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Hydrokinetische Bremseinrichtung für Dynamometer Die Erfindung bezieht
sich auf hydrokinetische Bremseinrichtungen für Dynamometer, welche Läufer- und
Ständerbauteile aufweisen, von denen jeder mit sich im wesentlichen in radialer
Richtung erstreckenden Schaufeln versehen ist, deren gegenüberliegende Kanten in
Ebenen liegen, die senkrecht zur Drehachse des Läufers stehen. Solche hydrokinetische
Bremseinrichtungen dienen als hydraulische Bremsen oder Leistungs-Absorptions-Einheiten
und eignen sich zur Verzögerung der Drehung eines Drehbauteils oder zum Absorbieren
der Leistung oder des Drehmomentes, welche bzw. welches einem Drehbauteil, beispielsweise
der Welle einer Primär-Antriebsvorrichtung, oder einem Bauteil, der von einer solchen
Welle seinen Antrieb erhält, übermittelt wird.
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Bekannte hydrokinetische Bremseinrichtungen dieser Art haben den
Nachteil, daß die darin befindliche Arbeitsmittelströmung schwere Stöße oder Schläge
auf die Schaufeln und zerstörende Schwingungen hervorruft, woraus sich Verschleiß
durch Auswaschen und Reibung sowie Beschädigung der Läufer- und Ständerteile ergibt.
Aus diesen Nachteilen ergibt sich ein geringer Wirkungsgrad der Bremse, und somit
ist die Bremse bei einem gegebenen Leistungs-Absorptions-Vermögen unerwünscht groß,
wodurch ihre günstige Anwendungsmöglichkeit nur dort gegeben ist, wo genügend Raum
vorhanden ist.
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Zweck der Erfindung ist es, eine hydrokinetische Bremseinrichtung
zu schaffen, welche stark reduzierte Abmessungen, verglichen mit allen bisher bekannten
Einheiten, aufweist, sich jedoch durch eine wesentlich größere Bremswirkung oder
ein größeres Leistungsvernichtungsvermögen gegenüber den erheblich größeren Einheiten
auszeichnet, so daß die Bremseinheit in einer Umgebung untergebracht werden kann,
wo die Raumbegrenzung einen kritischen Faktor darstellt, wodurch der Anwendungsbereich
von hydrokinetischen Bremseinrichtungen auf solche Gebiete ausgedehnt werden kann,
die wegen der großen Abmessungen der bekannten Geräte bislang nicht in Betracht
kamen.
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Dies wird erfindungsgemäß in erster Linie dadurch erreicht, daß jede
der Schaufeln austritts- und eintrittsbestimmende Teilstücke aufweist, welche unter
vorbestimmten Winkeln so angeordnet sind, daß beim Betrieb die Bremsflüssigkeit
die austrittsbestimmenden Teilstücke der Schaufeln eines jeden Bauteils in einer
Richtung verläßt, die im wesentlichen parallel zu den einlaßbestimmenden Teilstücken
der Schaufeln des anderen Bauteils verläuft, wobei die Schaufeln eine im wesentlichen
flache, tellerartige Form haben und wobei jede der vorerwähnten Schaufeln
so angeordnet
ist, daß ihre Vorderkante im wesentlichen radial zur vorerwähnten Drehachse verläuft,
während die Schaufel schräg zur radialen Ebene liegt, welche durch die vorerwähnte
Vorderkante hindurch verläuft.
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Einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge verlaufen die austritts-
und eintrittsbestimmenden Teilstücke jeder Schaufel im wesentlichen gerade und stehen
durch ein zwischengelegenes verschobenes Teilstück miteinander in Verbindung.
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Bei einer solchen Einrichtung, bei welcher der eine oder beide vorerwähnten
Bauteile einen hohlen, im wesentlichen halbtoroidalen Mantelbauteil aufweisen, ist
erfindungsgemäß eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander vorgesehenen Ausnutungen
in diesem Mantelbauteil vorgesehen, in welchen die vorerwähnten Schaufeln mit ihren
Hinterkanten befestigt sind.
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Es gehört weiterhin zur Erfindung, daß jede der vorerwähnten Ausnutungen
und die Hinterkante der darin befestigten Schaufeln gerade bzw. ausgefluchtet verlaufen,
d. h. in einer Ebene liegen.
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Die Schaufeln sind aus Blech gestanzte Werkstücke, und die austrittsbestimmenden
Teilstücke der Schaufel liegen, einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge, im spitzen
Winkel zur vorerwähnten Ebene, die senkrecht zur Läuferachse verläuft, und zwar
in einem Winkel, der etwas größer als 450 ist, während die eintrittsbestimmenden
Teilstücke der Schaufel in einem spitzen Winkel zur vorerwähnten Ebene liegen, der
nicht größer als etwa 450 ist.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht noch darin, daß die austrittsbestimmenden
Teilstücke der Schaufeln des Läufers in einem Winkel zur vorerwähnten
Ebene,
die rechtwinklig zur Läuferachse verläuft, liegen, der etwa 6 bis 120 größer ist
als derjenige der eintrittsbestimmenden Teilstücke der Schaufeln des Ständers, und
daß die austrittsbestimmenden Teilstücke der Schaufeln des Ständers in einem Winkel
zur vorerwähnten Ebene liegen, der etwa 2 bis 80 größer ist als derjenige der eintrittsbestimmenden
Teilstücke des Läufers.
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Die austritts- und eintrittsbestimmenden Teilstücke der Schaufeln
des Läufers liegen zur vorerwähnten, senkrecht zur Läuferachse verlaufenden Ebene
in Winkeln, die jeweils 45 bis 550 und 44 bis 45° betragen, und die austritts- und
eintrittsbestimmenden Teilstücke der Schaufeln des Ständers verlaufen zur vorerwähnten
Ebene in Winkeln, die jeweils 47 bis 480 und 44 bis 450 betragen.
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Schließlich ist erfindungsgemäß in jeder Schaufel eine Vertiefung
vorgesehen, wobei die Vertiefung auf eine Höchsttiefe in einer Richtung anwächst,
die parallel zur Läuferachse verläuft, und zwar von der Vorderkante der Schaufel
weggerichtet.
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Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise
wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt bzw. zeigen Fig. 1 einen
Längsschnitt, teilweise in schaubildlicher Wiedergabe, durch eine hydrokinetische
Bremseinrichtung, welche mit einer Antriebsrolle eines Chassis-Dynamometers in Verbindung
steht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ringschale, welche den Läuferbauteil
wiedergibt, Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Ständer-Ringschalen-Bauteil und der
Ständerplatte, wobei insbe sondere ein Stauteil bzw. Abdämmungs-Bauteil wiedergegeben
wird, welcher an der Außenseite der Ständer-Ringschale vorgesehen ist, Fig. 4 einen
lotrechten Schnitt an der Linie IV-IV in Fig. 1, welcher die Stirnfläche des Läufers
wiedergibt, Fig. 5 einen lotrechten Schnitt an der Linie V-V in Fig. 1, welcher
die Stirnfläche des Läufers wiedergibt, Fig. 6 eine Seitenansicht auf die dem Druck
ab gewandte Seite einer Ständerschaufel, Fig. 7 eine Seitenansicht auf die Druckseite
der Schaufel gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine Vorderansicht der Ständerschaufel gemäß den
Fig. 6 und 7, Fig. 9 eine Rückansicht dieser Ständerschaufel, die Fig. 10 und 11
Schnitte an den Linien X-X bzw.
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XI-XI in Fig. 7, wodurch die Krümmung bzw. Kurvenform des Schaufelkörpers
veranschaulicht wird, Fig. 12 eine Seitenansicht auf die der Strömung abgelegene
Seite einer Läuferschaufel, Fig. 13 eine Seitenansicht auf die Druckseite der Läuferschaufel
gemäß Fig. 12, Fig. 14 eine Vorderansicht auf die Läuferschaufel gemäß den Fig.
12 und 13, Fig. 15 eine Rückansicht auf die Läuferschaufel, während die Fig. 16
und 17 Schnitte an den Linien XVI-XVI bzw. XVII-XVII in Fig. 13 wiedergeben.
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In der Fig. 1 ist eine der beiden Rollen 4 einer hydrokinetischen
Bremseinrichtung 1 gezeigt, auf denen die angetriebenen Räder eines Motorfahrzeuges
zwecks Messens der auf die Räder übertragenen Ausgangsleistung getragen werden.
Die Rolle 4 wird an beiden Enden durch einen Rahmen 2 getragen. Die Welle 18 der
Rolle 4 ist an einem Ende durch einen der Rahmenbauteile 2 verlängert und trägt
an der
Seite eine hydrokinetische Bremse 5 und einen Wärmetauscher 140, der mittels
Kugellager 37 und 43 drehbar daran befestigt ist, und ist mit einem Arm 181 (Fig.4)
zum Messen des Drehmomentes versehen.
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Das äußere Ende der Welle 18, welche an der Antriebsrolle 48 angreift,
ist im Durchmesser verkleinert, um das Nabenteilstück 54 einer Läufereinheit 55
aufzunehmen. Das innere Ende der Nabe 54 steht mit einem Distanzring 56 im Eingriff,
der, da er mit einer Schulter 57 in Berührung steht, an der Welle 18 angreift, während
die Schulter 57 mit einem vorbestimmten Abstand vom Gewindeteilstück 47 angeordnet
ist. Eine Mutter 59 am Gewindeteilstück 60 des äußeren Endes der Welle 18 verhindert
eine Axialbewegung des Läufers 55 in bezug auf die Welle 18.
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Die Mutter 59 wird durch eine Sicherungsscheibe 61 festgehalten.
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Der Läufer 55 weist eine Läuferschale 62 aus Gußstahl auf, die mit
der Nabe 54 ein Stück bildet. Die Läuferschale 62 hat bei der in Fig. 2 angedeuteten
Ausführungsform im wesentlichen die Form eines halben hohlen Kreisringes. Der Außendurchmesser
der Läuferschale 62 ist daher ungewöhnlich klein.
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Das Teilstück der Aushöhlung 63 ist am inneren und äußeren Durchmesser
in bezug auf den eigentlichen Krümmungsradius R bei 64 und 65 abgeflacht, so daß
es einen Winkel von 900 zu einem Radius bildet, der mit der sich durch die Vorderkante
des Läuferbauteils erstreckenden Ebene einen Winkel von 22,50 bildet. Durch eine
solche Abflachung wird eine Erweiterung des Randteilstücks der Läuferaushöhlung
63 erreicht, deren Zweck an einer späteren Stelle erläutert werden soll.
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Der Läufer 55 weist einundzwanzig Nuten 66 auf, welche in die Aushöhlung
63 eingefräst sind, um die Kanten eines entsprechenden Bauteils von Läuferschaufeln
67 (Fig. 1) aufzunehmen, die im einzelnen nachfolgend näher beschrieben werden sollen.
Die Nuten 66 bilden einen Winkel von 530 zu einer Ebene, die lotrecht zur Läuferachse
verläuft Das innere Ende jeder Nut 66 liegt auf einer Ra-Radiallinie vom Mittelpunkt
der Läuferachse, während das äußere Ende der Nut auf einer Radiallinie liegt, die
mit Bezug auf die erste Radiallinie um einen Winkel von 9,50 versetzt ist, wie aus
Fig. 5 hervorgeht. Die Schaufeln 67 haben eine besondere Form, um einen gleichmäßigen
Fluß der Bremsflüssigkeit zu gewährleisten, ohne daß Schwingungen, Stöße oder eine
unerwünschte Turbulenz verursacht wird. Die Schaufeln 67 werden in den Nuten 66
in ihrer Lage festgeklemmt oder an zwei oder mehr Punkten durch Heftschweißung befestigt
und daraufhin mit dem Bauteil 62 in einem Ofen durch Hartlötung unter einer Wasserstoffatmosphäre
vollständig verbunden, wodurch eine glatte Verbindung zwischen den Schaufeln und
dem Bauteil 62 erzielt wird.
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Die Läuferschaufeln sind im einzelnen in den Fig. 12 bis 17 dargestellt
und werden vorzugsweise aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 1,5 mm hergestellt.
Jede Schaufel 67 hat eine Kante 67 a, mit der sie in den Nuten 66 sitzt, die sich
jedoch gemäß Fig. 15 in einer Ebene erstreckt. Die Schaufeln 67 sind im Läuferstück
62 so befestigt, daß die Vorderkanten 67b derselben praktisch bündig mit den anliegenden
inneren und äußeren Randteilstücken dieses Läuferbauteils 62 angeordnet sind. Jede
Schaufel weist Teilstücke 67 c und 67 d auf, die in Winkeln zur
Ebene
der Randteilstücke des Läuferbauteils 62 angeordnet sind. Ein gekröpftes Teilstück
67e befindet sich zwischen den Teilstücken 67 c und 67 d und liegt im Wirbelzentrum
der umlaufenden Flüssigkeit. Die Nuten 66 sind gerade und haben eine Breite, die
es gestattet, die Innenkanten 67a der Schaufeln 67 mit Paßsitz aufzunehmen. Da die
Aushöhlung63 einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, ist die Maximalbreite der
Schaufeln 67 größer als der Radius R, und die Schaufeln weisen die in den Fig. 14
bzw. 15 dargestellten Lee- und Druckseitenformen auf.
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Die den Ständer tragende Buchse 38 weist ein verjüngtes, mit Gewinde
versehenes Teilstück 72 auf.
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Die innere Kante der Öffnung 74 der Platte 73 ist abgeschrägt. Ein
Dichtungsring 75 ist an der abgeschrägten Kante vorgesehen, um eine flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen der Platte 73 und der Buchse 38 herzustellen. Die Platte 73
weist eine ringförmige Aussparung 78 auf, um einen ringförrnigen Anschlag 79 des
aus Gußstahl bestehenden Ständerbauteils 80 aufzunehmen.
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Die Platte 73 weist eine weitere ringförmige Aussparung 81 auf, die
konzentrisch zur Aussparung 78 liegt, jedoch einen größeren Durchmesser hat und
als Sitz für einen Ring 82 mit dreieckigem Querschnitt dient, dessen Grundfläche
in der Aussparung 81 liegt.
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Der Ständerbauteil 80 und der Läufer 55 sitzen in einem Metallblechgehäuse
83, welches diametral gegenüberliegende Befestigungsflansche 84 aufweist, wobei
ein zylindrischer Abschnitt 85 durch eine Schweißnaht 86 an den Befestigungsflanschen
und ein kuppellörmiger Abschnitt 87 durch eine Schweißnaht 88 am äußeren Ende des
zylindrischen Abschnitts 85 befestigt ist. Das Gehäuse 83 wird auf der Platte 73
durch einen Ring 82 zentriert. Ein Packring 89 sorgt für die Abdichtung. Das Gehäuse
83 und die Platte 73 sind durch vier Sechskantschrauben 83 a (Fig. 1 und 4) zusammengeschraubt.
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Der Durchmesser des Ständers 80 ist an der Vorderkante 80s abgeschrägt
und bildet einen Winkel von etwa 150 zu einem zylindrischen Teilstück 80 b in der
Nähe dieser Abschrägung. Somit ist der Außendurchmesser des Ständerbauteils 80 etwas
kleiner als derjenige des abgeflachten Teilstücks 64 des Läufers 62. Der innere
Durchmesser des Ständers ist bei 80c an der Vorderkante mit einem Winkel von etwa
22,50 abgeschrägt. Die Flüssigkeit kann in Richtung auf den Wärmetauscher entlang
den abgeschrägten Kanten an der Außenseite des Läufers und Ständers fließen, während
sie entlang den abgeschrägten Kanten an der Innenseite wieder in den Torus zurückfließen
kann. Der Ständerbauteil 80 weist eine ringförmige Aushöhlung 90 mit halbkreisförmigem
Querschnitt auf, welche den gleichen Radius R hat wie die Läuferaushöhlung 63.
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Der Ständerbauteil 80 ist außerdem mit einer Reihe von achtzehn Einkerbungen
91 an seinen äußersten Randteilstücken versehen, und eine entsprechende Anzahl eingefräster
Nuten 92 erstreckt sich von diesen Einkerbungen nach innen und durchquert die gesamte
Aushöhlung. Die Einkerbungen und Nuten 92 sind in einem spitzen Winkel von etwa
530 im Uhrzeigersinn von der durch die Vorderkanten des Ständerbauteils 80 hindurchgehenden
Ebene angeordnet. Das äußere Ende jeder Nut liegt auf einer Radiallinie, die den
äußeren Rand des Ständers schneidet, jedoch ist das innere Ende um einen Winkel
von 20 20' von dieser Radiallinie versetzt, wie in Fig. 4
angedeutet. Vierzehn flache
Ständerschaufeln 93, eine hohle Führungsschaufel 93 A und drei hohle Nebenluft-
bzw. Luftdurchlaßschaufeln 93 B, 93 C und 93 D sind in der Aushöhlung 90 angeordnet,
wobei die Vorderkanten aller Schaufeln praktisch in der gleichen Ebene liegen wie
die Vorderkante des Ständerbauteils 80, während die gegenüberliegenden Kanten in
den Nuten 92 liegen.
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Somit hat der Ständer eine Gesamtzahl von achtzehn Schaufeln, während
der Läufer einundzwanzig Schaufeln aufweist. Die vierzehn flachen Schaufeln 93 sind
je mit einem Ansatzstück 94 am äußeren Ende versehen, welche in einer der Einkerbungen
91 aufgenommen wird und über den Ständerbauteil 80 hinaus nach außen vorragt, und
zwar bis in die Nähe des zylindrischen Teilstückes 85 des Gehäuses, um als Führungsschaufel
für diejenige Flüssigkeit zu dienen, die entlang den abgeschrägten Teilstücken außerhalb
des Ständers in Richtung auf den Wärmetauscher fließt. In der Bauteilgruppe des
Ständers werden die Halteplatte 73, der Ring 82, der Ständer 80 und die Schaufeln
93, 93A, 93B, 93C und 93D von Hand in ihre entsprechende Lage gebracht, dann festgeklemmt
oder an zwei oder mehr Stellen durch Schweißung angeheftet und daraufhin in einem
Ofen unter einer Wasserstoffatmosphäre zu einem Ganzen vereinigt. Nachdem der Ständer
auf diese Weise zusammengesetzt ist, wird die Platte 73, wie oben beschrieben, an
der Buchse 38 befestigt.
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Bei der Vereinigung der Läufer- und Ständerschaufeln mit den zugehörigen
Läufer- und Ständerbauteilen durch Anwendung eines konventionellen Wasserstoff-Hartlötverfahrens
werden die rauhen Nähte, die normalerweise bei der Lichtbogenschweißung entstehen,
vermieden und sanfte tSbergangsstellen zwischen den Läufer- und Ständerbauteilen
und den zugehörigen Schaufeln geschaffen. Die Vermeidung der rauhen Schweißnähte,
selbst wenn diese nur auf der Leeseite der Schaufeln vorhanden wären, hat eine wesentliche
Zunahme der Leistungsvernichtungsvermögens der Einrichtung zur Folge, und zwar wegen
der Abnahme des Flüssigkeits-Reibungs verlustes.
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Die hohlen Schaufeln bestehen alle vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.
Die hohle Schaufel 93 A besteht aus Platten 93 a und 93 b, die durch Kernstücke
93 c und 93d voneinander getrennt und längsseits in Abstand gehalten werden, um
einen Durchgang 93e zu bilden. Das Ansatzstück 95 des obersten Kernstückes 93 c
hat eine Länge von 11 mm. Der Durchgang 93 e kann in geeigneter Abmessung hergestellt
werden, hat jedoch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Höhe von 6,4 mm und
eine Breite von 1,6 mm. Die verschiedenen Lamellen der hohlen Schaufel 93 A können
in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen
oder Hartlöten.
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Das innere Ende des Durchganges 93 e liegt so, daß er in das Wirbelzentrum
der umlaufenden Flüssigkeit hinein offen ist oder, mit anderen Worten, in einer
Niederdruckzone desselben, wodurch das Einführen von Bremsflüssigkeit zur Vergrößerung
der Bremskraft ermöglicht wird.
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Die Schaufelplatten 93 a und 93b enden kurz vor den Rändern der Kernstücke
93 c und 93 d, so daß die Kernstücke vorragende Kanten haben, die in den Ständernuten
aufgenommen werden können, während sich die Kanten dieser Platten an der Wand der
Aushöhlung
90 abstützen. Die Freiluft- bzw. Luftdurchlaßschaufel
93 B hat die gleichen konstruktiven Teile wie die Schaufel 93A, nur mit dem Unterschied,
daß ein Zwischenstück 93 k zwischen den Kernstücken 93c und 93d an der Vorderkante
der Schaufel vorgesehen ist, um einen Durchgang 93 m zu bilden, welcher mit der
Vorderkante bei 93 k verbunden ist, während ein kurzer Rohrabschnitt 93n in einer
Öffnung der Platte 93 b befestigt ist. Das innere Ende des Rohres steht dadurch
mit dem Durchgang 93m in Verbindung. Das Rohr 93 n liegt an der Lee- oder Druckseite
der Schaufel, hat eine Länge von 6,4 mm und einen inneren Durchgang von 3,2 mm.
Ferner liegt das Rohr 93 n mit seiner Achse 9,6 mm von der benachbarten Schaufelkante
entfernt. Das Rohr 93 n erleichtert das Entfernen von Luft aus der umlaufenden Flüssigkeit
ohne Verlust von Bremsflüssigkeit.
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Die Kernstücke 93 c und 93 d weisen hintere Kantenteilstücke auf,
die miteinander fluchten und in einer gemeinsamen Nut 92 im Ständer 80 aufgenommen
werden. Die flachen Ständerschaufeln 93 weisen eine unterbrochene hintere Kante
93y auf, welche gerade ist, wie aus Fig. 9 hervorgeht. Die Schaufeln 93 und 93 A
bis 93 D haben eine Vorderkante 93 q, welche im wesentlichen bündig mit den Vorderkanten
des Ständerbauteils 80 angeordnet ist. Jede dieser Schaufeln hat Teilstücke 93 r
und 93 s (Fig. 4), welche in Ebenen liegen, die in unterschiedlichen Winkeln zu
der durch die Vorderkante des Ständers verlaufenden Ebene verlaufen. Ein gekröpftes
Teilstück 93 t befindet sich zwischen den Teilstücken 93 r und 93s und liegt im
Wirbelzentrum der umlaufenden Flüssigkeit.