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Durch einen Flammenwächter überwachte Feuerungsanlage,insbesondere
ölfeuerungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerungsanlage, die durch
einen Flammenwächter überwacht m ird, ipsbe-oiidere eine Ö1leuerungsanlage, mit
einem durch einen Schutzschalter gegen thermische überlastung geschützten elektrischen
Motor für die Brennstofförderung und einer Zündvorrichtung, wobei die Anlage beim
Nichtzünden der Flamme durch einen Sicherheitsschalter abgeschaltet wird.
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Gewöhnlich arbeitet die Zündvorrichtung eine gewisse Zeit lang nach
Anlauf des Motors. Sie wird abgeschaltet, sobald der Flammendetektor einen entsprechenden
Schaltbefehl abgibt. Ist ein solcher Befehl nach einer bestimmten Sicherheitszeit
nicht erfolgt, tritt der Sicherheitsschalter in Tätigkeit und schaltet das ganze
System ab. Normalerweise ist dem elektrischen Motor ein Motorschutzschalter zugeordnet.
Dieser Schutzschalter hat die Aufgabe, den Motor gegen thermische Überlastung zu
schützen. Dieser Schalter unterbricht daher die Motorzuleitung, wenn während einer
bestimmten Schutzzeit ein zu hoher Strom fließt. Handelt es sich um einen Einphasenmotor
mit Hilfsphase, ist wohl eine Überlastung der Arbeitswicklung als auch eine Überlastung
der Hilfswicklung zu überwachen. Bisher sind die Motorschutzschalter und die Sicherheitsschalter
als zwei völlig voneinander getrennte Schaltelemente ausgebildet worden.
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Zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus und zur Verbilligung wird
gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Betätigungsglieder des Sicherheitsschalter
und des Schutzschalters vereinigt sind und einen gemeinsamen, die Anlage abschaltenden
Schalter steuern.
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Es wird daher nur ein einziger Schalter benutzt, um verschiedene Fehlertatbestände
zu überwachen, die alle zum Abschalten der Anlage führen. Ein besonderer Vorteil
besteht noch darin, daß die für einen Sicherheitsschalter übliche Verriegelung,
die nur ein manuelles Wiedereinschalten gestattet, auch für Fehler im Motor nutzbringend
gemacht wird. Der Motor kann also nicht mehrere Male nacheinander Startversuche
machen, die immer wieder zu einer thermischen Überlastung führen.
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Die Kombination von Sicherheitsschalter und Motorschutzschalter führt
aber zu der Schwierigkeit, daß bei den verschiedenen Fehlern, auf die der kombinierte
Schalter ansprechen soll, unterschiedliche Zeiten zulässig sind. Beispielsweise
ist die Sicherheitszeit, innerhalb der Zündversuche unternommen werden können, sehr
viel größer als die Schutzzeit, innerhalb der der Motor wegen Nichtanlauf abgeschaltet
werden muß. Einer Sicherheitszeit von 20 bis 25 Sekunden bei einem fotoelektrischen
überwachungsorgan oder von 40 bis 50 Sekunden bei einem Bimetall-Überwachungsorgan
steht eine Schutzzeit in der Größenordnung von wenigen Sekunden, z. B. 5 Sekunden,
gegenüber.
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Dieses Problem kann auf einfache Weise dadurch gelöst werden, daß
das Betätigungsglied des gemeinsamen Schalters außer von einer die Sicherheitszeit
der Zündvorrichtung bestimmenden Kenngröße von einer weiteren, die Schutzzeit des
Motors bestimmenden Kenngröße beeinflußbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem
gemeinsamen Schalter um einen Bimetallschalter handeln, der von mindestens zwei
verschiedenen Wärmeleistungen beheizbar ist, von denen eine der Sicherheitszeit
der Zündvorrichtung und eine andere der Schutzzeit des Motors zugeordnet ist.
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Eine sehr einfache Ausführungsform besteht darin, daß mindestens zwei
verschiedene Heizelemente vorgesehen sind, von denen das eine der Sicherheitszeit
der Zündvorrichtung und ein anderes der Schutzzeit des Motors zugeordnet ist. Es
besteht keine Schwierigkeit, die Heizelemente so zu bemessen, daß die für verschiedene
Fehler verschiedenen Abschaltzeiten eingeschaltet werden.
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Eine andere sehr einfache Möglichkeit besteht darin daß mindestens
zwei verschiedene Heizelemente im Motorstromkreis vorgesehen sind, von denen das
eine bei Entstehen der Flamme unwirksam gemacht wird. Hierbei wird also die Heiz-
Leistung
grundsätzlich durch den Motorstrom zugeführt. Die verschiedenen Zeiten ergeben sich
einerseits durch eine Änderung dieses Motorstroms und andererseits durch eine Veränderung
der insgesamt eingeschalteten Heizelemente.
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Vorzugsweise sind in diesem Fall die beiden Heizelemente in Reihe
geschaltet, und das eine von ihnen wird bei Entstehen der Flamme kurzgeschlossen.
Günstig ist es, wenn die beiden Heizelemente aus einer Heizwicklung mit einer Anzapfung
bestehen.
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Für viele Anlagen benutzt man einen Motor mit Widerstandshilfsphase.
Hier tritt das Problem hinzu, auch noch Fehler der Hilfsphase zu überwachen. Die
Überwachung der Hilfswicklung ist deshalb besonders wichtig, weil der Strom in der
Hilfswicklung relativ groß ist und konstant bleibt, was auf dem ohmschen Charakter
der Hilfsphase zurückzuführen ist.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird dieses Problem dadurch
gelöst, daß der gemeinsame Schalter Betätigungsglieder für die Überwachung der Zündvorrichtung
und der Motorarbeitswicklung aufweist und die Hilfswicklung so geschaltet ist, daß
sie durch die vorhandenen Betätigungsglieder mit überwacht wird.
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Eine Möglichkeit besteht darin, die Hilfswicklung parallel zur Zündvorrichtung
zu legen. In diesem Fall ist die Zeit bis zum Abschalten der Hilfswicklung gleich
der für die Zündvorrichtung gegebenen Sicherheitszeit. Diese Schaltmöglichkeit kommt
für solche Motoren in Frage, deren Erwärmungsgeschwindigkeit bei belasteter Hilfswicklung
nicht sehr groß ist.
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Eine andere Ausführungsform zum Schutz der Hilfswicklung hat das Merkmal,
daß das eine Heizelement in der gemeinsamen Zuleitung zu Arbeits-und Hilfswicklung
liegt. Das Heizelement, das zumindest teilweise für das Abschalten bei zu hohem
Strom in der Arbeitswicklung verantwortlich ist, übernimmt dabei eine ähnliche Aufgabe
bei zu hoher Belastung der Hilfswicklung.
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Man kann auch die Hilfswicklung über den Schalter eines an sich bekannten
Anlaßrelais an- und abschaltbar machen, dessen Spule vom Strom der Arbeitswicklung
durchflossen ist. Verwendet man diese Schaltung allein, bleibt die Hilfswicklung
normalerweise nur kurzzeitig eingeschaltet, nämlich solange der Motor hochläuft,
also etwa 0,3 Sekunden. Sollte die Hilfswicklung länger eingeschaltet bleiben, muß
auch der Strom in der Arbeitswicklung und damit in den zugehörigen Heizwicklungen
über dem Normalwert liegen, so daß der kombinierte Sicherheits-Motorschutz-Schalter
schnell ausschaltet. Man kann dieses Anlaßrelais aber auch in Verbindung mit den
vorgenannten anderen Schutzmöglichkeiten für die Hilfswicklung verwenden. In jedem
Fall ermöglicht es die Verwendung des Anlaßrelais, an Stelle eines fotoelektrischen
Flammendetektors einen etwas trägeren Bimetall-Wärmefühler zu benutzen, auch wenn
der von diesem Fühler betätigte Kontakt in der Zuleitung der Hilfswicklung liegt.
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Bimetall-Wärmefühler sind erheblich billiger als fotoelektrische Flammenfühler,
haben aber eine Ansprechverzögerung von im günstigsten Fall 20 Sekunden.
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Bei Verwendung eines fotoelektrischen Fühlers in Verbindung mit dem
Anlaßrelais empfiehlt es sich, das Verhältnis zwischen der Speisespannung der Schaltung,
bei der das Fotorelais anspricht, und der Speisespannung, bei der das Anlaßrelais
anspricht, kleiner oder gleich Eins zu wählen. Hiermit erübrigt sich die sonst übliche
Spannungsstabilisierungseinrichtung für das Fotorelais. Außerdem ist es ausgeschlossen,
daß der Motor anläuft und Öl in den Brennerraum fördert, ohne daß das Fotorelais
in der Lage ist, eine Flamme anzuzeigen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es
zeigt F i g. 1 die Schaltung für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, F
i g. 2 die Schaltung für ein zweites Ausführungsbeispiel, F i g. 3 die Schaltung
für ein drittes Ausführungsbeispiel und F i g. 4 die Schaltung für ein viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Sämtliche Ausführungsbeispiele zeigen Schaltungen für Feuerungsanlagen
mit einem Einphasenmotor 1, der die Arbeitswicklung 2 und die Widerstandshilfsphase
3 besitzt, und mit einer Zündvorrichtung 4, die über einen Transformator 5 angeschlossen
ist. Die Schaltung liegt mit ihren Anschlußklemmen 6 an einer einphasigen Speisespannung.
In der Zuleitung befinden sich der Kesselthermostat 7 und der Sicherheitsschalter
B. Beim Ansprechen des Sicherheitsschalters wird die Glimmlampe 9 über den Widerstand
10 gezündet und zeigt den Störungsfall an; gleichzeitig wird die Stromzufuhr zur
übrigen Schaltung unterbrochen. Eine Flammenüberwachungseinrichtung 11 mit
einem Flammendetektor 12 dient dazu, beim Auftreten der Flamme zumindest den Schalter
13 in der Zuleitung zum Zündtransformator 5 zu öffnen.
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In F i g. 1 sind dem Sicherheitsschalter 8 drei Heizelemente
8a, 8b, 8 c zugeordnet. Das Heizelement 8 a liegt in der Zuleitung
14 zur Arbeitswicklung 2 des Motors, das Heizelement 8 b in der Zuleitung 15 zur
Hilfswicklung 3 des Motors, wobei Arbeitswicklung und Hilfswicklung einen gemeinsamen
Rückleiter 16 besitzen, und das Heizelement 8 c in der Zuleitung 17 des Zündtransformators
5. Außerdem ist ein Schalter 18 in der Zuleitung 15 zur Hilfswicklung 3 vorgesehen,
der beispielsweise als Fliehkraftschalter ausgebildet sein kann.
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Wird der Kesselthermostat 7 infolge Wärmebedärf geschlossen,
erhalten die Arbeitswicklung 2, die Hilfswicklung 3 und der Zündtransformator 5
Strom. Im Normalfall läuft der Motor an, der Fliehkraftschalter 18 schaltet die
Hilfswicklung 3 ab, die Zündvorrichtung 4 macht dauernd Zündversuche. Sobald die
Flamme auftritt, wird mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 11 der Schalter 13 in
der Zuleitung zum Zündtrafo 5 geöffnet. Die Heizelemente 8 a, 8 b und 8 c werden
von den die Leitungen 14, 15 und 17 durchfließenden Strömen beeinflußt. Im Normalfall
reicht die Beheizung nicht aus, um den Sicherheitsschalter 8 umzuschalten. Wenn
der Motor blockiert, tritt in der Arbeitswicklung 2 und damit in dem Heizelement
8 a der Kurzschlußstrom auf. Gleichzeitig fließt im Heizelement 8 b der Strom der
Hilfswicklung und in dem Heizelement 8 c der Zündtransformatorstrom. Die Heizwirkung
aller drei Elemente bewirkt ein recht
schnelles Umschalten des Sicherheitsschalters
8 innerhalb der sogenannten Schutzzeit. Läuft der Motor zwar an, wird aber der Strom
in der Hilfswicklung nicht unterbrochen, beispielsweise weil der Fliehkraftschalter
18 nicht öffnet, fließt im Heizelement 8 b längere Zeit hindurch ein relativ großer
Strom in der Größenordnung des Kurzschlußstromes der Arbeitswicklung; außerdem wird
das Heizelement 8 a durch den normalen Arbeitsstrom und das Heizelement 8
c durch den Zündstrom beheizt. Dies zusammen reicht aus, um den Sicherheitsschalter
8 innerhalb einer bestimmten Zeit, die nicht mit der zuvor genannten Schutzzeit
übereinstimmen muß, abzuschalten. Ist der Motor zwar richtig angelaufen, glückt
aber die Zündung nicht, fließt im Heizelement 8 a der normale Arbeitsstrom und im
Heizelement 8 c der Zündstrom. Die beiden Heizleistungen führen dazu, daß der Sicherheitsschalter
8 nach einer etwas längeren Zeit, der sogenannten Sicherheitszeit von etwa 20 oder
in anderen Fällen sogar 50 Sekunden, umschaltet. Man sieht daraus, daß je nach dem
Störungsfall oder der Kombination der Störungsfälle ein mehr oder weniger schnelles
Abschalten möglich ist. Das Abschalten erfolgt um so schneller, je stärker der Motor
hiervon betroffen ist.
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F i g. 2 zeigt ein einfacheres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die beiden Heizelemente 8 d und 8 e sind hintereinandergeschaltet
und in die Zuleitung 14 zur Arbeitswicklung 2 des Motors gelegt. Beide Heizelemente
können zusammen eine einzige Heizwicklung mit Anzapfung bilden. Der Teil 8 d der
Heizwicklung kann mit Hilfe des Schalters 13 überbrückt werden, der in seiner Ruhestellung
die Stromzuleitung zum Zündtransformator 5 und zur Hilfswicklung 3 besorgt.
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Wenn der Kesselthermostat 7 eingeschaltet wird, erhält die Arbeitswicklung
2 über die Heizelemente 8 d und 8 e sowie die Hilfswicklung
3 und der Zündtransformator 5 über den Schalter 13 Strom. Der Strom der Arbeitswicklung
durchsetzt die Heizelemente 8 d und 8 e des Sicherheitsschalters 8, aber innerhalb
ungefähr 0,3 Sekunden ist der Strom von seinem Kurzschlußwert auf den normalen Arbeitswert
abgefallen, so daß der kombinierte Sicherheits-Motorschutz-Schalter hierdurch nicht
ansprechen kann. Der Zündtransformator 5 ist unter Spannung gesetzt und zündet die
Flamme. Beim Entstehen der Flamme schaltet die Überwachungseinrichtung
11 den Schalter 13 in seine andere Lage 13 a, was im Normalfall
innerhalb von höchstens 5 Sekunden der Fall ist, so daß keine schädliche Erwärmung
des Motors auftritt. In diesem Augenblick wird der Wicklungsteil 8 d kurzgeschlossen,
so daß lediglich der Wicklungsteil 8 e vom einfachen Arbeitsstrom durchflossen wird,
was nicht ausreicht, um den Sicherheitsschalter 8 ansprechen zu lassen. Ist aber
z. B. der Motor blockiert oder ist infolge falscher Belichtung der Schalter 13 in
der Stellung 13 b, so wird die Hilfswicklung 3 nicht mit Strom versorgt, und in
dem Wicklungsteil 8 e fließt der volle Kurzschlußstrom, so daß der Sicherheitsschalter
8 sehr schnell, d. h. innerhalb der Schutzzeit, umschaltet. Falls bei normalem Motoranlauf
die Zündung nicht glücken sollte, bleibt der Schalter 13 in seiner Ruhestellung
13 b. In diesem Fall reicht die Heizleistung der beiden vom Arbeitsstrom durchflossenen
Heizwicklungsteile 8 d und 8 e aus, um den Sicherheitsschalter 8 innerhalb einer
etwas längeren Zeit, der sogenannten Sicherheitszeit, umzuschalten.
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F i g. 3 zeigt eine Schaltung, die bis auf gewisse Änderungen der
Schaltung nach F i g. 2 entspricht. Mit Hilfe dieser Abänderung ist es möglich,
auch sehr träge Betätigungsorgane für den Schalter 13 zu verwenden, z. B. statt
des fotoelektrischen Fühlers 12 einen Bimetallfühler 20, dessen Reaktionszeit
im günstigsten Fall 20 Sekunden gegenüber einer momentanen Reaktion des fotoelektrischen
Fühlers beim Auftreten der Flamme beträgt. Dies liegt daran, daß die Flamme zunächst
die Luft im Kessel und diese wiederum das Bimetall erwärmen muß, ehe der zugehörige
Schalter 13 ansprechen kann. Wenn der Wärmefühler 20 schon so langsam arbeitet,
muß die sogenannte Sicherheitszeit für die Zündvorrichtung viel größer gewählt werden.
Bei einem solch großen Zeitraum ist es schwierig, die Hilfswicklung 3 mit einer
Schaltung nach F i g. 2 zu schützen, weil schon bei der frühest möglichen Ansprechzeit
des Bimetallschalters die Hilfswicklung 3 eine solche Temperatur angenommen hätte,
die den Motor gefährden würde.
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Diese Gefahr wird bei der Schaltung nach F i g. 3 dadurch behoben,
daß in die Zuleitung 14 zur Arbeitswicklung 2 die Spule eines üblichen Anlaßrelais
19 und in die Zuleitung 15 zur Hilfswicklung der zugehörige Schalter 19 a eingeschaltet
wird. Das Relais spricht an, wenn in der Leitung 14 ein wesentlich höherer Strom
als der Arbeitsstrom fließt. Läuft der Motor richtig an, sinkt aber der Strom innerhalb
von etwa 0,3 Sekunden auf den normalen Arbeitswert, und der Schalter 19a wird geöffnet.
Eine Belastung der Hilfswicklung 3 könnte nur dann eintreten, wenn das Relais 19
einen entsprechend hohen Anzugsstrom erhält; dieser durchfließt aber auch die Heizelemente
8 d oder 8 e bzw. zumindest das eine Heizelement 8 e, so daß nach relativ kurzer
Schutzzeit, die wesentlich kürzer als die Sicherheitszeit ist, der Schalter 8 umschaltet.
Man hat damit den Fehlerfall der Hilfswicklung auf denjenigen Fall zurückgeführt,
der bei einem Kurzschluß der Arbeitswicklung vorliegt. Man ist nunmehr in der Lage,
die Sicherheitszeit unabhängig von der Hilfswicklung zu wählen und wesentlich größere
Werte hierfür, z. B. 50 Sekunden, anzusetzen. Das bedeutet aber auch, daß man Motoren
mit einer Hilfswicklung verwenden kann, die nur eine relativ kurze Einschaltdauer
verträgt. Die aufgezählten Störungsfälle sind nur einige von denen, die auftreten
können und auf die die Schaltung reagiert.
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In F i g. 4 ist der vom Strom der Arbeitswicklung 2 durchflossene
Heizwiderstand 8 e in die Zuleitung zwischen dem Sicherheitsschalter 8 und
der Abzweigung zum Schalter 13 angeordnet. In diesem Fall ist der Zündtransformator
5 in einer gesonderten Leitung 17' mit einem eigenen Schalter 13' angeordnet. Nach
wie vor werden die Schalter 13 und 13' entweder von dem Fotorelais
11 oder dem Bimetallfühler 20 gesteuert.
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Auf diese Weise wird das Heizelement 8 e sowohl vom Strom der Arbeitswicklung
2 als auch vom Strom der Hilfswicklung 3 durchflossen. Hiermit erhält man die gleichen
Abschaltmöglichkeiten wie bisher. Wenn die Hilfswicklung unzulässig Strom führt,
erfolgt aber das Abschalten wesentlich rascher gegenüber dem Beispiel der F i g.
3. Außerdem ist eine erhöhte Sicherheit dadurch gegeben, daß auch
ein
Festbrennen des Relaiskontaktes 19a keinen Schaden hervorrufen kann, weil der Strom
der Hilfswicklung 3 so groß ist, daß er in der Heizwicklung 8 d eine so große Heizleistung
zusätzlich zu der vom Arbeitsstrom hervorgerufenen erzeugt, daß der Sicherheitsschalter
8 umschaltet.
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Eine Vereinfachung dieser Schaltung läßt sich dadurch erzielen, daß
das Heizelement 8 e in die Rückleitung 16 eingeschaltet wird. In diesem Fall
kann man nämlich den zusätzlichen Schalter 13' einsparen, so daß ein Schaltbild
nach F i g. 3 entsteht, bei dem lediglich das Heizelement 8 e in der Rückleitung
16 statt in der Zuleitung 14 liegt.
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Bei den Schaltungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4 ist ein Anlaßrelais
19 vorhanden. Es empfiehlt sich, dieses Anlaßrelais mit dem Fotorelais 11 derart
abzustimmen, daß das Verhältnis zwischen der Speisespannung der Schaltung, bei der
das Fotorelais anspricht, und der Speisespannung, bei der das Anlaßrelais anspricht,
kleiner oder gleich Eins ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei Unterspannung
das Anlaßrelais nicht anzieht und den Motor anlaufen läßt, obwohl das Fotorelais
gar nicht in der Lage ist, eine Flamme anzuzeigen. Eine solche Maßnahme ist zweckmäßig,
weil ein Motor bekanntlich schon bei einem Bruchteil seiner Nennspannung anzulaufen
in der Lage ist. Man kann auch auf Spannungsstabilisierung des Fotorelais verzichten,
da die Anlage bei einer zu geringen Spannung gar nicht in Betrieb gesetzt wird.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen, wie man mit einfachsten Mitteln eine
normgerechte Schaltung auslegen kann, die alle möglicherweise auftretenden Fehlertatbestände
berücksichtigt. Hierbei ist dafür Sorge getragen, daß alle Fehlerabschaltungen von
dem einzigen Sicherheitsschalter 8 bewirkt werden, wobei doch jeder einzelne Fehlertatbestand
seine vom Betrieb abhängigen Abschaltzeiträume zugemessen erhält. Insbesondere hat
die Anordnung noch den Vorteil, daß beim gleichzeitigen Auftreten von mehreren Fehlern
die Abschaltung um so schneller erfolgt.