei eingelegter Parkfunktion außer Abrollkontakt mit den Kugelbahnen. Das heißt, dass unmittelbar mit dem Start der Scheiben-Drehung von der Dreh-Nullstellung in den Park-Stellbereich die Gleitschrägen in Gleitanlage kommen und gleichzeitig die Kugel außer Abrollkontakt gerät. Beispielhaft kann das Federelement zwischen einem Kugelkäfig, in dem die Kugel geführt ist, und der drehfesten Scheibe des Scheibenpaars abgestützt sein.

Der Aktuator weist einen von der elektronischen Steuereinheit ansteuerbaren Elektromotor auf, der mit der drehbaren Scheibe in triebl icher Verbindung ist. Zudem ist der elektronischen Steuereinheit ein Auswertebaustein zugeordnet, mit dem vor dem Start des Fahrzeugbetriebs ein Kalibrierschritt durchführbar ist. Im Kalibrierschritt versetzt die elektronische Steuereinheit die drehbare Scheibe in unterschiedlichen Drehrichtungen in Drehung, wodurch die Bremsfunktion sowie alternierend die Parkfunktion ein- und ausgelegt werden. Der Auswertebaustein der elektronischen Steuereinheit erfasst die Stromaufnahme des Elektromotors während des Kalibrierschrittes. Anhand der Stromaufnahme des Elektromotors über den Stellweg der drehbaren Scheibe kann der Auswertebaustein die Dreh-Nullstellung, das heißt einen damit korrelierenden Drehwinkel der drehbaren Scheibe identifizieren und diesen in einer Datenbank abspeichern.

Um eine eindeutige Identifizierung der Dreh-Nullstellung zu gewährleisten, ist die Geometrie der Gleitschrägen wie folgt ausgestaltet: So können die Gleitschrägen steile Kalibrierkonturen aufweisen. Die Kalibrierkonturen der Gleitschrägen geraten bei einer Drehung der drehbaren Scheibe in der Park- Drehrichtung zueinander in Gleitkontakt, wodurch sich ein Druckpunkt bildet. Der Druckpunkt kann mit gesteigertem Kraftaufwand, das heißt mit damit korrelierender gesteigerter Elektromotor-Stromaufnahme, überdrückt werden. Die Kalibrierkonturen der Gleitschrägen sind so positioniert, dass sich der Druckpunkt einstellt, sobald die drehbare Scheibe ihre Dreh-Nullstellung erreicht. Der Auswertebaustein identifiziert somit die Dreh-Nullstellung der drehbaren Scheibe, sobald der Druckpunkt erfasst wird.

Nachfolgend ist ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel sowie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine elektrifizierte Fahrzeugachse;

Fig. 2 bis 3c unterschiedliche Ansichten einer in der Fahrzeugachse verbauten Lamellenbremse mit Aktuator; Fig. 4a bis 8b den Aktuator gemäß dem Vergleichsbeispiel in unterschiedlichen Betriebszuständen; und

Fig. 9a bis 12b den erfindungsgemäßen Aktuator in unterschiedlichen Betriebszuständen.

In der Figur 1 ist eine elektrifizierte Fahrzeugachse mit einer Elektromaschine EM und einem Getriebe gezeigt. Die Elektromaschine EM ist mit einer nicht gezeigten Hochvoltbatterie in Verbindung. In der Fahrzeugachse sind herkömmliche Fahrzeugrad-Scheiben- oder Trommelbremsen weggelassen. Anstelle solcher herkömmlicher Fahrzeugradbremsen weist die Fahrzeugachse Lamellenbremsen 3 auf, mittels derer eine Fahrzeugbremsung durchführbar ist.

Die Elektromaschine EM ist über ihre Rotorwelle 5 unter Zwischenschaltung einer Vorgelegestufe 7 mit der Eingangsseite eines Achsdifferentials 9 verbunden. Dessen Ausgangsseiten sind über Abtriebswellen 11 in triebl icher Verbindung mit den Fahrzeugrädern. In der Figur 1 ist die Elektromaschine EM im Quereinbau in der Fahrzeugachse verbaut. Entsprechend sind die Rotorwelle 5 und die Abtriebswellen 11 zueinander achsparallel. Ebenso sind die in der Fahrzeugachse verbauten Lamellenbremsen 3 zueinander achsparallel in der Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtet.

Die Fahrzeugachse weist in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet an jeder Fahrzeugseite jeweils eine der Lamellenbremsen 3 auf. Diese sind von einer nicht gezeigten elektronischen Steuereinheit ansteuerbar, um eine an beiden Fahrzeugrädern gleichmäßige oder ungleichmäßige Fahrzeugbremsung durchzuführen.

Die Vorgelegestufe 7 ist in friedlicher Verbindung mit einem eingangsseitigen Achsdifferential-Zahnrad 13. Das Achsdifferential-Zahnrad 13 ist drehfest an einem drehenden Differentialgehäuse 15 angebunden. Gemäß der Figur 1 treibt das Achsdifferential 9 bei geöffneten Lamellenbremsen 3 in der Fahrzeugquerrichtung y in einer 50/50-Verteilung beidseitig auf die beiden zu den Fahrzeugrädern führenden Abtriebswellen 11 ab.

In der Figur 1 wirken die beiden Lamellenbremsen 3 jeweils direkt auf die Abtriebswellen 11 ein. Das heißt, dass die Lamellenbremse 3 mit ihrem Innenlamellenträger 18 an der jeweiligen Abtriebswelle 11 angebunden ist, während der Außenlamellenträger 17 an einer Getriebegehäusewand 19 gehäusefest angebunden ist. Das zwischen dem Außenlamellenträger 17 und dem Innenlamellenträger 18 befindliche Lamellenpaket ist über einen Aktuator 21 mit Anpressdruck beaufschlagbar. Der Aktuator 21 ist von der Steuereinheit mittels elektrischer Signale ansteuerbar.

Der Aktuator 21 besteht aus einem in der Figur 2 angedeuteten Spindeltrieb 16 mit Elektromotor 22, der mit einer Verzahnung 31 einer drehbaren Scheibe 27 in trieblicher Verbindung ist. Die drehbare Scheibe 27 ist zusammen mit einer drehfesten Scheibe 25 Bestandteil eines Anpressmechanismus. Die drehfeste Scheibe 25 ist mit einer angedeuteten Drehmomentstütze 14 in Umfangsrichtung abstützbar. Zudem ist die drehfeste Scheibe 25 in Axialrichtung auf einem Gegenhalter 12 abgestützt. Der Anpressmechanismus weist insgesamt vier umfangsverteilte Kugel-Rampe-Einheiten 23 auf, wie es aus den Figuren 3a bis 3b hervorgeht. Jede Kugel-Rampe-Einheit 23 weist eine Kugel 29 auf, die zwischen den beiden Scheiben 25, 27 abrollt.

Das zwischen dem Außenlamellenträger 39 und dem Innenlamellenträger befindliche Lamellenpaket ist mittels des Aktuators 21 mit Anpressdruck beaufschlagbar. Je nach Ansteuerung des Aktuators 21 kann eine Bremsfunktion für eine Fahrzeugbremsung während des Fährbetriebs, oder alternativ eine Parkfunktion bei abgestelltem Fahrzeug ein- oder ausgelegt werden. Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass mittels des Aktuators 21 sowohl die Bremsfunktion als auch die Parkfunktion ein-/auslegbar ist. Aus Sicherheitsgründen ist der elektrisch ansteuerbare Aktuator 21 bei eingelegter Bremsfunktion stromlos offen, das heißt nicht selbsthemmend. Demgegenüber ist der elektrisch ansteuerbare Aktuator 21 bei eingelegter Parkfunktion stromlos geschlossen, das heißt selbsthemmend. Wie aus den Figuren 3a bis 3c hervorgeht, weist jede der Kugel-Rampe-Ein- heiten 23 Kugelrampen 34 und davon beabstandete Gleitschrägen 38 auf, die zwischen den Scheiben 25, 27 wirken. Die Kugeln 29 der vier Kugel- Rampe-Einheiten 23 sind gemäß der Figur 3b in einem Käfig 30 geführt.

Nachfolgend ist im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung zunächst anhand der Figuren 4a bis 8b ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel beschrieben. Demnach ist in den Figuren 4a und 4b eine der Kugel-Rampe-Einheiten 23 jeweils in Abwicklung dargestellt. Figur 4a zeigt zwei korrespondierende Gleitschrägen 38 des Scheibenpaars, während Figur 4b zwei korrespondierende Kugelrampen 34 des Scheibenpaars mit zwischengeordneter Kugel 29 zeigt. Jede der Kugelrampen 34 besteht aus einer Brems-Kugelbahn 35 und einer Park-Kugelbahn 37, die an einer Ram pen-Vertiefung 39 ineinander übergehen. In der Figur 4b befindet sich die Kugel 29 in der Ram pen-Vertiefung 39. Die Ram pen-Vertiefung 39 definiert eine Dreh-Nullstellung 0, bei der das Scheibenpaar keinen Anpressdruck auf das Lamellenpaket ausübt. Die Brems-Kugelbahnen 35 der beiden Scheiben 25, 27 sind mit Bezug auf die (sich in der Dreh-Nullstellung 0 befindlichen) Kugel 29 zueinander punktsym metrisch ausgebildet. Zudem sind die Park-Kugelbahn 37 und die Brems-Kugelbahn 35 jeder Kugelrampe 34 mit Bezug auf eine durch die Ram pen-Vertiefung 39 gehende Symmetrieachse zueinander symmetrisch mit gleichen Steigungswinkeln ausgebildet.

In Abhängigkeit von einer Drehrichtung DB, DP der drehbaren Scheibe 27 ist entweder eine Bremsfunktion für eine Fahrzeugbremsung während des Fährbetriebs, oder alternativ eine Parkfunktion bei abgestelltem Fahrzeug ein- /auslegbar ist. Das Scheibenpaar des Aktuators 21 ist bei eingelegter Bremsfunktion stromlos offen, das heißt nicht selbsthemmend. Im Gegensatz dazu ist das Scheibenpaar des Aktuators 21 bei eingelegter Parkfunktion stromlos geschlossen, das heißt selbsthemmend.

In den Figuren 4a und 4b ist das Scheibenpaar in seiner Dreh-Nullstellung 0 gezeigt. In der Dreh-Nullstellung 0 sind (anders als in der Figur 4a dargestellt) die beiden Gleitschrägen 38 außer Kontakt. Die Kugel 29 befindet sich gemäß der Figur 4b in den Rampen-Vertiefungen 39 der Kugelrampen 34 der beiden Scheiben 25, 27.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 5a bis 6b zunächst das Einlegen der Bremsfunktion beschrieben. Ausgehend von der in den Figuren 4a und 4b gezeigten Dreh-Nullstellung 0 wird die drehbare Scheibe 27 in einer Brems- Drehrichtung DB über einen Brems-Drehwinkel nach links in einen Brems- Stellbereich SB verstellt. Dadurch rollt die Kugel 29 auf den beiden Brems- Kugelbahnen 35 des Scheibenpaars ab, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars über einen Axial-Spreizweg s. Auf diese Weise wird das Lamellenpaket der Lamellenbremse 3 mit Anpressdruck beaufschlagt. Der An- pressdruck variiert in Abhängigkeit von der Größe des Brems-Drehwinkels. Unmittelbar nach Verlassen der Dreh-Nullstellung 0 wird die drehbare Scheibe 27 um einen Axial-Spreizweg s verstellt, mittels dem ein Lüftspiel im Lamellenpaket aufgehoben wird. Bei weiterer Drehverstellung der drehbaren Scheibe 27 im Brems-Stellbereich SB wird ein Kisspoint KP (Figur 5b) erreicht, bei dem die Lamellenbremse 3 ein messbares, vordefiniertes Drehmoment überträgt. Im Kisspoint KP ist die drehbare Scheibe 27 (ausgehend von der Dreh-Nullstellung 0) um einen ersten Axial-Spreizweg Asi verdreht. In den Figuren 6a und 6b ist die drehbare Scheibe 27 bis in eine Endlage verstellt, in der die drehbare Scheibe 27 um einen zweiten Axial-Spreizweg AS2 verstellt ist.

Beim Einlegen der Bremsfunktion wirkt ein vergleichsweise geringer Rollwiderstand zwischen der Kugel 29 und den Brems-Kugelbahnen 35 des Scheibenpaars. Der geringe Rollwiderstand führt dazu, dass die Kugel-Rampe- Einheiten 23 nicht selbsthemmend, das heißt stromlos offen sind. Entsprechend würde bei einem Stromausfall die Bremswirkung des betätigten Aktuators 21 nachlassen, wodurch Sicherheitsanforderungen erfüllt sind.

Zum Auslegen der Bremsfunktion wird die drehbare Scheibe 27 (ausgehen- dend von ihrer Endlage (Figuren 6a und 6b) entgegen der Brems- Drehrichtung DB wieder zurück in die Dreh-Nullstellung 0 (Figuren 4a und 4b) verstellt.

Während der Verstellbewegung im Brems-Stellbereich SB bleiben die zueinander korrespondierenden, schräggestellten Gleitschrägen 38 zueinander außer Kontakt, so dass eine leichtgängige Drehverstellung der drehbaren Scheibe 27 gewährleistet ist.

Anhand der Figuren 7a bis 8b wird nachfolgend das Einlegen der Parkfunktion beschrieben. Ausgehend von der in den Figuren 4a und 4b gezeigten Dreh-Nullstellung 0 wird die drehbare Scheibe 27 zum Einlegen der Parkfunktion in einer zur Brems-Drehrichtung DB gegenläufigen Park-Dreh- richtung Dp über einen Park-Drehwinkel in einen Park-Stellbereich SP nach rechts verdreht.

Gemäß der Figur 7b ist der Parkstellbereich SP unterteilt in einen ersten Teilbereich SPI und in einen zweiten Teilbereich SP2. Im ersten Teilbereich SPI rollt die Kugel 29 zwischen den einander zugewandten Park-Kugelbahnen 37 des Scheibenpaars ab, während die korrespondierenden Gleitschrägen 38 noch außer Gleitkontakt sind. Demgegenüber sind im zweiten Teilbereich SP2 die Gleitschrägen 38 miteinander in Gleitkontakt, während die Kugel 29 außer Abrollkontakt mit dem Scheibenpaar ist. Zum Einlegen der Parkfunktion wird die drehbare Scheibe 27 ausgehend von der Dreh-Nullstellung 0 in der Park-Drehrichtung Dp um einen Park-Drehwinkel in den ersten Teilbereich SPI bis Erreichen eines Übergabepunktes U verstellt, wie es in den Figuren 7a und 7b angedeutet ist. Gemäß der Figuren 7a und 7b erzeugt das Scheibenpaar im Übergabepunkt U einen dritten Axial-Spreizweg Ass.

Während der Verstellbewegung im ersten Teilbereich SPI rollt die Kugel 29 auf den Park-Kugelbahnen 37 des Scheibenpaars ab, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, so dass sich ein Lüftspiel in der Lamellenbremse 3 aufhebt. Mit Überschreiten des Übergabepunktes U wird die drehbare Scheibe 27 mit weiter steigendem Park-Drehwinkel in den zweiten Teilbereich SP2 verdreht, bis die Parkfunktion eingelegt ist. Im Hinblick auf ein betriebssicheres Einlegen der Parkfunktion ist der im Park-Stellbereich SP befindliche Übergabepunkt U zwischen der Dreh-Null- stellung 0 und dem Kisspoint KP positioniert. Beim Einlegen der Parkfunktion wird daher der Übergabepunkt U kurz vor Erreichen des Kisspoints KP überschritten. Mit dem Erreichen des Kisspoints KP sind daher bereits die beiden korrespondierenden Gleitschrägen 38 miteinander in Gleitanlage, während sich die Kugel 29 außer Abrollkontakt mit den beiden Park-Kugelbahnen 37 befindet.

In den Figuren 8a und 8b ist die drehbare Scheibe 27 bis in ihre Park-Endlage verdreht, in der die Parkfunktion vollständig eingelegt ist. In der eingelegten Parkfunktion befindet sich die Kugel 29 in einer vordefinierten Kugel- Freilaufposition P (Figur 8b). Die Kugel-Freilaufposition P ist in der Figur 8b mit Hilfe von Kugelbahn-Ausläufen 41 der Park-Kugelbahnen 37 definiert. Die Kugelbahn-Aufläufe 41 sind bei eingelegter Parkfunktion in der Schei- ben-Umfangsrichtung über einen Kugel-Freilauf f voneinander beabstandet, in dem sich die Kugel 29 spielbehaftet, das heißt außer Abrollkontakt, zwischen den Park-Kugelbahnen 37 des Scheibenpaars abwälzt. Der Anpressdruck des Scheibenpaars wird daher ausschließlich mittels der in Gleitkontakt befindlichen Gleitschrägen 38 aufgebaut.

Zum Auslegen der Parkfunktion wird die drehbare Scheibe 27 entgegen der Park-Drehrichtung Dp zurück bis in die Dreh-Nullstellung 0 verdreht.

Im Vergleichsbeispiel der Figuren 4a bis 8b definiert der Kugel-Freilauf f (Figuren 7b und 8b) einen Kugel-Aufenthaltsbereich, in dem sich die Kugel 29 spielbehaftet bewegen kann. Aufgrund der spielbehafteten Kugel-Bewegung ist beim Auslegen der Parkfunktion, das heißt bei einer Rück-Drehung der drehbaren Scheibe 27 in Richtung Dreh-Nullstellung 0, die von der Kugel 29 in Bezug auf die Kugelbahnen 37 eingenommene Kugelposition ungenau, das heißt nicht mehr eindeutig von einer elektronischen Steuereinheit 41 des Elektromotors 22 identifizierbar. Es besteht daher im Vergleichsbeispiel die Problematik, dass sich gegebenenfalls die Kugel 29 nicht in der Rampen- Vertiefung 39 befindet, sobald die drehbare Scheibe 27 ihre Dreh-Nullstel- lung 0 erreicht, wodurch die Funktionssicherheit beeinträchtigt sein kann.

Nachfolgend sind Maßnahmen beschrieben, um die Kugel 29 bei eingelegter Parkfunktion in einer definierten Kugelposition zu halten, die eindeutig von der elektronischen Steuereinheit 41 des Elektromotors 22 identifizierbar ist.

Hierzu wird auf die Figuren 9a bis 12b verwiesen, anhand der die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Aktuators 21 beschrieben ist. Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Aktuators ist baugleich mit dem Aktuator 21 , der anhand der Figuren 4a bis 8b beschrieben ist, so dass auf die Vorbeschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel weist der erfindungsgemäße Aktuator 21 eine Positionierhilfe 42 für die Kugel 29 auf. Mit Hilfe der Positionierhilfe 42 verbleibt die Kugel 29, die bei eingelegter Parkfunktion (Figuren 11 a, 11 b) außer Abrollkontakt mit den Kugelbahnen 35 des Scheibenpaars ist, spielfrei in einer vordefinierten Kugelposition. Bei eingelegter Parkfunktion (Figuren 11a, 11 b) ist die Kugel 29 außer Kraftfluss mit dem Scheibenpaar, das heißt die Kugel 29 hebt von einer Begrenzungskontur 28 der drehbaren Scheibe 27 ab.

Wie aus den Figuren 9a bis 12b hervorgeht, sind erfindungsgemäß die Park- Kugelbahnen 37 weggelassen. Anstelle dessen enden die Brems-Kugelbah- nen 35 an der Ram pen-Vertiefung 39 mit einem Kugel-Bewegungsanschlag 43, der Bestandteil der Positionierhilfe 42 ist. Außerdem weist die Positionierhilfe 42 ein Federelement 45 auf, das zwischen der drehfesten Scheibe 25 und dem Kugelkäfig 30 abgestützt ist und die Kugel 29 mit einer Federkraft in Richtung Kugel-Bewegungsanschlag 43 vorspannt.

In den Figuren 9a bis 12b ist die Kugel-Rampe-Einheit 23 des Aktuators 21 - analog zu den vorangegangenen Figuren 4a bis 8b - jeweils in Abwicklung dargestellt. Die Figur 9a zeigt zwei korrespondierende Gleitschrägen 38 des Scheibenpaars, während die Figur 9b zwei korrespondierende Kugelrampen 34 des Scheibenpaars mit zwischengeordneter Kugel 29 zeigt. Die Brems- Kugelbahn 35 der feststehenden Scheibe 25 schließt an der Rampen- Vertiefung 39 mit dem Kugel-Bewegungsanschlag 43 ab. Die Rampen-Ver- tiefung 39 definiert - wie auch im Vergleichsbeispiel - die Dreh-Nullstellung 0, bei der das Scheibenpaar keinen Anpressdruck auf das Lamellenpaket der Lamellenbremse 3 ausübt. Das Einlegen der Bremsfunktion erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Kugel-Rampe-Einheit 23 analog zum Vergleichsbeispiel, mit dem Unterschied, dass sich die drehbare Scheibe 27 in der Brems- Drehrichtung DB entgegen der von dem Federelement 45 ausgeübten Federkraft verstellt. Ansonsten erfolgt das Einlegen der Bremsfunktion identisch wie im Vergleichsbeispiel.

Anhand der Figuren 10a und 10b wird ein Kalibrierschritt beschrieben, der vor dem Start des Fahrzeugbetriebs durchführbar ist. Im Kalibierschritt identifiziert die elektronische Steuereinheit 41 auf der Grundlage einer vom einem Strom messgerät 51 (Figur 1 ) erfassten Stromaufnahme I des Elektromotors 22 des Aktuators 21 während einer Drehbetätigung der drehbaren Scheibe 27 die Dreh-Nullstellung 0 sowie den damit korrelierenden Drehwinkel der drehbaren Scheibe 27, der in einer Datenbank der elektronischen Steuereinheit 41 abgespeichert wird.

Für eine einwandfreie Identifizierung der Dreh-Nullstellung 0 weisen die beiden Gleitschrägen 38 neben den Flachabschnitten 46 mit geringer Steigung steile Kalibrierkonturen 47 auf. Bei einer Scheibendrehung ausgehend von der in der Figur 9a und 9b gezeigten Dreh-Nullstellung 0 über einen Stellweg wi in der Park-Drehrichtung Dp kommen die einander zugewandten Kalibrierkonturen 47 in Gleitkontakt und definieren einen Druckpunkt. Der Druckpunkt ist mit gesteigertem Kraftaufwand beziehungsweise damit korrelierender gesteigerter Stromaufnahme I des Elektromotors 22 überdrückbar. Sobald ein Auswertebaustein 49 (Figur 1 ) der elektronischen Steuereinheit 41 mit dem Strommessgerät 51 den Druckpunkt erfasst, wird der damit korrelierende Drehwinkel der drehbaren Scheibe 27 als Dreh-Nullstellung 0 in der Steuereinheit 41 hinterlegt.

Im Kalibrierschritt wird durch Drehbewegung der drehbaren Scheibe 27 der Druckpunkt überwunden. Nach Überwindung des Druckpunktes kommen die Flachabschnitte 46 der beiden Gleitschrägen 38 miteinander in Gleitkontakt, so dass sich die Stromaufnahme I schlagartig reduziert. Beispielhaft kann der Übergang vom Druckpunkt in die Flachabschnitte 46 der Gleitschrägen 38 als der Zeitpunkt definiert, zu dem die drehbare Scheibe 27 ihrer Dreh- Nullstellung 0 einnimmt.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 9a bis 12b das erfindungsgemäße Einlegen der Parkfunktion beschrieben. Ausgehend von den Figuren 9a und 9b (dort befindet sich die drehbare Scheibe 27 in ihrer Dreh-Nullstellung 0) wird die drehbare Scheibe 27 in die Park-Drehrichtung Dp verstellt. Unmittelbar nach Verlassen der Dreh-Nullstellung 0 wird die drehbare Scheibe 27 um einen Axial-Spreizweg s (Figur 11a) verstellt, mittels dem ein Lüftspiel aufgehoben wird und der Kisspoint KP erreicht wird. Die Kugel 29 gerät unmittelbar nach Verlassen der Dreh-Nullstellung 0 außer Kraftfluss mit dem Scheibenpaar, das heißt außer Abrollkontakt mit den Kugelbahnen 35. Mittels des Federelements 45 wird die Kugel 29 in der Figur 11 b nach rechts gegen den Kugel-Bewegungsanschlag 43 gedrückt. Damit bleibt die Kugelposition auch nach Einlegen der Parkfunktion eindeutig definiert. Durch weiteres Verdrehen der drehbare Scheibe 27 (Figuren 12a und 12b) spreizt sich das Scheibenpaar weiter um einen weiteren Axialweg s bis in eine Maximalstellung, während die Kugel 29 weiter in Anlage mit dem Kugel-Bewegungsanschlag 43 verbleibt.

Wie zum Beispiel aus der Figur 11 b weiter hervorgeht, ist die Feder 45 in leichter Schrägstellung gegen den Käfig 30 abgestützt. Der Käfig 30 mitsamt Kugel 29 ist daher in Richtung der drehbaren Scheibe 27 (das heißt in Axialrichtung) mit einer Federkraftkomponente beaufschlagt. In diesem Fall wirkt die Begrenzungskontur 28 der drehbaren Scheibe 27 als ein Axialanschlag, der die Axialbewegung der Kugel 29 und des Käfigs 30 begrenzt.

Zum Auslegen der Parkfunktion wird die drehbare Scheibe 27 entgegen der Park-Drehrichtung Dp zurück bis in ihre Dreh-Nullstellung 0 verdreht. Das Verharren der Kugel 29 in der vordefinierten Kugelposition gewährleistet, dass sich die Kugel 29 mit Erreichen der Dreh-Nullstellung 0 wieder in der Rampen-Vertiefung 39 befindet und dort wieder in Abrollkontakt mit den Kugelbahnen 35 gerät.

BEZUGSZEICHENLISTE:

3 Lamellenbremse

5 Rotorwelle

7 Vorgelege

9 Achsdifferential

11 Abtriebswelle

12 Gegenhalter

13 Achsdifferential-Zahnrad

14 Drehmomentstütze

15 Differentialgehäuse

16 Spindeltrieb

17 Außenlamellenträger

18 Innenlamellenträger

19 Getriebegehäuse

21 Aktuator

23 Kugel-Rampe-Einheit

25 feststehende Scheibe

27 drehbare Scheibe

28 Begrenzungskontur der drehbaren Scheibe 27

29 Kugel

30 Käfig

31 Verzahnung

34 Kugelrampe

35 Brems-Kugelbahn

37 Park-Kugelbahn

38 Gleitschrägen

39 Ram pen-Vertiefung

41 elektronische Steuereinheit

42 Positionierhilfe

43 Kugel-Bewegungsanschlag

45 Federelement

46 Flachabschnitt der Gleitschräge 38

47 steile Kalibrierkontur der Gleitschräge 38 49 Auswertebaustein

51 Strommessgerät

0 Dreh-Nullstellung

U Übergabepunkt KP Kisspoint

P Kugel-Freilaufposition s Axial-Spreizweg

SB Brems-Stellbereich

SP Park-Stellbereich SPi, SP₂ Teilbereiche

DB Brems-Drehrichtung

DP Park-Drehrichtung

I Stromaufnahme f Kugel-Freilauf W1 , W2, W3 Stellwege der drehbaren Scheibe 27 im Park-Stellbereich SP

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1 . Fahrzeugbremssystem mit einer Lamellenbremse oder -kupplung (3) die einen Aktuator (21 ) mit einem Scheibenpaar aus einer feststehenden Scheibe (25) und einer dazu koaxialen drehbaren Scheibe (27) sowie zumindest einer zwischengeordneten Kugel-Rampe-Einheit (23) aufweist, wobei zum Einlegen einer Bremsfunktion die drehbare Scheibe (27) ausgehend von einer Dreh-Nullstellung (0) in einer Brems- Drehrichtung (DB) dreht, wodurch sich die Kugel (29) zwischen einander zugewandten Kugelbahnen (35) des Scheibenpaars abrollt, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, um die Lamellenbremse oder -kupplung (3) mit Anpressdruck zu beaufschlagen, und wobei zum Einlegen der Parkfunktion die drehbare Scheibe (27) ausgehend von der Dreh-Nullstellung (0) in einer zur Brems-Drehrichtung (DB) gegenläufigen Park-Drehrichtung (Dp) dreht, wodurch einander zugewandte Gleitschrägen (38) des Scheibenpaars in Gleitanlage bringbar sind, und zwar unter Axialspreizung des Scheibenpaars, um die Lamellenbremse oder -kupplung (3) mit Anpressdruck zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel-Rampe-Einheit (23) eine Positionierhilfe (42) aufweist, mit der die Kugel (29), die bei eingelegter Parkfunktion außer Kraftfluss mit dem Scheibenpaar ist, spielfrei in einer vordefinierten Kugelposition verbleibt.

2. Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierhilfe (42) zumindest einen Kugel-Bewegungsanschlag (43) aufweist, an dem die Kugelbahnen (35) abschließen, und dass die Positionierhilfe (42) ein Federelement (45) aufweist, das die Kugel (29) mit einer Federkraft in Richtung Kugel-Bewegungsanschlag (43) vorspannt, und dass insbesondere bei eingelegter Parkfunktion die Kugel (29) mit der Federkraft spielfrei in die vordefinierte Kugelposition gegen den Kugel-Bewegungsanschlag (43) gedrückt ist, und dass insbesondere die Positionierhilfe (42) außerdem eine an der drehbaren Scheibe (27) ausgebildete Begrenzungskontur (28) aufweist, die bei eingelegter Parkfunktion einen Axialanschlag für die nicht mehr im Kraftfluss befindliche Kugel (29) bildet.

3. Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (45) zwischen einem Kugelkäfig (30), in dem die Kugel (29) geführt ist, und der drehfesten Scheibe (25) abstützt.

4. Fahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (29) die vordefinierte Kugelposition einnimmt, sobald die aus einem Brems-Stellbereich (SB) kommende und in Park-Drehrichtung (Dp) drehende drehbare Scheibe (27) die Dreh-Nullstellung (0) erreicht.

5. Fahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar mit dem Start der Scheiben-Drehung ausgehend von der Dreh-Nullstellung (0) in den Park-Stellbereich (SP), das heißt beim Einlegen der Parkfunktion, die Gleitschrägen (38) in Gleitanlage kommen und gleichzeitig die Kugel (29) außer Abrollkontakt bzw. Kraftfluss mit dem Scheibenpaar gerät, und/oder dass unmittelbar mit dem Start der Scheiben-Drehung ausgehend von der Dreh-Nullstellung (0) in den Brems-Stellbereich (SB), das heißt beim Einlegen der Bremsfunktion, die Gleitschrägen (38) außer Gleitanlage kommen und gleichzeitig die Kugel (29) ausgehend von ihrer vordefinierten Kugelposition in Abrollkontakt bzw. in Kraftfluss mit dem Scheibenpaar gerät.

6. Fahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21 ) einen von einer elektronischen Steuereinheit (41 ) ansteuerbaren Elektromotor (22) aufweist, der mit der drehbaren Scheibe (27) in trieblicher Verbindung ist, und dass die elektronische Steuereinheit (41 ) einen Auswertebaustein (49) aufweist, mit dem ein Kalibrierschritt durchführbar ist, in dem der Auswertebaustein (49) anhand der Stromaufnahme (I) des Elektromotors (22) während einer Drehbetätigung der drehbaren Scheibe (27) die Dreh-Nullstellung (0) der drehbaren Scheibe (27) identifiziert.

7. Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschrägen (38) steile Kalibrierkonturen (47) aufweisen, die bei Gleitkontakt einen Druckpunkt definieren, der mit gesteigertem Kraftaufwand beziehungsweise damit korrelierender gesteigerter Stromaufnahme (I) des Elektromotors (22) überdrückbar ist, und dass insbesondere auf der Grundlage einer Druckpunkt-Erfassung der Auswertebaustein (49) die Dreh-Nullstellung (0) identifiziert.

8. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegter Bremsfunktion ein Rollwiderstand zwischen der Kugel (29) und den Kugelbahnen (35) des Scheibenpaars wirkt, und dass insbesondere der Rollwiderstand dazu führt, dass die Kugel-Rampe-Ein- heit (23) nicht selbsthemmend ist, das heißt stromlos offen ist, so dass insbesondere sich bei einen Stromausfall die Bremswirkung des Aktuators (21 ) aufhebt.

9. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegter Parkfunktion zwischen den korrespondierenden Gleitschrägen (46) ein Gleitwiderstand wirkt, der wesentlich größer als der Rollwiderstand zwischen der Kugel (29) und den Kugelbahnen (35) des Scheibenpaars ist, so dass bei eingelegter Parkfunktion die Kugel- Rampe-Einheit (23) selbsthemmend ist, das heißt stromlos geschlossen ist, wodurch insbesondere bei eingelegter Parkfunktion trotz eines Stromausfalls die Bremswirkung dauerhaft aufrechterhalten bleibt, und zwar insbesondere im Gegensatz zur eingelegten Bremsfunktion, in der sich bei einem Stromausfall die Bremswirkung des Aktuators (21 ) aufhebt.