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Anordnung zum Leiten eines selbstfahrenden Fahrzeuges auf einer vorgeschriebenen
Fahrpiste Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Leiten eines selbstfahrenden
mit einer Lenkeinrichtung versehenen Fahrzeuges, insbesondere eines Container-Tranportfahrzeuges
auf einer vorgeschriebenen Fahrpiste.
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Es ist bereits ein zu Container-Verladesystem vorgesohlagen worden,
bei dem die einzelnen Container-Transportfahrzeuge durch ein Leitkabelsystem auf
einer vorgeschriebenen Fahrpiate gehalten werden, Dazu ist unter der Fahrpistenoberfläche
ein Leitkabel angeordnet, das von einer Steuerzentrale mit elektrischen Steuersignalen
versorgt wird. Damit sich die einzelnen Centainer-
Transportfahrzeuge
an dem Leitkabel orientieren können, sind sie an ihrer Unterseite mit antennenartigen
Sensoren versehen, die auf das durch die Steuersignale erzeugte elektromagnetische
Feld um das Leitkabel reagieren. Die drahtlose Koppelung zwischen dem Leitkabel
und den Container-Transportfahrzeugen ermöglicht nicht nur eine Führung der Container-Transportfahrzeuge
auf der Fahrpiste, sondern es können darüberhinaus boch Signale von dem Leitkabel
auf die Container-Transportfahrzeuge übertragen werden, die zur Steuerung des Fahrantriebs
der Container-Transportfahrzeuge dienen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist jeden,
daß das Verlegen des Leitkabelsystems unter du Fahrpiste relativ aufwendig istO
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe Zugrunde, eine Anordnung
der eingangs beschriebenen Art 90 auszubilden, daß das Leitsystems, mit dem die
Fahrzeuge auf der Fahrpiste gehalten werden, ohne großen Aufwand verlegt werden
kann. Das Leitsystem soll jedoch, wie bei der Leitkabelführung, kontaktlos sein,
d.h., die Fahrzeuge sollen sich in gewissen Grenzen frei bewegen können. Ins besonders
soll es ohne Schwierigkeiten möglich sein, ein Fahrzeug durch Handsteuerung aus
der vorgeschriebenen Fahrpiste herauszuführen.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Fahrpiste
ein Leitblechstreifen konstanter Breite aus Eisenblech aufgelegt ist, daß an der
Unterseite des Fahrzeuges in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander und mit einem einen
Luftspalt definierenden Abstand über dem Leitblechstreifen mindestend zwei magnetische
Sensoren angeord net sind, deren Abstand etwa gleich der Breite des Leitblechstreifens
oder größer ist und die jeder für sich mit dem Leitblechstreifen einen magnetischen
Kreis bilden,
dessen Magnetfluß von dem jeweiligen Luftspalt abhängt,
daß die Sensoren den jeweiligen Magnetflüssen entsprechende Steuersignale abgeben,
welche einem Komparator zugeführt sind, und daß der Komparator derart mit der Lenkeinrichtung
verbunden ist, daß die Lenkeinrichtung das Fahrzeug auf gleichen Magnetfluß in beiden
Sensoren einzustellen sucht.
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Die Leitblechstreifen können in einfacher Weise verlegt werden, so
daß die erfindungsgemäße Anordnung außerordentlich anpassungsfähig ist und schnell
verändert werden kann.
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Die Steuerung des Fahrantriebes der Fahrzeuge kann über Funk erfolgen.
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Mit den Iieitblechstreifen können selbstverständlich auch Weichen
gebildet werden. Damit ein Fahrzeug an einer Weiche kein undefiniertes Verhalten
zeigt, kann die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, daß ein
mit der Benkeinrichtung verbundener Benkprogrammspeicher an dem Fahrzeug vorgesehen
ist, in den das Lenkverhalten des Fahrzeuges an mit den ieltblechstreifen gebildeten
Weichen einprogrammierbar ist, und daß ferner eine Weichen erkennungsschaltung vorgesehen
ist, die - wenn das Fahrzeug eine Weiche erreicht - den Lenkprogrammspeicher veranlaßt,
ein Lenksignalan die Lenkeinrichtung entsprechend der einprogrammierten Entscheidung
für diese Weiche abzugeben.
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Eine zweckmäßige Ausbildungsform der magnetischen Sensoren kann darin
bestehen, daß jeder Sensor zwei im wesentlichen vertikal angeordnete Spulen mit
Kern umfaßt, welche in Fahrzeuglängsrichtung mit Abstand hintereinander angeordnet
sind und deren untere aus der jeweiligen Spule hervorschauende Kernenden gegenüber
dem Leitblechstreifen den Luftspalt-Abstand haben, daß die oberen Kernenden der
beiden Spulen jedes Sensors durch ein Joch miteinander verbunden
sind,
daß die eine Spule jedes Sensors an eine Erregerwechselstromquelle angeschlossen
ist, derart, daß durch die erregten Spulen der Sensoren ein Wechselstrom mit der
gleichen Stromstärke und gleichen oder umgekehrten Phase fließt, und daß an der
anderen Spule jedes Sensors eine das Steuersignal bildende Steuerspannung induziert
ist, welche dem Komparator zugeführt ist.
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Um den Einfluß des von den erregten Spulen naturgemäß erzeugten Streuflusses
möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der beiden Spulen
jedes Selsors so groß wie möglich ist. Ferner wurde ermittelt, daß es günstig rist,
wenn der Abstand der Sensoren etwa zweibis viermal so groß wie die Breite der Leitblechstreifen
ist, und wenn die Luftspaltbreite etwa einhalb- bis zweimel so groS wie die Breite
des Leitblechstreifens ist.
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tine technisch zweckmäßige Ausbildun0-sform des Komparators kann darin
bestehen, daß dieser einen phasenemfindlichen Gleichrichter umfaßt, dessen einem
Eingang die Summe der Steuerspannungen der beiden Sensoren derart zugeführt sind,
daß deren Phasen um 180° verschohen sind, und dessen anderem Eingang die Steuerspannung
eines der Sensoren zugeführt ist, so daß dem Ausgang des Komparators, je nachdem,
ob das Fahrzeug nach rechts oder links von dem Leitblechstreifen abweicht-, positive
oder negative Halbwellen-Impulse entnehmbar sind, die der Lenkeinrichtung zugeführt
werden.
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Zur Verstärkung der Steuerspannungen und zur Entkoppelung an dem phasendmpfindlichen
Gleichrichter ist es zweckmäßig, vor jeden Eingang des phasenempfindlichen Gleichrichters
einen Verstärker zu schalten.
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Die zuvor erwähnte Erkennungsschaltung kann beispielsweise zwei Gleichrichter,
eine diesen Gleichrichtern nachgeschaltete Addierschaltung und einen der Addierschaltung
nachgeschalteten Schwellwert-Schalter umfassen. Dabei werden je einem Gleichrichter
die Steuerspannung eines Sensors zugeführt und die in den Gleichrichtern gleichgerichteten
Steuerspannungen werden dann in der Addierschaltung addiert und darauf dem Schwellwert-Schalter
zugeführt. Der Ausgang der Addierschaltung ist mit dem Lenkprogrammspeicher verbunden,
welcher seinerseits die Lenkeinrichtung steuert. Überschreiten die gleichgerichteten
addierten Steuerspannungen einen gewissen Schwellwert an dem Schwellwertschalter,
so veranlaßt dieser, dem Lenkprogrammspeicher ein entsprechendes Lenksignal an die
Lenkeinrichtung abzugeben.
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Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß eine Hinderniserkennungsschaltung vorgesehen ist, welche den Fahrantrieb des
Fahrzeugs abschaltet, wenn auf dem Leitblechstreifen ein metallisches Hindernis
liegt. Eine praktische Schaltung dazu kann z.B dadurch gekennzeichnet sein, daß
die Hinderniserkennungsschaltung ein an den Ausgang der Addierschaltung der Weichenerkennungsschaltung
angeschlossenes Differenzierglied und einem dem Differenzierglied nachgeschalteten
Schwellwertschalter aufweist, welcher bei Überschreiten eines bestimmten S¢hwellwertes
der Ausgangsspannung des I?ifferenziergliedes den Fahrantrieb des Fahrzeugs abschaltet
Nachfolgend wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die Frontansicht eines schematisch dargestellten
Fahrzeuges auf der Fahrpiste mit einem Leitblechstreifen;
Fig. 2
ein Blockschaitbild der Schalteinheiten fur die Lenkanordnung und Hindernis erkennung
an einem Fahrzeug; Fig. 3 eine Ansicht von oben auf die Spulenanordnungen der Sensoren
in bezug auf den Leitblechstreifen; Fig. 4 einen Schnitt IV-IV aus Fig. 3; Fig.
5 einen Schnitt V-V aus Fig. 3; Fig. 6 ein Schaltbild der Spulen der Sensoren mit
einem Blockschaltbild des Komparators; Fig. 7 eine grafische Darstellung des zeitlichen
Verlau-Pes der Halbwellen-Impulse am Ausgang des Komparators, wenn die Abweichungen
des Fahrzeuges vom Leitblechstreifen groß sind; Fig. 8 eine grafische Darstellung
des zeitlichen Verlaufes der Halbwellen-Impulse am Ausgang des Komparators, wenn
die Abweichungen des Fahrzeuges vom Leitblechstreifen klein sind; Fig. 9 die Darstellung
einer leitblechstreifen-Welche von oben mit den schematisierten Anordnungen der
Sensoren in vier aufeinanderfolgenden Positionen; Fig. 10 ein Hindernis auf einem
Leitblechstreifen von oben gesehen; Fig. 11 einen Schnitt XI-XI durch Fig. 10.
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zeigt :L zeigt ein schematisch dargestelltes fahrzeug 1 in Frontansicht
auf einer Fahrpiste, auf der ein Leitblechstreifen 2 aufgelegt ist. An der Unterseite
des Fahrzeuges sind zwei Sensoren 20 22 angeordnet, deren untere Enden mit einem
einen Luftspalt definierenden Abstand über dem Leitblech 2 angeordnet sind. Der
Abstand zwischon den beiden Sensoren 20, 22 ist großer als die Breite des Leitblechstreifens
2.
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Die genaue Ausbildung der Sensoren wird später noch im Zusammenhang
mit den Fig. 3-6 erläutert. Das Grundprinzip der Sensoren 20, 22 beruht darauf,
daß diese mit dem Leitblechstreifen 2 einen magnetischen Kreis bilden, dessen Magnetfluß
von dem jeweiligen Luftspalt abhängt, der zwischen dem betreffenden Sensor 20, 22
und dem Leitbleohstreifen besteht. Jeder Sensor 20, 22 gibt ein dem jeweiligen Magnetfluß
entsprechendes Steuersignal ab. Die Steuersignale beider Sensoren werden dann dazu
ausgewertet,
um das Fahrzeug über dem Leitblechstreifen zu halten.
Ein entsprechendes Blockschaltbild zur Auswertung der von den Sensoren abgegebenen
Steuersignale zeit Fig. 2. In dem vorliegenden praktischen Fall sind die Steuersignale
-wie noch näher erläutert werden wird - Wechselspannungen, deren Amplitude von dem
jeweiligen Magnetfluß in dem zu dem betreffenden Sensor 20, 22 gehörenden magnetischen
Kreis abhängt. Befindet sich das fahrzeug 1 genau über de Leitblechstreifen 2, so
haben beide Sensoren 20q 22 den gleichen Abstand zu dem Leitblechstreifen 2. Weicht
das Fahrzeug 1 dagegen aus seiner Soll-Position über dem Leitblechstreifen 2 ab,
so hat einer der Sensoren 20, 22 einen größeren und der andere einen kleineren Abstand
gegenüber dem Leitblechstreifen 2. Dadurch verändern sich auch die Amplituden der
von den Sensoren 20, 22 abgegebenen Steuerwechselspannungen. Zur Auswertung dieses
Effektes werden die Steuerwechselspannungen - in Fig. 2 mit U1 und lt, bezeichnet
- einem Komparator 18 zugeführt, der bei einem Unterschied der Amplituden der Lenkeinrichtung
24 des Fahrzeuges 1 ein Lenksignal Ua zuführt . Die Polarität des Lenksignales Ua
hängt von dem relativen Amplitudenverhältnis der Steuerwechselspannungen ab.
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Damit das Fahrzeug 1 kein undefiniertes Verhalten zeigt, wenn es an
eine Leitblechstreifen-Weiche kommt, ist noch eine Weichenerkennungsschaltung 27
und ein Lenkprogrammspeicher 21 vorgesehen. Die Wirkungsweise dieser Schalteinheiten
wird im Zusammenhang mit Fig. 9 noch näher erläutert werden.
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In Fig. 3 sind die Sensoren 20, 22 in einer Ansicht von oben in Bezug
auf den Leitblechstreifen 2 genauer dargestellt. Die Fig. 4 und 5 zeigen zur weiteren
Klarstellung Schnitte aus Fig. 3. Der Sensor 20 umfaßt zwei im wesentlichen vertikal
angeordnete Spulen 5, 6, die mit einem
Kern 15, 16 versehen sind.
Die oberen Kernenden sind durch ein Joch 17 verbunden. Die unteren Kernenden bilden
mit dem Leitblechstreifen 2 den Luftspalt. Der Sensor 22 umfaßt ebenfalls zwei im
wesentlichen vertikal angeordnete Spulen 3, 4, die mit Kernen 13, 14 versehen sind.
Die oberen Kernenden sind wiederum durch ein Joch 7 miteinander verbunden, die unteren
Kernenden bilden einen Luftspalt mit dem Leitblechstreifen 2. Die Spulen 4 und 6
sind mit einer Frregerwechselstromquelle (siehe Fig. 6) verbunden.
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Dadurch wird in diesen beiden erregten Spulen 4 und 6 ein magnetischer
Fluß erzeugt, der in den jeweiligen von dem entsprechenden Sensor 20, 22 gebildeten
magnetischen Kreis fließt. In dem von dem Sensor 22 gebildeten magnetischen Kreis
fließt der magnetische Fluß, wie man aus Fig. 4 ersehen kann, beispielsweise wie
folgt: Der Fluß wird von dem Strom durch die Spule 4 erzeugt und fließt, ausgehend
von dem Kern 14 der Spule 4, über das Joch 17, über den Kern 13 der Spule 3, über
den Luftspalt zwischen dem Kern 13 und dem Leitblechstreifen 2, über den Leitblechstreifen
2, über den Luftspalt zwischen dem Leitblechstreifen 2 und dem Kern 14 der Spule
4 und zurück in den Kern 14. Dabei wird in der Spule 3 eine Steuerwechselspannung
induziert.
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Je größer der Luftspalt zwischen den Kernen 13, 14 und da Leitblechstreifen
2 ist, desto größer ist der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises und
desto geringer ist der Fluß durch diesen magnetischen Kreis. Dementsprechend hängt
auch die in der Spule 3 erzeugte Steuerwechselspannung von den Luftspalten ab. Entsprechendes
gilt ftir den Sensor 20.
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In Fig. 6 ist dia Schaltung der Spulen 3, 4, 5, 6 der Sensorten 20,
22 genauer dargestellt. Der Wicklungssinn der Spulen 3, 4, 5, 6 ist in Fig. 6 gleich,
w von aus l«a am linken unteren Ende jeder Spuls erkannt. Die Spulen 4 und s sind
beide an ie gleiche Erregerwechselstromquelle
9 angeschlossen,
sie werden aber gegenpbasig gespeist. Die Spulen 3 und 5 sind derart hintereinandergeschaltet,
daß die in ihnen induzierten Steuerwechselspannungen und und gegenphasig addiert
werden. Die so gegenphasig addierten Steuerwechselspannungen werden einem Verstärker
10 zugeführt, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines phasenempfindlichen Gleichrichters
12 verbunden ist. Der andere Eingang des phasenempfindlichen Gleichrichters 12 ist
mit dem Ausgang eines Verstärkers 11 verbunden, dessen Eingang die Steuerwechselspannung
U1 der Spule 5 zugeführt wird.
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Die Verstärker 10, 11 und der phasenempfindliche Gleichrichter 12
bilden den Komparator 18. Den zeitlichen Verlauf der Ausgangs spannungen des phasenempfindlichen
Gleichrichters 12 (im vorliegenden Fall sind es Halbwellengleichrichter) zeigen
die Fig. 7 und 8. Diese Ausgangsspannungen sind Spannungs-Impulse, deren Polarität
von dem relativen Amplitudenverhältnis der Steuerwechselspannungen U1 und U2 abhängen.
Die mit + bezeichneten Halbwellen werden beispielsweise erzeugt, wenn der Wagen
1 nach der einen Seite des Leitblechstreifens 2 abweicht, und die mit - bezeichneten
Halbwellen werden dann erzeugt, wenn der Wagen 1 nach der anderen Seite des Leitblechstreifens
abweicht. Im einen Fall ist die Steuerwechselspannung 4und im anderen Fall die Steuerwechselspannung
U2 die größere. Die in Fig. 7 dargestellten Halbwellen-Impulse entsprechen großen
Abweichungen des Fahrzeuges 1 von dem Leitblechstreifen 2, und die in Fig. 8 dargestellten
Halbwellen-Impulse entsprechen demgegenüber nur kleinen Abweichungen.
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In Fig. 9 ist eine Leitblechstreifen-Welche dargestellt.
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Kommt das Fahrzeug 1 an eine solche Welchenstelle, so treten infolge
des breiten Herzstückes der Welche undefinierte Verhältnisse auf. Wie ein Fahrzeug
nun über eine solche Weichenstelle gesteuert werden soll, soll anhand von vier
aufeinanderfolgenden
Positionen erläutert werden. Von dem Fahrzeug sind dabei nur die vierl-die Sensoren
bildenden Spulen. mit Joch gezeigt.
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In der Position 1 befindet sich das Fahrzeug noch vor der Weiche;
die Sensoren arbeiten in der bereits beschriebenen Weise.
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In der Position 2 hat das Fahrzeug die Weiche erreicht und die vorderen
Spulen befinden sich beide über dem Eisenblech der sich verzweigenden Leitblechstreifen.
Dadurch vergrößert sich der Magnetfluß in beiden Magnetkreisen. Das kann als Indiz
dafür gewertet werden, daß das Fahrzeug die Weiche erreicht hat. An dieser Stelle
wird aus dem Lenkprogrammspeicher (siehe Fig. 2) der einprogrammierte Lenkbefe abberufen,
der im vorliegenden Fall die Lenkeinrichtung 24 des Fahrzeuges 1 veranlaßt nach
rechts zu steuern.
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In Position 3 hat das Fahrzeug das herzstück der Weiche passiert.
Eine Zwangslenkung ist nun nicht mehr erforderlich. Das Fahrzeug befindet sich zwar
noch zu weit links im Bezug auf den Leitblechstreifen; diese Abweichung wird jedoch
auf die bisher beschriebene normale Weise korrigiert.
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In der Position 4 befindet sich das Fahrzeug dann wieder direkt über
dem Leitblechstreifen.
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Das Blockschaltbild fUr die Zwangslenkung an Weictienstellen umfaßt
in Fig. 2 die bereits erwshnte Weichenerkennungsschaltung 27 und den Lenkprogrammspeicher
21. Die Weichenerkennungsschaltung 27 besteht aus zwei Gleichrichtern 26,28,
deren
Ausgänge an eine Addierschaltung 25 geschaltet sind, welche ihrerseits einen Schwellwertschalter
23 speist.
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Die Steuersignalwechselspannungen 1und U2 werden jeweils einem der
Gleichrichter 26 bzw. 28 zugeführt. Die gleichgerichteten Steuerwechselspannungen
werden dann in der Addierstufe 25 summiert. tJberschreitet die Summenspannung einen
gewissen Schwellwert - wie es bei Erreichen des Herzstückes einer Weiche der Fall
ist -, so veranlaßt der Schwellwertschalter 23 den Lenkprograjmu speicher 21 ein
Lenksignal an die Lenkeinrichtung 24 entsprechend der einprogrammierten Entscheidung
für diese Weiche abzugeben.
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Fig. 10 zeigt ein Hindernis 31 auf einem Leitblechstreifen 2 und in
Fig. 11 ist ein Schnitt durch den Leitblechstreifen 2 und das Hindernis 31 dargestellt.
Im vorliegenden Fall ist das Hindernis 31 ein querliegender Blechstreifen. Bei einem
derartigen Hindernis soll der Fahrantrieb 36 des Fahrzeugs 1 abgeschaltet werden,
um Fehllenkungen zu vermeiden. Das Prinzip der Hinderniserkennung beruht darauf,
daß die Ausgangsspannung der Addierschaltung 25 sprungartig steigt, wenn das metallische
Hindernis in den Bereich der Sensoren 20, 22 kommt. Im Gegensatz dazu steigt die
Ausgangsspannung am Ausgang der Addierschaltung 25 kontinuierlich, wenn das Fahrzeug
1 über eine Weiche fährt.
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In Fig. 2 ist die Hinderniserkennungsschaltung mit der Bezugsziffer
30 bezeichnet. Sie besteht aus einem-Differenzierglied 32 und einem diesem nachgeschalteten
Schwellwertschalter 34. Das Differenzierglied 32 ist an den Ausgang der Addierschaltung
25 der Weichenerkennungsschaltung 27 angeschlossen. tibersteigt die Ausgangsspannung
des Differenziergliedes infolge des sprungartigen Auftretens eines Hindernieaes
31 einen Grenzwert, so schaltet der Schwellwertschalter 34 den Pahrantrieb 36 des
Fahrzeuges 1 ab.