DE2418940A1 - Vorrichtung zur regelung der bremsleistung - Google Patents
Vorrichtung zur regelung der bremsleistungInfo
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Description
DR. BERG DIPL. ING STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR DR. SANDMAiR
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45
Anwaltsakte 24 988 19· April 1974
Marten Engerstarn Huddinge / Schweden
Vorrichtung zur Regelung der Bremsleistung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Bremsleistung in Bremsanlagen, die für
Belastungstests, beispielsweise von Motoren, oder vorzugsweise für Geräte zum körperlichen Training
und/oder zum Konditionstraining, beispielsweise Ge-
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rate in Form von Fahrradübungsgeräten und/oder Ergometern,
verwendet werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Bremsanlage in jeder dieser Arten von Geräten derart zu regeln, daß die
Leistung konstant gehalten wird, oder derart, daß der Leistung eine programmierte Änderung gegeben wird;
dieser Effekt wird unabhängig von der Geschwindigkeit oder Drehzahl der Energiequelle erzielt, die der Bremsanlage
die Leistung zuführt. Auf diese Sieise ist es einer Person, die die Tretkurbel eines mit der Regelvorrichtung
nach der Erfindung versehenen Fahrradübungsgerätes betätigt, möglich, während der gesamten
Trainingsperiode eine konstante, vorgewählte Leistung zu liefern, die unabhängig davon ist, wie
die Person die Tretkurbeldrehzahl ändert. Wenn die Tretkurbeldrehzahl vergrößert wird, verringert die
Regelvorrichtung die Bremsleistung der Bremsanlage derart, daß die mechanische Leistung gleich der
Solleistung ist, und umgekehrt, wenn die Tretkurbeldrehzahl verringert wird, erhöht die Regelvorrichtung
die Bremsleistung, so daß die Größe der mechanischen
Leistung beibehalten wird. Ebenso wie es erwünscht ist, die Leistung konstant zu halten, kann es
erwünscht sein, eine Möglichkeit zu haben, diese Leistung gemäß einem Spezialprogramm zu verändern, beispielsweise
wenn es sich bei dem Training um ein "Sauerstoffaufnahme-Training" oder um ein "Milchsäure-
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Training" handelt. Eine solche Veränderung kann automatisch erreicht werden, indem in die Regelvorrichtung
das gewünschte Programm in Form eines geeigneten Programmträgers/ beispielsweise eine Kurvenscheibe,
eingegeben wird.
Mit herkömmlichen Vorrichtungen wird die mechanische Leistung konstant gehalten und/oder eine programmierte
Änderung der mechanischen Leistung unabhängig von der Drehzahl erreicht. Solche Geräte werden zwar
für Bremsanlagen in Fahrradübungsgeräten verwendet, sie beruhen jedoch alle auf elektrischen oder elektronischen
Regelsysternär uid sind verhältnismäßig
teuer. Der hohe Preis macht es unmöglich, sie anders als an bestimmte Forschungsinstitutionen und öffentliche
Institutionen zu verkaufen, obgleich sie in jedem Fall verwendet werden sollten, in welchem ein
programmiertes und gut kontrolliertes Training erforderlich ist, wie beispielsweise für hart trainierende
Sportler und für herzkranke Patienten. Mechanische Vorrichtungen zum Konstanthalten der Leistung
von Bremsanlagen sind zwar bereits konstruiert worden, aber die durch dieselben erzeugte Steuerwirkung
beruhte nicht auf der Differenz zwischen den Ist- und Solleistungen, sondern beispielsweise auf einer Zunahme
oder Abnahme der Geschwindigkeit oder der Drehzahl der Bremsanlage als einem regeltechnischen Fehlersignal.
Es handelt sich dabei um eine Methode, die gewisse
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Schwierigkeiten mit sich bringt, wenn das Fehlersignal ausgewertet werden soll. Mechanische Bremsleistungsregelvorrichtungen,
die eine programmierte Änderung der Leistung ermöglichen, sind bislang
nicht bekannt geworden.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, daß eine erste minutliche Drehzahl (im folgenden wird eine
minutliche Drehzahl der Einfachheit halber stets als Drehzahl bezeichnet), die zu der Leistung, die
in einem bestimmten Augenblick durch eine Bremsanlage aufgezehrt wird, proportional ist oder zu derselben
in einer anderen geeigneten funktionalen Beziehung steht, auf mechanischem Wege mit einer zweiten
Drehzahl verglichen wird, die mit der Leistung, welche in dem tatsächlichen Augenblick durch die
Bremsanlage aufgezehrt werden soll, proportional ist oder mit derselben in einer anderen geeigneten funktionalen
Beziehung steht, und daß eine dritte Drehzahl, die durch diesen Vergleich verursacht
wird und ein genaues Maß der möglichen Differenz zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl ist,
mit Hilfe einer mechanischen Anordnung eine derartige Zunahme oder Abnahme der in der Bremsanlage
vorhandenen Bremsleistung zuwegebringt, daß die Istleistung und die Solleistung in Übereinstimmung
gebracht werden. Die Drehzahl, die der Solleistung entspricht, kann konstant gehalten oder verändert
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werden, beispielsweise automatisch gemäß einem vorgeschriebenen Programm, um auf diese Weise
die Istleistung in einer beabsichtigten Weise zu steuern. Um zu vermeiden, daß die Bremsleistung
bei niedrigen Geschwindigkeiten oder Drehzahlen der Bremsanlage ungünstig groß wird, beispielsweise
wenn das Gerät gestartet oder zum Stillstand gebracht wird, kann eine spezielle Vorrichtung vorgesehen
werden, die bei diesen Gelegenheiten eine Begrenzung der Bremsleistung ermöglicht.
Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung zum Regeln der Bremsleistung in einer Bremsanlage, insbesondere
in einer Bremsanlage eines Fahrradübungsgerätes, welche in der Lage ist, die Bremsleistung
dieser Anlage konstantzuhalten oder ihr eine programmierte
Änderung zu geben. Die Vorrichtung enthält eine nicht-elektronische Vergleichseinrichtung,
welche die Istleistung der Anlage, die durch eine erste Drehzahl dargestellt wird, mit der Sollleistung
der Anlage, die durch eine zweite Drehzahl dargestellt wird, vergleicht. Wenn zwischen diesen
beiden Drehzahlen eine Differenz vorhanden ist, liefert die Vergleichseinrichtung ein Ausgangsignal
in Form einer dritten Drehzahl, welches dazu verwendet wird, eine Bremseinstelleinrichtung der
Bremsanlage so zu steuern, daß die erste und die zweite Drehzahl in Übereinstimmung gebracht werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten
Äusführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Regelvorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform nach der Erfindung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf dieselbe Ausführungsform,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, und
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Einrichtung zum Kompensieren der benötigten Antriebsleistung.
In der Ausführungsform der Regelvorrichtung, die in dem Blockschaltbild von Fig. 1 dargestellt ist, werden
die Istleistung und die Solleistung jeweils durch eine Drehzahl dargestellt. Die Drehzahl, die die Sollleistung
darstellt, wird von einem Drehzahlgeber 1 geliefert, welcher aus einer drehenden Einrichtung
1a, beispielsweise ein Fliehkraftregler oder ein Elektromotor, und einer Einstelleinrichtung 1b be-
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steht, bei der es sich um ein Wechselgetriebe handeln kann, das die Ausgangsdrehzahl der drehenden
Einrichtung umsetzt; diese Drehzahl wird als konstant angenommen. Die Einstelleinrichtung kann statt
dessen aus einem Einstellteil bestehen, welches die Drehzahl der drehenden Einrichtung beeinflußt.
Dieses Einstellteil kann beispielsweise ein einstellbarer Widerstand sein, wenn die drehende Einrichtung
ein Elektromotor ist, oder eine Spannvorrichtung zum Einstellen einer der Zentrifugalkraft entgegenwirkenden
Feder sein, wenn die drehende Einrichtung ein Fliehkraftregler ist. Die Steuerung der Ausgangsdrehzahl
des Drehzahlgebers 1 kann durch Handbetätigung eines Einstellteils 2 oder durch automatisches.
Regulieren von einer Programmspeichereinrichtung 3 aus erfolgen. Wenn bei der letztgenannten Einrichtung
solche Kurvenscheiben oder ähnlichen Programmträger verwendet werden, die mit einer konstanten
Drehzahl bewegt werden, kann der Antrieb durch eine geeignete Verbindung der Programmspeichereinrichtung
mit der vorgenannten drehenden Einrichtung 1a erreicht werden, vorausgesetzt, daß die letztere sich
mit einer konstanten Drehzahl dreht.
Die Drehzahl, die die Istleistung darstellt, erhält man aus einem mechanischen Analogintegrator 4, beispielsweise
ein Kelvin-Integrator, der die Istbremsleistung in der Bremsanlage mit der Geschwindigkeit
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eines gebremsten Teils dieser Anlage integriert.
Die Drehzahl, die die Istleistung darstellt, und die
Drehzahl, die die Solleistung darstellt, werden einer mechanischen Vergleichseinrichtung zugeführt,
die im folgenden als Differentialgetriebe 5 bezeichnet wird. Dieses Differentialgetriebe liefert
an seiner Abtriebswelle eine Drehzahl, die zu der Differenz zwischen der Istleistung und der Sollleistung
proportional ist oder gegebenenfalls in einer anderen geeigneten funktionalen Beziehung
zu dieser Differenz steht. Diese Drehzahl wird einer Einrichtung 6 zugeführt, welche die Bremsleistung
bzw. die auf das gebremste Teil 7 der Bremsanlage ausgeübte Bremskraft steuert.
In der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird eine konstante Drehzahl
durch einen Fliehkraftregler geliefert, welcher aus zwei Pendelarmen 9 mit jeweils einem Fliehgewicht
8, zwei Gelenkarmen 10, einer Zugfeder und einer Welle 12 besteht. Die Gelenkarme 10 sind
an der Welle 12 jeweils mittels eines Gelenks 13 befestigt, so daß sie zwar geschwenkt werden können,
damit sie mit der Welle verschiedene Winkel bilden, sie können sich jedoch nicht um die Welle drehen.
In derselben Weise sind die Pendelarme 9 an der Nabe einer Reibscheibe 15 jeweils mittels eines Gelenks
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befestigt. Diese Reibscheibe ist auf einem quadratischen Teil 16 der Welle 12 derart montiert, daß
sie zwar axial längs der Welle verschoben werden, sich jedoch nicht um die Welle drehen kann. Die
Pendelarme 9 sind außerdem mittels Gelenken 17 mit den Gelenkarmen 10 verbunden. Die Zugfeder 11
hat durch Zusammenwirkung mit den Pendelarmen 9, den Gelenkarmen 10, der Welle 12 und den Gelenken
13, 14 und 17 das Bestreben, die Reibscheibe 15
axial zu einer Riemenscheibe 18 hin zu verschieben, welche sich zwar frei auf der Welle 12 drehen kann,
jedoch nicht axial verschiebbar ist. Wenn die Welle 12 gedreht wird, werden die Fliehgewichte 8 durch
Fliehkraft von der Welle weggezogen und sind bestrebt,
durch Zusammenwirkung mit den Pendelarmen 9, den Gelenkarmen 10, der Welle 12 und den Gelenken 13,
14 und 17 die Reibscheibe 15 in axialer Richtung
von der Riemenscheibe 18 wegzuziehen.
Die Riemenscheibe 18 wird mit einer konstanten Drehzahl
oder mit einer veränderlichen Drehzahl angetrieben, welche, abgesehen von den Bedingungen beim
Starten des Gerätes oder beim Stillsetzen des Gerätes, höher sein soll als die konstante Drehzahl,
die von der Welle 12 abgenommen werden soll. Wenn die Regelvorrichtung in einem Fahrradübungsgerät verwendet
wird, kann der Antrieb der Riemenscheibe 18 mit Hilfe eines Riemens 20 von einer Riemenscheibe
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aus erfolgen, die mit dem Treibrad des Übungsgerätes
verbunden ist. Wenn sich die Riemenscheibe 18 beim Start zu drehen beginnt, wird die Reibscheibe
15 durch die Kraft der Feder 11 gegen die Riemenscheibe
18 gedrückt und der gesamte Fliehkraftregler wird gezwungen, sich zu drehen. Je höher die Drehzahl
ist, umso größer ist die Fliehkraft, die auf die Fliehgewichte 8 wirkt, und umso weniger wirksam ist
die Reibverbindung zwischen der Reibscheibe 15 und der Riemenscheibe 18, was bedeutet, daß zwischen
diesen beiden Bauteilen ein Rutschvorgang stattfindet, der dem Fliehkraftregler ermöglicht, die gewünschte
Drehzahl aufrechtzuerhalten, sobald die Riemenscheibe 18 diese Drehzahl überschreitet. Wenn die Drehzahl
des Fliehkraftreglers dazu neigt, unter den gewünschten Wert abzusinken, wird die Fliehkraft verringert,
und folglich wird die Reibverbindung zwischen der Reibscheibe 15 und der Riemenscheibe 18 wirksamer werden,
so daß die Rutschbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen verringert wird und die Drehzahl des Fliehkraftreglers
wieder ihren beabsichtigten Wert erreicht. Wenn andererseits die Drehzahl des Zentrifugalreglers
dazu neigt, zu hoch zu werden, wird eine Zunahme der Rutschbewegung in ähnlicher Weise erreicht,
was bedeutet, daß dadurch die Drehzahl auf den gewünschten konstanten Wert gesenkt wird.
Der Fliehkraftregler ist über Zahnräder 21 und 22 in
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Antriebsverbindung mit einem stufenlos einstellbaren Getriebe, welches aus einer Antriebswelle 23, einer
mit derselben starr verbundenen Reibscheibe 24, einer Abtriebswelle 25, einem mit derselben starr verbundenen
Reibzylinder 26, einer Kugel 27, die sowohl mit der Reibscheibe 24 wie auch mit dem Reibzylinder
26 in Berührung ist, und außerdem aus einem Hebel 28 besteht, der an seinem oberen Ende an einem
festen Punkt 29 angelenkt ist, so daß er parallel zu der Ebene der Reibscheibe 24 schwenkbar ist, und
der an seinem unteren, gabelförmigen Ende mit geeignetem Spiel die Kugel 27 umfaßt. Diese Kugel
hat die Aufgabe, auf den Reibzylinder 26 die Tangentialgeschwindigkeit der Reibscheibe 24 zu
übertragen, die an der Stelle vorhanden ist, an welcher die Reibscheibe 24 mit der Kugel 27 in Berührung
ist. Wenn die Kugel 27 durch den Hebel 28 parallel zu der Drehsymmetrieachse des Reibzylinders 26
verschoben wird, wird das Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle 23 und der Abtriebswelle 25
stufenlos verändert. Dadurch bilden diese Wellen 23 und 25, die Reibscheibe 24, der Reibzylinder 26, die
Kugel 27 und der Hebel 28 zusammen ein stufenlos verstellbares Getriebe. Dieses Getriebe bildet zusammen
mit dem oben beschriebenen Fliehkraftregler den Drehzahlgeber 1 in Fig. 1, und die Drehzahl der Abtriebswelle 25 gemäß den Fig. 2 und 3 ist die Größe, die die
Sollbremsleistung darstellt.
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Das Einstellen der gewünschten Drehzahl der Abtriebswelle 25 erfolgt mit Hilfe einer Zugstange 30, die
an ihrem einen Ende in einem Gelenk 31 an dem Hebel 28 drehbar gelagert ist, so daß dieser Hebel in eine
geeignete Winkellage gebracht werden kann. Das andere Ende der Zugstange 30 ist mit einem Schlitz 32
versehen, der geschlossene Enden hat. Dieser Schlitz umschließt in Querrichtung mit geeignetem Spiel
einen Schalthebel 33. Dieser Schalthebel 33 ist an seinem unteren Ende mit einem Gewinde 3 4 versehen,
welches in das Innengewinde eines Rohres 35 eingeschraubt ist, das durch ein Doppelgelenk gehaltert
ist, welches das Neigen des Schalthebels in zwei Querriehtungen ermöglicht, so daß er in jeden von
drei Schlitzen 37, 38 und 39 einer Platte 40 hineinbewegt und längs dieser Schlitze bewegt werden kann.
Wenn der Schalthebel 33 zu dem Schlitz 37 bewegt wird, bei welchem es sich um den untersten der Schlitze in
Fig. 3 handelt, wird eine Rolle 41 auf der Zugstange 30 an einem Hebel 42 in Anlage gebracht, da die Zugstange
30 zusammen mit dem Hebel 28 des stufenlos verstellbaren Getriebes durch eine Zugfeder 43 gemäß
den Fig. 2 und 3 nach links bewegt wird. Da außerdem der Schalthebel 33 durch eine Zugfeder 44
in derselben Richtung bewegt wird, kann dieser Hebel die Zugstange 30 durch irgendeine Berührung mit
dem rechten Ende des Schlitzes 32 dieser Stange 30 nicht nachteilig beeinflussen. Der Hebel 42, der an
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seinem unteren Ende auf einer feststehenden Achse 45 drehbar gelagert ist, wird durch die Zugwirkung,
die durch die Betätigung der Feder 43 auf der Zugstange 30 dargestellt ist, an den Außenumfang einer
Kurvenscheibe 46 gedrückt. Die Berührung mit der Kurvenscheibe 46 erfolgt über eine Rolle 47, die an dem
Hebel 42 drehbar gelagert ist. Durch Zusammenwirkung zwischen dem Hebel 42 und der Zugstange 30 reguliert
die Kurvenscheibe 46 die Winkellage des Hebels 2 8 des stufenlos verstellbaren Getriebes und folglich
die Drehzahl der Abtriebswelle 25 dieses Getriebes. Die Kurvenscheibe 46 wird über Zahnräder 48, 49, 50
und 51 mit konstanter Drehzahl von der Welle 12 des Fliehkraftreglers aus angetrieben und wird deshalb
während ihrer Drehung die Drehzahl des stufenlos verstellbaren Getriebes gemäß dem Programm, welches
durch die Gestalt der Kurvenscheibe verwirklicht ist, stufenlos verändern. Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 25 des stufenlos verstellbaren Getriebes konstantgehalten
werden und keine zeitliche Änderung erfahren soll, wird der Schalthebel 33 in den mittleren
Schlitz 38 bewegt. Wenn der Schalthebel 33 von einem Schlitz zu einem anderen bewegt werden
soll, muß er gemäß den Fig. 2 und 3 so weit nach rechts bewegt werden, daß er das rechte Ende des gerade
von ihm besetzten Schlitzes verläßt. Wenn der Steuerhebel in dieser rechten Stellung ist, hat er
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durch den Eingriff mit dem rechten Ende des Schlitzes 32 der Zugstange 30 diese Zugstange nach rechts bewegt,
so daß seine Rolle 41 aus ihrer Anlage an dem Hebel 42 wegbewegt wird und von demselben frei ist.
Durch Schwerkraft ist der Hebel 42 nach rechts geneigt worden und ruht auf einem feststehenden Auflager
52; er verläßt folglich den Kontakt mit der Kurvenscheibe 46, so daß dieselbe bei Bedarf durch
eine andere Kurvenscheibe ersetzt werden kann.
Wenn der Schalthebel 33 aus seiner rechten Stellung heraus- und in den Mittelschlitz 38 so weit hineinbewegt
wird, daß er sich in der linken Grenzstellung dieses Schlitzes befindet, kommt die Rolle 41 der
Zugstange 3O durch die Zugwirkung der Zugfeder 43 in Anlage an einem feststehenden geneigten Anschlagteil
53, so daß die-Zugstange 30 in ein und derselben Stellung gehalten wird, was bedeutet, daß auch der
Hebel 28 des stufenlos verstellbaren Getriebes in ein und derselben Stellung gehalten wird, woraus
sich eine konstante Drehzahl der Abtriebswelle dieses Getriebes ergibt. Bei Bedarf kann eine niedrigere
konstante Drehzahl durch Absenken des rechten Endes der Zugstange 30 eingestellt werden, so daß die Rolle
41 längs des geneigten Anschlagteils 53 abwärts bewegt und aufgrund der Neigung dieses Teils nach links
verschoben wird. Durch diese Verschiebung nach links
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wird über die Zugstange 30 der Hebel 28 des stufenlos verstellbaren Getriebes betätigt, so daß die
Kugel 27 in eine Position bewegt wird, in welcher sie sich näher bei der Mitte der Reibscheibe 24
befindet; die Drehzahl der Abtriebswelle 25 ist dadurch niedriger. Wenn andererseits eine Zunahme
der Drehzahl der Abtriebswelle 25 gewünscht wird, muß das rechte Ende der Zugstange 30 angehoben werden.
Das Absenken bzw. das Anheben des rechten Endes der Zugstange 30 wird mittels des Schalthebels 33
erreicht, der für diesen Zweck mit zwei scheibenförmigen Teilen 54 und 55 versehen ist, die auf
jeder Seite des Schlitzes 32 der Zugstange 30 angeordnet sind und deshalb das rechte Ende der Zugstange
30 zwingen, mit dem Schalthebel 33 mitzugehen, wenn dieser nach Drehung des Handgriffes 56
des Schalthebels 33 abwärts und aufwärts bewegt wird, was bedeutet, daß auch dieser Hebel 33 gedreht und
abwärts bzw. aufwärts in das Gewinderohr 35 geschraubt wird.
Wenn andererseits die Rolle 41 der Zugstange 30 mit dem Hebel 42 in Berührung ist, ist ein Verfolgen der
Kontur der Kurvenscheibe 46 möglich, indem das rechte Ende der Zugstange 30 in der oben beschriebenen Weise
aufwärts oder abwärts bewegt wird, damit die Rolle , 41 der Zugstange 30 weiter von der Achse 45 weg- oder
näher zu derselben hinbewegt und folglich eine Änderung
der Drehzahl der Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes erreicht wird, die durch eine
bestimmte Änderung des Radius der Kurvenscheibe 46 verursacht wird. Die Kennlinie dieser Regulierung
der Drehzahländerung ist unter anderem durch die Lage der Achse 45 festgelegt.
Die Drehzahl, die die Solleistung darstellt und die der Abtriebswelle 25 des stufenlos verstellbaren
Getriebes gegeben wird, wird auf das Sonnenrad 57 eines Planetengetriebes übertragen. Dem äußeren Rad
58 desselben Planetengetriebes wird mittels eines Riemens 59 die Drehzahl aus einem mechanischen Integrator
(nicht dargestellt) zugeführt. Diese Drehzahl stellt die Istleistung dar und verleiht dem äußeren
Rad 58 eine mit Bezug auf die Drehrichtung des Sonnenrades 57 umgekehrte Drehrichtung. Wenn die Istleistung
und die Solleistung übereinstimmen, ist die Beziehung zwischen der Drehzahl des Sonnenrades
57 und dem äußeren Rad 58 derart, daß der Planetenradträger 60 des Planetengetriebes, welcher ein mit
dem Sonnenrad 57 und mit dem äußeren Rad 58 kämmendes Planetenrad trägt, zum Stillstand kommt. Das bedeutet,
daß die Planetenradträgerwelle, d.h. die Abtriebswelle 61 des Planetengetriebes, welches die
Aufgabe des Differentialgetriebes 5 gemäß Fig. 1 erfüllt, sich nicht dreht. Wenn andererseits die Istleistung
niederiger ist als die Solleistung, so wird
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die Drehzahl des äußeren Rades 58 niedriger sein als der Wert, der erforderlich ist, damit ein Stillstand
des Planetenradträgers 60 bewirkt wird, was
bedeutet, daß der Planetenradträger 60 sich in derselben
Richtung wie das Sonnenrad 57 dreht, und zwar mit einer Drehzahl, die davon abhängig ist, um
wieviel die Istleistung unter der Solleistung ist. Die der Abtriebswelle 61 gegebene Drehung betätigt
über eine Reibkupplung 62 und ein Getriebe 63 eine Bremsleistungseinstelleinrichtung 64, die der Steuereinrichtung
6 gemäß Fig. 1 entspricht, derart, daß die Bremsleistung und damit die mechanische Leistung
vergrößert wird. Wenn die Istleistung höher ist als die Solleistung, dreht sich der Planetenradträger 60
in derselben Richtung wie das äußere Rad 58, d.h. im Vergleich zu dem vorhergehenden Fall in entgegengesetzter
Richtung. Die Bremsleistungseinstelleinrichtung 64 wird dadurch so beeinflußt, daß die Bremsleistung
verringert wird.
Um zu vermeiden, daß die Bremsleistung bei niedrigen Drehzahlen des drehenden Teils der Bremsanlage ungünstig
groß wird, was der Fall ist, wenn das Gerät gestartet oder zum Stillstand gebracht wird, ist
es möglich, durch Bewegen des Schalthebels 33 so weit wie möglich nach rechts, wobei diese Bewegung
auf die Zugstange 30 und den Hebel 28 des stufenlos verstellbaren Getriebes übertragen wird, die Kugel
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von dem Mittelpunkt der Reibscheibe 24 aus nach auswärts zu bewegen. Dadurch wird verhindert, daß
die Drehzahl der Abtriebswelle 25 zu niedrig wird, was eine zu hohe Solleistung und folglich eine zu
hohe Bremsleistung verursachen würde.
Wenn die automatische Leistungsregelung abgeschaltet werden soll, wird der Schalthebel 33 in den oberen
Schlitz 39 gemäß Fig. 3 bewegt. Das rechte Ende der Zugstange 30 wird dadurch quer verschoben, so daß
ein an der Zugstange angebrachter Ansatz 65 mit dem rechten Teil eines Ausrückhebels 66 in Berührung
kommt und diesen Hebel um seine feststehende Achse 67 dreht. Diese Drehung des Ausrückhebels 66 bewirkt
das Ausrücken der Reibkupplung 62 und dadurch das Auftrennen der Verbindung zwischen der Abtriebswelle 61 des Planetengetriebes und dem Getriebe 63,
welches die Bremsleistungseinstelleinrichtung 64 antreibt. Der Ausrückhebel 66 trennt außerdem mit Hilfe
eines Abzweigarms 68 die Reibscheibe 15 des Fliehkraftreglers von der Riemenscheibe 18. Der Fliehkraftregler
verliert dadurch seine Antriebskraft und kommt zum Stillstand. Wenn der Schaltarm 33 zu dem
linken Ende des Schlitzes 39 in Fig. 3 bewegt ist, ist eine Reibscheibe 69 an dem Schalthebel 33 mit
einem Reibzylinder 70 in Berührung gebracht worden, welcher in der Lage ist, durch eine biegsame Welle
71 das Getriebe 63 anzutreiben, welches seinerseits
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die Bremsleistungseinsteileinrichtung 64 betätigt.
Wenn der Schalthebel 33 in der beschriebenen Stellung ist, ist es möglich, durch Drehen des Handgriffs
56 dieses Hebels die Bremsleistung von Hand einzustellen.
In Verbindung mit Fig. 4 wird nun eine andere kompakte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Diese Ausführungsform enthält einen Fliehkraftregler 72, der durch eine Reibscheibe 73 betätigt
wird, die mit Hilfe einer Riemenscheibe 74 in Drehung versetzt wird, und zwar unter einem geeigneten Nachgiebigkeitsgrad
des Reibantriebs. Die Riemenscheibe 74 ist ihrerseits durch einen Riemen 75 angetrieben,
der seine Antriebskraft beispielsweise von einem drehenden Teil in der Bremsanlage empfängt. Der Fliehkraftregler
72 arbeitet in der oben in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 beschriebenen
Weise, mit der Ausnahme, daß das Antriebssystem für den Fliehkraftregler derart abgeändert worden ist, daß
die Abtriebsdrehzahl des Fliehkraftreglers auf den momentan gewünschten Wert eingestellt werden kann, statt
daß er, wie in der vorhergehenden Ausführungsform, ein für allemal voreingestellt wird. Diese Abänderung wird
dadurch erreicht, daß die Riemenscheibe 74, die den Fliehkraftregler antreibt* axial verschiebbar gemacht
ist. Je näher die Riemenscheibe 74 zu dem Fliehkraftregler 72 gebracht wird, um so weiter müssen die Flieh-
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gewichte 72a des Fliehkraftreglers von der Reglerwelle
72b weg mittels der Fliehkraft in Gegenwirkung zu einer durch eine Zugfeder 72c dargestellten Kraft
nach außen gedrückt werden, d.h. umso höher muß die Fliehkraftreglerdrehzahl sein, damit das Rutschen
zwischen der Reibscheibe 73 und der Riemenscheibe 74 anfängt und dadurch die konstante Drehzahl des Fliehkraftreglers
beginnt.
Die Einstellung der axialen Lage der Riemenscheibe und folglich die Steuerung der Drehzahl des Fliehkraftreglers
erfolgt mit Hilfe eines Hebels 76. Das obere Ende dieses Hebels ist mit einer Rolle 77 versehen.
Der Hebel 76 ist in der Mitte verzweigt, um eine Schleife 78 zu bilden, die zwei Lager 79 enthält,
in welchen ein Ring 80 montiert ist. Dieser Ring liegt an einem Bund 81 der Riemenscheibe 74 an
und hält diese Riemenscheibe in einer axialen Lage, die von der Lage des Hebels 76 abhängt. Das untere Ende
des Hebels 76 geht durch einen Schlitz 82 in einer Platte hindurch, welche im übrigen nicht dargestellt
ist. Wönn das untere Ende des Hebels 76 zu dem linken
Ende des Schlitzes 82 bewegt ist, liegt das obere Ende des Hebels 76 mittels der Rolle 77 an einem Block 83
an. Dieser Block ist durch eine Einstellschraube 84 infer axialen Richtung derselben verschiebbar. Wenn
der Block 83 vertikal verschoben wird, wird der Hebel 76 um einen Punkt geschwenkt, an welchem der Hebel den
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einen Rand des Schlitzes 82 berührt,was bedeutet, da3
der Ring 80 durch seine Anlage an dem Bund 81 die Riemenscheibe 7 4 axial verschiebt, wodurch die Drehzahl
des Fliehkraftreglers verändert wird. Wenn andererseits der Hebel 76 in die gestrichelt dargestellte Lage 76"
bewegt ist und dadurch mit seinem unteren Ende in dem rechten Ende des Schlitzes 82 liegt, wird die Lage des
oberen Endes des Hebels 76 durch eine Kurvenscheibe 85 gesteuert, welche deshalb in Analogie mit dem was
vorher beschrieben wurde die Drehzahl des Fliehkraftreglers 72 steuert. Für jedes Leistungsprogramm wird
eine besondere Kurvenscheibe benötigt. Der Antrieb der Kurvenscheibe erfolgt mittels eines Synchronmotors,
eines Uhrwerks oder eines Fliehkraftreglers.
Der Vergleich zwischen der die Solleistung darstellenden Drehzahl in der Bremsanlage und der ihre Istleistung
darstellenden Drehzahl wird mit Hilfe eines Differential getriebes 86 vorgenommen. Die erstgenannte Drehzahl,
die man aus dem Fliehkraftregler 72 erhält, wird dem oberen Zahnrad 86a des Differentialgetriebs 86 zugeführt,
während die zweitgenannte Drehzahl, die man aus dem Integrator (in Fig. 4 nicht dargestellt) erhält,
der die Istleistung in der Bremsanlage mißt und der dem Integrator 4 von Fig. 1 entspricht, wird über eine
Reibkupplung 87 und eine Welle 88 dem unteren Zahnrad 86b des Differentialgetriebs 86 zugeführt. Die Drehrichtung
des Fliehkraftreglers 72 ist so gewählt, daß
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die Zahnräder 86a und 86b in bezug aufeinander entgegengesetzte Drehrichtungen haben. Wenn die Sollleistung
und die Istleistung gleich sind/ drehen sich diese Räder 86a und 86b mit derselben Drehzahl,
was bedeutet/ daß das Zwischenrad 86c des Differentialgetriebes 86 sich dreht, wobei es seine Drehsymmetrieachse
in einer festen Richtung hat. Wenn andererseits die Solleistung höher als die Istleistung ist, wird
das Zwischenrad 86c durch das obere Rad 86a gezwungen, sich um die Achse des letzteren zu drehen, wobei die
Drehzahl des Rades 86c um diese Achse von der Differenz zwischen der Drehzahl des oberen Rades 86a und des
unteren Rades 86b abhängt. An der Drehung des Zwischenrades 86c um die Achse des oberen Rades 86a muß auch
das Gehäuse 86d des Differentialgetriebes teilnehmen, da dieses Gehäuse durch ein Lager 86e das Zwischenrad
86c trägt. Die Drehung des Gehäuses 86d wird auf ein Zahnrad 89 übertragen, welches durch ein Zahnrad 90
und eine Welle 91 eine nicht dargestellten Bremsleistungsregelvorrichtung
derart antreibt, daß die Bremsleistung der Bremsanlage vergrößert wird. Wenn andererseits
die Solleistung niedriger ist als die Istleistung, spielt sich ein Prozeß ab, der dem eben beschriebenen
zwar ähnlich ist, jedoch zu einer solchen Drehrichtung der Abtriebswelle 91 führt, daß die Bremsleistung verringert
wird.
Das Abschalten der Bremsleistungsregelvorrichtung er-
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folgt derart, daß ein Hebel 93, der mit einem Nocken 92 versehen ist, derart in eine Richtung bewegt wird,
daß eine U-förmige Stange 94 verschoben wird. Diese Stange verschiebt dadurch einen Bund 95 axial und
trennt die Reibscheibe 73, die den Fliehkraftregler antreibt, von der Riemenscheibe 74. Die Stange 94
rückt außerdem die Reibkupplung 87 aus, die den Fliehkraftregler mit dem Leistungsintegrator der Bremsanlage
verbindet. Wenn eine solche Trennung stattgefunden hat, kann die gewünschte Bremsleistung mittels
eines Knopfes 96 eingestellt werden, der durch eine Welle 97 und die drei Zahnräder 98, 89 und 90 mit
der die Bremsleistungsregelvorrichtung antreibenden Welle 91 verbunden ist.
Wenn, wie es bei den oben beschriebenen beiden Ausführungsformen
der Erfindung der Fall ist, die Antriebsleistung für die Regelvorrichtung vollständig oder im
wesentlichen dem drehenden Teil der Bremsanlage entnommen wird, kann es vorkommen, daß diese Leistung in
bezug auf die durch die Bremsanlage gebremste Leistung nicht klein ist und daß es erforderlich sein kann, den
Integrator (4 gemäß Fig. 1), der die Istleistung der Bremsanlage mißt, ebenfalls in der Messung zu haben,
damit die Durchschnittsantriebsleistung der Regelvorrichtung oder, bei höheren Anforderungen an die Genauigkeit,
ihre momentane Antriebsleistung berücksichtigt wird.Das letztgenannte Verfahren kann durchgeführt werden, indem
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24189A0
ein Differentialgetriebe vorgesehen wird/ welches
mißt, wie groß die Antriebsleistung ist, die durch
die Regelvorrichtung in jedem Augenblick verwendet
wird, und den Augenblickswert des Integranden in
dem oben genannten Integrator mit Bezug auf die Antriebsleistung korrigiert. Eine Einrichtung, die für diesen Zweck verwendet werden kann, wird in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben.·
mißt, wie groß die Antriebsleistung ist, die durch
die Regelvorrichtung in jedem Augenblick verwendet
wird, und den Augenblickswert des Integranden in
dem oben genannten Integrator mit Bezug auf die Antriebsleistung korrigiert. Eine Einrichtung, die für diesen Zweck verwendet werden kann, wird in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben.·
In der Einrichtung gemäß Fig. 5 ist das drehende Teil 99 der Bremsanlage mit einem Zahnrad 100 eines Differentialgetriebes
verbunden. In dem Gehäuse 101
dieses Getriebes ist ein Zwischenrad 102 drehbar gelagert, welches mit diesem Zahnrad 100 und mit einem dritten Zahnrad 103 des Differentialgetriebes in Eingriff ist. Das dritte Zahnrad 103 ist mit einer Riemenscheibe 104 versehen, die einen Riemen 20 (gemäß
den Fig. 2 und 3) oder einen Riemen 75 (gemäß Fig.4) antreibt, welcher seinerseits die Leistungsregelvorrichtung antreibt. Das Gehäuse 101 des Differentialgetriebes ist um dieselbe geometrische Achse wie
die beiden einander gegenüberliegenden Zahnräder 100 und "103 drehbar und mit einer Riemenscheibe 1O5 versehen, von welcher die Drehung des Gehäuses abgenommen werden kann. Wenn die Leistungsregelvorrichtung angetrieben wird, sind die Riemenscheibe 104 für diesen Antrieb und außerdem das mit ihr verbundene Zahnrad durch das benötigte Antriebsmoment belastet. Dadurch
dieses Getriebes ist ein Zwischenrad 102 drehbar gelagert, welches mit diesem Zahnrad 100 und mit einem dritten Zahnrad 103 des Differentialgetriebes in Eingriff ist. Das dritte Zahnrad 103 ist mit einer Riemenscheibe 104 versehen, die einen Riemen 20 (gemäß
den Fig. 2 und 3) oder einen Riemen 75 (gemäß Fig.4) antreibt, welcher seinerseits die Leistungsregelvorrichtung antreibt. Das Gehäuse 101 des Differentialgetriebes ist um dieselbe geometrische Achse wie
die beiden einander gegenüberliegenden Zahnräder 100 und "103 drehbar und mit einer Riemenscheibe 1O5 versehen, von welcher die Drehung des Gehäuses abgenommen werden kann. Wenn die Leistungsregelvorrichtung angetrieben wird, sind die Riemenscheibe 104 für diesen Antrieb und außerdem das mit ihr verbundene Zahnrad durch das benötigte Antriebsmoment belastet. Dadurch
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wird das Zwischenrad 102 durch eine Umfangskraft an der Stelle des Eingriffes mit diesem Zahnrad 103
angetrieben. Zur Erzielung eines momenten Gleichgewichts um die Drehsymmetrieachse des Zwischenrades
herum muß die auf das Zwischenrad an der Stelle des Eingriffs mit dem übrigen Zahnrad 100 einwirkende
Umfangskraft dieselbe Richtung und dieselbe Größe wie die zuvor genannte Umfangskraft haben. Das Ergebnis
ist ein Moment, welches auf das Gehäuse 101 und folglich auf dessen Riemenscheibe 105 einwirkt.
Dieses Moment ist doppelt so groß wie das auf die andere Riemenscheibe 104 einwirkende Antriebsmoment.
Das Moment auf die Riemenscheibe 105 des Gehäuses 101 wird durch eine geeignete Vorrichtung so umgesetzt, daß
es direkt zu der auf das drehende Teil der Bremsanlage einwirkenden Bremskraft (oder dem Bremsmoment)
addiert werden kann. Anschließend wird diese Summe verwendet, um die Größe des Integranden des Leistungsintegrators anzuzeigen.
Bei Bedarf kann die Leistungsregelvorrichtung mit besonderen Einrichtungen versehen sein, die, beispielsweise
auf optischem Wege, eine bestimmte Leistung oder Leistungsänderung anzeigen.
Die Erfindung ist hier in Verbindung mit einigen besonderen
Ausfuhrungsformen dargestellt und beschrieben
worden. Im Rahmen der Erfindung können die oben be-
- 26 409845/0 986
schriebenen und weitere Einrichtungen auf verschiedene Weise abgeändert werden.
- Patentansprüche -
- 27 -
409845/0986
Claims (1)
- 2A18940Patentansprüche :Ό -/ 1./ Vorrichtung zum Regeln der Bremsleistung inBremsanlagen mit einer Bremsleistungseinstelleinrichtung, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, die Bremsleistung der Bremsanlage konstant zu halten oder ihr eine programmierte Änderung zu geben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nicht-elektronische Vergleichseinrichtungen (5 bzw. 57, 58, 60, 61 bzw. 86) enthält, die derart angeordnet sind, daß sie zwei Drehzahlen miteinander vergleichen, von welchen die erste Drehzahl in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der in der Bremsanlage tatsächlich vorhandenen Leistung steht und von welchen die zweite Drehzahl in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der Solleistung in der Bremsanlage steht, und auf der Grundlage dieses Vergleiches ein Ausgangssignal in Form einer dritten Drehzahl liefern, die ein genaues Maß der möglichen Differenz zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl bildet, und daß Einrichtungen zum Verwenden des Ausgangssignals zum Steuern der Bremsl^eistungseinstelleinrichtung (6 bzw. 64) vorgesehen sind, damit dadurch die Bremsleistung der Bremsanlage so eingestellt wird, daß die Solleistung und die Istleistung in Übereinstimmung gebracht werden.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-elektronischen Vergleichseinrichtungen- 28 409845/0986(5 bzw. 57, 58, 60, 61 bzw. 86) mechanisch arbeiten.3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-elektronischen Vergleichseinrichtungen (5 bzw. 57, 58, 60, 61 bzw. 86), die mechanisch arbeiten, mechanische Getriebe sind.4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl, welche in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der Sollleistung steht, aus einem Fliehkraftregler (72) mit einstellbarer Drehzahl, einem Elektromotor mit einstellbarer Drehzahl oder einem Federmotor mit einstellbarer Drehzahl erhalten wird.5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl, die in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der Sollleistung steht, aus einem stufenlos verstellbaren Getriebe (24, 25, 26, 27, 28, 29), welches durch einen Fliehkraftregler (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) angetrieben wird, der eine nicht veränderliche Drehzahl hat, aus einem Elektromotor mit einer nicht veränderlichen Drehzahl oder aus einem Federmotor mit einer nicht veränderlichen Drehzahl erhalten wird.6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die benötigte Antriebsleistung für den- 29 409845/0986Fliehkraftregler (8, 9,.i1O, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 bzw. 72), für den Elektromotor oder für den Federmotor der Bewegung eines drehenden Teils in der Bremsanlage entnommen wird.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche oder die momentane Antriebsleistung für den Fliehkraftregler (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 bzw. 72), für den Elektromotor oder den Federmotor berücksichtigt wird, wenn die Istleistung der Bremsanlage mittels eines Integrators gemessen wird, und daß in dem letztgenannten dieser Fälle (momentane Antriebsleistung) die notwendige Information für diese Berücksichtigung, wenn es sich um die Größe des Antriebsmoments oder der abgenommenen Antriebsleistung handelt, aus einem Differentialgetriebe (100, 101, 102 bzw. 103) erhalten wird.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl, die in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der Solleistung steht, einstellbar ist, vorzugsweise von Hand und/oder automatisch, in dem zweiten Fall gemäß einem vorgewählten Programm, welches beispielsweise in Form einer Kurvenscheibe (46 bzw. 85) verwirklicht ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten der Kurvenscheibe (46 bzw. 85) derart erfolgt, daß es nicht erforderlich ist, die Kurvenschei-30 _ 409845/0986be zu ändern, sondern daß nur eine Einstellung des Abtastvorganges erforderlich ist, wenn die Leistungswerte des Programms vergrößert oder verkleinert werden sollen.10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten der Kurvenscheibe (46 bzw. 85) durch einen Hebel 42 mit einem veränderlichen Hebelverhältnis erfolgt, was eine Änderung der Leistungswerte des Programms ohne Austausch der Kurvenscheibe ermöglicht.11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (46 bzw. 85) durch den gewöhnlichen Drehzahlgeber (1a) der Leistungsregelvorrichtung angetrieben ist, wenn dieser Drehzahlgeber eine nicht veränderliche Drehzahl liefert, oder von dem gewöhnlichen Fliehkraftregler (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) oder von dem Elektromotor oder von dem Federmotor angetrieben ist, wenn deren Drehzahl nicht veränderlich ist.12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (46 bzw. 85) von einem eigenen Fliehkraftregler, einem eigenen Elektromotor oder einem eigenen Federmotor angetrieben ist.,13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Abschalten- 31 .-409845/0986der Regelfunktion vorgesehen sind und daß Möglichkeiten vorgesehen sind, die Bremsleistung der Bremsanlage von Hand einzustellen.14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung einer ungünstig großen Bremsleistung, wenn das Gerät gestartet oder zum Stillstand gebracht wird, von Hand oder automatisch durch eine Einrichtung verhindert wird, die bei niedrigen Drehzahlen des drehenden Teils der Bremsanlage die Bremsregelungsfunktion abgeschaltet hält, und/oder durch eine Einrichtung oder durch eine Anordnung, die bewirkt, daß die Drehzahl, die in einer bestimmten funktionalen Beziehung zu der Solleistung steht, innerhalb eines Wertebereiches gehalten wird, der einer niedrigen Solleistung entspricht.15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jegliche Handeinstellung der Leistungsregelvorrichtung und jegliche Handeinstellung der Bremsleistung der Bremsanlage "mittels eines einzigen , Einstellteils (33) ausgeführt werden kann.409845/0986
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Legal Events
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