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Verfahren und Vorrichtung zum Übertragen wenigstens einer Meßgröße
auf eine Anzeigeeinrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen
wenigstens einer Meßgröße auf eine Anzeigeeinrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen,
das bei geringem Aufwand die Möglichkeit einer anschaulichen und sinnfälligen Anzeige
von tatsächlich gemessenen Werten bietet und mit einer robusten und einfachen Einrichtung
durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der ge.
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messene Wert zunächst in ein elektrisches Signal umgeformt wird, das
hierauf von einer elektronischen Einrichtung periodisch abgetastet und in eine digitale
Information umgesetzt wird, und daß dann die so erhaltene digitale Information zu
einem Einschaltbefehl für eine zugeordnete Leuchtquelle einer den Meßbereich darstellenden
Kette von Leuchtquellen weiter verarbeitet wird. Die hiermit verbundenen
Vorteile
sind insbesondere in der quasianalogen Anzeige von digital erfaßten Werten zu sehen.
Die digitale Erfassung der Meßwerte ermöglicht dabei in vorteilhafter Weise die
Vermeidung von elektromechanischen Einrichtungen jeder Art und führt deshalb zu
einer praktisch trägheitslosen sowie gegen Erschütterungen unempfindlichen Meßwertanzeige.
Außerdem läßt sich infolge der bei einer elektronischen Einrichtung möglichen sehr
hohen Eingangs widerstände die Belastung der Signalquellen vernachlässigbar klein
halten. Ferner ergibt sich hierbei die Möglichkeit einer leichten und fehlerlosen
Fernübertragung der Meßwerte. Die quasi analoge Darstellung des Meßbereichs in einer
Leuchtquellenkette, wobei jeder Leuchtquelle ein kleiner Meßabschnitt zugeordnet
ist, bietet einen einfachen Überblick über den gemessenen Wert und die Randbereiche
des Meßbereichs sowie gegebenenfalls vorgegebene untere und obere Sollwerte. Die
Beobachtung einer derartigen Projektion des Meßbereichs ist auch über einen längeren
Zeitraum hinweg praktisch ohne Ermüdung des Bedienungspersonals durchführbar. Dies
führt in vorteilhafter Weise zu einer merklichen Entlastung insbesondere bei notwendigen
Dauerbeobachtungen.
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Es sind zwar analog anzeigende Meßinstrumente, beispielsweise sogenannte
Profilinstrumente mit Drehspul- oder Kompensationsmeßwerken, an sich bekannt. Derartige
Meßinstrumente weisen jedoch in der Regel einen komplizierten mechanischen Aufbau,
der einer großen Störanfälligkeit unterliegt, auf. Nachteilig erweist sich dabei
oft zudem der sehr große Platzbedarf und insbesondere bei Kompensationsmeßwerken
deren hoher Preis. Daneben sind auch vollelektronische, digital arbeitende Geräte
schon bekannt,
welche die einzelnen Meßwerteingänge nacheinander
abfragen und die gemessenen Werte numerisch anzeigen. Eine derartige Ziffernanzeige
bietet zwar eine sehr hohe Genauigkeit und ist praktisch keinem Ablesefehler unterworfen,
vermittelt jedoch kein anschauliches Bild des Meßbereichs und erweist sich deshalb
insbesondere bei Dauerbeobachtungen als sehr anstregend und ermüdend.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahw
rens wird in einem digitalen Wertungsteil im Verlauf von aufeinanderfolgenden, dem
Meßbereich entsprechenden Zählperioden an einem der Ausgänge des digitalen Wertungsteils
von einem Impulszähler der zahlenmäßige Wert der von einem Impulsgenerator gelieferten
Impulse als binäre Information und an einem weiteren Ausgang von einem Integrator
das Ergebnis einer Integration eines von einem Referenzwertgeber gelieferten, elektrischen
Referenzwertes zur Verfügung gehalten, das Integrationsergebnis wird dabei laufend
an einen der Meßstelle nachgeordneten Komparator weitergegeben, in dem es ständig
zum Vergleich mit dem dem gemessenen Wert entsprechenden elektrischen Signal kommt,
und sobald eine Übereinstimmung der miteinander verglichenen Werte festgestellt
ist, erhält ein Pufferspeicher ein Signal zur Ubernahme der in diesem Augenblick
am einen Ausgang des digitalen Wertungsteils anstehenden binären Information, die
hierauf in einen Decodierer eingespeist wird, der dann einen Befehl zum Einschalten
der der binären In.
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formation zugeordneten Leuchtquelle der dem betreffenden Pufferspeicher
nachgeordneten Kette von Leuchtquellen gibt. Hierdurch ist ein übersichtlicher und
einfacher Verfahrensablauf sichergestellt.
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Außerdem läßt sich hierbei eine leichte Anpassung an jeden geforderten
Meßbereich
durchführen sowie eine hohe Überlastungssicherung einhalten. In besonders vorteilhafter
Weise besteht dabei auch die Möglichkeit einer leichten und fehlerlosen Fernübertragung
der Meßwerte. Der einfache Verfahrensablauf bedingt lediglich eine wenig aufwendige
elektronische Einrichtung, die sich mit handelsüblichen integrierten Halbleiterschaltungen
realisieren läßt.
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Um zu verhindern, daß während der Ubernahme einer augenblicklichen
binären Information durch den Pufferspeicher vorübergehend falsche Leuchtquellen
aufleuchten, ist der an den Pufferspeicher gegebene Impuls, der die Ubernahme auslöst,
mit den Impulsen des Puls generators synchronisiert. Dies kann in einfacher Weise
durch die Anordnung einer Gatterschaltung zwischen einem Komparator und dem nachgeordneten
Pufferspeicher realisiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liefert der Referenzwertgeber
eine konstante elektrische Spannung und die an den einzelnen Meßstellen gemessenen
Werte werden ebenfalls in eine elektrische Spannung umgesetzt. Hierdurch ergibt
sich eine besonders einfache Weiterverarbeitung des Meßsignals.
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Dadurch, daß der an einer Meßstelle gemessene und in ein elektrisches
Signal umgesetzte Wert in einem steuerbaren Analogspeicher speicherbar ist, können
auf einfache Weise Mittelwert- oder Spitzen wertmessungen durchgeführt werden. Dies
erweist sich besonders zur Grenzwertüberwachung als günstig.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können
auch mehrere Meßstellen auf einmal erfaßt werden. An den einzelnen Meßstellen können
dabei jeweils gleiche oder aber in günstiger Weise
zur Erzielung
einer umfassenden Information über einen Verfahrensfortgang auch unterschiedliche
Meßgrößen aufgenommen werden.
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Hierzu werden in vorteilhafter Weise die den gemeinsam erfaßten Meßstellen
jeweils zugeordneten Komparatoren sowie die nachgeordneten Pufferspeicher von einem
gemeinsamen digitalen Wertungsteil beaufschlagt. Infolge dieser Maßnahmen erübrigt
sich ein Meßstellenschalter zur nacheinanderfolgenden Abfrage der einzelnen Meßstellen.
Dies ergibt eine wesentliche Vereinfachung.
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Außerdem ergibt sich hierbei eine echt gleichzeitige Messung aller
angeschlossenen Meßstellen mit einem einzigen digitalen Wertungsteil, mit dem auch
eine einfache gleichzeitige Grenzwertüberwachung möglich ist.
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In einer besonders vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens sind die den einzelnen, eine gleiche Meßgröße erfassenden Meßstellen
zugeordneten Leuchtquellenketten auf gleicher Höhe parallel nebeneinander angeordnet.
Hierdurch läßt sich das Meßwertverhalten an mehreren Meßstellen als leuchtender
Linienzug darstellen. Dies erlaubt eine schnelle Feststellung eines vorhandenen
Trends sowie eine anormale Abweichung eines Meßwerts von den übrigen Meßwerten mit
einem Blick, so daß sogleich geeignete und auf die Bedürfnisse aller Meßstelten
abgestianmte Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.
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Mit besonderem Vorteil können die einzelnen Leuchtquellenketten aus
Halbleiterleuchtdioden aufgebaut sein. Hierdurch ergibt sich eine gute Sichtbarkeit
der Leuchtanzeige auch noch auf größere Entfernungen. Zudem besitzen die lichtemittierenden
Halbleiterdioden
eine fast unbegrenzte Lebensdauer. Da für jede
Meßstelle immer nur eine Diode den Meßwert und gegebenenfalls eine weitere einen
Sollwert anzeigt, ist der Strombedarf sehr gering. Dies äußert sich in vorteilhafter
Weise in einem geringen Herstellungspreis des Stromversorgungsteils.
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Zweckmäßig ist die elektronische Einrichtung als integrierte Halbleiterschaltung
ausgebildet. Eine derartige Schaltung hat einen nur geringen Platzbedarf. Infolgedessen
können die Platzkosten für eine derartige Meßeinrichtung niedrig gehalten werden.
Da in der Regel handelsübliche Bauteile Verwendung finden können, lassen sich auch
die Anschaffungskosten verhältnismäßig niedrig halten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung ihrer Wirkungsweise anhand des s chaltungstechnis chen Aufbaus eines
Ausführungsbeispiels.
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Es zeigen Figur 1 den schaltungstechnischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels
in vereinfachter Darstellung, Figur 2 ein schaltungsmäßiges Beispiel für ein digitales
Wertungsteil, Figur 3 den Verlauf der vom Integrator des digitalen Wertungsteils
erzeugten Spannung über der Zeit,
Figur 4 ausschnittsweise den schaltungstechnischen
Aufbau einer zusätzlichen Sollwertanzeige.
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Mit dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können mehrere
MeßgröBen gemeinsam zur Anzeige gebracht werden. Die an den Meßwerteingängen 1a>
1b bis 1n in Form einer elektrischen Spannung ankommenden Meßwerte werden erfindungsgemäß
quasianalog durch die Leuchtquellen 2 von zugehörigen Leuchtquellenketten 3a, 3b
bis 3n angezeigt. Die Leuchtquellenketten 3a, 3b bis 3n sind dabei in vorteilhafter
Weise auf gleicher Höhe parallel nebeneinander im Sichtbereich eines Kontrollstandes
zur Überwachung der zur Anzeige gebrachten Meßgrößen angeordnet. Da durch geeignete
Geber auch mechanische Größen, beispielsweise Längen änderungen oder Druckänderungen,
in elektrische Signale, im vorliegenden Fall eine elektrische Spannung, umgesetzt
werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Überwachung nur elektrie
scher Größen beschränkt. Zur Übermittlung der gemessenen Werte dient eine elektronische
Einrichtung. Hierdurch können auch große Entfernungen auf einfache Weise überbrückt
werden. Zur Erzeugung periodischer Impulse ist ein Pulsgenerator 4, beispielsweise
eine Quarzuhr, vorgesehen. Vom Pulsgenerator 4 wird ein digitales Wertungsteil 5
gesteuert.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, besteht-das digitale Wertungsteil
5 in einer einfachen Ausgestaltung im wesentlichen aus einem elektronischen Impulszähler
6 und einem hiermit über eine Kippschaltung 7 verbundenen Integrator 8. Der Impulszähler
6 beherrscht die Ausgänge Dos D1 bis Dn des digitalen Wertungsteils 5. Die vom Pulsgenerator
4
mit konstanter Frequenz ankommenden Impulse werden im elektronischen Impulszähler
6 gezählt und an den Ausgängen Do' D1 bis Dn als binäre Information, beispielsweise
als Spannung mit zwei unterschiedlichen Pegeln, bereit-gehalten. Das Vorhandensein
einer Spannung am Ausgang Do bedeutet dabei die Zahl 20 am Ausgang D1 die Zahl 21,
am Ausgang Dn die Zahl 2n. Durch die Anzahl der Ausgänge Do bis Dn ist die Zählkapazität
des Impulszählers 6 vorgegeben. Ist das Ende der möglichen Zählkapazität erreicht,
dann stellt sich der Impulszähler 6 automatisch auf Null zurück und beginnt von
neuem zu zählen. Der Integrator 8, der die von einem Referenzwertgeber 9 abgenommene
Referenzspannung integriert, erhält dabei gleichzeitig einen Rücksetzbefehl, so
daß sich an dem vom Integrator 8 beherrschten Ausgang C des digitalen Wertungsteils
5 ein säge zahnförmige r Referenzspannungsverlauf Uc über der Zeit, wie in Figur
3 dargestellt, ergibt. Der Zählabschnitt entspricht dabei der Zählkapazität des
Impulszählers 6. Der sich ergebende sägezahnförmige Referenzspannungsverlauf dient
zum Vergleich mit den an den Meßwerteingängen 1a, 1b bis In anstehenden verschiedenen,
den verschiedenen Meßwerten entsprechenden Spannungen Ue. Hierzu ist der Ausgang
C des digitalen Wertungsteils 5 mit den einzelnen Meßwerteingängen 1a, 1b bis 1n
zugeordneten Komparatoren 10a, 10b bis 10n verbunden. Der zweite Eingang der Komparatoren
10a, 10b bis 10n ist mit den zugehörigen Meßwerteingängen 1a, 1b bis 1n verbunden.
Bei dem in Figur 3 eingezeichneten Beispiel erreicht die Sägezahnspannung nach einem
Zählabschnitt b während des achten Taktes des Pulsgenerators 4 die angenommene Eingangsspannung
Ue. Der zugehörige Zeitpunkt ist mit T bezeichnet. Sobald der zugehörige Komparator
10a bis 10 n die Gleichheit zwischen den betreffenden Spannungen Ue und Uc fest
stellt, gibt er an einen zugeordneten Pufferspeicher lla, 11b bis 11n einen Befehl
zur Übernahme der augenblicklichen binären Zählinformation
an
den Ausgängen Do bis Dn des digitalen Wertungsteils 5.
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Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind hierzu die Ausgänge Do bis Dn in
ihrer Gesamtheit mit den Pufferspeichern 11a bis 11n verbunden.
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Zum Zeitpunkt T hat der Pulsgenerator 4 bereits acht Impulse einer
Zählperiode abgegeben. An den Ausgängen des Impulszählers 6 ist daher die Zahl 8,
im Binärsystem gleich 23, gespeichert. Der Ausgang D3 müßte demnach in diesem Fall
die höhere Spannung führen, die übrigen Ausgänge wären auf dem niedrigen Ausgangsniveau.
In vorteilhafter Weise ist die Befehlsübergabe von den Komparatoren 10a bis 10n
an die zugehörigen Pufferspeicher 11a bis 11n mit dem Pulsgenerator 4 synchronisiert.
Hierdurch ist sichergestellt, daß die Pufferspeicher 11a bis 11n immer eine definierte
binäre Information vorfinden und nicht gerade zum Zeitpunkt zwischen zwei Impulswechseln,
also zum Zeitpunkt der Weiterverstellung des Impulszählers von einer Zahl zur nächsthöheren,
die Information abrufen. In einfacher Weise kann dies durch zwischen die Komparatoren
10a bis 10n und die zugehörigen Pufferspeicher 11a bis 11n gelegte sogenannte Und-Gatter
12a bis 12n realisiert werden. Die Gatter 12a bis 12n haben zwei Eingänge, von denen
der eine mit dem Pulsgenerator 4 und der andere mit dem zugehörigen Komparator 10a
bis 10n verbunden ist. Nur wenn beide Eingänge z. B.
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mit Spannung beaufschlagt werden geht der Übernahmebefehl an den zugehörigen
Pufferspeicher 11a bis lln. Den Pufferspeichern 11a bis 11n sind Decodierer 13a
bis 13n nachgeordnet, in denen die gespeicherte binäre Information anschließend
entschlüsselt wird. Von jedem Decodierer 13a bis 13n wird eine zugehörige Leuchtquellenkette
3a bis 3n angesteuert. Jede Leuchtquellenkette enthält mehrere Leuchtquellen 2,
von denen jeder eine bestimmte binäre Information zugeordnet ist, die vom zugeordneten
Decodierer 13a
bis 13n in einen Einschaltbefehl übersetzt wird.
Das Aufleuchten einer bestimmten Leuchtquelle 2 steht demnach in einem genauen Verhältnis
zu dem am zugeordneten Meßwerteingang ankommenden Meßsignal. In vorteilhafter Weise
können zur Bildung der Leuchtquellen 2 Halbleiterleuchtdioden vorgesehen sein. Diese
Elemente besitzen eine fast unbegrenzte Lebensdauer. Das Auflösungsvermögen des
erfindungsgemäßen Meßprinzips richtet sich lediglich nach der für eine Meßstelle
vorgesehenen Zahl von Halbleiterleuchtdioden in einer Leuchtquellenkette 3 und der
Zählkapazität des Impulszählers 6. Durch entsprechende Bemessung der Zählkapazität
des Impulszählers 6 sowie der Zahl der Halbleiterleuchtdioden läßt sich das Auflösungsvermögen
in einem weiten Bereich allen Erfordernissen anpassen. Durch entsprechendes Einstellen
des Referenzwertgebers 9 kann auch der Meßbereich auf jedes gewünschte Maß einreguliert
werden. Durch Einfügen von steuerbaren Analogsignal-Speichern 14a, 14b bis 14n hinter
den meßwerteingängen 1a, 1b bis 1n läßt sich die Meßenrichtung noch für Sonder~
anwendungsfälle, wie z. B. Mittelwert- oder Spitzenwertmessungen, erweitern.
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Dadurch, daß auf den Leuchtquellenketten 3a bis 3n zusätzlich zum
Ist-Wert gleichzeitig ein Soll-Wert zur Anzeige gebracht wird, kann zweckmäßig die
Abweichung des gemessenen Wertes vom gewünschten Wert und damit das Maß einer notwendigen
Nachstellung anschaulich dargestellt werden. Sobald in einer der Leuchtquellen.
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ketten 3a bis 3n zwei Leuchtquellen 2 aufleuchten, ergibt sich hieraus
demnach für das Bedienungspersonal der Hinweis, das betreffende Stellglied so lange
zu verstellen, bis die den Ist-Wert und die den
Soll-Wert anzeigende
Leuchtquelle zusammentreffen. Zur besseren Unterscheidung sind die einen Soll-Wert
darstellenden Signale und die einen Ist-Wert darstellenden Signale verschieden.
Vorzugsweise kann der Soll-Wert durch ein Blinksignal, der Ist-Wert durch ein Dauersignal
angezeigt werden. Zur gleichzeitigen Darstellung eines Soll- und eines Ist-Werts
auf derselben Leuchtquellenkette werden den Decodierern 13a bis 13n, wie aus Figur
4 ersichtlich, über eine zugehörige Weichenschaltung wechselweise der digitale Ist-Wert
sowie ein digitaler Soll-Wert zugeleitet. In Figur 4 ist der Einfachheit halber
lediglich der Decodierer 13a mit der zugehörigen Leuchtquellenkette 3a dargestellt.
Die dem Decodierer 13a vorgeschaltete Weichenschaltung ist mit 15a bezeichnet. Bei
16 ist der Ist-Wert-Eingang, bei 17 der SollWertEingang der Weichenschaltung 15a
angedeutet. Die bei 16 ankommenden Ist-Werte werden vom Pufferspeicher 11a abgegeben.
Der bei 17 ankommende Soll-Wert wird einem Soll-Wert-Geber entnommen. Die Weichenschaltung
15a kann in günstiger Weise aus handelsüblichen integrierten Gattern aufgebaut sein.
Zur Steuerung der Weichenschaltung 15a ist ein Steuergenerator 18 vorgesehen, der
zweckmäßig Rechteckimpulse mit einer Frequenz von mindestens 30 Hz abgibt, die der
Weichenschaltung 15a über ihren Eingang 19a direkt zugeleitet werden. Durch diese
Impulse wird zweckmäßig die Weitergabe der ist-Wert-Information an den Decodierer
13a gesteuert. Infolge der Frequenz von mindestens 30 Hz wird das Signal der betreffenden
Leuchtquelle 2 vom menschlichen Auge in vorteilhafter Weise nur noch als kontinuierliches
Leuchten aufgefaßt. Zur Steuerung der Soll-Wert-Weitergabe an den Decodierer 13a
werden der Weichenschaltung 15a über ihren weiteren Eingang 20a weitere, um einen
Rechteckabstand phasenverschobene Signale zugeführt. Die Signale des Steuergenerators
18
passieren hierzu ein dem Eingang 20a vorgeschaltetes Gatter
21.
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Zur Erzeugung eines Blinksignals der den Soll-Wert anzeigenden Leuchtquelle
2 ist das Gatter 21 als Nand-Gatter ausgebildet, dessen einer Eingang 22 parallel
zum Eingang 19a der Weichenschaltung 15a gelegt ist und dessen weiterem Eingang
23 ein ebenfalls vom Steuergenerator 18 beaufschlagter Frequenzteiler 24 vorgeschaltet
ist. Der Frequenzteiler 24 dreht die Richtung der vom Steuer generator 18 ankommenden
Signale um und setzt ihre Weiterleitung periodisch etwa mit einer Frequenz von 2
Hz aus.
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Mit dieser Frequenz blinkt somit die betreffende Leuchtquelle 2 sichtbar
auf. Es ist auch denkbar, den Ist-Wert als Blinksignal und den Soll-Wert als Dauersignal
darzustellen. Hierzu müßte der Frequenzteiler 24 dem Eingang 22 des Gatters 21 vorgeschaltet
sein.
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Die vorliegende Erfindung ist vielseitig anwendbar. Beispielsweise
können hiermit auf einfache Weise gemeinsam oder für sich die Abweichung der Temperaturen,
der Schwingungsausschläge oder der Arbeitsdrücke der Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
von einem Normalwert sowie gegebenenfalls die erwünschten Soll-Werte anschaulich
dargestellt werden. Weitere Einsatzmoglichkeiten bestehen etwa in der Anzeige beispielsweise
der Spaltbreite bei Walzwerken oder der Lage einer Verstellspindel bei Druckmaschinen
oder Werkzeugmaschinen.