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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Strahlungsheizkörpern für Kochgeräte und einen
Strahlungsheizkörper.
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Aus
DE 36 40 191 A1 ist
eine Elektro-Kochplatte bekannt, bei der an der Unterseite eines
Kochplattenkörpers
in der Mittelzone zwei gesonderte Temperaturschalter mit ihren Schaltersockeln
so angeordnet sind, dass die Temperaturfühler zwischen einer unteren
Abdeckung und der Unterseite des Kochplattenkörpers liegen. Ein Temperaturschalter ist
als Temperaturbegrenzer für
mindestens einen Heizwiderstand der Kochplatte vorgesehen, während der
andere Temperaturschalter einen Heißmeldekontakt aufweist, welcher
in Abhängigkeit
von der tatsächlichen
Temperatur des Kochplattenkörpers
bzw. von dessen Kochfläche
geschaltet wird und eine Anzeigevorrichtung betätigt. Die Temperaturfühler können sich
ausgehend von der Mittelzone winkelversetzt unter den Kochplattenkörper erstrecken.
Dabei ist nachteilig, dass die heizleiterfreie Mittelzone groß genug
sein muss, damit sie die Träger
für die
Temperaturschalter aufnehmen kann. Eine solche Anordnung ist nur
für die
angegebenen Elektro-Kochplatten geeignet, da sie aufgrund ihrer
Wärmekapazität und Wärmeleitung
die im Mittelbereich fehlende bzw. ungleichmäßige Wärmequelle ausgleichen. Auch
ist eine solche Anordnung relativ aufwendig zu warten.
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Aus
DE 33 46 582 C2 ist
eine Vorrichtung zur Steuerung von wenigstens zwei Heizzonen aufweisenden
Heizkörpern,
z. B. Strahlungsheizkörpern,
für Kochgeräte offenbart,
die einen Temperaturfühler aufweist,
der sich über
alle Heizzonen erstreckt und einen einstückigen Stab mit hoher thermischer
Ausdehnung und diesen direkt umgebende Rohrstücke mit unter schiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten
umfasst, wobei die thermische Gesamtausdehnung der Rohrstücke kleiner
als jene des Stabes ist, der mit einem Kontaktsystem in Verbindung
steht und mit seinem einen Endbereich mit einem an einem Gehäuse einer
Stelleinrichtung abgestützten Rohrstück verbunden
ist. Dabei ist jedes Rohrstück einer
bestimmten Heizzone des Heizkörpers
zugeordnet und im Einwirkungsbereich derselben angeordnet, wobei
die Rohrstücke
in Axialrichtung des Rohres hintereinander stumpf aneinander stoßend angeordnet
sind. Hierbei ist die vergleichsweise komplexe Ausgestaltung der
Temperaturfühler
nachteilig, als auch, dass die Steuervorrichtung aufgrund der sich
am Umfang des Heizkörpers
gegenüberliegenden
Schaltgehäuse
vergleichsweise viel Einbaufläche
benötigt.
Dies ist insbesondere bei Geräten
mit Heizkörpern
nachteilig, die nahe an den Außenrand des
Kochgeräts
herangebracht werden sollen und/oder eine kompakte Bauform aufweisen
sollen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit
zum verbesserten Ansteuerung von Heizbereichen für Strahlungsheizkörper bereitzustellen,
die für
vergleichsweise kompakte als auch einfach montierbare Heizkörper geeignet
ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Steuerung von Strahlungsheizkörpern nach
Anspruch 1 und einen Strahlungsheizkörper nach Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination
entnehmbar.
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Die
Vorrichtung ist zur Steuerung von Strahlungsheizkörpern für Kochgeräte mit mindestens zwei
getrennt ansteuerbaren Heizbereichen ausgestaltet und weist mindestens
zwei außer halb
des Strahlungsheizkörpers
befestigte Schutztemperaturbegrenzer auf, die unterschiedlichen
Heizbereichen funktional zugeordnet und im Einwirkungsbereich derselben
angeordnet sind. In dieser Allgemeinheit umfasst ein Heizbereich
einen elektrischen Stromkreis mit darin vorhandenen allgemein bekannten Heizelementen
für Strahlungsheizkörper. Ein
Schutztemperaturbegrenzer kann einem oder mehreren Heizbereichen
funktional zugeordnet sein, die z. B. gleich geschaltet werden;
typischerweise werden aber keinem Heizbereich zwei oder mehr Schutztemperaturbegrenzer
funktional zugeordnet. Dabei kann ein Schutztemperaturbegrenzer
bzw. ein zugehöriger Temperaturfühler nur
teilweise oder ganz in einem Einwirkungsbereich des/der ihm funktional
zugeordneten Heizbereich(e) angeordnet sein, oder sogar an einem
Einwirkungsbereich eines ihm nicht zugeordneten Heizbereiches angeordnet
sein, solange seine Schutztemperaturbegrenzungsfunktion im wesentlichen
nur durch den/die zugeordneten Heizbereich(e) bestimmt wird. Der
Temperaturfühler
wird folglich von ausserhalb des Strahlungsheizkörpers bzw. seiner Heizfläche in diesen
hinein zum Einwirkungsbereich geführt, also nicht von der Mitte
des Strahlungsheizkörpers
bzw. der Heizbereiche aus kommend.
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Bei
der Vorrichtung zur Steuerung sind die jeweiligen Temperaturfühler der
Schutztemperaturbegrenzer ferner zueinander winkelversetzt, also nicht
parallel zueinander, angeordnet. Dadurch können, beispielsweise im Gegensatz
zu
DE 33 46 582 C2 ,
die Schutztemperaturbegrenzer näher
als bisher aneinandergerückt
werden, wodurch eine kleinere Einbaufläche ermöglicht wird. Insbesondere können außerhalb
der Heizbereiche bzw. des Strahlungsheizkörpers befestigte Schaltgehäuse der
Schutztemperaturbegrenzer nahe aneinandergerückt werden. Dies ist insbesondere
vorteilhaft bei engen Bauformen oder bei Bauformen, die einen nur
kleinen Abstand zur Seitenfläche
des Kochgeräts
aufweisen sollen. Durch die Befestigung der Schutztemperaturbegrenzer
ausserhalb des Heizkörpers
sind diese einfach montierbar; der Mittenbereich des Heizkörpers kann
durch Heizbereiche im wesentlichen abgedeckt werden, was für die Effizienz
der Strahlungsheizkörper
einen Vorteil darstellt; auch ist eine thermische Abschirmung der
Schaltgehäuse
ausserhalb des Heizkörpers
besser möglich
als von Schaltgehäusen
innerhalb des Heizkörpers.
Besonders vorteilhaft ist eine direkte Befestigung der Schutztemperaturbegrenzer
an einem Umfangsbereich des Strahlungsheizkörpers.
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Der
Temperaturfühler
kann beispielsweise als ein Ausdehnungsstab bzw. Fühlerstab,
ein Bimetallschalter oder ein elektrischer Messfühler ausgeführt sein.
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Der
Strahlungsheizkörper
mit der Vorrichtung zur Steuerung weist gleiche Eigenschaften und Vorteile
auf. Er ist bevorzugt mit einer Kochplatte aus Glaskeramik abgedeckt,
kann aber auch beispielsweise durch eine dünne Metallplatte abgedeckt
sein.
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Vorteilhafterweise
ist ein Temperaturfühler zumindest
eines ersten der Schutztemperaturbegrenzer so ausgestaltet und eingerichtet,
dass er sich in seiner Erstreckungsrichtung maximal über die
halbe Ausdehnung der Heizbereiche bzw. des Heizkörpers erstreckt. Beispielsweise
kann sich dann bei im wesentlichen kreisförmigem Heizkörper bzw.
kreisförmigen
Heizbereichen ein vom Umfang zur Mitte erstreckender Temperaturfühler maximal
bis zur Mitte reichen, also maximal eine Länge gleich dem Radius der gemeinsamen
Heizbereiche aufweisen. Dies wird weiter unten in einem Ausführungsbeispiel
genauer beschrieben. Bei ovalem oder ellipsenförmigem Heizkörper kann
sich dann ein Temperaturfühler
beispielsweise vom Umfang des Heizkörpers bzw. der Heizbereiche
aus bis zur Haupt- oder Nebenachse erstrecken; bei Positionierung
der Temperaturfühler am
Hauptscheitel bzw. Nebenscheitel kann die Länge eines Temperaturfühlers bei
90° Winkelversatz zur
Mitte maximal der Länge
der großen
bzw. kleinen Halbachse entsprechen. Dadurch kann dieser erste Temperaturfühler vergleichsweise
einfach und stabil ausgeführt
werden.
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Ein
Temperaturfühler
zumindest eines anderen, zweiten Schutztemperaturbegrenzers kann
so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass er sich in seiner Erstreckungsrichtung über die
halbe Ausdehnung der Heizbereiche hinaus erstreckt. Die kleinere Länge des
oben beschriebenen Temperaturfühlers verhindert,
dass sich die beiden Temperaturfühler überschneiden.
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Es
ist zur einfachen Ausgestaltung der Vorrichtung vorteilhaft, wenn
der Temperaturfühler
des ersten Schutztemperaturbegrenzers nur dem/den äußeren Heizbereich(en)
funktional zugeordnet ist. Dann muss sich der Temperaturfühler des
ersten Schutztemperaturbegrenzers nicht über ihm nicht zugeordnete Heizbereiche
erstrecken. Dadurch kann der Temperaturfühler einfacher ausgeführt sein
(z. B. als Ausdehnungsstab ohne Isolierungsabschnitte).
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Zu
Sicherstellung eines ausreichenden temperaturabhängigen Dehnungshubs des Temperaturfühlers kann
dieser über
die ihm zugeordneten Heizbereiche hinausreichen, solange die ihm
nicht zugeordneten Heizbereiche keine wesentliche Einwirkung auf
seine Schutzbegrenzerfunktion für
die zugeordneten Heizbereiche aufweisen. Dies kann durch entsprechende
Isolierabschnitte bzw. Abschnitte mit geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten
geschehen.
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Bevorzugt
sind die Heizbereiche bzw. der Strahlungsheizkörper im wesentlichen ringförmig ausgebildet.
Dann sind die Temperaturfühler
der Schutztemperaturbegrenzer vorzugsweise auf eine gemeinsame Mitte
der Heizbereiche ausgerichtet, und ihre Längsachsen schließen bezüglich der
Mitte einen jeweiligen Winkel ein. Allgemein müssen die Temperaturfühler aber
nicht auf eine Mitte ausgerichtet sein, sondern können z.
B. auch seitlich versetzt sein.
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Für eine besonders
kompakte Bauform beträgt
der Winkel weniger als 90° (Begrenzer
im gleichen Sektor), insbesondere weniger als 45°, speziell ca. 35° oder noch
weniger.
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In
den folgenden nicht-beschränkenden
und lediglich schematischen Ausführungsbeispielen
zeigen:
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1 in
Draufsicht Elemente eines ersten Ausführungsbeispiels eines Strahlungsheizkörpers mit
zueinander winkelversetzten Schutztemperaturbegrenzern; und
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2 in
Draufsicht Elemente eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Strahlungsheizkörpers mit
zueinander winkelversetzten Schutztemperaturbegrenzern.
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Funktional
gleichwirkende Elemente können mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden.
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1 zeigt
einen kreisförmigen
Strahlungsheizkörper 1 mit
darin angeordneten drei Heizbereichen 2, 3, 4 mit
ringförmiger
Grundform (Funktionsform), nämlich
einen inneren Heizbereich 2, einen mittleren Heizbereich 3 und
einen äußeren Heizbereich 4,
welcher strichpunktiert angedeutet ist. Die Heizleiter der jeweiligen
Heizbereiche 2, 3, 4 überdecken die Grundform mäanderförmig. Der
innere Heizbereich 2 ist über elektrische Anschlüsse 5, 6 mit Strom
versorgbar, der mittleren Heizbereich 3 ist über elektrische
Anschlüsse 7, 6 mit
Strom versorgbar und der äußere Heizbereich 4 ist über elektrische
Anschlüsse 8, 9 mit
Strom versorgbar.
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Der
funktionale Durchmesser des Heizkörpers 1 (der Durchmesser
der effektiven Heizzone) beträgt
2·R bzw.
eine Länge
A-A, hier ca. 320 mm. Der Heizkörper 1 weist
weiterhin einen Rand 10 der radialen Ausdehnung A-B auf.
Im folgenden wird die Erfindung, wo nicht explizit anders dargelegt,
in Bezug auf den funktionalen Durchmesser 2·R beschrieben, wobei dem
Fachmann eine Anpassung der Elemente und Funktionen an den Rand 10 oder
unterschiedliche Ausgestaltungen davon möglich ist. Damit ist auch eine
Befestigung ausserhalb der effektiven Heizzone des Durchmessers
A-A des Strahlungsheizkörpers 1 umfasst.
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Am – in Draufsicht
ohne Kochfeldabdeckung (z. B. Glaskeramikplatte) – äußeren Umfang
des Randes 10 des Strahlungsheizkörpers 1 sind ein erster
Schutztemperaturbegrenzer 11 und ein zweiter Schutztemperaturbegrenzer 12 befestigt.
Beide Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 sind somit
ausserhalb des Strahlungsheizkörpers 1 bzw.
ausserhalb dessen effektiver Heizzone angebracht. Die Befestigung
geschieht in diesem Ausführungsbeispiel direkt
am Strahlungsheizkörper 1,
könnte
in anderen Ausführungsformen
aber auch an anderen Elementen oder Abschnitten des Kochgeräts ausser
dem Strahlungsheizkörper 1 geschehen,
also indirekt.
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Beide
Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 weisen identische
Schaltgehäuse 13, 14 auf,
jedoch ist ein dem ersten Schutztemperaturbegrenzer 11 zugeordneter
Temperaturfühler 15 kürzer als
ein dem zweiten Schutztemperaturbegrenzer 12 zugeord neter
Temperaturfühler 16.
Beide Temperaturfühler 15, 16 sind,
vom Umfangsbereich des Heizkörpers 1 kommend,
durch die Wand bzw. den Rand 10 in den Einwirkungsbereich
der zugeordneten Heizbereiche 2, 3, 4,
d. h., die Heizfläche
mit Radius R, eingeführt worden.
Der Einwirkungsbereich eines Heizbereichs 2, 3, 4 entspricht
hier im wesentlichen seiner Heizfläche in Draufsicht.
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Die
Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 arbeiten so,
dass die Temperaturfühler 15, 16 nach
Erreichen einer Grenz- bzw. Abschalttemperatur im Schaltgehäuse 13 bzw. 14 durch
ihre Längendehnung
einen Schalter (nicht gezeigt) umschalten. Dem Fachmann ist die
grundsätzliche
Arbeitsweise von Schutztemperaturbegrenzern dieser Art bekannt, und
er wird routinemäßige Anpassungen
und Veränderungen
daran durchführen
können,
z. B. bezüglich der
Einstellung der Grenztemperatur bzw. Anschalttemperatur, einer Hysterese,
einem Aufbau des Temperaturfühlers,
und so weiter. Jeder Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 kann
hier auch einen Schaltkontakt zur Temperaturanzeige schalten, z.
B. eine rote Lampe (Restwärmeanzeige).
In dieser Ausführungsform
ist der erste Schutztemperaturbegrenzer 11 nur dem äußeren Heizbereich 4 zugeordnet
und im Einwirkungsbereich desselben angeordnet, während der zweite
Schutztemperaturbegrenzer 12 sowohl dem mittleren Heizbereich 3 als
auch dem inneren Heizbereich 2 zugeordnet und im Einwirkungsbereich derselben
angeordnet ist.
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Der
Temperaturfühler 15 des
ersten Schutztemperaturbegrenzers 11 ragt hier bis in die
Lücke zwischen äußerem Heizbereich 4 und
mittlerem Heizbereich 3, die einen radialen Abstand vom
Innenrand von ca. 30–35
mm aufweist. In anderen Ausführungsformen
könnte
er beispielsweise auch an den anderen Heizbereichen 2, 3 angeordnet
sein, solange er diesen nicht funktional zugeordnet ist (z. B. durch
geeignete Materialwahl der Abschnitte des Temperaturfühlers 15)
und solange er (innerhalb des funktionalen Heizbereichs) nicht länger als
R ist, also hier nicht länger
als ca. 160 mm.
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Der
Temperaturfühler 16 des
zweiten Schutztemperaturbegrenzers 11 erstreckt sich in Draufsicht
bis über
die Mitte des Heizkörpers 1 hinaus
und wird dort durch eine Klemme 17 am Hochbiegen gehindert.
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Durch
den kurzen ersten Temperaturfühler 15 können sich
die beiden Temperaturfühler
nicht überschneiden.
Die Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 bzw. ihre
Schaltgehäuse 13, 14 können so
dicht zueinandergebracht werden. Der Winkelversatz um die Mitte
beträgt
hier Θ =
ca. 35°,
wie in Draufsicht auf die Längsachsen
I1, I2 der entsprechenden Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 gezeigt.
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Dadurch,
dass beide Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 Leistungskontakte
aufweisen, kann günstigerweise
auch die Leistung des Strahlungsheizkörpers 1 erhöht werden.
Die Strombelastbarkeit eines typischen Kontakts beträgt 12 A
(bei 230 V, entsprechend einer maximalen Schaltleistung von 2760 W)
bzw. 8A (bei 400 V, entsprechend einer maximalen Schaltleistung
von 3200 W). Durch Verwendung mehrerer Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 kann der
Strom entsprechend aufgeteilt werden und theoretisch eine der Zahl
der Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 entsprechend
vervielfachte Maximalleistung eingespeist werden. Dies ist insbesondere
für große Heizkörper günstig. Zum
Einhalten von zulässigen Schaltleistungen
der Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 ist dabei
eine Aufteilung der relativen Leistungen durch die Schutztemperaturbegrenzer 11, 12 in
einem ungefähr ähnlichen
Verhältnis
von 1:1 bis 1:2 günstig.
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Dabei
können
die Kontakte zur Restwärmeanzeige
weiterhin verwendet werden.
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Vorzugsweise
weisen der erste Schutztemperaturbegrenzer 11 und der zweite
Schutztemperaturbegrenzer 12 unterschiedliche Grenztemperaturen
bzw. Abschalttemperaturen auf, was eine Steuerung der Heizeigenschaft
des Strahlungsheizkörpers 1 flexibler
macht. Insbesondere liegt die Abschalttemperatur des ersten Schutztemperaturbegrenzers 11 niedriger
als die des zweiten Schutztemperaturbegrenzers 12, da so
bei Heizkörpern 1,
die nahe am Rand des Kochgeräts
liegen, ein Erhitzen angrenzender Kücheneinbauten oder Kochgeschirre
vermieden wird. Es kann zur effektiveren Beheizung von Kochgeschirr
auch vorteilhaft sein, wenn die Abschalttemperatur des ersten Schutztemperaturbegrenzers 11 höher liegt
als die des zweiten Schutztemperaturbegrenzers 12, da insbesondere
Töpfe für große Kochfelder
innen bombiert sind und daher ihre Auflagefläche vor allem an ihren äußeren Bereichen aufweisen.
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2 zeigt
einen weiteren kreisförmigen Strahlungsheizkörper 18 mit
darin angeordneten drei Heizbereichen 2, 3, 4 mit
ringförmiger
Grundform (Funktionsform) ähnlich
zu 1. Die Heizbereiche 2, 3, 4 werden
seitlich von Isolierwänden 19, 20, 21 umgeben
und damit auch voneinander thermisch abgetrennt.
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Im
Gegensatz zur Ausführungsform
von 1 wird der Temperaturfühler 16 des zweiten Schutztemperaturbegrenzers 23 durch
die Isolierwände 19, 20, 21 geführt und
braucht daher nicht mehr mit einer Klemme zum Verhindern eines Aufbiegens
versehen zu werden.
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Der
Temperaturfühler 16 des
ersten Schutztemperaturbegrenzers 22 wird zumindest durch
die äußere Isolierwand 19 geführt. Sollte
er sich bis über einen
weiteren Heizbereich 2, 3 erstrecken, so würde er durch
die entsprechenden weiteren Isolierwände 20, 21 geführt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind zudem die Schaltgehäuse 24, 25 der
Schutztemperaturbegrenzer 22, 23 nicht einstückig mit
den äußeren Anschlusssteckern
verbunden.
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Diese
Ausführungsbeispiele
sind nicht als die Erfindung beschränkend zu verstehen.
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Allgemein
kann ein erfindungsgemäßer Strahlungsheizkörper auch
eine andere als eine kreisförmige
Grundform aufweisen, z. B. eine ellipsoide, oval oder rechteckige
Grundform. Dabei kann jedesmal durch die unterschiedliche Länge ein Überkreuzen
der stabförmigen
Temperaturfühler
vermieden werden.
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Auch
ist die Zahl der Heizbereiche bzw. Heizleiter nicht beschränkt und
kann zwei oder mehr Heizbereiche umfassen, z. B. 3, 4 oder 6. Die
Zahl der Schutztemperaturbegrenzer ist ebenfalls nicht auf zwei
beschränkt,
sondern kann, je nach gewünschter
Heizeigenschaft und benötigter
Heizleistung mehr als zwei umfassen. Ferner ist eine funktionale
Zuordnung und Gruppierung der Heizbereiche zu den Schutztemperaturbegrenzern
nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern kann beispielsweise
auch vier (oder mehr, z. B. 6) Heizbereiche umfassen, von denen
beispielsweise jeweils mehr als ein Heizbereich einem Schutztemperaturbegrenzer
zugeordnet ist; so könnten
die beiden (3) äußeren Heizbereiche
bzw. Heizkörper
dem ersten Schutztemperaturbegrenzer zugeordnet sein und die beiden
(3) inneren Heizbereiche dem zweiten Schutztemperaturbegrenzer.
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Der
Winkelversatz liegt allgemein zwischen 0° und 180°, wobei die Endwerte 0° und 180° (parallele
Anordnung) ausgenommen sind. Typische Werte für den Winkelversatz können beispielsweise
auch im Bereich von 160°,
135°, 105°, 90°, 65° oder 45° liegen.
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Statt
der in den Ausführungsbeispielen
gezeigten Heizbereiche mit Widerstandsheizelementen können auch
andere Heizstrahlungsarten verwendet werden, wie beispielsweise
eine Kombination von Widerstandsheizelementen (z. B. Bandheizleitern) und
Leuchten (z. B. Halogenstrahlern).
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Auch
ist die Art des Temperaturfühlers
nicht beschränkt.
So umfasst die Erfindung elektromechanische Temperaturfühler (z.
B. einen Ausdehnungsstab mit Ausdehnungsrohr oder einen Bimetallschalter)
und/oder rein elektronisch Temperaturfühler (z. B. Temperaturmessfühler aus
Pt/Rh mit entsprechender Auswerte- und Schaltelektronik).
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Die
Strahlungsheizkörper
können
auch weiterer Merkmale aufweisen, z. B. einen Topferkennungssensor.
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- 1
- Strahlungsheizkörper
- 2
- innerer
Heizbereich
- 3
- mittlerer
Heizbereich
- 4
- äußerer Heizbereich
- 5
- elektrischer
Anschluss
- 6
- elektrischer
Anschluss
- 7
- elektrischer
Anschluss
- 8
- elektrischer
Anschluss
- 9
- elektrischer
Anschluss
- 10
- Rand
- 11
- Schutztemperaturbegrenzer
- 12
- Schutztemperaturbegrenzer
- 13
- Schaltgehäuse
- 14
- Schaltgehäuse
- 15
- Temperaturfühler
- 16
- Temperaturfühler
- 17
- Klemme
- 18
- Strahlungsheizkörper
- 19
- Isolierwand
- 20
- Isolierwand
- 21
- Isolierwand
- 22
- Schutztemperaturbegrenzer
- 23
- Schutztemperaturbegrenzer
- 24
- Schaltgehäuse
- 25
- Schaltgehäuse