DE2422319A1

DE2422319A1 - Brennstoff-zuendanordnung

Info

Publication number: DE2422319A1
Application number: DE2422319A
Authority: DE
Inventors: Gerardus Smeenk
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-05-08
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1435586A; ES426623A1; FR2230941A1; SE386253B; IT1012746B; FR2230941B1; JPS5020334A; NL7406368A; DK279574A; BE815496A; ATA420674A; BR7404063A

Description

9655 West Soreng Avenue, Schüler Park, Illinois 60176, USA

Brermstoff-Zündanordnung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerschaltung zur automatischen Zündung von Brennstoff, der einem Brenner nach dem Schließen eines Steuerschalters zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche die Zuverlässigkeit im Betrieb eines Gasbrenners insbesondere dadurch außerordentlich hoch ist, daß bei einer Störung in der Schaltung oder beim Ausfallen eines Bauteiles die Brennst off zufuhr beim Erlöschen der Flamme mit Sicherheit abgeschaltet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein erstes Relais vorgesehen ist, durch welches ein Ventil geöffnet wird, um den Brenner mit Brennstoff zu versorgen und um einen Sünder zu betätigen, durch den der Brennstoff am Brenner zündbar ist, daß weiterhin eine Zeitsteuerschaltung vorgesehen ist, die auf das Schließen des Steuerschalters anspricht, um das erste Heiais während einer vorgegebenen Zeit mit.Strom zu versorgen, daß weiterhin'ein zweites Relais vorhanden ist, das durch eine Flamnenabtasteinrichtung betätigbar ist, durch welche das Vorhandensein einer Flamme am Brenner ermittelt wird, wobei die Flammenabtasteinrichtung beim Erlöschen der Flamme zum Abschalten des Relais· führt, daß das zweite Relais

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weiterhin derart ausgebildet ist, daß es nach, dem Einschalten vreiterhin Strom an das erste Relais liefert, wenn die vorgegebene Zeit verstrichen ist, und weiterhin den Zünder abschaltet, und daß der Steuerschalter im geöffneten Zustand ein Abschalten der zwei Eelais sowie die Unterbrechung einer weiteren Brennstoffzufuhr zu dem Brenner auslöst, bis der Steuerschalter erneut geschlossen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß eine absolut zuverlässige Funktion einer Gasbrennersteuerschaltung auch mit Bauteilen erreichbar ist, die eine geringere Lebensdauer und/oder Zuverlässigkeit aufweisen.

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Steuersystems und

!'ig.' 2 ein Schaltschema einer Zeitsteuerungs- und Verriegelungsschaltung sowie eine Flammenabtastschaltung gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 hat ein (,schematisch dargestelltes ) Gasventil 6 einen Einlaß 2 zur Verbindung mit einer Gasnetzversorgung und einen Auslaß 9· Ein Ventilverschlußelement 8 ist in Reaktion auf die Erregung einer entsprechenden Magnetspule gegen die Kraft einer Rückstellfeder 5 derart bewegbar, daß das Ventil geöffnet wird und daß Gas durch das Ventil über das Gasrohr 10 einem Hauptbrenner 12 zugeführt v/erden kann. Die Magnetspule y ist über einen Kontakt A. eines Relais A, das nachfolgend im einzelnen beschrieben wird, mit einer Energiequelle verbunden.

Eine Zündschaltung 14-, die einen Zünder 15 zur Zündung des Gases am Hauptbrenner 12 steuert, ist mit derselben Energiequelle verbunden wie die Hagnetspule 7> "und zwar über den Kontakt A., und weiterhin über einen weiteren Kontakt IL eines Relais B, welches nachfolgend ebenfalls im einzelnen erläutert wird. Dieselbe Energiequelle versorgt weiterhin einen Halbweggleichrichter 17, der seinerseits eine Zeitsteuerung und Verriegelungsschaltung 20 sowie eine Flammenabtastschaltung 22 beaufschlagt. Die Zeitsteuerungs- und Verriegelungsschaltung 20 steuert den Betrieb des Relais A, während die Flammenabtastschaltung das Relais B steuert.

Die Flammenabtastschaltung 22 weist einen Flammenfühler 24· auf, um festzustellen, ob am Brenner 12 eine Flamme vorhanden ist oder nicht.

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Im Betrieb wird beim Schließen eines thermostatisch gesteuerten Schalters Th der Zeitsteuerungs- und Verriegelungsschaltung (es kann als Schalter entweder ein Raumthermostat- oder ein Boilerthermostat-Schalter verwendet werden) das Relais A über eine vorgegebene Zeitdauer erregt.

Bei der Erregung des Relais A wird der Kontakt A^ geschlossen, der seinerseits die Magnetspule 7 speist, und die Gaszündschaltung 14 wird dadurch ebenfalls mit Energie versorgt. Wenn Spannung an die Zündschaltung 14 gelegt wird, so wird ein Zünder 15 betätigt, und durch die Erregung der Magnetspule 7 wird das Ventil 6 geöffnet, so daß Gas durch die Leitung 10 dem Gasbrenner zugeführt wird, worauf das Gas gezündet wird. Das Vorhandensein einer Flamme am Brenner wird durch den Flammenfühler 24 der Flammenabtastschaltung 22 festgestellt, durch welche das Relais B erregt wird. Sobald das Relais B erregt wird, Öffnet der Kontakt B_x., um den Betrieb des Gaszünders zu unterbrechen. Die Erregung des Relais B verriegelt auch das Relais A im erregten Zustand in einer Art, die nachfolgend beschrieben wird.

Wenn während der vorgegebenen Verzögerungsperiode der Brenner nicht zündet, dann wird das Relais A automatisch abgeschaltet und das Ventilelement 8 wird durch die Wirkung der Feder 5 geschlossen. Danach muß ein Rückstellschalter S betätigt werden, um einen erneuten Startzyklus der Zeitsteuerung- und Verriegelungsschaltung auszulösen.

Wenn nach der Zündung des Gases am Brenner die Flamme aus beliebigen Gründen ausfällt, dann wird das Relais B abgeschaltet und dadurch wird wiederum das Relais A in einer nachfolgend näher erläuterten Weise abgeschaltet, so daß auf diese Weise das Ventilelement 8 schließt.

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Um einen erneuten Startzyklus der Zeitsteuerungs- und Verriegelungsschaltung auszulösen, muß auch in diesem. . Falle ein Rückstellsehalter betätigt werden.

Die Zeitsteuerungs« und Verriegelungsschaltung ist in der Fig. 2 im Detail dargestellt. Die Schaltung ist derart aufgebaut, daß beim Ausfallen eines beliebigen Bauteils außer einem Widerstand R das Relais A abgeschaltet wird, so daß dadurch gewährleistet ist, daß das Ventil zumindest bei einem nachfolgenden Verlöschen der Flamme schließt.

Gemäß Fig. 2 weist der Halbweggleichrichter einen Transformator auf, dessen Sekundärwicklung eine Diode D1 speist, mit welcher eine Sicherung F in Reihe geschaltet ist. Das gleichgerichtete Ausgangssignal vom Gleichrichter speist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R^, und einem Kondensator C.. Die Reihenschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors T und dem Relais A ist zu dem Kondensator C. parallelgeschaltet. Das gleichgerichtete Ausgangssignal des Halbweggleichrichters speist weiterhin die Reihenschaltung aus einem Rückstellschalter S, dem Startschalter ΤΉ, einem Widerstand R^ und einem Spannungsteiler ^E2 ~ ^V ^^er Abgreifpunkt des Spannungsteilers R2 - R* ist mit der Basis des Transistors T über einen veränderbaren ., Widerstand P und einem festen Widerstand Rc verbunden.

Der Rückstellschalter S weist einen Umschalter auf, der einen Ruhekontakt hat, welcher mit der Verbindung zwischen dem Widerstand R_x. und CL über "einen Widerstand Rg verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Thermostatschalter TH und dem Widerstand R₂, ist mit einem Umschaltkontakt Bp des Relais B verbunden, das entweder eine Verriegelungslampe L oder einen Ruhekontakt des Rückstellschalters S mit Strom versorgen kann. ■

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Die an dem Spannungsteiler R~ ~ ^z auftretende Spannung wird im wesentlichen konstant gehalten und zwar durch die Parallelschaltung einer Zener-Diode Z und eines Kondensators Cp, welche dazu parallelliegen.

Die Flammenabtastschaltung 22 wird direkt vom Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators gespeist. Parallel zu der Sekundärwicklung ist die Reihenschaltung der zwei Ionisationselektroden des Flammenfühlers 24, der Widerstände Rr₇,' Rg und Rg, eines veränderbaren Steuer-Uni junction-Transistors CR^ und eines Widerstandes R^₀ angeordnet. Weiterhin ist parallel zu der Sekundärwicklung die Reihenschaltung des Relais B und eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters CR₂ angeordnet. Die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors CR. wird vom Abgriff des Spannungsteilers Ry,^ und R^p gespeist, der parallel zu dem Kondensator Cp geschaltet ist.

Ein Kondensator C,- ist zwischen der Kathode des Gleichrichters CRp und der Verbindung zwischen dem Widerstand Rq und der Anode des Gleichrichters CR, angeordnet. Ein weiterex-Kondensator C,- ist zwischen der Kathode des Gleichrichters

und der Verbindung zwischen den Widerständen R„ und angeordnet.

Ein Kondensator C. ist parallel zu der Reihenschaltung des Widerstands R₇ und des Flammenfühlers 2A- angeordnet.

Die Steuerelektrode des Gleichrichters CR₂ ist mit der Verbindung zwischen dem Transistor CR^ und dem Widerstand R^-Q verbunden i

Die Parallelschaltung aus einer Diode D₂ und einem Kondensator C^ ist parallel zu dem Relais B geschaltet, um den Gleichrichter CR₂ gegen Spannungsspitzen zu schützen, welche während des Einschaltens und des Ausschaltens des Relais B entstehen können. Falls der Gleichrichter durch einen

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Kurzschluß ausfallen sollte, ist zusätzlich vorgesehen, daß die Diode Dp einen By-Pass für negative Halbwellen des Stromes liefert, der durch das Relais B fließen könnte. Weil durch die Diode V* ein Weg mit geringem Widerstand gebildet wird, hat der Strom eine ausreichende Größe, damit die Sicherung E¹ durchbrennt.

Wenn im Betrieb die Energieversorgung eingeschaltet ist, wird der Kondensator C. über den Widerstand Ε* aufgeladen. Wenn danach der Zündzyklus gestartet werden soll, wird der Thermostatenschalter TH geschlossen, um eine Spannung an. den Spannungsteiler Rp - R- zu führen. Die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers Rp - R? wird an die Basis des Transistors T geführt, und zwar über die Widerstände P und Er, um den Transistor T einzuschalten. Dadurch wird ein Kurzschlußweg für den Kondensator C^ geschaffen, der sich unverzüglich über das Relais A und den Transistor T entlädt.

Das Relais A, welches bereits über den Weg des Widerstandes R^ teilweise gespeist ist, empfängt jetzt einen ausreichenden Strom, damit der Kontakt A. geschlossen wird. Durch das Schließen des Kontaktes A. wird gemäß den obigen Erläuterungen die Magnetspule 7 gespeist, so daß die Gasströmung beginnen kann, und der Gaszünder wird ausgelöst.

Diejenige Zeit, welche der Kondensator C_x. braucht, um sich zu entladen, wird durch den Widerstand des Relais A und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T ebenso wie durch den Wert des Kondensators C. bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Widerstand des Transistors leicht steuerbar ist, indem der einstellbare Widerstand P entsprechend eingestellt wird. Sobald sich der Kondensator C. entladen hat, reicht der Strom durch das Relais A nicht aus, um den Kontakt A geschlossen zu halten, und somit öffnet sich der Kontakt A^

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Venn jedoch während der Entladeperiode des Kondensators das Relais B auf die Gaszündung anspricht, dann wird der Kontakt B^ derart geschaltet, daß die Stromaufuhr zu dem Eelais A über einen kleinen Widerstand Rg gesteigert- wird, so daß dadurch die Eelaiskontakte A^ auch geschlossen "bleiben, wenn der Kondensator C. sich entladen hat.·

Der Brenner bleibt somit weiterhin in Betrieb, bis die Temperatur auf einen ausreichenden Wert angestiegen ist, um den Thermostatenschalter zu öffnen.

Wenn der Thermostatenschalter TH öffnet, wird das Eelais in einer nachfolgend beschriebenen Weise abgeschaltet, und der Transistor T wird gesperrt, da die Energieversorgung an den. Spannungsteiler R₂ - R* unterbrochen wird.

Wenn der Transistor T gesperrt wird, wird das Eelais A abgeschaltet, wodurch die Gasversorgung zum Kauptbrenner unterbrochen wird. Während der Thermostatenschalter TH geöffnet bleibt, wird der Kondensator C- über den Widerstand E^ erneut aufgeladen, so daß dann, wenn die Temperatur in einem ausreichenden Maß absinkt, um den Schalter TH zu schließen, der Kondensator eine ausreichende Ladung hat, um den oben beschriebenen Zündzyklus erneut in Gang zu setzen. Während derjenigen Periode, während welcher der Schalter TH geöffnet ist, verhindert er, daß Strom an die Verriegelungsanzeigelampe 2 geführt wird und somit bleibt selbst dann die Lampe L unbeleuchtet, wenn die Kontakte Bp jetzt mit der Verriegelungslampe verbunden sind (wobei das Eelais B abgeschaltet ist).

Wenn die Flamme am Brenner erlischt, während der Schalter TH geschlossen ist, wird das Eelais B abgeschaltet und die Stromversorgung für das Eelais A über den Widerstand E^ wird durch den Kontakt Bp an die Lampe L geführt, welche daraufhin aufleuchtet. Da der Transistor T noch durchlässig ist, wird eine

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auf dem Kondensator C. eventuell noch vorhandene Ladung über das Relais A entladen, und danach fällt das Relais A a"b und unterbricht die Gasversorgung für den Brenner 12.

Wenn danach die Energieversorgung kurzzeitig ausfallen sollte, erreicht der Kondensator C. niemals eine ausreichende Ladung, um das Relais A zum Auslösen zu bringen, da der Transistor T im durchlässigen Zustand gehalten ist, um den Kondensator Cp kurzzuschließen, bis der Thermostatenschalter TH Öffnet, damit der Transistor T gesperrt werden kann. Während dieser Periode wird die Lampe L über die Kontakte Bp gespeist, um eine Verriegelung anzuzeigen.

Um den Zünder während einer Verriegelung wieder in Gang zu setzen, muß der Rückstellschalter S betätigt werden. Durch eine Betätigung des Rückstellschalters S wird die Stromversorgung an den Spannungsteiler Rp - R^ unterbrochen, wodurch wiederum der Transistor T gesperrt wird. Gleichzeitig wird dem Kondensator C~ direkt über den niedrigen Widerstand Rg- Strom zugeführt, um eine Schnell-Ladung des Kondensators Cp auszulösen. Beim Loslassen des Rückstellschalters S ist der Spannungsteiler wieder mit Energie versorgt, worauf der Transistor T durchlässig wird, um den Kondensator C^ zu entladen, der jetzt aufgeladen ist, und zwar ü6er das Relais A. Durch die Betätigung des Relais wird der normale Zündzyklus fortgesetzt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Flammenabtastschaltung erläutert:

Die Flammenabtastung arbeitet nach dem lonisationsprinzip,

d. h., wenn eine Flamme vorhanden ist, arbeiten die Elektroden in Reihe mit einem Widerstand R₁₇ wie ein Gleichrichter. Wenn keine Flamme vorhanden ist, findet keine Gleichrichtung statt.

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Unter dieser Bedingung fließt kein Gleichstrom durch R₁-, - R^ Rq und demgemäß ist die am Gleichrichter CR^ vorhandene Spannung nicht ausreichend, ura den Gleichrichter CR_x, einzuschalten. folglich liegt die Steuerelektrode des Gleichrichters CR~ im wesentlichen auf demselben Potential wie die Anode des Gleichrichters CR«. Der Gleichrichter CRp ist demgemäß abgeschaltet. Wenn «jetzt am Brenner eine Flamme entsteht, ermitteln die Elektroden 24- die Flammenionisation und erzeugen einen Gleichstrom über R^/Rq/Rq. Folglich wird der Kondensator C₁- auf ein Potential aufgeladen, welche gleich der Spannung ist, durch welche der Gleichrichter CR. eingeschaltet wird, der dann durchlässig wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Thermostatenschalter TH-geschlossen wird, wird eine Spannung an den Spannungsteiler R₁^ - R^p geführt, die dazu ausreicht, um den Gleichrichter CR. durchlössig werden zu lassen. Sobald der Gleichrichter CR. durchlässig wird, fällt eine Spannung am Widerstand R^_n ab, die den Gleichrichter CRp einschaltet. Dadurch wird wiederum das Relais B gespeist.

Durch die Speisung des Relais B öffnen die Kontakte B^. (um den Betrieb des Gaszünders zu unterbrechen) und der Kontakt Bp wird umgeschaltet, um das Relais A weiterhin mit Energie zu versorgen.

Wenn die Flamme am Brenner nicht weiter brennt, wird das Relais B abgeschaltet, worauf der Relaiskontakt Bp derart umgeschaltet wird, daß die Lampe L aufleuchtet, wodurch eine Verriegelung angezeigt wird und wodurch weiterhin das Relais A abfallen kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß beim Ausfallen eines beliebigen Bauteils in der Zeitsteuerungs- und Verriegelungsschaltung das Relais A abgeschaltet wird, so daß gewährleistet ist, daß das Gasventil geschlossen wird, sobald die Flamme ausgelöscht wird.

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_ _ΛΛ _ 2Λ22319

Um den Widerstand R,- zuverlässiger gegen eine Störung zu schützen, ist es zweckmäßig, einen Iletalloxidwiderstand zu verwenden und diesen in ein kurzschlußsicheres und stoßfestes Gehäuse zu setzen.

Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß zur Auslösung eines neuen Starkzyklus durch Betätigung des Rückstellschalters S der Rückstellschalter S ausreichend lange niedergehalten werden muß, damit sich der Kondensator C^. aufladen kann. Somit wird bei einer unbeabsichtigten Berührung des Rückstellschalters kein neuer Startzyklus ausgelöst.

- Patentansprüche -

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Claims

Pat entansprüche

. Elektrische Steuerschaltung zur automatischen Zündung ^—^ von Brennstoff, der eines Brenner nach dem Schließen eines Steuerschalters zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes EeIais (A) vorgesehen ist, durch welches ein Ventil (4-) geöffnet wird, um den Brenner mit Brennstoff zu versorgen und um einen Zünder (14·.) zu betätigen, durch den der Brennstoff am Brenner (12) zündbar ist, daß weiterhin eine Zeitsteuerschaltung (C.) vorgesehen ist, die auf das Schließen des Steuerschalters (.TH) anspricht, um das erste Relais C-A-) während einer vorgegebenen Zeit mit Strom zu versorgen, daß weiterhin ein zweites Relais (B) vorhanden ist, das durch eine ITlammenabtasteinrichtung (.24-) betätigbar ist, durch welche das Vorhandensein einer Flamme am Brenner ermittelt wird, wobei die Flammenabtasteinrichtung C24) beim Erlöschen der Flamme zum Abschalten des Relais (3) führt, daß das zweite Relais (B) weiterhin derart ausgebildet ist, daß es nach dem Einschalten weiterhin Strom an das erste Relais (A) liefert, wenn die vorgegebene Zeit verstrichen ist, und weiterhin den Zünder (14) abschaltet, und daß der Steuerschalter (TH) im geöffneten Zustand ein Abschalten der zwei Seiais (A und B) sowie die Unterbrechung einer weiteren Brennstoffzufuhr zu dem Brenner (12) auslöst, bis der Steuerschalter (TH) erneut geschlossen ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschalter (TH) einen thermostatisch steuerbaren Schalter aufweist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Schalter (T) vorgesehen ist, der mit dem ersten Relais (A) in Reihe geschaltet ist, um den ,

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Erregerstrom von der Zeitsteuerschaltung (C) durch das erste Relais (A) zu steuern.
4-. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (T) einen Halbleiterschalter aufweist", und in !Reaktion auf die Betätigung des Thermostatenschalters (TH) ein- und ausschaltbar ist.
5. Schaltung nach Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung (C) einen Kondensator aufweist, der parallel zu der Reihenschaltung aus den. ersten Relais (A) und dem elektronischen Schalter (T) angeordnet ist, und daß die vorgegebene Zeit derart bemessen ist, wie es durch die Impedanzwerte des Kondensators (C), des Relais (A) und des elektronischen Schalters (T) festgelegt ist, wenn, sich dieser im eingeschalteten Zustand befindet.
6. Schaltung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der

Kondensator (C) derart angeordnet ist, daß er kontinuierlich über einen Widerstand (R_-1) aufgeladen wird, wobei der Widerstand (R,.) derart dimensioniert ist, daß er einen Strom durchläßt, dessen Stärke geringer ist als diejenige, welche erforderlich ist, um das erste Relais (A) zu erregen.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein manuell betätigbarer Rückstellschalter (S) vorgesehen ist, um einen Strom "zu liefern, der über einen By-Pass zu dem -Widerstand (iO geführt ist und eine·ausreichende Stärke aufweist,.um das erst.e Relais (A) zu erregen.
8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R,,) ein Ketalloxidwxderstand ist, und in einem kurzschlußsicheren, stoßfesten Gehäuse angeordnet ist.

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Schaltung nach, einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesteuerter Gleichrichter p in Reihe mit dein, zweiten Relais (3) vorgesehen ist, und daß die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters CCS-) auf den Thermostatenschalter ( 1$ anspricht.

10* Schaltung nach einem der Ansprüche 4- bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigelampe C-Ij) vorgesehen ist, die nur dann leuchtet, wenn der Thermostatenschalter CTH) geschlossen ist und das zweite Relais (B) abgeschaltet ist, und zwar in Reaktion auf ein Erlöschen der i'lamme.

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