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Vorrichtung zur Reduzierung des Radschlupfes bei Fahrzeugen, insbesondere
bei Straßenfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen, bei denen ein Schlupf oder
Gleiten bei zu starker Beschleunigung oder Verzögerung auftritt..
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw.
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eine Schaltunqsand-rdnn zur Reduzierung bzw. Verhinderung des Radschlupfes
anzugeben. Hierbei soll die Schaltungsanordnung oder wenigstens ein wesentlicher
Teil davon in Festkörpertechnik ausgeführt sein.
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Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch eine Meßeinrichtung zum
Ableiten einer ersten und einer nachfolgenden Gesamtzahl von elektrischen Impulsen
zur Darstellung der wirklichen Zeiten, die das Fahrzeug zur Zurücklegung einer ersten
und einer nachfolgenden vorgegebenen Entfernung benötigt, einer Computereinrichtung,
um automatisch aus der ersten Gesamtzahl eine kritische Anzahl von Impulsen zu berechnen,
die der ersten Gesamtzahl hinzuaddiert oder von ihr absubtrahiert werden, abhängig
davon, ob die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs abnimmt oder zunimmt,
um einen kritischen Wert dieser nachfolgenden Gesamtzahl zu erzeugen, der nicht
überschritten oder der erreicht werden soll, wenn während der nachfolgenden Entfernung
ein Radschlupf verhindert werden soll, und durch eine Vergleichseinrichtung, um
den wirklichen Wert der nachfolgenden Gesamtzahl mit ihrem kritischen Wert zu vergleichen,
um die Bremsen zu lösen oder die Beschleunigung zu vermindern, wenn der wirkliche
Wert der größere oder der kleinere ist Es ist bekannt, daß ein Radschlupf oder ein
Gleiten des Rades gewöhnlich bei Beschleunigungen oder Verzögerungen in der Größenordnung
von 1,3 bis 1,4 g auftritt. Um dies zu verhindern, ist es daher erforderlich, die
Bremsen zu lösen oder die Beschleunigung zu vermindern ehe diese Geschwindigkeitsänderung
erreicht ist.
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Der Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und diesem kritischen
Wert der Geschwindigkeitsänderung folgt einer Funktion, nach der ein Computer programmiert
werden kann.
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Die Erfindung macht hiervon in folgender Weise Gebrauch.
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Es werden Taktimpulse mit hoher Wiederholungsfrequenz auf einen Zähler
gegeben, um die Zeit darzustellen, die von dem Fahrzeug wirklich benötigt worden
ist, um eine vorgegebene Entfernung zu durchfahren. In der Praxis kann diese Entfernung
sehr klein sein und durch einen kleinen Winkel gegeben sein, um den sich eines der
Räder dreht. Die Gesamtzahl der Impulse ist somit umgekehrt proportional zu der
Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
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Wenn eine Verzögerung vorliegt, nehmen die Zeiten, die zum Durchfahren
von jeder dieser Entfernungen erforderlich sind, sukzessive
zu und
werden daher durch mehr und mehr Taktimpulse dargestellt.
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Die Verzögerung wird daher direkt durch die Anzahl von Impulsen dargestellt,
die bei jedem derartigen Durchgang hinzukommen, weshalb der kritische Wert der Verzögerung,
das ist der Wert, der nicht überschritten werden darf, wenn das Rad nicht gleiten
soll, durch eine bestimmte Anzahl dieser zusätzlichen Impulse gegeben ist.
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Nachdem eine bestimmte dieser Entfernungen durchfahren ist, leitet
eine Computerstufe, die nach der oben genannten Funktion arbeitet, von der Gesamtzahl
der Impulse, die diese Entfernung darstellen, eine Schätzung der kritischen Anzahl
von zusätzlichen Impulsen ab und zwar mit Bezug auf eine besondere nachfolgende
Entfernung. Die Gesamtzahl der Impulse, die in diesem Fall diese nachfolgende Entfernung
darstellen, wird dann mit der Summe aus der erstgenannten Gesamtzahl und den zusätzlichen
Impulsen verglichen (die den kritischen Wert der nadfolgenden Gesamtzahl bilden)
und die Bremsen werden automatisch gelöst oder ein Alarm ausgelöst, wenn Gleichheit
erreicht oder überschritten wird.
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Ein geeigneter Weg zur Bildung eines solchen Vergleichs besteht darin,
die erste Gesamtzahl und die berechnete kritische zusätzliche Zahl zu speichern
und die wirkliche nachfolgende Gesamtzahl zu subtrahieren, um die gespeicherten
Pulse und zwar einen zu einem Zeitpunkt zu eliminieren. Wenn dies dazu führt, daß
alle Impulse während der nachfolgend zu durchlaufenden Entfernung eliminiert werden,
so heißt dies, daß der kritische Wert der Verzögerung überschritten worden ist und
eine Lösung der Bremsen erforderlich war.
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In ähnlicher Weise wird vorgegangen, wenn es notwendig ist, einen
Schlupf oder ein Gleiten des Rades infolge zu starker Beschleunigung zu verhindern.
Hier leitet der Computer die kritische Anzahl von
Impulsen, die
subtrahiert werden, von der ersten Gesamtzahl ab, um einen kritischen Wert der danach
folgenden Gesamtzahl zu erzeugen, der von dem wirklichen Wert während der nachfolgend
zu durchlaufenden Entfernung erreicht werden muß, wenn ein Radschlupf verhindert
werden soll. In diesem Fall wird die wirkliche nachfolgende Gesamtzahl benutzt,
um die Differenz zwischen der Impulszahl im ersten Speicher und im Computerspeicher
zu reduzieren, entweder durch Reduzierung der im ersten Speicher gehaltenen Zahl
oder durch Erhöhung der im Computerspeicher gehaltenen Zahl, um die Bremsen in Tätigkeit
zu setzen oder ein Warnsignal zu erzeugen, es sei denn die Differenz wird am Ende
der nadfolgenden Entfernung auf Null reduziert.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 vereinfacht und schematisch eine Schaltungsanordnung
nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Fig. 2 zeigt einen Teil der Schaltung nach Fig. 1 nach einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Schaltung nach Fig. 1, die auf
eine zu starke Beschleunigung anspricht.
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Die Meßimpulse, die dazu dienen, durch ihre Wiederholungsfrequenz
die wirkliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzugeben, werden von einem Impulsgeber
11 des Fahrzeuges erhalten. Hierzu eignen sich verschiedene einfache Geräte. Eine
einfache Vorrichtung hierzu hat ein Rad mit einem gezahnten Rand, das sich mit einem
der Fahrzeugräder dreht, so daß die Zähne des Randes periodisch einen Lichtstrahl
auf seinem Weg zu einer Photozelle unterbrechen.
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Anstelle dieser Einrichtung kann auch eine elektromagnetische oder
eine andere äquivalente Einrichtung gegebenenfalls verwendet
werden.
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Diese Impulse werden auf einen binären Zwei-Bit-Zähler 12 mit 20 und
21 Digit-Stufen A und B gegeben. Der Ausgang aus der Stufe A und der Nicht-Ausgang
der Stufe B werden benutzt, um ein Tor 13 zu steuern, das zwischen einer Quelle
14 für Taktimpulse mit regelmäßigen Abständen und einem anderen binären Zähler 15
liegt, derart, daß das Tor offen ist, um die Taktimpulse durchzulassen, wenn und
nur wenn der Zähler 12 einen Impuls hält.
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Die Taktimpulse haben eine beträchtlich höhere Wiederholungsfrequenz
als die Meßimpulse des Impulsgebers 11 bei der höchsten Geschwindigkeit, die bei
dem Fahrzeug in der Praxis auftreten kann.
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Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Endzahl in der Stufe 15 über
eine Übertrager-Stufe 16 parallel auf einen ersten Speicher 17 zu übertragen, der
ein binärer Zähler mit derselben Kapazität wie der Zähler 15 ist. Die Impulse vom
Taktgeber 14 werden subtrahierend über ein Tor 21 auf den Speicher gegeben, das
durch die Stufe B des Speichers 12 gesteuert wird, der außerdem die Ubertragerstufe
16 steuert.
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Dem Speicher 17 ist eine Null-Detektor-Stufe 22 zugeordnet und mit
ihm verbunden, der das Tor 21 sperrt, wenn der Speicher 17 leer ist. In Abwesenheit
eines solchen Sperrsignales ist das Tor 21 offenvwenn der Zähler 12 zwei Impulse
hält.
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Der Ausgang vom Zähler 15 wird auf eine Computerstufe 23 gegeben,
die synchron mit dem Zähler 15 arbeitet, indem sie den für den Computer kritischen
Wert der zusätzlichen Impulse ableitet und in einem Computerspeicher 24, der ebenfalls
die Form eines binären Zählers hat, speichert, entsprechend der Geschwindigkeit,
die
durch die Zahl der im Zähler 15 gespeicherten Impulse dargestellt wird.
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Ein subtrahierender Eingang für den Speicher 24 wird vom Taktgeber
14 über ein Tor 25 abgeleitet, das durch eine Stufe 22 gesteuert wird, so daß das
Tor nur offen ist, wenn der Speichr 17 leer ist. Der Speicher 24 ist mit einer Null-Detektor-Stufe
26 versehen, deren Ausgang über ein Tor 27 an eine elektromechanische Einrichtung
32 zum Lösen der Bremsen gegeben wird, wobei das Tor 27 durch die Stufen A und B
des Zählers 12 gesteuert wird und zwar mittels einer Stufe 31, derart, daß es nur
offen ist, wenn der Zähler drei Impulse hält.
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Sperreingänge für das Tor 25 werden vom Ausgang der Stufe 26 und'von
der Stufe 31 abgenommen.
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Die Arbeitsweise wird nun unter der Annahme beschrieben, daß der Impulsgeber
11 in der oben erläuterten Weise ausgebildet ist, d.h. er erzeugt Impulse durch
intermittierende Unterbrechung eines Lichtstrahles mittels eines mit einem gezahnten
Rand versehenen Rades oder einer Scheibe. Weiterhin werden willkürlich drei aufeinanderfolgende
Zähne ausgewählt (nicht dargestellt) die als Zahn P, Zahn Q und Zahn R bezeichnet
werden, wobei die entsprechenden Meßimpulse ebenfalls mit P, Q und R bezeichnet
werden.
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Die Impulse P und Q (von den Zähnen P und Q) bilden das erste Paar
von aufeinanderfolgenden Meßimpulsen und sie definieren ein erstes Intervall und
die Pulse Q und R bilden das nachfolgende Paar und sie definieren das nachfolgende
Intervall oder die nachfolgende Entfernung, wie oben erwähnt wurde.
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Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß je stärker die Verzögerung
ist, umso langsamer unterbrechen aufeinanderfolgende
Zähne den
LichtstShl und umso größer ist die Anzahl der Taktimpulse, die erforderlich sind,
um das Zeitintervall zwischen den Zähnen aufzufüllen.
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Beim Start sind die Zähler und Speicher leer. Aber die Leere des Speichers
24 führt nicht dazu, daß die Bremsen in dieser Stufe gelöst werden, weil der Ausgang
vom Null-Detektor 26 zur Einrichtung 32, die die Bremsen löst, durch das Tor 27
blockiert ist, da der Zähler 12 bis jetzt noch keine Impulse hält.
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Mittels nicht gezeigter Steuereinrichtungen wird bei Unterbrechung
des Lichtstrahles durch die vordere Flanke des Zahnes P der Impuls P erzeugt, um
die Stufe A des Zählers 12 auf das Digit 1 zu schalten, wodurch das Tor 13 geöffnet
wird. Der Zähler hält dieses Digit weiterhin auch nachdem der Zahn P sich weiter
bewegt hat und den Strahl nicht mehr unterbricht.
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Die Taktimpulse laufen nun durch das Tor 13 in den Zähler 15 und ihre
Gesamtzahl wird gleichzeitig in den Computer 23 gegeben bis die Vorderflanke des
Zahnes Q den Strahl unterbricht und so den Impuls Q im-Zähler 12 hinzuaddiert, wodurch
die Stufe A auf Null und die Stufe B auf 1 geschaltet wird. Diese Wiederherstellung
der Stufe A führt zu einer Schließung des Tores 13, um zu verhindern, daß weitere
Impulse den Zähler 15 erreichen. Der Inhalt des Zählers 15, das ist die oben erwähnte
erste Gesamtzahl, stellt somit die Zeit dar, die das Fahrzeug benötigt, eine erste
Entfernung zu durchfahren, d.h. die kleine Entfernung, die durch die Drehung der
Räder des Fahrzeuges um den Winkel definiert ist, der von den Zähnen P und Q des
ersten Paares eingeschlossen wird.
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Eine weitere Folge der Schaltung des Zählers 12 durch den Impuls Q
zur Betätigung der Stufe B ist die, die Ubertragerstufe 16 zu
betätigen,
um den Inhalt des Zählers 15 in den Speicher 17 zu schieben und das Tor 21 zu öffnen,
damit die Taktimpulse es erreichen können. Zu diesem Zeitpunkt hat der Computer
23 eine binäre Zahl abgeleitet und auf den Speicher 24 übertragen, die den Wert
der kritischen Anzahl der zusätzlichen Impulse bei der betreffenden Geschwindigkeit
darstellt.
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Während des Intervalls zwischen dem darauffolgenden Paar von Impulsen
Q und R, die von den Zähnen Q und R erzeugt werden, wobei das Intervall die nachfolgend
zu durchfahrende Entfernung darstellt, wird der Vergleich der beiden Entfernungen
vorgenommen, indem die Taktimpulse subtrahierend in den Speicher 17 eingegeben werden,
um diesen Impuls nach Impuls zu leeren.
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Solange der Speicher 17 irgendwelche Impulse hält, hält auch seine
Stufe 22 das Tor 25 geschlossen, um zu verhindern, daß die Taktimpulse den Speicher
24 erreichen. Wenn der Speicher 17 dann leer ist, schließt der Ausgang von der Stufe
22 das Tor 21, um zu verhindern, daß weitere Taktimpulse den Speicher 17 erreichen,
wobei der Ausgang außerdem gleichzeitig das Tor 25 öffnet, damit Taktimpulse zu
Speicher 24 gelangen können.
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Da angenommen wird, daß das Fahrzeug verzögert wird, sind mehr Taktimpulse
in dem Intervall zwischen den Meßimpulsen Q und R vorhanden als in dem Intervall
zwischen den Meßimpulsen P und Q.
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Damit ist, nachdem der Speicher 17 geleert ist, ein Überschuß an Impulsen
vorhanden, die subtrahierend in den Speicher 24 eingegeben werden. Wenn während
dieses Intervalls diese zusätzlichen Impulse der kritischen Anzahl, die in diesem
Speicher gehalten wird, gleichkommt oder sie überschreitet, so wird dessen Inhalt
auf Null reduziert wodurch ein Ausgang an das Tor 27 gegeben und ein Sperrsignal
geliefert wird, um das Tor 25 gegen weitere Taktimpulse zu schließen. Da das Eintreffen
des Impulses R am Ende dieser Count-Down-Periode im Zähler 12 einen dritten Impuls
hinzufügt, öffnet der resultierende Ausgang von der Stufe
31 das
Tor 27, so daß das Signal von der Stufe 26 die Bremsen öffnen kann.
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Die Bremsen können wieder angezogen werden, entweder nach einer Zeit,
die von der Anzahl der Überschußimpulse abhängt, die weiterhin das Tor 25 passieren,
nachdem der Speicher 24 auf Null geschaltet worden ist, oder nach einer Zeit, die
von der Stärke der Verzögerung abhängt, oder nach einer festen Zeitspanne, welches
auch immer die kleinste Zeit der drei genannten Zeiten ist. Eine Schaltungsanordnung
für diesen Zweck ist jedoch nicht dargestellt.
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Sollten die Uberschußlmpulse nicht ausreichen, um den Zähler 24 auf
Null herabzuschalten innerhalb des nachfolgenden Intervalls, so würde die Stufe
26 nicht aktiviert werden und die Bremsen bleiben angezogen. Es ist nun notwendig,
die Taktimpulse am Ende des Intervalls QR abzustellen, was durch das Sperrsignal
bewirkt wird, das von der Stufe 31 an das Tor 25 gegeben wird.
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Das Tor 25 wird somit durch die Stufe 26 oder 31 geschlossen, je nachdem
welche -zuerst anspricht. Wenn das Fahrzeug nicht verzögert wird, so sind keine
Uberschußimpulse vorhanden und an den Speicher 24 zu geben.
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Die Rückstellung der Anlage in den zuerst beschriebenen Zustand, in
dem der Zähler 15 und die Speicher auf Null gestellt sind, kann in irgendeiner üblichen
Weise vorgenommen werden, z.B. durch Ableiten eines Rückstellsignals von der Hinterflanke
des Impulses R und einer Anordnung, derart, daß jeder vierte Impuls vom Impulsgeber
11 den Zähler 12 von der Dezimale 3 auf das Digit 1 schaltet, wodurch das Tor 13
wieder geöffnet und eine neue Meßperiode eingeleitet wird.
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In der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß nach dem ersten Intervall
oder der ersten Entfernung unmittelbar das nächste
Intervall oder
die nächste Entfernung (wobei unter Entfernung jeweils ein durchfahrener Abschnitt
zu verstehen ist) folgt, d.h. die beiden Intervalle sind durch die Impulspaare P
Q und Q R bezeichnet. Gegebenenfalls kann aber auch diese nächste Entfernung oder
der nächste Fahrabschnitt nach einem kurzen Zwischenintervall folgen. Es kann beispielsweise
durch das Impulspaar R S dargestellt werden. Hierzu wäre es im wesentlichen nur
erforderlich, das Signal zum Übertragen und Eingeben der Taktimpulse in den Speicher
17 abzuleiten wenn der Zähler 12 drei Impulse anstelle von nur zwei enthält und
Vorsorge zu treffen, daß das Tor 27 durch den Impuls S geöffnet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die nachfolgende Gesamtzahl
von Taktimpulsen dazu benutzt, den Computerspeicher 24 zu leeren ehe sie in den
Speicher 17 eingegeben wird. Bei dieser Anordnung (Fig. 2> steuert die Stufe
B des Zählers 12 das Tor 25 (anstatt des Tores 21), um die Taktimpulse am Anfang
subtrahierend in den Speicher 24 zu geben. Die Steuerung des Tores 21 erfolgt durch
die Stufe 26, bei Sperrung des Tores 25, während der Ausgang der Stufe 22 über ein
Tor 27 geht, um die Bremsen zu lösen.
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Um den Fluß der Taktimpulse abzustellen wird von jeder der Stufen
22 und 31 ein Sperrsignal an das Tor 21 gelegt.
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Die Taktimpulse beginnen dann den Speicher 24 zu leeren. Wenn dann
der Wert Null erreicht ist, tritt die Stufe 26 in Tätigkeit, um das Tor 25 zu schließen
und das Tor 21 zu öffnen, wodurch die Taktimpulse auf den Speicher 17 gegeben werden.
Wenn dieser Speicher innerhalb des nachfolgenden Intervalls (das ist der zweite
Fahrabschnitt) auf Null herabgezählt bzw. herabgeschaltet worden ist, werden durch
die Stufe 22 die Bremsen betätigt und das Tor 21 geschlossen. Wenn der Wert Null
am Ende des nachfolgenden
Intervalls nicht erreicht worden ist,
werden die Taktimpulse durch die Stufe 31 abgeschaltet, wie bei der Anordnung nach
Fig. 1, die dieses Mal aber auf das Tor 21 wirkt.
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Es ist bei den Speichern 17 und 24 nicht wesentlich, daß sie vollstAndig
geleert sind, um die Bremsen zu lösen. Beispielsweise bei der zuerst beschriebenen
Ausführungsform kann das Niveau, auf das der Speicher 24-abwärts gezählt werden
oder geschaltet werden muß, um die Bremsen zu lösen, um einen gegebenen Wert über
Null liegen, wobei die Stufe 26 entsprechend modifiziert wird, um dieses Niveau
oder diese Höhe festzustellen.
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Wenn es erwünscht ist, anstelle einer zu starken Abbremsung eine zu
starke Beschleunigung zu verhindern, kann die Schaltung nach Fig. 1 abgeändert werden,
wie in Fig. 3 gezeigt, deren Teile dieselben Bezugszeichen haben wie die Ausführungsform
nach Fig. 1.
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Hinsichtlich des Speichers 17 und des Speichers 24 ist die Anordnung
dieselbe wie in Fig. i, ausgenommen, daß die vom Computer gelieferte Zahl die kritische
Anzahl von Impulsen ist, die effektiv von der ersten Gesamtzahl abzuziehen ist,
wenn ein Radschlupf oder ein Gleiten des Rades verhindert werden soll.
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Die Ausgänge der Speicher 17 und 24 werden in einem digitalen Komparator
35 verglichen, der einen Ausgang liefert, es sei denn daß die Gesamtzahl im Speicher
17 so weit reduziert worden ist, daß sie wenigstens gleich derjenigen im Speicher
24 ist, oder in anderen Worten, daß die Differenz zwischen ihnen auf Null reduziert
worden ist, ehe der Impuls R am Ende des nachfolgenden Intervalls eintrifft. Dieser
Ausgang kann benutzt werden, um die Bremsen mittels irgendeiner elektromagnetischen
Einrichtung 36 zu betätigen. Der Ausgang kann aber auch in anderer Weise verwendet
werden, um die Beschleunigung zu reduzieren.
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Sperrsignale zum Schließen des Tores 21 und zum Abstellen der Taktimpulse
werden von der Stufe 31 und dem Ausgang des Komparators 35 erhalten.
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Im Betrieb wird beim Eintreffen des Impulses Q das Tor 21 geöffnet,
um die Abwärtsschaltung des Speichers 17 zu beginnen, wie vorher. Wenn die Beschleunigung
zu hoch ist, sind nicht genung wirkliche Impulse vorhanden, um die Differenz auf
Null zu reduzieren, ehe der Impuls R eintrifft und um die Stufe 31 zu aktivieren,
um den Fluß der Impulse zum Tor 21 stillzusetzen, was dazu führt, daß die Stufe
35 ein Signal über das Tor 27, das wie zuvor benutzt wird, an die Stufe 36 gibt,
um die Bremsen zu betätigen oder ein Warnsignal abzugeben und um das Tor 21 gegen
weitere Impulse zu sperren.
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Wenn jedoch die wirkliche nachfolgende oder zweite Gesamtzahl von
Impulsen ausreicht, um wenigstens den Speicher 17 herabzubringen auf Gleichheit
mit dem Speicher 24, dann spricht der Komparator 35 nicht an, so daß das Signal
von der Stufe 31 das Tor 21 schließen kann. Alternativ hierzu (nicht gezeigt) können
diese wirklichen Impulse additiv in den Speicher 24 gegeben werden und hiervon ein
Ausgang abgeleitet werden, es sei denn, daß genügend Impulse vorhanden sind, um
die Gesamtzahl auf Gleichheit mit der im Speicher 17 gehaltenen Zahl zu bringen.
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Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen können alle Komponenten
außer dem Impulsgeber 11 und eventuell dem Impulsgenerator 14 in Festkörpertechnik
ausgeführt werden.