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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein nass laufendes Scheibenbremssystem
mit reduzierter Mitnahmekraft und insbesondere ein nass laufendes Scheibenbremssystem
mit reduzierter Mitnahmekraft, das ein Fluid mit einer Viskosität nutzt,
die geändert
werden kann, um gewünschte
Bremscharakteristiken zu erreichen.
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Bremssysteme
in Fahrzeugen werden dazu benutzt, die Geschwindigkeit eines sich
bewegenden Fahrzeugs zu vermindern oder ein Fahrzeug zum Halten
zu bringen. Um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu vermindern oder ein
Fahrzeug zum Halten zu bringen, muss eine Kraft ausgeübt werden,
um die Motorkraft und die Trägheit
des Fahrzeugs zu überwinden.
Verschiedene Arten bekannter Bremssysteme werden bei Fahrzeugen
verwendet, einschließlich, aber
nicht ausschließlich,
trocken laufender Scheibenbremsen und nass laufender Scheibenbremsen.
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Ein
trocken laufendes Scheibenbremssystem für ein einzelnes Rad eines Fahrzeugs
besteht im wesentlichen aus einer Scheibe, die mit einer Nabenachse,
die das Fahrzeugrad antreibt, verbunden ist und sich mit dieser
dreht, zwei Bremsklötzen
und zwei Kolben. Ein Bremsklotz sitzt auf jeder Seite der sich drehenden
Scheibe. Jeder Kolben sitzt direkt an dem Bremsklotz auf der Seite
des Bremsklotzes, der zur sich drehenden Scheibe abgewandt ist.
Es existiert ein ähnliches
System für
jedes Rad an dem Fahrzeug.
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Eine
Bremskraft wird durch ein Hydraulikfluid übertragen, das einen Kolben
dazu bringt, gegen einen Bremsklotz zu drücken. Der Bremsklotz übt dann eine
Reibungskraft gegenüber
der sich drehenden Scheibe aus, die die Scheibe zu einem Herabsetzen der
Geschwindigkeit oder einem Anhalten der Drehung bringt. Ein Nachteil
der Verwendung von trockene laufenden Scheibenbremsen ist die regelmäßige Wartung
der Bremsteile. Nass laufende Scheibenbremssysteme weisen im wesentlichen denselben Aufbau
auf, wie trocken laufende Scheibenbremssystem, außer dass
ein Fluid vorhanden ist, das innerhalb des Bremsgehäuses eingeschlossen
ist und das die sich drehende Scheibe und die Bremsklötze umgibt.
Typischerweise wird ein Hydraulikfluid benutzt, um das Bremsgehäuse zu befüllen.
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Bekannte
nass laufende Scheibenbremssysteme werden vor allem bei Anwendungen
mit niedrigen Geschwindigkeiten benutzt. Der Grund hierfür liegt
an der großen
Mitnahmekraft, die durch das Fluid innerhalb des Bremsgehäuses gegenüber der
sich drehenden Scheibe erzeugt wird. Daher muss der Fahrzeugmotor
eine große
Kraft ausüben,
um die durch das Fluid erzeugte Mitnahmekraft bei höheren Reisegeschwindigkeiten
zu überwinden.
Dies resultiert in einem ineffizienten System bei höheren Reisegeschwindigkeiten.
Jedoch weisen nass laufende Scheibenbremssysteme Vorteile gegenüber trockene laufenden
Scheibenbremssystem auf, weil die Bauteile bei nass laufenden Scheibenbremsen
weniger Verschleiß unterliegen,
als die Bauteile bei trockene laufenden Scheibenbremsen.
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Es
wäre daher
vorteilhaft, ein nass laufendes Scheibenbremssystem bei Fahrzeugen
zur Verwendung bei hohen Geschwindigkeiten zu benutzen, da diese
Art von Bremssystemen weniger Verschleiß unterliegt.
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Die
Druckschrift
US 4,802,560
A legt eine nass laufende Scheibenbremssystemanordnungen offen
mit:
einem einen Hohlraum festlegenden Gehäuse,
zumindest einer nicht
drehenden Scheibe, die gleitend mit dem Gehäuse verbunden und innerhalb
des Hohlraums angeordnet ist,
einer für eine Drehung relativ zu dem
Gehäuse
gelagerten Nabe,
zumindest einer sich drehenden Scheibe, die
gleitend mit der Nabe verbunden und innerhalb des Hohlraums neben
der zumindest einen nicht drehenden Scheibe angeordnet ist, wobei
die drehende Scheibe sich mit der Nabe verbunden dreht,
einem
sich in dem Hohlraum befindenden Fluid, um zumindest teilweise die
sich drehende Scheibe und die nicht drehende Scheibe mit dem Fluid
zu umgeben, das eine Viskosität
aufweist, die unter Zuführung
eines elektrischen Stromes sich ändert,
und
einer Stromquelle, die selektiv einen elektrischen Strom
zuführt,
um die Viskosität
des Fluids zu variieren, wobei die Erzeugung des elektrischen Stroms die
Viskosität
des Fluids zur Erhöhung
der durch die Scheiben ausgeübten
Mitnahmekraft erhöht
und das Fehlen des elektrischen Stroms niedrige Viskosität des Fluids
zur Folge hat zur Verringerung der durch die Scheiben ausgeübten Mitnahmekraft,
so dass die Drehzahl der Nabe elektrisch gesteuert werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
oben erwähnte
Problem wird durch die Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß konstruierten
Systems.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren
erläutert.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren
erläutert.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 erläutert eine
nass laufende Scheibenbremsanordnung mit reduzierter Mitnahmekraft, dargestellt
bei 20. Die Bremsanordnung 20 umfasst bevorzugt
ein Bremsgehäuse 22,
das einen Hohlraum 24 definiert, eine sich drehende Scheibe 26 und zwei
sich nicht drehende Scheiben 28, die innerhalb des Hohlraums 24 angeordnet
sind, und ein die Scheiben 26,28 umgebendes und
den Hohlraum 24 füllendes
elektrorheologisches Fluid 30. Die sich drehende Scheibe 26 ist
mit einer sich drehenden Nabe 32 verbunden und dreht sich
mit dieser.
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Wie
bekannt, ist der Fahrzeugreifen 42 mit der Nabe 32 verbunden
und dreht sich mit dieser. Die Nabe 32 ist mit einer Achswelle 34 über Lager 40 verbunden
und dreht sich mit dieser. Jedoch sind keine Lager vorhanden, wenn
es kein Antriebsrad ist. Die Achswelle 34 ist innerhalb
eines Achsengehäuses 36 angeordnet
und wird durch den Fahrzeugmotor 38 angetrieben. Daher
sind die Achswelle 34, die Nabe 32, die sich drehende
Scheibe 26 und der Reifen 42 alle miteinander
verbunden und wenn das Fahrzeug 21 sich bewegt, drehen
sich diese Bauteile gemeinsam.
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Um
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 zu vermindern, wird
eine Kraft auf die sich drehende Scheibe 26 aufgebracht,
um die Winkelgeschwindigkeit zu vermindern. Eine Verminderung der
Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 bewirkt
eine Verminderung der Winkelgeschwindigkeit der Nabe 32 und
des Reifens 42 und vermindert dadurch die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs 21.
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Die
zwei sich nicht drehenden Scheiben 28 sind jeweils mit
dem Bremsgehäuse 22 verbunden und
innerhalb des Hohlraums 24 angeordnet. Eine sich nicht
drehende Scheibe 28 ist auf jeder Seite der sich drehenden
Scheibe 26 angeordnet. Weiter sind die sich drehende Scheibe 26 und
die sich nicht drehenden Scheiben 28 jeweils mit einer
elektrischen Stromquelle 44 verbunden. Die Stromquelle 44 bringt bevorzugt
eine positive Ladung auf die sich nicht drehenden Scheiben 28 und
eine negative Ladung auf die sich drehende Scheibe 26 auf.
Selbstverständlich könnten die
Ladungen umgekehrt sein. Weiter wird eine bekannte rotierende elektrische
Verbindung 45 verwendet, um den elektrischen Strom von
der Stromquelle zu der sich drehende Scheibe zu übertragen.
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Der
Hohlraum 24 des Bremsgehäuses ist mit einem elektrorheologischen
Fluid 30 gefüllt,
das sowohl die sich drehende und die sich nicht drehenden Scheiben 26, 28 umgibt,
die innerhalb des Hohlraums 24 angeordnet sind. Die Viskosität eines
elektrorheologischen Fluids ändert
sich mit dem elektrischen Strom durch das Fluid.
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Die
Bremsanordnung 20 umfasst auch bevorzugt zwei Dichtungen 46,
eine an jeder Öffnung des
Hohlraums 24, um das elektrorheologische Fluid 30 innerhalb
des Hohlraums 24 zu halten.
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Wenn
dem elektrorheologischen Fluid 30 kein elektrischer Strom
zugefügt
ist, bleibt die Viskosität
des Fluids niedrig. Ein Fluid mit einer niedrigen Viskosität strömt leicht.
Wenn andererseits dem Fluid ein elektrischer Strom zugefügt wird,
steigt die Viskosität
des Fluids an. Ein Fluid mit einer hohen Viskosität hat eine
hohe Mitnahmekraft.
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Wenn
das Fahrzeug 21 fährt,
treibt der Motor 38 die Drehung der Nabe 32 und
den Reifen 42 an. Da die sich drehende Scheibe 26 dem
Fluid 30 in dem Hohlraum 24 ausgesetzt ist, übt das Fluid 30 eine
Mitnahmekraft auf die sich drehende Scheibe 26 aus, wenn
die Scheibe 26 sich dreht. Die durch das Fluid 30 auf
die sich drehende Scheibe 26 ausgeübte Mitnahmekraft hängt von
der Viskosität
des Fluids ab. Je höher
die Viskosität
des Fluids 30 ist, desto höher ist die auf die sich drehende
Scheibe 26 ausgeübte
Mitnahmekraft. Eine auf die sich drehende Scheibe 26 ausgeübte Mitnahmekraft
setzt die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe herab.
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Die
Verwendung eines elektrorheologischen Fluids 30 in einer
nass laufenden Scheibenbremsanordnung 20 mit reduzierter
Mitnahmekraft ist vorteilhaft, weil die Viskosität des Fluids gesteuert werden kann.
Wenn das Fahrzeug 21 mit höherer Geschwindigkeit fährt, kann
die Viskosität
des elektrorheologischen Fluids 30 niedrig sein, weil den
Scheiben 26, 28 kein Strom zugeführt wird.
Dies ist gleichzusetzen mit einerniedrigen ausgeübten Mitnahmekraft auf die sich
drehende Scheibe 26 bei höheren Geschwindigkeiten. Wenn
das Fahrzeug 21 seine Geschwindigkeit herabsetzen oder
anhalten muss, wird ein elektrischer Strom den Scheiben 26, 28 zugeführt, wodurch
die Viskosität
des elektrorheologischen Fluids 30 in dem Hohlraum erhöht wird.
Die erhöhte
Viskosität
des Fluids 30 erzeugt eine größere Mitnahmekraft oder Bremsdrehmoment,
das auf die sich drehende Scheibe 26 ausgeübte wird.
Bevorzugt ist die durch das Fluid 30 auf die sich drehende
Scheibe 26 ausgeübte
Mitnahmekraft groß genug,
um merklich die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 herabzusetzen,
was wiederum in einer Herabsetzung der Fahrzeuggeschwindigkeit resultiert.
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Ein
zusätzliches
Bauteile der Scheibenbremsanordnung 20 mit verminderter
Mitnahmekraft ist ein Kolben 48, der innerhalb des Hohlraums 24 des Bremsgehäuses angeordnet
ist und der nahe der sich nicht drehenden und drehenden Scheiben 28, 26 angeordnet.
Der Kolben 28 steht zur Verfügung, um eine unterstützende Kraft
auf die sich drehende Scheibe 26 zur Herabsetzung der Winkelgeschwindigkeit
der Scheibe auszuüben,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit herabgesetzt werden muss. Bevorzugt
wird, wenn Druck auf den Kolben 48 ausgeübt wird,
der Kolben 48 in Anlage mit der sich nicht drehenden Scheiben 28 neben
dem Kolben 48 gebracht. Die sich nicht drehende Scheibe 28 wird
dann in Anlage mit der sich drehenden Scheibe 26 gebracht, wodurch
sie ein ergänzendes
Bremsdrehmoment auf die sich drehende Scheibe 26 erzeugt,
das die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 verringert.
Da die sich drehende Scheibe 26 mit der Nabe 32 verbunden
ist, sinkt auch die Winkelgeschwindigkeit der Nabe 32,
was in einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit resultiert.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 2, ist das Fluid in dem Hohlraum 24 des
Bremsgehäuses
der nass laufenden Scheibenbremsenanordnung 120 ein magnetorheologisches Fluid 130.
Die Viskosität
eines magnetorheologischen Fluids 130 ändert sich, wenn es einem Magnetfeld
ausgesetzt wird. Ein zusätzliches
Bauteil bei dem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Drahtspule 150 hergestellt
aus leitendem Metall. Wenn ein elektrischer Strom durch die leitende Drahtspule 150 geleitet
wird, wird ein Magnetfeld erzeugt. Die Drahtspule 150 ist
neben dem Bremsgehäuse 22 angeordnet.
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Ähnlich dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
bleibt die Viskosität
des Fluids 130 niedrig, wenn das magnetorheologische Fluid 130 keinem Magnetfeld
ausgesetzt ist. Ein Fluid mit einer niedrigen Viskosität hat eine
niedrige Mitnahmekraft, oder stattdessen strömt das Fluid leichter. Wenn
andererseits das Fluid einem Magnetfeld ausgesetzt ist, steigt die
Viskosität
des Fluids. Ein Fluid mit einer höheren Viskosität hat eine
höhere
Mitnahmekraft.
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Wenn
das Fahrzeug 21 fährt,
treibt der Motor 38 die Drehung der Nabe 32 und
den Reifen 42 an. Da die sich drehenden Scheibe 26 dem
Fluid 130 in dem Hohlraum 24 ausgesetzt ist, übt das Fluid 130 eine
Mitnahmekraft auf die sich drehende Scheibe 26 aus, wenn
die Scheibe 26 sich dreht. Die durch das Fluid 130 auf
die sich drehende Scheibe 26 ausgeübte Mitnahmekraft hängt von
der Viskosität
des Fluids ab. Je höher
die Viskosität
des Fluids 130 ist, desto höher ist die auf die sich drehende
Scheibe 26 ausgeübte
Mitnahmekraft. Die auf die sich drehende Scheibe 26 ausgeübte Mitnahmekraft
setzt die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe herab.
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Die
Verwendung eines magnetorheologische Fluids 130 in einer
nass laufenden Scheibenbremsenanordnung 120 mit verminderter
Mitnahmekraft ist vorteilhaft, weil die Viskosität des Fluids 130 gesteuert
werden kann. Wenn das Fahrzeug 21 mit höherer Geschwindigkeit fährt, kann
die Viskosität
des magnetorheologischen Fluids 130 niedrig sein, weil kein
Strom durch die Drahtspule 150 geleitet wird. Dies ist
gleichbedeutend mit einer niedrigen Mitnahmekraft, die auf die sich
drehende Scheibe 26 bei höheren Geschwindigkeiten ausgeübt wird.
Wenn das Fahrzeug 21 seine Geschwindigkeit herabsetzen oder
anhalten muss, wird ein elektrischer Strom durch die Drahtspule 150 geleitet,
wodurch die Viskosität
des magnetorheologischen Fluids 150 in dem Hohlraum ansteigt.
Die erhöhte
Viskosität
des Fluids 150 erzeugt eine größere Mitnahmekraft oder Bremsdrehmoment,
das auf die sich drehende Scheibe 26 ausgeübt wird.
Bevorzugt ist die Mitnahmekraft, die durch das Fluid 150 auf
die sich drehende Scheibe 26 ausgeübt wird, groß genug,
um die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 merklich
herabzusetzen, was wiederum in einem Herabsetzen der Fahrzeuggeschwindigkeit
resultiert.
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Das
alternativen Ausführungsbeispiels
kann ebenso einen Kolben 48, der innerhalb des Hohlraums 24 des
Bremsgehäuses
angeordnet und neben den nicht drehenden und drehenden Scheiben 28, 26 angeordnet
ist, umfassen. Der Kolben 48 steht zur Verfügung, um
eine ergänzende
Kraft auf die sich drehende Scheibe 26 zur Herabsetzung
der Winkelgeschwindigkeit der Scheibe auszuüben, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
herabgesetzt werden muss. Bevorzugt wird, wenn Druck auf den Kolben 48 aufgebracht
wird, der Kolben 48 in Anlage mit der nicht drehenden Scheiben 28 neben
den Kolben 48 gebracht. Die nicht drehende Scheibe 28 wird
dann in Anlage mit der drehenden Scheibe 26 gebracht, wodurch
sie ein zusätzliches
Bremsdrehmoment auf die sich drehende Scheibe 26 ausübt, das
die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 herabsetzt.
Da die sich drehende Scheibe 26 mit der Nabe 32 verbunden
ist, wird auch die Winkelgeschwindigkeit der Nabe 32 herabgesetzt,
was in einer Herabsetzung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 resultiert.
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Während magneto-
und elektrorheologische Fluide offenbart wurden, können auch
andere Fluide eingesetzt werden, die eine steuerbare Viskosität aufweisen.
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3 erläutert schematisch
das bevorzugte Arbeitsverfahren des Systems 20. Das Flussdiagramm 50 umfasst
einen ersten Schritt 52, in dem eine Entscheidung getroffen
wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabzusetzen.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabgesetzt
werden soll, wird eine positive Ladung auf eine sich nicht drehende
Scheibe 28 in 54 und eine negative Ladung auf
eine sich drehende Scheibe 26 in 56 aufgebracht. In 58 erhöht sich
die Viskosität
des elektrorheologischen Fluids 30 in dem Hohlraum 24 der
Bremse auf Grund des durch das elektrorheologische Fluid 30 geleiteten
Stroms. Die erhöhte
Viskosität
bewirkt eine erhöhte
Mitnahmekraft auf die sich drehende Scheibe 26. Ein Bremsdrehmoment
als Ergebnis der erhöhten
Mitnahmekraft, wirkt auf die sich drehende Scheibe 26 in 60.
In 62 sinkt die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden
Scheibe 26 und der Nabe 32 auf Grund des einwirkenden
Bremsdrehmoments. Eine Entscheidung wird in 64 getroffen,
ob eine unterstützende
Kraft notwendig ist, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabzusetzen.
Wenn eine unterstützende
Kraft erforderlich ist, wird in 66 ein Kolben 48 in
Anlage mit der sich nicht drehenden Scheiben 28 gebracht,
welche wiederum die sich drehende Scheibe 26 berührt, um
eine Kraft zu erzeugen, die die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden
Scheibe 26 herabsetzt. Wie aus dem Flussdiagramm 50 zu
ersehen ist, überwacht
das System bevorzugt kontinuierlich die Fahrzeuggeschwindigkeit.
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4 erläutert schematische
ein alternatives Arbeitsverfahren des Systems 20. Das Flussdiagramm 68 umfasst
einen ersten Schritt 70, in dem eine Entscheidung getroffen
wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabzusetzen.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabgesetzt
werden soll, wird ein elektrischer Strom durch eine leitende Drahtspule 150 in 72 geleitet,
die ein Magnet erzeugt. In 74 steigt die Viskosität des magnetorheologische
Fluids 130 in dem Hohlraum 24 der Bremse auf Grund
des Magnetfelds, dem das magnetorheologische Fluid 130 ausgesetzt
ist. Die erhöhte
Viskosität
bewirkt eine gesteigerte Mitnahmekraft auf die sich drehende Scheibe 26.
Ein Bremsdrehmoments als Ergebnis der erhöhten Mitnahmekraft wirkt auf
die sich drehende Scheibe 26 in 76. In 78 sinken
die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe 26 und
der Nabe 32 auf Grund des ausgeübten Bremsdrehmoments. Eine Entscheidung
wird in 80 getroffen, ob eine ergänzende Kraft notwendig ist,
um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 21 herabzusetzen. Wenn
eine unterstützende
Kraft erforderlich ist, wird in 82 ein Kolben 48 in
Kontakt mit der sich nicht bewegenden Scheibe 28 gebracht,
welche wiederum die sich drehende Scheibe 26 berührt, um
eine Kraft zu erzeugen, die die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden
Scheibe 26 herabsetzt. Wie aus dem Flussdiagramm 68 zu
ersehen ist, überwacht
das System bevorzugt kontinuierlich die Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Die
Erfindung wurde rein erläuternd
beschriebenen und dies ist so zu verstehen, dass die verwendete
Terminologie mehr im Sinne von beschreibenden Worten gedacht ist,
als in einem beschränkenden
Sinn. Modifizierungen und Veränderungen
der oben beschriebenen Beispiele sind möglich und es versteht sich,
dass solche Änderungen
innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche liegen
können.
Mit anderen Worten, die Erfindung kann anders umgesetzt werden,
als oben speziell beschrieben.