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Stromversorgungssystem für einen oder mehrere elektrische Heizkörper
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stromversorgungssystem für einen
oder mehrere elektrische Heizkörper, die je für sich oder mehrere zusammen an ein
Stromversorgungsnetz über einen Regler angeschlossen sindl welcher den oder die
Heizkörper im Verhältnis zur Abweichung der Temperatur des den Heizkörper enthaltenden
Raumes von einem vorbestimmten Wert mit Strom versorgt.
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Die Anzahl der elektrisch beheizten Wohnungen ist stark im Steigen1
und demzufolge werden an solche Anlagen immer grössere Anforderungen gestellt, sowohl
in steuertrechnischer wie in wirtschaftlicher Hinsicht. Eine der wichtigsten dieser
vielen Anforderungen ist, dass man eine möglichst gleichmässige und selbstverständlich
niedrige Leistungsentnahme aufrechterhalten kann Viele Stromlieferanten berechnen
ihre Gebühren auf Grundlage eines Höchstverbrauchs und deshalb ist es wünschenswert,
die Leistungsentnahme und somit die festgestellte Gebühr so niedrig wie möglich
halten zu können0 Zu diesem Zweck benutzt man s*z. sog. Spitzenwachter, die über
Relaiskreise gewisse Teile der leistungsentnehmenden Anlage abschalten, ohne dass
in bezug auf besonders leistungsabhängige Teile irgendein Unterschied gemacht wird.
Könnte ein solcher Unterschied auf herköIichem Wege zustandegebracht werden, so
würden die dadurch entstehenden Kosten den durch die niedrigere Gebühr erhaltenen
Gewinn wesentlich übersteiqen.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die mit bekannten Systemen verknüpften
Nachteile zu beseitigen und vor allem eine findige Wahl derjenigen Räume zu ermöglichen,
die bei Gefahr einer Leistungsspitze ausgeschaltet werden und auch demzuvor
stufenweise
ausgeschaltet werden können, Zu diesem Zweck zeichnet sich das erfindungsgmässe
System dadurch aus, dass der Regler mit einem Programmierteller versehen ist, welcher
mehrere Steuerkreise besitzt, die je eine Erhöhlung der Temperatur in dem beheizten
Raum simulieren, und dass der Programmierteller an eine Programmiervorri-chtung
angeschlossen ist, welche einen oder mehrere der Steuerkreise des Programmiertellers
aktiviert.
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Die Erfindung ist nun anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Plockschaltbild der erfindungsgemässen Anlage,
Fig. 2 ein Schaltbild eines Teils der Anlage, Fig. 3 ein Schaltbild eines weiteren
Teils der Anlage, und Fig. 4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des in
Fig. 2 gezeigten Teils.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte System dient zur Stromversorgung eines
grossen Wohnhausviertels mit entweder einer grossen Anzahl Wohungsblöcke oder einer
grossen Anzahl R8ihenhäuser od.dgl. mit einem gemeinsamen Flektrozähler 1, der an
eine Trafostation oder an ein Lieferantennetz titer Hauptsicherungen 2 angeschlossen
ist. Vom Zähler wird der Strom den verschiedenen Wohnungen Uber einen Spitzen- oder
Höchstwächter 3 zugeführt.
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Jede Wohnung hat eine Gruppenzentrak 4 und im vorliegenden Falle zwei
einfache Regler 5 und einen Doppeiregler 6. Der Deutlichkeit halber ist in Fig.
l eine Ausrüstung für nur zwei Wohnungen gezeigt. Der bisher beschriebene Teil des
Systems kann als herkömmlich betrachtet werden, wobei zu beachten ist, dass jedem
Regler eine (nicht gezeigte) Gebereinheit zugeordnet ist, die ein Sollwert-Stellglied
enthalten kann. Nichts hindert jedoch, dass das Sollwert-Stellglied von der eigentlichen
Gebereinheit getrennt ist. Jeder Regler hat also einen Steuereingang. Es sei auch
betont, dass beim erfindungsgemässen System der Sollwert mittels eines Potentiometers
eingestellt wird, das mit einem Istwert-Geber in Form eines temperaturabhängigen
Widerstands, beispielsweise eines Thermistors, dessen Resistanz sich bei zunehmender
Temperatur weitgehend ändert, reihengeschaltet ist.
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Im vorliegenden Falle hat der Thermistor einen negativen Temperaturkoeffizienten,
wodurch die Resistanz Bei zunehmender Temperatur stark abnimmt. Das Soliwert-Potentiometer
und der temperaturabhängige Widerstand sind in einem Resistanznetz enthalten, welches
den Regler steuert. Der Regler des vorliegenden Systems arbeitet mit einer Summenresistanz
von 5600 Ohm, und wenn die gesamte Steuerresistanz zunimmt, wird der Regler dem
oder den von ihm gespeisten Heizkörpern eine höhere Leistung zuführen, um hierdurch
die Temperatur in dem beheizten Raum zu erhöhen und die Resistanz auf 5600 Ohm zu
reduzieren.
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Die obene beschriebene Regelausrüstung ist herkömmlicher Art, aber
wie bereits gesagt wurde, ist zwischen dem Zähler 1 und den verschiedenen Gruppenzentralen
4 ein Spitzen- oder Höchstwächter 3 eingeschaltet, der im vorliegenden System vier
Stufen in Form von Schaltern 7A-7D hat. Beim Erreichen einer gewissen Leistungsentnire
schliesst der Spitzen- oder Höchstwächter den Schalter'7A, bei höherer Leistungsentnahme
schliesst der Schalter 7B, usw. Diese Schalter 7A-7D sind an eine Programmierzentrale
8 angeschlossen, die ihrerseits mit je einem der Regler 5, 6 derart verbunden ist,
das der Ausgang von der Programmierzentrale 8 mit dem Gebereingang zu jedem Regler
5, 6 über einen Programmierteller 9 parallelgeschaltet ist. Es sei betont, dass
selbstverständlich nicht sämtliche Regler an die Programmierzentrale angeschlossen
sein müssen; falls erwünscht, können gewisse Regler fortgelassen werden. Es sei
auch betont, dass von der Programmierzentrale 8 nur zwei- getrennte Signalleiter
für sämtliche Regler erforderlich sind.
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Die Programmierzentrale 8 arbeitet in folgender Weise zusammen mit
dem Spitzen- oder Höchstwächter 3 und dem Programmierteller 9 jedes Reglers. Es
sei jedoch betont, dass die Doppelregler 6 zwei Programmierteller aufweisen. Wenn
der Schalter 7A mittels des Spitzen- oder Höchstwächters3 geschlossen wird, sendet
die Programmierzentrale 8 ein erstes Signal mit einem vorbestimmten Spannungspegel
aus, beim Schliessen des Schalters 7B ein zweitesSignal mit einem höheren Spannungspegel,
usw. Jeder Programmierteller 9 hat eine der Anzahl Schalter 7A-7D entsprechende
Anzahl Steuerkreise, die je einen Programmierwiderstand RP zum Steuereingang und
somit zum Pesistanznetz parallelschalten,
auf welches der Regler
anspricht. Durch diese Parallel-oder Nebenschlussschaltung wird natürlich der Gesamtwiderstand
im Resistanznetz abnehmen, wodurch der Regler in derselben Weise reagiert, wie wenn
die Temperatur des beheizten Raumes höher wäre als der bekannte Wert. Beim Schliessen
des Schalters 7B wird ein weiterer Steuerkreis des Programmiertellers mit dem vorhergehenden
Kreis und dem Gebereingang parallelgeschaltet, wodurch eine noch höhere Temperatur
in dem beheizten Raume simuliert wird. Dasselbe gilt natürlich für die weiteren
zwei Steuerkreise des Programmiertellers. Ferner können selbstverständlich Programmierteller
mit jeder beliebigen Anzahl Steuerkreise oder Temperatursenkungsstufen benutzt werden.
Jeder Steuerkreis des Proorammiertellers reduziert die Temperatur in dem beheizten
Raum um eine Stufe, wobei die Temperatursenkung mittels des Programmierwiderstands
RP bestimmt wird, welcher einen solchen Wert aufweisen kann, dass die Temperatursenkungsstufe
i, 2, 3, 4, 5 oder 6°C wird. Falls ein Steuerkreis des Programmiertellers keinen
Programmierwiderstand aufweist, so spricht der Kreis ganz einfach nicht aui das
Signal von der Programmierzentrale 8 an.
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Fig. 2 zeigt im einzelnen eine Ausführungsform einer Programmierzentrale.
Dei Zentrale hat Stromversorgungsanschlüsse 10, 11 die über einen Transformator
TRl an den eigentlichen Kreis angeschlossen sind. Das eine Ende der Sekundärwicklung
des Transformators TRl ist an eine aus Dioden Dl-D4 bestehende Gleichrichterbrücke
angeschlossen, während der andere Anschluss der Sekundärwicklung über eine Sicherung
Sl and die Gleichrichterbrücke angeschlossen ist. Der eine Ausgang der Gleichrichterbrücke
ist an eine erste Schiene 12 angeschlossen, die ihrerseits über einen Widerstand
R10, einen Transistor T2 und eine Diode D16 an den einen Ausgang 13 der Programmierzentrale
angeschlossen ist. Der andere Ausgang der Gleichrichterbrücke ist über drei Dioden
D17-D19 an eine zweite Schiene 14 angeschlossen, die gleichzeitig den zweiten Ausgang
oder die Nullschiene der Programmierzentrale bildet. Ueber die Dioden D17-D19 ist
ein Kondensator'C2 geschaltet, und die Verbindung zwischen dem Kondensator C2 und
der Diode D17 ist über einen Widerstand R13 an die Basis eines Transistors T4 und
über einen Widerstand R14 an
den Kollektor des Transistors T4 sowie
an den Emitter eines Transistors T3 und die Basis eines Transistors T2 angeschlossen.
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Zwischen den Sch.ienenl2 und 14 sind ferner ein Kondensator cl und
ein aus einem Widerstand Rl und aus Zener-Dioden DS-D8 bestehender Reihenkreis eingeschaltet.
Ueber jede Zener-Diode ist ein Potentiometer R2 bzw. R5 geschaltet. Der Gleitkontakt
des Potentiometers R2 ist über eine-Diode D9 mit einem Anschlusspunkt 15,. der Gleitkontakt
des Potentiometers R3 ist über eine Diode Dl0 mit einem Anschlusspunkt 16, der Gleitkontakt
des Potentiometers R4 ist über eine Diode mit einem Anschlusspunkt 17., und der
Gleitkontakt des Potentiometers R5 ist über eine Diode D12 mit einem Anschlusspunkt
l8 verbunden. Die entgegengesetzte Seite der Anschlusspunkte 15, 18 ist an die Basis
des Transistors T4 angeschlossen, die auch über einen Kondensator C4 mit der Schiene
14 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T4 ist über einen Kondensator C5 mit
der Schiene 14 und über eine Diode DIS mit der Basis des Transistors D3 und dem
Kollekb des Transistors D5 verbunden. Die Verbindung zwischen der Diode D5 und der
Basis des Transistors T3 ist über einen Widerstand R12 an die Schiene 12 angeschlossen,
während der Kollektor des Transistors T3 über einen Widerstand Ril mit der Schiene
12 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T5 ist an die Schiene 14 und seine
Basis an die Schiene 14 über einen mit einem Widerstand 15 parallelgeschalteten
Kondensator C6 angeschlossen. Die Basis des Transistors T5 ist ausserdem über eine
Zener-Diode D13 und einen Widerstand R7 an den Kollektor eines Transistors Tl angeschlossen.
Der Kollektor dieses Transistors ist über einen Widerstand R6 mit der Schiene 12
verbünden, während der Emitter direkt an die Schiene 12 angeschlossen ist. Die Basis
des Transistors Tl ist über einen mit einem Widerstand R8 und einem Widerstand R9
parallelgeschalteten Kondensator C3 mit der Schiene verbunden.
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Die Widerstände R8 und R9 sind reihengeschaltet, und die gegenseitige
Verbindung dieser Widerstände ist an die Verbindung zwischen dem Widerstand RIQ--und
dem Transistor T2 über eine Zener-Diode Dl4 angeschlossen. Die Aus-gänge 13 und
14 der Programmierzentrale sind über einen Widerstand R16 miteinander Verbunden.
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Die Programmierzentrale 8 ist derart mit den Schaltern 7A-7D verbunden,
dass der Schalter 7A an den Anscblusspunkt 18 9,
angeschlossen wird,
während der Schalter 7B an den Anschlusspunkt 17, der Schalter 7C an den Anschlusspunkt
16, und der Schalter 7D an den Anschlusspunkt 15 angeschlossen werden. Die Programmierzentrale
8 arbeitet derart, dass beim Schliessen des Schalters 7A am Ausgang 13, 14 eine
Spannung von 5V, beim Schliessen des Schalters 7B eine Spannung von 14V, beim Schliessen
des Schalters 7C eine Spannung von 23V, und beim Schliessen des Schalters 7D eine
Spannung von 35V erhalten wird. Diese vier Spannungen stellen je eine Temperatursenkungsstufe
dar. Wie schon erwähnt, ist der Ausgang 13, 14 der Programmierzentrale 8 an den
Steuereingang jedes Reglers über den Prograrmierteller 9 jedes Reglers angeschlossen.
Jeder Programmierteller ist von der in Fig. 3 veranschaulichten Konstruktion und
besteht also aus vier Transistorschaltern T7-Tl0, wobei der Schalter T7 beim Auftreten
der Spannung 5V, der Schalter T8 beim Auftreten der Spannung 14V, der Schalter T9
beim Auftreten der Spannung 23V, und schliesslich der Schalter Tl0 beim Auftreten
der Spannung 35V geschlossen wird. Der Eingang 15 zum Programmierteller ist mit
dem Ausgang 13 der Programmierzentrale verbunden, während die Minus- oder ullschiene
16 des Programmiertellers mit dem Ausgang 14 der Programmierzentrale 8 verbunden
ist. Die Schienen 16 und 17 sind derart an den Steuereingang des Reglers angeschlossen,
dass ein Einschalten jedes Programmierwiderstands RP das Pesistanznetz reduziert,
auf welches der Regler anspricht. Zwischen den Schienen 16 und 17 sind vier Reihenkreise
eingeschaltet, die je aus einem Programmierwiderstand RP und einem Transistor T7
bzw.
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T9 bestehen. Der Eingang 15 ist über einen Widerstand R25 an die Basis
des Transistors T7 und Uber eine Zener-Diode 9 an die Verbindung zwischen zwei Widerständen
R26 und R27 angeschlossen, während die Verbindung zwischen diesen beiden Widerständen
über eine Zener-Diode Dl0 an die Verbindung zwischen zwei Widerständen R28 und R29
angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen diesen beiden Widerständen R28 und R29
ist über eine Diode Dli an die Verbindung zwischen zwei weiteren Widerständen R30,
R31 angeschlossen ist. Diese Widerstandspaare sind zwischen der Schiene 16 und der
Basis der Transistoren T8, T9 bzw. Tl0 eingeschaltet.
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Jeder Transistor T7-T10 des Programmiertellers und der dazugehörige
Programmierwiderstand RP bilden einen Steuerkreis,
der in Abhängigkeit
vom Programmierwiderstand RP Leistungsenthahme des Reglers beeinflusste Die Wahl
des Programmierwiderstands steht natürlich durchaus frei, so dass verschiedene Räume
völlig wahlweise je für sich programmiert werden können.
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Die Erfindung bietet somit eine Menge Kombinationsmöglichkeiten, teils
weil der Programmierteller vier verschiedene Steuerstufen aufweist, die mittels
der vier -Schalter 7A-7D im Spitzen- oder Höchstwächter 3 eingeschaltet werden,
und teils weil jeder Programmierwiderstand RP praktisch jeden beliebigen Wert erhalten
kann.
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Es ist natürlich nicht notwendig, die Programmierteller über die
Programmierzentrale 8 und den Spitzen- oder Höchstwächter 3 zu steuern; diese Steuerung
kann in vielerlei anderer Weise erfolgen. Fig. 4 zeigt einen Kreis zur Steuerung
eines Programmiertellers mit nur zwei Steuerkreisen. Die grundsätzliche Konstruktion
des Programmiertellers stimmt völlig-mit der in Fig. 3 veranschaulichten Konstruktion
des Tellers überein, während die Steuerung des Programmiertellers falls erwünscht
über eine Programmierzentrale von der in Fig. 2 veranschaulichten Art erfolgen kann,
jedoch auch mittels der in Fig. 4 gezeigten Programmierzentrale. Der grundsätzliche
Unterschied zwischen der in Fig. 4 gezeigten Programmierzentrale und der in Fig.
2 gezeigten Programmierzentrale ist, dass die Zentrale in Fig. 4 mittels einer an
die Anschlüsse 1Q, 20 angeschlossenen Zeituhr 18 und eines Umschalters Ol gesteuert
wird. Die Programmierzentrale in Fig. 4 ist über die Eingangsanschlüsse 21-an ein
Versorgungsnetz angeschlossen. An den einen Eingangsanschluss ist eine Sicherung
SF gekuppelt, deren vom Eingangsanschluss abgewandtes Ende an das eine Ende der
Primärwicklung eines Transformators TR2 angeschlossen ist. Dieses Ende der Primärwicklung
des Transformators TR2 ist ferner an einen Anschluss M der Zeituhr 18 angeschlossen,
während das andere Ende der Primärwicklung an einen weiteren Anschluass M der Zeituhr
18 angeschlossen ist.
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Die Sekundärwicklung des Transformators TR2 ist in den Kreis der eigentlichen
Programmierzentrale eingeschaltet. Das eine Ende der Wicklung ist an den Kollektor
eines Transistors Tl über eine Diode Dl und einen Widerstand R4 sowie an die Null-oder
Minusschiene 22.der Programmierzentrale und deren einen
Ausgang
über eine Diode D2 angeschlossen. Das andere Ende der Sekundärwicklung ist über
einen Widerstand Rl an die Verbindung zwischen den ersten Platten zweier Kondensatoren
Cl und C2 angeschlossen, wobei die zweite Platte des Kondensators Cl and die Verbindung
zwischen der Diode Dl und dem Widerstand R4, und die zweite Platte des Kondensators
C2 an die Schiene 22 angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen der Diode Dl und
dem Widerstand R4 ist ferner Uber einen Widerstand R2, eine Zener-Diode D3 und eine
weitere Zener-Diode D4 an die Schiene 22 angeschlossen. Die Verbindung zwischen
dem Widerstand R2 und der Zener-Diode D3 ist Uber eine Diode D5 teils an den einen
Kontaktpunkt des Schalters Ol und teils an den Anschluss 19 angeschlossen.
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Die Verbindung zwischen den Zener-Dioden D3 und D4 ist über eine Diode
D6 an die Zeituhr 18 und an einen Kontaktpunkt im Schalter ol angeschlossen. Ein
weiterer Kontaktpunkt des Schalters Ol ist mit einem weiteren Anschluss der Zeituhr
18 verbunden. Will man eine Wochenscheibe in der Zeituhr 18 gebrauchen, so kann
dies in an sich herkömmlicher Weise über die mit gestrichelten Linien gezeigten
Verbindungen erfolgen. Die Zeituhr ist im vorliegenden Falle mit einer 24-Stunden-Scheibe
versehen. In der in Fig. 4 gezeigten Ausgangslage des Schalters Ol ist der eine
Umstellarm des Schalters mit dem Anschluss 20 über die Verbindung zwischen einem
Widerstand R3 und der Basis des Transistors Tl verbunden, dessen Emitter an den
Ausgang 23 angeschlossen ist.
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Das andere Ende des Widerstands P>3 ist mit der Schiene 22 verbunden.
Benutzt man die in Fig. 4 veranschaulichte Programmierzentrale, so wird der Ausgang
23 mit dem Eingang der Programmierscheibe verbunden, während die Schiene 22 an die
entsprechende Schiene des Programmiertellers angeschlossen wird.
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Die Funktion des in Fig. 4 gezeigten Kreises ist nun im folgenden
näher beschrieben. Die in Fig. 4 gezeigte Einstellage ist die normale Lage des Kreises,
während der Schalter Ol um einen Schritt im Uhrzeigersinn umgestellt wird, um den
Kreis in die Normallage mit reduzierter Nachttemperatur umzustellen.
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Ein Umstellen des Schalters um einen weiteren Schritt ergibt eine
feste, reduzierte Nachttemperatur, und ein weiterer Schritt des Schalters ergibt
eine Speziallage. In der Normallage ist der Kreis nicht in das System eingeschaltet,
sondern die mittels der
Sallwert-Ceber gewählten Temperaturen werden
mittels der Regler 5 und 6 aufrechterhalten. In der Normallage mit Nachttemperatur
wird die Zeituhr 18 eine 24-Stunden-Schwankung der Temperatur in einer solchen Weise
herbeiführen, dass die Uhr während der eingestellten Periode an den Programmierteller
eine einen Programmierwiderstand einschaltende Programmierspannung abgibt. Während
der mittels der Zeituhr festgestel-ltenZeitperiode wird der Reglex somit in dem
beheizten Raum eine niedrigere Temperatur aufrechterhalten. In der Lage der festen,reduziertv
Nachttemperatur ist der vorgenannten Programmieraziderstand stets eingeschaltet.
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Somit arbeitet das System mit konstanter Nachttemperatur unabhängig
von der Zeituhr. In der Spezial lage gibt die Prog-xammierzentrale in Fig. 4 eine
Programmierspannung ab, die den zweiten Programmierwiderstand des Programmiertellers
einschaltet. Hierdurch wird die Temperatur noch weiter reduziert, und diese Lage
kann dann eingestellt werden, wenn der beheizte Raum eine längere Zeit nicht benutzt
wird.
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Der Hauptvorteil des erfindungsgemässen Systems ist zweifellos, dass
man mit Hilfe von nur zwei Signalleitern praktisch jede beliebige Anzahl Regler
und somit Programmierteller in einer offenslchtlich unendlich veränderlichen Programmwahl
steuern kann, da man auf jedem Programmierteller vier verschiedene Steuerkreise
und ausserdem verschiedene Programmierwiderstände in den verschiedenen Kreisen haben
kann, sowohl auf dem Programmierteller wie im Verhältnis zu anderen Programmiertellern.Auch
die Anzahl Steuerkreise kann schwanken. Der vom Regler versorgte Körper braucht
natürlich nicht ein Heizkörper für einen Raum zu sein, sondern kann ebenso gut in
einer Heissluftbatterie oder einem Warmwasserbereiter vorgesehen sein.