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Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Regeln
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der Verzögerung und/oder Beschleunigung von in einer vorgegebenen
Bahn verfahrbaren Fahrzeugen, wie Seilbahnwagen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Regeln der Verzögerung und/oder Beschleunigung
von in einer
vorgegebenen Bahn verfahrbaren Fahrzeugen, wie Seilbahnwagen,
mit Mess- und Bremsvorrichtungen.
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Bei Anlagen der Fördertechnik wie im Kran- und Seilbahnbau oder Schachtförderanlagen
geht die Entwicklung zunehmend dahin, die Bremsung der an ihrem Ziel ankommenden
Fördereinheiten in der Weise zu beeinflussen, daß dabei während des gesamten Bremsvorganges
eine bestimmte vorgesehene Bremsverzögerung bzw.
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Beschleunigung oder ein bestimmter Verlauf ihrer Größe aufrechterhalten
wird.
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Dies ist mit Bremsen, die mit konstanter Kraft einfallen, nicht immer
zu erreichen, da die zu erzielende Bremsverzögerung infolge unterschiedlicher Beladung
der Fördereinheiten des mit der Witterung unterschiedlichen Reibwertes zwischen
Bremsbelag und Bremsscheibe und der speziell bei Seilbahnen mit den Neigungsunterschieden
der Förderseile auftretenden Änderungen der abzubremsenden Last eine stetige Anpassung
der Bremskraft an diese variablen Gegebenheiten verlangt. Eine Erhöhung der abzubremsenden
Last würde beispielsweise eine entsprechende Vergrößerung der Bremskraft zur Aufrechterhaltung
der gleichen Bremsverzöperung erfordern.
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Dabei ist ein Einsatz von Regelbremsen erforderlich, die mit Hilfe
von Meß- und Regeleinrichtung auftretende Abweichungen der Bremsverzögerung von
ihrem Sollwert durch entsprechende Beeinflussung geeigneter Stellgrößen wieder aufheben.
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Während bei den meisten Fahrzeugen die sogenannte "aktive" Bremsung
durch hydraulischen oder pneumatischen Druck gegen eine mechanische (Feder-) Lüftkraft
gebräuchlich ist, wendet man bei den schweren Fördereinheiten aus Sicherheitsgründen
den umgekehrten Weg einer passivent' Bremsung an, d. h. es wird gegen eine mechanische
Kraft hydraulisch gelüftet, bei Wegnahme oder Ausfall des hydraulischen Druckes
fällt die Bremse durch die mechanische Kraft automatisch ein. Bei diesen beiden
Systemen wird die Bremskraft durch Beeinflussung des
Oldruckes,bei
Wirbelstrombremsen auf elektrischem Weg geregelt.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs gekennzeichneten Gattung wird statt
der Verzögerung an einem drehenden Teil des Systems mit einem Tachogenerator die
vorhandene Geschwindigkeit kontinuierlich gemessen. Der der jeweiligen momentanen
Geschwindigkeit proportionale Strom wird beim Bremsen als Istwert in einen Regelkreis
eingeführt und dort mit dem von einem sogenannten elektronischen Hochlaufgeber hergestellten
Verlauf des elektrischen Sollwertstromes verglichen, der dem gewünschten Verlauf
der Geschwindigkeit bei der Bremsung entspricht.
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Aus der DT-PS 1 252 228 ist ein Verfahren der analogen Differenzierung
einer der Geschwindigkeit analogen vom Tachogenerator gelieferten Spannung bekannt,
bei dem in den Regelkreis ein Strom eingeführt werden kann, welcher der tatsächlichen
Bremsverzögerung proportional ist.
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Abweichend hiervon ist eine andere Variante einer Rechenschaltung
bekannt, die über den indirekten Weg einer (hier nicht erläuterten) Integration
einer als bekannt angenommenen Bremsen~ zögerung eine Regelung des Geschwindigkeitsverlaufs
ermöglicht, wobei die Geschwindigkeit mit einem Tachogenerator gemessen wird.
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Für Linearbewegungen sind Geräte bekannt, die auf einem kinetischen
Prinzip beruhen. Sie enthalten eine auf sogenannten Dehndrähten gespannte seismische
Masse. Diese Drähte sind gleichzeitig Widerstände einer Wheatstone'schen Brückenschaltung,
sie erfahren bei Qeschwindigkeitsänderungen durch die Massenkraft Längen- und damit
Widerstandsänderungen, die in einem gewissen Bereich proportional zu den gegebenen
Verzögerungen sind. Diese Geräte sind nicht für die Messung von Drehbeschleunigungen
geeignet, da durch die dabei auftretenden Fliebkräfte Wertverfälschungen entstehen.
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Im weiteren ist ein für die Messung von Winkelbeschleunigungen geeigneter
Drehschwintungs-Aufnehmer bekannt, primär für die Messung von Drehschwingungen vorgesehen,
aber nur unterhalb von 2 Hz für die Drehbeschleunigung verwendbar. Dieser arbeitet
auch
nach dem Seismoseter-Prinzip mit einer federgefesselten Masse, deren Relativdrehung
gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe von induktiven tastlosen Wegeaufnehmern in eine
proportionale elektrische Größe umgewandelt wird.
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Alle diese Meßgeräte weisen trotz ihrer Verschiedenheit zwei Eigenschaften
auf, die sich auf die Art der Meßwertaufnahme bzw. -abtastung beziehen: Zwischen
dem Teil des bewegten Systems, an dem die Meßgröße abgetastet wird (also etwa am
Wellenende) und dem Meßgerät besteht eine formschlüssige mechanische Verbindung,
welche die Bewegungen dieser Welle schlupffrei auf das Meßgerät überträgt. Der Meßwert
wird hierbei kontinuierlich, d.h. also stetig fortlaufend, aufgenommen. Andererseits
treten bei den Förderanlagen während eines solchen Bremsvorganges, der sich über
eine Zeitdauer bis zur Größenordnung einer Minute erstrecken kann, unvermeidbare
und meistens auch kurzzeitige Geschwindigkeitsschwankungen auf, die den stetigen
Verzögerungsverlauf störend beeinflussen. Sie werden u.a. durch die folgenden Faktoren
verursacht: Änderungen und Schwankungen der abzubremsenden Last während des Bremsens,
mögliche Reibwertänderungen zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag durch thermische
oder sonstige Einflüsse, Schwingungen der Förderseile und schließlich bei Seilbahnen
und Kabelkranen Neigungsänderungen des Förderseiles an der Lastangriffsstelle bei
Stützenüberquerung.
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Insbesondere die kurzzeitigen Last- und Förderseilschwingungen, beispielsweise
bei Seilbahnen in Verbindung mit den oben angeführten zwei Eigenschaften üblicher
Verzögerungsmeßgeräte, haben einen nachteiligen Einfluß auf die daran angeschlossene
Bremskraftregelung. Sie führen zwangsläufig zu Qegensteuerungen dieser Regelvorrichtung,
die nicht erwünscht sind, u.a. weil diese Schwingungen sich üblicherweise von selbst
wieder auf den richtigen Mittelwert einpendeln. Die Regelung, die auch nicht die
gleiche Eigenfrequenz wie diese Schwingung hat, kann damit diesen gegenüber einen
sogenannten aufschaukelnden Effekt haben.
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Dieser Anfälligkeit gegenüber kurzwelligen Sollwertschwankungen versucht
man gewöhnlich durch den Einbau eines Dämpfungsgliedes in das Meßwerk zu begegnen.
Hieraus ergibt sich aber wiederum
ein anderer Nachteil, nämlich
eine durch die Dämpfung bedingte Nacheilung des Meßwertes hinter dem Betrag der
zu messenden Größe der Verzögerung. Dadurch kann der Fall eintreten, daß bei Zunahme
(Abnahme) des in bezug auf den Sollwert zu kleinen (zu großen) tatsächlichen Istwertes
dieser..den Betrag des Sollwertes bereits überschritten (unterschritten) hat, während
sich sein gemessener Betrag noch unterhalb (oberhalb) des Sollwertes befindet. Solange
bis der gemessene Betrag des Istwertes den Sollwert erreicht hat, arbeitet die Regelung
im wesentlichen falsch mit Hinblick auf eine Vergrößerung der Abweichung vom Sollwert.
Insgesamt hat eine solche Regelung mit gedämpfter Meßeinrichtung die Neigung, den
Sollwert in einem degressiv verlaufenden Einschwingungsvorgang anzusteuern, wobei
sich diese in gleicher Weise nachteilig auf den Bremskraftverlauf auswirkt.
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Auch dieser Nachteil ließe sich durch eine zusätzliche Dämpfung im
Regelkreis bzw. in dessen Stellglied herabmindern, wobei eine längere Regelungsdauer
in Kauf genommen werden müsste. Die mit dieser Art der Meßwertaufnahme verbundenen
Störquellen lassen sich nicht direkt beseitigen, sondern höchstens umwandeln, ihre
wirkliche Behebung erfordert daher ein völlig anderes Konzept der Meßwertaufnahme.
Die bisherige Art der Verzögerungsmessung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch
die mechanische Verbindung zwischen Meßgerät und dem zu messenden System sowie durch
die kontinuierlich fortlaufende Meßwertaufnahme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren mit Vorrichtung der eingangs gekennzeichneten Gattung zu vermeiden und
ein Verfahren mit Vorrichtung zur Messung bzw. Optimierung der Verzögerung und Beschleunigung
von in einer vorgegebenen Bahn verfahrbaren Fördermitteln, wie Seilbahnwagen, Kranbrücken
bzw. Krankatzen oder Schachtkäfigen, auf relativ exakte und verzögerungsfrei ermittelte
Werte zu erzielen, welches frei von Störfaktoren wie Seil- und Antriebsschwankungen
vorgesehen ist.
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Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Meßwertaufnahme der
Geschwindigkeitsänderung bzw. Verzögerung und/oder Beschleunigung der Seilbahnwagen
14 diskontinuierlich und berührungslos
in einem Drei-Impuls-Verfahren
vorgesehen ist, wobei bei dem Meßvorgang drei in Bewegungsrichtung in gleichen Abständen
S voneinander entfernte Loch-Markierungen einer Scheibe 4, die mit dem Antrieb 13
gekoppelt ist, beim Passieren einer feststehenden Lichtquelle 3 kurzzeitige, impulsförmige
Signale hindurchlassen, die von einem ortsfest angeordnetem Empfänger 5 ohne zeitliche
Verzögerung aufgenommen und für eine nachgeschaltete der Umwandlung der Meßimpulse
in die Verzögerung bzw. Beschleunigung dienende Rechenschaltung 6 gespeichert werden,
wobei die zeitlichen Abstände zwischen dem ersten und zweiten, zwischen dem zweiten
und dritten sowie dem ersten und dritten Impuls als konstante Größen zur Ermittlung
der Geschwindigkeitsänderung b nach der Formel
vorgesehen sind.
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Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen,
daß die berührungslose und diskontinuierliche Meßwertübertragung mittels Lichtstrahl
von der feststehenden Lichtquelle 3 zum als Photozelle ausgebildeten Empfänger 5
vorgesehen ist, zwischen denen eine mit den Seilbahnwagen i4 bzw.
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den Fördereinheiten in konstantem Geschwindigkeitsverhältnis stehende
drehbar verlagerte Lochscheibe 4 bzw. translatorisch bewegbare Lochschiene angeordnet
ist, wobei die in Dreier-Folgen in Abständen S vorgesehenen Meßbohrungen in Verbindung
mit der Lichtquelle 3 und der Photozelle Impulse für die Rechenschaltung 6 erzeugen.
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Bei einer Rechenschaltung zur Umwandlung der Meßimpulse in die Verzögerung
bzw. Beschleunigung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß sie als nachgeschaltete
Digitalschaltung 6a ausgestaltet ist, welche zur Ermittlung der Verz«prung bzw.
Beschleunigung bn der Fördereinheiten 14 auf der vorgegebenen Bahn 15 nach der Formel
so vorgesehen ist, daß die Eingabeimpulse durch ein Steuerteil
16 - 32, welches zur zeitlichen und örtlichen Verteilung der Impulse ausgestaltet
ist, und von dem nach erfolgter Impulszählung die Impulse in an sich bekannte Rechenelemente
33 - 37 weitergeleitet werden, die gemäß der Formel für b die Impulse auswerten
und über eine zahlenmäßige Angabe die Verzögerung bzw.
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Beschleunigung bestimmen, wobei der digitale Wert über einen Digital-Analog-Umwandler
42 in einen der Verzögerung bzw. Beschleunigung analogen Meßwert und nach Ist-Soll-Wertvergleich
in einem Regel element 9 zu einer Stellgröße für die Bremskraft bzw. Beschleunigung
oder Verzögerung umgewandelt wird.
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Eine weitere bevorzugte Rechenschaltung zur Umwandlung der Meßimpulse
ist so vorgesehen, daß sie als nachgeschaltete Analogschaltung 6b ausgestaltet ist,
welche zur Ermittlung der Verzögerung bzw. Beschleunigung b" der Fördereinheiten
14 auf der vorgegebenen Bahn 15 laut Formel so vorgesehen ist, daß die Eingabeimpulse
lediglich zu analogen Werten umgeformt werden.
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Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß zu einer variabel
vorgegebenen Bremsverzögerung bzw. -beschleunigung die Abstandswerte "S" der verschiedenen
Dreier-Folgen auf der Lochscheibe 4a beispielsweise in einer vorgegebenen archimedischen
Spirale variabel angeordnet sind.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens wird zu einer variabel vorgegebenen Bremsverzögerung bzw. -beschleunigung
in der Digitalschaltung 6a bzw. der Analogschaltung 6b im Dividendenspeicher der
Wert "S" in Abhängigkeit vom Bremsweg bzw. Fahrgeschwindigkeit auf einen der vorgesehenen
Sollverzögerung entsprechenden Wert variiert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung folgen aus der nachstehenden
Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Erfindungsbeispielen. Es zeigen:
Fig.
1 eine Gesamtansicht einer Seilbahnanlage, in schaubildlicher Darstellung, Fig.
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit Lichtquelle, Lochscheibe
und Empfänger, Fig. 3 ein Diagramm, aus dem die abgetasteten Weg- und Zeitdifferenzen
zur Ableitung der Formel für die Verzögerung b ersichtlich sind, Fig. 4 das Schaltschema
der Digital-Rechenschaltung, Fig. 5 das Schaltschema der Analog-Rechenschaltung
und Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung für eine variabel vorgegebene
Bremsverzögerung bzw.
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-beschleunigung, Fig. 7 hierzu eine Draufsicht auf die Lochscheibe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einem berührungslosen Prinzip,
da keine mechanische Verbindung mehr zwischen dem bewegten System, dessen Verzögerung
festgestellt werden soll, und dem Meßgerät vorhanden ist.
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Die Meßwertaufnahme geschieht durch Signalübertragung kurzzeitiger
Impulse von Sendern auf dem bewegten System zu einem feststehenden Empfänger. Diese
Sender haben in Bewegungsrichtung genau den gleichen Abstand voneinander und senden
nur beim Passieren eines bestimmten feststehenden Punktes die Signale aus. Einetechnisch
relativ einfache Lösung hierfür reduziert die Anzahl der Sender auf eine feststehende
Lichtquelle 3, deren Lichtstrahl auf eine Lochscheibe 4 gerichtet ist, die in einem
festen Drehzahlverhältnis zum Seilbahnantrieb rotiert und auf ihrem Umfang kleine
Bohrungen in gleichen Abständen S voneinander aufweist. Passieren diese Bohrungen
den Lichtstrahl, dann trifft er durch die Bohrungen auf eine in einem bestimmten
Abstand hinter der Lochscheibe fest angebrachten Empfänger (Photozelle) 5, wo er
elektrische Impulse erzeugt, deren zeitliche Abstände voneinander Grundlage für
eine nachgeschaltete Rechenschaltung 6 zur Ermittlung der Verzögerung sind. Die
Signalübertragung erfolgt hierbei trägheitslos, die Meßgenauigkeit kann weiterhin
durch möglichst kleine Bohrungsdurchmesser und im Vergleich dazu große Abstände
der Bohrungen voneinander, sowie durch große Abstände der Lichtquelle und der Photozelle
von der zwischen ihnen stehenden Loch scheibe auf einen optimalen Grad gebracht
werden.
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Außer dieser photoelektronischen Art der Signalübertragung
sind
andere möglich, beispielsweise mit magnetischer Impulsübertragung. Voraussetzung
ist die Erzeugung von Impulsen, die von Markierungen auf dem bewegten System stammen,
die den gleichen Abstand S voneinander haben und durch Signalübertragung einem Meßgerät
übermittelt werden. Dies ist Merkmal einer diskontinuierlichen Meßwertaufnahme.
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In Bild 2 ist schematisch die Anordnung eines solchen Meßwertaufnehmers
dargestellt.
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Wie aus dem nachfolgenden Rechnungsgang hervorgeht, wird für die vollständige
Bestimmung der vorherrschenden Beschleunigung oder Verzögerung die Registrierung
von nur drei aufeinanderfolgenden Impulsen benötigt. Eine weitere Voraussetzung
besteht darin, daß während des Zeitintervalls des Messens diese Geschwindigkeitsänderung
konstant ist. Dies wird dadurch erreicht, daß sich die Regelung zeitlich dem Meßvorgang
anschließt, wobei beide Phasen nicht gleichzeitig auftreten. Dies ist auch für die
Regelung von Vorteil. Für den zurückgelegten Weg von Beginn einer gleichmäßig verzögerten
oder beschleunigten Bewegung an gilt die Beziehung: sab. t2 /2 Es werden, wie aus
Bild 3 ersichtlich, beim Messen als definierte Strecken nur die zeitlichen Abstände
bzw. Zeitdifferenzen (tn - tn-1) für das Durchlaufen einer bestimmten Strecke nSn
als Abstand zwischen zwei Markierungen (Bohrungen in der Lochscheibe) abgegriffen,
nicht aber die zeitlichen Absolutbeträge tl; t2; ... tn~i usw. von Beginn des Verzrungsvorgangs
an, auS denen nach der obigen Beziehung die Verzögerung direkt ermittelt werden
könnte. Dabei imiß die vorhandene Geschwindigkeitsänderung mit Hilfe von Zeitintervallen
bestimmt werden, die mitten im Verzögerungs (bzw. .Beschleunigungs-) vorgang liegen.
Das ist beispielsweise von folgenden aus der Aufzeichnung von drei auf einanderfolg
enden Zeitintervallen mit einer mathematischen Verknüpfung vorgesehen: Aus den drei
gleichwertigen Beziehungen: 81 3 b t1 /2 2 2 nbt2 /2
53 =b t32
/ 2 ergibt sich durch Subtraktion: S2 - s1 = b (t22 -t12) / 2 = b (t2 - t1) (t2
+ t1) / 2 sowie s3- s2 = b (t32 - t2 ) / 2 = b (t3 - t2) (t3 + t2) / 2 Diese beiden
Gleichungen werden jeweils nach (t + t ) aufgen n-1 löst und sodann voneinander
subtrahiert, wobei für die gleich großen Strecken s3 s2 - s2 - si = S eingesetzt
wird.
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Für die Geschwindigkeit ergibt sich daraus die Formel:
Es kann hierbei festgestellt werden: Aus den aufeinanderfolgenden Impulsen dreier
gleich voneinander entfernter Signalquellen eines mit konstanter Geschwindigkeitsänderung
bewegten Systems, die von einem festen Punkt aus einem Empfänger übertragen werden,
läßt sich mit einer geeigneten daran angeschlossenen Rechenschaltung die vorherrschende
Geschwindigkeitsänderung bestimmen und damit auch für einen daran angeschlossenen
Regelkreis verwenden. Die Bewegung kann dabei entweder Translations- oder Rotationsbewegung
sein. Da in diesem Ausdruck lediglich Zeit- und Wegdifferenzen auftreten, wird damit
die Verzögerung bzw. Beschleunigung unabhängig von der Geschwindigkeit und vom zurückgelegten
Weg ermittelt.
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Im weiteren folgt die Beschreibung der Rechenschaltung 6a nach Fig.
4. Die Rechenschaltung ist funktionsmäßig in zwei Teile
aufgegliedert.
Zum ersten Teil gehört neben der Messung der Zeitabschnitte die Steuerung des Rechenvorgangs.
Die Messung der einzelnen Zeitdifferenzen in den Zählern 27, 28, 29 erfolgt zunächst
durch Hochzählen der Impulse der Bezugsfrequenz f zwischen den von der Signalfrequenz
f begrenzten zugehörigen n Zeitabschnitten und daraufhin durch Division dieser Impulszahlen
durch den konstanten Wert f (in Hz) der Bezugsfrequenz fXin den Digital-Dividierern
33, 34 und 35 im nachfolgenden Rechenvorgang, da sich gemäß der Formel: t (sec)
fl Jf (-) / f (Hz) hieraus die Zeitdifferenzen ergeben.
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Die Endformel zur Ermittlung der Verzögerung b wird über den folgenden
Zwischenschritt berechnet:
Durch den ersten Impuls von f zum Zeitpunkt t1 wird der n J - K - Flip - Flop 19
mit OL-Flankensteuerung auf L-Signal gesetzt (Q X L; * = o). Dadurch wird die monostabile
Kippstufe 24 angestoßen, die die Zähler 27, 28, 29 auf Null setzt.
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Im Zeitraum t1 bis t2 werden über das UND-Gatter 25 die Impulse der
Bezugsfrequenz F in den Zähler 28 eingelesen. Durch den nächsten Impuls von f zum
Zeitpunkt t2 wird das J - K -Flip -Flop 19 umgesteuert, d.h. auf Null-Signal gesetzt
(Q X Oi Q X L). Damit wird das Satter 25 geschlossen und das Gatter 26 geöffnet,
so daß von nun ab die f - Impulse in den Zähler 29 eingelesen werden. Im Zähler
27 wird dagegen während des gesamten Zeitraumes (t3 - tl) hochgezählt.
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Da die Frequenz f konstant ist, sind zum Zeitpunkt t3 jeder Messung
in den Zählern 27, 28, 29 genau die jeweils zu den Zeitdifferenzen (t3 - t1), (t3
- t2) und(t2-t1) gehörenden Anzahlen von Impulsen J3 1, J3 2 und J2 1 dieser Bezugsfrequenz
in digitaler Form eingespeichert.
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Die aus den beiden J - K - Flip - Flops 21 und 22 mit OL - Flankensteuerung
und der dargestellten Verdrahtung bestehende Frequenzteilerschaltung für das Frequenzverhältnis
1 : 3 wird von der Impulsfrequenz E aus i6 getriggert
und ist so
geschaltet, daß ihr Ausgang Q vom Impuls zum Zeitpunkt t3 gesetzt und somit vom
nächsten Impuls t1 der darauffolgenden Drei-Impuls-Serie zurückgestellt wird, bis
er von deren drittem Impuls t3 wieder gesetzt wird. Dadurch werden von ihr bei t3
die Zähler 27, 28, 29 mit Hilfe des UND-Gatters 20 mit negiertem Eingang von der
Frequenz f getrennt, um eine weitere das Rechenergebnis verfälschende Einspeicherung
der Impulse zu verhindern. Gleichzeitig damit werden die bis dahin geschlossenen
UND-Gatter 30, 31, 32 geöffnet und die Zähler dadurch mit der nachfolgenden Rechenschaltung
verbunden, die somit erst dann in Funktion gesetzt wird, wenn die zu den Zeitdifferenzen
gehörenden Impulse in den einzelnen Zählern vollständig eingespeichert sind.
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Gleichzeitig wiederum mit diesem Zeitpunkt t3 wird vom Signale ausgang
Q der Frequenzteilerschaltung 21, 22 das Monoflop 23 mit OL-Flankensteuerung gesetzt
und damit das UND-Gatter 38 geöffnet. Das vom Multiplikator 37 her ko ~ ende fertige
Rechenergebnis kann somit in den digitalen Speicher 39 neu eingespeichert werden.
Die Verweildauer des Monoflops 23 beträgt etwa 0,02 bis 0,1 sec, sie ist so groß,
daß mit Sicherheit das vollständige Rechenergebnis in den Speicher 39 gelangen kann
und andererseits kleiner als der zeitliche Abstand vom letzten Impuls t bis zum
3 Impuls t1 der nächsten Impulsfolge. Beim Zurückkippen in den Ruhezustand trennt
der Monoflop 23 wiederum den Speicher 39 von der Rechenschaltung durch Sperren des
Gatters 38. Zum anderen wird während der OL-Flanke beim Setzen seines negativen
Ausgangs % das durch den dritten Zeitimpuls t3 noch gesetzte J - K - Flip -Flop
19 zurückgestellt, wobei dieses OL-Signal durch das ODER-Gatter#seführt wird.
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Mit dem Zeitpunkt t3 setzt mit der Öffnung der Gatter 30, 31, 32 durch
die Frequenzteilerschaltung 21, 22 der eigentliche Rechenvorgang ein. Der in den
Digital-Dividierern 34 und 35 gespeicherte Wert f (in Hz) der Bezugsfrequenz wird
durch die von den Zählern 28 und 29 übermittelte Anzahl der Frequenzimpulse J und
3 2 dividiert, woraus die beiden Ausdrücke 1 / (t2 - tl) und 1 / (t3- t2) entstehen.
Im Dividierer 33 wird der dort eingespeicherte konstante Wert ( f . 2 S+) durch
die von 27 ankoende Gesamtanahl
der Frequenzimpulse J dividiert,
wodurch hier der Ausdruck 2 S+ / (t3- tt) entsteht.
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Der Wert S+ im Dividendenspeicher 33 stellt den wirklichen Abstand
S der Bohrungen auf der Lochscheibe in digitaler Form dar. Im Subtrahierer 36 wird
die Differenz 1 / (t3- t2) -1 / (t2- ti) gebildet, die wiederum im Multiplikator
37 mit dem aus 33 kommenden Ausdruck 2 S+ / (t3- t1) multipliziert wird. Damit ist
die Rechenoperationbeendet und der so ermittelte Wert b der vorhandenen Geschwindigkeitsänderung
wird dem digitalen Speicher 39 durch den bis zu der selbsttätigen Rückstellung des
Monoflops 23 geöffneten UND-Gatter 38 zugeführt, wobei der im voraufgegangenen Rechengang
ermittelte und dort gespeicherte Wert von b mittels einer hier nicht näher dargestellten
Schieberegisterschaltung aus 39 entfernt wird.
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Nach Verstreichen der Verweilzeit des Monoflops 23 wird dann der Speicher
39 wieder von der Rechenschaltung getrennt.
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Der in Digitalform ermittelte Wert wird zum Zwecke der Sichtbarmachung
einem Meßanzeige-Gerät 41 zugeführt. Wird nach dem Binär-System gerechnet, so wird
der Wert b über einen binär-dekadischen Umcodierer 40 zum Anzeigegerät geführt,
in dem jener als Zahlenwert im gewohnten Zehnersystem die Größe der vorhandenen
Geschwindigkeitsänderung wiedergibt.
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Zur Verwendung als Istgröße in einem Regelkreis wird b über einem
digital-analogen Umwandler 42 dem Istwertgeber 7 als analoge Größe zugeführt, von
dem aus diese zusammen mit dem Sollwert bsoll aus dem Sollwertgeber 8 in den Regler
9 gelangt. Die dort registrierte Regelabweichung erreicht als Stellgröße über den
Verstärker 10 den beschriebenen Regelkreis 11, 12 der Bremshydraulik, (s. Fig. i)
die den Lüftzylinder 2 der Bremse 1 im Sinne einer Korrektur der Bremsverzögerung
zum Sollwert hin betätigt.
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Als Alternative zur Rechenschaltung 6a ist eine analoge Rechenschaltung
6b (Fig. 5) vorgesehen. Die Steuerung hierfür ist zum Teil identisch mit der vorhergehenden,
sie ist jedoch vereinfacht,
da im Steuerteil einige Sperrgatter
entfallen können und der Rechengang direkt synchron mit dem Zählvorgang ablaufen
kann.
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Die Impulse Jf der Bezugsfrequenz f 17 gelangen, von der Frequenzteilerschaltung
gesteuert, im Zeitraum (t1- t2) durch das Eingangs-negierte UND-Gatter 20 und die
vom J - K - Flip - Flop 19 gesteuerten UND-Gatter 43 und 46 über die Eichpotentiometer
44 und 47 jeweils während der Zeitspanne (t2- tl) zum Summierer 45 und während (t3
- t2) zum Summierer 48. Anstatt einer gesonderten Messung der gesamten Impulszahl
in der Zeit (t3- t1) wird diese hier im Addierer 49 aus den zugeführten Teil-Impulszahlen
ermittelt.
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Durch Division der in dem Potentiometer 50, 51, 52 gespeicherten Größe
f bzw. f . 2 S+ durch die dorthin zugeführten Impulszahlen in den Dividierer 53,
54 und 55 erhält man die Teilausdrücke 1 / (t2- t1); 1 / (t3- t2) 2 und 2 S+ / (t3-
t1), aus denen sich nach den Rechenoperationen im Subtrahierer s6 und im Multiplizierer
57 die Endformel und damit der Wert b der Verzögerung ergeben.
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Das UND-1Gatter 58 dient dazu, die Einspeicherung des b-Wertes in
den Analog-Speicher 7 nur während der Verweilzeit des Monoflops 23, d.h. nach beendetem
Rechenvorgang, zu ermöglichen, dessen negierter Ausgang 4 das J - K - Flip - Flop
19 während seines OL-Anstieges zurückstellt.
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Dieses Verfahren der diskontinuierlichen und berührungslosen Meßwertaufnahme
hat gegenüber der bisherigen Art der kontinuierlichen berührungsabhängigen Verzögerungsmessung
folgende Vorteile aufzuweisen: Durch die Registrierung von lediglich Anfangs- und
Endpunkt eines jeden Zeitintervalls können die kurzwelligen Istwertschwankungen
nicht verfälschend auf das Meßergebnis wirken, da sie hierbei überhaupt nicht registriert
werden können und beeinflussen überhaupt nicht das Meßergebnis. Der maximal mögliche
Fehler, der durch solche Schwingungen beim Messen der Zeitintervalle auftreten kann,
hat höchstens den Betrag einer halben Schwingungsdauer der kurzwelligen Schwankungen
und kann durch ausreichend großen Abstand zwischen den einzelnen Bohrungen zu verschwindend
kleinen Prozentanteilen eines Meßintervalls gebracht werden.
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Da bei diesem Verfahren Meß- und Regelungsvorgang zeitlich
voneinander
getrennt sind, bleibt hierbei noch die bei der kontinuierlichen Messung nicht vorhandene
Möglichkeit offen, je nach der Ausführung des Regelkreises die notwendige Zeit für
einen vollständigen Regelungsvorgang bis zur Erreichung des Sollwertes dadurch voll
dem Regler zur Verfügung zu stellen, daß der Abstand zwischen den einzelnen Dreierkombinationen
der Markierungen, der dieser Regelzeit entspricht, ausreichend groß gemacht wird.
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Der Regelvorgang schließt sich hier zeitlich dem Meß- und Rechnungsvorgang
an, wenn durch diesen der festgestellte Wert der Verzögerung in den Digital- bzw.
Analogspeicher eingegeben wird.
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Damit wird von einem festen Istwert aus bei dieser Regelung der Sollwert
angesteuert, die Grundlage für die Größe des Stellweges liegt schon zu Anfang des
Regelvorganges als Differenz zwischen Soll- und Istwert fest. In diesem Intervall
findet kein Istwert -Sollwert-Vergleich statt. Es handelt sich hierbei um eine Regelung,
bei der abwechselnd eine Messung und ein Steuerungsvorgang stattfinden. Mit einem
auf die gemessenen Regelabweichungen abgestimmten Stellorgan kann nach jeder Meßphase
der gemessene Istwert stetig und asymptotisch dem Sollwert angenähert werden, ohne
durch die tatsächlich auftretenden Istwertschwankungen beeinflußt zu werden.
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Die Ausschaltung dieser Störungen während der Sollwertansteuerung
ist ein Vorteil gegenüber den Verfahren, bei denen Messung und Regelung gleichzeitig
ablaufen. Die Differenzen zwischen dem gemessenen Istwert am Anfang der Stellbewegung
und dem tatsächlichen Istwert am Ende dieser Stellbewegung werden mit jeder Regelungsphase
zwangsläufig kleiner.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat in Verbindung mit einer daran angeschlossenen
Regelungsvorrichtung einen weiteren Vorteil gegenüber bekannten kontinuierlichen
Verzögerungsmeßverfahren. Unter einer gewissen Voraussetzung kann man nach dieser
Methode den Bremsvorgang nicht nur nach einer vorgegebenen Sollwertverzögerung,
sondern außerdem auch nach einem vorgegebenen Sollverzögerungs-Verlauf regeln, wobei
dies ohne zusätzliche Rechenschaltung möglich ist. Es läßt sich hiermit ein günstiger
Verlauf der Verzögerung erreichen, der von kleinen Werten auf ein Maximum ansteigt,
um
dann die Bremsung mit kleiner Verzögerung zu beenden. Geht man
aus vom Beispiel Lichtquelle-Photozelle-Lochscheibe, besteht die Voraussetzung für
die Durchführung dieser Bremsung mit Verzögerungsverlauf nur darin, daß die Dreierkombinationen
der Markierungsbohrungen den Lichtstrahl nicht wie bei einer Anordnung auf einem
kleinen Kreisumfang mehrmals während eines Bremsvorganges, sondern nur einmal passieren.
Bei Translationsbewegungen ist vorgesehen, daß eine gelochte Schiene parallel zur
Fahrschiene im Bereich der Bremsung angeordnet ist.
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Bei Anordnung einer drehbar angeordneten Lochscheibe 4a sind die Bohrungen
entlang einer gelochten arhimedischen Spirale 79 vorgesehen und Lichtstrahl mit
Photozelle so geführt, daß sie sich immer über dieser Spurrille befinden. Die Vorgabe
eines Verzogerungsverlaufs, bzw. die Aufeinanderfolge unterschiedlicher Sollverzögerungen
wird dadurch erreicht, daß die Abstände S der verschiedenen Dreierfolgen der Bohrungen
gegenüber dem mit der Rechenschaltung abgestimmten Abstand S variiert werden.
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Aus der Formel
ist ersichtlich, daß eine direkte Proportionalität zwischen der Verzögerung bzw.
Beschleunigung b und der Strecke S besteht.
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Im Rechner ist für die Strecke S auf der Loch scheibe ein konstanter
Wert S eingespeichert, mit dem der Rechnungsvorgang zur Lösung von b durchgeführt
wird. Wird mit einem anderen Lochabstand S' an dem Lichtstrahl vorbeigefahren, der
beispielsweise dreimal so groß wie ursprünglich (halb mal so klein) sein soll, so
hat dies die gleiche Wirkung, als wenn diese Strecke S auf der Lochscheibe nicht
verändert würde und dafür der unveränderte Wert S+ im Rechner dreimal so klein (zweimal
so groß) wie ursprünglich gemacht würde, denn diese Verdreifachung (Halbierung)
der Länge der Strecke S zwischen den Lochmarkierungen bedeutet bei unverändertem
Wert der Verzögerung eine gleichzeitige Verdreifachung (Halbierung) des aus Zeitgliedern
bestehenden Nenners in dieser Gleichung. Nur dieser Nenner wird aber auch in der
Rechenschaltung verdreifacht (halbiert), während die in dem Dividierer 33 eingespeicherte
Größe S+ des Zählers unverändert bleibt. Damit wird dem Analogspeicher 17 als Ergebnis
des Rechenvorgunges ein Wert der Verzögerung übermittelt, der
dreimal
kleiner (zweimal größer) als deren tatsächlicher Wert ist.
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Geht man von einander entsprechenden Werten S und S+ zwischen Lochabstand
auf der Lochscheibe und dem eingespeicherten Wert im Dividierer 33 aus, bei denen
der errechnete Wert der Verzögerung mit ihrem wirklichen Betrag übereinstimmt, dann
wird sich als Folge einer Änderung lediglich des Bohrungsabstandes S auf der Lochscheibe
ein mauer errechneter Wert der Verzögerung ergeben und dem Istwertspeicher übermittelt
werden, der im umgekehrten Verhältnis zum Wert der tatsächlichen Verzögerung steht.
Ein besonderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Regelung eines Bremsvorganges
mit vorgegebener unterschiedlicher Bremsverzögerung (Verzögerungsverlauf) hat den
Zweck, Lichtquelle 3 und Empfänger (Photozelle) 5 genau über die als archimedische
Spirale 79 ausgebildete Spurrille der Lochscheibe 4a und damit zentrisch über die
dort befindlichen Meßbohrungen zu führen, während diese sich dreht.
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Auf der Welle 59 der Lochscheibe 4abefindet sich ein aus den Kegelzahnrädern
60, 61, 62 und der Schiebemuffe 63 bestehendes Wendegetriebe. Die Zahnräder 60 und
6i sind auf der Welle axial unverschieblich drehbar gelagert, sie sind erst dann
mit dieser Drehrichtung fest verbunden, wenn sie mit der in Längs-Keilnuten axial
verschieblich angebrachten Schiebemuffe 63 in Eingriff stehen, die Ein- und Auskupplung
zwischen Zahnrädern 60, 6i und Schiebemuffe 63 ist mittels einer Synchronisation
auch in bewegtem Zustand möglich. Die Welle des Zahnrades 62 ist als Gewindestange
64 ausgebildet. Durch ihre Drehung wird die Muffe 65auf ihr axial verschoben. Auf
dieser Muffe 65 ist das Gehänge 76 zur Halterung von Lichtquelle 3 und Photozelle
5 sowie den Schiebeführungen 77 und 78 befestigt.
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Die aus dem Verhältnis der Zähnezahlen und der Gewinde steigung bestehende
Gesamtübersetzung ist gerade so groß, daß die Muffe 65 pro Umdrehung der Lochscheibe
4a die gleiche Strecke zurücklegt, die dem Abstand zwischen zwei Spurrillen der
Spirale auf der Lochscheibe entspricht. Lichtquelle 3 und Photozelle 5 werden damit
während des Bremsvorganges zur Lochscheibenmitte hin bewegt.
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Die Polumschaltung 71 für den Verstellmagneten 68 wird abwechselnd
von den Magneten 69 und 70 bewegt und strebt im stromlosen Zustand dieser Magneten
durch Federkraft die kontaktfreie Hittelstellung zwischen den Magnetanschlüssen
68 an.
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Zu Beginn des Meßvorgangs führt der Q-Ausgang des J - K- Flip -Flops
73 ein L-Signal (4 X o), verursacht durch das dynamische Eingangssignal des Endschalters
75. Wenn keine Bremsung stattfindet, bleiben beide Magnete 69, 70 stromlos, wobei
die Kegelräder 60, 61 außer Eingriff mit dem Kegelrad 62 sind und die Muffe 65 in
Ruhestellung verbleibt. Beim Bremsvorgang wird über das UND-Gatter 72 dem Magneten
70 Strom zugeführt, von dem der Steilmagnet 68 so vom Strom durchflossen wird, daß
er sich nach oben bewegt und über das Gestänge 66,67 die Schiebemuffe 63 mit dem
oberen Kegelrad 60 in Eingriff bringt. Dabei bewegt sich die Muffe 65 zur Lochscheibe
hin und führt so die Lichtquelle und die Photozelle über die auf der spiralförmigen
Spurrille befindlichen Meßbohrungen. Nach Ende der Messung wird durch die Muffe
65 der Endschalter 74 betätigt, welcher das Flip - Flop 73 umtriggert.
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(Q s o; 4 L) Damit wird der Magnet 70 aus-und der Magnet 71 eingeschaltet.
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Der Stellmagnet 68 wird dabei so vom Strom durchflossen, daß er sich
nach unten bewegt und somit das untere Kegelrad 61 mit der Muffe 63 zum Eingriff
bringt. Damit wird die Drehrichtung des Kegelrades 62 umgekehrt und die Muffe 65
wandert wieder zu ihrer Ausgangsstellung beim Endschalter 75 zurück. Durch die Führungen
77 und 78 wird die Einhaltung einer relativ genauen Bewegung des Systems gewährleistet.
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Will man bei dem eingangs gekennzeichneten Verfahren die Bremsung
vom ursprünglichen Wert der Sollverzögerung auf einen dreimal so kleinen Wert regeln,
so führt man den Regler durch Drittelung des ursprünglichen Abstandes S zwischen
den Bohrungen einen errechneten Istwert der Verzögerung zu, der dreimal so groß
ist, wie die tatsächlich vorhandene Verzögerung. Durch diese verzerrte Information
wird vom Regler die Bremsverzögerung
soweit heruntergesteuert,
bis sie vom dreimal so großen Istwert einen Betrag annimmt, der für den Regler wieder
mit der Sollverzögerung übereinstimmt, aber nur noch den angestrebten dritten Teil
der ursprünglichen Sollverzögerung ausmacht.
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Die vom Regler vorgegebene Sollverzögerung ändert sich bei dieser
Kombination von Meß- und Regelkreis in genau demselben Verhältnis zu ihrem ursprünglichen
Wert, wie das bei dem Abstand S zwischen den Bohrungen der Dreierkombination auf
der Lochscheibe der Fall ist.
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Es kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer elektronischen
Vorrichtung der Wert "+ selbst im Dividendenspeicher in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
oder vom Weg variiert werden, wobei die angezeigte Verzögerung in gleicher Weise
ihren Wert ändert wie das beim Wert 5 im Dididendenspeicher 33 gegenüber seiner
ursprünglichen Größe vorgesehen ist.
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Das erfindungsgemäße auf den Bremsvorgang bezogene Verfahren läßt
sich auch auf das Anfahren aus dem Stillstand mit geregelter Anfahrbeschleunigung
erweitern, wie bei Seilbahnen oder Schachtförderanlagen mit Schwerkraftantrieb.