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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bremsvorrichtung für Fahrzeuge,
insbesondere Elektrofahrzeuge, und ein Verfahren zum Bremsen solcher Fahrzeuge.
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Bei
Elektrofahrzeugen werden zum Verzögern hauptsächlich der Elektromotor bzw.
elektrische Nachlaufbremsen eingesetzt. Zusätzlich und als Standbremse
sind jedoch auch mechanische Bremsen erforderlich.
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Als
Bremsen für
Fahrzeuge sind allgemein Scheiben- und Trommelbremsen bekannt. Diese Bremsen
sind jedoch für
den Einsatz bei Elektrofahrzeugen, bei denen es auf klein gehaltene
Baumaße ankommt,
in der Regel baulich zu groß.
Zudem weisen sie im Verhältnis
zur Bremsmechanikgröße relativ
kleine Bremsflächen
auf. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Bremsen in der Regel
mittels Hydraulik betätigt
werden und zudem eine Rückstellfeder
oder -hydraulik erforderlich ist.
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Bei
Elektrofahrzeugen für
den unteren Geschwindigkeitsbereich werden z. T. Bremsen eingesetzt,
die von Fahrrädern
her bekannt sind. Bei diesen Bremsen umgreift ein zangenförmiger Mechanismus
einen Reifen in dessen oberem Umfangsbereich. Von jeder Seite her
kann über
diesen Mechanismus jeweils ein Bremsgummi gegen einen als Bremsscheibe
bzw. Bremstrommel wirkenden Metallring, der auch zur Aufnahme des
Reifens dient, gedrückt
werden. Auch bei diesem Mechanismus besteht das Problem, daß er baulich
viel Platz beansprucht und die Bremsfläche sehr klein ist. Zudem quietschen
derartige Bremsen bei der Betätigung
oftmals, wenn Staub oder Schmutz zwischen Bremsscheibe und Bremsgummi
gelangt.
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Als
platzsparende Bremsen sind beispielsweise für Hubwerke Bandbremsen bekannt,
die in der einfachsten Ausführungsform
nur für
eine Fahrtrichtung, in komplizierterer Ausführungsform zum Bremsen von
zwei Rotationsrichtungen einer Achse einsetzbar sind. Bei derartigen
Bandbremsen umschlingt ein Band den zylindrischen Umfang einer Bremstrommel.
Im ungebremsten Zustand umschlingt das Band den Umfang der Bremstrommel
locker, wobei sich ein Luftspalt zwischen Band und Bremstrommel
befindet. Zum Abbremsen einer Rotation der Bremstrommel wird das
Band in der Regel über
einen Hebelmechanismus gegen den Umfang der Bremstrommel gespannt.
Derartige Bandbremsen können
baulich in Richtung der Achse einer rotierenden Welle schmal gehalten
werden. Jedoch ist die Aufhängung
des Bandes aufwendig gestaltet, um im ungebremsten Zustand einen
ausreichenden Luftspalt gewährleisten
zu können.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 14 262 A1 ist eine Bremsvorrichtung
für Elektrofahrzeuge
bekannt, bei welcher der Umfang einer rotierenden Bremsscheibe bzw.
Bremstrommel von einem fast ringförmigen Bremsring umgriffen
wird. Der Bremsring weist unter Ausbildung einer Unterbrechung zwei
beabstandete Enden auf, ist über
eine von diesen beabstandete Halterung an seinem Umfang mit dem
Fahrzeugrahmen verbunden und ist innenseitig mit einem Bremsbelag
ausgekleidet. In einer gebremsten Stellung werden die beiden beabstandeten
Enden mit Hilfe eines Seilzugs aufeinander zu gespannt, so daß sich der
innenseitige Bremsbelag um den Außenumfang der Bremstrommel spannt.
Nimmt Zugkraft auf dem Seilzug ab, so öffnet sich der Bremsring aufgrund
einer geeignet gewählten
Eigenspannung wieder.
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Eine
solche Bremsvorrichtung ermöglicht
in gewissem Maße
ein leicht dosiertes Abbremsen eines Elektrofahrzeugs, das sich
mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt und kein großes Gesamtgewicht
aufweist. Das Abbremsen eines Elektrofahrzeugs mit Geschwindigkeiten
von über
30 km/h ist jedoch nicht mehr dosiert genug möglich. Selbiges gilt auch für Elektrofahrzeuge
mit einem größeren Gewicht.
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Bei
Fahrzeugen mit sehr geringen Baumaßen oder eigenem Antrieb, z.B.
Nabenmotor, für
einzelne Räder
fehlt außerdem
der Raum für
eine solche Bremsvorrichtung und z.B. ein Gelenkgestänge an Achsen,
die als Antriebs- und Lenkachse auszubilden sind. Beispielsweise
im Bereich des Weinbergbaus sind jedoch Elektro-Kleinfahrzeuge wichtig,
die einerseits sehr kleine Baumaße aufweisen, andererseits
aber sehr gelenkig steuerbar sein müssen und außerdem große Lasten transportieren und
entsprechend auch in steilem Gelände
abbremsen müssen. Im
Bereich des Einsatzes von Elektro-Kleinfahrzeugen als Versehrten-Fahrzeuge,
die entsprechend auch sehr wendig sein müssen, müssen in ländlichen Gegenden große Strecken
mit höheren
Geschwindigkeiten zurückgelegt
werden, was ebenfalls große und
fein dosierbare Bremsvorrichtungen erforderlich macht.
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Ein
weiterer Nachteil einer solchen Bremsvorrichtung besteht darin,
daß diese
leicht verschmutzt, da sie im Bereich der Fahrzeugräder angeordnet
wird.
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Aus
US 4,591,027 ist ein Gehäuse einer Bremsvorrichtung
bekannt, wobei innerhalb des Gehäuses
ein Bremsring angeordnet ist, wobei der Bremsring eine Bremstrommel
größtenteils
umgreift. Das erste Ende des Bremsrings ist dabei an einem Punkt
der Innenwandung des Gehäuses
fest befestigt. Zum Spannen dient ein Bremsseil, welches das zweite
Ende des Bremsrings zum Bremsen in Richtung des ersten Endes des
Bremsrings spannt, wodurch der Innenumfang des Bremsrings reduziert und
zum Bremsen an den Außenumfang
der Bremstrommel gedrückt
wird. Bekannt ist somit ein Bremsring, welcher starr an einem Punkt
der Gehäuse-Innenwandung
befestigt ist. Bei einem solchen Aufbau ist für die Entspannungslage kein
eigentliches Widerlager erforderlich, da bereits eine fixe Befestigung und
keine lose Lagerung des Bremsrings im Gehäuse besteht.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bremsvorrichtung
für Fahrzeuge, insbesondere
Elektrofahrzeuge, deren Aufbau einfach und platzsparend ist, weiterzuentwickeln
und ein Verfahren zum Bremsen solcher Fahrzeuge bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bremsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 bzw. ein Verfahren zum Betätigen
solcher Bremsen gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung beansprucht
nur wenig Platz für
deren Einbau, bietet aber trotzdem eine große Reibungs- bzw. Bremsfläche. Durch
den Einbau der wesentlichen Komponenten in den Innenraum eines Gehäuses hinein
wird außerdem
ein Verschmutzen der Bremsvorrichtung verhindert, was deren Lebensdauer
erhöht,
die Bremssicherheit erhöht
und Bremsgeräusche
reduziert.
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Das
Spannseil die Bremseinrichtung zumindest über einen Teil von deren Umfang
umgreifen zu lassen bewirkt beim Spannen des Spannseils eine Radialkraft
auf die Bremseinrichtung, so daß diese sich
zusammenspannt. Wenn das Spannseil dabei den Bereich der Unterbrechung
der Bremseinrichtung um- oder überspannt,
ist die radiale Wirkung auf die Enden des Bremsrings besonders groß und effektiv.
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Insbesondere
durch die bedingte radiale Verschiebbarkeit des Bremsrings und die
gleichmäßige radiale
Spannkraft auf diesen wird eine gleichmäßige Abnutzung des Bremsbelags
sichergestellt. Außerdem
bleibt die Bremswirkung auch bei sich abnutzendem Bremsbelag durchgehend
erhalten.
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Falls
ein Teil des Spannseils über
die Umspannungsstrecke der Bremseinrichtung hinweg parallel zu sich
selber führt,
also den Bremsring um mehr als 360° umschlingt, wird eine optimale
radiale Spannwirkung auf den Bremsring ausgeübt. Gemäß erster Untersuchungen ist
ein Mehrfachumspannungswinkel der Umspannungsstrecke mit einem Winkelbereich
von etwa 45° bis
90° besonders
vorteilhaft.
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Die
Bremseinrichtung innerhalb eines Gehäuses anzuordnen schützt diese
vor Schmutz und dergleichen. Vorteilhafterweise kann das Gehäuse zugleich
einen Teil der Bremsring-Befestigungseinrichtung
ausbilden. In besonders vorteilhafter Weise kann das Gehäuse dabei
in ungebremster Betriebsstellung als Entspannungswiderlager mit
der Bremseinrichtung zusammenwirken. Dies erspart eine Vielzahl üblicher
Bauelemente und somit Material und insbesondere auch Platz.
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Insbesondere
kann dafür
auch das Gehäuse eines
Motor- und/oder
Getriebegehäuses
verwendet werden.
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Das
Gehäuse
muß im
Idealfall lediglich eine Öffnung
zum Einführen
des Spannseils aufweisen, wobei die Öffnung insbesondere gut gegen
das Eindringen von Schmutz, Feuchtigkeit und dergleichen abdichtbar
ist.
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Als
Führung
für das
Spannseil in der Innenwandung eines Gehäuses und/oder in dem Außenumfang
der Bremseinrichtung eine Ausnehmung auszubilden, bietet eine einfache
und effiziente Führungsmöglichkeit
für das
Spannseil.
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Ein
Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1A eine
nur teilweise verkleidete scheibenförmige Bremsvorrichtung und
einen teilweisen Schnitt durch ein deren Umfang umgreifendes Gehäuse mit
einem Bremsring in einer ungebremsten Betriebsstellung,
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1B die
Anordnung der 1A in einer gebremsten Betriebsstellung,
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2 einen
Schnitt durch 1A längs der Linie 2 im
Bereich zweier zueinander parallel geführter Zugseile,
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3 einen
Schnitt durch 1A längs der Linie 3 im
Bereich einer Bremsring-Befestigungseinrichtung und
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4 schematisch
einen beispielhaften Verlauf eines Zug- und Spannseils, das um den Bremsring
zum Spannen desselben herumgeführt
ist.
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Wie
aus den 1A und 1B ersichtlich, besteht
die Bremsvorrichtung im wesentlichen aus einer Bremsscheibe bzw.
Bremstrommel 10, die auf einer abzubremsenden Achse oder
Welle 11 mit Hilfe z.B. eines Sprengrings 12 drehfest
befestigt ist. Der in 2 und 3 skizzierte
Außenumfang 13 der Bremstrommel 10 dient
als Reibungsfläche
zum Abbremsen der Bremstrommel 10 und der mit dieser zusammen
drehenden bzw. abgebremsten Welle 11.
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Um
den Außenumfang 13 der
Bremstrommel 10 herum ist ein Bremsring 15 mit
einem Bremsbelag 16 an seinem Innenumfang angeordnet bzw.
an einem Lagerpunkt 19 drehfest gelagert. Der Bremsring 15 ist
im wesentlichen ringförmig,
weist aber eine Unterbrechung seines Umfangs mit zwei voneinander beabstandeten
Enden 17 und 18 auf. In der ungebremsten Betriebsstellung
sind die beiden Enden 17 und 18 aufgrund der Elastizität und geeignet
gewählten
Eigenspannnung derart voneinander beabstandet, daß der Innenumfang
des Bremsbelags 16 größer als
der Außenumfang 13 der
Bremstrommel 10 ist. Dadurch bildet sich zwischen Bremsbelag 16 und Außenumfang 13 der
Bremstrommel 10 ein Luftspalt aus. Zusätzlich oder alternativ können insbesondere auch
eigenständige
Spannvorrichtungen bereitgestellt werden, welche die beiden Enden 17 und 18 des
Bremsrings 15 voneinander beabstanden.
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Um
die Bremstrommel 10 abbremsen zu können, d.h. die beiden Enden 17 und 18 des
Bremsrings 15 aufeinander zu spannen zu können, ist
um den Außenumfang
des Bremsrings 15 herum ein Zug- und Spannseil 20 gelegt.
Während
das eine Zug- und Spannseilende 21 an einem fixen Punkt
außerhalb
des Bremsrings 15 oder an dessen eigenem Umfang befestigt
ist, führt
das andere Zug- und Spannseilende 22 zumindest teilweise
um den Außenumfang
des Bremsrings 15 herum und schließlich von diesem zu einem Zugmechanismus
hinweg. Dabei wird von dem Zug- und Spannseil 20 insbesondere
auch der Bereich der beiden freien Enden 17 und 18 des
Bremsrings 15 um- bzw. überspannt.
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Zum
Abbremsen der Bremstrommel 10 wird das Zug- und Spannseil 20 angespannt,
wodurch das Zug- und Spannseil 20 den Bremsring zunehmend fester
umspannt und schließlich
derart einspannt, daß sich
die freien Enden 17 und 18 des Bremsrings 15 aufeinander
zu spannen. Dadurch verringert sich letztendlich der Innenumfang
des Bremsrings 15 und damit auch des Bremsbelags 16,
so daß der
Bremsbelag mit dem Außenumfang 13 der
Bremstrommel 10 in Reibkontakt tritt und die Bremstrommel 10 abbremst.
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Vorteilhafterweise
verläuft
der Bremsring 15 innerhalb eines Gehäuses 25. Bei der in 3 dargestellten
Ausführungsform
besteht der Lagerpunkt 19 des Bremsrings 15 aus
zwei Vorsprüngen,
die in zueinander axialer Richtung auf dem Außenumfang des Bremsrings 15 sitzen
und in eine entsprechend große
Ausnehmung 26 in der Innenwandung des Gehäuses 25 ragen.
Diese Anordnung bietet dem Bremsring 15 in jeder Betriebsstellung
einen in seiner Umfangsrichtung drehfesten Halt.
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Hinsichtlich
der Fixierung des Bremsrings 15 in der radialen Richtung
sind die beiden Betriebsstellungen zu unterscheiden, wie folgt.
In der Bremsstellung wird der Bremsring 15 zusammen mit
dem Bremsbelag 16 durch das Zug- und Spannseil 20 gegen
den Außenumfang 13 der
Bremstrommel 10 in eine Endstellung gedrückt. Dabei
ragen die Vorsprünge
des Lagerpunkts 19 noch teilweise in die diese seitlich
führende
Ausnehmung 26 hinein.
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Die
ungebremste Betriebsstellung bildet zugleich die andere Endstellung
in radialer Richtung durch das Anstoßen des Außenumfangs des sich aufweitenden
Bremsrings 15 an die Innenwandung des Gehäuses 25 an
vorzugsweise einer Vielzahl von gemeinsamen Berührungspunkten. Wie aus 1A ersichtlich,
ist die Innenwandung des Gehäuses 25 vorzugsweise
dem Außenumfang
des Bremsrings 15 derart entsprechend geformt und dimensioniert,
daß der
Bremsring 15 bereits vor seiner vollständigen Entspannung daran anstößt.
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Durch
einen derartigen Aufbau kann der Bremsring 15 durch einfaches
Zusammenspannen von der Seite her in das Gehäuse 25 eingesetzt
und dort nach dem Einrasten des Lagerpunktes 19 durch Entspannen
fixiert werden.
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Das
Zug- und Spannseil 20 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit seinem einen Ende in einer Ausnehmung 27 am Außenumfang
des Gehäuses 25 fixiert.
Insbesondere die Fixierung am Außenumfang bietet auch eine
einfache Möglichkeit, über die
Fixierung des Endes des Zug- und Spannseils 20 dessen Länge und/oder
Spannung einzustellen, beispielsweise durch verkürztes Einspannen oder Verlagern
des Befestigungspunktes längs
des Außenumfangs
des Gehäuses.
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Von
dort führt
ein Kanal 28 durch die Wandung des Gehäuses 25 hindurch,
durch die das Zug- und Spannseil 20 in den Raum zwischen
Gehäuse 25 und
Bremsring 15 führt.
Nach der Umschlingung des Bremsrings 15 führt das
Zug- und Spannseil 20 durch einen weiteren Kanal 29 aus
dem Gehäuse
heraus und zu einem Betätigungsmechanismus
hin. Der Betätigungsmechanismus
kann z.B. ein einfacher Bremshebel, wie er von Fahrrädern her
bekannt ist, oder ein elektromagnetisch gesteuerter Antrieb sein. In 1B ist
das Zug- und Spannseil 20 als Ende eines Bowdenzugs 31 dargestellt,
der direkt am Gehäuse 25 fixiert
ist. Eine Rückstellfeder
kann bei entsprechender Dimensionierung der Rückstellkraft des Bremsrings 15 entfallen.
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Alternative
Befestigungsmöglichkeiten
für das
zu befestigende Ende des Zug- und Spannseils 20 bieten
insbesondere die Innenseite des Gehäuses 25, wobei eine Öffnung zu
dessen Außenseite
entfallen kann, der Außenumfang
des Bremsrings 15 selber, die Vorsprünge des Lagerpunktes 19 oder
eine Schlaufe am Ende des Zug- und Spannseils 20, durch
die das Zug- und Spannseil 20 selber hindurchführend fixiert
ist.
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Vorteilhafterweise
wird ein Teil des Zug- und Spannseils 20 über die
Umschlingungsstrecke des Bremsrings 15 hinweg parallel
zu sich selber geführt, wie
dies aus insbesondere 2 und 4 ersichtlich
ist. Je länger
dabei die Strecke mit paralleler Führung von Zug- und Spannseil 20 bzw.
je größer der Mehrfachumschlingungswinkel α ist, desto
besser wirkt die Spannkraft beim Bremsen auf den Bremsring 15 ein.
Allerdings bewirken sowohl die parallele Führung bei aneinander reibenden
Strängen
des Zug- und Spannseils 20 als auch die dadurch verlängerte Reibungsstrecke
zwischen Zug- und
Spannseil 20 und dem Außenumfang des Bremsrings 15 eine verstärkte Reibung,
die insbesondere beim Entspannen der Rückstellkraft des Bremsrings 15 entgegenwirkt.
Bei ersten Versuchen zeichnet sich ein Mehrfachumschlingungswinkel
von etwa 45° < α < 90° als besonders
geeignet ab, ohne eine beschränkende Wirkung
zu bedingen.
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Wie
in den 1 bis 4 skizziert,
ist als Führung
für das
Zug- und Spannseil 20 in der Innenwandung des Gehäuses 25 vorteilhafterweise
eine Einkerbung oder Ausnehmung 30 ausgebildet. Zusätzlich oder
alternativ kann aber auch eine Auskerbung in dem Außenumfang
des Bremsrings 15 ausgebildet sein. Insbesondere die Ausbildung
des Lagerpunktes 19 aus zwei in axialer Richtung beabstandeten
Vorsprüngen
ermöglicht das
Hindurchführen des
Zug- und Spannseils 20 zwischen diesen (3).
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Vorteilhaft
ist der Einsatz einer solchen Bremsvorrichtung nicht nur in Bereichen,
in denen die Einzelelemente der Bremsvorrichtung in ein eigenes
Bremsengehäuse 25 eingesetzt
werden können. Besonders
vorteilhaft ist auch der Einsatz in einem Motor- oder Getriebegehäuse, wobei
das Motor- bzw. Getriebegehäuse
dann zugleich als Gehäuse 25 für die Bremsenanordnung
verwendet werden kann. Der Einbau kann einfach durch seitliches
Einsetzen in ein bestehendes oder gegebenfalls seitlich verlängertes Gehäuse erfolgen,
so daß in
vielen Fällen
Standardmotoren und Standardgetriebe ohne oder nur mit geringen
baulichen Änderungen
verwendet werden können.
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Insbesondere
bei Elektroantrieben mit einer primären Abbremsung über eine
elektromagnetische Motorbremswirkung ist dies mit Blick auf Abrieb
beim Bremsen unkritisch, da bereits geringe Brems-Reibungskräfte aufgrund
der effektiv großen
Bremsfläche
zu einer ausreichenden Bremswirkung führen. Eine übermäßige Verschmutzung des Innenraums mit
Abriebpartikeln ist daher nicht zu befürchten.
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Als
Spannseil können
Seile, Drähte
und dergleichen aus verschiedensten Materialien verwendet werden.