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Die
Erfindung betrifft ein Gaskochgerät mit mindestens einem Gasbrenner,
einer zu dem Gasbrenner führenden
Gasversorgungsleitung und einem in der Gasversorgungsleitung angeordneten, mittels
eines elektrischen Stellglieds betätigbaren Gasventil mit einem
variablen Öffnungsquerschnitt, und
mit einer Stromversorgung zur Versorgung des elektrische Stellglieds
mit elektrischer Energie.
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Gaskochgeräte der genannten
Art können beispielsweise
als Gaskochmulden, die zum Einbau in eine Küchenarbeitsplatte vorgesehen
sind, als Gaskochfeld eines Standherds oder als Gasbackofen ausgeführt sein.
In der Regel besitzt das Gaskochgerät mehrere Gasbrenner, denen
jeweils über eine
Gasversorgungsleitung Gas zugeführt
wird. Die Gasversorgungsleitung umfasst einen Hauptleitungsabschnitt, über den
der gesamte in dem Gaskochgerät
verbrauchte Gasstrom geführt
wird. Von dem Hauptleitungsabschnitt ausgehende Zweigleitungsabschnitte
der Gasversorgungsleitung führen dann
zu jedem einzelnen Gasbrenner. Das dem Gasbrenner zugeführte Gas
wird am Gasbrenner verbrannt. Bei dem Gas handelt es sich üblicherweise um
Erdgas, Flüssiggas
(Propan und/oder Butan) oder um Stadtgas. In jedem Zweigleitungsabschnitt der
Gasversorgungsleitung ist ein Gasventil angeordnet. Mit diesem kann
die Heizleistung des Gasbrenners an demselben Zweigleitungsabschnitt
zwischen einer Minimalleistung und einer Maximalleistung gesteuert
werden. Weiter kann die Gasversorgung des Gasbrenners mittels des
Gasventils vollständig
unterbrochen werden, sodass am Gasbrenner keine Verbrennung stattfindet
und aus dem Gasbrenner auch kein unverbranntes Gas ausströmt.
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Bei
gattungsgemäßen Gaskochgeräten wird das
Gasventil mittels eines elektrischen Stellglieds, beispielsweise
eines Elektromotors betätigt,
der von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert wird. Die
Ansteuerung erfolgt dabei nach Vorgabe einer Bedienperson über ein
mit der Steuereinheit verbundenes Bedienelement. Zusätzlich werden
bei der Ansteuerung des Gasventils Betriebsparameter des Gaskochgeräts, wie
beispielsweise das Vorhandensein einer Flamme am Gasbrenner, berücksichtigt.
Für die
Stromversorgung der elektrischen Komponenten, insbesondere des elektrischen
Stellglieds und der elektronischen Steuereinheit, weist das Gaskochgerät eine geeignete Stromversorgungseinheit auf,
welche in der Regel an ein Haushaltsstromnetz angeschlossen wird
und einen Spannungswandler und einen Gleichrichter umfasst.
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Um
die Betriebssicherheit des Gaskochgeräts zu gewährleisten, ist sicher zu stellen,
dass es in jeder denkbaren Betriebssituation möglich ist, die Gaszufuhr zu
dem Gasbrenner zu unterbrechen. Zu diesem Zweck ist es gemäß einer
im Hause der Patentanmelderin verwendeten Lösung bekannt, zusätzlich zu
einem regelbaren Gasventil mit variablem Öffnungsquerschnitt jedem Gasbrenner
zwei Sicherheitsventile zuzuordnen. Hierbei befindet sich ein erstes,
zentrales Sicherheitsventil in einem Hauptleitungsabschnitt der
Gasversorgungsleitung, während sich
in jedem Zweigleitungsabschnitt ein zweites Sicherheitsventil befindet.
Jedem Gasbrenner sind damit zwei Sicherheitsventile – eines
im Hauptleitungsabschnitt und eines im Zweigleitungsabschnitt – zugeordnet.
Mit jedem dieser Sicherheitsventile kann die Gaszufuhr zu dem Gasbrenner
unabhängig
von dem regelbaren Gasventil unterbrochen werden. Durch die Zuordnung
von zwei Sicherheitsventilen zu jedem Gasbrenner ist die Sicherheit
des Gaskochfelds auch im Falle eines fälschlichen Offenstehens des
regelbaren Gasventils und eines gleichzeitigen Defekts eines der
Sicherheitsventile gewährleistet. Ein
Nachteil dieser Anordnung ist der durch die Anzahl der Sicherheitsventile
bedingte große
konstruktive Aufwand.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfacher
aufgebautes sicheres Gaskochgerät
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist, der bei einem
Wegfall der Stromversorgung das elektrische Stellglied zumindest
vorübergehend
mit elektrischer Energie versorgt. Damit ist sichergestellt, dass
das elektrische Stellglied auch dann noch das Gasventil betätigen kann,
wenn die Stromversorgung unterbrochen ist. Durch den Energiespeicher
kann das Gasventil die Funktion eines Sicherheitsventils mit übernehmen,
so dass die Anzahl der separaten Sicherheitsventile reduziert werden
kann. Der elektrische Energiespeicher kompensiert jeden Wegfall
der Stromversorgung, beispielsweise bei einem Ausfall des Haushaltsstromnetzes, bei
Betätigung
eines elektrischen Hauptschalters oder bei einem Defekt eines der
Stromversorgung dienenden Bauteils des Gaskochgeräts.
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Mit
besonderem Vorteil ist die Erfindung einsetzbar, wenn zur Stromversorgung
des elektrischen Stellglieds eine an ein Haushaltsstromnetz anschließbare Stromversorgungseinheit
vorgesehen ist. Die Stromversorgungseinheit umfasst einen Spannungswandler
und einen Gleichrichter und stellt den elektrischen Komponenten
des Gaskochgeräts eine
niedrige Gleichspannung zur Verfügung.
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Mit
besonderem Vorteil ist der elektrische Energiespeicher austauschbar.
Ein Auswechseln des Energiespeichers ist somit in einfacher Weise
durch eine Bedienperson oder durch einen Kundendiensttechniker möglich. Für einen
Austausch des Energiespeichers sind keine oder nur einfache Werkzeuge erforderlich.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
weist der elektrische Energiespeicher mindestens eine Primärzelle,
beispielsweise eine Lithium-Batterie auf. Bei Primärzellen
handelt es sich um nicht wiederaufladbare Batterien, die nach Entladung
ausgetauscht werden müssen.
Gleiches gilt, wenn die Primärzelle aufgrund
eines Alterungsprozesses an gespeicherter elektrischer Ladung verliert.
Besonders alterungsbeständig
erweisen sich in diesem Zusammenhang Lithium-Batterien, die eine
besonders hohe Lebensdauer besitzen.
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Gemäß einer
anderen möglichen
Ausführungsform
ist der elektrische Energiespeicher aufladbar, vorzugsweise mit
einer von der Stromversorgungseinheit bereitgestellten elektrischen
Energie. Der aufladbare Energiespeicher wird während des normalen Betriebs
des Gaskochgeräts
fortlaufend in einem optimalen Landungszustand gehalten. Eine Entnahme
von Energie aus dem aufladbaren Energiespeicher erfolgt dann, wenn
die Stromversorgung über
die Stromversorgungseinheit ausfällt.
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Gemäß einer
möglichen
Ausführungsform weist
der aufladbare elektrische Energiespeicher mindestens eine Sekundärzelle auf,
beispielsweise einen Nickel-Metall-Hydrid-Akku. Derartige Sekundärzellen
sind wiederaufladbar, besitzen jedoch eine Lebensdauer, die geringer
ist als die übliche
Lebensdauer des Gaskochgeräts.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Sekundärzelle in regelmäßigen Zeitabschnitten
von beispielsweise mehreren Jahren auszutauschen.
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Alternativ
weist der aufladbare elektrische Energiespeicher mindestens einen
Kondensator auf, beispielsweise einen Doppelschicht-Kondensator. Kondensatoren
besitzen bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer, so dass eine Austauschbarkeit
des Kondensators nicht unbedingt erforderlich ist.
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Doppelschicht-Kondensatoren,
die häufig auch
mit Handelsnamen wie Gold-Cap oder Ultra-Cap bezeichnet werden,
besitzen eine besonders große
Speicherkapazität
wie sie für
eine Notversorgung des elektrischen Stellglieds am Gasventil erforderlich
ist.
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Vorzugsweise
beträgt
die Speicherkapazität des
Energiespeichers zwischen 20 F und 500 F, besonders bevorzugt zwischen
30 F und 130 F.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
der Erfindung ist das elektrische Stellglied als Elektromotor, insbesondere
als Schrittmotor ausgeführt. Schrittmotoren
besitzen definierte Rotationsstellungen, die gezielt angesteuert
werden können.
Jeder Rotationsstellung des Schrittmotors ist ein bestimmter Öffnungsquerschnitt
des Gasventils zugeordnet. Möglich
ist auch eine Ausführung
des elektrischen Stellglieds als Gleichstrommotor.
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Zweckmäßigerweise
ist das elektrische Stellglied mittels einer elektronischen Steuereinheit
ansteuerbar.
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Mit
besonderem Vorteil ist die Steuereinheit derart ausgeführt, dass
bei einem Wegfall der Stromversorgung das elektrische Stellglied
das Gasventil mittels der im elektrischen Energiespeicher gespeicherten
Energie schließt.
Dies bedeutet, dass bei einem Wegfall der Stromversorgung das Gaskochgerät automatisch
in einen sicheren Zustand gebracht wird. Hierfür wird die in dem elektrischen
Energiespeicher gespeicherte Energie verwendet. Die Speicherkapazität des Energiespeichers
ist so ausgelegt, dass die gespeicherte Energie ein Schließen des Gasventils
sicher ermöglicht.
Hierfür
ist ein Sicherheitsfaktor von ca. 3 bis 5 vorgesehen, d. h. die
im Energiespeicher gespeicherte Energiemenge ist 3- bis 5-mal so
groß wie
die zum Schließen
des Gasventils erforderliche Energiemenge. Die Logik, wonach ein
Ausfall der Stromversorgung automatisch zu einem Schließen des
Gasventils führt,
ist in der Steuereinheit hinterlegt.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit zweiteilig ausgeführt ist,
derart, dass bei einem Wegfall der Stromversorgung der elektrische
Energiespeicher einen ersten Teil der Steuereinheit, mit dem das
elektrische Stellglied zum Zweck des Schließens des Gasventils ansteuerbar
ist, mit elektrischer Energie versorgt, während ein zweiter Teil der
Steuereinheit, mit dem andere Funktionen des Gaskochgeräts steuerbar sind,
nicht mit elektrischer Energie vorsorgt wird. Mit dieser Zweiteilung
der Steuereinheit ist gewährleistet,
dass die im Energiespeicher gespeicherte Energie nicht für nicht-sicherheitsrelevante
Funktionen verwendet wird. Stattdessen wird nur der Teil der Steuereinheit
von dem Energiespeicher mit Energie versorgt, der zu einem Überführen des
Gaskochgeräts
in einen sicheren Zustand benötigt
wird. Der Energiespeicher kann bei dieser Ausführung mit einer besonders geringen
Speicherkapazität
ausgeführt werden.
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Weiter
ist die Steuereinheit derart ausgeführt, dass ein Öffnen des
Gasventils verhindert ist, wenn die in dem Energiespeicher gespeicherte
elektrische Ladungsmenge einen voreingestellten Wert unterschreitet.
Gleichermaßen
ist es möglich,
dass die Steuereinheit derart ausgeführt ist, dass das Gasventil
automatisch geschlossen wird, wenn die in dem Energiespeicher gespeicherte
elektrische Ladungsmenge einen voreingestellten Wert unterschreitet.
Beide Maßnahmen
dienen dazu, einen Betrieb des Gaskochgeräts zu verhindern, wenn die
momentan gespeicherte Energiemenge nicht ausreicht, um im Falle
eines Wegfalls der Stromversorgung das Gasventil zu schließen. Der
voreingestellte Wert für die
elektrische Ladungsmenge entspricht dabei der zum Schließen des
Gasventils erforderlichen elektrischen Energie, multipliziert mit
einem angemessenen Sicherheitsfaktor.
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Zusätzlich zu
dem mit dem elektrischen Stellglied betätigbaren Gasventil ist in der
Gasversorgungsleitung ein Sicherheitsventil angeordnet, das vorzugsweise
als Auf-Zu-Ventil
ausgeführt
ist. Ein Auf-Zu-Ventil besitzt lediglich zwei definierte Schaltstellungen
und ist entweder vollständig
geöffnet
oder vollständig
geschlossen. Das Sicherheitsventil bietet die erforderliche Redundanz,
die erforderlich ist, um beispielsweise auch im Falle eines Defekts
des Gasventils ein Schließen
der Gasversorgungsleitung zu ermöglichen.
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Das
Sicherheitsventil ist vorzugsweise mittels Federkraft in Schließstellung
vorgespannt. Weiter ist das Sicherheitsventil mittels eines Elektromagnets
in Öffnungsrichtung
betätigbar.
Mit dieser Anordnung ist auch das Sicherheitsventil so ausgeführt, dass
ein Wegfall der Stromversorgung automatisch zu einem Schließen des
Sicherheitsventils führt.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der
schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die
Figur zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen, als
Gaskochmulde ausgeführten
Gaskochgeräts.
Das Gaskochgerät
umfasst eine Kochfeldplatte 1, die beispielsweise aus Metallblech,
Glas oder Glaskeramik ausgeführt
sein kann. Auf der Kochfeldplatte 1 befinden sich mehrere
Gasbrenner 2, von denen beispielhaft ein einziger Gasbrenner 2 dargestellt
ist. Ein Brennerkopf des Gasbrenners 2, aus dem während des
Betriebs Gasflammen 10 austreten, befindet sich hierbei
oberhalb der Ebene der Kochfeldplatte 1. Ein User-Interface 3, welches
Bedienelemente zum Betätigen
der Gaskochmulde durch eine Bedienperson sowie ggf. Anzeigeelemente
enthält,
befindet sich ebenfalls im Bereich der Kochfeldplatte 1.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
enthält
das User-Interface 3 elektrische Bedienelemente, wie beispielsweise
Touch-Sensoren,
mit denen elektrische Steuersignale erzeugt werden.
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Das
zu verbrennende Gas wird dem Gasbrenner 2 über eine
Gasversorgungsleitung 4 zugeführt. Der Volumenstrom des zu
verbrennenden Gases wird dabei über
ein Gasventil 5 eingestellt, das in der Gasversorgungsleitung 4 angeordnet
ist. Ein Öffnungsquerschnitt
des Gasventils 5 wird über
ein elektrisches Stellglied 6, das als Elektromotor, vorzugsweise
als Schrittmotor ausgeführt
ist, stufenlos oder mehrstufig eingestellt. Darüber hinaus kann das Gasventil 5 mittels
des Elektromotors 6 auch vollständig geschlossen werden, so
dass dem Gasbrenner 2 kein Gas zugeführt wird. Gasventil 5 und
elektrisches Stellglied 6 bilden zusammen eine Ventileinheit 7,
die als zusammengehörende
Baueinheit mit der Gasversorgungsleitung 4 verbunden ist.
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Stromauf
des Gasventils 5 ist in der Gasversorgungsleitung 4 zusätzlich ein
Sicherheitsventil 8 angeordnet, das von einem Elektromagnet 9 betätigbar ist.
Das Sicherheitsventil 8 ist als Auf-Zu-Ventil ausgeführt und
ist in Schließrichtung
mittels einer Feder vorgespannt. Entgegen der Kraft der Feder kann das
Sicherheitsventil 8 mit der Magnetkraft des Elektromagnets 9 geöffnet werden.
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Der
Elektromagnet 9 des Sicherheitsventils 8 und das
elektrische Stellglied 6 des Gasventils 5 werden
jeweils direkt oder indirekt von einer elektronischen Steuereinheit 11, 12 angesteuert.
Hierbei erfolgt die Ansteuerung des elektrischen Stellglieds 6 durch
die elektronische Steuereinheit 11, 12 über eine
separate Treiberelektronikeinheit 15. Die elektronische
Steuereinheit 11, 12 steht in Verbindung mit den übrigen elektrischen
Komponenten des Gaskochfelds, insbesondere mit dem User-Interface 3, einem
Flammenerkennungssensor 13 und einer Zündkerze 14. Die von
einer Bedienperson mittels des User-Interface 3 erzeugten
Bediensignale werden in der elektronischen Steuereinheit 11, 12 verarbeitet.
Die elektronische Steuereinheit 11, 12 steuert daraufhin
das elektrische Stellglied 6 des Gasventils 5 und
den Elektromagnet 9 des Sicherheitsventils 8 an,
so dass die dem Gasbrenner 2 zugeführte Gasmenge entsprechend
der Benutzervorgabe eingestellt wird. Darüber hinaus beaufschlagt die
elektronische Steuereinheit 11, 12 eine Zündkerze 14 bei
Bedarf mit elektrischer Energie, um das am Gasbrenner 2 ausströmende Gas
zu zünden.
Der vorzugsweise als Thermoelement ausgeführte Flammenerkennungssensor 13 liefert
der elektronischen Steuereinheit 11, 12 ein Signal
darüber,
ob am Gasbrenner 2 tatsächlich
eine Flamme brennt. Wenn dies trotz ausströmenden Gases nicht der Fall
ist, wird zunächst versucht,
das Gas mittels der Zündkerze 14 erneut
zu zünden.
Falls dies wiederholt fehlschlägt,
wird die Gaszufuhr zu dem Gasbrenner 2 automatisch unterbrochen.
Diese und ggf. weitere automatische Funktionen des Gaskochfelds
sind in der elektronischen Steuereinheit 11, 12 hinterlegt
und werden von dieser entsprechend ausgeführt.
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Die
elektronische Steuereinheit 11, 12, das elektrische
Stellglied 6, der Elektromagnet 9 und die übrigen elektrischen
Komponenten des Gaskochgeräts
werden während
des normalen Betriebs des Gaskochgeräts von einer Stromversorgungseinheit 16 mit
elektrischer Energie versorgt. Die Stromversorgungseinheit 16 ist über eine
Netzanschlussleitung 17 an ein Haushaltsstromnetz angeschlossen und
wandelt die Netzspannung in eine niedrige Gleichspannung um.
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Erfindungsgemäß weist
das Gaskochgerät einen
Energiespeicher 18 auf, der eine Notstromversorgung zumindest
eines Teils der elektrischen Komponenten des Gaskochgeräts sicherstellt.
Damit kann das Gaskochgerät
bei einem Wegfall der Stromversorgung in einen sicheren Zustand
gebracht werden. Konkret wird die in dem Energiespeicher 18 gespeicherte
elektrische Energie dazu verwendet, um bei einem Wegfall der Stromversorgung
das Gasventil 5 zu schließen. Hierzu versorgt der Energiespeicher 18 zumindest
einen Teil der elektronischen Steuereinheit 11, 12,
die Treiberelektronikeinheit 15 und das elektrische Stellglied 6 mit
elektrischer Energie, zumindest solange, bis das Gasventil 5 vollständig geschlossen
ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einem Wegfall
der Stromversorgung, beispielsweise bei einem Ausfall des Stromnetzes oder
bei einem Defekt der Stromversorgungseinheit 16, der Gasstrom
zum Gasbrenner 2 unterbrochen wird. Redundant hierzu schließt auch
das Sicherheitsventil 8 selbsttätig, sobald die Stromzufuhr
zu dem Elektromagnet 9 unterbrochen ist, was bei einem
Wegfall der Stromversorgung zwangsläufig der Fall ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Energiespeicher 18 als Doppelschicht-Kondensator mit einer
Kapazität
von ca. 50 F ausgeführt.
Diese Kapazität
des Energiespeichers 18 reicht mit einem Sicherheitsfaktor
von ca. 5 aus, um das Gasventil 5 zu schließen. Während des
normalen Betriebs des Gaskochgeräts
wird der Energiespeicher 18 mittels der Stromversorgungseinheit 16 in
vollständig
geladenem Zustand gehalten.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die elektronische Steuereinheit 11, 12 zweiteilig
ausgeführt,
wobei ein erster Teil 11 die zum Schließen des Gasventils 5 im
Falle eines Stromausfalls erforderlichen Komponenten enthält. Nur
dieser vergleichsweise kleine erste Teil 11 der elektronischen
Steuereinheit 11, 12 muss im Falle eines Wegfalls
der Stromversorgung von dem Energiespeicher 18 mit Strom
versorgt werden. Der zweite Teil 12 der elektronischen
Steuereinheit 11, 12 dient zur Ausführung der übrigen Funktionen
des Gaskochgeräts,
beispielsweise zur Kommunikation mit dem User-Interface 3,
zur Auswertung des Signals des Flammenerkennungssensors 13 und
zum Zünden
der Gasflamme mittels der Zündkerze 14.
Während
des normalen Betriebs des Gaskochgeräts werden auch Steuersignale
zum Öffnen
oder Schließen
des Gasventils 5 von dem zweiten Teil 12 der elektronischen
Steuereinheit 11, 12 erzeugt. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden diese Steuersignale über
den ersten Teil 11 der elektronischen Steuereinheit 11, 12 auf
die Treiberelektronikeinheit 15 gegeben.
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Wie
mit gestrichelten Linien angedeutet, können die beiden Teile der elektronischen
Steuereinheit 11, 12, die Stromversorgungseinheit 16 und der
Energiespeicher 18 zu einer Baugruppe 19 zusammengefasst
und beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kochfeldplatte
- 2
- Gasbrenner
- 3
- User-Interface
- 4
- Gasversorgungsleitung
- 5
- Gasventil
- 6
- elektrisches
Stellglied
- 7
- Ventileinheit
- 8
- Sicherheitsventil
- 9
- Elektromagnet
- 10
- Gasflammen
- 11
- Elektronische
Steuereinheit (erster Teil)
- 12
- Elektronische
Steuereinheit (zweiter Teil)
- 13
- Flammenerkennungssensor
- 14
- Zündkerze
- 15
- Treiberelektronikeinheit
- 16
- Stromversorgungseinheit
- 17
- Netzanschlussleitung
- 18
- Energiespeicher
- 19
- Baugruppe
