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Bremsvorrichtung für Flugzeugschranken Die Erfindung betrifft eine
Bremsvorrichtung für Flugzeugschranken mit einer Regeleinrichtung, die über eine
Servosteuerung die am ablaufenden Bremsseil angreifende Bremskraft regelt.
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Die meisten bekannten Bremsvorrichtungen weisen den erheblichen Nachteil
auf, daß die Verzögerung des abzubremsenden Flugzeuges beim Einhaken des Flugzeuges
in die Haltevorrichtung schlagartig mit ihrem größten Wert einsetzt. So wird bei
einer bekannten Bremsvorrichtung die Bewegungsenergie des Flugzeuges kurz nach dem
Einhaken in die Haltevorrichtung durch die zur plastischen Verformung von Bandstahl
notwendige Deformationsenergie aufgebraucht. Diese plastische Deformation erfolgt
jedoch in einem so kurzen Zeitraum, daß die Gefahr eines Seilbruchs und von Schäden
an dem Flugzeug und dessen Passagieren besteht.
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Es ist auch bereits bekannt, durch Zwischenschaltung von energieschluckenden
Puffern den Anstieg der Verzögerung von Null auf ihren maximalen Wert auf einen
größeren Zeitraum zu verteilen. So weist eine Vorrichtung Seile auf, welche um eine
oder mehere Trommeln gewickelt sind, wobei jede Trommel mit einer Bremse ausgestattet
ist. Zwischen dem Seil und der Trommel ist eine Energieabsorbereinrichtung angeordnet,
z. B. eine hydraulische Bremsvorrichtung an flaschenzugartig angeordneten Führungsrollen,
die es erlaubt, die Trommel allmählich in Drehung zu versetzen.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird das Seil auf eine mechanisch
oder hydraulisch gesteuerte Trommel aufgewickelt. Hier wird die Bremswirkung so
lange verzögert, bis die Trägheitskräfte der Gesamtanordnung, bestehend aus Netz,
Seil und Trommel, neutralisiert sind, wodurch eine übermäßige Verzögerung in dem
Augenblick, in dem das Flugzeug angreift, vermieden wird.
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Weiterhin ist es auch bekannt, die kinetische Energie des Flugzeuges
durch eine Vorrichtung zu vernichten, die im wesentlichen aus einem Bremsseil und
einer Vorrichtung zum Absorbieren hydraulischer dynamischer Energie besteht und
eine regelbare Drosselung enthält, deren Steuerung auf einen bestimmten negativen
Beschleunigungswert eingestellt wird. Diese Vorrichtung weist neben den ungünstigen
Eigenschaften der Trägheit des sich drehenden Teiles, der Kavitationsgefahr und
der Ansprechzeit der wichtigen Regeleinrichtungen die Notwendigkeit einer häufigen
Wartung und Empfindlichkeit gegen klimatische Bedingungen auf.
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Es ist auch bekannt, bei einer Abfangvorrichtung die Spannung des
Bremskabels der Regeleinrichtung zur Steuerung der Bremskraft zuzuführen. Bei dieser
Vorrichtung wird zwar ein zu starkes Anwachsen der Kabelspannung vermieden, der
Wert für die Verzögerung und damit die das Flugzeug bremsende Kraft schwankt jedoch
ständig unter einem vorher eingestellten Maximalwert. Diese Vorrichtung hat außerdem
zusammen mit den vorher erwähnten Vorrichtungen den Nachteil, daß sich die Verzögerung
des abzubremsenden Flugzeuges durch die Haltevorrichtung von vornherein nur auf
einen beschränkten maximalen Wert einstellen läßt. Dieser Wert darf nicht zu groß
sein, da er wegen eines notwendigen kurzen Bremsweges in kürzester Zeit nach dem
Einhaken erreicht werden muß.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Bremsvorrichtung,
welche auf das abzubremsende Flugzeug zu jedem Zeitpunkt nach dem Einhaken eine
maximale negative Beschleunigung aufbringt. Die Bremsvorrichtung soll ferner funktionssicher
und leicht zu warten sein. Sie soll eine automatische Regelung des Bremsvorganges
gestatten und von vornherein auf bestimmte Fluggeschwindigkeiten und Flugzeugtypen
sowie den zur Verfügung stehenden Bremsweg einstellbar sein.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung,
die sich dadurch kennzeichnet, daß die Regeleinrichtung durch Vergleich zwischen
dem Sollwert und dem Istwert der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles ein elektrisches
Signal erzeugt, das zur Betätigung der Servosteuerung dient und die Bremskraft im
Sinn eines Angleichs
des Istwertes an den Sollwert der Ablaufgeschwindigkeit
regelt, wobei der Sollwert in einem elektronischen Rechner aus der Auffanggeschwindigkeit
eines Flugzeuges, der vorbestimmten Bremsstrecke und einer von der Bauweise und
den Abmessungen der Flugzeugschranke abhängigen Funktion gebildet und der Istwert
an dem ablaufenden Bremsseil am Ausgang der Bremsvorrichtung gemessen wird.
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In weiterer Ausbildung kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
dadurch, daß der Rechner eine mit der Auffanggeschwindigkeit gespeiste und die ideale
Verzögerung liefernde Multiplizierzelle, eine mit der Auffanggeschwindigkeit und
der idealen Verzögerung gespeiste und die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges liefernde
Integrierzelle, eine mit der Eigengeschwindigkeit gespeiste und die seit dem Auftreffen
auf die Fangvorrichtung zurückgelegte Strecke liefernde Integrierzelle und eine
mit der Strecke und der Eigengeschwindigkeit gespeiste und den Sollwert berechnende
Multiplizierzelle enthält.
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In weiterer Ausbildung kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung
dadurch, daß bei der Zuführung der Bremsseile zu einer gemeinsamen Bremsvorrichtung
nur eine Regelvorrichtung vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise kann bei Verwendung zweier Bremsvorrichtungen jede
unabhängig von der anderen durch eine eigene Regelvorrichtung gesteuert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich
dadurch, daß bei Verwendung zweier Bremsvorrichtungen nur eine Regelvorrichtung,
aber zwei diese gemeinsam mit dem Mittelwert der Istwerte der Ablaufgeschwindigkeiten
beaufschlagende Meßvorrichtungen vorgesehen sind.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch,
daß bei Verwendung zweier Bremsvorrichtungen die beiden Bremskräfte auf Grund der
Messung nur einer Ablaufgeschwindigkeit geregelt werden.
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Ausführungsbeispiele der Bremsvorrichtung sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Teilansicht der
Bremsvorrichtung, F i g. 2 eine schematische Draufsicht einer besonderen Ausführungsform
der Bremsvorrichtung und F i g. 3 und 4 zwei Abwandlungen der in F i g. 2 dargestellten
Ausführungsform.
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Die nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele sind für die auf
Start- und Landebahnen von Flugplätzen angeordneten Flugzeugschranken bestimmt,
welche von Flugzeugen verschiedenen Typs und verschiedenen Gewichts benutzt werden,
wobei die Flugzeugschranke am Ende der Bahn P (F i g. 1) -eines Flugplatzes ein
in Schwierigkeiten befindliches Flugzeug A verlangsamen und schließlich anhalten
soll.
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Die Fangvorrichtung 1 der Flugzeugschranke kann in beliebiger geeigneter
Weise hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Kabels oder eines Netzes.
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-_ Wenn ein Flugzeug auf die Fangvorrichtung 1 auftrifft, nimmt diese
wenigstens ein Bremssei12 mit, welches unter der Einwirkung wenigstens einer Bremsvorrichtung
steht, zweckmäßig einer hydraulischen Bremsvorrichtung, welche fest angeordnet ist
und mittels einer Servosteuerung 4 betätigt wird. Die Servosteuerung 4 wird durch
eine elektronische Regeleinrichung 5 gesteuert, welche ein elektrisches Signal E
liefert, welches durch den Vergleich zwischen einem Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit
des Bremsseiles 2 und einem am Ausgang der Bremsvorrichtung 3 gemessenen Istwert
U der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles gebildet wird.
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Der Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles 2 wird in
einem elektronischen Rechner 6 berechnet, wofür hauptsächlich die Auffanggeschwindigkeit
V, des Flugzeuges bei seinem Auftreffen auf die Fangvorrichtung 1, die vorher festgelegte
Bremsstrecke d und eine Übergangsfunktion, welche im wesentlichen von der Geometrie,
den Abmessungen und der Zahl der Bremsseile der Flugzeugschranke abhängt, berücksichtigt
werden.
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Es ist zu bemerken, daß es zur Verringerung der etwa von dem Flugzeug
nach seinem Auftreffen auf die Fangvorrichtung erlittenen Schäden zweckmäßig ist,
bei beliebigem Typ und insbesondere bei beliebiger Masse des betreffenden Flugzeuges
die maximal zulässige Bremsstrecke d auszunutzen und das Anhalten des Flugzeuges
mit einer konstanten Verzögerung vorzunehmen, deren konstanter idealer Wert y dann
gleich - ist. ist. Der Istwert U der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles
2 wird am Ausgang der Bremsvorrichtung 3 durch eine weiter unten genauer erläuterte
Meßvorrichtung 7 gemessen.
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Das elektrische Signal E betätigt dann die Servosteuerung 4 derart,
daß die in jedem Augenblick auf das Bremsseil 2 ausgeübte Bremskraft den Istwert
U seiner Ablaufgeschwindigkeit dem Sollwert U, derselben zustreben läßt.
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Hierfür kann die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform benutzt
werden, bei welcher zur Vereinfachung der Ausführungen angenommen ist, daß die Fangvorrichtung
1 mit einer einzigen Bremsvorrichtung 3 verbunden ist.
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Bei dieser Ausführungsform enthält die Regeleinrichtung 5 eine Vergleichszelle
8, welche den Sollwert U, und den Istwert U der Ablaufgeschwindigkeit des
Bremsseiles 2 empfängt.
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Diese Vergleichszelle 8 liefert ein elektrisches Signal e, welches
durch sein Zeichen und seinen Absolutwert gekennzeichnet und in einer das elektrische
Signal E liefernden Verstärkerzelle 9 verstärkt wird.
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Das Signal E wirkt dann auf die Servosteuerung 4, welche zweckmäßig
durch ein Servoventil gebildet wird, welches durch den Druck so gesteuert wird,
daß die jederzeit auf das Bremsseil 2 ausgeübte Bremskraft durch stetige Änderungen
den Istwert U dem Sollwert U, zustreben läßt.
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Der den Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles 2 bildende
Rechner 6 kann zweckmäßig Einrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit des Flugzeuges
A vor seinem Auftreffen auf die Fangvorrichtung 1 aufweisen. Diese Einrichtungen
können durch zwei z. B. pneumatische Abnehmer 10
und 11 gebildet werden, wobei
die diesen beiden Abnehmern zugeordneten Detektororgane 12 bzw. 13 vor der Fangvorrichtung
1 so gestaffelt sind, daß die beiden Abnehmer 10 und 11 zwei aufeinanderfolgende
elektrische Impulse liefern, deren Analyse in einer Arbeitszelle 14 die Bestimmung
der Geschwindigkeit VO des Flugzeuges im Augenblick seines Auftreffens auf die Fangvorrichtung
1 ermöglicht.
Eine Multiplizierzelle 15 empfängt das aus der Arbeitszelle
14 kommende, V, kennzeichnende Signal und liefert ein die ideale konstante Verzögerung
y - V°2 kennzeichnendes Signal.
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2d Eine Integrierzelle 16 empfängt das y kennzeichnende Signal und
das V, kennzeichnende Signal und liefert ein Signal, welches die Eigengeschwindigkeit
V des Flugzeuges zu einem gegebenen Zeitpunkt nach seinem Auftreffen auf die Fangvorrichtung
kennzeichnet. Diese Geschwindigkeit V hat den Wert V=Vo- fydt. Eine Integrierzelle
17 empfängt das V kennzeichnende Signal und liefert ein Signal, welches in jedem
Augenblick die Strecke L darstellt, welche von dem Flugzeug seit seinem Vorbeigang
an den Detektororganen 12 und 13, d. h. bis auf einige Meter genau seit seinem Auftreffen
auf die Fangvorrichtung 1, durchlaufen wurde.
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Eine Multiplizierzelle 18 empfängt das L kennzeichnende Signal und
das V kennzeichnende Signal und berechnet unter Berücksichtigung des durch die Übergangsfunktion
vorgegebenen Gesetzes den Wert der Sollgeschwindigkeit U, des Bremsseiles
2.
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Die den Augenblickswert U der Ablaufgeschwindigkeit des Bremsseiles
2 am Ausgang der Bremsvorrichtung 3 messende Meßvorrichtung 7 kann zweckmäßig durch
einen Tachometerdynamo 19 gebildet werden, welcher auf der Welle einer Scheibe 20
sitzt, deren Umfang gegen das Bremsseil 2 gedrückt und unmittelbar von diesem angetrieben
wird.
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Eine Arbeitszelle 21 empfängt eine die Drehzahl der Scheibe 20 betreffende
Angabe und liefert ein U kennzeichnendes Signal der Form U = n - r, worin
n
die Drehzahl der Scheibe 20 in Radianten je Sekunde und r den Halbmesser
der Scheibe bedeuten.
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Nachstehend ist eine kompliziertere Ausführungsform und eine üblichere
Anwendung der Bremsvorrichtung bei einer Flugzeugschranke beschrieben, bei der die
quer zu der Achse der Bahn P liegende Fangvorrichtung 1 zwei unabhängige Bremsseile
aufweist, z. B. zwei Gurte 2 a und 2 b, welche von den beiden Enden
1 a bzw. 1 b der Fangvorrichtung 1 ausgehen.
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Bei dieser in F i g. 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform steht
jeder der beiden Gurte 2a und 2 b unter der Einwirkung einer hydraulischen Bremsvorrichtung
3 a bzw. 3 b, welche z. B. Backenbremsen sein können.
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Der Gurt 2 a läuft zwischen den Backen der Bremsvorrichtung 3 a hindurch,
hierauf über zwei an dem Ausgang der Bremsvorrichtung 3 a liegende Führungsrollen
22 a und 23 a, schließlich noch über eine Hauptführungsrolle 24a, welche auf der
entsprechenden Seite der Bahn P an der Stelle der Fangvorrichtung 1 liegt, und ist
an dem Ende 1 a der Fangvorrichtung befestigt.
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Ebenso läuft der Gurt 2 b zwischen den Backen der Bremsvorrichtung
3 b hindurch, hierauf über zwei am Ausgang der Bremsvorrichtung 3 b liegende Führungsrollen
22 b und 23 b, anschließend noch über eine Hauptführungsrolle 24 b, welche auf der
anderen Seite der Bahn P an der Stelle der Fangvorrichtung 1 liegt, um schließlich
an dem anderen Ende 1 b der Fangvorrichtung befestigt zu werden.
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Man kann, wie in F i g. 2 dargestellt, die Regeleinrichtung 5 so ausbilden,
daß sie ein elektrisches Signal E" zur Steuerung des Gurts 2a und ein elektrisches
Signal Eb zur Steuerung des Gurts 2 b liefert.
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Das elektrische Signal E" betätigt dann ein druckgesteuertes Servoventil
4a, welches die Bremsvorrichtung 3 a so steuert, daß die in jedem Augenblick auf
den Gurt 2 a ausgeübte Bremskraft den Istwert U seiner Ablaufgeschwindigkeit dem
in der nachstehend erläuterten Weise gebildeten Sollwert U, derselben zustreben
läßt.
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Ebenso wirkt das elektrische Signal Eb auf ein druckgesteuertes Servoventi14
b, welches die Bremsvorrichtung 3 b so betätigt, daß die auf den Gurt 2 b ausgeübte
Bremskraft den Istwert Ub seiner Ablaufgeschwindigkeit dem Sollwert U, derselben
zustreben läßt.
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Hierfür enthält die Regeleinrichtung 5 zwei Vergleichszellen 8 a und
8 b, welche den Sollwert U, und den Istwert U" bzw. den Sollwert U, und den Istwert
Ub empfangen und elektrische Signale e" bzw. eb liefern, sowie zwei Verstärkerzellen
9 a und 9 b, welche die Signale e" bzw. eb empfangen und die verstärkten Signale
E" bzw. Eb liefern.
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Die Bildung des Sollwertes U, erfolgt in einem Rechner 6, welcher
mit in F i g. 1 beschriebenem Rechner 6 identisch ist, mit Ausnahme der Multiplizierzelle
18, welche eine übergangsfunktion berücksichtigen muß, welche von der in dem vorhergehenden
Fall angetroffenen verschieden ist (die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in F i
g. 2 bei dem Rechner 6 die gleichen Teile wie in F i g. 1).
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Für die Feststellung der Istwerte U" und Ub der Ablaufgeschwindigkeit
der Gurte 2 a bzw. 2 b müssen zwei Meßvorrichtungen 7 a und
7 b vorgesehen werden, welche zweckmäßig zwischen den beiden Führungsrollen
22 a und 23 a bzw. 22 b und 23 b liegen.
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Gemäß einer in F i g. 3 dargestellten Ausführungsabwandlung kann jedoch
die Regeleinrichtung 5 so ausgebildet werden, daß sie ein einziges elektrisches
Signal E," für die Steuerung der beiden Gurte 2 a und 2 b liefert.
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Das elektrische Signal E"t betätigt dann ein den beiden Bremsvorrichtungen
3 a und 3 b gemeinsames druckgesteuertes Servoventil 4 m derart, daß die
in jedem Augenblick auf die Gurte 2 a und 2 b ausgeübte Bremskraft
einen mittleren Istwert U," ihrer Ablaufgeschwindigkeiten U" und Ub dem in dem Rechner
6 gebildeten Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit zustreben läßt.
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Hierfür enthält die Regeleinrichtung 5 zur Bildung und Auswertung
des augenblicklichen Mittelwertes U," eine Diskriminatorzelle 25, welche die beiden
Istwerte U" und Ub der Ablaufgeschwindigkeiten der Gurte 2 a und
2 b empfängt und den Mittelwert U," dieser Ablaufgeschwindigkeiten liefert,
eine Vergleichszelle 8m, welche den Sollwert U, und den Mittelwert Um empfängt
und ein einziges elektrisches Signale," liefert, und eine Verstärkerzelle 9m, welche
das Signal e", empfängt und das Signal E", liefert.
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Der den Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit bildende Rechner 6 ist
mit dem unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der F i g. 2 beschriebenen identisch.
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Ebenso sind, da die beiden Augenblickswerte U" und Ub eingehen, zwei
Meßvorrichtungen 7 a und 7 b
am Ausgang der Bremsvorrichtungen 3 a
bzw. 3 b vorgesehen.
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Schließlich kann noch gemäß einer in F i g. 4 dargestellten Ausführungsabwandlung
die Regeleinrichtung
5 so ausgebildet werden, daß sie nur das elektrische
Signal E" liefert, welches einen der beiden Gurte betrifft, z. B. den Gurt 2 a.
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Das elektrische Signal E" wirkt dann auf das die beiden Bremsvorrichtungen
3 a und 3 b gemeinsam steuernde Servoventil 4 m derart, daß die in jedem
Augenblick auf den Gurt 2a ausgeübte Bremskraft den Augenblickswert U" der Geschwindigkeit
des Gurts 2 a dem Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit desselben zustreben
läßt, wobei die auf den Gurt 2 b ausgeübte Bremskraft dann die auf den Gurt 2 a
ausgeübte Bremskraft ist.
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Der den Sollwert U, der Ablaufgeschwindigkeit bildende Rechner 6 ist
mit den unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der F i g. 2 und 3 beschriebenen
identisch, es wird jedoch nur eine einzige am Ausgang der Bremsvorrichtung 3 a liegende
Meßvorrichtung 7a vorgesehen.
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Hinsichtlich der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform und der
beiden in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsabwandlungen ist zu bemerken, daß
bei einer gemäß der Ausführungsform der F i g. 2 ausgebildeten Bremsvorrichtung
die Ablaufgeschwindigkeiten der beiden Gurte unabhängig voneinander mittels des
Istwertes der Ablaufgeschwindigkeit eines jeden von ihnen gesteuert werden, während
bei einer Anordnung gemäß F i g. 3 die Ablaufgeschwindigkeiten der beiden Gurte
durch eine einzige Servosteuerung mittels des augenblicklichen Mittelwertes ihrer
Ablaufgeschwindigkeit gesteuert werden und bei einer Anordnung gemäß F i g. 4 die
Ablaufgeschwindigkeiten der beiden Gurte durch eine einzige Servosteuerung mit Hilfe
des Augenblickswertes der Ablaufgeschwindigkeit eines der beiden Gurte gseteuert
werden.