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Vorfahren zur Verarbeitung von Lebensmitteln,
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insbesondere von Fleisch- und Wurstwaren und Einrichtung zur Steuerung
des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich duf ein Verfahren zur Verarbeitung von
Lebensmitteln, insbesondere zum Kochen und/oder Räuchern von Fleisch- und Wurstwaren
in Großanlagen mit automatischer Steuerung bei welchen zur Uberwachung aufeinanderfolgender
Verarbeitungsgänge die Ist-Werte der
Kerntemperatur des verarbeiteten
Produktes sowie der trockenen und der feuchten Temperatur im Verarbeitungsraum jeweils
durch Temperaturfühler erfaßt und nach einer Umsetzung in Digitalwerte mit vorgegebenen
Soll-Werten verglichen und bei Abweichungen geändert werden, bis der jeweilige Soll-Wert
erreicht ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung zur Ausführung
des Verfahrene.
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Bei der industriellen Verarbeitung von Fleisch- und Wurstwaren in
Großanlagen ist es erforderlich, die für verschiedene Arbeitsgänge, wie Reifen,
Schwitzen, Trocknen, trocken oder feucht Räuchern, Brühen, Kochen, Duschen, Kühlen
usw.
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die durch eine Arbeite- oder Kochanleitung vorgeschriebenen unterschiedlichen
Temperaturen und teiten genau einzuhalten, um die Anlage zu schonen urid bei geringem
wartungsaufwand eine hohe Lebensdauer der Verarbeitungskammern und eine einwandfreie
quolitit der hergestellten Produkte zu erreichen.
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Zu diesem Zweck wird bereite seit ilingerem versucht, den Arbeitsablauf
bei der Herstellung Oder Searbeitung von Fleisch- und Wurstwaren möglichst weitgehend
zu automatisieren.
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Es sind bereits Anlagen im Gebrauch, die außer einer Koch-oder Räuchenkammer
als Verarbeitungeraum mit den für die Verarbeitung benötigten maschinen und Aggregaten
sowie einem Kraftstrom-Steuerteil auch ein sogenannter Prozessorteil
vorgesehen
ist.
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Dieser Prozessorteil besteht bei neueren Anlagen im wesentlichen aus
einem mikroprozessor, d.h. also aus einem Kleinstrechner zur Funktionssteuerung
einzelner Arbeitsvorgänge mit Hilfe eines in Speicherbausteinen fest gespeicherten
Programm. Die Rechenfähigkeit des mikroprozessors führt zu einer im Vergleich zu
konventionellen Sbuereinheiten erheblichen Verbesserung und ermbglicht demgegenüber
beispielsweise eine vereinfachte Verarbeitung von Eichkurven der jeweils vorgesehenen
meßfühler tind gfhe auch in kritischen Bereichnet gut angepaßte: Steusrung und führt
damit auch bei aufwendigen und komplizierten Anlagen und/oder Verfahrensabläufen
zu einer erheblich vereinfachten Bedienung und Uberwachung.
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Die Vorteile einer derartigen Steuerung des Arbeitsprozesses sind
jedoch erhoblich eingeschränkt, da die bisher bekannten Anlagen nur halbautomatisch
arbeiten.
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Der Arbeitsprozeß läuft dabei eo ab, daß die bei den einzelnen Arbeitsgängen
einzuhaltenden unterschiedlichen Zeiten und Temperaturen jeweils zu Beginn des betreffenden
Verfahrensschrittes dadurch eingestellt werden, daß die Daten der vorgeschriebenen
Parameterwerte mit Hilfe einer Tastatur eingegeben und fest gespeichert werden.
Bei Beendigung eines der jeweils gesondert oinzuetellehden Arbeitsschritte wird
beispielsweise
durch ein akustisches Signal angezeigt, daß die Werte für den nachfolgenden Arbeitsschritt
eingegeben werden müssen.
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Die Vermeidung von Fehlbedienungen beim Eintasten der Eingabewerte
erfordert also trotz des einsatzes eines für die Steuerung an sich sehr vorteilhaften
tikroprozessors eine erhöhte Aufmerksamkeit des Bedienuhospersonale, die auch bei
einer zusätzlich Vorgesehenen Speicherung von Prüf-und Korrekturdaten Unentbehrlich
ist und zu einer starken Belastung des Personals führt, Wehre Nachteile und Fehlerquellen
ergeben sich dadurch, daß bei keiner der bieher gebräuchlichen Anlagen eine unmittelbare
Erfassung und Anzeige der Feuchtigkeit in der Arbeitskammer vorgesehen ist, obwohl
die genaue Einhaltung bestimmter Feuchtewerte gerade bei der Herstellung und Verarbeitung
von Fleisch- und Wurstwaren eine vorrangige Bedeutung hat und deshalb bei jedem
Arbeitsgang besonders sorgfältig überwacht werden muß.
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Die notwendige Überwachung der Feuchtigkeit in der Verarbeitungekammer
wird bisher in der Weise vorgenommen, daß vom verantwortlichen Bedienungspersonel
die von einem feuchten und einem trockenen elektrischen tapereturfühler'erfaßten
Werte beispielsweise mit Hilfe einer Abfrogetaste in einem Anzeigefeld nacheinander
einzeln festgehalten und abgelesen
werden. Aus den abgelassen Werten
wird den die sogenannte psychrometrische Dirferbnt der beiden Temptraturen gebildet
und hierfür die relative Fauchtigkeit bei der jeweiligen Raumtemperatur aus der
in einer Psychrometertafel aufgezeichneten psychrometriechen Tabelle abgelesen.
Eine zur Erzielung einwandfreier Arbeitsergebnisse gerade auf dem Sektor der Lebenemittelherstellung
praktisch unumgängliche ständige Uberwachung der relativen Feuchte in der Verarbeitungskammer
ist also verhältnismäßig umständlich und schwierig und erfordert zur Vermeidung
von Ablessfehlern ebenfalls die volle Aufmerksamkeit der Bedienungsperson.
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Trotz dieser augenscheinlichen Nachteile ist bisher weder eine völlig
selbsttätige Steuerung des gesamten Verfahrensablaufes noch eine selbsttätige Ermittlung
des sehr wichtigen Feuchtewertes bekannt geworden.
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Ein wesentlicher Grund dafür, daß eine weitergehende Automatisierung
bei der Steuerung und Überwachung des Arbeitsprozesses bisher nicht verwirkilcht
wurde, ist darin zu sehen, daß die Steuereinrichtung bisher aus Raumgründen und
zur Vermeidung eines Weiter erhöhten Aufwandes durch zusätzlichen technischen Aufwand
und eine noch höhere Belastung des Bedienungepereonale eo im Bereich der Verarbeitungskammer
aufgestellt sind, daß ein EinfluE der darin notwendigerweise auftretenden erheblichen
Temperaturunterschiede
auf die Steuereinrichtung nicht oder nur
mit beträchtlichem Mehraufsand vermieden werden kann, obgleich bekannt ist, daß
digitaarbeitende Steuereinrichtungen und.
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inabesondere Mikroprozessoren sehr empfindlich gegen Temperaturschwankungen
sind.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zu schaffen, bei welchem durch weitere Automatisierung die Sicherheit
gegen mögliche Bedienungsfshler und/oder Ablesefehler bei der Eingabe und/oder Ermittlung
wesentlicher Parameter und dadurch die Qualität der hergestellten War erhöht und
die notwendige Uberwachung des Verfahrensablaufee so vereinfacht wird, daß die Beanspruchung
des keinesfalls zusätzlich belasteten Bedienungspersonals möglichst gering ist.
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Die Erfindung beruht euf dem Grundgedanken, sämtliche Arbeitsparameter
mit Hilfe einer Folgeeteuerung selbeftätig nacheinander ablaufen zu lassen, wobei
die Ist- und Soll-Werte aller wesentlichen Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit
und Gesamtzeit, die Stellung der Klappen für die Frischluft- und Rauchzufuhr, die
Drehgeschwindigkeit des für die Durchlüftung der Verarbeitungskammer vorgesehenen
Ventilators, der Ein bzw. Ausschsltzuetand der für die Temperaturerzeugung vorgesehenen
Heizungen usw. gleichzeitig und zu jedem Zeitpunkt des gerade laufenden Verfahrens
in einem gemeinsamen Anzeigefeld sichtbar sind, eo daß eine
einfache
und umfassende Kontrolle unter Vermeidung von Bedienungsfehlern wegen zu hoher Belastung
des Personals möglich ist.
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Bei einer bevorzugten Ausfuehrung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren während der gesamten Vererbeitungazeit
auch die jeweils im Verarbeitungeraum herrschende Feuchtigkeit durch einen Vergleich
der Digitalwerte der feuchten und der trockenen Ist-Temperaturen selbsttätig ermittelt
und angezeigt und erforderlichenfalls bei einer Abweichung vom eingegebenen Soll-Wert
nachgeregelt.
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Um eine Beeinträchtigung der kontinuierlichen Feuchtemessung durch
die bei verschiedenen Verfahrenestufen unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten in
der Verarbeitungskammer zu vermeiden, wird bei einer vorzugsweisen und bevorzugten
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Geschwindigkeit der am feuchten
Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft während der gesamten Verarbeitungszeit
selbsttätig in vorgegebenen Grenzen gehalten.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, daß zu jedem Zeitpunkt die für
eine einwandfreie Meelung erforderliche mindestgeschwindigkeit der Luftstrdmung
am tbuchtefthler nicht unterschritten wird. Gleichzeitig wird eichergeutellt, daß
die Geschwindigkeit der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden
Luft
nicht zu hoch wird, so daß ein zu schnelles Austrocknen des feuchten temperaturfühlers.und
dadurch bedingte meßfehler vermieden Werden; Die völlig automatiech ablaufende Zeitfolgesteuerung
dos gesamten Arbeitsablaufes wird erfindungsgemäß mit einem mikroprozessor ausgeführt,
dessen Vorteile somit weit besser ausgenützt werden als bei bekannten Anlagen, bei
welchen vor jedem neuen Arbeitsschritt ein Eingriff des Bedienungspersonals erforderlich
ist.
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Die Regelung der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft
kann dabei in einfacher Weise so vorgenommen werden, daß vor den feuchten Temperaturfühler
eine oder mehrere verstellbare Ablenk- oder Drosselklappen für den Luftstrom angeordnet
werden. Die automatische Steuerung dieser Klappen erfolgt dann beiepielaweise mit
Hilfe von Schrittmotoren, welchen vom mikroprozessor ein Steuersignal zugeführt
wird, sobald der mit einem beispielsweise nach dem Staudruck-Prinzip arbeitende
Anemometer gemessene Ist-Wert der Luftgeschwindigkeit, der wie die Temperaturfühler
ueber Ferngeber nach Analog-Digital-Umwandlung in den Mikroprozèssor eingegben wird,
die vorgegebene Grenzgeschwindigkeiten über- oder unterschreitet.
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Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur völlig selbsttätig gesteuerten
Durchführung des erfindungsgemäßen Verarbeitungsverfahrene ist vorzugsweise als
tragbares Gerät ausgestaltet,
in dessen Gehäuse der gesamte Prozessorteil,
die vorgesehenen Speichereinheiten und die in den Signalleitungen liegenden Schaltstufen
zusammengefaßt sind, und in dem außerdem der für die gleichzeitige Anzeige der zu
überwachenden Verfahrensdaten vorzugsweise vorgesehene Bildschirm untergebracht
ist.
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Des erfindungsmäße Steuergerät zeichnet sich durch verhältnismäßig
geringes Gewicht und raumsparenden Aufbau aus, der auch mit verhältnismGig geringem
AUfwand eine verbesserte Temperaturabschirmung ermöglicht. Ein gerade im Hinblick
auf die Temperaturabschirmung wetentilcher Vorteil für den Benutzer der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht darin, daß diese ohne weiteres auch in größerer Entfernung von
der Verarbeitonga-Anlage aufgestellt werden kann, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
äußere Eingriff während des Verfahrensablaufes erheblich seltener vorkommen als
bei den bisherigen Einrichtungen, bei welchen die Dateneingabe für jeden einzelnen
Verfahrensschritt gesondert vorgenommen werden muß.
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Weitere Vorzüge und merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung, in welchen das erfindungsgemäße Verfahren und die
Einrichtung zu dessen Durchführung beispielsweise erläutert ist. Es zeigen: Fig.
1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für die völlig selbsttätig gesteuerte Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 2 eine schematisch vereinfacht
dargestellte 8ildschirmanzeige während der Verarbeitung eines bestimmten Produktes.
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Das zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus einer Steuereinrichtung
für eine vollautomatische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellte
Slockschaltbild zeigt einen Mikroprozessor dle Zentraleinheit, welcher für die Rechenvorgänge
die in der barstellung angegebenen Eingabe- Ausgabe- und Speichereinheiten zugeordnet
sind.
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Den in der Zeichnung mit P-Eingabe angegebenen Prozesseingängen werden
die in der mit 12 angedeuteten Verarbeitungskammer mit entsprechenden Meßfühlern
in analoger Form aufgenommenen Ist-Werte Uber einen Analog-Multiplexer 14 und einen
Analog-Digital-Konverter 16 zugeführt.
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Ein in der Zeichnung als T-Eingabe angegebener Eingabe-Teil ist mit
der Tasten-Eingabe 18 eines Eintast-Gerätes für Start-Stop- und evtl. gewünschte
Korrekturdaten verbunden. Uber die T-Eingabe können also der Anlauf und gegebenenfalls
gewünschte Unterbrechungen oder Korrekturen den Verfahrens durch Eintasten entsprechender
Daten oder Signale ermöglicht werden.
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An den mit Eingabe angegebenen Eingabe-Teil ist eine zur Speicherung
der Soll-Ulerte und weiterer Steuerdaten vorgesehene Speichereinheit 20 angeschlossen,
die vorzugsweise aus einem Magnetplattenspeicher besteht.
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Der mit Ausgabe bezeichnete AusgabeaTeil liefert über Digitalausgänge
12 die zur Steuerung der überwachten Parameter bei der Ausführung des Verfahrens
im Rechner durch Vergleich der Ist- und Soll-Werte ermittelten Steuersignale an
die jeweiligen Steuerorgane des Lüftunge-, Heizungs- und Raucherzeugungssystems
und dgl., um die Ist-Werte mit den vorgeschriebenen Soll-Werten in Übereinstimmung
zu bringen.
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Außerdem ist die Ausgabe-Einheit an eine Anzeigevorrichtung 24 angeschlossen,
für die vorzugsweise ein Fernsehschirm vorgesehen ist, auf dem gleichzeitig sämtliche
Ist- und Soll-Werte sowie weitere für den Verfahrensablauf und dessen.
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Überwachung notwendige Angaben angezeigt werden. Um eine deutlich
ablesbare Anzeige zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein 12" oder 30 bzw. 31 cnießildschirm
vorgesehen.
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Die vorstehend beschriebenen Elementen der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind in einem gemeinensamen Gehäuse untergebracht, welches dur.ch die strichpunktierte
Linie 26 angedeutet ist.
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in der durch eine Doppellinie angedeuteten Verarbeitungskammer 12
sind beispieleweiset drei nur schematisch angedeutete Temperaturfühler T1 für die
Thermtemperatur des Prozeßgutes, T2 für die trockene und T3 für die feuchte Temperatur
angeordnet, die jeweils mit einem Analogeingang des Analog-Multiplexeres 14 verbunden
sind. Der feuchte Temperaturfühler unterscheidet sich von dem trockenen Temperaturfühler
nur dadurch, daß er ständig, beispielsweise mit einem Saugstrumpf befeuchtet wird.
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Durch ein gekrümmtes Rohr 28 ist ein Luftgeschwindigkeits-messer
schematisch
vereinfacht dergestellt, dessen flüssigkeitage füllter U-förmig gebogener Abschnitt
eine Meßanzeige liefert, die beispielsweise mit Hilfe eines schematisch angedeuteten
Schwimmers 30 über einen elektrischen Meßwerwandler 32 in ein analoges elektrischee
Signal umgwandelt und einem weiteren Analogeingang des multiplexers 14 zugeführt
wird.
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mit der gezeigten Einrichtung können auch noch weitere Größen, wie
z. B. der pH-Wert erfaßt und überwacht oder ggf. auch geregelt werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist also sehr vielseitig einsetzbar.
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In Richtung der Luftströmung in der zimmer iat vor dem (;eschwindigkeitemesser
noch eine ebenfalls nur schematisch angedeutete Klappe 34 gezeigt, die mittels eines
Schrittmotors 36 durch ein vom Ausgang 22 kommendes Steuersignal bei einer Anderung
der Luftgeschwindigkeit so verstellbar ist, daß die Luftgeschwindigkeit am feuchten
Temperaturfühler auch bei veränderter Einstellung der Kammer durch Lüftung in dem
für eine einwandfreie messung einzuhaltenen Bereich liegt.
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In ähnlicher Weise sind . auch die übrigen maschinen bzw.
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Aggregate, wie Heizung bzw. Heizungen, Frischluftklappen, Rauchklappen
oder dergleichen mit Hilfe von Stellmotoren oder entsprechenden Stellgliedern während
der Durchführung des Arbeitsprozesses zur Steuerung der auf bestimmten Sollwerten
zu haltenden Größen einstellbar.
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Fig. 2 zeigt in schematisch vereinfachter Form einen Bildschirm, wobei
eine beispielsweise mögliche Anzeige bei der Verarbeitung eines bestimmten Produktes,
welches ebenfalls in der Anzeige erscheint, so weit in der Darstellung angegeben
ist daß eine weitere Erläuterung entbehrlich ist.
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Sämtliche Daten für die selbsttätige Durchführung des Verarbeitungsprozesses,
wie z. e. Gesamtzeit' Istzeit, Zeiten der einzelnen Verfahrensetufen, Sollwerte
der einzelnen Parameter, beispielsweise Temperatur und feuchte, sind in Form eines
Zeitfolgeprogramms dessen Ablauf an dem in Fig. 2 gezeigten Bildschirm überwacht
werden kann, sind zusammen mit Eichkurven für die einzelnen Meßfühlern und der ebenfalls
gespeicherten psychrometrischen Tabellen auf einer Platte des Speichers 20 magnetisch
gespeichert. Dabei ist noch zu erwähnen, daß auf oinor Platte mehrere Programme
untergebracht sein können, wobei der vorzugsweise eingesetzte Plattenspeicher insbesondere
auch hinsichtlich seiner schnellen Zugriffsmöglichkeit besonders vorteilhaft ist.
Die dem mikroprozessor 10 gemäß Blockschaltbild zugeordneten RAm-Speicher mit direktem
Zugriff und die festprogrammierten PROM-Speicher sind für die Ausführung der Rechenvorgänge
zur Ermittlung der digitalen Ausgangssignale für die Steuerung oder Regelung einzelner
Parameter sowie für die Ausführung solcher Befehle vorgesehen, die über die Tastatur
18 eingegeben werden.
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Die Ermittlung der Feuchte erfolgt über die im Plattenspeicher aufgezeigte
psychometrische Tabelle unmittelbar aus den jeweiligen Isttemperaturen, so daß eine
vorausgehende Differenzildung'einßespart wird.
| TROCKEN FEUCHT KERN GESAMT TEIL HZ1 HZ2 V R |
| TEMP TEMP TEMP ZEIT ZEIT |
| SOLL XXX°C XXX°C XXX°C XXSTDXXMIN XXSTDXXMIN # # S/L |
| IST XXX°C XXX°C XXX°C XXSTDXXMIN XXSTDXXMIN |
| BETR. ART WIENER, NATUR-SAITLING |
| *R+K LAUFENDE PHASE: XX ABBR. X VERL. XX |
| PHASE 1 2 3 4 5 6 |
| VORGANG SCHWITZ TROCKN TR-RAUCH FEUCHT-RAUCH BRUEHNEN GAREN |
| ZEIT 0.15 0.15 0.08 0.15 0.15 0.38 |
| T°-TEMP 50 50 60 80 |
| FE-TEMP 35 56 74 70 |
| FEUCHTE % 81 64 |
| FRISCHLUFTKL ZU AUF ZU ZU ZU ZU |
| RAUCHKLAPPE ZU ZU AUF AUF ZU ZU |
| VENTILATOR LANGSAM SCHNELL SCHNELL SCHNELL LANGSAM SCHNELL |
| KERN-TEMP 69 |
| WDHL |
| ENDE |