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Elektrische Kochplatte Wenn man das Kochgut in einem Kochgefäß oder
den Inhalt einer Bratpfanne aufheizen will, ist man im allgemeinen bestrebt, eine
möglichst große Heizleistung, z. B. 2000 Watt, zu benutzen, um die Temperatursteigerung
bis zur erwünschten Temperatur so rasch wie möglich zu erreichen. Zum Fortkochen
benötigt man dann nur noch eine Heizleistung, die im allgemeinen 8 bis - 15 % der
Anfahrleistung beträgt.
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In= der Küche werden vornehmlich Wasser oder wasserhaltige Gemische
aufgeheizt, die eine Temperaturerhöhung über die Siedetemperatur des Wassers hinaus
nicht zulassen, denn, sobald das Wasser verdampft, tritt eine Temperaturerhöhung
nicht mehr auf. Hierdurch ist es schwierig, einen Dauerzustand so einzuregulieren,
daß die Wärmezufuhr sich dem außerordentlich verschiedenen Wärmebedarf der verschiedenen
Kochgüter immer selbsttätig anpaßt.
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Es ist bekannt, bei elektrischen Heizrohrkochplatten in der Mitte
einen in einer feststehenden Dose geführten scheibenförmigen Fühler eines hydraulischen
Reglers anzuordnen, der sich federnd nachgiebig an den Boden des Kochtopfes anlegt.
Hierbei wird die Fühlerscheibe praktisch nur von der Temperatur des Kochgutes durch
Wärmeleitung über den Kochtopfboden beeinflußt. Die Fühlerscheibe kann also keine
höhere Temperatur als das Kochgut annehmen. Da aber bei wasserhaltigem Kochgut eine
Temperatursteigerung über die Siedetemperatur des Wassers hinaus nicht stattfindet,
ist eine Einregulierung des Dauerzustandes im Wege einer echten Temperaturregelung
nicht möglich. Man hat das Problem in der Weise zu lösen versucht, daß man vor Erreichen
des kritischen Punktes, d. h. der am Regler eingestellten Temperatur, durch abwechselndes
Ein-und Ausschalten der Anfahrleistung, z. B. unter Zuhilfenahme eines vom Betriebsstrom
beheizten Bimetallstreifens, eine mittlere Fortkochleistung einregulierte. Die Simmerung
hat den großen Nachteil, daß die Dosierung der Wärmezufuhr in keinem Zusammenhang
mit der Temperatur des Heizelements und dem tatsächlichen Wärmebedarf des Kochgutes
steht.
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Man hat auch bei Anordnung einer sich an den Kochtopfboden anlegenden
Fühlerscheibe eines hydraulischen Reglers schon vorgeschlagen, beim Erreichen einer
gewünschten Temperatur die Heizleistung zu teilen, indem man die Kochplatte mit
zwei Heizrohren ausrüstete und in dem Regler zwei bei geringfügig verschiedenen
Fühlertemperaturen ansprechende Regelkontakte vorsah, wobei der auf die niedrigere
Fühlertemperatur ansprechende Regelkontakt beiden Heizrohren, und der auf die höhere
Fühlertemperatur ansprechende Regelkontakt nur dem einen Heizrohr zugeordnet ist.
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Hierbei soll die Tatsache ausgenutzt werden, daß die Temperatur des
nur von dem Kochgut her beeinflußten Temperaturfühlers, solange dem Kochgut viel
Wärme zugeführt wird und seine Temperatur rasch steigt, stark hinter der Kochguttemperatur
nacheilt und, wenn nach Reduzierung der Heizleistung die Temperatur des Kochgutes
nur noch langsam oder nicht mehr zunimmt, das Wärmegefälle vom Kochgut zum Fühler
kleiner wird, also die Fühlertemperatur auf alle Fälle noch ansteigt. Die zum Regeln
notwendige Temperatursteigerung am Fühler vollzieht sich also durch Wärmeleitung
über das Kochgut, und die Zeitdauer bis zum Ansprechen des zweiten Regelkontakes
hängt davon ab, wie groß der Wärmedurchgangswiderstand des Kochgutes ist. Hat das
Kochgut, z. B. Reis, einen großen Wärmedurchgangswiderstand, so ist die Zeit bis
zum Ansprechen des zweiten Regelkontaktes groß, und es wird dem Kochgut noch lange
Wärme zugeführt. Bei Kochgut, das einen großen Anteil von Feststoffen, d. h. einen
großen Wärmedurchgangswiderstand hat, wird also das völlige Abschalten der Heizung
stark verzögert und unerwünscht viel Wasser verdampft, so daß ein Anbrennen des
Kochgutes unvermeidlich ist. Außerdem ist eine Rohrheizplatte mit zwei Heizrohren
erheblich teurer als eine solche mit nur einem Heizrohr, in welchem man ohne weiteres
die gesamte Heizleistung von beispielsweise 2000 Watt unterbringen könnte. Man muß
durch die Unterteilung der Leistung praktisch die doppelte Rohrlänge vorsehen, wenm
man eine gute Energieverteilung, besonders bei der niedrigen Heizleistung, die für
die Regulierung in Betracht kommt, erreichen will.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß
bei einer Massekochplatte mit
einem unbeheizten Mittelteil und mindestens
zwei im Heizring eingebetteten, durch Temperaturregler schaltbaren Heizleitern für
das Ankochen und das Fortkochen folgende Merkmale vereinigt sind: 1. In einem Durchbruch
des Plattenkörpers im unbeheizten Mittelteil ist in bekannter Weise die Führungsdose
eines sich an den Kochtopfboden anlegenden scheibenförmigen Temperaturfühlers eines
hydraulischen Reglers mit Wärmekontakt eingesetzt. 2. Der Regler hat zwei bei geringfügig,
vorzugsweise 8 bis 13° C, verschiedenen Fühlertemperaturen ansprechende Regelkontakte,
wobei der auf die niedrigere Fühlertemperatur ansprechende Regelkontakt die große
Heizleistung und der auf die höhere Fühlertemperatur ansprechende Regelkontakt die
verbleibende niedrige Fortkochleistung schaltet.
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3. Die Fortkochleistung ist so gewählt, daß sie etwa dem doppelten
Wert der Verlustleistung des Systems bei Siedetemperatur des wasserhaltigen Kochgutes
entspricht.
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Hierdurch ergibt sich eine grundlegend andere Wirkung als bei der
bekannten Anordnung des am Kochtopfboden anliegenden Fühlers in einer Heizrohrkochplatte.
Einmal hat die Massekochplatte eine relativ hohe Wärmekapazität bzw. kann mit beliebiger
Wärmekapazität gebaut werden. Es findet also nach dem Umschalten von der hohen Ankochleistung
auf die niedrige Fortkochleistung noch eine ausreichende Wärmezufuhr zum Kochgut
dadurch statt, daß der ringförmige Plattenkörper einen Teil der in ihm gespeicherten
Wärmemenge über den Kochtopfboden an das Kochgut weiterleitet. Die Umschaltung kann
also schon bei einer Kochguttemperatur erfolgen, die noch erheblich unterhalb der
Siedetemperatur des Wassers liegt, ohne daß die Anheizzeit nennenswert verlängert
wird. Dadurch, daß der Fühler mit dem ihn rings umschließenden Plattenkörper einen
gewissen Wärmekontakt hat, nimmt der Fühler eine höhere Temperatur als das Kochgut
an. Es wird also auch über den Fühler dem Kochgut Wärme zugeführt. Ist der Wärmedurchgangswiderstand
des Kochgutes groß, wie z. B. bei Reis mit Milch, so wird - infolge eines Wärmestaus
im Kochgut in Bodennähe - der Wärmefluß vom Kochtopfboden zum Kochgut verlangsamt.
Hierdurch steigt die Temperatur der Kochplatte an, und es fließt in erheblichem
Maß Wärme von der Kochplatte nach dem Fühler ab. Die Temperatur des Fühlers steigt
rasch an, wodurch die Fortkochleistung durch den zweiten Regelkontakt entsprechend
rasch abgeschaltet wird.
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Enthält der Kochtopf aber nur Wasser, dann ist der Energietransport
von der Kochplatte zum Kochgut erheblich. Es fehlt der Wärmestau im Wasser oberhalb
des Kochtopfbodens. Die Kochplatte bleibt kühler, und der Wärmefluß zum Temperaturfühler
ist nur gering. Die Fortkochleistune bleibt also eine längere Zeit wirksam. Wird
nun die Fortkochleistung so gewählt, daß sie etwa dem doppelten Wert der Verlustleistung
des Systems bei Siedetemperatur des Kochguts entspricht, so ist die Gewähr gegeben,
daß beim Kochen von Wasser die Fortkochleistung ständig wirksam bleibt, also nicht
abgeschaltet wird, ohne daß ein übermäßiges Sieden stattfindet. Die Verlustleistung
des Systems ist bei gleichem Kochtopfdurchmesser von der im Kochtopf befindlichen
Kochgutmenge nur in unbedeutendem Maße abhängig. Die in das Kochgut eingehende Verdampfungswärme
zur Aufrechterhaltung des Siedens ist im wesentlichen nur von dem Topfdurchmesser
und nur in geringem Maß von der Füllung des Topfes abhängig, denn der zu deckende
Verlust durch Wärmeübergang an die Raumluft ändert sich mit dem Grad der Füllung
des Topfes nur wenig. Bei in Haushaltherden üblichen Kochplatten mit einem Durchmesser
von 180 bis 200 mm liegt die Verlustleistung bei Aufrechterhaltung der Siedetemperatur
des Wassers etwa bei 150 Watt. Mit einer zweimal so großen Heizleistung, also etwa
300 Watt, ist bei dünnflüssigem Kochgut, z. B. reinem Wasser, das dem Wärmefluß
vom Heizkörper her nur einen geringen Widerstand entgegensetzt, mit einem Abschalten
der Fortkochleistung kaum oder selten zu rechnen, weil der Wärmefluß vom Heizkörper
zum Fühler nur gering ausfällt.
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Hiernach steht für den kritischen Bereich um 100° C ein System zur
Verfügung, das für die Rufheizung durch Vorhandensein einer hohen Wärmekapazität
eine sichere Schonstrecke zwischen Anfahrleistung und Fortkochleistung bildet und
eine Aufteilung von Anfahrleistung und Fortkochleistung ermöglicht, innerhalb der
die Hausfrau beim Kochen beliebiger Speisen keine Gefahr läuft. Die Anfahrleistung
wird voll wirksam. Durch die Eigenart der Koppelung des Fühlers mit dem unbeheizten
Mittelteil des Plattenkörpers ergibt sich ein Dreieckverhältnis zwischen dem Wärmeübergang
Kochplatte/ Topf, Kochgut, Kochplatte/Fühler bzw. Fühler/Topf, Kochgut, das die
Gewähr gibt, daß die zur Verfügung stehende Fortkochleistung sowohl bei empfindlichem
Kochgut mit einem großen Anteil an Feststoffen als auch beim einfachen Wasserkochen
immer richtig dosiert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Beispiels erläutert. Es zeigt F i g.1 eine Massekochplatte, teilweise im Schnitt,
mit einem sich an den Kochtopfboden anlegenden scheibenförmigen Temperaturfühler
und dem Temperaturregler, F i g. 2 ein Schema der Schalteinrichtung, F i g. 3 einen
Längsschnitt durch einen in Betracht kommenden Temperaturregler, F i g. 4 eine Draufsicht
hierzu bei abgenommener Gehäusekappe.
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Die in F i g. 1 gezeigte Kochplatte ist eine Massekochplatte bekannter
Bauart, bei welcher der Kochplattenkörper 1 an einer Unterseite in einer Ringzone
Rillen 2 aufweist, in welchen die Heizleiter 3 in Isoliermaterial eingebettet sind.
Ein Mittelteil 4 der Kochplatte ist unbeheizt. Außerdem ist der Kochplattenkörper
1 in bekannter Weise mit einem Überfallrand 5 versehen, der als rinnenförmiger Blechpreßteil
auf den Mantel des Kochplattenkörpers 1 aufgepreßt ist.
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In dem unbeheizten Mittelteil 4 hat der Koch-Plattenkörper 1 einen
Durchbruch 4', in den eine zylindrische Dose 6 fest eingesetzt, z. B. eingepreßt
ist und daher mit dem Mittelteil 4 Wärmekontakt hat. Die Dose 6 ist nach unten durch
einen Boden 7 abgeschlossen und hat oben eine durch einen einwärts gerichteten Flanschrand
8 eingefaßte Öffnung. Im
Innern der Dose ist lose ein scheibenförmiger
Temperaturfühler 10 angeordnet, der durch die Kraft einer sich an dem Dosenboden
7 abstützenden Schraubendruckfeder 9 in der Ruhelage gegen den Flanschrand 8 gehalten
wird und hierbei mit seiner Oberseite die Kochplattenebene geringfügig überragt.
Beim Aufsetzen eines Kochtopfes auf die Kochplatte setzt sich der Kochtopfboden
zuerst auf den scheibenförmigen Fühler 10 auf, der gegen die Kraft der Feder 9 nach
unten ausweicht und mit dem Kochtopfboden in einem einen guten Wärmekontakt sichernden
Kraftschluß bleibt. Der Temperaturfühler 10 fühlt also die Temperatur des Kochtopfbodens
ab, die von der Temperatur des Kochgutes abhängig ist.
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Der mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllte scheibenförmige Temperaturfühler
10 steht über ein Kapillarrohr 11 mit dem beim Ausführungsbeispiel als Membrandose
ausgebildeten Schaltglied eines Temperaturreglers 12 in Verbindung, der an Hand
der F i g. 3 und 4 nachstehend beschrieben wird. Damit der scheibenförmige Temperaturfühler
10 in der Dose 6 leicht beweglich ist, ist das Kapillarrohr 11 innerhalb
der Dose in Schleifen gelegt.
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Die Kochplatte enthält beim Ausführungsbeispiel drei Heizleiter
X, Y, Z. Die beiden Heizleiter X
und Y haben die gleiche Heizleistung
von je etwa 850 Watt, und der Heizleiter Z hat eine kleine Heizleistung von etwa
300 Watt, die als Fortkochleistung in Betracht kommt. Alle drei Heizleiter liegen
in den Zuleitungen 15 und 16 in Parallelschaltung. Den drei Heizleitern sind in
dem Temperaturschalter 12 zwei Regelkontakte 17 und 18 zugeordnet.
Ferner sind sie durch einen in den Stromzuleitungen 15 und 16 vorgesehenen Doppelschalter
19, 20 doppelpolig abschaltbar. Die beiden Regelkontakte 17 und 18 sind mit den
Heizleitern X, Y, Z
derart zusammengeschaltet, daß beim Schließen der beiden
Kontakte alle drei Heizleiter parallel geschaltet sind, also eine Heizleistung von
etwa 2000 Watt erzielt ist, und nach Ausschalten des Kontaktes 17 nur der Heizleiter
Z mit etwa 300 Watt als Teilleistung eingeschaltet bleibt. Die beiden Regelkontakte
17 und 18 schalten in noch zu beschreibender Weise bei verschiedenen, etwa 8 bis
13° C auseinanderliegenden Temperaturen, und zwar schaltet der dem leistungsschwachen
Heizleiter Z zugeordnete Regelkontakt 18 bei der höheren Temperatur.
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Hieraus ergibt sich folgende Wirkungsweise. Wird die Kochplatte durch
Schließen der Schalter 19 und 20 eingeschaltet, so sind zunächst die beiden Regelkontakte
17 und 18 geschlossen, gleichgültig, auf welche Schalttemperatur der Temperaturregler
eingestellt ist. Es wird also in jedem Fall mit der maximalen Heizleistung von beispielsweise
2000 Watt angekocht. Dann steigt die Temperatur des Kochgutes rasch an. Ist die
eingestellte Kochguttemperatur erreicht, so schaltet der Regelkontakt 17 die beiden
leistungsstarken Heizleiter X und Y ab, und es bleibt der leistungsschwache
Heizleiter Z eingeschaltet.
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Für die weitere Aufhetzung des Kochgutes steht dann außer der Heizleistung
des Heizleiters Z noch einige Zeit die im Kochplattenkörper gespeicherte Wärme zur
Verfügung, so daß die Kochgnttemperatur vorläufig noch verhältnismäßig rasch ansteigt.
Bei aus Wasser oder wasserhaltigen Gemischen bestehendem Kochgut, das eine Temperatursteigerung
über die Siedetemperatur des Wassers hinaus nicht zuläßt, wird der Regler so eingestellt,
daß die Abschaltung der leistungsstarken Heizleiter X und Y
durch den
Kontakt 17 schon dann erfolgt, wenn die Siedetemperatur des Wassers im Kochgut noch
nicht erreicht ist. Die Heizleistung des Heizleiters Z ist mit 300 Watt so bemessen,
daß sie, wenn der Kochtopf nur Wasser enthält, den Siedezustand des Kochgutes sicher
aufrechterhält, also eine Temperatursteigerung, bei welcher der Kontakt 17 erneut
die Heizleiter X und Y zuschalten würde, nicht auftritt. Die richtige Einstellung
des Temperaturreglers für solches Kochgut ist am Einstellkopf bezeichnet.
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Da der Temperaturfühler 10 über seine mit dem Mittelteil 4
der Kochplatte Wärmekontakt besitzende Führungsdose 6 auch von der Kochplatte her
erwärmt wird, liegt seine Temperatur höher als die des Kochgutes, so daß auch über
den Fühler Wärme in das Kochgut eingeht. Die über den Fühler abgezweigte Wärmemenge
hängt davon ab, in welchem Ausmaß von dem Heizring über den Kochtopfboden Wärme
in das Kochgut fließt. Setzt das Kochgut dem Wämeeingang nur wenig Widerstand entgegen,
wie z. B. reines Wasser, so geht der Wärmefluß vornehmlich vom Heizring über den
Kochtopfboden in das Kochgut, und es wird nur wenig Wärme über den Fühler abgezweigt,
die Fühlertemperatur steigt dann nur geringfügig über die Kochguttemperatur an.
Die Folge ist, daß der Heizleiter Z im Dauerzustand eingeschaltet bleibt oder nur
selten abgeschaltet wird.
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Setzt aber das Kochgut dem Wärmeeingang einen großen Widerstand entgegen,
wie z. B. Kochgut mit einem großen Anteil an Feststoffen, so ist der Wärmefluß vom
Heizring zum Kochgut gehemmt. Die Temperatur der Kochplatte steigt, und es fließt
zwangläufig viel Wärme zum Fühler ab. Die Folge ist, daß der Fühler rasch eine Temperatur
annimmt, bei welcher der zweite Regelkontakt 18 den Heizleiter Z abschaltet. Nach
entsprechender Abkühlung des Kochplattenkörpers sinkt die Fühlertemperatur wieder
so weit ab, daß der Regelkontakt 18 den Heizleiter Z wieder zuschaltet. Hierbei
wirkt sich wiederum die Wärmekapazität der Massekochplatte günstig aus, indem sie
eine große Schalthäufigkeit verhindert. Die mittlere Fortkochleistung ist somit
kleiner als die Heizleistung des Heizleiters Z. Es paßt sich also die Wärmezufuhr
beim Fortkochen dem Wärmebedarf des Kochgutes selbsttätig an.
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Mit Bezug auf F i g. 3 und 4 wird nachstehend eine beispielsweise
Ausführungsform eines geeigneten Temperaturreglers beschrieben.
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Das Reglergehäuse besteht aus einer Grundplatte 21 und einer auf diese
aufsetzbaren Gehäusekappe 22. In die Grundplatte 21 ist eine Gewindebüchse 23 fest
eingesetzt, z. B. eingenietet, in der die Regulierspinde124 mit einem Gewinde aufweisenden
dickeren Endabschnitt 25 schraubbar ist. Auf der Stirnfläche des in den Gehäuseraum
hineinragenden Spindelabschnittes 25 stützt sich eine Membrandose 26 mit einem zentralen
Bodenansatz 27 ab, der zum Zentrieren der Membrandose einen sich in einer axialen
Bohrung der Regulierspindel führenden Zapfenfortsatz 28 hat. Die Membrandose 26
bildet mit dem in ihren Bodenansatz 27 eingelöteten, leicht biegbaren Kapillarrohr
11 und der an dessen freiem Ende angelöteten Fühlerscheibe,10, das mit einer Ausdehnungsflüssigkeit
gefüllte Drucksystem. Das
Kapillarrohr 11 ist in Spiralwindungen
um den Bodenansatz 27 der Membrandose 26 herumgeführt und über eine nicht dargestellte,
auf der Grundplatte 21 vorgesehene Klemme durch eine Ausnehmung der Gehäusekappe
22 nach außen herausgeführt.
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Die Drehbewegung der Regulierspindel 24 ist in nicht dargestellter
Weise auf nicht ganz eine Umdrehung, z. B. 270 Winkelgrade, begrenzt. Seitlich der
Membrandose 26 ist auf der Grundplatte 21 das aus einem Isolierwerkstoff bestehende
Gehäuse 29 eines Schnappschalters befestigt. Der Schnappschalter hat zwei an sich
bekannte und keiner näheren Beschreibung bedürfende Schnappschaltersysteme 30 mit
je einem beweglichen Schaltkontakt 31 und einem feststehenden Gegenkontakt
32. Die beiden Schnappsysteme entsprechen den Regelkontakten 17 und 18 in
F i g. 2. Von den beiden Kontaktmitteln jedes Schnappschaltersystems sind Anschlußfahnen
33 und 34 nach außen herausgeführt. Zur Betätigung jedes Schnappsystems ist ein
Druckstift 35 auf der von der Grundplatte 21 abgekehrten Seite des Gehäuses 29 herausgeführt.
Auf dieser Gehäuseseite ist zur übertragung der Steuerbewegung der Membran. auf
die beiden Druckstifte 35 der Schnappsysteme 30 ein zweiarmiger Hebel
36 angeordnet, der um eine gehäusefeste Achse 37 schwenkbar ist und mit seinem einen
Hebelarm über die Mitte der Membran und mit seinem anderen Hebelarm über die beiden
Druckstifte 35 greift. In dem über die Membran greifenden Hebelarm ist eine Justierschraube
38 gelagert, die gegen eine in der Mitte der Membran vorgesehene Druckscheibe 39
schraubbar und durch eine Öffnung 40 der Gehäusekappe 22 mit einem Schraubenzieher
zur Bedienung zugänglich ist. Der über das Schaltergehäuse 29 greifende Hebelarm
steht unter der Kraft von die Druckstifte 35 umgebenden Schraubendruckfedern
41, durch die der andere Hebelarm mit der Justierschraube 38 mit der
Membran in Kraftschluß gehalten wird. Der schalterseitige Arm des übertragungshebels
wirkt gleichzeitig auf die beiden Druckstifte 35 und besitzt für jedes Schnappsystem
eine Justierschraube 42. Die beiden Justierschrauben 42 sind in der
gleichen Weise wie die membranseitige Justierschraube 38 von der der Grundplatte
abgekehrten Seite her durch Löcher 43 der Gehäusekappe 22 bedienbar. Sie
dienen dazu, entweder ein gleichzeitiges oder, wie es im Rahmen der Erfindung in
Betracht kommt, ein um eine bestimmte Temperaturdifferenz von z. B. 8 bis 13° C
versetztes Aus-und Einschalten der beiden Schnappsysteme zu erzwingen. Die Justierschraube
38 über der Membran. dient der gemeinsamen Nachstellung.
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In strichpunktierten Linien ist vor der Grundplatte in F i g. 3 ein
von der Regulierspindel 24 durchsetzter Blockschalter 45 angedeutet, der
den Doppelschalter 19, 20 (F i g. 2) enthält, welcher beim Herausdrehen der
Regulierspindel aus der Nullstellung geschlossen wird.