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Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Moderne Kraftfahrzeuge werden in zunehmendem Maße mit sogenannten
Antiblockierregelanlagen ausgerüstet, die das Blockiereiz der Räder verhindern und
damit den Bremsweg verkürzen sowie die Fahrstabilität erhöhen. Dabei wird der Bremsdruck
in der Bremsleitung zwischen einem Hauptbremszylinder und einem Radbremszylinder
mittels eines elektromechanischen Bremsdrucksteuergerätes in geeigneter Weise moduliert.
Das Bremsdrucksteuergerät besteht bei den bekannten Anlagen aus einem Einlaß- und
einem Auslaßventil, die elektromagnetisch betätigt und getrennt voneinander über
Schaltsignale gesteuert werden.
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Ein solches Bremsdrucksteuergerät mit zwei Elektromagnetventilen ist
verhältnismäßig großvolumig und teuer, zumal zwei Stellglieder benötigt werden.
Auch ist der schaltungstechnische Aufwand zur Ansteuerung dieser Magnetventile beträchtlich.
Außerdem ist bei manchen der bekannten Anlagen nachteilig, daß die über diese Ventile
ausgelösten Bremsdruckmodulationen auch am Bremspedal spürbar sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bremsdrucksteuergerät
zu schaffen, das kostengünstiger herstellbar ist, einfach angesteuert werden kann
und eine schnelle Änderung des Bremsdruckes ohne spürbare Auswirkungen auf die Stellung
des Bremspedales ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht dabei auf dem Gedanken, daß ein solches Bremsdrucksteuergerät
auch mit einem einzigen Stellglied aufgebaut werden kann, wenn dies entsprechend
leistungsstark ist.
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Deshalb wird anstelle der elektromagnetischen Stellglieder ein
einziger
Elektromotor als Stellglied verwendet. Wesentlich ist weiter, daß durch dieses einzige
Stellglied sowohl ein Abserrventil für die Bremsleitung als auch ein Kolben im Bremsleitungsabschnitt
zum Radbremszylinder in geeigneter Weise betätigt wird. Wichtig ist dabei, daß zunächst
die Bremsleitung durch Umstellung des Absperrventils gesperrt wird, so daß bei einer
anschließenden Verstellung des Kolbens im Sinne einer Entlastung der zum Radbremszylinder
führenden Bremsleitung die Bremsdruckabsenkung nicht auf den Hauptbremszylinder
bzw.
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das Bremspedal rückwirken kann. Beim Druckaufbau werden die einzelnen
Elemente in umgekehrter Reihenfolge verstellt, das heißt zunächst wird zum Bremsdruckaufbau
der Kolben verstellt und anschließend das Absperrventil geöffnet.
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Die besten Ergebnisse erzielt man natürlich dann, wenn die beiden
Verstellvorgänge zeitlich nacheinander ablaufen. Doch wird gegenüber bekannten Ausführungen
die Rückwirkung auf den Bremsdruck im Bremsleitungsabschnitt zum Hauptbremszylinder
auch dann vermindert, wenn der Kolben verstellt wird, während das Absperrventil
geschlossen bzw. geöffnet wird. Entscheidend dabei ist die Größe des Kolbenhubes
bis zur endgültigen Umstellung des Absperrventiles bzw. der Kolbenhub nach der Umstellung
des Absperrventiles.
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Insgesamt ist festzustellen, daß ein solches Bremsdrucksteuergerät
mit einem Elektromotor einen besseren Wirkungsgrad und eine größere Leistung aufweist
als die bekannten Ausführungen mit zwei Elektromagnetventilen. Der Platzbedarf ist
wesentlich geringer und der Aufwand zur elektrischen Steuerung ist reduziert.
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Denkbar sind Ausführungen, bei denen die Drehrichtung des Elektromotors
zum Druckaufbau bzw. zur Druckabsenkung nicht verändert wird. Hier könnte beispielsweise
an den Einsatz eines entsprechenden Kurbelgetriebes gedacht werden, wobei das Abtriebsrad
dann bei jedem Verstellvorgang jeweils einen Drehwinkel
von 1800
durchläuft. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei der die Drehrichtung des
Elektromotors umkehrbar ist, weil dann nicht bei jedem Verstellvorgang ein vollstandiger
Kolbenhub durchlaufen werden muß. Das bedeutet, daß die Druckabsenkung bzw. Druckerhöhung
auf unterschiedliche Werte möglich ist und damit eine feinere Steuerung des Bremsdruckes
erreicht wird.
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Es gibt eine Vielzahl von konstruktiven Möglichkeiten zur Verstellung
zweier Elemente, nämlich des Absperrventiles und des Ko]bens, iiber einen einzigen
Elektromotor, wobei man auch den Bewegungsablauf, d.h. die zeitliche Abhängigkeit
der Verstellung der beiden Elemente, in geeigneter Weise vorgeben kann. Denkbar
wären beispielsweise Ausführungen, bei denen von der Abtriebswelle des Elektromotors
über ein Untersetzungsgetriebe ein Absperrventil angetrieben wird und über ein zweites
Getrieb ein Kolben verstellt wird. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 5, weil dabei der Kolben und der Ventilkörper des Absperrventiles
zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind und damit nur ein Kraftübertragungsweg vom
Elektromotor aus notwendig ist. Dabei wird durch den steigungslosen Endabschnitt
der Spindel, die Teil des Kolbellis ist, sichergestellt, daß zunächst nur das Absperrventil
betätigt wird, ohne daß der Kolben einen Hub ausführt.
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Die Leistung des Motors und damit auch die Baugröße der gesamten Einheit
kann dadurch verringert werden, daß man gemäß Anspruch 6 während des Versteilvorganges
zur Druckabsenkung eine Feder vorspannt und die in der Feder gespeicherte Energie
beim Verstellvorgang zum Druckaufbau wieder ausnützt.
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Damit wird der Bremsdruckaufbau wesentlich beschleunigt, so daß eine
feinere Regelung bzw. Modulation des Bremsdruckes möglich ist.
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Dabei wird man vorzugsweise eine Spiralfeder vorsehen, die auf die
Abtriebswelle des Motors bzw. die Spindel in der Weise einwirkt, daß ohne Ansteuerung
des Motors das Absperrventil
immer geöffnet wird. Damit wird sichergestellt,
daß auch bei einem eventuellen Ausfall des Elektromotors die Bremsanlaee funktionstüchtig
ist, weil eine druckleitende Verbindung zum Radbremszylinder hergestellt ist.
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Ein solches Bremsdrucksteuergerät kann man ohne weiteres anstelle
der bisherigen Magnetventile in bekannte Antiblockierregel anlagen einbauen, wenn
man das elektronische Steuergerät entsprechend auslegt, damit die Drehrichtung des
Elektromotors geändert werden kann. Das bedeutet also, daß der Elektromotor in der
einen Drehrichtung angesteuert wird, wenn über einen Sensor die Blockierneigung
eines Rades festgestellt wird, wobei der Bremsdruck abgesenkt wird. Sobald über
den Sensor wieder ein ausreichender Schlupf des Rades festgestellt ist, wird der
Elektromotor in der anderen Drehrichtung angesteuert und damit der Bremsdruck wieder
aufgebaut.
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Dabei kann zwar der Fall eintreten, daß in der Zwischenzeit vom Fahrer
der Bremsvorgang an sich beendet wurde und trotzdem durch Verstellung des Kolbens
nochmals Bremsdruck aufgebaut wird. Dies ist jedoch kaum spürbar, da der Verstellvorgang
sehr schnell ist und nach dem Öffnen des Absperrventiles der Bremsdruck in der Bremsleitung
zum Radbremszylinder rasch abgeserikt wird. Es ist wichtig, daß im Ruhezustand das
Absperrventil geöffnet ist, damit auch bei einem Defekt des Elektromotors die Bremsanlage
weiterhin funktionsfähig ist und sofort bei Betätigung des Bremspedal es ein Bremsdruck
aufgebaut wird. An einen Verstellvorgang zur Druckabsenkung muß sich also immer
ein Verstellvorgang zum Druckaufbau anschließen.
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Bei den bekannten Ausführungen mit Elektromagnetventilen wird durch
das Bremsdrucksteuergerät der Bremsdruck in dem zum Radbremszylinder führenden Bremsleitungsabschnitt
nur moduliert, aber nicht selbsttätig ein Druck aufgebaut, wie dies bei dem vorliegenden
System bei Verstellung des Kolbens der Fall ist.
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Damit ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung eine größere Sicherheit
gewährleistet, denn auch beim Ausfall des Hauptbremszylinders
oder
einem Defekt in einer zum Bremsdrucksteuergerät führenden Bremsleitung wird ein
Bremsdruck fiir doii ejitsprechenden Radbremszylinder aufgebaut.
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Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachstehend
anhand des I der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Dabei zeigen Fig. 1 ein schematisciies Übersichtsbild einer Bremsanlage
cillcss Kraftfahrzeuges, Fig. 2 ein Bremsdrucksteuergerät in der Ruhestellung und
Fig. 3 einen Teil des Bremsdrucksteuergerätes in der Arbeitsstellung.
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In Fig. 1 sind mit 10 und 11 das linke bzw. rechte Vorderrad und mit
12 und 13 das linke bzw. rechte Hinterrad eines Kraftfahrzeuges bezeichnet. Jedem
dieser Räder list ein Radbremszylinder 14,15,16 bzw. 17 zugeordnet. Mit 20 ist ein
Bremspedal bezeichnet, das in herkömmlicher Weise einen Bremskraftverstarker 21
beeinflußt. Dabei kann es sich um die üblicherweise im Kraftfahrzeugbau bis heute
eingesetzten Vakuum-<>der Hydraulikverstärker handeln, doch wird ein elektromotorischer
Bremskraftverstärker wegen seines einfacheren Aufbaues, seiner geringen Baugröße
und seiner geringeren Herstellungskosten bevorzugt. Bei der Ausführung nach Fig.
1 handelt es sich um eine Zweikreisbremsanlage, was daran erkennbar ist, daß von
dem Hauptbremszylinder 22 zwei getrennte Bremskreise ausgehen. Über den einen Bremskreis
wird das linke Vorderrad 10 und das rechte Hinterrad 13, über den anderen I3remskreis
wird das rechte Vorderrad 11 und das linke Hinterrad 12 geb3emst. Zwischen dem Hauptbremszylinder
22 und jedem Radbremszylinder ist eine Bremsleitung 30 zerlegt, die zwei Abschnitte
31 und 32 aufweist, zwischen die jeweils ein Bremsdrucksteuergerät
33
eingebaut ist. Zur Bremsanlage gehört weiterhin ein elektrischer Schaltkreis 34,
dem in üblicher Weise Signale verschiedener Sensoren zugeführt werden, die beispielsweise
das Bewegungsverhalten der Fahrzeugräder abtasten. Dieser Schaltkreis 34 löst Schaltsignale
zur Ansteuerung der einzelnen Bremsdrucksteuergeräte 33 aus, wie dies in Fig. 1
angedeutet ist.
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Insgesamt kann man sich vorstellen, daß die Bremsanlage nach Fig.
1 nach Art bekannter Antiblockierregelanlagen aufgeR-)atlt ist, die in der Literatur
ausführlich beschrieben sind, so daß sich hier weitere Hinweise erübrigen.
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Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist nun die Ausgesta3t.ung
eines Bremsdrucksteuergerätes 33, das in Fig. 2 und 3 näher dargestellt und im folgenden
erlautert wird.
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In Fig. 2 ist ein Elektromotor 40 schematisch dargestellt, der über
ein nicht näher dargestelltes Untersetzungsgetriebe eine Abtriebswelle 41 antreibt.
Die Abtriebswelle 41 greift formschlüssig in eine Bohrung 42 einer Spindel 43 ein,
die in einer Hülse 44 drehbeweglich und axial verschiebbar gelagert ist. In dieser
Hülse 44 sind Kugeln 45 festgelegt, die in eine oder mehrere Spindelnuten 46 eingreifen.
Dreht sich der Elektromotor 40 kann folglich die Spindel 43 in axialer Richwerden
tung verstellte Die Ausbildung derartiger Schraubspindelgetriebe ist bekannt, so
daß sich nähere Hinweise erübrigen.
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In diesem Zusammenhang wird außerdem darauf hingewiesen, daß Fig.
2 die Erz'windung nur schematisch zeigt und diese Zeichnung nicht als Konstruktionszeichnung
aufzufassen ist.
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Die Spindel 43 bildet an ihrem freien Ende einen Kolben 50 der axial
verstellbar in dem Bremsleitungsabschnitt 32 zu einem Radbremszylinder gelagert
ist. Dieser Bremsleitungsabschnitt 32 wird an den Stutzen 51 eines Ventilgehäuses
52 angeschlossen. Der andere Bremsleitungsabschnitt 31 vom Hauptbremszylillder 22
wird an den Stutzen 53 des Ventilgehäuses 52
angeschlossen. In
den Kolben 50 ist eine Längsbohrung 54 und eine sich daran anschließende Querbohrung
55 eingearbeitet.
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Damit kann anhand der Fig. 2 und 3 das Prinzip der vorliegenden Erfindung
bereits erläutert werden, wobei noch darauf hinzuweisen ist, daß die Spindelnut
46 einen Abschnitt 47 mit der Steigung nul 1 aufweist.
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];'i.C:. 2 zeigt das Bremsdrucksteueraggregat in der Ruhelage.
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Zw sciien dem Hauptbremszylinder und dein Radbremszylinder bestellt
eine druckleitellde Verbindung über den Bremslei1;ungsabschnitt 31, den Stutzen
53, die Querbohrung 55, die Längsbohiiing 54, den Stutzen 51 und den Bremsleitungsabschnitt
32.
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Folglich wird in diesem System ein Druck aufgebaut, sobald das Bremspedal
20 betätigt wird. Wird nun durch einen Sensor eine Blockierneigung eines Rades festgestellt
und soll der Bj'emsdruck in dem entsprechenden Bremskreis oder in allen Bremskreisen
abgebaut werden, werden über den Schaltkreis 34 Schaltsignale zur Ansteuerung der
einzelnen Elektromotore 40 ausgel öst. Dreht sich der Elektromotor 40 in einer bestimmten
Drehrichtung, wird über das Untersetzungsgetriebe und die Abtriebswelle auch die
Spindel 43 bzw. der Kolben 50 verstellt, dessen freies Ende als Drehventilkörper
56 ausgebildet ist.
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Während eines bestimmten Drehwinkels wird dabei die Spindel 43 nicht
in Axialrichtung verstellt, da die Steigung des Spindelnutabschnittes 47 Null ist.
Durch die Drehbewegung der Spindel wird aber auch der Kolben 50 und damit auch der
Drehventilkbrper 56 gedreht, so daß der Bremsleitungsabschnitt 31, der von dem Stutzen
53 zum Hauptbremszylinder führt,abgesperrt wird. Damit wird also dieser Bremsleitungsabschnitt
zunächst (i nmal abgesperrt. Man kann sagen, daß von dem Elektromotor 58 al so zunächst
ein Absperrventil gesperrt wird, das aus dem Drehventilkörper 56, dem Ventilgehäuse
52 und dem Stutzen 53 besteht. Wird der Elektromotor 40 weiter in der gleichen Drehri<btung
betätigt, wird die Spindel 43 weitergedreht und dabei jedoch auch in axialer Richtung
verschoben. Das bedeutet, daß nun ein Kolben in einem von dem Ventilgehäuse 52 gebildeten
Zylinder 57 verschoben wird und damit der Bremsleitungsabschnitt
32
zum zugeordneten Radbremszylinder entlastet wird.
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Die Endstellung der Spindel bzw. des Kolbens 50 zeigt Fig. 3.
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Man erkennt daraus deutlich, daß nun im Ventilgehäuse 52 ein größerer
Raum für Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung steht und daß außerdem in dieser Arbeitslage
des Kolbens 50 der Stutzen 53 und damit der Bremsleitungsabschnitt zum Hauptbremszylinder
abgesperrt ist. Durch die Bremsdruckabsenkung kann das Rad wieder beschleunigen
und schZieß] ich wird von dem Schaltkreis 34 ein Schaltsignal derart abgegeben,
daß min der Elektromotor 40 in umgekehrter Drehrichtung ange steuert wird. Dadurch
wird die Spindel 43 und damit auch der Kolben 50 in der Zeichnung nach rechts verstellt
und damit wieder ein Bremsdruck aufgebaut. Am Ende des Verstellvorganges wird dabei
wieder die Querbohrung 55 in Richtung auf den Stutzen 53 ausgerichtet, so daß das
Absperrventil damit wieder geöffnet ist. Dieser Vorgang kann sich während eines
Bremsvorganges natürlich mehrfach wiederholen, wie das auch bei bekannten Antiblockierregelsystemen
der Fall ist.
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Insgesamt ist also festzustellen, daß das Bremsdrucksteuergerät nach
Fig. 2 und 3 ein Absperrventil für den Bremsleitungsalvschnitt zum Hauptbremszylinder
umfaßt, daß das Bremsdrucksteuel-gerät weiterhin einen Zylinder mit einem verschiebbaren
Kolben aufweist, der auf den Bremsleitllngsabschnitt zum Radbremszyliiider wirkt
und daß sowohl das Absperrventil als auch dieser Kolben von einem einzigen Stellglied,
nämlich dem Elektromotor betätigbar sind.
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Weiterhin ist festzustellen, daß bei einem Verstellvorgang zur Bremsdruckabsenkung
zunächst der Bremsleitungsabschnitt zum Hauptbremszylinder durch Umstellung des
Absperrventiles gesperrt wird und erst anschließend der Kolben einen die Bremsleitung
zum Radbremszylinder ent.l astenden Hub ausführt.
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Letzteres wird erreicht durch den Spindelnutabschnitt 47,der keine
Steigung aufweist. Diese Lösung wird bevorzugt, weil dem Bremsdruck damit über diesen
Spindelnutabschnitt 47 und die Kugeln 45 sowie die Hiilse 44 aufgefangen wird und
keine
Drehbewegung des Ankers und damit auch keine Riiclcste]lung
der Spindel zufolge haben kann. Denkbar wäre natürlich auch eine Ausführung, bei
der dieser Spindelnutabschnitt 47 geneigt ist.
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Dann würde jedoch der Bremsleitungsabschnitt zum Radbremszylinder
zumindest geringfügig entlastet,wahrend das Absperrventil lloch nicht vollständig
geschlossen ist. Dies könnte Rückwirkungen auf die Stellung des Bremspedales auslösen.
Die Bedeutung dieser Riickwirkung hängt jedoch von der Steigung der Spindelnut ab
und es sind durchaus Ausführungen denkbar, bei die ohne größere Auswirkungen ein
geringer Hub des Kolbens während des Verstellvorganges des Absperrventiles zugelassen
wi rd.
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In der Zeichnung ist nicht näher dargestellt, daß durch den Verstellhub
des Kolbens bei der Druckabsenkung ein Federsicher vorgespannt wird, so daß beim
Verstellvorgang zum Druckaufbau die in der Feder gespeicherte Energie wieder aus-;enutzt
werden kann. Dabei wird man vorzugsweise eine Spiralfeder vorsehen, die etwa auf
die Abtriebswelle 41 in dem Sinne wirken kann, daß auch bei einem Ausfall des Elektromotrs
40 der Kolben bzw. die Spindel die in Fig. 2 dargestellte Ruhelage einnimmt, in
der eine druckübertragende Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder und dem Radbremszylinder
hergestellt ist. Diese Weiterbildung der Erfindung trägt einerseits dazu bei, daß
der Druckaufbau beschleunigt wird und damit ein feinerer Regelvorgang des Bremsdruckes
ni<;giich ist. Andererseits kann ein solcher Federspeicher dajür sorgen, daß
die Funktionsfähigkeit der Bremsanlage auch dann gewährleistet ist, wenn der Elektromotor
wider Erwarten ausfallen sollte.
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Da die Bremsdrucksteuergeräte selbstätig einen Bremsdruck aufbauen
können, auch wenn das Bremspedal nicht betätigt wird, könnte man diese Bremsdrucksteuergeräte
auch durch Schaltsignale ansteuern, die durch Verstellung eines Handbremsheziels
ausgelöst werden. Damit kann das System auch die Funktion einer Feststellbremsanlage
übernehmen.
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