DE2432043A1

DE2432043A1 - Elektronisches sicherheitszeitglied fuer ein brennersteuergeraet

Info

Publication number: DE2432043A1
Application number: DE2432043A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hoffmann
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CH571686A5; GB1473021A; DE2432043B2; DE2432043C3

Description

Dr. £. Boettner ^V ' Dipl.-Ing. H.-J. Müller Dr. Th. Berendt D 8 München II? LucÄe-Ccahu-itr. 28, Τ·1. 47 51 55

[ LANOIS & GYR ) LANDIS & GYR AG CH-6301 Zug, Schweiz

Elektronisches Sicherheitszeitglied für ein Brennersteuergerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Sicherheitszeitglied für ein Brennersteuergerät, mit einem aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehenden Verzögerungsglied, mit einem dem Verzögerungsglied nachgeschalteten Schwellenschalter und mit einem zum Widerstand parallelen Schalter zur Verkürzung der Verzögerungszeit des Sicherheitszeitgliedes bei dessen Funktionsprüfung mittels kurzer Testimpulse.

Brennersteuergeräte müssen bekanntlich extrem eigensicher sein. Bei einem Brennerstart darf die Freigabe des Brennstoffes nur erfolgen, wenn gewährleistet ist, dass das Gerät beim Ausbleiben einer Flamme innerhalb der durch das Sicherheitszeitglied vorgegebenen Sicherheitszeit eine Störabschaltung der Anlage tatsächlich auszuführen vermag.

Bei einem bekannten Brennersteuergerät besteht das Sicherheitszeitglied aus einem Verzögerungsglied und einem Schwellenschalter, wobei das Verzögerungsglied durch einen im Eingangspfad des Schwellenschalters angeordneten Widerstand und durch einen zwischen Eingang und Ausgang des Schwellenschalters geschalteten Kondensators gebildet ist. Zur Funktions-

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prüfung des Sicherheitszeitgliedes bei der Inbetriebssetzung und allenfalls auch während des Betriebes der Brenneranlage werden kurze Testimpulse an den Eingang des Sicherheitszeitgliedes angelegt, und gleichzeitig wird mit Hilfe eines zum Widerstand des Verzögerungsgliedes parallelen Transistor-Schalters die Verzögerungszeit des Sicherheitszeitgliedes auf einen verhältnismässig kleinen Wert verkürzt. Bei ordnungsgemäss arbeitendem Sicherheitszeitglied durchlaufen die eine Störung simulierenden Testimpulse das Sicherheitszeitglied, woraus geschlossen werden kann, dass der Kondensator keinen Kurzschluss aufweist und der Schwellenschalter ordnungsgemäss arbeitet. Erscheinen dagegen die Testimpulse am Ausgang des Sicherheitszeitgliedes infolge eines Defektes nicht, so wird der Inbetriebsetzungsvorgang der Brenneranlage unterbrochen bzw. die Brenneranlage ausser Betrieb gesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitszeitglied der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei der Funktionsprüfung auch ein Unterbruch im Widerstand erkannt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein weiterer Schalter mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist und dass bei der Funktionsprüfung alternierend beide Schalter geöffnet oder beide Schalter geschlossen sind.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein Sicherheitszeitglied, Fig. 2 ein Detail der Fig. 1,

⁹" . zwei Varianten und und 4

Fig. 5 ein Impulsdiagramm.

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In der Fig. 1 ist der Eingang 1 des Sicherheitszeitgliedes über einen Widerstand 2 an den Eingang 3 eines Schwellenschalters 4 angeschlossen, der beispielsweise ein elektronisches Logikgatter sein kann und dessen Ausgang den Ausgang 5 des Sicherheitszeitgliedes bildet. Dem Widerstand 2 ist ein Schalter 6 parallel geschaltet. Ein Schalter 7 und ein Kondensator 8 bilden eine Reihenschaltung, die an den Eingang 3 des Schwellenschalters. 4 und an Nullpotential angeschlossen ist. Die Schalter 6, 7, die z.B. elektronische Transmissionsgatter sein können, besitzen einen Steuereingang 9 bzw. 1O. Bei geöffnetem Schalter 6 und geschlossenem Schalter 7 bilden der Widerstand 2 und der Kondensator 8 ein Verzögerungsglied.

Der Eingang 1 ist mit dem Eingang eines die Schalter 6, 7 steuernden Binäruntersetzers 11 verbunden, dessen Ausgang an einen Eingang eines UND-Tores 12 und an einen Eingang eines ODER-Tores 13 angeschlossen ist. Eine Steuerklemme 14 des Sicherheitszeitgliedes ist an einen invertierenden Eingang des UND-Tores \2 und an einen Eingang des ODER-Tores 13 angeschlossen. Das UND-Tor 12 ist mit dem Steuereingang 9 des Schalters 6 und das ODER-Tor 13 mit dem Steuereingang 1O des Schalters 7 verbunden.

Das beschriebene Sicherheitszeitglied mit verkürzbarer Verzögerungszeit wird'in bekannter Weise in einem Brennersteuergerät eingesetzt. Detaillierte Kenntnisse über den Aufbau und die Arbeitsweise eines solchen bekannten Brennersteuergerätes sind für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich. Erwähnenswert ist hier nur folgendes: Die dem Sicherheitszeitglied vorgeschalteten Schaltungsteile des Brennersteuergerätes geben an den Eingang 1 ein Störsignal (Dauersignal) ab, solange beim Inbetriebsetzungsvorgang der Brenneranlage das Vorhandensein einer ordnungsgemäss brennenden Flamme nicht festgestellt wird oder wenn während

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des Betriebes ein Verlöschen der Flamme angezeigt wird. In diesem Fall soll das Sicherheitszeitglied nach Ablauf der Sicherheitszeit an seinem Ausgang 5 ein Störsignal abgeben, das z.B. ein an diesen Ausgang angeschlossenes Störrelais auslöst und dadurch eine Störabschaltung der Anlage bewirkt. An den Eingang 1 werden ferner kurze Testimpulse gegeben, die eine Störung simulieren. Eine Störungssimulation kann nur zu Beginn eines Inbetriebsetzungsvorgangs oder auch periodisch während des Betriebes erfolgen. Während jeder Störungssimulation wird an die Steuerklemme 14 ein solches Signal gelegt, dass die Verzögerungszeit des Sicherheitszeitgliedes auf einen verhältnismässig kleinen Wert reduziert wird und die Testimpulse das Sicherheitszeitglied praktisch ungehindert durchlaufen. Die Dauer der Testimpulse ist derart kurz gewählt, dass diese keine Störauslösung bewirken können. Erscheinen die Testimpulse am Ausgang 5 nicht, so wird auf einen Fehler im Sicherheitszeitglied oder in einem anderen Teil des Brennersteuergerätes geschlossen und die Brenneranlage ausser Betrieb gesetzt.

Das Sicherheitszeitglied nach der Fig. 1 arbeitet wie folgt: Der Binäruntersetzer 11 ist solcher Art, dass er auf die abfallende Flanke jedes am Eingang 1 erscheinenden Testimpulses seine Lage wechselt. Wenn an der Steuerklemme 14 ein Signal logisch O liegt, so si*nd in der einen Lage des Binäruntersetzers 11 beide Schalter 6, 7 geöffnet und in der anderen Lage beide Schalter geschlossen. Die Schalter 6, 7 wechseln also beim Verschwinden eines jeden Testimpulses ihre Lage.

Wenn am Eingang 1 ein Testimpuls erscheint, die Schalter 6, 7 geöffnet und der Kondensator 8 somit abgeschaltet ist, durchläuft dieser Testimpuls das Sicherheitszeitglied praktisch verzögerungsfrei. Der Kondensator 8 bleibt hierbei in ungeladenem Zustand. Erreicht der Testimpuls tatsächlich den Ausgang 5, so kann daraus geschlossen werden, dass der Wider-

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stand 2 keinen Unterbruch aufweist und der Schwellenschalter 4 ordnungsgemäss arbeitet.

Beim nächstfolgenden Testimpuls sind die Schalter 6, 7 geschlossen, der Widerstand 2 ist also überbrückt und der Kondensator 8 zugeschaltet. Der Kondensator 8 wird durch den Testimpuls verhältnismässig rasch aufgeladen und der Testimpuls erscheint praktisch verzögerungsfrei am Ausgang 5, was wiederum auf das ordnungsgemässe Arbeiten des Schwellenschalters 4 und ausserdem darauf hindeutet, dass der Kondensator 8 keinen*Kurzschluss aufweist.

Es wird also alternierend der Widerstand 2 auf Unterbruch und der Kondensator 8 auf Kurzschluss geprüft. Bei Vorliegen eines dieser beiden Fehler erscheint am Ausgang 5 nur noch jeder zweite Testimpuls. Ein Kurzschluss des Widerstandes 2 oder ein Unterbruch des Kondensators 8 wird zwar durch den Test nicht erkannt, doch kann ein solcher Fehler im Sicherheitszeitglied zu keinem gefährlichen Betriebszustand der vom Brennersteuergerät gesteuerten Brenneranlage führen, da er sich in einer Verkürzung der Sicherheitszeit äussert.

Wenn an die Steuerklemme 14 ein Steuersignal logisch L gelegt wird, so wird unabhängig von der Lage des Binäruntersetzers 11 der Schalter 6 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen. Durch entsprechende Ansteuerung des Sicherheitszeitgliedes an der Steuerklemme 14 ist dafür gesorgt, dass dieser Betriebszustand beim Erscheinen eines Dauersignals am Eingang 1 auftritt. Die Spannung am Eingang 3 des Schwellenschalters 4 steigt dann entsprechend der durch den Widerstand 2 und den Kondensator 8 gegebenen Zeitkonstanten nach einer Exponentialfunktion an, bis nach Ablauf der Sicherheitszeit der Schwellenwert des Schwellenschalters 4 erreicht wird, dieser anspricht und am Ausgang 5 ein Störsignal abgegeben wird.

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In der Regel werden die Testimpulse nicht erst am Eingang 1 des Sicherheitszeitgliedes in den vom Flammenwächter zum Sicherheitszeitglied führenden Signalweg eingekoppelt. Die Testimpulse können z.B. durch periodisches kurzzeitiges Abdunkeln des Flammenfühlers erzeugt werden. Dadurch können der Flammenwächter einschliesslich Flammenfühler und die funktionell zwischen dem Flammenwächter und dem Sicherheitszeitglied angeordneten Schaltkreise mit in den Test einbezogen werden. Durch eine gesonderte Wirkverbindung zwischen dem Testimpulsgeber und der Steuerklemme 14 können zur Umschaltung der Verzögerungszeit die Schalter 6, 7 über einen Signalweg gesteuert werden, der von jenem Signalweg , den die Testimpulse durchlaufen, unabhängig ist. Die Fehlerwahrscheinlichkeit kann jedoch vermindert werden, wenn für die Umschaltung der Verzögerungszeit der gleiche Signalweg benützt wird, den die Testimpulse vom Testimpulsgeber bis zum Eingang 1 des Sicherheitszeitgliedes durchlaufen. Hierbei werden die Schalter 6, 7 von einem zwischen Pulssignal und Dauersignal unterscheidenden Schaltungsglied gesteuert, das an den Eingang 1 des Sicherheitszeitgliedes angeschlossen ist und bei Dauersignal am Eingang 1 ein Signal logisch L an die Steuerklemme 14 abgibt, so dass die geöffnete Stellung des Schalters 6 und die geschlossene Stellung des Schalters 7 erzwungen wird. Ein solches Schaltungsglied ist in der Fig. 1 durch einen gestrichelt gezeichneten Tiefpass 15 angedeutet.

In der Fig. 2 ist ein Beispiel für einen Tiefpass 15 dargestellt. Dieser besteht aus einem RC-Glied, dessen R-Zweig durch einen Widerstand 16 und einen in Reihe mit einer Diode 17 zum Widerstand 16 parallelen Widerstand 18 und dessen C-Zweig durch einen Kondensator 19 gebildet ist.

Der Widerstandswert des Widerstandes 16 ist grosser als derjenige des Widerstandes 18. Die Aufladezeitkonstante des RC-

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Gliedes ist grosser gewählt als die Dauer der Test impulse-.■ Der Kondensator 19 wird somit durch jeden Testimpuls über den Widerstand 16 auf einen nur geringen Spannungswert aufgeladen, der kleiner ist als der Schwellenwert der Tore 12, 13, und anschliessend über die Parallelschaltung der Widerstände 16 und 18 rasch wieder entladen. Erscheint dagegen am Eingang des RC-Gliedes ein Dauersignal, so wird der Kondensator 19 auf den Amplitudenwe.rt dieses Signals aufgeladen und die geöffnete Stellung des Schalters 6 sowie die geschlossene Stellung des Schalters 7 erzwungen und somit die unverkürzte Verzögerungszeit eingeschaltet.

Wie bereits erwähnt, erscheint bei einem Unterbruch des Widerstandes 2 (Fig. 1) oder bei einem Kurzschluss des Kondensators 8 nur noch jeder zweite Testimpuls am Ausgang 5 des Sicherheitszeitgliedes. Wenn es sich bei den Testimpulsen um eine periodische Pulsspannung handelt, so kann das Signal am Ausgang 5 auf ein Pulsfrequenz-Ueberwachungsglied gegeben werden, das ein Störsignal abgibt, wenn die Pulsfrequenz des Signals am Ausyang 5 ausserhalb gegebener Grenzen liegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, während der Störungssimulation das Signal am Eingang 1 mit jenem am Ausgang 5 zu vergleichen. Ein Beispiel hierzu ist in der Fig. 3 dargestellt, in der gleiche Bezugszahlen wie in der Fig. 1 auf gleiche Teile hinweisen.

In der Fig. 3 sind der Eingang 1 des Sicherheitszeitgliedes und der Ausgang des Schwellenschalters 4 an ein Antivalenztor 20 angeschlossen, dessen Ausgang über ein Verzögerungsglied 21 an einen Stelleingang 22 eines aus zwei NOR-Toren aufgebauten Flipflop 23 geschaltet ist. Ein Rückstelleingang 24 des Flipflop ist mit dem Ausgang des Tiefpasses 15 und ein Ausgang 25 mit einem Eingang eines ODER-Tores 26 verbunden, das zwischen den Ausgang des Schwellenschalters 4 und den Ausgang 5 des Sicherheitszeitgliedes geschaltet ist.

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Im ordnungsgemässen Betrieb befindet sich das Flipflop 23 in einer solchen Lage, dass sein Ausgang den logischen Zustand O einnimmt. Wenn durch einen Defekt ein an den Eingang 1 angelegter Testimpuls am Ausgang des Schwellenschalters 4 nicht erscheint, spricht das Antivalenztor 20 an, nach Ablauf einer durch das Verzögerungsglied 21 gegebenen Verzögerungszeit wird das Flipflop 23 in die Störstellung gekippt und an den Ausgang 5 ein Störsignal abgegeben.

Bei Dauersignal am Eingang 1 gibt der Tiefpass 15 an den Rückstelleingang 24 des Flipflop 23 ein Signal logisch L ab, wodurch verhindert wird, dass infolge der jetzt vorhandenen Antivalenz am Ausgang 25 des Flipflop 23 ein Störsignal abgegeben wird.

Das Verzögerungsglied 21 bewirkt, dass das Flipflop 23 während der Zeit, die ein Testimpuls zum Durchlaufen des Sicherheitszeitgliedes benötigt, nicht in die Störstellung gekippt werden kann.

Wenn bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen am Eingang 1 ein Störsignal innerhalb eines Zeitabschnittes eintrifft, in welchem der Kondensator 8 auf Kurzschluss geprüft wird, d.h. der Schalter 6 und der Schalter 7 geschlossen sind, so bleibt die durch den Tiefpass 15 gesteuerte Umschaltung auf unverkürzte Verzögerungszeit wirkungslos, weil der Kondensator 8 in diesem Fall bereits geladen ist. Dieser Mangel kann durch einen vom Tiefpass 15 gesteuerten Kurzschlussschalter behoben werden, der den Kondensator 8 bei Dauersignal kurzzeitig entlädt. Die Fig. 4 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel.

In der Fig. 4 ist der Ausgang des Schwellenschalters 4 mit einem ersten Eingang, der Ausgang des Tiefpasses 15 mit einem zweiten Eingang und ein Ausgang 27 eines Flipflop 28

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mit einem dritten Eingang eines UND-Tores 29 verbunden. Der Ausgang dieses UND-Tores ist an einen Steuereingang 3O eines Kurzschlussschalters 31 angeschlossen, der zwischen den Eingang 3 des Schwellenschalters 4 und Masse geschaltet ist. Der Ausgang des Schwellenschalters 4 führt zu einem Stelleingang 32 und der Ausgang des Tiefpasses 15 zu einem Rückstelleingang 33 des Flipflop 28.

Das Flipflop 28 besteht aus zwei gegenseitig gekoppelten NOR-Toren 34, 35, einem dem NOR-Tor 34 vorgeschalteten UND- Tor 36 und einem dem NOR-Tor 35 vorgeschalteten Inverter 37. Der Stelleingang 32 des Flipflop führt zu einem invertierenden Eingang des UND-Tores 36 und der Rückstelleingang 33 zu einem Eingang des UND-Tores 36 sowie zum Inverter 37.

In der Fig. 5 bedeutet U₁ das Signal am Eingang 1 und U₁- dasjenige am Ausgang 5 des- Sicherheitszeitgliedes, U₁. das Signal an der Steuerklemme 14, U_2q das Signal am Ausgang des UND-Tores 29 und U₃₇ das Signal am Ausgang 27 des Flipflop

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des beschriebenen Ku'rzschlussschalters 31 und der zugehörigen Steuerschaltung anhand der Fig. 5 wird angenommen, dass im Zeitpunkt t. der Schalter 6 und der Schalter 7 geschlossen sind und dass das Flipflop 28 die Ruhelage einnimmt, wobei sein Ausgangssignal U₉₇ logisch L ist. Wenn im Zeitpunkt t am Eingang 1 ein Störsignal eintrifft, wird der Kondensator 8 mit kleiner Zeitkonstante geladen und das Störsignal praktisch verzögerungsfrei auf den Ausgang 5 übertragen. Zur Zeit t stellt der Tiefpass 15 Dauersignal fest, das Signal U₁₄ wird logisch L, das UND-Tor 29 schaltet durch und der Kurzschlussschalter 31 wird geschlossen. Dadurch wird der Kondensator 8 rasch entladen. Zur Zeit t. ist der Entladevorgang beendet, das Signal U geht auf logisch 0, das UND-Tor 29 wird dadurch wieder gesperrt und der Kurzschlussschalter 31 geöffnet.

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Gleichzeitig wird das Flipflop 28 durch den Signalsprung an seinem Stelleingang 32 gekippt. Sein Ausgangssignal U geht auf logisch O, wodurch verhindert wird, dass sich der Entladevorgang nach Ablauf- der Sicherheitszeit wiederholen kann Wenn das Störsignal am Eingang 1 vor Ablauf der Sicherheitszeit zum Zeitpunkt t wieder verschwindet und das Signal U auf logisch O geht, wird das Flipflop 28 durch den Spannungs sprung an seinem Rückstelleingang 33 wieder in seine Ruhelage gekippt. Dauert hingegen das Störsignal am Eingang 1 wie in der Fig. 5 gestrichelt angedeutet - weiter an, .so wird ab Zeitpunkt t, am Ausgang 5 des Sicherheitszeitgliedes ein Störsignal abgegeben.

Der Zeitabschnitt t, - t entspricht der Sicherheitszeit. Der Zeitabschnitt t. - t ist durch entsprechende Dimensionierung des Tiefpasses 15 und der Entladezeit des Kondensators 8 derart kurz gewählt, dass das Signal \J während diese Zeitdauer keine Störauslösung bewirken kann.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1'.)Elektronisches Sicherheitszeitglied für ein Brennersteuergerät, mit einem aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehenden Verzögerungsglied, mit einem dem Verzögerungsglied nachgeschalteten Schwellenschalter und mit einem zum Widerstand parallelen Schalter zur Verkürzung der Verzögerungszeit des Sicherheitszeitgliedes bei dessen Funktionsprüfung mittels kurzer Testimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schalter (7) mit dem Kondensator (8) in Reihe geschaltet ist und dass bei der Funktionsprüfung alternierend beide Schalter (6; 7) geöffnet oder beide Schalter geschlossen sind.
2. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (2) und der zu diesem parallele Schalter (6) zwischen den Eingang (1) des Sicherheitszeitgliedes und den Eingang (3) des Schwellenschalters (4) geschaltet sind und dass die aus dem weiteren Schalter (7) und dem Kondensator (8) gebildete Reihenschaltung an den Eingang (3) des Schwellenschalters (4) und an Nullpotential angeschlossen ist.
3. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (1) des Sicherheitszeitgliedes mit dem Eingang eines die beiden Schalter (6; 7) steuernden Binäruntersetzers (11) verbunden ist.

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4. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalter (6; 7) ausserdem von einem an den Eingang (1) des Sicherheitszeitgliedes angeschlossenen, zwischen Pulssignal und Dauersignal unterscheidenden Schaltungsglied (15) derart gesteuert sind, dass bei Dauersignal der zum Widerstand (2) parallele Schalter (6) geöffnet und der mit dem Kondensator (8) in Reihe geschaltete Schalter

(7) geschlossen ist.
5. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das_Schaltungsglied (15) ein Tiefpass ist.
6. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpass (15) aus einem RC-Glied besteht, dessen R-Zweig durch einen ersten Widerstand (16) und einen in Reihe mit einer Diode (17) zum ersten Widerstand parallelen zweiten Widerstand (18) gebildet ist.
7. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (1) des Sicherheitszeitgliedes und der Ausgang des Schwellenschalters (4) an ein Antivalenztor (2O) angeschlossen sind, dessen Ausgang über ein Verzögerungsglied (21 ) an einen Stelleingang (22) eines Flipflop (23) geschaltet ist, und dass ein Rückstelleingang (24) des Flipflop mit dem Ausgang des Schaltungsgliedes (15) und ein Ausgang (25) des Flipflop (23) mit einem Eingang eines zwischen den Ausgang des Schwellenschalters (4) und den Ausgang (5) des Sicherheitszeitgliedes geschalteten ODER-Tores (26) verbunden ist.
8. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Schaltungsglied (15) gesteuerter Kurzschlussschalter (31) zur kurzzeitigen Entladung des Kondensators (8) bei Dauersignal vorgesehen ist.

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9. Sicherheitszeitglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Schwellenschalters (4) mit einem ersten Eingang, der Ausgang des Schaltungsgliedes (15) mit einem zweiten Eingang und ein Ausgang eines Flipflop (28)
mit einem dritten Eingang eines UND-Tores (29) verbunden ist, an dessen Ausgang ein Steuereingang (3O) des Kurzschlussschalters (31) angeschlossen ist, und dass der Ausgang des Schwellenschalters (4) mit einem Stelleingang (32) und der Ausgang des Schaltungsgliedes (15) mit einem Rückstelleingang (33) des Flipflop (28) verbunden ist.

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