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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Früherkennung im Betriebe auftretender, eine unzulässige Temperaturerhöhung bewirkender Schäden an Radsatzlagern, insbesondere von Sehienenfahr- zeugen, mit mindestens einem in der Nähe des Aussenringes des Wälzlagers angeordneten, die Temperatur des Radsatzlagers ständig erfassenden ersten Temperaturaufnehmer sowie einem weiteren, am Schienenfahrzeug befestigten Aussentemperaturaufnehmer, wobei die Differenz der Messwerte des bzw. der ersten Temperaturaufnehmer am Radsatzlager und des Aussentemperaturaufnehmers gebildet und einem Anzeigegerät oder Auslösegerät zugeführt wird.
Zur Feststellung von sogenannten Heissläufern bei Schienenfahrzeugen sind längs der Bahnstrecke aufgestellte Warngeräte bekannt, die die Wärmestrahlung (Infrarot) der Radsatzlager eines vorbeifahrenden Schienenfahrzeuges aufnehmen und in elektrische Signale umwandeln, die an ein elektronisches Auswertungssystem weitergegeben werden. Die Temperaturmessung ist eine Temperaturdifferenzmessung als Vergleich der Temperaturen zweier gegenüberliegender oder hintereinanderliegender Radsatzlager.
Weicht die Temperaturdifferenz zweier Radsatzlager um einen bestimmten Wert von der Mehrzahl der übrigen Radsatzlager ab, so wird ein Heissläufer registriert. Der elektronische Rechner wertet die Information aus und überträgt sie auf ein Anzeigegerät im nächsten Stellwerk oder Bahnhof. Gleichzeitig wird dort auch ein akustisches Signal ausgelöst.
Diese Überwachung durch ortsfeste Anlagen reicht bei den immer mehr steigenden Fahrgeschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge nicht mehr aus, insbesondere nicht mehr für eine Schadensfrüherkennung.
Mit zunehmenden Reisegeschwindigkeiten nehmen auch die Beanspruchungen der Radsatzlager stark zu.
Um Schäden zu vermeiden, müssen Änderungen im Systemverhalten der mechanischen Teile bereits frühzeitig erkennt und angezeigt werden. Diese Änderungen schlagen sich in der Regel in einer Änderung der Temperatur des Radsatzlagers nieder. Es ist deshalb eine ständige Überwachung der Radsatzlager durch Temperaturkontrolle unmittelbar am Radsatzlager mit einer Fernmeldung direkt an den Lokführer notwendig.
Es ist eine Radsatzlager-Überwachungseinrichtung mit die Lagertemperatur ständig erfassenden Temperaturaufnehmern und bei Überschreitung von Grenzwerten ausgelösten Signalen bekanntgeworden, bei der zur Messwerterfassung und Auslösung der Signale die Messdaten von mindestens zwei getrennt voneinander angeordneten Temperaturaufnehmern dienen, von denen der eine die Lagertemperatur und der andere die Aussentemperatur berücksichtigt und aus beiden Werten ein Differenzwert gebildet wird und bei Erreichen eines bestimmten Grenztemperaturwertes für diese Differenz ein Signal auslöst (DE-OS 2152495).
Die GB-PS Nr. 6376/1896 beschreibt eine Alarmeinrichtung für Heissläufer, bei der ein zunächst offener Stromkreis durch herabtropfende Teilchen einer Substanz geschlossen wird, die oberhalb der Kontakte angeordnet ist und bei einer bestimmten höheren Temperatur schmilzt. Beim Schliessen des Kontaktes durch die herabtropfende Substanz wird ein Alarm ausgelöst. Es handelt sich daher um eine Alarmvorrichtung bei bereits eingetretener Überhitzung des Lagers. Ein Früherkennungssystem ist dadurch nicht geschaffen.
Auch in der US-PS Nr. 2, 339, 436 ist ein Alarmsystem beschrieben, das eine bereits eingetretene Lagerüberhitzung anzeigt. Bei diesem bekannten System ist in jedem Achslagergehäuse ein Thermostat eingebaut, dessen Kontakte normalerweise geschlossen sind. Alle Thermostate der Achslager eines Fahrzeuges sind in Serie miteinander und mit der Betätigungsspule eines Relais verbunden. Solange die Achslager ihre normale Arbeitstemperatur nicht übersteigen, bleiben die Kontakte der Thermostate geschlossen und die Spule unter Strom. Wenn nun die Temperatur eines der Achslager einen bestimmten Wert übersteigt, öffnen sich die Kontakte und der Stromkreis bricht zusammen. Das Relais schaltet um und löst dabei hoor-fund sichtbare Signale aus.
Das hörbare (akustische) Signal kann durch eine bestimmte Anordnung ausgeschaltet werden, während das Lichtsignal so lange erhalten bleibt, bis die Lagertemperatur gefallen ist. Nachdem bei diesem System der Stromkreis normalerweise dauernd geschlossen ist, zeigen sich Störungen im System ebenfalls als Signale an. Es ist somit nicht ohne weiteres zu entscheiden, ob bei Erscheinen der Signale nun tatsächlich ein Lager überhitzt ist oder ob eine sonstige Störung vorliegt. Darüber hinaus ist auch hier festzuhalten, dass dieses System einzig und allein angibt, dass ein Lager überhitzt ist.
In der US-PS Nr. 2, 420, 968 ist ein Anzeigegerät für Heissläufer mit einer Wheatstone-Brückenschal- tung beschrieben. Von den vier Widerständen in der Brückenschaltung sind jeweils zwei in der Achsbuchse und die beiden andern in einer zweiten Achsbuchse oder beispielsweise am Wagengestell
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angeordnet. Wenn die (oder eine) Achsbuchse eine abnormale Erwärmung zeigt, dann ist die Brücke nicht mehr im Gleichgewicht. Dadurch wird ein Schalter betätigt, der einerseits ein Alarmsignal auslöst und anderseits die Bremse betätigt. Bei dieser bekannten Ausführung ist zur Stromersparnis die Brückenschaltung nicht ständig in Betrieb, sondern wird nur in Intervallen eingeschaltet. Der Einschalter spricht dabei auf Stösse beim Überfahren von Schienenstösse an.
Abgesehen davon, dass auch hier nur der bereits eingetretene Schaden angezeigt wird, ist im Stillstand keine Anzeige möglich.
In der US-PS Nr. 2, 420, 969 ist eine Weiterentwicklung des vorstehend beschriebenen Gerätes beschrieben. Zur Vereinfachung sind die in der Achsbuchse angeordneten Widerstände nicht jeweils immer mit einem eigenen Paar von Vergleichswiderständen verbunden, sondern für jedes Fahrzeug ist nur ein Vergleichswiderstand vorgesehen. Über einen ständig umlaufenden Schalter werden abwechselnd alle Achsbuchsen des Schienenfahrzeuges mit dem Vergleichswiderstand verbunden und abgefragt. Auch bei dieser bekannten Ausführung erfolgt lediglich eine Anzeige, wenn ein Schaden, d. h. eine über einen bestimmten Temperaturwert gestiegene Achslagertemperatur eingetreten ist.
Das Messen der Lagertemperatur und Vergleichen mit der Aussentemperatur als Bezugsgrösse ist stark von äusseren Einflüssen abhängig, so insbesondere bei Tunneldurchfahrten oder bei grosser Sonneneinstrahlung. Mit dieser bekannten Überwachungseinrichtung werden weiterhin nicht die funktionstechnischen Änderungen im Radsatzlager erfasst, die zu Schäden führen können, obwohl die hier gemessene Aussenringtemperatur - wie Berechnungen zeigen-eine gesicherte Korrelation zum Temperaturverhalten des gesamten Lagers aufweist. Folgende entscheidende Änderungen können zusätzlich im Radsatzlager auftreten :
1.
Vorspannung der Wälzkörper
Die Temperaturverteilung und das Temperaturgefälle im Lager zwischen Innenring und Aussenring sind so lange ungefährlich, solange die gegebenen Lagerluftverhältnisse im Lager nicht zu einer Radialverspannung des Wälzkörpersatzes führen. Im Vorspannungsbereich, d. h. bei negativer Lagerluft, steigt der Temperaturverlauf progressiv an. Es wird dabei im Grenzfall kein Beharrungszustand der Temperatur mehr erreicht.
2. Verlustleistung
Mit der Geschwindigkeit nimmt die Verlustleistung der Radsatzlager zu. Damit steigen zwangsläufig auch die Temperaturen im Radsatzlager. Temperatursteigerungen sind so lange ungefährlich, solange sich ein Beharrungszustand einstellt und die Höhe der Temperatur sowie die Zeitdauer ihrer Einwirkung keinen nachteiligen Einfluss auf das Schmiermittel ausübt.
3. Aussentemperatur
Die Temperatur und die erzeugte Wärmemenge im Lager sind abhängig von der Umgebungstemperatur.
Bedingt durch die zunehmende Schmiermittelzähigkeit bei tiefen Temperaturen wird die erzeugte Wärmemenge grösser und demzufolge nimmt mit abnehmender Umgebungstemperatur das Wärmegefälle im Lager zwischen Innen- und Aussenring zu. Die Gefahr einer Radialverspannung nach (1) im Lager ist bei tiefen Aussentemperaturen (im Winter) grösser als bei hohen Temperaturen (im Sommer).
4. Schmierung
Die Schmierverhältnisse im Lager kennzeichnen dessen Temperaturverhalten. Die Schmierverhältnisse hängen ab von der Schmiermittelqualität und von der Menge des Schmiermittels. Grosse Schmiermittelmengen lassen die Walkarbeit ansteigen und demzufolge auch die Temperatur. Diese Tatsache ist vom Nachschmiervorgang bekannt. Bei kleinen Schmiermittelmengen im Bereich der Mindermengenschmierung wird dagegen ein Optimum an Lauftemperatur erreicht. Dieser Zustand ist aber labil und daher auch gefährlich. Eine Verschlechterung der Schmierverhältnisse im Lager äussert sich also zunächst positiv in einer verminderten Temperatur, ehe die Temperatur dann infolge von Schmiermittelmangel kontinuierlich ansteigt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Früherkennung von Schäden an Radsatzlagern so auszugestalten, dass äussere Einflüsse weitgehend ausgeschaltet sind. Dabei soll berücksichtigt werden, dass die Wärmeabfuhr vom Innenring zum Aussenring bei niedriger Aussentemperatur durch Vergrösserung der Viskosität des Schmiermittels schlechter ist als bei höheren Aussentemperaturen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird durch die Erfindung vorgeschlagen, dass bei der eingangs erwähnten Einrichtung zwei Vergleichsgeräte sowie ein mit dem Aussentemperaturaufnehmer elektrisch verbundener Funktionsbildner und ein Anzeigegerät vorgesehen sind, wobei die am Radsatzlager angeordneten
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Temperaturaufnehmer mit dem ersten Vergleichsgerät verbunden sind, das aus den Messwerten den maximalen Temperaturwert auswählt, dass in dem mit dem Aussentemperaturaufnehmer verbundenen Funktionsbildner entsprechend einer ihm eingegebenen Funktion ein von der Aussentemperatur abhängiger Referenzwert gebildet wird, der umso kleiner ist, je grösser die Aussentemperatur ist, dass das erste Vergleichsgerät und der Funktionsbildner mit dem zweiten Vergleichsgerät verbunden sind,
das die Differenz aus dem im ersten Vergleichsgerät ausgewählten maximalen Temperaturwert und dem im Funktionsbildner gebildeten Referenzwert bildet, und dass mit dem zweiten Vergleichsgerät das Anzeigegerät verbunden ist, in welchem je nach der Grösse der im zweiten Vergleichsgerät gebildeten Differenz ein Signal ausgelöst wird.
Ergibt der Vergleich der Temperatur des zweiten Temperaturaufnehmers, der z. B. am Drehgestell angebracht ist, mit dem Maximalwert oder dem Mittelwert der Temperaturen aller Radsatzlager einen Wert, der einen bestimmten Grenzwert (Schwellwert) übersteigt, so wird ein Signal ausgelöst. Dieser Grenzwert (Schwellwert) ist variabel und wird in bezug zu der Änderung der Temperatur des weiteren Temperaturaufnehmers am Fahrzeug oder Drehgestell eingestellt.
Durch die Erfassung und den Vergleich mit der Temperatur der grossen Masse des Schienenfahrzeuges oder Drehgestells wird als Vergleichsbasis ein weitgehend unveränderlicher Temperaturwert, der mit der Umgebungstemperatur in Zusammenhang steht, herangezogen. Die gesamte Masse des Schienenfahrzeuges oder Drehgestells stellt eine gleichbleibendere Wärmequelle als die Umgebungsluft dar. Hier sei noch einmal auf das bereits früher genannte Beispiel der Durchfahrt durch Tunnels verwiesen, wo die Lufttemperatur gerade im Sommer bedeutend geringer ist als ausserhalb des Tunnels.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein zusätzliches Anzeigegerät vorgesehen ist, welches in an sich bekannter Weise die Messwerte der Temperaturaufnehmer an jedem Radsatzlager erfasst und jeden Einzelwert anzeigt und bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturgrenzwertes an mindestens einem Radsatzlager ein Signal auslöst.
Es bietet sich hier an, ein Signal "Warnung" auf dem Schienenfahrzeug bei Überschreitung einer Temperaturgrenze (z. B. 80 C), die mit dem Schmiermittel in Zusammenhang steht, zu geben und ein Signal"Alarm"bei Überschreiten einer Temperaturgrenze (z. B. 120 C), die mit der Wärmestabilisierung des Wälzlagerstahles zusammenhängt.
Mit dieser Anzeige ist es möglich, aussergewöhnliche Temperatursteigerungen zu erfassen. Solange sie mit der Geschwindigkeit oder mit vorübergehend hohen Umgebungstemperaturen im Sommer im Zusammenhang stehen, sind diese aussergewöhnlichen Temperaturen ohne Bedeutung. Wirken diese Temperaturen über längere Zeiträume ein, dann ist es sinnvoll, den Schmierzustand der Radsatzlager zu überprüfen.
Temperatursteigerungen infolge Geschwindigkeit oder hoher Umgebungstemperaturen im Sommer sollen dabei in der Regel nur das Vorsignal"Warnung"auslösen. Wird die Geschwindigkeit reduziert, so fällt dieser Einfluss weg. Bleibt das Warnsignal bestehen, dann muss die hohe Temperatur in den Radsatzlagern mit der Umgebungstemperatur zusammenhängen. Diese Warnanzeige kann auch eine Folge der verschlechterten Schmierbedingungen sein. In beiden Fällen wird sich die Temperatur weiter erhöhen und dann die Anzeige "Alarm" auslösen. Bei einer Änderung der Geschwindigkeit wird in beiden Fällen diese Anzeige bestehen bleiben. Für den Lokführer ist dies ein Zeichen, dass unbedingt eine Überprüfung des Radsatzlagers erfolgen muss.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten Vergleichsgerät eine zusätzliche Einrichtung zur Auswahl des minimalen Temperaturwertes vorgesehen ist, dass ferner ein mit dem ersten Vergleichsgerät elektrisch verbundenes drittes ebenfalls mit am Anzeigegerät verbundenes Vergleichsgerät vorgesehen ist, welchem sowohl der maximale als auch der minimale Temperaturwert zugeführt werden, die dort verglichen werden, wobei bei Vorliegen eines Temperaturdifferenzwertes bestimmter Grösse ein Signal ausgelöst wird. Diese zusätzliche Überwachung ergänzt die oben beschriebene Einrichtung für den Fall, dass zwischen den Lagertemperaturwerten grosse Differenzen auftreten, ohne dass jedoch der maximale Temperaturwert bereits einen Temperaturwert erreicht hat, der beim Vergleich mit der Aussentemperatur ein Signal auslösen würde.
Durch diese Massnahme wird zusätzlich der Einfluss von Fahrgeschwindigkeit und Achsbelastung berücksichtigt.
Mit dieser Massnahme kann festgestellt werden, wann ein Radsatzlager eines Drehgestells in seinem Funktionsverhalten von den andern Lagern abweicht. Die Anzeige ist im allgemeinen eine Folge eines Lagerschadens oder auch verschlechterter Schmierverhältnisse, beispielsweise durch Schmiermittelmangel.
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Sie bedeutet nicht, dass die Temperatur eines Radsatzlagers im Verhältnis zu den übrigen höher ist. Sie kann genausogut als Folge einer Mindermengenschmierung nach unten abweichen. Bei dieser Anzeige kann das Schienenfahrzeug weiterfahren, es sollte jedoch bei nächster Gelegenheit eine Untersuchung veranlasst werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungssysteme Aufheizmittel wie eine Heizspannungsschiene od. dgl. vorgesehen sind, durch welche eine Aufheizung der Temperaturaufnehmer durchführbar ist. Diese Aufheizmittel bestehen entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darin, dass für jeden Temperaturaufnehmer ein Umschalter vorgesehen ist, dessen Wurzel mit dem jeweilige Temperaturaufnehmer und dessen beiden Ausgänge einerseits an die Heizspannungsschiene und anderseits an den jeweiligen Eingang des zusätzlichen Anzeigegerätes sowie an das Vergleichsgerät anschaltbar sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Umschalter mit einer zusätzlichen Einrichtung, z. B. einem von der Temperatur des Temperaturaufnehmers gesteuerten automatischen Schalter versehen ist, durch welchen, sobald der Temperaturaufnehmer einen bestimmten Temperaturwert erreicht hat, der Umschalter von der Heizspannungsschiene trennbar und auf das Vergleichsgerät zurückschaltbar ist. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass der jeweils an die Heizspannungsschiene angeschlossene Temperaturaufnehmer zu hoch aufgezeigt und beschädigt wird. Die Umschaltung erfolgt nach wenigen Sekunden, sobald der Temperaturaufnehmer eine Temperatur erreicht, welche merklich über dem höchsten Maximalwert liegt.
Dieser Wert wird sowohl im Anzeigegerät angezeigt und wirkt auch im ersten Vergleichsgerät als Maximalwert und löst im zweiten Vergleichsgerät ein Signal aus. Diese Prüfung kann bei Stillstand des Fahrzeuges von Hand erfolgen. Die Anzeige im Vergleichsgerät bzw. im Anzeigegerät ist ein Indiz für die Funktionsfähigkeit von Temperaturaufnehmer, Verbindungsleitungen sowie der Vergleichsgeräte. Ein Signal dieser Art wird zweckmässigerweise auch bei sonstigen Störungen, wie z. B. durch den Kurzschluss der Anschlussleitungen der Temperaturaufnehmer gegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen Fig. l und 2 in Blockschaltbildern dargestellt. In den Blockschaltbildern sind mit --10-- die Temperaturaufnehmer bezeichnet, welche an das erste Vergleichsgerät --11-- angeschlossen sind. In diesem Vergleichsgerät werden die Temperaturwerte aR der verschiedenen Radsatzlager miteinander verglichen und der grösste Wert ausgewählt und auf das zweite Vergleichsgerät --12-- übertragen. An dieses Vergleichsgerät --12-- ist auch der Temperaturaufnehmer --19--, welcher an einem Fahrzeugteil befestigt ist und die Aussentemperatur misst, unter Zwischenschaltung eines Funktionsbildners --15-- angeschlossen.
In dem Funktionsbildner --15-- wird ein Referenzwert gebildet, der den Messwert sa des Temperaturaufnehmers --19-- für die Aussentemperatur in Abhängigkeit von diesem Temperaturwert ss. darstellt. Bei grösser werdender Aussentemperatur sinkt dabei der Referenzwert.
In dem zweiten Vergleichsgerät --12-- wird die Differenz As zwischen dem Maximalwert der Messwerte
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ausgelöst, welches z. B. in einem Anzeigegerät --14-- angezeigt wird und darauf hinweist, dass eines der Radsatzlager gefährdet ist.
Das erste Vergleichsgerät --11-- enthält ferner eine Einrichtung, die aus den gemessenen Temperaturwerten den Minimalwert auswählt. Ausserdem ist ein drittes Vergleichsgerät --13-- vorgesehen, welches mit dem ersten Vergleichsgerät --11-- durch zwei Leitungen, u. zw. eine für den maximalen Temperaturwert und eine für den minimalen Temperaturwert verbunden ist. Im dritten Vergleichsgerät - wird der maximale Temperaturwert mit dem minimalen Temperaturwert verglichen. Bei Feststellung eines vorgegebenen zulässigen Temperaturgrenzdifferenzwertes wird ein Alarmsignal ausgelöst und im Anzeigegerät --14-- angezeigt.
Schliesslich ist noch ein Anzeigegerät --16-- vorgesehen, welches die Messwerte jedes Temperaturaufnehmers der Radsatzlager erfasst und jeden Einzelwert anzeigt, wobei bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturgrenzwertes bei mindestens einem Radsatzlager ein Signal ausgelöst wird.
In der Fig. 2 ist noch eine weitere Überwachungseinrichtung dargestellt. Sie enthält für jeden der Temperaturaufnehmer --10-- je einen Umschalter --18--, der es gestattet, den Temperaturaufnehmer auf eine Heizspannungsschiene --17-- umzuschalten. Bei Anschaltung an diese wird der Temperaturaufnehmer
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mit einer Einrichtung versehen, durch welche, sobald der Temperaturaufnehmer einen bestimmten Temperaturwert erreicht hat, eine Rückumschaltung von der Heizspannungsschiene --17-- auf das Vergleichsgerät --11-- vorgenommen wird. Der jeweils angeschlossene Temperaturaufnehmer wird damit in einer ganz bestimmten Weise aufgeheizt und ausserdem wird eine Beschädigung durch eine zu starke Aufheizung verhindert.
Die Umschaltung erfolgt nach wenigen Sekunden, sobald der Temperaturaufnehmer eine Temperatur erreicht hat, welche merklich über dem höchsten Maximalwert liegt. Dieser Wert wird sowohl im Anzeigegerät --16-- angezeigt und wirkt auch im ersten Vergleichsgerät --11-- als Maximalwert und löst im zweiten Vergleichsgerät --12-- ein Signal aus. Diese Prüfung kann bei Stillstand des Fahrzeuges von Hand erfolgen. Die Anzeige im Vergleichsgerät --12-- bzw. im Anzeigegerät --14-- ist ein Indiz für die Funktionsfähigkeit von Temperaturaufnehmer, Verbindungsleitungen sowie der Vergleichs- geräte --12 bzw. 13--.
P A T E N N T A N S P R Ü C H E :
1. Einrichtung zur Früherkennung im Betriebe auftretender, eine unzulässige Temperaturerhöhung bewirkender Schäden an Radsatzlagern, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit mindestens einem in der Nähe des Aussenringes des Wälzlagers angeordneten, die Temperatur des Radsatzlagers ständig erfassenden ersten Temperaturaufnehmer sowie einem weiteren, am Schienenfahrzeug befestigten Aussentemperaturaufnehmer, wobei die Differenz der Messwerte des bzw.
der ersten Temperaturaufnehmer am Radsatzlager und des Aussentemperaturaufnehmers gebildet und einem Anzeigegerät oder Auslösegerät
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ein mit dem Aussentemperaturaufnehmer (19) elektrisch verbundener Funktionsbildner (15) und ein Anzeigegerät (14) vorgesehen sind, wobei die am Radsatzlager angeordneten Temperaturaufnehmer (10) mit dem ersten Vergleichsgerät (11) verbunden sind, das aus den Messwerten den maximalen Temperatur-
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Referenzwert (8-RF) gebildet wird, der umso kleiner ist, je grösser die Aussentemperatur aa) ist, dass das erste Vergleichsgerät (11) und der Funktionsbildner (15) mit dem zweiten Vergleichsgerät (12) verbunden sind, das die Differenz (11B-) aus dem im ersten Vergleichsgerät (11)
ausgewählten maximalen Temperatur-
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zweiten Vergleichsgerät (12) das Anzeigegerät (14) verbunden ist, in welchem je nach der Grösse der im zweiten Vergleichsgerät gebildeten Differenz (A8.) ein Signal ausgelöst wird.