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Druckluftbremse für schnellfahrende Fahrzeuge.
Die Erfindung betrifft eine besondere Ausgestaltung der Druckluftbremse nach dem österr.
Patente Nr. 133222 zum Zwecke der Verwendung in schnellfahrenden Fahrzeugen. Bei den Druckluftbremsen der in dem genannten österr. Patent beschriebenen Bauart ist der Bremszylinderdruck abhängig vom Druckunterschied zwischen Steuerkammer und Bremsleitung und dem Flächenverhältnis der beiden Steuerkolben des Steuerventils und erreicht seinen Höchstwert dann, wenn Leitungsund Bremszylinderdruck gerade gleich hoch sind. Bei weiterer Leitungsdruckabsenkung steigt der Bremszylinderdruck nicht mehr weiter an, da von diesem Zeitpunkte an infolge der Wirkung des Umschaltventils der grosse Steuerkolben nicht mehr vom Leitungsdruck, sondern vom Bremszylinderdruck beaufschlagt wird.
Erfahrungsgemäss ist das Bremsmoment bei gleichbleibenden Klotzdrücken bei grosser Fahrgeschwindigkeit kleiner als bei kleiner Fahrgeschwindigkeit, da der Reibungswert zwischen Klotz und Rad mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt. Es ist daher zur Erreichung eines gleichen Bremsmomentes bei grosser Fahrgeschwindigkeit ein höherer Klotzdruck notwendig als bei kleinerer Geschwindigkeit.
Um die Wirkung von Bremsen für schnellfahrende Fahrzeuge zu verbessern, muss daher zwecks Erzielung eines grösseren Klotzdruckes bei grossen Fahrgeschwindigkeiten entweder ein zusätzlicher Bremszylinder zur Wirkung gebracht oder der Bremszylinderdruck erhöht werden. Sobald aber die Fahrgeschwindigkeit durch die Bremswirkung einen bestimmten, niederen Wert, der erfahrungsgemäss zwischen 50 und 60 km/Stunde liegt, erreicht hat, muss die zusätzliche Bremskraft vernichtet werden, damit das immer grösser werdende Bremsmoment nicht ein Feststellen der Räder bewirkt.
Bei der Druckluftbremse gemäss der Erfindung wird bei grosser Fahrgeschwindigkeit eine Erhöhung des Bremszylinderdruckes bei Leitungsdrucksenkungen unter jenen Wert, bei dem sich sonst normal der höchste Bremszylinderdruck bildet, dadurch erreicht, dass ein Schaltventil vorgesehen ist, welches die den Bremszylinderdruck begrenzende Wirkung des Umschaltventils ausschaltet. Dieses Schaltventil ist zwischen Bremszylinder und dem Umschaltventil eingeschaltet. Das Schaltorgan des Schaltventils ist derart von einer geschwindigkeitsabhängigen Kraft beeinflusst, dass es bei Abnahme der Geschwindigkeit das Umschaltorgan wieder zur Wirkung bringt, wodurch der bei grosser Geschwindigkeit wirksame, hohe Bremszylinderdruck vom Steuerventil auf den normalen Wert ermässigt wird.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 die Druckluftbremse gemäss der Erfindung im Schema dargestellt.
Diese besteht aus dem Steuerventil Stv mit dem Rückschlagventil Rv, der Druckluftquelle Db, dem Bremszylinder Bz und dem den Bremszylinderdruck begrenzenden Umschaltventil Uv, ferner aus dem Schnellbahnschaltventil Sv und einem geschwindigkeitsabhängigen Gerät G.
In der Fig. 2-5 der Zeichnung sind andere Ausführungsformen des Schaltventils dargestellt.
Das Steuerventil Stv bekannter Bauart enthält die beiden Steuerkolben K und k, das Einlassventil Ev und das Auslassventil Av. Der Raum über dem Einlassventil Ev steht mit der Druckluftquelle Db in Verbindung. Diese Druckluftquelle kann der Hauptbehälter des Triebfahrzeuges oder ein Speicherbehälter sein, der aus dem Hauptbehälter unter hohem Druck stehende Luft zugeführt erhält.
Der Raum über dem kleinen Kolben k steht mit dem Bremszylinder, jener unter demselben mit der freien Luft in Verbindung. Die Steuerkammer Stk erhält die Luft aus der Leitung s über das
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Rückschlagventil Rv. Der Raum über dem Kolben K steht unmittelbar mit der Leitung s in Verbindung.
Die Leitung s kommt vom mittleren Anschluss des Umschaltventils Uv, von dessen rechtem Anschluss die Leitung I zur Bremsleitung L führt. Eine Leitung d verbindet den linken Anschluss des Umschaltventils Uv mit dem Schaltventil Sv. Das Umschaltventil Uv enthält einen Umschaltkolben Uk, der auf jeder Seite einen Dichtsitz besitzt, mit dem er je nach seiner Lage den rechten oder linken Anschluss abschliessen kann.
Das Schaltventil Sv enthält einen Regelteil R und einen Schaltteil S, der vom geschwindigkeits- abhängigen Gerät G beeinflusst wird und dadurch auf den Regelteil R eine geschwindigkeitsabhängige Kraft ausübt. Der Raum über dem Regelteil steht über eine Drosselung D mit der zum Bremszylinder führenden Leitung s in Verbindung.
Beim Ausführungsbeispiel des Schaltventils nach Fig. 1 ist der Regelteil von einem Doppelventil gebildet. Der Schaltteil besteht aus einem von 01 ; Jen her federbelasteten Kolben Sk. Vom Gerät G führt eine Leitung j zum Raume unter den Kolben Sk, deren Druckzustand vom Gerät G derart geregelt wird, dass diese bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten unter hohem Drucke steht (Druckluft, Druckflüssigkeit), bei hohen Geschwindigkeiten aber unter einem niederen Drucke steht oder überhaupt drucklos ist.
Beim Füllen der Druckluftbremse gelangt die Luft aus der Bremsleitung L über Leitung i ! zum Umschaltventil Uv und schiebt den Umschaltkolben Uk nach links, wodurch die Leitung d abgeschlossen wird, und strömt durch die Leitung s zum Raume über dem grossen Kolben K im Steuerventil und über das Rückschlagventil Rv in die Steuerkammer.
Die Druckluftquelle Db'ist mit Luft von höherem Drucke als jenem, der als Regeldruck in der Bremsleitung L herrscht, gefüllt.
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Bei einer Bremsung erhält der grosse Kolben Keine Stellkraft nach oben, weil sich der in der Bremsleitung hervorgerufene Druckabfall auch bis in den Raum über dem grossen Kolben K fortpflanzt, während der Druck in der Steuerkammer Stk wegen des Rückschlagventils Rv in gleicher Höhe wie vor der Bremsung bleibt. Der Kolben K schiebt mittels einer dichtgeführten Kolbenstange den kleinen Kolben k hoch. Durch diese Bewegung wird zuerst das Auslassventil Av geschlossen und dann das Einlassventil Ev geöffnet, über welches so lange Druckluft aus Db in den Bremszylinder Bz strömt, bis die Stellkraft des kleinen Kolbens k jener des grossen Kolbens K das Gleichgewicht hält.
Jeder weiteren Druckabsenkung in der Leitung L und im Raume über dem Kolben K entspricht eine bestimmte Erhöhung des Druckes im Bremszylinder Be, die durch wiederholtes Kolbenspiel hervorgerufen wird.
Bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten wird der Schaltkolben Sk des Schaltventils Sv durch den vom geschwindigkeitsabhängigen Gerät G in der Leitung y eingestellten Druck gegen die Kraft der Feder Sf hochgedrückt, so dass das untere Ventil Ru des Doppelventils geschlossen, das obere Ro aber geöffnet wird. Der Bremszylinderdruck wirkt daher auch im Regelraume Rr und in der Leitung d und übt auch eine Kraft auf den Umschaltkolben Uk aus.
Ist der Bremszylinderdruck höher geworden als der für diesen Druck notwendige Leitungsdruck, so wird der Umschaltkolben vom Bremszylinderdruck nach rechts verschoben. Die Verbindung der Leitung s mit der Leitung I wird dadurch unterbrochen, dafür aber die Leitung d, in der Bremszylinderdruck herrscht, mit der Leitung s verbunden, so dass sich nunmehr auch im Raume über dem grossen Kolben K der Bremszylinderdruck einstellt.
. Eine nunmehr vorgenommene, tiefere Absenkung des Leitungsdruckes wirkt nicht mehr auf das Steuerventil ein. Durch das Umsteuern des Umschaltkolbens Uk wurde die Höhe des Bremszylinderdruckes begrenzt. Dabei ist vorausgesetzt, dass die Fläche der beiden Steuerkolben K und k so abgestimmt sind, dass bei einem gleichbleibenden Drucke in der Steuerkammer Stk von 5 atü dann, wenn im Raume über dem kleinen Kolben k und im Raume über dem grossen Kolben K der grösste zulässige Bremszylinderdruck von 3'6 atü herrscht, die Kolbenkräfte im. Gleichgewicht sind. Für einen andern Steuerkammerdruck gilt auch ein anderer grösster Bremszylinderdruck.
Bei grosser Fahrgeschwindigkeit (über 60 km/Stunde) hält das geschwindigkeitsabhängige Gerät G den Druck in der Leitung o entweder nur so hoch, dass die Kraft des Kolbens Sk nicht mehr' die Kraft der Schaltfeder Si überwinden kann, oder es wird die Leitung g ganz drucklos. In jedem Falle drückt dann die Schaltfeder SI den Kolben Sk nach unten, das obere Ventil Ro kann sich unter dem Bremszylinderdruck schliessen ; das untere Ventil Ru wird dabei geöffnet. Nunmehr ist der Raum links vom Umschaltkolben Uk über Leitung d und Entlüftungsbohrung o entlüftet ; der Leitungsdruck hält den Umschaltkolben Uk dauernd auf der linken Seite.
Erreicht in diesem Zustande der Bremszylinderdruck den Wert des Leitungsdruckes, erfolgt keine Umsteuerung des Umschaltkolbens Uk. Der grosse Kolben K bleibt auch weiterhin unter dem Einfluss des Leitungsdruckes. Wird der Leitungsdruck noch tiefer abgesenkt, so steigt der Bremszylinderdruck höher an. Bei Schnellbremsungen, bei denen die Bremsleitung L ganz entlüftet wird, kann der Bremszylinderdruck so hoch ansteigen, bis Druckgleichheit mit dem Druck in der Druckluftquelle Db herrscht.
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Durch den höheren Bremszylinderdruck bei grossen Geschwindigkeiten übt der Bremszylinder eine grössere Kraft aus. Das Bremsmoment und dadurch auch die Bremswirkung werden grösser. Sinkt aber die Fahrgeschwindigkeit infolge der Bremsung unter einen bestimmten Wert (z. B. 50--60 km/ Stunde), so wird der Druck in der Leitung g durch Wirkung des Gerätes G wieder so gross, dass der Kolben Sk gegen die Feder SI nach oben gedrückt wird. Das untere Ventil Ru des Regelteiles R wird geschlossen und das obere Ventil Ro wieder geöffnet. Der hohe Bremszylinderdruck beaufschlagt dann wieder die linke Seite des Umschaltkolbens Uk und schiebt ihn nach rechts.
Dadurch kommt der Bremszylinderdruck auch wieder auf den grossen Kolben K von oben her zur Wirkung, das Gleichgewicht der Kolbenkräfte im Steuerventil Stv wird gestört, weil die Stellkraft des grossen Kolbens verkleinert wird. Der kleine Kolben wird vom Bremszylinderdruck nach unten gedrückt und dadurch das Auslassventil Av geöffnet ; die Bremszylinderluft entweicht dann über o'und o"so lange, bis das Gleichgewicht der Kolbenkräfte wiederhergestellt ist, d. h. bis im Bremszylinder der Druck wieder
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Es ist daher bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten wieder das Bremsmoment auf den hiebei zulässigen Wert vermindert und damit die Gefahr des Feststellens der Räder verhindert worden.
Damit durch den, über den Regelraum Rr und die Leitung d in die Leitung s einströmenden, hohen Bremszylinderdruck nicht ein Überladen der Steuerkammer Stk erfolgen kann, ist vor dem Schaltventil Sv eine Drosselung D eingebaut. Durch diese Drosselung wird ein langsamer Druckanstieg in der Leitung s erzielt, so dass noch während des Anstieges des Druckes in der Leitung s über 5 alü
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Die Ausführungsbeispiele des Schaltventils Sv nach Fig. 2 und Fig. 3 werden dann verwendet, wenn das geschwindigkeitsabhängige Gerät G so eingestellt ist, dass bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten in der Zuleitung g kein oder nur ein geringer Druck, mit zunehmender Geschwindigkeit aber ein grösser werdender Druck in dieser Leitung eingeregelt wird. Der Regelteil R des Schaltventils besteht im Beispiel der Fig. 2 aus einem Schieber, in Fig. 3 wie in Fig. 1 aus einem Doppelventil, nur liegen beide Ventile im Regelraum Rr.
Bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten, bei welchen in der Leitung g kein Druck oder nur ein so geringer Druck herrscht, dass die Schaltfeder SI imstande ist, den Sehaltkolben in der untersten Lage zu halten, wird der Schieber der Fig. 2 in seine unterste Lage gezogen und das Doppelventil der Fig. 3 durch eine Belastungsfeder nach unten gedrückt. In beiden Fällen ist eine Verbindung zwischen den Leitungen z und d eröffnet, also der gleiche Zustand für das Umschaltventil Uv gegeben, wie für das Schaltventil nach Fig. 1 dargelegt.
Der Umschaltkolben Uk steuert bei einer Bremsung, wenn Druckgleichheit zwischen Bremszylinder und Leitung eintritt, nach rechts um und begrenzt dadurch ein weiteres Ansteigen des Bremszylinderdruckes.
Bei hoher Fahrgeschwindigkeit wird der Schaltkolben Sk durch den nunmehr höheren Druck in der Leitung y hochgedrückt, wodurch der Schieber oder das Doppelventilin die obere Stellung gedrückt wird. Dadurch wird die Verbindung der Leitung z mit der Leitung d unterbrochen, der Regelraum Rr jedoch wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entlüftet. Der Umschaltkolben Uk bleibt in seiner linken Lage und der tief abgesenkte Leitungsdruck bewirkt im Steuerventil einen hohen Bremszylinderdruck.
Nimmt die Fahrgeschwindigkeit ab, so wird der Druck unter dem Schaltkolben kleiner. Sobald die Kraft der Schaltfeder SI die Kolbenkraft überwindet, nimmt der Schieber oder das Doppelventil wieder die untere Lage ein, der hohe Bremszylinderdruek steuert den Umschaltkolben Uk nach rechts um und wirkt auf den grossen Kolben K im Steuerventil von oben her ein, wodurch das Steuerventil in Lösestellung übergeht und der Bremszylinderdruck wieder auf den bei kleinen Geschwindigkeiten zulässigen Höchstwert von 3'6 atü erniedrigt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Drosselung D im Schieber untergebracht.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Schaltventils Sv, bei der der Regelteil genau so als Doppelventil ausgebildet ist wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Der Schaltteil besteht jedoch aus einem Elektromagneten M, dessen Anker im stromlosen Zustande von einer Schaltfeder Si hochgehoben wird. Der Anker drückt das untere Ventil Ru des Doppelventils auf seinen Sitz, während das obere Ventil Ro wie in Fig. 1 geöffnet wird.
Das zugehörige geschwindigkeitsabhängige Gerät G ist so eingerichtet, dass bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten kein oder nur ein so schwacher Strom durch die Magnetspule M fliesst, dass die Magnetkraft kleiner als die Kraft der Feder SI ist. Bei grosser Fahrgeschwindigkeit wird der Strom vom Gerät G entweder eingeschaltet oder verstärkt. Die nunmehr zur Wirkung kommende Magnetkraft zieht den Anker nach unten, das Doppelventil folgt der Ankerbewegung, so dass das obere Ventil zum Abschluss kommt und das untere Ventil geöffnet wird. Die Rückwirkung der Schaltbewegung bei Bremsungen auf das Umschaltventil Uv und das Steuerventil Stv ist wieder die gleiche, wie bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben.
Das geschwindigkeitsabhängige Gerät G kann z. B. eine Bremsregeldynamo, ein auf einen elektrischen Schalter wirkender Fliehkraftregler oder ein von einem sich mit der Geschwindigkeit ändernden Druck beeinflusster elektrischer Schalter sein.
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Das Ausführungsbeispiel des Schaltventils nach Fig. 5 hat den gleichen Schaltteil wie jenes nach Fig. 4. Der Regelteil jedoch besteht aus einem Regelkolben Rk, dessen Unterseite durch eine Begrenzungsfeder Bi belastet ist und mit der freien Luft in Verbindung steht. In den Regelraum Rr über diesem Regelkolben Rk mündet die Leitung d ein, die zum Umschaltventil Uv führt. Für die Be-und Entlüftung des Schaltraumes ist wieder ein Doppelventil vorgesehen. Das obere Ventil Ro überwacht, wie bereits bei den andern Beispielen nach Fig. 1 und 4 beschrieben, die Verbindung der
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dient zur Entlüftung des Regelraumes Rr bei, hohen Fahrgeschwindigkeiten.
Für das Schaltventil Sv nach Fig. 5 eignet sich als geschwindigkeitsabhängiges Gerät G am besten eine Bremsregeldynamo. Die erzeugte Stromstärke oder Spannung einer solchen ändert sich stetig mit der Fahrgeschwindigkeit, so dass sich auch die vom Elektromagneten M ausgeübte Schalt- kraft stetig nach der jeweiligen Geschwindigkeit ändert. Es kann aber für denselben Zweck das Gerät G auch mit einer stufenweisen Regelung der Stromstärke oder der Spannung ausgerüstet sein.
Bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten ist die Magnetkraft so klein, dass der Magnetanker von der Feder Si nach oben gedrückt werden kann. Die Überschusskraft der Feder Si wirkt mit der Begrenzungs- feder Beauf den Regelkolben Rk. Dieser wird angehoben und schliesst dabei das untere Ventil Ru und öffnet das obere Ventil Ro.
Die auf den Regelkolben Rk einwirkenden Federkräfte sind mindestens so gross bemessen, dass bei jeder Fahrgeschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit (50-60 km/Stunde) für die Schnellbahnbremsung, auch beim normal höchsten Bremszylinderdruck von 3'6 atom, der Kraft des Regelkolbens das Gleichgewicht gehalten werden kann. Bei Bremsungen aus solchen niederen Fahrgeschwindigkeiten wirkt dann der Bremszylinderdruck auf den Umschaltkolben Ulc und steuert diesen
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statt vom Leitungsdruck vom Bremszylinderdruck beaufschlagt wird. Es ist also die Höchstdruckbegrenzung des Bremszylinderdruckes bei niederer Fahrgeschwindigkeit in gleichem Masse gewahrt wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Bei steigender Fahrgeschwindigkeit erhöht sich auch die Magnetkraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit. Der Anker wird dabei mit grösserer Kraft nach unten gezogen und dabei ein Teil der Kraft der Feder Si aufgehoben. Die auf den Kolben Rlc wirkende Überschusskraft wird daher kleiner.
Der Regelkolben Rk kann nun bei einer Bremsung nicht mehr einem Druck von 3'6 < t < M das Gleichgewicht halten, sondern wird schon von einem niedrigeren Druck nach unten gedrückt, wobei das obere Ventil Ro geschlossen wird. Es herrscht also im Regelraum Rr und links vom Umschaltkolben Uk ein niedrigerer Regeldruck.
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das Umsteuern des Kolbens Uk nach rechts. Nunmehr wirkt statt des Leitungsdruckes der im Raum Rr eingeregelte Regeldruck auf den grossen Kolben K des Steuerventils, d. h. der nunmehr herrschende
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senkung nicht mehr erhöht werden.
Je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeuges vor der Bremsung ist, um so grösser ist die Magnetkraft, um so kleiner aber die auf den Kolben Rk wirkende Überschusskraft und um so niedriger wird der im Regelraum Rr sich einstellende Regeldruck sein, d. h. um so höher kann der Bremszylinderdruck ansteigen, wenn der Leitungsdruck genügend tief abgesenkt wird. Es ist daher der höchste Bremszylinderdruck, der sich bilden kann, von der Fahrgeschwindigkeit, die vor der Bremsung vorhanden war, abhängig.
Ganz, unabhängig von der Geschwindigkeit wird der höchste Bremszylinderdruck aber auch noch durch die Begrenzungsfeder BI begrenzt. Aueb bei noch so grosser Geschwindigkeit und noch so grosser Magnetkraft kann der Regeldruck im Raume Rr nur so tief sinken, dass die Kraft des Kolbens Rk der Begrenzungsfeder Bi das Gleichgewicht hält. Ist z. B. der Druck der Druckquelle höher als der gewünschte höchste Bremszylinderdruck, so könnte bei einer völligen Entlüftung des Regelraumes Rr ein zu hoher Bremszylinderdruck entstehen, der zum Bruch des Bremsgestänges führen könnte. Die Begrenzungsfeder vermeidet jedoch diese Gefahr.
Bei durch die Bremswirkung abnehmender Geschwindigkeit wird auch die Magnetkraft kleiner, die auf den Kolben Rk wirkende Überschusskraft der Feder Si jedoch immer grösser, so dass der Kolben gegen den Regeldruck nach oben gedrückt werden kann und das obere Ventil Ro etwas geöffnet wird. Es strömt nun Bremszylinderluft in den Regelraum Rr und erhöht dessen Druck. Da dieser Druck auch auf den Steuerventilkolben K wirkt, geht das Steuerventil in Lösestellung und ermässigt den Bremszylinderdruck entsprechend dem ansteigenden Regeldruck so lange, bis der Regeldruck auf 3'6 atü
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wirkt dann bis zum Stillstand des Fahrzeuges.
Die Abnahme des Bremszylinderdruckes erfolgt also in Abhängigkeit von der abnehmenden Fahrgeschwindigkeit, wodurch eine bessere Angleichung des Bremsmomentes an die Reibungswerte
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bei den verschiedenen Geschwindigkeiten und eine bessere Ausnützung der Bremse erreicht wird.
Bei stufenweiser Änderung der Magnetkraft wickelt sich die Einregelung des Regeldruckes im Regelraum Rr auch stufenweise ab und bei abnehmender Geschwindigkeit wird der Bremszylinderdruck stufenweise ermässigt.
Die Beeinflussung des Sehaltventils Sv nach der Ausführungsform der Fig. 5 ist selbstverständlich nicht auf eine Magnetkraft beschränkt. Es kann mit gleichem Erfolge auch eine andere Kraft, soweit sie von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängig ist, gegen die Feder Sf wirkend angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Druckluftbremse nach dem österr. Patente Nr. 133222, dadurch gekennzeichnet, dass in die Leitung zwischen Bremszylinder (Bz) und Umschaltventil (Uv) ein Schaltventil (Sv) eingeschaltet ist, dessen Schaltteil (S) von einem geschwindigkeitsabhängigen Gerät (G) beeinflusst ist und derart auf den Regelteil (R) einwirkt, dass dieser bei niederen Fahrgeschwindigkeiten eine Verbindung des bremszylinderseitigen Raumes des Umschaltventils (Uv) mit dem Bremszylinder (Bz) offen hält und bei hoher Fahrgeschwindigkeit den gleichen Raum des Umsehaltventils (Uv) ganz entlüftet oder den Druck mit ansteigender Geschwindigkeit absenkt.