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Flüssigkeitsgekühlte Reibungsbremse für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf flüssigkeitsgekühlte Reibungsbremsen für Kraftfahrzeuge mit in
Eingriff miteinander zu bringenden feststehenden und umlaufenden Reibgliedern.
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Bei einer Ausführungsform derartiger bekannter Reibungsbremsen wird
das Kühlmittel, das gleichzeitig als Bremsmittel dient, von einer gemeinsamen Pumpe,
die von den Bremsen entfernt angeordnet ist, zu den Bremsen gefördert. Beim Beginn
des Bremsens wird noch vor dem Anlegen der Reibungsscheiben eine Zahnradpumpe mit
dem Motor gekuppelt und das Kühlmittel durch ein balgähnliches Bauteil hindurchgedrückt.
Bei weiterem Betätigen der Bremse wird eine Drosselstelle in der Rückleitung des
Kühlmediums geschlossen, so daß der Druck steigt und der sich ausdehnende Balg die
Reibscheiben gegeneinanderpreßt. Da die Pumpe vom Motor angetrieben wird, ist je
nach dem eingeschalteten Gang die Fördermenge und damit auch die Kühlwirkung unterschiedlich.
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Bei einer weiteren bekannten flüssigkeitsgekühlten Reibungsbremse
ist eine Pumpe vorgesehen, die dauernd von einem Fahrzeugrad angetrieben wird. Dadurch
wird zwar vermieden, daß die geförderte Kühlmittelmenge vom eingeschalteten Gang
abhängig ist, jedoch wird auch dann, wenn nicht gebremst wird, von der Pumpe Leistung
verbraucht, die als Antriebsleistung für das Fahrzeug verloren ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform einer flüssigkeitsgekühlten Reibungsbremse
ist das Bremsengehäuse mit Hohlräumen versehen, die von Wasser durchflossen werden,
wenn die Wassertemperatur einen bestimmten Wert übersteigt. Die Pumpe ist in diesem
Falle ebenfalls direkt mit dem Motor des Fahrzeugs gekuppelt. Aus diesem Grunde
wird auch bei einer geringen Bremsung, bei der nur wenig Wärme erzeugt wird, der
Kühlmittelkreislauf sofort voll wirksam, so daß also mehr Kühlmittel geliefert wird,
als erforderlich ist.
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Allen bekannten flüssigkeitsgekühlten Reibungsbremsen ist es gemeinsam,
daß die Reibbeläge nur indirekt gekühlt werden, d. h. das Kühlmedium kommt mit den
Belägen nicht in direkte Berührung. Dadurch ist es aber möglich, daß infolge des
unvermeidlich unterschiedlichen Wärmeleitvermögens der Reibbeläge örtliche Überhitzungen
auftreten können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte
Reibungsbremse zu schaffen, bei der sichergestellt ist, daß jede Bremse einwandfrei
und ausreichend gekühlt wird, weiterhin soll die Kühlung so wirksam wie möglich
vorgenommen werden, und schließlich soll die Pumpe nur. beim Bremsen angetrieben
werden, um die für den Fahrzeugantrieb zur Verfügung stehende Leistung nicht zu
verkleinern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem
Bremsgehäuse eine Pumpe angeordnet ist, die Kühlflüssigkeit zwischen den Reibungsgliedern
hindurchzirkulieren läßt, und ein Antriebsglied für die Pumpe vorgesehen ist, das
mit einem der umlaufenden Reibglieder beim Anlegen der Bremse gekuppelt wird.
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Die einwandfreie Kühlung jeder der Reibungsbremsen der einzelnen Fahrzeugräder
wird dadurch sichergestellt, daß jede Bremse ihre eigene Pumpe besitzt, die über
ein umlaufendes Reibglied angetrieben wird. Da die erzeugte Wärme in erster Linie
von der Drehzahl des abzubremsenden Rades und vom Anpreßdruck der Reibglieder abhängig
ist, wird jede Pumpe so angetrieben, daß sie für das betreffende Rad die gerade
erforderliche Kühlmittelmenge liefert. Da Drehzahl und Anpreßdruck nicht unbedingt
für alle Räder gleich zu sein brauchen, könnte eine gemeinsame Pumpe nicht in allen
Fällen eine ausreichende Kühlung für alle Radbremsen sicherstellen.
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Die besonders wirksame Kühlung wird dadurch erreicht, daß die Wärme
dort abgeleitet wird, wo sie erzeugt wird, nämlich zwischen den Reibscheiben. Bei
jeder anderen Kühlart ist eine größere Kühlmittelmenge und damit auch eine in ihren
. Abmessungen größere Pumpe erforderlich. Die Kupplung
der Pumpe
mit einem der umlaufenden Reibglieder ergibt einen konstruktiv besonders einfachen
und daher billigen Antrieb, bei dem die Pumpe automatisch nur dann eingeschaltet
wird, wenn tatsächlich gebremst wird. Außerdem wird die für die Pumpe benötigte
Antriebsleistung dort abgenommen, wo ohnehin durch die Bremsung Energie vernichtet
werden soll. Die Bremswirkung der einzelnen Räder wird also entsprechend der von
den einzelnen Pumpen aufgenommenen Leistung verstärkt.
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Vorteilhaft wird eine Pumpe der Verdrängerbauart verwendet, um eine
Flüssigkeitsförderung im Verhältnis der Drehzahl des Pumpenantriebsgliedes zu erhalten,
so daß beim Verbinden der Reibglieder der Bremse mit dem Pumpenantriebsglied dieses
mit der Drehzahl der umlaufenden Reibglieder läuft und die Fördermenge dieser Drehzahl
und damit auch der zu vernichtenden Energie sowie der abzuführenden Wärme während
des Bremsvorganges proportional ist.
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Bei einem mehrrädrigen Fahrzeug können alle Räder mit derartigen Reibungsbremsen
ausgerüstet sein.
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Der Umfang der Erfindung ergibt sich aus den Ansprüchen. In den Zeichnungen
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen ist Fig.
1 die schematische Draufsicht auf ein mehrrädriges Fahrzeug mit einer Bremsanlage
mit Bremsen nach der Erfindung, Fig.2 eine Seitenansicht einer Bremse nach der Erfindung
in Richtung des Pfeiles 2 der Fig. 3 gesehen, Fig. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3
der Fig. 2, Fig. 4 ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 ein Schnitt nach
Linie 5-5 der Fig. 3, Fig. 6 ein Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 3, Fig. 7 ein Schnitt
nach Linie 7-7 der Fig. 5, Fig. 8 ein Schnitt nach Linie 8-8 der Fig. 3, Fig. 9
ein vergrößerter Ausschnitt der Fig. 3, Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung
mit einer anderen Stellung der Bremsglieder, Fig. 11 eine Ansicht eines Teils der
Bremse in Richtung der Pfeile 11-11 der Fig. 9 gesehen, Fig. 12 ein Teilschnitt
nach Linie 12-12 der Fig. 1 und Fig. 13 ein Schnitt nach Linie 13-13 der Fig. 1.
Ein Kraftfahrzeug hat einen Rahmen 10, der auf Rädern 11, 12, 13 und 14 ruht, deren
jedes mit einer Reibungsbremse 15 ausgerüstet ist. Jede Bremse enthält eine Pumpe,
die angetrieben ein Umwälzen von Kühlflüssigkeit durch die Bremse veranlaßt, um
die durch das Anlegen der Reibungsbremse erzeugte Wärme abzuführen. Die Kühlflüssigkeit
wird nach der Aufnahme von Wärme aus den Reibgliedern der Bremse in eine Leitung
16 gefördert, die an einen Einlaßstutzen 17 eines Wärmeaustauschers 18 (Fig. 12)
angeschlossen ist. Dieser liegt in der unteren Sammelkammer 19 eines Kühlers 2.0
für den Motor. Der Wärmeaustauscher 18 hat einen Austrittsstutzen 21, der über Leitungen
22 mit den Saugseiten der Pumpen verbunden ist.
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Ein Vorratsbehälter 26 ist durch eine Leitung 27 mit der warmes Kühlmittel
führenden Leitung 16 und durch eine Leitung 28 mit der gekühltes Kühlmittel führenden
Leitung 22 verbunden. Um eine Umgehung des Wärmeaustauschers 18 zu verhindern, ist
ein Druckmittelsicherheitsventil 29 in der Leitung 27 vorgesehen, das in der Leitung
16 einen höheren Druck als in der Leitung 22 hält. Das Sicherheitsventil 29 ist
auf einen genügend hohen Druck eingestellt, um den Flüssigkeitsstrom durch den Wärmeaustauscher
zu gewährleisten. Bei Übersteigen dieses Druckes in der Leitung 16 wird diese über
das Ventil mit dem Vorratsbehälter verbunden.
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Die erwärmte Flüssigkeit aller Bremsen 15 wird einem gemeinsamen Wärmeaustauscher
zugeleitet, von dem über die Rücklaufleitung 22 die einzelnen Bremsen 15 unabhängig
voneinander mit frischer Flüssigkeit versorgt werden, so daß also jeder Bremse in
dem Maße Flüssigkeit zugeführt werden kann, wie es für die besonderen Erfordernisse
der Wärmeabfuhr erforderlich ist.
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Die Bremsen 15 für die Vorder- und die Hinterräder sind gleich ausgebildet,
so daß die Beschreibung einer Bremse für ein Vorderrad ausreichend erscheint.
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Jede Bremse 15 (Fig. 3) hat ein Bremsengehäuse 30, das aus einer Kappe
32 und einer Abschlußplatte 31 besteht, die zwei Naben 57 mit axialen Bohrungen
33 zur Aufnahme eines Königszapfens 34 hat. Der Königszapfen sitzt auf einem Achsschenkel
35, der von einem Wälzlager 36 getragen wird.
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Die Abschlußplatte 31 und die Kappe 32 tragen Wälzlager 37 bzw. 38
zur Aufnahme einer Radachse 39, die einen radialen Flansch 40 trägt. An diesem Flansch
ist mittels Schrauben 42 eine Radscheibe 41 eines Rades des Kraftfahrzeuges befestigt.
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Das Wälzlager 38 hat einen Innenlaufring 43, der mit Preßsitz auf
einem zylindrischen Teil 44 der Radachse 39 sitzt und durch einen Haltering 45 in
seiner Lage gehalten wird. Das Wälzlager 38 hat einen Außenlaufring 46, der in einer
Aussperrung 47 in der Außenwand 48 der Kappe 32 sitzt und dort durch eine mittels
Schrauben an der Wand 48 befestigte Halteplatte 49 festgehalten wird. Eine in der
Halteplatte 49 sitzende Öldichtung 51 liegt gegen den inneren Laufring 43 des Wälzlagers
38 an und verhindert Ölverluste.
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Das Wälzlager 37 hat einen Außenlauf ring 52, der in einer Aussparung
53 der Abschlußplatte 31 sitzt, und einen Innenlaufring 54, der von einer Nabe 55
einer Bremsentragplatte 60 getragen wird. Der innere Umfang der Nabe 55 ist durch
einen Keil 56 mit dem einwärts liegenden Ende der Radachse 39 verbunden, so daß
die Bremsentragplatte 60 mit der Radachse 39 umläuft. Die Kappe 32 des Bremsengehäuses
30 bildet eine Bremskammer 61 für eine Reibungsbremse, die aus mehreren in Abstand
voneinander angeordneten, ringförmigen, umlaufenden Reib-Scheiben 62 und zwischen
diese greifenden, ringförmigen, festen Reibscheiben 63 besteht. Die umlaufenden
Reibscheiben 62 bestehen aus Metall und tragen an den einander gegenüberliegenden
Flächen Reibbeläge 65 aus geeignetem Werkstoff, die beim Bremsen in Eingriff mit
den aus Metall gefertigten festen Reibscheiben 63 gebracht werden.
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Der Innenrand der umlaufenden Reibscheiben 62 hat Keile 66, die mit
Keilen 67 am Außenrand der Bremsentragplatte 60 zusammenwirken, so daß die Reibscheiben
62 mit der Bremsentragplatte 60 umlaufen.
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Am Außenrand der festen Reibscheiben 63 sind Vorsprünge 68 (Fig. 4
und 6) vorgesehen, die in axiale Schlitze 69 in einer Ringwand 70 ragen. Die Ringwand
70 geht in eine radiale Wand 71 über, die mittels Schrauben 140. an der Kappe 32
befestigt ist und deren Lage durch Stifte 141 bestimmt wird. Die Wand 71 trennt
die Bremskammer 61 von einter Pumpenkarcnmer 73, die in der Kappe 32 gebildet ist
und exzentrisch zur Radachse 39 liegt.
Die Pumpenkammer 73 enthält
einen Pumpenläufer 75, der drehbar auf der Nabe 55 der Bremsentragplatte 60 gelagert
ist. Der Pumpenläufer hat mehrere radiale Schlitze 72, die je eine Pumpenschaufel
77 aufnehmen.
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Die Pumpenschaüfeln 77 haben Schultern 78, die mit zwei exzentrischen
Ringen 79 zusammenarbeiten, so daß die Außenenden der Pumpenschaufeln 77 gegen die
Innenfläche der Pumpenkammer 73 gehalten werden.
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Die Pumpenkammer 73 (Fig. 5) steht mit einer sich nach innen erweiternden
Einlaßkammer 81 in Verbindung, die mit einem sich durch das Bremsengehäuse 30 erstreckenden
Einlaßkanal 82 verbunden ist (Fig. 7). Dieser Kanal ist durch ein Anschlußstück
83 mit der Rücklaufleitung 22 verbunden.
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Das Wälzlager 38 (Fig. 7) erhält Schmiermittel von dem Einlaßkanal
82 über einen Kanal 84, der zu einer ringförmigen Aussparung 85 in der Kappe 32
neben dem Lager 38 führt.
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Die Flüssigkeit wird beim Umlaufen der Schaufeln entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
(Fig. 5) aus dem Arbeitsraum 80 der Pumpe unter Druck durch Öffnungen 90 (Fig. 3,
5 und 9) in der Wand 71 hindurch, die im Bereich des Austritts der Flüssigkeit aus
dem Arbeitsraum 80 liegen, in die Bremskammer 61 gefördert, in die sie in der Gegend
des äußeren Kranzes der Bremsentragplatte 60 eintritt.
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Die Bremsentragplatte 60 hat radiale Öffnungen 91 (Fig. 3 und 11),
durch die die Druckflüssigkeit zu den Innenrändern der Reibscheiben 62 und 63 hindurchströmt.
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Die Reibbeläge 65 der umlaufenden Reibscheiben 62 haben eine Reihe
von Nuten 95 (Fig. 6), so daß die durch die Öffnungen 91 der Bremsentragplatte 60
hindurchtretende Flüssigkeit zwischen den umlaufenden und den festen Reibscheiben
nach außen gelangen kann, wenn die Reibscheiben aneinanderliegen. Die Nuten 95 in
den Reibbelägen 65 sind nach Art eines Geflechts ausgebildet, so daß sich zwischen
den Reibseheiben eine starke Turbulenz der Strömung ergibt und damit während der
Strömung eine Berieselung, die eine maximale Wärmeaufnahme aus den Reib-Scheiben
ermöglicht.
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Die am Außenumfang der Reibscheiben 62 und 63 austretende Flüssigkeit
gelangt durch die Schlitze 69 in der Wand 70 hindurch in den diese Wand umschließenden
ringförmigen Teil der Kammer 61, der in einen Auslaßkanal 99 (Fig. 5 und 6) mündet,
welcher mit der Leitung 16 (Fig. 2) verbunden ist.
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Der in der Pumpenkammer 73 laufende Pumpenläufer 75 wird durch eine
Antriebsscheibe 100, die in der Bremsenkammer 61 angeordnet ist, angetrieben. Die
Antriebsscheibe trägt am inneren Umfang axiale Ansätze 101, die in Schlitze 102
am Innenrand des Pumpenläufers 75 eingreifen (Fig. 3, 4, 7 und 8).
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Am Außenumfang hat die Antriebsscheibe 100 an den gegenüberliegenden
Flächen ringförmige Reibbeläge 105 und 105a aus geeignetem Werkstoff, die koaxial
zu. den Reibsicheiben 62 und 63 liegen. Die Antriebsscheibe 100 liegt zwischen der
Wand 71 und einer umlaufenden Reibscheibe 62, deren Reibbeläge 65a und 105a nebeneinanderliegen.
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Die Reibscheiben 62 und 63 werden durch eine ringförmige Druckplatte
110 zum Eingriff miteinander gebracht, die- verschiebbar auf einer zylindrischen
Nabe 111 der Abschlußplatte 31 gelagert ist. Die Druckplatte 110 wird durch eine
Wellenfeder 112 (Fig. 3) zurückgezogen, die zwischen einem radialen Flansch 113
der Druckplatte 110 und einem Gegenring 114 liegt. Der Gegenring 114 wird mit Hilfe
eines Sprengringes 116 an einer Schulter 115 der Abschlußplatte 31 gehalten. Zwischen
der Druckplatte 110 und der zylindrischen Nabe 111 ist eine Ringdichtung 117 angeordnet.
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Die Druckplatte 110 wird durch zwei einander diametral gegenüberliegende
hydraulisch betätigte Kolben 120 (Fig. 4) angedrückt, die in Zylindern 121 hin-
und herbewegbar sind. Die Zylinder 121 sind in der Abschlußplatte 31 gebildet und
stehen mit dem Hauptbremszylinder einer hydraulischen Bremsanlage über Leitungen
122 und 123 in Verbindung (Fig. 2).
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Die Dichtungen 124 und 125 zwischen den Kolben 120 und den Zylindern
121 verhindern den Verlust von Bremsflüssigkeit aus den Zylindern 121 zur Bremskammer
61 und den Zutritt von Kühlflüssigkeit von der Bremskammer 61 zu den Bremszylindern
121.
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Jeder Zylinder 121 hat einen Anschlag 130 mit einem Gewindeschaft
131, der durch einen Ansatz 132 der Abschlußplatte 31 hindurchgeschraubt ist. Der
Anschlag 130 kann innerhalb und außerhalb des Bremszylinders 121 eingestellt werden,
um die zurückgezogene Lage der Druckplatte 110 so zu bestimmen, daß genügendes Spiel
zwischen den Reibscheiben 62 und 63 entsteht (Fig. 9). Eine Dichtung 133 umgibt
den Anschlag 130 und wird durch eine Druckfeder 134 angedrückt.
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Die Zufuhr von Druckflüssigkeit zu den Zylindern 121 über die Leitungen
122 und 123 veranlaßt eine Bewegung der Kolben 120 und der Druckplatte 110 nach
links (Fig. 4), um die Reibscheiben 62 und 63 in Eingriff miteinander zu bringen
(Fig. 10). Gleichzeitig wird der Reibbelag 65a der einen umlaufenden Reibscheibe
mit dem Reibbelag 105a der Antriebsscheibe 100 in Eingriff gebracht, deren anderer
Reibbelag 105 zur Anlage gegen die Wand 71 bewegt wird.
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Es wird eine im wesentlichen sofortige Kupplung zwischen der umlaufenden
Reibscheibe und der Antriebsscheibe 100 erreicht, da der Reibungskoeffizient zwischen
den Reibbelägen 105 a und 65 a wesentlich größer als der zwischen dem Reibbelag
105 und der Wand 71 ist. Die Antriebsscheibe wird also mit der gleichen Drehzahl
angetrieben wie die umlaufenden Reibscheiben 62, die von der von der Radachse 39
angetriebenen Bremsentragplatte 60 getragen sind, so daß also die Antriebsscheibe
100 mit gleicher Drehzahl wie das Fahrzeugrad umläuft.
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Da auch der Pumpenläufer 75 mit im wesentlichen gleicher Drehzahl
wie das Fahrzeugrad angetrieben wird, ist die Fördermenge der Pumpe der Drehzahl
des Fahrzeugrades direkt proportional, so daß bei jeder Zunahme der Drehzahl des
Fahrzeugrades ein propo-rtionater Anstieg der Pumpendrehzahl und damit der Fördermenge
der Pumpe erfolgt.
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Die Förderleistung der Pumpe ist so ausgelegt, daß die bei einer bestimmten
Drehzahl mit angelegter Bremse unter einem bestimmten Höchstdruck gelieferte Flüssigkeitsmenge
ausreicht, um einen Temperaturanstieg in den Reibscheiben über einen bestimmten
Wert zu verhindern, gleichgültig wie lange die Bremse angelegt bleibt. Der Flüssigkeitsstrom
durch di,e Reibscheiben ist so, daß beim Anlegen der Bremse die Wärme sofort bei
der Entstehung von den Reibscheiben abgeleitet wird.
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Da der Kühlmittelstrom durch die Reibscheiben so gewählt ist, daß
bei der größten Wärmebildung unter den schwersten Bremsbedingungen die Wärme abgeführt
wird, und da die Pumpendrehzahl der Drehzahl des Fahrzeugrades direkt proportional
ist, liefert die
Pumpe selbsttätig die richtige Flüssigkeitsmenge
zu den Reibscheiben, um die bei kleineren Geschwindigkeiten auftretende geringere
Wärme abzuführen.