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Hintergrund der Erfindung
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Die
offenbarte Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Verzögern
bzw. Abbremsen eines angetriebenen Teils bzw. Glieds bzw. Elements.
Diese Erfindung besitzt Anmeldungen im Bereich Beförderung
bzw. Transportwesen, Dynamometern, Fördersystemen und im Bergbau,
um nur einige zu nennen. Im Transportwesen zum Beispiel können, wenn
ein Lastkraftwagen (Lkw) ein langes Gefälle hinunter fährt, die
luftgekühlten
Originalherstellerbremsen des Fahrzeugs überhitzen, wobei sich dieser Überhitzungszustand
verschlimmert, wenn der Lkw eine schwere Ladung befördert. Die Hitze,
die durch die Reibung der Bremsbeläge gegen die (Brems)Scheibe,
bei Scheibenbremsen, oder der Bremsschuhe bzw. -backen gegen die
Trommeln, bei Trommelbremsen, erzeugt wird, kann die Bremswirkung
verringern.
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Demzufolge
besteht im Stand der Technik Bedarf an einem verbesserten Reibungsbremssystem.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
offenbarte Vorrichtung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Bremsvorrichtung,
umfassend: ein Gehäuse,
eine an dem Gehäuse
angeordnete Bremskühlpumpe,
einen an dem Gehäuse
angeordneten Bremskraftaktuator, wobei der Aktuator durch ein erstes
ange triebenes Teil bzw. Glied bzw. Element angetrieben wird, und
ein Bremskraftaufbringelement bzw. -applikator, der mit dem Bremskraftaktuator
und einem Bremsrotor in operativer Verbindung steht bzw. betriebsfähig verbunden
ist, wobei der Rotor drehend an dem ersten oder einem zweiten angetriebenen
Teil befestigt ist.
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Das
offenbarte Verfahren bezieht sich auf ein Verfahren zum Verzögern bzw.
Bremsen eines angetriebenen Elements bzw. Teils, umfassend: Antreiben eines
Bremskraftaktuators mit einem ersten angetriebenen Element, Betätigen eines
Bremskraftapplikators, und Verzögern
der Rotation eines Rotors, der drehend an dem ersten oder zweiten
angetriebenen Element befestigt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
folgenden Beschreibungen sollen nicht als in irgendeiner Weise einschränkend angesehen werden.
In den Zeichnungen werden gleiche Elemente gleich beziffert:
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1 zeigt
einen Querschnitt einer Bremsvorrichtung einer Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt
eine explodierte, perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Ketten- und Zahnradanordnung,
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3 zeigt
eine explodierte, perspektivische Ansicht eines Bremsrotors einer
Ausführungsform der
Erfindung,
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4 zeigt
einen Querschnitt durch einen Bremsrotor und eine Statoranordnung,
wobei sich die Statoranordnung in der geöff neten Flüssigkeitsfließpfadstellung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung befindet,
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5 zeigt
einen Querschnitt durch Bremsrotor und Statoranordnung von 4,
wobei sich die Statoranordnung in der geschlossenen Flüssigkeitsfließpfadstellung
befindet,
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6 zeigt
einen teilweisen Querschnitt der 1 in vergrößertem Maßstab,
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7 zeigt
einen Hydraulikschaltplan einer Ausführungsform der Erfindung,
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8 zeigt
einen Teilquerschnitt einer Getriebe- bzw. Zahnradpumpe und eines
Gehäuses
einer Ausführungsform
der Erfindung,
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9 zeigt
einen Teilquerschnitt der in 8 gezeigten
Zahnradpumpe und des Gehäuses,
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10 zeigt
einen Querschnitt eines Nadelventils einer Ausführungsform der Erfindung, und
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11 zeigt
ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Eine
detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der offenbarten
Vorrichtung und dem Verfahren werden hier beispielhaft und nicht
beschränkend
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen aufgezeigt.
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In 1 und 2 ist
eine Bremsanordnung 14 zu sehen, umfassend: ein Bremsengehäuse 18, ein
hinteres Kettengehäuse 22,
ein vorderes Kettengehäuse 26,
ein Austrittsgehäuse 106 und
ein Auslaufgehäuse 30 sind
dichtend aneinander befestigt, um im Allgemeinen eine Struktur zum
Stützen
der Bauteile zu bilden, die eine Reibungsbremsvorrichtung 10 umfassen.
Die Bolzen 32 machen das Bremsengehäuse 18, das hintere
Kettengehäuse 22 und das
vordere Kettengehäuse 26 zusammen
fest, während
die Bandklemme 33 das Auslaufgehäuse 30 an dem vorderen
Kettengehäuse 26 befestigt.
Ein erstes angetriebenes Element, in einer ersten Ausführungsform
als eine Kreuzgelenkkupplung (oder Bügel oder Gleitbügel) 34 dargestellt,
ist drehend an einem Antriebszahnrad 38 befestigt, das
innerhalb der Bremsanordnung 14 auf Lagern 42 rotiert.
Abwechselnd kann ein zweites angetriebenes Element, in einer Ausführungsform
als eine Auslaufwelle 36 dargestellt, drehend an der Kreuzgelenkkupplung 34 befestigt
sein, die drehend an dem Antriebszahnrad 34 befestigt ist,
oder es kann drehend an dem Antriebszahnrad 34 direkt befestigt
sein, während
eine axiale Bewegung zugelassen wird. Eine Kette 46, die
mit dem Antriebszahnrad in Eingriff ist, treibt ein Rotorzahnrad 50 auf
den Lagern 54 an. Das Rotorzahnrad 50 ist drehend
an einem Bremsrotor 300 durch eine Bremswelle 62 befestigt.
Durch die oben beschriebenen Verbindungen ist der Bremsrotor 300 drehend sowohl
an dem ersten als auch dem zweiten angetriebenen Element befestigt.
Ein Fachmann müsste anerkennen,
dass die Kette 46, wie hierin beschrieben, nur eine beispielhafte
Ausführungsform
zum rotierenden Befestigen des Bremsrotors 300 mit dem angetriebenen
Element ist, und andere Ausführungsformen,
wie beispielsweise ein Band- oder
Radsatz auch benutzt werden können.
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Die
Reibungsbremsvorrichtung 10 beschränkt die Rotation der Kreuzgelenkkupplung 34, indem
die Rotation des Bremsrotors 300 behindert wird, der drehend
an der Kreuzgelenkkupplung 34 wie oben beschrieben befestigt
ist. Ein Bremskraftapplikator, hier in der Ausführungsform eines Kolbens 66,
Bremsbelagplatten 70 und Bremsbelägen 74 gezeigt, bringt
eine Bremskraft auf den Bremsrotor 300 auf. Der Bremsrotor 300 hat
gegenüberliegende äußere axiale
Bremsflächen 330 und 334,
die in Eingriff mit den Bremsbelägen 74 sind, welche
an den Bremsbelagplatten 70 befestigt sind. Die Bremsbeläge 74 werden
gegen die Bremsflächen 330, 334 durch
die Kolben 66 gedrückt.
Die Schiebekraft der Kolben 66 resultiert aus dem hydraulischen
Druck, der in einem Bremskraftaktuator 110 erzeugt wird.
Der Aktuator benutzt hydraulische Kraft als ein Funktion von Druck,
um die Kolben 66 zu bewegen, um die Brems(Verzögerungs-)kraft
aufzubringen. Der Bremskraftaktuator ist hier in einer Ausführungsform
als Getriebe- bzw. Zahnradpumpe 500 dargestellt, die unter
Bezugnahme auf die 7–9 genauer
beschrieben wird. Es sollte von einem Fachmann anerkannt werden,
dass Ausweichausführungsformen
wie Gerotor oder Kolbenpumpe beispielsweise als Bremskraftaktuator
verwendet werden können,
während
innerhalb des Rahmens der Erfindung geblieben wird.
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Die
Bremsbelagplatten 70 befinden sich in gleitendem Eingriff
mit der Bremsanordnung 14, um den Arbeitsweg der Bremsbelagplatten 70 im
Wesentlichen auf eine Richtung zu beschränken, die parallel zur Achse
des Bremsrotors 300 verläuft. Es sollte von einem Fachmann
anerkannt werden, dass Kolben, die Bremsschuhe gegen einen Trommelrotor drücken, auch
in anderen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden können.
Der oben beschriebene Abschnitt des Systems ist gleich den Reibungsbremssystemen,
wobei die Nachteile hiervon in dem Abschnitt zum Hintergrund dieser
Anmeldung angegeben sind. Das hierin beschriebenen System enthält jedoch
eine Bremsflächenkühlpumpe,
die mit dem System operativ verbunden ist. In einer gezeigten Ausführungsform
der Erfindung befindet sich die Kühlpumpe innerhalb des Bremsrotors 300.
Die Pumpe enthält
innere Pumpenflügel,
die unter Bezugnahme auf die 3–5 genauer
beschrieben sind. Der Zweck der Kühlpumpe besteht darin, eine
Flüssigkeit
in leitender Verbindung mit der Bremsrotorreibungsfläche zu zirkulieren,
um Wärme von
dem Bremsrotor 300 und den umgebenden Bauteilen zu entziehen,
die durch die Reibung der Bremsbeläge 74 gegen die Bremsflächen 330, 334 entstanden
ist. Die Kühlpumpe
pumpt Kühlflüssigkeit hin
zu und weg von der Bremsvorrichtung 10, durch den Einlassnippel 98 und
den Auslassnippel 102, der in dem Auslassgehäuse 106 gebildet
ist. Die Kühlflüssigkeit
kann durch einen Fahrzeugkühler
(nicht gezeigt) oder andere Wärmetauschvorrichtungen (nicht
gezeigt) geführt
werden, die nahe, auf oder entfernt von der Bremsvorrichtung 10 der
Erfindung angeordnet sind.
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Bezugnehmend
auf 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Bremsrotors 300 Einzelheiten
der inneren Kühlpumpe.
Das Pumpen von Kühlflüssigkeit wird
durch die Rotation mehrerer Bauteile bzw. Komponenten innerhalb
des Bremsrotors 300 erleichtert, das Rotorzahnrad 50 liefert
die Antriebskraft für
diese Rotation. Die Bremswelle 62 ist drehend an dem Rotorzahnrad 50 durch
eine Kerbverzahnung 304 befestigt, der an einem Ende der
Bremswelle 62 angeordnet ist. Ein Flansch 316 auf
der Rotorseite der Bremswelle 62 ist drehend an einer Antriebsplatte 308 durch
zwei axial vorstehende Stäbe 312 befestigt,
die in die unteren zylindrischen Ausnehmungen (nicht gezeigt) in
die Antriebsplatte 308 eingreifen. Ein Halbrundbolzen 320 und
O-Ring bzw. Dichtring 324 fixieren
die Antriebsplatte 308 axial an der Bremswelle 62.
Durch die obige Anordnung ist die Antriebsplatte 308 drehend
an dem Rotorzahnrad 50 befestigt.
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Mehrere
andere Bauteile innerhalb des Bremsrotors 300 sind auch
an der Antriebsplatte 308 drehend festgemacht. Die Antriebsplatte 308 hat
eine äußere Umfangsfläche 328,
die sich axial über
die Antriebsplattenbremsfläche 330 hinaus
erstreckt und Außendurchmessergewinde 326 darauf
aufweist. Eine Dichtungsplatte 336 hat einer Außenumfangsfläche 338,
die sich axial über
die Dichtungsplattenbremsfläche 334 hinaus
erstreckt und Innendurchmessergewinde 332 darauf hat, die
sich in die Außendurchmessergewinde 326 der
Antriebsplatte 308 schrauben. Ein O-Ring 340 dichtet
die Antriebsplatte 308 diametral gegenüber der Siegelungsplatte 336 ab.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 5 ist zwischen
der Antriebsplatte 308 und der Dichtungsplatte 336 eine
Rotorscheibe 344 eingeschlossen, wobei eine Statoranordnung 356 einen
Statorflansch 348 und eine Statorflügelplatte 372 umfasst. Die
Rotorscheibe 344 zweiteilt den Rotorhohlraum bzw. die -aushöhlung 354 in
einen ersten Hohlraum 358 und einen zweiten Hohlraum 362.
Die Rotorscheibe 344 ist drehend verriegelt an und rotiert
folglich mit den Platten 308 und 336, während die
Statoranordnung 356 nicht an den Platten 308 verriegelt ist
und somit nicht mit den Platten 308 und 336 rotiert. Ein
Rotorscheibenlager 352 positioniert die Statoranordnung 356 konzentrisch
zur Rotorscheibe 344, wenn die Rotorscheibe 344 in
Bezug zur Statoranordnung 356 rotiert. Ein O-Ring 354 dichtet
eine Gleitringdichtung 361 aus Keramik an der Dichtungsplatte 336 in
einem Mittelloch dort hindurch ab. Die Keramikflächenabdichtung 361 dichtet
dynamisch an einer Karbonflächenabdichtung 363 ab,
die an dem Auslassgehäuse 106 drehend
befestigt und gegen das Auslassgehäuse 106 durch den
O-Ring 359 abgedichtet ist. Eine Wellenfeder 36 drückt die
Karbonflächenabdichtung 363 gegen
die Keramikflächenabdichtung 361,
um den direkten Kontakt aufrechtzuerhalten, der zum Siegeln bzw.
Abdichten erforderlich ist. Die Weichheit der Keramikflächenabdichtung 361 gegenüber der
geringen Reibung, die höchst
dauerhafte Oberfläche
der Karbonflächenabdichtung 363 sorgen
für ein
langlebiges Abdichtungsdesign mit niedrigem Drehmoment. Andere Materialien
mit geeigneten Eigenschaften, um die Keramik in der Abdichtung 361 zu
ersetzen, enthalten, sind aber nicht beschränkt auf Wolframkarbid, Siliziumkarbid
oder zum Beispiel wärmebehandelten
Stahl.
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Der
Kühlflüssigkeitspumpvorgang
wird durch die Rotation der Rotorscheibe 344 erzeugt, insbesondere
durch einen Satz erster Flügel 360 und
einen Satz zweiter Flügel 364,
der auf gegenüberliegenden
Seiten der Rotorscheibe 344 gebildet ist. Die Kühlflüssigkeit
wird radial nach außen
in den ersten Hohlraum 358 durch die ersten Flügel 360,
axial um den Außendurchmesser
der Rotorscheiben 344, radial nach innen in den zweiten
Hohlraum 362 durch die zweiten Flügel 364 und radial
nach innen in Kanäle 370 der
Statoranordnung 356 getrieben. Die Kanäle 370 der Statoranordnung 356 werden
durch den axialen Raum zwischen der Statorflügelplatte 372 und
dem Statorflansch 348 gebildet und durch Statorflügel 368,
die auf die Statorflügelplatte 372 gebildet werden.
Die Kühlflüssigkeit
fließt
axial von den Kanälen 370 in
einen ringförmigen
Fließpfad 376,
der durch das radiale Spiel zwischen dem Statorflansch 348 und
der Statorflügelplatte 372 gebildet
ist. Diese Flüssigkeit
ist durch die Gleitdichtung der Keramikflächenabdichtung 361 gegen
die Karbonflächenabdichtung 363 aufbewahrt,
wie oben beschrieben, und wird zum Auslassnippel 102 des
Auslassgehäuses 106 portiert.
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Somit
pumpt der Pumpvorgang Flüssigkeit entlang
den Flächen 331 und 333,
die die Flächen sind,
die jeweils gerade gegenüber
der Antriebsplattenbremsfläche 330 und
der Abdichtungsplattenbremsfläche 334 sind,
wodurch Wärme
von den Platten 308, 336 bei dem Vorgang abgeleitet
wird.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung überträgt die Einlaufkühlflüssigkeit
entlang der Achse des Rotors innerhalb des Statorflansches 348 und überträgt die Auslaufkühlflüssigkeit
koaxial zur Einlaufflüssigkeit
entlang einem äußeren Abschnitt
des Statorflansches 348. Diese Konstruktion gestattet die Bildung
einer inneren dynamischen Abdichtung bzw. Siegelung durch das Rotorscheibenlager 352,
was die rotierende Rotorscheibe 344 gegenüber dem
stationären
Statorflansch 348 abdichtet. Die Siegelungsunversehrtheit
dieser Abdichtung ist nicht kritisch, weil jedwedes Auslaufen immer
noch vollständig
innerhalb der Flüssigkeitsfließpfade gehalten wird,
demzufolge die Bezeichnung als „innere dynamische Abdichtung". Umgekehrt ist die
andere dynamische Abdichtung, diejenige welche durch die Keramikflächenabdichtung 361 an
der Karbonflächenabdichtung 363 geschaffen
wird, wie oben beschrieben, nicht innerhalb der Flüssigkeitsfließpfade enthalten und
wird somit als eine „äußere dynamische
Abdichtung" beschrieben,
und jedwedes Auslaufen hieraus wird ein Austreten von Kühlmittel
aus dem geschlossenen Kühlsystem
des Fahrzeugs zulassen, ein Zustand der vermieden werden sollte.
Die Konstruktion dieser Ausführungsform,
insbesondere mit dem Einlassfluss entlang der Achse des Rotors,
gestattet die Verwendung einer einzelnen, äußeren, dynamischen Versiegelung.
Wobei alternative Konstruktionen, die sowohl den Einlass- als auch
den Auslassfluss entlang der Rotationsachse nicht portieren, wenigstens zwei äußere, dynamische
Abdichtungen benötigen, eine
zwischen jedem stationären Flussnippel
und der rotierenden, kühlmittelgefüllten Rotoranordnung.
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Die
Kühlflüssigkeit
tritt in die Bremsvorrichtung (10) (1) durch
den Einlassnippel 98 ein. Die Anordnung bezweckt, dass
der Einlassnippel 98 mittels Gewinde an dem Statorflansch 348 befestigt
ist und daran mit dem O-Ring 384 abdichtet. Ein Loch 388,
das in dem Statorflansch 348 gebildet ist, nimmt einen
Stift 392 durch ein Loch 394 in dem Auslassgehäuse 106 auf,
was den Statorflansch 348 am Rotieren hindert, während der
Einlassnippel 98 auf den Statorflansch 348 über ein
Sechskantgestalt 398 auf seinen Umfang geschraubt wird.
Nach dem Anordnen wird der Stift 392 entfernt, und das
Loch 392 in dem Auslassgehäuse 106 wird mit einem
Stopfen 402 verschlossen.
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Wie
bei jedem Pumpmechanismus verbraucht die während des Pumpvorgangs erfolgte
Arbeit Energie. Eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung gestattet
die Verringerung des Energieverbrauchs der Bremsvorrichtung 10 (1),
indem das Pumpen von Kühlflüssigkeit
während
den Zeiten gestoppt oder reduziert wird, in denen ein Kühlen nicht
erforderlich ist, wie zum Beispiel, wenn die Bremsvorrichtung 10 nicht
in einen Bremsvorgang verwickelt ist. Um den Pumpvorgang zu bewirken
oder abzubrechen, ist die Statoranordnung 356 in Bezug
auf die Bremsanordnung 14 und die Antriebsplatte 308 in
eine axiale Richtung neu positionierbar. Ein Kühlflüssigkeitsfließpfad 440 wird
durch das axiale Spiel zwischen dem Statorflansch 348 und des
Antriebsscheibe 308 gebildet. Wenn sich die Statoranordnung 356 in
Richtung Antriebsscheibe 308 in eine erste Stellung bewegt,
wird der Fließpfad 440 blockiert,
wodurch der Pumpvorgang gestoppt wird. Wenn sich die Statoranordnung 356 von
der Antriebsscheibe 308 weg in eine zweite Stellung be wegt,
wird der Fließpfad 440 geöffnet und
der Pumpvorgang zugelassen.
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Um
das Neupositionieren der Statoranordnung 356 zu gestatten,
ist eine Druckstatorfeder 406 zwischen dem Einlaufnippel 98 und
einer Sechskantplatte 410 beherbergt. Die Sechskantplatte 410 ist
an dem Auslaufgehäuse 106 mit
Bolzen 414 befestigt. Die Statorfeder 406 drückt die
Statoranordnung 356 in Richtung Antriebsscheibe 308,
bis ein Statorflanschansatz 418 nach unten gegen die Auslaufgehäuse 106 ausläuft. Umgekehrt
ist die Statoranordnung 356 in entgegengesetzte Richtung
axial verschiebbar, in eine Richtung weg von der Antriebsscheibe 308,
bis die Statorflügelplatte 372 das
Auslaufgehäuse 106 berührt. Die
Kraft, um die Statoranordnung 356 weg von der Antriebsplatte 308 zu
bewegen, wird durch Hyrauliköldruck
in einer Druckkammer 426 erzeugt. (Der Druck wird zur Druckkammer 426 durch den
siebten Druckport bzw. -anschluss 442 und den sechsten
Druckanschluss 446 geleitet, die strömungstechnisch einen Kolbenhohlraum 454 mit
dem Statordruckhohlraum 426 verbinden, wie unter Bezugnahme
auf die 7–9 genauer
beschrieben wird). Der Druck in der Statordruckkammer 426 bewirkt,
dass sich die Statoranordnung 356 axial bewegt, wodurch
der Kühlmittelfließpfad 440 geöffnet wird,
wie oben beschrieben. Die Druckkammer 426 wird in einer
ringförmigen
Aushöhlung
bzw. einem Hohlraum zwischen dem Auslaufgehäuse 106 und dem Statorflansch 348 gebildet,
die durch den O-Ring 436 aneinander gesiegelt werden. Der
Einlass- bzw. einlaufnippel 98, der an das Auslaufgehäuse 106 durch
den O-Ring 432 gesiegelt wird, und an den Statorflansch 348 durch
den O-Ring 384, bedeckt das Ende der Druckkammer 426.
Die O-Ringe (oder andere radiale Abdichtungen) 436 und 432 schaffen
Gleitdichtungen zwischen der Statoranordnung 356 und dem
Auslaufgehäuse 106 und
sorgen auch für
eine Ausrichtung der Statoranordnung 356 innerhalb der
Bremsanordnung 14 auf einem Ende der Statoranordnung 356.
Der Statorflansch 348, der innerhalb eines Innendurchmessers
des Rotorscheibenlagers 352 läuft, richtet das andere Ende
der Statoranordnung 356 aus. Somit wird der Kühlflüssigkeitsfließpfad 440 geschlossen,
weil die Statorfeder 406 die Statoranordnung 356 in
Richtung Antriebsscheiben 308 drängt und zwar als Reaktion auf
einen Abfall des Öldrucks
in der Druckkammer 426. Und umgekehrt wird der Flüssigkeitsfließpfad 440 in
Reaktion auf einen Anstieg des Öldrucks
in der Druckkammer 426 geöffnet, wobei die Statorfeder 406 zusammengedrückt wird,
während
die Statoranordnung 356 weg von der Antriebsscheibe 308 bewegt
wird. Für
einen Fachmann sollte es selbstverständlich sein, dass alternative
Ausführungsformen,
wie beispielsweise ein Magnet, verwendet werden können, um
die Bewegung der Statoranordnung 356 auszulösen, um
den Flüssigkeitspfad 440 zu öffnen und
zu schließen,
während
man innerhalb des Rahmens der Erfindung bleibt.
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Bezugnehmend
auf 6 wird der Hydraulikdruck, der die Druckkammer 426 unter
Druck stellt, durch die Zahnradpumpe 500, die am vorderen
Kettengehäuse 26 befestigt
ist, erzeugt. Diese Zahnradpumpe 500 sorgt auch für den Hydraulikdruck
an den oben beschriebenen Kolben 66. Die Zahnradpumpe 500 ist
eine Verdrängerpumpe,
die innerhalb einer Zahnrad(getriebe)platte 934 beherbergt
ist, die am vorderen Kettengehäuse 26 befestigt
ist. Ein Antriebsrad 130 greift in ein Abtriebsrad 132 ein
und treibt es an. Die Antriebskraft für das Antriebsrad 130 wird
durch die Bremswelle 62 durch einen geschlitzten Bolzen 118,
der schraubbar an der Bremswelle 62 befestigt ist, zugeführt. Eine
vorstehende Nase 122 auf einer Antriebswelle 126 greift
in einen Antriebsschlitz 114 in dem geschlitzten Bolzen 118 ein. Somit
ist das Antriebsrad 130 drehend an der Bremswelle 62 befestigt,
die drehend an der Kreuzgelenkkupplung 34 befestigt ist,
und pumpt somit immer Hydrauliköl,
wenn die Kreuzgelenkkupplung 34 rotiert. Durch die obige
Kopplung bzw. Verbindung wird der Bremskraftaktuator, der hier als
Getriebe- bzw. Zahnradpumpe 500 gezeichnet ist, durch das
erste Antriebselement, das hier als Kreuzgelenkkupplung 34 dargestellt
ist, angetrieben. Ein Fachmann sollte es zu schätzen wissen, dass der Bremskraftaktuator vom
ersten angetriebenen Element und dem Bremsrotor, der drehend an
dem zweiten angetriebenen Element befestigt ist, angetrieben werden
kann, oder dass er von einer externen Quelle angetrieben werden
kann, wie beispielsweise einem Elektromotor oder einem Zubehörteil, das
von einer Antriebsmaschine weggetrieben wird, während noch innerhalb des Rahmens
der Erfindung geblieben wird.
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Bezugnehmend
auf 7, wird ein Schaltplan für ein Hydrauliksystem einer
Ausführungsform der
Erfindung besprochen. Die Verdrängerpumpe 500 erzeugt
geringen Druck in dem Ansaugport bzw. der -öffnung 502, die die
Pumpe 500 mit einer Ölwanne 504 durch
einen Filter 508 verbindet, wobei gefiltertes Öl in die
Pumpe 500 gesogen wird. Der Auslass der Pumpe 500 ist
durch die Drucköffnung 512 mit
den Kolbenhohlräumen 545,
der Statordruckkammer 426 und mit einem Nadelventil 700 parallel
verbunden.
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Bezugnehmend
auf die 8 und 9 zeigen
Teilquerschnittsansichten der Bremsvorrichtung 10 die Hydraulikflüssigkeitsübertragung
von 7 genauer. Der Ölfilter 508 ist in
Bezug auf die Kettengehäuse 22 und 26 so
angeordnet, dass sich der Ölfilter 508 nahe
dem Boden der Ölwanne 504 befindet, und
somit aufgrund der Schwerkraft im Öl untergetaucht ist. Der Fil ter 508 ist
gegen das vordere Kettengehäuse 26 durch
eine durch die Feder 511 zusammengedrückte Dichtung abgedichtet.
Eine erste Ansaugöffnung 516 in
dem vorderen Kettengehäuse 26 liefert Öl vom Filter 508 in
Richtung der Zahnradpumpe 500, es wird dann durch eine
zweite Ansaugöffnung 520 weitergeleitet,
die senkrecht zur ersten Ansaugöffnung 516 steht,
und ist mit einer dritten, in einem Nadelgehäuse 528 gebildeten
Ansaugöffnung 528 verbunden.
Die dritte Ansaugöffnung 524 ist
mit einer vierten Ansaugöffnung 532 verbunden,
die den Einlass zur Zahnradpumpe 500 bildet. Somit umfasst die
Ansaugöffnung 502 von 7:
die erste Ansaugöffnung 516,
die zweite Ansaugöffnung 520,
die dritte Ansaugöffnung 524 und
die vierte Ansaugöffnung 532.
Wenn das Antriebsrad 130 der Zahnradpumpe 500 rotiert,
greift es in das Abtriebsrad 132 ein und treibt es an,
wodurch ein steigendes Volumen erzeugt wird, das Öl von der
vierten Ansaugöffnung 532 einsaugt,
und ein abnehmendes Volumen, das Öl durch einen ersten Druckauslass 540 nach
außen drückt. Der
erste Druckauslass 540 verbindet den Auslass der Zahnradpumpe 500 parallel
mit dem Nadelventil 700, den Kolbenhohlräumen 454 und
dem Statordruckhohlraum 426. Somit umfasst der Druckauslass 512 aus 7:
den ersten Druckauslass 540, den zweiten Druckauslass 544,
den dritten Druckauslass 548, den vierten Druckauslass 552, den
fünften
Druckauslass 556, den sechsten Druckauslass 446,
den siebten Druckauslass 442 und einen Nadeldruckauslass 712.
Die Stopfen 560 werden verwendet, um ein Auslaufen von Öl durch
die in die verschiedenen Gehäuse
gebohrten Löcher
zu verhindern, und der Stopfen 564 stopft das Zutrittsloch für den Filter 508.
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Da
die Zahnrad- bzw. Getriebepumpe 500 immer dann kontinuierlich Öl pumpt,
wenn die angetriebenen Elemente rotieren, wird der Ausfluss von der
Zahnradpumpe 500 zur Ölwanne
geleitet, wenn es keinen Bremsvorgang gibt. Somit wird weder Druck
erzeugt, noch den Kolbenhohlräumen 545 der der
Statordruckkammer 426 zugeführt. Wenn kein Druck auf die
Kolbenhohlräume 454 aufgebracht wird,
werden die Bremsbeläge 74 nicht
gegen die Bremsflächen 330, 334 gedrückt, und
es wird kein Bremsvorgang ausgelöst.
Ferner, wenn kein Druck der Statordruckkammer 426 zugeführt wird,
dehnt sich die Statorfeder 406 aus und drückt die
Statoranordnung 356 in Richtung Antriebsplatte, um den Kühlflüssigkeitsfließpfad 440 abzusperren,
wodurch ein Pumpen der Kühlflüssigkeit
nicht zugelassen wird. Umgekehrt, wenn der Bremsvorgang ausgelöst wird,
bewegt sich das Nadelventil 700 (10), das parallel
zu den Kolbenhohlräumen 454 und
der Statordruckkammer 426 geöffnet ist, in Richtung einer geschlossenen
Stellung, was Druck in dem Druckauslass 512 erzeugt.
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Bezugnehmend
auf die 8 bis 10 fließt Öl in das
Nadelventil 700 durch den Einlassnadeldruckauslass 712,
verbunden mit dem Auslass der Zahnradpumpe 500 (8) über den
ersten Druckauslass 540 (9), den
zweiten Druckauslass 544 (9) und den
dritten Druckauslass 548. Der Nadeldruckauslass 812 ist
mit einer Nadelaushöhlung 716 in
dem Nadelgehäuse 528 verbunden. Ein
Sitzring 714 dichtet gegen den unteren Abschnitt der Nadelaushöhlung 716 mit
dem O-Ring 718 ab. Ein Außendurchmesser 734 der
Nadel 722 greift gleitend und dichtend in einen Innendurchmesser 738 des
Dichtrings 714 ein. Eine Nadelabfließöffnung 740 verbindet
den Innendurchmesser 738 mit der Ölwanne 504, um die
Nadel 733 innerhalb des Einsatzes 714 und des
Nadelgehäuses 528 zu
lüften.
Die Querlöcher 742 in
dem Sitzring 714 verbinden den Innendurchmesser 738 mit
einer Nadelsammelbehälteröffnung 746,
die mit der Ölwanne 504 verbunden
ist. Eine verjüngte
Nadelauflage 750 läuft
den Außendurch messer 734 der
Nadel 722 hoch bis zu einem Ansatz bzw. Hals 754 mit
einem kleineren Durchmesser. Wenn sich das Nadelventil 700 in
den geöffneten Stellungen
befindet, kann somit Öl
fließen,
und zwar hinein durch die Nadeldrucköffnung 712, hin zur
Aushöhlung 716,
durch den Innendurchmesser 738, durch die Querlöcher 742,
zur Nadelsammelbehälteröffnung 746 und
hinaus zur Ölwanne.
Somit ist das Nadelventil 700 vollständig geöffnet, wenn die Nadelauflage 750 unterhalb
der Querlöcher 742 des
Sitzrings 714 ist, so dass Öl frei von der Aushöhlung 716 zur Ölwanne 504 fließen kann,
was zu keinem Gegendruck zur Zahnradpumpe 500 führt.
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Ein
Magnet 704, der an dem Nadelventil 700 befestigt
ist, wird verwendet, um das Nadelventil 700 teilweise zu
schließen,
was zu einem Anstieg des Öldrucks
des Systems führt.
Die Nadel 722 hängt
von einem Druckstück
bzw. Kolben 730, des Magnets 704, durch einen
Kopf 726 herab. Der Kolben 730, der den Nadelkopf 726 erfasst,
kann sich frei bewegen, in eine Richtung parallel zu der Achse der
Nadel 722, innerhalb eines Kolbenrohrs 758. Ein
Loch 760 in dem Kolben 730 gestattet es, dass Öl und Luft
hindurchfließen,
und den Druck des Kolbens 730 in dem Kolbenrohr 758 ausgleicht.
Das Kolbenrohr 758 ist an das Nadelgehäuse 528 mit einem
Gewinde befestigt und dichtet mit einem ORing 762 gegenüber dem
Nadelgehäuse 528 ab.
Eine Spule 776 des Magnets 704 stößt an das
Nadelgehäuse 528 an
und schließt
das Kolbenrohr 758 umlaufend ein. Eine Nut 770,
die mittels Gewinde an dem Kolbenrohr 758 eingreift, hält die Spule 776 an
dem Nadelventil 700.
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Das
Erregen der Spule 776 in dem Magnet 704 erzeugt
ein magnetisches Feld, das das Metall des Kolbens 730,
der sich normalerweise unter der Spule 776 befindet, aufgrund
der Schwer kraft und des Öldrucks
anzieht, die über
den Bereich der Nadelauflage 750 hinweg wirken. Die magnetische
Anziehung bringt den Kolben 730 dazu, sich zu heben und
axial in Richtung der Mitte der Spule 766 zu bewegen. Das
durch die Zahnradpumpe 500 unter Druck stehende Öl wirkt
gegen die verjüngte
Nadelauflage 750 in eine Richtung entgegen der der Magnetkraft
auf den Kolben 730. Wenn die Magnetkraft auf den Kolben 730 zunimmt,
so tut dies auch der Druck in der Drucköffnung 512. Somit
wird durch das Steuern der Stärke
des magnetischen Felds auch die Bremskraft gesteuert. Diese Ausführungsform
besitzt einen störungssicheren
Zustand, in dem ein Ausfall des elektrischen Signals zum Magnet
dazu führt, dass
die Bremse gar nicht bremst. Außerdem
erlaubt diese Ausführungsform
ein Beschränken
der maximalen Bremskraft, die aufgebracht werden kann, indem die
maximale Kraft der Magnetspule 704 in Bezug gesetzt wird
zu der Kraft durch Druck, der auf die verjüngte Auflage 750 der
Nadel 722 einwirkt. In diesem Fall dient die Magnetspule
als ein Hydraulikflüssigkeitsdruckentlastungsventil.
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Unter
Bezugnahme auf 11 wird ein Steuerungssystem 900 verwendet,
um die elektrische Leistung, die dem Magnet zufließt, zu steuern,
wodurch das durch die Bremsvorrichtung 10 durchgeführte Bremsen
gesteuert wird. Das Herzstück
des Steuerungssystems 900 ist ein Steuerkreis 904,
der beispielsweise ein Mikroprozessor sein kann. Der Steuerkreis 904 kann
mehrere Eingaben 908 haben, einschließlich: elektrischer Energie 912,
die vom Stromnetz des Fahrzeugs zugeführt wird, einer Geschwindigkeitseingabe 914 für das angetriebene
Element, die vom Fahrzeugcomputer zugeführt werden kann, oder es kann
als Impulse von einem Aufnehmer zugeführt werden, wie beispielsweise
eine Magnet- oder Hall-Effekt-Vorrichtung, die an der Bremsvorrichtung 10 (aus 1)
befestigt ist (diese Option wird unten genauer besprochen) und eines
Bedieneingabe 918. Der Bedieneingabe 918 kann
ein Signal, das proportional zu dem vom Fahrzeugführer gewünschten
Bremsniveau ist, liefern und zwar durch eine Eingabevorrichtung,
wie beispielsweise ein manuell betätigter Hebel oder z. B. durch
Tippen bzw. Treten auf einen Bremspedalpositionssensor (nicht gezeigt).
Eine Ausgabe 922 des Steuerungskreises 904 kann
zum Beispiel ein elektronisches pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal
sein. Ein solches Signal an den Magnet 704 kann eine magnetische
Feldstärke
erzeugen und eine entsprechende Bremskraft, die in Abhängigkeit
vom Arbeitszyklus des PWM-Signals variiert. Ein Fachmann sollte
anerkennen, dass alternative Ausführungsformen, wie beispielsweise ein
Spannungsregler, verwendet werden können, um den Magnet 704 steuern
zu können,
während
innerhalb des Schutzrahmens der Erfindung geblieben wird.
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Die
Geschwindigkeitseingabe 914 für das angetriebene Element
gestattet es dem Steuerkreis 904, die Bremskraft durch
die PWM-Ausgabe einzustellen, basierend auf dem Feedback bzw. der
Rückmeldung,
die die Geschwindigkeitseingabe 914 des angetriebenen Elements
erhält.
Beispielsweise könnte
eine Einstellung zur Aufrechterhaltung einer bestimmten und konstanten
Antriebselementgeschwindigkeit durch den Bediener eingegebenen werden. Dieser
konstante Geschwindigkeitsmodus würde es dem Bediener erlauben,
eine gewünschte
Geschwindigkeit des Antriebselements während eines Zustands beizubehalten,
wenn der Fahrer des angetriebenen Elements versucht, die Geschwindigkeit
des angetriebenen Elements zu erhöhen. Ein solcher konstanter
Geschwindigkeitsmodus kann sinnvoll sein, wenn ein Gefälle heruntergefahren
wird, und statt dem manuellen Einstellen des Bremspedals durch den
Bediener, zur Beibehaltung einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit
die Bremsvorrichtung 10 au tomatisch die Bremskraft anpasst
und somit eine Brems "geschwindigkeitsregelung" geschaffen wird.
Dieser konstante Geschwindigkeitsmodus bedingt, dass das Steuerungssystem 900 eine
Eingabe 908 der Geschwindigkeit des angetriebenen Elements 914 empfängt und
in Reaktion darauf, ein PWM-Signal an den Magnet 704 sendet,
um die festgelegte Geschwindigkeit des angetriebenen Elements beizubehalten.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, die eine mögliche Lage bzw. einen Ort
für einen
Geschwindigkeitsaufnehmer des angetriebenen Elements zeigt. Ein oder
mehrere Magnete 926, die am axialen Ende des Rotorkettenrads 50 befestigt
sind, werden mit der Rotationsgeschwindigkeit der Kreuzgelenkkupplung 34 aus 1 rotieren.
Ein Magnetfeldsensor 930, der an der Getriebeplatte 934 befestigt
ist, kann so angeordnet sein, um das Magnetfeld des Magneten 926, wenn
es in der Nähe
des Sensors 930 vorbeikommt, bei jeder Umdrehung des Rotorkettenrads 50 aufzunehmen,
wodurch eine Geschwindigkeitseingabe 914 des angetriebenen
Elements geschaffen wird. Der Magnetfeldsensor 930 kann
z. B. ein Hall-Effekt-Kreislauf oder eine Magnetspule sein oder
irgendein anderer Magnetfelderfassungssensor. Bezugnehmend auf 11 kann
der Steuerkreis 904 den Ausgang des Sensors 930 als
Rückmeldung
benutzten, um die Rotationsgeschwindigkeit der Kreuzgelenkkupplung 34 durch
Steuerung der Bremsvorrichtung 10 aus 1 zu
steuern.
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Durch
Integrieren der Geschwindigkeitseingabevorrichtung 908 des
angetriebenen Elements in die Bremsvorrichtung 10, kann
eine Ausführungsform
der Erfindung an einem bestehenden Fahrzeug befestigt sein, ohne
in das elektrische System des Fahrzeuges hineintippen bzw. treten
zu müssen,
um eine Geschwin digkeitseingabe 908 des angetriebenen Elements
zu erreichen. Es kann wünschenswert sein,
die Bremsvorrichtung 10 an bestehenden Fahrzeugen mit wenig
oder gar keinen notwendigen Veränderungen
der Fahrzeughardware zu befestigen. Die Versatz- bzw. Verschiebeachsenanordnung,
die dadurch definiert ist, dass die Achse des Bremsrotors 300 gegenüber der
Achse Fahrzeugschwanzwelle 36 versetzt ist, gestattet die
Anwendung der Bremsvorrichtung 10 bei dem Fahrzeug, ohne
Modifikationen an der Antriebswelle des Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu
erfordern. Demzufolge ist die Kreuzgelenkkupplung 34 direkt
an der Antriebswellengelenkkupplung des Fahrzeugs befestigt (nicht
gezeigt). Zusätzlich
ist das Bolzenlochmuster des Auslauf- bzw. Schwanzgehäuses 30 so
gestaltet, dass es in das Bolzenlochmuster des Fahrzeugübersetzungsgetriebes
(nicht gezeigt) passt, von dem der Schwanzwelle 36 vorsteht.
Die Bandklemme 33 fixiert das Schwanzgehäuse 30 an
dem vorderen Kettengehäuse 26 in
eine Drehausrichtung. Diese Winkeleinstellbarkeit gestattet Anbringvariationen,
ohne dass zusätzliche
kundenspezifische Anpassungen während
des Anbringvorgangs erforderlich sind.
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Zahlreiche
Ausführungsformen
der Erfindung können
einige der folgenden Vorteile aufweisen: eine Reibungsbremsvorrichtung,
die nicht überhitzt,
fahrzeugeigene Kühlflüssigkeitspumpe,
fahrzeugeigene Hydraulikflüssigkeitspumpe,
fahrzeugeigenes Drucksteuerungsventil, automatische Aktivierung
und Deaktivierung der Kühlflüssigkeitspumpe, Bremskraftsteuerungssystem,
Steuerungssystem für eine
konstante Geschwindigkeit eines angetriebenen Elements, ein Ausfallsicherungszustand
bei Nichtbremsen für
jedweden Ausfall des elektrischen Systems, ein integriertes Hydraulikdruckentlastungsmerkmal,
grundsätzlich
druckbeschränkt,
und ein geschlossenes hydraulisches System mit inbegriffener hydraulischer
Portierung (keine Hydraulik schläuche), eine
Versatzantriebskonfiguration, die einen Nachrüsteinbau in eine Antriebslinie
bestimmter Fahrzeuge gestattet, ohne eine Antriebswellenänderung
zu erfordern, und verbesserte Gebrauchs- bzw. Betriebstauglichkeit
der Rotor- und Abdichtungskomponenten.
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Während die
Ausführungsformen
des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung unter Bezugnahme
auf die beispielhaften Ausführungsformen
beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene
Veränderungen
durchgeführt werden
können
und Elemente hiervon durch entsprechenden Ersatz ersetzt werden
können,
ohne dabei vom Umfang der Ausführungsformen
des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung abzuweichen. Außerdem können viele
Modifikationen erfolgen, um eine bestimmte Situation oder ein Material
an die Lehre der Ausführungsformen
des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung anzupassen, ohne
von deren wesentlichen Schutzumfang abzuweichen. Folglich ist es
beabsichtigt, dass die Ausführungsformen
des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung nicht auf die bestimmten
Ausführungsformen
beschränkt
sein sollen, die als die beste Art und Weise angesehen und offenbart
wurden, um die Ausführungsformen des
offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung durchzuführen, sondern
dass die Ausführungsformen
des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung alle Ausführungsformen
enthalten, die in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche fallen.
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Zusammenfassung
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Eine
flüssigkeitsgekühlte Scheibenbremsanordnung
(14) ist mit einer Kraftwelle (34, 36)
verbunden z. B. durch zwei Kettenräder (38, 50)
und eine Kette (46). Die Bremsscheibe stellt mit ihren
Bremsflächen
(330, 334) den Rotor einer Flüssigkeitspumpe (300)
dar. Die Flüssigkeit
wird dieser Pumpe über einen
hohlen Stator (98) zugeleitet, und der erzeugte Druck wird
den Kolben (66) zugeführt,
die die Bremsbeläge
(74) auf die Scheibe drücken.
Die Pumpensteuerung erfolgt durch Variieren des Spalts zwischen
Rotor und Stator, wofür
eine Pilotpumpe (500) in Verbindung mit einem elektromagnetischen
Ventil benutzt wird.