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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen
Mechanismus zur Befestigung der Rotorscheiben von
Mehrscheibenbremsen an einem rotierenden Rad, insbesondere einen Mechanismus
zur Befestigung der Rotorscheiben an Flugzeugrädern.
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Aufgrund neuerer Anforderungen nach Flugzeugrädern mit
größeren Durchmessern, die eine erhöhte Breite zwischen
Radflanschen für Radialreifen besitzen, und nach größeren
Radiallasten ist auch die Größe der Verformung oder
Ovalisierung der Flugzeugräder angestiegen. Folglich können durch
eine Radovalisierung bei den momentan vorhandenen
Radantriebskeilsystemen, wie sie in der US-PS 39 58 833
dargestellt sind, konzentrierte Radiallasten auf Rotorscheiben
aufgebracht werden, die die Rotorscheiben beschädigen
können. Dies kann besonders dann der Fall sein, wenn die
Rotorscheiben aus Karbonmaterialien bestehen.
Radantriebskeilsysteme, wie beispielsweise das in der US-PS 27 71 966
beschriebene Doppelreifen-Lastkraftwagenrad und das in der US-
PS 39 58 833 beschriebene Flugzeugrad mit einem Reifen,
funktionieren so, daß sie mit dem Außendurchmesser der
Rotorscheiben in Eingriff treten, um strukturelle Lasten über
den Außendurchmesser zu übertragen. Flugzeugradkeile sind am
Flugzeugrad sowohl am Verankerungsbolzen (Zugbolzen)- als
auch am Innenflanschbereich montiert (siehe Figur 1). Da am
Innenflanschbereich die größte Radverformung oder
Radablenkung auftritt, bewegen sich die Radbefestigungskeile in
Radialrichtung, wenn sich das Rad radial einwärts und auswärts
über eine vollständige Umdrehung verformt. Aufgrund der
örtlichen Radovalisierung werden die Radiallasten dann auf die
Einsätze über den Umfang der Rotorscheiben übertragen.
Infolge dieser Radovalisierung können Beschädigungen an den
Rotoren und Rotorantriebsmechanismen auftreten, was zu einer
Verringerung der Lebensdauer der Bremse führt. Diese
Verringerung der Lebensdauer der Bremse kann des weiteren einen
vorzeitigen Ersatz der Stator- und Rotorscheiben und höhere
Bremskosten pro Landung verursachen.
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Es ist besonders wünschenswert, das Rotorantriebssystem zu
vereinfachen, um diverse wichtige Aufgaben zu lösen. Als
erstes erfordern die momentan im Betrieb befindlichen
Radantriebskeilsysteme diverse Bauteile, die Antriebskeile,
Einsätze, Niete etc. umfassen, welche für den Einbau wichtig
sind. Ein momentan im Betrieb befindliches
Rotorantriebskeilsystem für ein Flugzeugrad und eine Bremseinheit können
bis zu 270 Teile benötigen. Es wäre daher von großem
Vorteil, wenn ein Rotorantriebssystem geschaffen werden könnte,
das ein einziges Bauteil aufweist. Durch dieses einzige
Bauteil würden die Teile und Montagekosten beträchtlich
reduziert. Eine andere wichtige Aufgabe besteht darin, die
nutzbare Gesamtlebensdauer der Bremse zu erhöhen. Wie in den
Figuren 2 und 3 gezeigt, können Radbefestigungskeilsysteme die
Lebensdauer der Bremse herabsetzen, wenn sich die
Antriebseinsatzniete berühren, nachdem die Bremse einen
beträchtlichen Verschleiß der Scheiben erlitten hat. Ein
Kontakt zwischen den Nieten kann zu einem vorzeitigen Austausch
der Bremse führen. Durch Eliminieren der Antriebseinsätze,
die um den Umfang der Scheiben herum angeordnet sind (die
Antriebseinsätze werden durch die Niete fixiert), kann man
einen stärkeren Verschleiß der Bremsscheiben zulassen, so
daß auf diese Weise die nutzbare Lebensdauer der Bremse
erhöht wird, während die Bremskosten pro Landung herabgesetzt
werden. Ein weiteres wichtiges Ziel besteht in der
Vereinfachung des Aufpolierprozesses der Bremsscheibe. Ein
Aufpolierprozeß für die Bremsscheiben kann die Lebensdauer der
einzelnen Scheiben über ihren vorherigen Wegwerfzustand
hinaus, wenn diese verschlissen sind, erhöhen. Die momentan
im Betrieb befindlichen Rotorantriebssysteme erfordern eine
Demontage der Rotorteile vor dem Aufpolieren und eine
erneute Montage nach dem Aufpolieren. Ein Rotorantriebssystem,
bei dem die Vielzahl der Bauteile reduziert ist, würde daher
die zum Aufpolieren benötigte Zeit und die benötigten Kosten
beträchtlich herabsetzen. Eine weitere wichtige Aufgabe
besteht in der Herabsetzung der Wärmeleitung direkt auf das
Rad. Durch die zunehmende Verwendung von Karbonscheiben in
Flugzeugbremsen werden strenge Temperaturanforderungen an
die umgebende Rad- und Bremseinheit gestellt. Es ist daher
wünschenswert, ein Rotorantriebssystem zu schaffen, mit dem
die Wärmeleitung direkt auf das Rad herabgesetzt wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend
genannten Aufgaben gelöst, indem ein Mechanismus zum Befestigen
der Rotorscheiben einer Mehrscheibenbremse an ein
rotierendes Rad, das zwei Radteile und Wärmeabschirmeinrichtungen
aufweist, geschaffen wird, wobei die Bremsscheibe Rotor- und
Statorscheiben aufweist, die mit dem Rad und mit einer Achse
verbunden sind. Der Befestigungsmechanismus umfaßt eine im
wesentlichen ringförmige Trommel mit gegenüberliegenden
axialen Endöffnungen, die mit einer axial verlaufenden
Innenöffnung in Verbindung stehen, wobei eine Endöffnung durch
ein Befestigungsteil gebildet ist, das eine Vielzahl von
Einrichtungen zur Befestigung aufweist, die
Verbindungseinrichtungen aufnehmen, welche die Trommel mit dem Rad
verbinden, und das andere axiale Ende der Trommel einen radial
auswärts verlaufenden Flansch aufweist, eine Vielzahl von in
Umfangsrichtung beabstandeten, axial verlaufenden
Antriebseinrichtungen sich radial nach innen in die
Innenöffnung der Trommel erstreckt und mit zugehörigen
Aufnahmeeinrichtungen von zugehörigen Rotorscheiben in Eingriff
steht, um die zugehörigen Rotorscheiben mit der Trommel und
dem Rad zu verbinden, wobei ein wesentlicher Abschnitt der
Axiallänge der Trommel in einer axialen Öffnung des Rades
verläuft und dieser wesentliche Abschnitt der Axiallänge der
Trommel vom Rad in Radialrichtung beträchtlich nach innen
beabstandet ist, so daß der radiale Abstand zwischen der
Trommel und dem Rad die zur Radverformung führende
Radialbelastung der Scheiben der Bremse minimiert, und wobei die
Wärmeabschirmeinrichtungen durch eine kontinuierliche
ringförmige Wärmeabschirmeinrichtung gebildet sind, die
außerhalb der Trommel angeordnet ist und sich axial an einem Ende
erstreckt, um gegen den Flansch zu stoßen, während sie am
anderen Ende von der Trommel gelagert wird.
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Eine Art und Weise zur Ausführung der Erfindung wird
nachfolgend im einzelnen in Verbindung mit den Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 einen Schnitt durch ein
Radantriebskeilsytem des Standes der Technik;
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Figur 2 eine schematische Darstellung eines
Stators und eines Rotorpaares, um das
Rotorantriebseinsätze und Niete herum
angeordnet sind;
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Figur 3 eine schematische Darstellung des Stators
und der Rotoren der Figur 2 nach
Verschleiß;
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Figur 4 einen Schnitt durch den Trommelantrieb
der vorliegenden Erfindung, der an einem
Rad befestigt ist und mit Rotoren einer
Mehrscheibenbremse in Eingriff steht;
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Figur 5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 in Figur
4;
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Figur 6 eine alternative Ausführungsform des
erfindungsgemäß ausgebildeten
Trommelantriebs;
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Figur 7 eine Seitenansicht des Trommelantriebs
der Figur 6;
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Figur 8 einen Schnitt entlang Linie 8-8 in Figur
7;
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Figur 9 ein Diagramm, das die Verformung des
Trommelantriebssystems bei einem
Diagonalreifen zeigt; und
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Figur 10 ein Diagramm, das die Verformung des
Trommelantriebssystems bei einem
Radialreifen zeigt.
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Die Figuren 1-3 zeigen ein Rad des Standes der Technik, das
eine Mehrscheibenbremse aufweist, bei der die Rotorscheiben
Rotoreinsätze besitzen, die um ihren Umfang herum angeordnet
sind. Figur 1 zeigt eine bekannte Trägerradkeil- und
Rotoreinsatzeinheit. Einzelne Radbefestigungskeile 10 sind
jeweils mit dem Rad am Verankerungsbolzen- bzw.
Zugbolzenbereich 20 und am Innenflanschbereich 30 verbunden. Der
Innenflanschbereich 30 besitzt eine Vielzahl von Öffnungen für
die Keilbolzen 40. Figur 2 zeigt die miteinander
verschachtelten Scheiben, wobei die Rotorscheiben 70
Rotorantriebseinsätze 50 aufweisen, die mit Hilfe von Nieten 60 am
Umfang der Rotoren befestigt sind. Ein Rotorantriebssystem
dieses Typs-kann insgesamt 270 separate Teile für eine
Bremseinheit erforderlich machen. Darüber hinaus können die
Löcher im Innenflanschbereich 30, die die Keilbolzen 40
aufnehmen, in einem stark beanspruchten Bereich des Rades
angeordnet sein. Derartige Radflanschbeanspruchungen können bei
Verwendung eines Radialreifens noch größer werden. Die
Radflanschverformung oder Ovalisierung entsteht, wenn sich ein
Flugzeugrad über eine vollständige Umdrehung dreht. Es tritt
auch eine Radkeilverformung auf, da die Keile im
Radflanschbereich 30 befestigt sind. Die Radkeilverformungen können
sogar größer sein als die Radflanschverformungen, da sich
die Radkeile axial über den Flansch des Rades nach außen
erstrecken. Als Folge davon bringen radial nach innen
gerichtete Radkeilbewegungen stark konzentrierte Belastungen
vom Rad auf die Karbonrotoren mit geringerer Festigkeit auf.
Beschädigungen der Karbonrotoren oder
Antriebssystemkomponenten können zu einer herabgesetzten Lebensdauer der Bremse
und zu höheren Bremskosten pro Landung führen. Wie in den
Figuren 2 und 3 gezeigt, kann ferner der Verschleiß der
Rotoren 70 und Statoren 80 dazu führen, daß die Niete 60 die
Niete eines benachbarten Rotors berühren. Dieses Berühren
der Niete kann zu Beschädigungen von Komponenten des
Antriebssystems und zu einem vorzeitigen Austausch von
Bremssystemkomponenten führen.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt die vorstehend genannten
Probleme, indem sie einen Trommelantrieb 100 vorsieht, der
in Figur 4 dargestellt ist. Der Trommelantrieb 100 ist
innerhalb der Innenhälfte 140 des Rades, das allgemein mit dem
Bezugszeichen 130 versehen ist, angeordnet. Die Radhälfte
140 erstreckt sich von dem Bereich um den Verankerungsbolzen
150 mit seinem Innenflansch 142. Das Rad ist über geeignete
Lagereinrichtungen auf einer Achse 160 montiert. Der Antrieb
100 kann eine Vielzahl von Trommelteilen umfassen, die über
Befestigungseinrichtungen oder durch Schweißen miteinander
verbunden sind, um die ringförmige Trommel zu bilden.
Alternativ dazu kann der Trommelantrieb 100 ein einziges
integrales Teil aufweisen (siehe Figur 8). Der Trommelantrieb 100
der Figur 4 erstreckt sich axial zwischen dem inneren Ende
102 und dem äußeren Ende 104. Er ist normalerweise eine
ringförmige Trommel, die so ausgebildet ist, daß das Ende
102 eine innere oder Endöffnung 112 bildet und das Ende 104
einen radial einwärts verlaufenden Flansch 108 umfaßt, der
eine äußere oder Endöffnung 114 bildet. Der radial
verlaufende Flansch 108 umfaßt eine Vielzahl von Öffnungen 118 für
Befestigungseinrichtungen oder Verankerungsbolzen 150, mit
denen der Trommelantrieb 100 am Rad 140 befestigt ist. Der
Trommelantrieb 100 besitzt eine axial verlaufende
Innenöffnung 122, in die sich eine Vielzahl von in Umfangsabstand
angeordneten, axial verlaufenden Keilen oder
Antriebseinrichtungen 128 erstreckt. Die axial verlaufenden Keile 128
erstrecken sich radial nach innen in die Innenöffnung 122
und sind in komplementär ausgebildeten Öffnungen 178 auf
genommen, um die Rotoren 170 drehbar mit dem Trommelantrieb
100 zu verbinden, wie deutlicher in Figur 5 dargestellt ist.
Die Keile 128 sind in Figur 5 mit kleinem Querschnitt
gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß die Keile 128 auch eine
größere Umfangsbreite besitzen (siehe Figur 7) und in
komplementär ausgebildeten Öffnungen innerhalb eines Rotors
aufgenommen sein können. Der Trommelantrieb kann eine
Vielzahl von radial auswärts verlaufenden Hitzeflanschen oder
Platten 144 umfassen, die benachbart zur Innenöffnung der
Radhälfte 140 angeordnet sind und auch strukturelle Platten
146 aufweisen können.
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Um den Trommelantrieb 100 herum und innerhalb der
Innenfläche der Radhälfte 140 sind Wärmeabschirmungen 155
angeordnet. Diese Wärmeabschirmungen 155 verhindern, daß
Wärmeenergie auf die benachbarte Radhälfte 140 und den um diese
herum angeordneten Reifen verteilt wird. Der Antrieb 100
kann ohne Wärmeabschirmplatten 140 und strukturelle Platten
146 ausgebildet sein. Die Wärmeabschirmung 155 kann dann
eine einzige Wärmeabschirmung (siehe Figur 6) umfassen, die
sich axial um die Außenseite des Trommelantriebs herum
erstreckt.
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Der Trommelantrieb 100 ist radial innerhalb des Endflansches
142 der Radhälfte 140 angeordnet. Er besitzt im wesentlichen
keine Verbindung mit der Radhälfte 140 über seine
Axiallänge. Somit wird die Direktübertragung von thermischer
Energie, die von den Rotoren 170 und Statoren 180 erzeugt
wird, auf die Radhälfte 140 verhindert. Dies verhindert eine
weitere Übertragung von Wärme über die Radhälfte 140 auf den
darum angeordneten Reifen. Da darüber hinaus der
Trommelantrieb 100 keine direkte Verbindung mit nahezu der gesamten
Axiallänge der Radhälfte 140 besitzt, verformt sich die
Radhälfte in den zwischen der Außenseite des Antriebs 100 und
der Innenfläche der Radhälfte 140 befindlichen Spalt, wenn
sie sich radial einwärts verformt. Verformungen, die durch
die Ovalisierung der Radhälfte 140 verursacht werden, neigen
nicht dazu, Verformungen des Trommelantriebes 100 zu
bewirken und verursachen somit keine Beschädigungen des
Rotorantriebssystems. Der Trommelantrieb 100 ist am
Verankerungsbolzenbereich
am Rad 130 befestigt. Da die Trommel am
festeren oder steiferen Verankerungsbolzenbereich des Rades
befestigt und unabhängig vom Radflanschbereich ist, wird durch
das Trommelantriebssystems die Übertragung von radialen
Belastungen, die durch die Radverformung verursacht werden, in
die Karbonrotoren verhindert. Der Trommelantrieb 100 hält
über die gesamte Radumdrehung eine kreisförmige
Konfiguration aufrecht. Er hält ferner eine gleichmäßigere
Antriebslastverteilung aufrecht, die für Radkeil/Einsatz-Systeme
nicht charakteristisch ist. Der Trommelantrieb 100 ist so
ausgebildet, daß er vom Radflanschbereich unabhängig ist, um
die Möglichkeit eines durch eine Radovalisierung
verursachten Außereingrifftretens des Rotors zu reduzieren. Durch
ein solches Außereingrifftreten, das bei Radkeil/Einsatz-
Systemen üblich ist, werden höhere, ungleichmäßige
Beanspruchungen der verbleibenden in Eingriff stehenden Keile
verursacht, die Beschädigungen des Rotoreinsatzes, der
Nieten und Karbonlagerflächen verursachen können.
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Die Figuren 6-8 zeigen eine alternative Ausführungsform des
Trommelantriebs. Gleiche Teile sind mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, die um 100 erhöht sind. Der Antrieb 200
ist innerhalb des Rades 230 angeordnet und über Bolzen 250
befestigt. Die Keile 228 erstrecken sich radial in die axial
verlaufende Innenöffnung 222, um die Rotoren 270 drehbar mit
dem Trommelantrieb und dem Rad zu verbinden. Die Keile 228
sind breiter als die Keile 128, was auch für die Öffnungen
278 zutrifft. Der Trommelantrieb 200 ist eine einzige
integrale Einheit, über der eine einzige, axial verlaufende
Wärmeabschirmung 255 angeordnet ist. Die Abschirmung 255
erstreckt sich axial innen am Innenflansch 242 vorbei, so daß
der Innenradwulstsitzbereich wirksamer gegenüber
Wärmeenergie abgeschirmt wird, die vom Scheibenstapel erzeugt wird.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Trommelantrieb werden
die wichtigen Aufgaben gelöst, die für ein wesentlich
verbessertes Rotorantriebssystem sorgen. Als erstes sorgt der
Trommelantrieb für eine verlängerte Lebensdauer der Bremse,
da das Problem der "Nietenberührung" beseitigt wird, weil
die Rotoren keine Einsätze und Nieten darüber mehr
benötigen. Durch die Beseitigung von Rotoreinsätzen und Nieten
können die Bremsscheiben weiter verschleißen, ohne daß ein
Nietenkontakt auftritt. Ohne Einsätze und Nieten wird eine
mögliche gegenseitige Beeinflussung infolge eines
unsymmetrischen Karbonrotorverschleißes verhindert. Des weiteren
kann es sich bei dem Trommelantrieb der vorliegenden
Erfindung um eine einstückige Einheit handeln. Ob der
Trommelantrieb nun aus diversen Teilen besteht, die miteinander
verbunden sind, oder eine einzige integrale Trommel umfaßt, in
jedem Falle kann die Trommel rasch in die innere Radhälfte
eingesetzt werden. Radkeil/Einsatz-Systeme des Standes der
Technik benötigen bis zu 270 Teile für eine Bremsmontage.
Durch die vorliegende Erfindung werden die Montagekosten und
die Montagezeit beträchtlich herabgesetzt, wodurch
wesentliche Kostenersparnisse erzielt werden können. Darüber
hinaus wird durch den Wegfall von Nietenlöchern in Rotoren und
Bolzenlöchern in der Nähe des Radflansches die
Gesamtfestigkeit der Rotoren und Räder erhöht, und die
Bearbeitungskosten werden gesenkt. Der erfindungsgemäß ausgebildete
Trommelantrieb besitzt eine größere Torsionsfestigkeit als
Antriebssysteme des Standes der Technik.
Hochenergie-Abhebestoptests (RTO) zeigen die größere Torsionsfestigkeit des
Trommelantriebs an. Eine nach dem Test durchgeführte Analyse
ergab, daß keine Trommelbeschädigungen auftraten, während
bei dieser Art von Systemen Radkeilverformungen und
Verschmelzungen der Rotoreinsätze augenscheinlich waren. Der
Trommelantrieb sorgt für eine wirksame Ausnutzung der
Kapazität des Wärmeschildes des Rades. Die Wärmeleitungsbahn zum
Innenradwulstsitzbereich wird durch den Trommelantrieb stark
eingeschränkt, da ein direkter Weg zwischen dem Radflansch,
dem Reifenwulst und den heißen Reibkomponenten über die in
Figur 1 gezeigten Befestigungsbolzen verhindert wird. Der
Trommelantrieb der vorliegenden Erfindung sorgt für eine
direkte Wärmeleitbahn zur äußeren Radhälfte. Eine Herabsetzung
der Innenradflansch- und Wulstsitzbereichstemperaturen (die
die Möglichkeit von Reifenbränden minimiert) und eine
Herabsetzung der Radnabentemperaturen kann mit einer geeigneten
Wärmeabschirmung durch die vorliegende Erfindung realisiert
werden. Die Erfindung kann Reifenbrände bei vielen
Flugzeugspezifikationen verhindern. Nach einem 49,6
mft-Pfundkinetischen Bremsenergietest erfolgte kein Reifenbrand. Eine
strukturelle Analyse, die durchgeführt wurde, um die
wirksame Radverformung beim Trommelantrieb der vorliegenden
Erfindung auszuwerten, beinhaltete statische und dynamische
Tests mit Diagonal- und Radialreifen. Die Testergebnisse
zeigten, daß bei den härtesten Bedingungen die radial
einwärts gerichteten Trommelverformungen (Kurven A) nur 10 bis
30 und 53 bis 58 % der Radverformung (Kurven B) für
Diagonalreifen und Radialreifen betrugen (siehe Figuren 9 und
10). Der Test ergab keinen signifikanten Temperaturanstieg
über die Rad- und Bremseneinheit. Weitere
Temperaturreduzierungen können mit verbesserten Wärmeabschirmungen erwartet
werden. Der Trommelantrieb kann ferner seine strukturelle
Integrität nach RTO-Stops mit hoher kinetischer Bremsenergie
aufrechterhalten. Am Schluß des RTO-Tests wurde beobachtet,
daß an den Trommelkeilen oder der Trommelform keine
strukturellen Beschädigungen auftraten. Dem gegenüber sind nach
ähnlichen RTO-Tests die Radkeile von Ausführungsformen des
Standes der Technik oft verformt. Bei der Demontage des
Trommelantriebssystems von der Bremse bestehen keine
Schwierigkeiten. Im Gegensatz dazu sind für eine Demontage eines
Radkeil/Einsatz-systems von der Bremse beträchtliche
Anstrengungen infolge von verformten Keilen und geschmolzenen
Einsätzen erforderlich.
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Durch den Wegfall der Rotoreinsätze kann eine Vereinfachung
des Aufpolierprogramms der Bremsscheibe erreicht werden.
Derartige Verfahren des Standes der Technik machten eine
Demontage der Einsätze von gebrauchten Rotoren vor der
Aufpolierung und ein Aufarbeiten der Nietlöcher sowie eine
erneute Montage der Einsätze nach dem Aufpolieren
erforderlich. Bei Verwendung des Trommelantriebs mit
Karbonrotorscheiben in einem Scheibenaufpolierprogramm können
beträchtliche Ersparnisse an Kosten und Zeit erzielt werden.