Effektives Bremsen (Perfekt fahren mit MOTORRAD, Teil 5) Massenverzögerung

Schnurzegal, ob fetter Chopper, rassige Rennfeile oder gemütlicher Tourer, wenn es brenzlig wird, zählt jeder Meter, der beim Bremsen verschenkt oder gewonnen wird. MOTORRAD zeigt, wie man sein Krad sicher und effektiv verzögert, die Bremsanlage richtig einstellt und die Technik drum herum fit hält.

Foto: Jahn
Herr Müller wandert für sein Leben gern. Die reinste Lust, jedes Wochenende stundenlang durch die Landschaft zu stiefeln, um sich zum guten Schluss mit dem wohlverdienten Bierchen zu belohnen. Danach geht’s zurück zum Parkplatz, Rucksack im Kofferraum verstaut, Zündschlüssel rein und gemütlich ab nach Hause. Im Schneckentempo rollt die Limousine über den Schotterplatz und fädelt sich, ohne einen Blick nach links und rechts, auf die kurvige Landstraße ein.

Wer in diesem Augenblick mit dem Motorrad Herrn Müllers Heimweg kreuzt, sollte einen Meisterbrief in Sachen Vollbremsung in der Tasche haben. Denn viel Zeit bleibt nicht, um Ross und Reiter vor Herrn Müllers Heckscheibe, hinter der der obligatorische Wackeldackel nickt, zum Stehen zu bringen. In Sekundenbruchteilen gilt es, die Entscheidung zu fällen: ausweichen oder voller Anker? Wer sich situationsbedingt für den Anker entschließt, muss ein wahres Wunder an Feinmotorik und fahrphysikalischem Können vollbringen. Eine optimale Vollbremsung erfordert, vor allem wenn sie ohne jegliche Ankündigung erfolgen muss, selbst für die Testprofis von MOTORRAD alle Sinne und noch mehr Feingefühl für das, was geht – oder auch nicht.

Was passiert genau? Um diese Frage zu beantworten, nehmen wir eine Vollbremsung mit der Honda CBF 1000 unter die Lupe. Damit jede einzelne Phase, jede Veränderung und jeder noch so kleine Fehler bei den Bremsprüfungen mit und ohne ABS ans Licht kommen, ist die Honda vollgepackt mit einem ganzen Bündel an elektronischen Sensoren und Messgeräten. Vom hydraulischen Druck in den jeweiligen Bremskreisen über die Federwege bis zur Erkennung des Vorderradschlupfs, also der Blockierneigung, werden sämtliche Messwerte aufgezeichnet.
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Foto: Archiv

Die Standard-Messung aus 100 km/h schütteln die Testfahrer lässig aus dem Ärmel

Im ersten Fahrversuch simuliert die MOTORRAD-Testmannschaft die Vollbremsung aus 100 km/h ohne ABS, durchgeführt auf einem abgesperrten Flugplatz und einer mit Pylonen ausgesteckten, festgelegten Bremsstrecke. Weil dieser Akt zu den Standardtests bei MOTORRAD gehört, klatscht das ausführende Personal ab der zweiten Bremsung einen Bestwert nach dem anderen auf den Asphalt.

Gewusst wie, wimmern die Reifen von An-fang bis Ende am absoluten Grenzbereich entlang. Ausgehend von einer Ausgangsgeschwindigkeit von 100 km/h steht die Fuhre mit einem eleganten Stoppie nach knapp 40 Metern still, was einer Verzögerung von rund 9,8 m/s2 entspricht (siehe dazu Kästen Seite 65 sowie Seite 69). Das allerdings ist nur der Bremsweg, nicht der Anhalteweg. Zum besseren Verständnis: Wer bei einer Bremsung aus 100 km/h eine Sekunde lang zögert oder unachtsam ist – gemeinhin als Schrecksekunde bekannt –, legt exakt 28 Meter Fahrstrecke zurück. Ergo setzt sich der tatsächliche Anhalteweg aus der Reaktionszeit und der Zeit, in der der Bremsdruck aufgebaut und somit die dynamische Radlastveränderung erzeugt wird, zusammen.

Dynamische Radlastveränderung? Hinter diesem Begriff verbirgt sich die physikalische Gesetzmäßigkeit, dass sich bei einem Motorrad aufgrund der Massenträgheit und der Höhe des Schwerpunkts mit zunehmender Verzögerung die Radlast auf dem Vorder- und Hinterrad verändert. Am Vorderrad, also dort, wo sich die Fahrzeugmassen bei einer negativen Beschleunigung (Bremsen) abstützen, wird diese größer, hinten anteilsmäßig geringer. Mit zunehmender Radlastverteilung nach vorne kann zunehmend mehr Bremskraft überragen werden.

Wie hoch die Radlast oder salopp ausgedrückt der Anpressdruck ist, kann der Fahrer an der Gabel erkennen. Je tiefer sie eintaucht, desto höher die Radlast, weil die Massen (Fahrer und Motorrad) über den Widerstand der Gabelfedern und einen gewissen Anteil der Druckstufendämpfung auf den Reifen übertragen werden. Um ein zähes Gerücht zu entkräften: Der Fahrzeugschwerpunkt verschiebt sich beim Bremsen nur in geringem Umfang von wenigen Zentimetern, etwa durch das Einfedern der Gabel oder durch die veränderte Sitzposition des Fahrers.

Es verändert sich also die dynamische Radlast, mit deren Hilfe unsere Vollbremsung sehr effizient und mit geringster Blockierneigung über die Bühne gehen soll. Dazu muss der Bremsdruck kontinuierlich, je nach Schwerpunktlage und Radstand (durch Motorradtyp vorgegeben), innerhalb von etwa 0,5 bis 0,7 Sekunden mit dem Einfedervorgang der Gabel gesteigert werden. Wer blitzartig (gemessen weniger als 0,1 Sekunden) und mit hoher Kraft hinlangt, bringt sich ruck, zuck in die Bredouille. Denn das Vorderrad kann nur so viel Bremskraft übertragen, wie Gewichtskraft auf ihm lastet. Ist die Bremskraft zu hoch bei gleichzeitig zu geringem »Anpressdruck«, kommt das Vorderrad in Schlupf oder blockiert sogar und verliert dadurch die Seitenführungskraft. Gefährlich, weil die Maschine seitlich wegrutschen kann und ein Sturz nur mit akrobatischem Einsatz zu verhindern ist. Deshalb gilt am Anfang jeder Bremsung: Nicht blitzartig zupacken, sondern innerhalb etwa einer halben Sekunde den Bremsdruck auf das persönliche Maximum steigern.
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Die menschliche Feinmotorik ist oft überfordert

Der zweite Schritt einer effektiven Vollbremsung liegt darin, Vorder- und Hinterradbremse so effizient einzusetzen, dass beide Reifen mit einem bestimmten Schlupf arbeiten und somit die bestmögliche Verzahnung von Gummi und Asphalt gewährleistet wird. Ein sehr diffiziles Geschäft, denn die menschliche Feinmotorik und Auffassungsgabe schaffen es kaum, vorne wie hinten gleichzeitig so feinfühlig zu bremsen, dass man sich in dem schmalen Grenzbereich zwischen Schlupf und Abflug bewegt. Weshalb man sich in erster Linie darauf konzentriert, die Bremse vorne optimal zu dosieren, während das Hinterrad bei gezogener Kupplung durch einen beherzten Tritt blockiert wird. Die Gefahr, dass die Fuhre dabei quer kommt, ist relativ gering und kann durch Lösen der Hinterradbremse in Windeseile korrigiert werden.

Spätestens jetzt dürfte sich vor allem die Riege der Sportfahrer zu Wort melden und verkünden, dass man die hintere Bremse bei den Supersportlern doch gänzlich vergessen könne. Der Gemeinde sei jedoch gesagt: Wer bremst schon permanent mit mehr als 9 m/s2? Selbst erfahrene Motorradtester bringen es bei einer flotten Landstraßensause beim Anbremsen von engen Kurven auf kaum mehr als 7,0 m/s2 Verzögerung. Außerdem: Allein durch das Gaswegnehmen und/oder Runterschalten wird durchs Bremsmoment des Motors auch am Hinterrad mitgebremst. Also: Solange das Hinterrad nicht vom Boden abhebt, kann es den Bremsvorgang effektiv unterstützen, deshalb hinten mitbremsen.

Ob und wann dieser Bodenkontakt unterbrochen wird, hängt in erster Linie vom Motorradtyp (Schwerpunktlage, Radstand, Bereifung) und der erreichten Verzögerung ab. Sportmotorräder mit einer vorderradlastigen Gewichtsverteilung lupfen früher den Hintern als etwa unsere CBF 1000, bei der bereits vor dem Abheben des Hinterrads das Vorderrad blockiert. Schon deshalb ist es enorm wichtig, dass jeder Motorradfahrer seine Maschine und deren Bremsverhalten in gezielten Trainings, zum Beispiel beim MOTORRAD action team, einschätzen lernt, um im Fall der Fälle richtig zu reagieren.

Neben der Dosierung der Bremsen spielen aber noch andere Faktoren eine signifikante Rolle. Schlägt beispielsweise die weich abgestimmte Gabel durch, verliert das Vorderrad auf holprigem Asphalt schneller als gedacht Bodenkontakt und Haftung. Oder die Kiste setzt ohne große Ankündigung zum Salto vorwärts an. Beides verlangt nach blitzschneller Reaktion, also dem Lösen und dem sofortigen Wiederaufbau des Bremsdrucks. Diese feinmotorischen Regelungen gelingen nur, wenn die Mechanik mitspielt, weshalb dem individuell bevorzugten Abstand des Bremshebels zum Lenker oder die absolute Leichtgängigkeit der Armaturen eine elementare Bedeutung zukommt.

Teil zwei der Bremsversuche: die Vollbremsung aus 200 km/h. Eine Aufgabe, die den Puls des Testfahrers gewaltig nach oben treibt. Denn im Gegensatz zum Bremsversuch aus 100 km/h, bei dem das Quietschen und Wimmern der Reifen klare Signale für den Grenzbereich setzen, werden diese bei Tempo 200 im Orkan des Fahrtwinds erstickt. Das Bewusstsein, dass bei Tempo 200 das blockierte Vorderrad die einzige und womöglich letzte Rückmeldung bietet, zwingt den Piloten zur Vorsicht, was sich an der relativ langsamen Steigerung des Bremsdrucks und der aus diesem Tempo eher mäßigen Verzögerung von 9,3 m/s2 (166 Meter Bremsweg) ablesen lässt. Erst nach mehreren Versuchen erreicht der Testprofi einen Maximalwert von 9,7 m/s2 (159 Meter Bremsweg).
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Im Alltag muss der erste Bremsversuch sitzen

Doch im richtigen Leben, wenn der fette Lkw urplötzlich die Überholspur blockiert, muss der erste Versuch sitzen. Und der gelingt, Profitester hin oder her, am besten und sichersten mit ABS. Bei vollem Speed mit aller Wucht den Stachel reingehauen, verzögert die Honda CBF 1000 mit rund 9,5 m/s2 (162,5 Meter Bremsweg). Bedingt durch den im Quadrat zur Geschwindigkeit anwachsenden Bremsweg (siehe dazu Kasten Seite 69) benötigt die CBF folglich nicht etwa die doppelte Distanz wie bei der Bremsmessung aus 100 km/h (40 Meter), sondern ganze 122 Meter mehr.

Versuch Nummer drei: der Reibwertsprung. Nicht-Fahrzeugbau-Studierten sei erklärt, dass dies nichts anderes bedeutet, als eine auf der Straße aufgebrachte Stolperfalle in Form von glitschigen Bitumenflecken oder Zentimeter dicken Schotterauflagen, also der Übergang von griffigem zu rutschigem Belag (mehr dazu in Teil 3 der Serie, Heft 10/2006). Wer auf solchem Untergrund eine herzhafte Bremsung hinlegen muss, ist maximal gefordert.

Auch der MOTORRAD-Testfahrer gerät bei der künstlich inszenierten Rutschbahn ins Schwitzen. Aus 100 km/h voll in die Eisen, nach zwanzig Metern den Bremsdruck auf null zurückfahren, um nach drei Meter Schotter wieder voll zuzupacken – da ist die Koordination leicht überfordert. Beim ersten Anlauf komplett haltlos übers Schotterfeld geschliddert, öffnet der Pilot bei den nächsten Versuchen beide Bremsen vorsichtshalber über gut 14 Meter Fahrstrecke. Das sind 11 Meter mehr, als die eigentlich Stolperfalle lang ist, was den Bremsweg auf 48,7 Meter verlängert. In dieser Disziplin ist das ABS nicht zu schlagen. Schon wenige Meter nach der Schotterpassage, bei der die Räder nur ganz kurz in Schlupf geraten, packt die Bremse dermaßen zu, dass es das Hinterrad kurz vom Boden reißt und die Honda nach 45 Metern zum Stehen kommt.

Testlauf Nummer vier: Bremsen in Schräglage. Eine äußerst heikle Angelegenheit, weil das fahrende Volk gemeinhin davon ausgeht, dass Schräglage und Bremsen einfach nicht unter einen Hut zu bringen sind. MOTORRAD sagt: Es geht. Je nach äußeren Umständen (Reifentemperatur/Grip) lassen sich bei rund 35 Grad Schräglage mit der serienmäßigen Honda CBF 1000 bis zu 8 m/s² Verzögerung sicher umsetzen. Diesen Wert kann ein guter Motorradfahrer bei gezielten Vollbremsungen erreichen. Die Bremsung in Schräglage sollte sich jedoch nur auf den Notfall beschränken, weil das Vorderrad schon bei geringstem Schlupf seitlich ausbricht und Sturzgefahr droht. Außerdem muss der Fahrer je nach Bereifung seiner Maschine gegen das Aufstellmoment ankämpfen.

Den Abschluss unserer Testreihe begleiten drei Motorradfahrer von der Straße, die helfen sollen, das Thema Bremsen besser zu verstehen und die mit ihren ebenfalls aufgezeichneten Bremsversuchen ein klares Zeichen setzen: Wer die maximal mögliche Bremsverzögerung nicht im regelmäßigen Training spürt und erlebt, kann sie im Notfall auch nicht abrufen. Schon nach einer halben Stunde intensivem Bremstraining verkürzte sich der Bremsweg der drei Testkandidaten um gut 20 Prozent. Noch wichtiger als der verkürzte Bremsweg war das Verständnis, wie dieser zustande kommt, wie sich die physikalischen Bedingungen verändern und wo die Gefahren lauern. Worauf etwa Bäckermeister Rudi Hanser auf der CBF 1000 mit quietschendem Vorderrad und fett qualmendem Hinterrad-Socken durch die Bremsgasse schlidderte. So effektiv gebremst, dürfte auch Herr Müllers Limousine mitsamt Wackeldackel ohne Schaden davon kommen. Und Rudi erst recht.
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Bremsentechnik transparent (1)

"Mächtig ist des Menschen Kraft, wenn er mit dem Hebel schafft." Die populäre physikalische Formel ist auch bei Motorradbremsen der Schlüssel zum Erfolg. Allein durch eine enorme mechanische und hydraulische Übersetzung der menschlichen Handkraft gelingt es, selbst schwerste Motorräder im Handumdrehen von Höchstgeschwindigkeit auf null zusammenzubremsen. Um diese Massenkraft zu bändigen, zieht der Fahrer mit einer Kraft von etwa 120 Newton (zirka zwölf Kilogramm) am Bremshebel (gemessen zwischen Mittel- und Ringfinger) und erzeugt dadurch im Bremssystem einen mittleren Druck von rund 18 bar. Im Verbund mit hochfesten Bremsleitungen pressen die Bremszangenkolben die hitzebeständigen und mit einem hohen Reibbeiwert ausgestatteten Bremsbeläge gegen die rotierenden Scheiben.

Während sich die mechanische Handkraft und die anschließende hydraulische Übertragung kaum durch die Materialqualität beeinflussen lassen, spielt diese bei den Bremszylindern und Belägen ein gewichtige Rolle. So versucht man möglichst steife Bremszangen zu konstruieren, damit sich diese beim Bremsdruck und den hohen Temperaturen nicht aufweiten, weshalb im Rennsport so genannte Monoblock-Zangen verwendet werden, die aus einem Stück hochfestem Aluminium gefräst sind.

Den Ansprüchen im Großserienbau genügen auch für die nächsten Jahre solide Festsattelbremsen mit vier Kolben. Selbst die betagte Schwimmsattel-Konstruktion der Honda CBF 1000 reicht aus, um zuverlässig und fadingfrei Bremsverzögerungen auf den Asphalt zu zaubern (siehe auch Zeichnungen unten rechts). Die im Sportlerbereich derzeit übliche radiale Verschraubung verringert nur den Schrägverschleiß der Bremsbeläge durch die stabilere Verbindung zum Gabelholm.

Bei den Bremsbelägen gibt die Materialmischung den Ausschlag, ob die Bremse giftig oder stumpf zu Werke geht. Auch das Fadingverhalten hängt davon ab. Meist werden so genannte Sintermetallbeläge verwendet, die kalt wie heiß gute Bremswerte garantieren. Bei älteren Maschinen dagegen wurden organische Belagmischungen eingesetzt, die in kaltem Zustand nur lustlos an der Bremsscheibe lutschten und bei Nässe oft versagten. Deshalb bieten die meisten Bremsbelag-Hersteller auch für ältere Modelle moderne Sintermetall- oder Semi-Sintermetallbeläge an. In Verbindung mit hochdruckfesten Bremsschläuchen – Stahlflexleitungen – lassen sich mit betagten Bremssystemen ebenfalls akzeptable Bremswege erreichen.

Wie sich letztlich die Bremskraft über mechanische und hydraulische Übersetzungen aufbaut, ist in den Zeichnungen der unterschiedlichen Handbremszylinder (radiale und konventionelle Bauart) dargestellt.
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Bremsentechnik transparent (2)

Bei genauer Analyse der Funktion beider Systeme wird deutlich, dass die viel gepriesene Radial-Bremspumpe kaum Vorteile bietet. Bei der Radialpumpe fällt das mechanische Übersetzungsverhältnis mit 1 zu 7,5 (20 zu 150 Millimeter) deutlich größer aus als beim konventionellen Bauteil mit 1 zu 6,0 (25 zu 150 Millimeter). Heißt: Bei gleicher Handkraft am Hebel wirkt bei der radialen Variante eine größere Kraft auf den Bremskolben der Handpumpe als bei der konventionellen (für Physik-Fans: F1 x L1 = F2 x L2, siehe auch Zeichnung unten). Dafür bringt der in unserem Beispiel 18 Millimeter große Bremskolben der radialen Bauart die hydraulische Übersetzung durch die rund 2,5 cm2 große Kolbenfläche wieder auf das Niveau des 16er-Kolbens mit 2,0 cm2; es baut sich bei beiden Systemen mit 100 Newton (etwa 10 Kilogramm) Handkraft ein Bremsdruck von 30 bar auf (F1:F2 = A1:A2). Der Vorteil der Radialpumpe liegt zweifelsfrei darin, dass der größere Kolben beim Bremsvorgang weniger Weg zurücklegt und dadurch die Rückmeldung und das Bremsgefühl besser und transparenter wird. Eine weitere Hebelübersetzung im System: die Bremsscheiben. Je größer diese ausfallen, desto größer ist auch hier wieder das Bremsmoment bei gleicher Kraft, mit der die Bremszangen die Räder verzögern.
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Zu guter Letzt verzahnen sich die Reifen je nach Straßenoberfläche mit einem Reibbeiwert µ = 1,2 (Supersportreifen auf Rennstreckenbelag) und erlauben eine maximale Verzögerung von über 10,0 m/s2. Auch der Winddruck steigert die tatsächliche Verzögerung und kann einfach dazu addiert werden, da diese Kraft nicht über die Reifen übertragen werden muss. Deshalb lassen sich bei Bremsungen aus über 200 km/h Werte von gut 11 m/s2 realisieren.

Die für den technisch weniger bewanderten Menschen ziemlich irritierende Formulierung m/s2 (Meter pro Sekunde im Quadrat) hat ihre Grundlage in der Erdbeschleunigung, die mit 9,81 m/s2 als Grenzwert für alle Beschleunigungs- oder Bremsvorgänge (ohne Luftwiderstand) mit dem Reibwert µ = 1,0 gilt. Bei Fahrzeugen ohne formschlüssigen Antrieb (Zahnräder, Ketten et cetera) kann der Reifen durch seine Haftreibung nur die Kraft übertragen, mit der er auch auf die Straße gepresst wird. Erreicht man beim Bremsen/Beschleunigen oder Kurvenfahren (Querbeschleunigung) die 9,81 m/s2, wird der Körper oder die Fahrzeugmasse mit exakt dem Wert seines Eigengewichts in der horizontalen Richtung belastet. Das heißt, die Massenkraft (G) entspricht maximal der Gewichtskraft. Im Falle unserer Honda CBF 1000 werden die Räder also mit 340 Kilogramm (Motorrad vollgetankt plus Fahrer) auf den Boden gepresst. Fast genau dieselbe Kraft wirkt bei der Vollbremsung mit 9,7 m/s2 in horizontaler Richtung. Aus diesem Grund bremsen schwere Tourenmaschinen bei entsprechend ausgelegten Bremsanlagen und dimensionierter Bereifung so gut wie eine leichte 125er.
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Tipps und Tricks

Weil bei jeder Vollbremsung gewaltige Kräfte und Momente erzeugt werden, ist eine optimale Übertragung und Dosierung der Hand- und Fußkraft notwendig. Am Bremshebel selbst entsteht durch die mechanische Übersetzung eine enorm hohe Reibung an den Lagerstellen. Laufen diese ohne Schmierung trocken, lässt sich der Bremshebel bei hohem Druck durch das Losbrechmoment nur noch ruckartig bewegen. Aus diesem Grund müssen Bolzen und Reibfläche am Bremszylinder mit einem hochdruckfesten Fett oder Kupferpaste geschmiert werden Nur so lassen sich die rohen Kräfte fein dosieren.

Bei der Justierung der Handpumpe sollte diese so ausgerichtet werden, dass die ausgestreckten Finger und der Unterarm in einer Linie liegen. Durch Lösen der Klemmschrauben kann der Bremsgriff exakt in diese Position gebracht werde. Bei der Montage der meist asymmetrischen Klemmung darauf achten, dass zunächst die mit einem Pfeil und der Bezeichnung »up« (oben) markierte Klemmschraube so weit festgezogen wird, bis der Luftspalt geschlossen ist. Erst dann wird die Handpumpe mit der unteren Klemmschraube fixiert. Bei unsachgemäß montierten Klemmungen gibt die Bremspumpe beim Druck mit hoher Handkraft nach und schafft ein teigiges, indifferentes Bremsgefühl.

Das subjektive Empfinden des Fahrers für die richtige Bremsdosierung beginnt bei der Reichweite zum Bremsgriff. Diese wird über die bei fast allen Maschinen vorgesehene Rastermechanik so justiert, dass der Fahrer die Bremskraft mit möglichst viel Gefühl aufbauen kann. Dazu sollten versuchshalber alle Positionen durchgetestet werden. Nur so lässt sich die individuell optimale Hebelstellung herausfinden.

Packt die ganze Hand zu, kann die Reichweite meist verkürzt werden, was ein bessere Bremsgefühl vermittelt. Giftige Supersportbremsen reagieren oft schon bei kleinster Handkraft mit brachialer Verzögerung, weshalb sich hier der Bremsvorgang mit nur zwei Fingern bewerkstelligen lässt. Wer so bremst, benötigt in vielen Fällen eine größere Reichweite, damit die Finger, die den Lenker umfassen, nicht eingeklemmt werden. Umständliches Umsetzen des Fußes bei der Hinterradbremse kostet wertvolle Zeit und stört die Dosierung des Bremsdrucks. Deshalb sollte der Fußbremshebel so tief justiert werden, dass der Fuß ohne Verkrampfung auf dem Hebel ruht und dieser bei Bedarf sofort aktiviert werden kann.

Ein Problem beim harten Anbremsen von Kurven und gleichzeitigen Herunterschalten: das Hinterrad beginnt speziell bei großvolumigen Motoren mit hohem Bremsmoment zu stempeln, weshalb moderne Motorräder so genannte Anti-Hopping-Kupplungen besitzen. Ist dies nicht der Fall, erzielt der Fahrer den gleichen Effekt, wenn er nach dem Herunterschalten den Kupplungshebel mit wenig Kraft leicht gezogen hält. Damit bleibt die notwendige Bremswirkung des Motors erhalten, die Spitzen der unregelmäßigen Bremskraft die beim Verdichtungstakt im Motor entstehen, aber werden gekappt, die Stempelneigung wird unterbunden.

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