DE2501601C2 - Elektrische Zündeinrichtung für Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Zündeinrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Die gebräuchlichsten Zündeinrichtungen für Brenner arbeiten mit Funkenzündung (DE-AS 19 46 588 bzw. US-PS 36 49 156). Es ist auch bekannt, über ein elektrisch aufheizbares Zündelement, beispielsweise eine Glühspule, den Brenner zu zünden. Bei all diesen bekannten Zündeinrichtungen werden stets zusätzliche gesonderte Flammensicherungen benutzt, die mit elektrischen Temperaturfühlern im Flammenbereich arbeiten und durch welche über ein elektrisch bctiitigbarcs Ventil die Brennstoffzufuhr unterbunden wird, wenn die Flamme erlischt. Es ist auch schon bekannt, einen solchen Temperaturfühler als Thermoelement auszubilden und über die beim Erwärmen auftretende Spannung unmittelbar ein Schutzgasrelais zu betätigen, das überbrückt durch einen Kaltleiter im Erregerstromkreis für das Magnetventil der Brennstoffzufuhrleitung liegt (DE-AS 19 46 588). Der Kaltleiter besitzt eine positive Widerslandscharakteristik, d. h. er besitzt anfänglich einen geringen Widerstand, durch den beim Einschalten des Vcntilerregersiromes sofort das Ventil geöffnet wird. Durch den den Kaltleiter durchfließenden Erregerstrom wird dessen Widerstandswert allmählich größer, so daß nach einer bestimmten Zeit das Magnetventil wieder schließt.

ίο Diesen bekannten Zündeinrichtungen ist der Nachteil gemeinsam, daß neben der eigentlichen elektrischen Zündeinrichtung immer zusätzlich eine gesonderte Flammcnsicherungseinrichtung vorgesehen ist und dadurch der Gesamtaufbau solcher elektrischer Steuerschaltungen für Brenner sehr kompliziert und störanfällig ist und nicht unter allen Betriebsbedingungen ein sicheres Arbeiten eines solchen Steuersystems gewährleistet ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache und billig herstellbare elektrische Zündeinrichtung für einen Brenner zu schaffen, die für sich allein fehlersicher ist und ohne zusätzliche Flammensicherungselemente arbeitet.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Zündeinrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäüen Zündeinrichtung wird der Zündwiderstand gleichzeitig als Fühler für die Flammcnsicherung ausgenutzt, wobei es lediglich nötig ist. als Zündwiderstand ein Element zu verwenden, das eine negative Widerstandscharaklcristik besitzt (Heißleiter). Es ist dann nur noch nötig, den für die Betätigung des Ventils nötigen Strom so an den Widerstandswert des Zündwidcrstandes anzupassen, daß das Ventil erst dann öffnet, wenn der Zündwidersland durch die gezündete Flamme auf Zündtemperatur aufgeheizt ist. Die erfindungsgemäßc Zündeinrichtung ist damit im Aufbau sehr einfach und störunempfindlich, sie ist vor allem in sich fehlersicher, da jeder Fehler und jede Störung niemals eine gefährliche Situation herbeiführen kann, nämlich beispielsweise die Zufuhr von Brennstoff ohne Zündung desselben. Wenn der Zündwiderstand oder die elektrisehe Betätigungseinrichtung des Ventils unterbrochen ist, wird auch automatisch das Ventil geschlossen. Wenn am Zündwiderstand ein Kurzschluß auftreten sollte, wird automalisch /ine Hauptsicherung betätigt und auch in diesem Fall die Brennstoffzufuhr unterbunden.

Wenn die Erregerspule des Magneitventiles kurzgeschlossen wird, wird ebenfalls die Brennstoffzufuhr unterbunden, selbst wenn der Zündwiderstand aufgeheizt wird. Solange der Zündwiderstand noch nicht die Zündtemperatur erreicht hat, bleibt die Brennstoffzufuhr unterbunden, selbst bei Spannungsschwankungen des Zündstromkreises oder anderen Störungen im Steuersystem.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schcmatischcr Zeichnungen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer crfindungsgemäßen Zündeinrichtung.
F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung davon.
F i g. 3 und 4 zeigen Einzelheiten des in F i g. 2 vcrwendeten Thermoventils.

F i g. 5 zeigt das Widerstands- und Stromdiugramm

des ZUndclcnicnts in Abhängigkeit von der Temperatur.

F i g. 6 zeigt das Slromdiagrumm der Schaltung nach

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Fig. I.

Fig.7 zeigt Einzelheiten eines Magnetventils mit voreingestellter Vorspannung, das vorzugsweise bei der Zündeinrichtung nach der Erfindung verwendet wird.

F i g. 1 zeigt an Hand eines Prinzipschaltbildes ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen direkten Zündeinrichtung. Der eigentliche Zündkreis ist über die Leitungen L 1 und L 2 an eine 120 Voll Wechselslromqueiie angeschaltet. Der Steuerstromkreis umfaßt einen Thermostatschalter 18, eine Magnetspule 16, ein Trimmpotentiometer 20, ein Zündelement 14 und eine Sicherung 22, die alle elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind. Der eigentliche Brennstofffluß zum Brenner 10 wird gesteuert durch ein Solenoidventil 24, das in die Zuflußleitung 26 zwischen dem Brenner 10 und der Brennstoffquelle geschaltet ist.

Das Solenoidventil 24 wird durch die Magnetspule 16 betätigt, wie dies durch die gestrichelte Linie 25 angedeutet ist. Das Zündelement 14 ist nahe dem Auslaß des Brenners 10 montiert, und zwar so, daß der Brennstoff aus dem Brenner 10 direkt auf das Zündelement 14 strömen kann, wenn das Ventil 24 geöffnet ist

Die Wirkungsweise der Zündeinrichtung dach F i g. 1 wird am besten verständlich aus den Diagrammen nach den F i g. 5 und 6. Durch einen nicht dargestellten Thermostatcn wird über einen Schalter 18 die Brennertemperatur geregelt. Dieser Teil des Steuerkreises ist von bekannter Art und nicht näher dargestellt. Der Thermostatschalter 18 schließt und schaltet die Spannung an den Leitungen L 1, L 2 an den dazwischenliegenden Seriensteuerkreis an. Die Widerstände des Trimmwiderstandes 20, der Sicherung 22 und der Magnetspule 16 sind so gewählt, daß die verglichen mit dem anfänglichen Widerstand des Zündelements vernachlässigbar klein sind.

Das Zündelement 14 ist vorzugsweise ein Thermistor oder Heißleiter mit negativer Widerstandskennlinie und er besteht beispielsweise aus einem Siliconcarbid-Material. Er blitzt einen mit zunehmender Temperatur abnehmenden elektrischen Widerstand, wie dies Fig.5 zeigt. Solche Zündelemente sind handelsüblich.

Nach Fig.5 besitzt das Zündelement beispielsweise einen Widerstand von 240 Ohm bei der anfänglichen Umgebungstemperatur von 27°C, wenn der Seriensteucrkrcis zwischen den Leitungen L \ und L 2 erstmalig an die 120 Volt-Wechselstromquelle angeschaltet wild. Der anfänglich fließende Strom durch das Zündelement 14 beträgt etwa 0,45 Ampere und die anliegende Netzspannung wird daher proportional zwischen dem Zündelement und den übrigen Elementen so aufgeteilt, daß etwa 108 Volt-Wechselspannungsabfall am Zündelement 14 und 12 Volt-Wechselspannungsabfall an den übrigen Elementen entsteht. Das Zündelement 14 wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und die Temperatur des Zündelements wird dadurch erhöht während gleichzeitig der Widerstandswert abnimmt, bis der Widerstand sich ab etwa 870⁰C auf einen etwa konstanten Wert von etwa 38 Ohm einstellt.

Mit abnehmendem Widerstand des Zündelements 14 wird selbstverständlich auch der Strom im Serienkreis zwischen den Leitungen L 1 und L 2 erhöht, da ja dabei der gesamte Widerstand des Steuerkreises abnimmt, bis auch dieser Strom sich auf einen Wert von etwa 3 Ampere einstellt.

Das Solenoidventil 24 ist so gewählt und cingestell·, daß es die Zufuhr vr,". Brennstoff zum Brenner 10 erlaubt, sobald der Strom einen Wert von etwa 2,8 Ampere durch die zugeordnete Erregerspule erreicht. Nachdem ein solcher Stromfluß nur möglich ist, wenn der Widerstind des Zündelements 14 etwa 38 Ohm besitzt und dieser Widerstandswert seinerseits nur möglich ist, wenn das Zündelement 14 auf eine Temperatur von mehr als 870°, also beispielsweise auf etwa 1200⁰C oder mehr erwärmt ist, wird somit eine stets sichere Zündung des aus dem Brenner 10 austretenden Brennstoffes sichergestellt, da die bei solchen Brennern verwendeten Brennstoffe, beispielsweise Naturgas, meist eine Zündtemperalur von etwa 870° C besitzen.

Wenn der aus dem Brenner austretende Brennstoff einmal gezündet ist, erwärmt der Brenner 10 seine Umgebung, bis der Thermostat feststellt, daß die vorbestimmte Temperatur erreicht ist und dann den Schalter 18 öffnet, so daß der Stromfluß unterbrochen wird, und das Ventil 24 geschlossen wird, so daß kein weiterer Brennstoff mehr zum Brenner 10 fließen kann. Das Zündelement 14 wird ebenfalls von der Speisespannungsqurlle über den Schalter 18 abgeschaltet und kühl·. sich bis zu der Anfangstemperatur ·Λι.

Der Trimmwiderstand 20 ist ein von Hand einsteiibarcs Potentiometer, durch welches zusätzlicher Widerstand in den Steuerkreis eingeschaltet werden kann und so der maximal fließende Strom auf ein Minimum eingestellt -verden kann. Der ganze Steuerkreis wird durch die Sicherung 22 geschützt, und zwar wird der Kreis durch diese Sicherung geöffnet, wenn im Steuerkreis ein zu hoher Strom fließt.

Der beschriebene Steuerkreis ist elektrisch in sich fehlersicher, da jeder Fehler und jede Störung der einzelnen Schaltelemente niemals eine gefährliche Situation herbeiführen können also die Zufuhr von Brennstoff ohne Zündung desselben durch das Zündelement 14. Wenn der Stromkreis entweder im Zündelement 14 oder in der Spule 16 unterbrochen wird, wird auch gleichzeitig immer der Erregerstrom für das Solenoidventil 24 unterbunden und das Ventil 24 wird dadurch immer geschlossen und sperrt damit den Gassi/om zum Brenner. Wenn im Zündelement 14 ein Kurzschluß auftreten sollte, wird die Sicherung 22 wirksam und der Steuerkreis wird durch den zu großen Strom aufgetrennt und es wird wiederum verhindert, daß ein Erregerstrom zum Ventil 24 fließen kann, d.h. auch in diesem Fall wird der Brennstofffluß unterbunden. Wenn die Erregerspule 16 kurzgeschlossen wird, kann ebenfalls kein Erregerstrom fließen und auch in diesem Fall wird das Ventil 24 geschlossen und der Gasstrom unterbrochen, selbst wenn das Zündelement eingeschaltet ist.

F i g. 7 zeigt halbschematisch eine bevorzugte Ausführungsform den gemäß der Erfindung verwendeten Solenoidventils 24. Das Ventil 24 ist »kraliteingestellt«, d. h. seine Vorspanneinrichtung, durch welche der Ankci des Ventils in der normalen Schließstellung gehalten wird, ist sehr genau so eingestellt, daß die Vorspannung nur durch einen vorbestimmten minimaleri Spannungsabfall an der Erregerspule des Ventils überwunden werden kann. Das Ventil 24 umfaßt einen Anker 70, der in einer Ankerfü'n-jng 72 gleitend angeordnet ist. Die Erregerspule 16 ist auf einem Spulenkörper 76 aufgebracht, die über der Führung 72 aufgesetzt ist und die Gesamtanordnung ist in einer Abdeckung 78 eingeschlossen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel endet der Anker 70 an seinem unteren Ende in einem im allgemeinen halbkugeilormigen Ankerkopf 80, der gegen einen Ventilsitz 82 gedrückt wird, und zwar durch eine Vorspanneinrichtung in Form einer Schraubendruckfeder 84. Die durch diese Feder 84 aufgebrachte Vorspannkraft auf den Anker 70 ist sehr genau eingestellt

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durch eine Einstelleinrichtung, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Druckeinstellschraube 86, die durch einen Schlitz 88 einstellbar ist. Die Vorspannung des Ankers kann selbstverständlich auch auf andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch eine ; genau eingestellte und bemessene Vorspannfeder, und die wichtigste Eigenschaft des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach F i g. 7 ist die Möglichkeit zur genauen Einstellung des Spannungsabfalls über dem Solenoidventil, der nötig ist, um den Anker zu betätigen, den Ankerkopf 80 vom Ventilsitz 82 abzuheben und die Zuflußleitung 26 zu öffnen. Selbstverständlich kann auch eine andere Ankerkopf- und Ventilsit/anordnung verwendet werden und die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf eine spezielle Anordnung dieser Art eingeschränkt.

Die Zeit, innerhalb welcher die einzelnen Steuerkreis· iufiMiüncM ausgeführt werden, ist aus dem Diagramm nach F i g. 6 ersichtlich. Wenn der Steuerkreis zunächst an die 120 Volt-Wechselspannungsquelle im Zeitpunkt 0 Sekunden angeschaltet wird, fließt zunächst ein Strom von etwa 045 Ampere als Anfangsstrom im Steuerkreis und dieser Strom steigt dann in den nächsten 13 Sekunden auf etwa 23 Ampere an. Dies ist der Minimalstrom, der bei Aufrechterhaltung für eine kurze Zeitperiode einen genügenden Spannungsabfall in der Erregerspule erzeugt, um das krafteingestelltc Solenoidventil 24 zu betätigen und zu öffnen.

In dem Ausführ :ngsbeispiel nach F i g. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen jedoch mit einem Strich bezeichnet. Das hier dargestellte direkte Zündsystem insbesondere geeignet für Brenner in Wäschetrocknern. Ein Zeitschalter 32 liegt elektrisch in Reihe mit einem Thermostatschalter 18' und einem von der Type des Wäschetrockners gesteuerten Motorschalter 30. Zwischen der Leitung L 2' und dem Mo'orschalter 30 ist ein aus zwei Zweigen bestehender Parallelsteuerkreis geschaltet. In dem einen Zweig ist die Erregerspule 16' angeordnet und in dem anderen Zweig eine Heizspule 29 in Reihe geschaltet mit einem Zündelement 14'. Die Erregerspule 16' betätigt ein Solenoidventil 24', wie dies durch die gestrichelte Linie 31 dargestellt ist.

Ein Thermoventil 28 ist mit dem Solenoidventi! 24' hintereinander in die Zufuhrleitung 26' eingeschaltet und Brennstoff kann zum Brenner 10' nur dann fließen, wenn beide Ventile 24' und 28 offen sind.

Wenn im Betrieb der nicht dargestellte Zeitgeber auf ein vorbestimmtes Zeitintervall eingestellt ist, ist der Zeitschalter 32 geschlossen. Wenn der ebenfalls nicht dargestellte Therrtiostat feststellt, daß die Trocknertcm- w peratur unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwerts abgesunken ist. wird der Thermostatschalter 18' ebenfalls geschlossen. Wenn auch noch die Tür des Trockners geschlossen ist, wird der Trocknermotor eingeschaltet und damit auch der Schalter 30 und es wird damit der Parallelsteuerkreis angeschaltet. Sirom fließt dann durch die Heizspule 29 und das Zündelement 14' und es wird damit da;; Thermoelement 28 nach einer gewissen Zeit geöffnet, sobald das Zündelement die Brennstoffzündtemperatur erreicht hat, ähnlich wie bei «J dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der durch die Erregerspule 16' fließende Strom öffnet sofort das Soienoidventil 24'. Wenn das Zündelement 14 die Brennstoffzündtemperatur erreicht, wird das Ventil 28 geöffnet und Brennstoff kann zum Brenner IC fließen und &5 dieser wird durch das Zündelement 14' gezündet.

Brennstoff fließt solange zum Brenner 10'. bis einer der Schalter 32, 18' oder 30 geöffnet wird. Wenn einer der Schaller 32, 18' oder 30 aufmacht, wird der Stromfluß zur Heizspule 29 und zur Erregerspule 16' unterbrochen und damit unmittelbar das Ventil 24' abgeschaltet und so der Brennstoffzufluß gestoppt. Wenn der nicht dargestellte Thermostat feststellt, daß die vorbesiimmtc Temperatur im Trockner erreicht ist, wird der Thermostatschalter 18' geöffnet und damit der Stromfluß zur Erregerspule 16' unterbrochen und so das Ventil 24' geschlossen und damit auch der Brennstoffzufluß beendet. Wenn die Trocknertür geöffnet wird, wird der nicht dargestellte Trocknermotor stillgesetzt und dadurch auch der Schalter 30 geöffnet und auch damit wird der Stromfluß zur Spule 16' unterbrochen und das Ventil 24' geschlossen und der Brennstoffzufluß unterbunden. In ähnlicher Weise wird am Ende des Zeitsteuervorgangs des Trockners der Schalter 32 geöffnet und der Stromfluß durch die Spule 16' beendet, das Ventil 24' geschlossen und der Brcnnstoff't'fnß unterbunden.

Auch dieser Steuerkreis ist elektrisch fehlersicher, da die der Spule 29 und dem Ventil 28 zugeordneten Schaltelemente nur in einer ungefährlichen Weise fehlerhaft werden können. Ein Kurzschluß in der Spule 29 verhindert die Erzeugung der erforderlichen Erwärmung derselben und das Ventil 28 bleibt also geschlossen. Umgekehrt wird bei Unterbrechung des Steuerkreises zur Spule 29 der erforderliche Stromfluß unterbrocher 'jnd das Ventil 28 wird in gleicher Weise geschlossen gehalten.

Das Thermoventil 28 nach F i g. 3 und 4 besitzt einen Einlaß 46, der mit der Brcnnstoffsneiseseite der Leitung 26 verbunden ist Brennstoff gelangt dadurch in eine Kammer 44, in welcher der mit seinem Leitungsdruck auf einen Verschluß 50 wirkt und so einen Durchlaß 38 abdichtet, der in einem an einem einstellbaren und in einer Ventilplatte 48 eingeschraubten Sitzteil 36 ausgebildeten Sitz 42 vorgesehen ist. Ein umgebungskompensicrtes Bimetallteil 52 steht mit dem Verschluß 50 in Verbindung, und zwar ist der Oberteil 51 des Verschlusses 50 in einem im Bimetallelement 60 ausgebildeten Schlitz eingeschoben. Das Bimetallelement 60 ist mit einem Ende an einem Kompensationsbimetallclement 58 befestigt, und zwar in bekannter Weise. Das andere Ende des Elements 58 ist an einem elektrisch isolierten Anschlußteil 56 ebenfalls auf bekannte Weise befestigt. Die Heizwicklung 29 ist um das Element 58 herumgewickelt und die Enden dieser Heizwicklung sind an einem elektrischen Anschlußteil 54 befestigt. Die Bimetallelemente 58,60 sind so ausgebildet und gewählt, daß sie eine konstante Kraft auf den Ventilverschluß 50 innerhalb eines Temperaturbereiches ausüben, i>. welchem beide Elemente auch gleiche Temperatur besitzen. Wenn jedoch die Heizspule 29 durch einen Stromfluß erwärmt wird und die Temperatur des Elements 58 über den Temperaturwert des Elements 60 erhöht wird, wird die auf den Verschluß 50 wirkende Kraft unausgeglichen und dieser Verschluß wird von dem Sitz 36 abgehoben. Dieses Abheben erfolgt bei einem vorbestimmten Strom von etwa 2,8 Ampere durch die Heizspule 29 und in diesem Zeitpunkt wird die über das Element 58 zusätzlich aufgebrachte Kraft genügend groß, um die Kompensationskraft des Elements 60 und auch die Kompensationskraft des Brennstoffleitungsdruckes. der auf den Verschluß 50 wirkt, zu überwinden. Das Sitzteil 36 kann nach oben oder unten durch Verschraubung des Teils 36 in der Platt; 48 eingestellt werden. Um dies zu erleichtern, ist ein Einstellschlitz 40 vorgesehen. Wenn der Verschluß 50 vom Sitzleil 36 abgehoben ist, fließt Brennstoff durch den Kanal 38 zum

Ol

Auslaß 34, der mit der Brennerseite der Zuführleitung
in Verbindung steht, so daß der Brennstoff schließlich
/um Brenner '.Q gelangen kunn.

Die obenerwähnten verschiedenen Strom-, Widerstands- und Zeitwerte sind nur Beispiele, (is kann auch 5 noch ein zusätzlicher auf eine fehlende Flamme ansprec!',iider Steuerkreis vorgesehen sein, um die Spannurrgs/.ufuhr zum direkten Zündkreis abzuschalten,
wenn die Flamme des Brenners zum Erlöschen kommt.
Die Funktion wäre die eines sekundären mechanischen 10 Siicherheitskreises.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

25 Ol 601 Patentansprüche:

1. Elektrische Zündeinrichtung für Brenner mit einem durch einen Zündstromkreis elektrisch aufheizbarsn Widerstand als Zündelement und mit einer elektrischen Flammensicherung, durch welche mitteis eines elektrisch betätigbaren Ventils beim Erlöschen der Flamme die Brennstoffzufuhr unterbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betätigungseinrichtung (16, 29) des Ventils (24,28) elektrisch in Reihe mit dem Zündwiderstand (14, 14') im Zündstromkreis (L 1. L 2) geschaltet ist, wobei die elektrische Betätigungseinrichtung (16, 29) des Ventils und der eine negative Widerstandschrakteristik besitzende Zündwiderstand (14,14') so bemessen sind, daß das Ventil durch den seine Betätigungseinrichtung (16, 29) durchfließenden Stts3i erst öffnet, wenn der Zündwiderstand (!4, i4') aui Zündtemperatur aufgeheizt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch eine in Reihe mit dem Zündwiderstand (14) geschaltete Magnetspule (16) betätigbar ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (70) des Magnetventiles (24) in Schließrichtung vorgespannt ist (Feder 84) und erst in die Offenstellung bewegt wird, wenn der Erregerstrom durch die Magnetspule (16) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Ventilkörpers (70) einstellbar ist (Stellschraube 86).

5. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein durch ein Heizelement (29) betätigbares Thermoventil (28) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung des Heizelementes (29) des Thermoventils (28) und des Zündwiderstandes (14') sin weiteres elektromagnetisch betätigbares Sicherheitsventil (16', 24') geschaltet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in Reihe zum Zündwiderstand (14') geschaltete Heizelement (29) des Thermoelements (28) einen im wesentlichen konstanten elektrischen Widerstandswert besitzt.