DE1255774B - Transistorregler - Google Patents
TransistorreglerInfo
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -WXW PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
G05b
UU5 U y
GÖ5f '!oW Kt 7/.
Deutsche Kl.: 21c-46/51
Deutsche Kl.: 21c-46/51
Nummer: 1255774
Aktenzeichen: St 22056 VIII b/21c
Anmeldetag: 29. April 1964
Auslegetag: 7. Dezember 1967
Die Erfindung betrifft einen Transistorregler mit zwei parallel an eine Spannungsquelle geschalteten
komplementären Transistoren, in deren Eingangsstromkreisen ein jeweils im Ausgangsstromkreis des
anderen Transistors vorgesehener Widerstand liegt und bei dem dem Eingangsstromkreis des ersten
Transistors eine mit der Regelgröße veränderliche elektrische Größe zugegeben wird, während im Ausgangsstromkreis
des zweiten Transistors ein die Stellgröße bestimmender Wert einer elektrischen Größe
entnommen wird, insbesondere für die Temperaturregelung bei Durchlauferhitzern.
Bei einem bekannten, zur Temperaturregelung vorgesehenen Transistorregler, der in der einleitend
beschriebenen Weise ausgebildet ist, liegt im Ausgangsstromkreis des zweiten Transistors die Erregerspule
eines Relais oder Elektromagneten oder Schaltschützes, während zum Zugeben der Regelgröße,
d. h. der Temperaturänderung, im Eingangsstromkreis des ersten Transistors ein Widerstand mit negativem
Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist. Die Ein- und Ausgangsstromkreise der beiden Transistoren
dieses bekannten Reglers sind so mit Widerständen beschaltet, daß das im Ausgangsstromkreis des
zweiten Transistors liegende Relais in Ruhe oder abgefallen ist, solange die zu regelnde Temperatur
unterhalb des Sollwertes liegt. Entsprechend der Beschallung mit Widerständen ist der erste Transistor
dieses Reglers bei unterhalb des Sollwertes liegender Temperatur gesperrt. Es fließt dann auch im zweiten
Transistor kein Strom. Durch entsprechende Schaltmaßnahmen außerhalb des Reglers schaltet ein in
abgefallener Stellung oder Ruhe befindliches Relais die Energiezufuhr ein, so daß die Temperatur ansteigt.
Bei Erreichen der Solltemperatur wird das Basispotential des Transistors Tl infolge des bei
Temperaturanstieg abnehmenden Widerstandswertes des in seinem Eingangsstromkreis liegenden Widerstandes
so stark positiv, daß der Transistor Tl leitend wird. Dadurch wird auch der Transistor TZ leitend,
und das Relais zieht an. Dieser Vorgang vollzieht sich nach Art eines Kippvorganges plötzlich
und lawinenartig, weil zwischen den beiden Transistoren eine Rückkopplung vorgesehen ist. Bei angezogenem
Relais stellen sich innerhalb des Reglers von den Widerstandswerten bestimmte Ströme ein.
Durch das angezogene Relais wird die Energiezufuhr zu dem Medium, dessen Temperatur geregelt werden
soll, unterbrochen, und es tritt infolgedessen eine allmähliche Abkühlung ein. Im Verlaufe der Abkühlung
wird bei Erreichen der Solltemperatur das Basispotential des ersten Transistors so lange von seinem
Transistorregler
Anmelder:
Dr. Stiebel Werke G. m. b. H. & Co.,
Holzminden/Weser, Lüchtringer Weg 25-27
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Herbert Kracht, Höxter
stark positiven Wert abgesenkt, bis der Transistor Tl wieder gesperrt ist. Dadurch sperrt auch der
Transistor Tl, und das Relais fällt wieder ab.
In der Praxis fällt der Temperaturwert, bei welchem das Relais anzieht, nicht mit denjenigen! Temperaturwert
zusammen, bei welchem es abfällt. Durch diese Differenz der Einschalt- und Ausschaltpunkte
wird bereits die Genauigkeit, mit welcher der bekannte Regler zu arbeiten vermag, erheblich beeinträchtigt.
Es ist zwar möglich, durch Verändern des zur Rückkopplung der beiden Transistoren dienenden
Widerstandes dafür zu sorgen, daß sich der Einschaltpunkt und der Ausschaltpunkt des Reglers einander
nähern, die Aufrechterhaltung der notwendigen Rückkopplung einerseits und die Aufrechterhaltung
der Mindestgröße des Emitterwiderstandes des zweiten Transistors andererseits setzen einer befriedigenden
Annäherung der beiden Schaltpunkte jedoch Grenzen. Die zu regelnde Größe, beispielsweise
die Temperatur, kann demzufolge bei Transistorreglern dieser Bauart niemals genau konstant
gehalten werden, weil eine Differenz zwischen dem Ein- und Ausschaltpunkt nicht zu vermeiden ist.
Transistorregler dieser Bauart arbeiten daher unbefriedigend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistorregler der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß er unter Vermeidung der geschilderten Nachteile des bekannten Transistorreglers mit geringem
Aufwand für vielseitige Regelaufgaben in gedrungener Gestalt als Massenartikel herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der eingangs beschriebene Transistorregler erfindungs-
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3 4
gemäß dadurch, daß die Kollektorwiderstände der schriebenen P-Regler wahlweise ein PI-Regler oder
Transistoren jeweils.im Emgangsstromkreis des an- PID-Regler, d.h., beim Rückführen des Rückführderen
Transistors liegen und daß ständig Ströme in signals werden integrierend oder differenzierend auf
den Ein- und Ausgangsstromkreisen der Transistoren das Rückführsignal einwirkende Schaltelemente
fließen, die bei unveränderter Regelgröße konstant s wirksam. Da die Art und Weise der Rückführung
sind, wobei der die Stellgröße bestimmende Wert des Rückführsignals maßgebend für die Regelim
Ausgangsstromkreis des zweiten Transistors stetig charakteristik des Reglers ist, bestehen zwischen der
entnehmbar ist. zugeführten Regelgröße und der entnehmbaren Stell-
Der wie angegeben ausgebildete erfindungsgemäße größe den jeweiligen mathematischen Gesetzmäßig-Transistorregler
liefert ständig ein die Stellgröße be- ίο keiten entsprechende Zusammenhänge,
stimmendes, entsprechend der Regelcharakteristik Wenn der neue Regler so vielseitig wie möglich
dem Wert der Regelgröße entsprechendes Ausgangs- verwendbar sein soll, dann muß auch dafür gesorgt
signal und vermeidet daher die Nachteile eines un- werden, daß ein möglichst großer Regelbereich zur
stetigen Reglers. Der neue Regler benötigt nur sehr Verfügung steht. Da die Verstärkung von Transistowenige
Bauteile und ist daher einfach ausgebildet. 15 ren nicht über den gesamten Arbeitsbereich konstant
Eine gedrungene kompakte Bauweise läßt sich auf ist, ergibt sich am Anfang und am Ende des vom
Grund der wenigen benötigten Bauteile verwirk- Regler maximal erfaßbaren Regelbereiches eine
liehen. Er ist daher sowohl in der geforderten Weise mehr oder weniger große Abweichung der Regelais
Massenartikel herstellbar als auch auf Grund empfindlichkeit von jenem Wert, der in der Mitte
seines geringen Raumanspruches in Geräte aller Art, ao des Regelbereiches gegeben ist. Wenn der volle, d. h.
wie beispielsweise Haushaltsgeräte oder Durchlauf- maximal erfaßbare Regelbereich des neuen Tranerhitzer,
einbaufähig. sistorreglers auch ausgenutzt werden soll, dann müs-
Da der erfindungsgemäße Regler ständig einen der sen Maßnahmen ergriffen werden, durch welche die
Regelgröße gesetzmäßig entsprechenden, die Stell- Empfindlichkeit auch am Anfang bzw. Ende des
größe bestimmenden Wert liefert, stellt er einen stetig as Regelbereiches auf dem gleichen Wert gehalten werarbeitenden
elektronischen Regler dar. Stetig arbei- den kann wie in der Mitte des Regelbereiches. Bei
tende elektronische Regler sind an sich bereits be- einer weiteren Ausgestaltung des neuen Transistorkannt,
sie sind jedoch im allgemeinen komplizierter reglers wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht,
und aufwendiger aufgebaut als die den erfindung- daß parallel an die Spannungsquelle ein spannungsgemäßen
Regler kennzeichnende einfache Regler- 30 stabilisierendes Element und eine Reihenschaltung
schaltung. So sind beispielsweise bereits transistor- aus Widerständen geschaltet sind, von denen zwei
bestückte stetig arbeitende elektronische Regler be- Widerstände Potentiometer darstellen, deren Abkanntgeworden,
die in elektronisch geregelte Netz- griffe jeweils über einen einstellbaren Widerstand
geräte eingebaut sind. Für andere Aufgaben, insbe- und eine einmal in der einen, das andere Mal in der
sondere zur Lösung der der Erfindung zugrunde lie- 35 anderen Richtung gepolte Diode an den Kollektor
genden Aufgabe, sind diese Transistorregler jedoch des ersten Transistors angeschlossen sind,
völlig ungeeignet. Sie arbeiten in diesen Netzgeräten Eine weitere Steigerung der Vielseitigkeit des
nämlich mit strom- oder Spannungsstabilisierenden neuen Transistorreglers wird erfindungsgemäß schließelektrischen
Schaltelementen zusammen, durch lieh noch dadurch erreicht, daß ein Verstärker an
welche ein komplizierter und aufwendiger Aufbau 40 den Emitterwiderstand des zweiten Transistors geentsteht.
Bauaufwendig und kompliziert werden schaltet ist. Durch diese Ausgestaltung ist es mögdiese
bekannten Transistorregler auch durch die lieh, das die Stellgröße bestimmende Ausgangssignal
schaltungstechnischen und baulichen Maßnahmen, des Reglers so weit zu verstärken, bis die erforderdie
zum Erzeugen der erforderlichen Ansteuerleistung liehe Ansteuerleistung verfügbar ist, welche zum Beergriffen
werden müssen. 45 tätigen der jeweils in Betracht kommenden, den Stell-
Beim erfindungsgemäßen Transistorregler wird der Vorgang ausführenden Einrichtung erforderlich ist.
Rückführkanal von der Verbindungsleitung gebildet, Ausführungsbeispiele des neuen Reglers sind in
welche von der Basis des zweiten Transistors zum den Zeichnungen dargestellt.
Kollektor des ersten Transistors führt. Wenn dieser F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäß
Weg für das Rückführsignal nicht durch Schalt- 50 ausgebildeten P-Reglers;
elemente beeinflußt wird, dann arbeitet der neue F i g. 2 stellt eine weitere Ausgestaltung des in
Regler als P-Regler. Diese Regelcharakteristik läßt Fig. 1 gezeigten Reglers dar;
sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung F i g. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des neuen
dadurch verändern, daß parallel zu dem im Ein- Reglers.
gangsstromkreis des zweiten Transistors liegenden 55 In F i g. 1 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäß
Kollektorwiderstand des ersten Transistors ein RC- ausgebildeten Transistorreglers mit P-Verhalten dar-Glied
geschaltet ist, dessen Kondensator parallel zur gestellt. Dieser Regler weist zwei komplementäre
Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors ge- Transistoren Tl und Tl auf. Diese sind gemäß
schaltet ist. Fig. 1 so geschaltet, daß die Basis des zweiten Tran-
Bei einer weiteren Ausgestaltung des neuen Tran- 60 sistorsT2 unmittelbar am Kollektor des ersten Transistorreglers
sieht die Erfindung vor, daß zwischen sistors Tl anliegt, während die Basis des ersten Tranden
Kondensator des i?C-Gliedes und der Basis des sistors Tl über ein zur Zuführung der Regelgröße
zweiten Transistors ein Widerstand geschaltet ist und dienendes Schaltelement Re mit dem Kollektor des
der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis zweiten Transistors Tl verbunden ist. Die beiden
des zweiten Transistors durch einen Kondensator 65 komplementären Transistoren Tl und Tl sind im
verbunden ist. vorliegenden Ausführungsbeispiel so geschaltet, daß
Durch diese beiden weiteren Ausgestaltungen des der erste Transistor Tl als npn-Transistor, der
neuen Transistorreglers wird aus dem bereits be- zweite Transistors Tl als pnp-Transistors ausgebil-
det ist. Eine Spannungsquelle U versorgt den Transistorregler
mit Spannung. An die Spannungsquelle U ist der zweite Transistor Γ 2 über einen Emitterwiderstand
R 4 emitterseitig und mit dem Kollektor über einen Widerstand R3 angeschlossen, während
die Basis des zweiten Transistors Γ2 über einen Widerstand Rl der Spannungsquelle liegt. Der Widerstand
Rl dient aber zugleich auch als Anpassungswiderstand, über welchen der erste Transistor
Tl mit seinem Kollektor an die Spannungsquelle U angeschlossen ist, während der Emitter des ersten
Transistors Tl über einen weiteren Widerstand Rl mit der Spannungsquelle verbunden ist.
Das Schaltelement Re zur Zuführung der Regelgröße ist im gezeigten Ausführungsbeispiel, insbesondere
bei Verwendung des Transistorreglers für die Regelung der Temperatur des Durchlaufwassers
in Durchlauferhitzern als temperaturempfindlicher elektrischer Widerstand ausgebildet. Zur Entnahme
des die Stellgröße bestimmenden elektrischen Wertes dient bei dem in F i g. 1 im Schaltbild gezeigten Ausführungsbeispiel
des Transistorreglers der Emitterwiderstand R4 des zweiten Transistors T2, so daß
als Ausgangsgröße bzw. die Stellgröße bestimmender Wert eine Spannung entnommen wird. Solange der
Widerstand Re seinen Widerstandswert konstant beibehält, fließen in den einzelnen Kreisen des Reglers
bzw. den Ein- und Ausgangskreisen der Transistoren Tl und T2 von den jeweiligen Widerständen Rl
bis R 4 sowie der Höhe der von der Spannungsstelle U abgegebenen Spannung und der Verstärkung
der Transistoren abhängige Ströme. Diese Ströme bleiben jedoch konstant, solange sich der Widerstand
Re nicht verändert. Das wesentliche Kennzeichen dieses Gleichgewichtszustandes besteht darin,
daß am Widerstand Rl die gleiche oder nahezu gleiche Spannung wie am Widerstand Ri anliegt.
Verändert sich der Wert des Widerstandes Re, dann wird dieses Gleichgewicht gestört, und die in den
einzelnen Kreisen der Transistoren Tl und Γ2 fließenden Ströme verändern sich so lange, bis wieder
der Spannungsabfall am Widerstand Rl gleich dem Spannungsabfall am Widerstand R 4 ist. Im einzelnen
läuft dieser Vorgang so ab, daß die Veränderung des Widerstandes Re das Basispotential des ersten
Transistors Tl verändert, welcher über dem zu Re in Reihe geschalteten Widerstand A3 am Minuspol
der Spannungsquelle anliegt. Zugleich mit dieser Potentialänderung verändert sich die Verstärkung
des ersten Transistors und dann auch die Größe der im Kollektorbasis- und Emitterbasiskreis fließenden
Ströme. Eine Änderung des durch Re und R3 fließenden Stromes verändert, wie bei Betrachtung
des Schaltbildes in F i g. 1 deutlich erkennbar ist, die Kollektorspannung am zweiten Transistor T 2, während
infolge dieser Änderung des Stromes aber zugleich auch ein veränderter Kollektorstrom durch
den ersten Widerstand Tl fließt, wodurch das Basispotential des zweiten Transistors T2 verändert wird,
weil sich der Spannungsabfall über dem Widerstand Rl ändert. Im Emitterkreis des ersten Transistors
Tl liegt nun noch der Widerstand Al, durch den ebenfalls
ein veränderter Strom fließt, während durch die Änderung des Basispotentials des zweiten Transistors
und Kollektorpotential dieses Transistors auch der durch den Widerstand R4 im Emitterkreis des
zweiten Transistors fließende Strom einen neuen Wert annimmt.
Der in F i g. 1 im Schaltbild dargestellte Regler ist ein P-Regler, weil in semem Rückführkanal zur
Rückführung des Rückführsignals an die Eingangsseite des Reglers, das ist beim Regler gemäß Fig. 1
die Verbindungsleitung zwischen der Basis des zweiten Transistors T 2 und dem Kollektor des ersten
Transistors Tl, keine die Rückführung beeinflussenden Schaltelemente vorgesehen sind.
Bei der weiteren Ausgestaltung des Reglers, wie in F i g. 2 im Schaltbild gezeigt ist, entspricht der Aufbau
dem bereits in Fig. 1 beschriebenen. In den Rückführkanal, d. h. die Verbindungsleitung zwischen
der Basis des zweiten Transistors T2 und dem Kollektor des ersten Transistors Tl, sind jedoch das
Rückführsignal integrierend und differenzierend beeinflussende Schaltelemente, im vorliegenden Falle
reelle und imaginäre bzw. auch komplexe Widerstände angeordnet. Als integrierender Teil ist in den
Rückführkanal ein Widerstand R 5 und ein Kondensator Cl, der in Reihe zu dem Widerstand RS geschaltet
ist, als ÄC-Glied parallel zum Kollektorwiderstand Rl des ersten Transistors Tl geschaltet.
Das durch den Widerstand R 5 und den Kondensator Cl gebildete integrierende oder .RC-Glied stellt auch
ein in der Elektrotechnik bekanntes Zeitglied dar, dessen Zeitkonstante von der Größe des Widerstandes
R 5 und der Kapazität des Kondensators Cl abhängig ist. Eine Änderung des Spannungsabfalles
über dem Widerstand Rl unterliegt nunmehr dem verzögernden Einfluß des integrierenden oder RC-Gliedes
R 5, Cl. Da das Kriterium für den Gleichgewichtszustand des Reglers darin besteht, daß der
Spannungsabfall über dem Widerstand Rl gleich oder nahezu gleich dem Spannungsabfall über dem
Widerstand R 4 ist, verändert sich das gesamte Ver- · halten des Transistorreglers, sobald sich die durch
Veränderungen des Widerstandswertes des Widerstandes Re verursachten Änderungen des Spannungsabfalles über dem Widerstand J? 2 nur unter dem
Einfluß des i?C-Gliedes stabilisieren können.
Als differenzierendes Glied ist in den Rückführkanal ein Kondensator C1 eingeschatet, welcher unmittelbar
an die Basis des zweiten Transistors T2 und mit seinem anderen Anschlußpol unmittelbar an
den Kollektor des ersten Transistors Tl geschaltet ist. Um eine Beeinflussung des i?C-Gliedes RS und
Cl durch das differenzierende Glied Cl zu vermeiden,
ist die Anschlußstelle des Kondensators Cl an der Basis des Transistors T 2 über einen Widerstand
i?6 mit dem Anschlußpunkt des Kondensators C 2 am Widerstand RS verbunden. Die differenzierende
Wirkung des Kondensators Cl besteht darin, daß Änderungen des Spannungsabfalles am
Widerstand Rl über den Kondensator Cl auf die
Basis des zweiten Transistors T 2 übertragen werden.
In F i g. 3 ist eine weitere Ausgestaltung des neuen Transistorreglers gezeigt, welche sich von der Ausgestaltung
gemäß F i g. 2 dadurch unterscheidet, daß die vom Widerstand R 4 im Emitterkreis des zweiten
Transistors Γ2 entnehmbare, den Stellwert bestimmende elektrische Größe einem nachgeschalteten
elektronischen Verstärker zugeführt wird, während die Empfindlichkeit des Reglers durch Schaltungsmaßnahmen über den gesamten maximal erfaßbaren
Regelbereich konstant gehalten wird. Zunächst ist der in den F i g. 1 und 2 vorgesehene Widerstand R1
nunmehr durch einen Widerstand Rl.l ersetzt, während
der Widerstand R4 durch einen Widerstand
Claims (4)
1. Transistorregler mit zwei parallel an eine Spannungsquelle geschalteten komplementären
Transistoren, in deren Eingangsstromkreisen ein jeweils im Ausgangsstromkreis des anderen Transistors
vorgesehener Widerstand liegt und bei denen dem Eingangsstromkreis des ersten Transistors eine mit der Regelgröße veränderliche
elektrische Größe zugegeben wird, während im Ausgangsstromkreis des zweiten Transistors ein
die Stellgröße bestimmender Wert einer elektrischen Größe entnommen wird, insbesondere zur
Temperaturregelung bei Durchlauferhitzern, dadurch gekennzeichnet, daß die Koüektorwiderstände
(R2, R3 bzw. .R2.1, Rl) der
Transistoren (7Ί, Γ2) jeweils im Eingangsstromkreis
des anderen Transistors (T 2 bzw. Tl) liegen und daß ständig Ströme in den Ein- uad
Ausgangsstromkreisen der Transistoren fließen, die bei unveränderter Regelgröße konstant sind,
wobei der die Stellgröße bestimmende Wert im Ausgangsstromkreis des zweiten Transistors (T2)
stetig entnehmbar ist.
2. Regler nach Ansprach 1, dadurch gekenazeichnet, daß parallel zu dem im Eingangsstromkreis
des zweiten Transistors (T 2) Hegenden Kollektorwiderstand (R2) des ersten Transistors
(Tl) ein RC-Glied (R 5, C 2) geschaltet ist, dessen
Kondensator (C 2) parallel zur Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (Γ2) geschaltet
ist.
3. Regler nach Anspruch 1 und/oder 2, oder 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Kondensator (C 2) des i?C-Gliedes (R 5, C 2) und die Basis des zweiten Transistors (Tl) ein
ohmscher Widerstand (R 6) geschaltet ist und der Kollektor des ersten Transistors (Tl) mit der
Basis des zweiten Transistors (T 2) durch einen Kondensator (C 2) verbunden ist.
4. Regler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel an die Spannungsquelle (U) ein spaanungsstabilisierendss
Element (Z) und eine Reihenschaltung aus ohmschen Widerständen (RS bis i?ll) geschaltet sind, von denen zwei Widerstände
(R9 und i?ll) Potentiometer darstellen, deren Abgriffe jeweils über einen einstellbaren
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST22056A DE1255774B (de) | 1964-04-29 | 1964-04-29 | Transistorregler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST22056A DE1255774B (de) | 1964-04-29 | 1964-04-29 | Transistorregler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1255774B true DE1255774B (de) | 1967-12-07 |
Family
ID=7459219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEST22056A Pending DE1255774B (de) | 1964-04-29 | 1964-04-29 | Transistorregler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1255774B (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE764830C (de) * | 1939-04-06 | 1954-03-15 | Aeg | Regelvorrichtung mit Verstellmotor |
-
1964
- 1964-04-29 DE DEST22056A patent/DE1255774B/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE764830C (de) * | 1939-04-06 | 1954-03-15 | Aeg | Regelvorrichtung mit Verstellmotor |
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