DE2815807A1 - Detektor mit funkenstrecke - Google Patents

Detektor mit funkenstrecke

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Description

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"Detektor mit Funkenstrecke"
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Detektor mit zwei Funkenstreckenelektroden, die an eine Impulsquelle mit einer Spannungsamplitude, die grosser als die Zündspannung der Funkenstrecke ist, angeschlossen sind, so dass jeder Impuls zwischen beiden Elektroden einen Funken erzeugt.
Im Laufe der durch die Anmelderin durchgeführten Forschungsarbeiten über Funkenstrecken, die insbesondere zur Erzeugung von Funken zur Entzündung eines Brenngases vorgesehen sind, sowie über Schaltkreisen, die zur Kontrolle des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme dienen, hat man festgestellt, dass, wenn zwischen beiden Elektroden der Funkenstrecke keine Flamme und insbesondere, wenn in diesem Zwischenraum kein ionisiertes Gas vorhanden ist, die Funkenstrecke nicht nur als Energieempfänger sondern auch als Erzeuger von Ionisierungsstörsignalen (Geräuchen) mit hoher Frequenz wirkt, wobei diese Störsignale in Anwesenheit eines ionisierten Gases, z.B. einer Flamme, wesentlich schwieriger aufzufinden sind.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese Erscheinungen auszunutzen, und der Erfindungsgedanken besteht darin, eine derartige Funkenstrecke als Detektorvorrichtung des Zustandes der Atmosphäre in dem zwischen beiden Elektroden bestehenden Zwischenraum einzusetzen.
Geraass der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung der genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Detektorschaltung aufweist, die an mindestens eine der genannten Elektroden angeschlossen und in der Lage ist, an ihrem Ausgang ein Signal zu liefern, dessen Amplitude fur den Zustand der Atmosphäre zwischen den genannten Elektroden, insbesondere für das Vorhandensein oder die Abwesenheit zwischen letzteren eines ionisierten Gases, wie z.B. einer Flamme representativ ist.
Vorzugsweise umfasst die genannte Detektorschaltung mindestens eine umgekehrt angeschlossene Diode, welcher vorzugsweise eine Integratorstufe .nachgeschaltet ist.
Die Diode, z.B. eine Zener-Diode, lässt die kurzen Uebergangsignale mit Hochfrequenzkomponenten, die den nicht ionisierten Zustand des Zwischenraumes zwischen beiden Elektroden angeben, hindurch und stoppt dagegen die Impulssignale mit Komponenten niedrigerer Frequenz und kleinerer Amplitude, die in Anwesenheit von ionisiertem Gas auffindbar sind.
Die Amplitude der Störsignale ist wesentlich höher in Abwesenheit eines ionisierten Gases zwischen beiden Elektroden der Kunkenstrecke als bei Vorhandensein eines derartigen Gases und man möchte hier bemerken, dass diese Massnahme ausserdem dadurch von Vorteil ist, dass sie von einer kritischen Wahl des Wertes der verschiedenen Komponente und insbesondere der Sperrspannung der Diode nicht abhängig gemacht werden kann. Der Einsatz einer Zener-Diode bringt den zusätzlichen Vorteil, dass die am Ende der Detektionsphase gelieferte Spannung immer die gleiche ist.
Die Integrator stufe, die eine bequeme Auswertung des Ausgangsignales
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ermöglicht, kann selbstverständlich eine herkömmliche Integrator stufe z. B. mit einem Widerstand und einem Kondensator, sein.
Da die zwischen den Elektroden einer Funkenstrecke auftretenden Spannungen ziemlich hoch liegen können, kann es gemäss der vorliegenden Erfindung von Vorteil sein, dass die Detektorschaltung an die Klemmen eines mit der Funkenstrecke in Reihe geschalteten Widerstandes, insbesondere zwischen einer ihrer Elektroden und der Masse angeschlossen wird.
So kann man einen Widerstand mit ziemlich niedrigem Wert einsetzen, der relativ schwachen Spannungen ausgesetzt ist, so dass keine besonderen Isolierungsprobleme gestellt werden.
Gemäss einer Variante der vorliegenden Erfindung kann die Detektorschaltung an eine der Elektroden der Funkenstrecke über einen Kopplungskondensator angeschlossen werden.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann selbstverständlich vielseitig angewandt werden. Man kann unter anderem eine mögliche Anwendung erwähnen, in welcher eine derartige Vorrichtung, die dem Speisekreis eines Gasbrenners zugeordnet ist, als Sicherheit eingesetzt ist, und zwar z.B. um im Falle einer zufälligen Löschung der Flamme die Schliessung eines in dem genannten Speisekreis vorgesehenen elektromagnetischen Schiebers zu steuern.
Eine derartige Vorrichtung kann ebenfalls in den Zündungskreis der brennbaren Gase angeordnet werden, um die Erzeugung der Zündungsfunken dann zu unterbrechen, wenn zwischen beiden Elektroden der Funkenstrecke eine Flamme gebildet ist, wobei ein so aufgebauter Kreis mit Vorteil in einem selbstständigen Gasheizkörper oder in einem Gasfeuerzeug zur Schonung der Stromquelle (Batterie oder Akkumulator) eingebaut werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls im allgemeinen auf alle Vorrichtungen, die insbesondere mit einem Kreis zur Speisung eines
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Brenners mit einem brennbaren Gase und/oder mit einem Kreis zur Erzeugung von Funken zur Entzündung des genannten Brennstoffes versehen sind, wobei diese Vorrichtungen dadurch gekennzeichnet sind, dass sie mit einer Detektorvorrichtung der genannten Art zusammenwirken und dass das Ausgangsignal der genannten Detektorschaltung als Signal zur Kontrolle der Arbeitsweise des genannten Gasspeisekreises und/oder des Funkenerzeugerkreises dient.
Insbesondere aber nicht ausschliesslich betrifft die vorliegende Erfindung als Vorrichtungen der obenerwähnten Art diejenigen Vorrichtungen, die mindestens einige der Merkmale, die in der französischen Patentanmeldung Nr. 76 21669 vom 15. Juli 1976 auf den Namen der vorliegenden Anmelderin beschrieben oder beansprucht sind, zur Anwendung bringen.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung von Funken zur Entzündung eines Brennstoffes umfasst daher einen Oszillator, Mittel zur Umwandlung der Oszillator signale in Gleichspannungimpulse, die die Elektroden der Funkenstrecke insbesondere über einen Aufwärtstransformator speisen, sowie Mittel zur Hemmung des Betriebes des Oszillators, die einerseits ein Signal, welches das Vorhandensein eines Spannungsimpulses am Ausgang andeutet, und andererseits ein Signal, welches zwei unterschiedliche Pegel aufweisen kann, die jeweils der Abwesenheit oder dem Vorhandensein einer Flamme zwischen den vorgenannten Elektroden entsprechen, empfangen, wobei diese Hemmungsmittel so angeordnet sind, dass der Betrieb des Oszillators und demzufolge die Erzeugung von Funken abgestellt"werden, wenn das zweite Signal sich auf demjenigen Pegel befindet, der dem Vorhandensein einer Flamme entspricht. Eine derartige Vorrichtung kennzeichnet sich dann dadurch, dass das genannte Signal, welches zwei unterschiedliche Pegel aufweisen kann, am Ausgang einer Detektorvorrichtung der genannten Art aufgenommen wird, wobei die genannte Vorrichtung vorzugsweise aber nicht unbedingt mit einem Eingangswiderstand versehen ist, welcher zwischen einer der genannten Elektroden und der Masse angeschlossen ist.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher anhand der beigefügten Zeichnungen ein
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nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert wird. In den Zeichnungen zeigen :
- Figuren 1 und 2 zwei unterschiedliche Schaltungsmöglichkeiten fur einen erfindungsgemässen Detektor mit einer Funkenstrecke ;
- Figuren 3 und 4 jeweils Oszillogramme ; und
- Figur 5 die gesamte Schaltungsanordnung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Funken zur Entzündung eines Brenngases, wobei diese Vorrichtung mit einer erfindungsgemässen Detektorvorrichtung versehen ist.
In der in Figuren 1 und 2 gezeigten Detektοrvorrichtung ist nur die Ausgangsstufe, d.h. den Aufwärtstransformator 1, die Elektroden 2 und 3 der Funkenstrecke zur Erzeugung der Funken sowie die Detektorschaltung gezexgt.
Die Primärwicklung des Transformators 1 ist selbstverständlich an eine beliebige Gleichstromimpuls quelle mit ausreichender Amplitude, damit die der Sekundärwicklung zugefuhrten Impulse eine Spannung aufweisen, die höher als die Zundungsspannung der Funkenstrecke 2, 3 liegt, angeschlossen.
Im Falle der Figur 1 umfasst die Detektorschaltung einen Widerstand 4 mit einem Wert von einigen Zehnern Ohms z. B., der zwischen der Elektrode und der Masse geschaltet ist. Die Stromimpulse, die durch diesen Widerstand hindurch flies sen, liefern daher zu dessen Klemmen Spannungsimpulse, z. B. negative Spannungsimpulse, die durch eine umgekehrt angeschlossene Diode 5 aufgefunden und durch eine mit einem Kondensator und einem Widerstand 6, 7 versehene Einheit integriert werden.
Die Figur 3 zeigt die Wellenform der Spannungen V, die durch die Diode 5 festgestellt werden, wenn in dem zwischen den Elektroden 2, 3 bestehenden Zwischenraum keine Flamme oder kein ionisiertes Gas vorhanden ist, während die Figur 4 den Verlauf der gleichen Spannungen (wobei es sich
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selbstverständlich um eine Reihe von Impulsen handelt) zeigt, wenn in dem genannten Zwischenraum ein solches Gas oder eine Flamme vorhanden ist.
Das ist darauf zurückzuführen, dass in dem ersten Fall, die Funkenstrecke 2, 3 sich als HF-Gerauchquelle verhalt, d.h., dass sie Impulse mit grosser Amplitude und sehr kurzer Ansteigzeit erzeugt, die durch die Diode 5, deren umgekehrte Spannungsleitung entsprechend gewählt worden ist, sehr leicht übertragen werden, während im zweiten Fall, d.h. bei Vorhandensein eines ionisierten Gases oder einer Flamme zwischen den Elektroden, die genannten Impulse eine geringere Amplitude sowie wesentlich niedrigere Frequenzkomponente aufweisen, so dass sie durch die genannte Diode beinahe vollkommen angehalten bzw. gestoppt werden.
Man erhält daher am Ausgang der Integrator schaltung je nachdem Signale mit sehr ausgeprägtem Pegel, und zwar, ohne dass bei der Wahl der Eigenschaften der Bestandteile besondere Vorkehrungen getroffen werden.
Das Ausgangsignal kann daher zur Erreichung der vorgenannten Zwecke eingesetzt werden, und zwar z.B. zur Abstellung des Betriebes des Impulserzeugers, der die Primärwicklung des Transformators dann versorgt, wenn das genannte Signal einen Wert erreicht, der dem Vorhandensein einer Flamme (niedriger Signalpegel) entspricht.
In Figur 2, in welcher die gleichen Bezugzeichen Elemente oder Bestandteile mit der gleichen Funktion wie in Figur 1 bezeichnen, ist eine Ausfuhrungsvariante dargestellt, in welcher das abzutastende Signal von der Elektrode 2 über einen Kopplungskondensator 8 aufgenommen wird, und zwar im wesentlichen mit denselben Impuls spannungs verlauf en und den gleichen Vorteilen wie in Figur 1.
In Figur 5 ist die gesamte elektrische Schaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Funken zur Entzündung eines Brenngases dargestellt, die insbesondere auf ein Feuerzeug angewandt werden kann, welches mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung versehen ist, wobei letztere die Elektroden 2
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und 3 zur Erzeugung der Funken, den Aufwärtstransformator 1 und die Bestandteile 4, 5, 6 und 7, die denselben Bestandteilen in Figur 1 entsprechen, aufweist. Die Diode 5 wurde jedoch in diesem Fall durch eine Zener-Diode ersetzt.
Diese Vorrichtung umfasst ausserdem, wie das schon in der obengenannten französischen Patentanmeldung Nr. 76 21669 beschrieben ist, einen Oszillator, der aus den Transistoren 9 und 10 besteht, den Kondensator 11 sowie die Spule 12. Die Wechselstromsignale, die in dem Oszillator erzeugt sind, werden dann gleichgerichtet und in Gleichstromimpulse umgewandelt, die der Primärwicklung des Transformators 1 mit Hilfe der Schaltung, die aus der Diode 13, dem Kondensator 14, dem Entladungsthyristor 15, dem Widerstand 16 und der Zener-Diode 17 besteht, zugeführt werden. Sa entstehen an der Primärwicklung des Transformators 1 positive Spannungsimpulse und an der Sekundärwicklung negative Impulse, wobei die genannten Wicklungen umgekehrt sind.
Die am Ausgang der Integrator-Detektorvorrichtung 2, 3, 4, 5, 6, 7 erzeugten Signale werden dann über den Schleifenwiderstand 18 mit den an der Primärwicklung des Transformators erzeugten Signalen addiert und dann dem Gatter eines Hemmungsthyristors 1 9 zugeführt, dessen Ausgang von dem Kathodenwiderstand 20 entnommen und mit der Basis des Transistors 9 über einen Widerstand 21 verbunden ist.
Wenn ein positiver Impuls an der Primärwicklung des Transformators erscheint, wenn der Brennstoff nicht entzündet ist, kompensiert demzufolge der negative Impuls, der durch die Detektorvorrichtung erzeugt ist und am Kondensator 6 erscheint, den durch den Widerstand 18 übergegebenen positiven Impuls, so dass der Thyristor 19 in blockierter Stellung bleibt und den Betrieb des Oszillators und demzufolge die Erzeugung von Funken nicht unterbrechen bzw. abstellen kann.
Im Gegensatz dazu, wenn zwischen beiden Elektroden 2 und 3 eine Flamme gebildet ist, wird der positive Impuls der Primärwicklung durch einen negativen Impuls nicht kompensiert, so dass der Thyristor 19 ausgelöst wird
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und die Abstellung des Oszillators sowie die Unterbrechung der Funkenerzeugung hervorruft.
Anstatt der Schaltung der Figur 1 kann man selbstverständlich zur Detektion der negativen Ionisationsstörimpulse, die sich in Abwesenheit einer Flamme in der Funkenstrecke ergeben, die Schaltung der Figur 2 oder jede andere gleichwertige Schaltung einsetzen.
Im Vergleich zu einer Schaltunganordnung, bei welcher das Signal der Elektrode 3 oder 2 über einen mit Widerständen versehenen Spannungsteiler der Diode 5 zugeführt wird, weist die obenbeschriebene Schaltung den Vorteil auf, dass jegliche Isolierungsprobleme ausgeschlossen sind, da der Widerstand 4 mit übrigens geringerem Wert verhältnismässig schwachen Spannungen, in der Grössenordnung von etwa zehn Volt ausgesetzt wird.
Diese Vorrichtung funktioniert ausserdem besonders zuverlässig und die Wahl der eingesetzten Bestandteile ist, wie schon erwähnt, nicht kritisch, wobei z. B. der Widerstand 4 ein einstellbarer Widerstand sein kann.
Ein anderer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht übrigens darin, dass eine Detektorvorrichtung der genannten Art die Verwendung eines speziellen, mehr oder weniger empfindlichen Fühlers, wie z. B. eines Thermo umforme rs, einer Photo ze He oder dergleichen zur Ermittlung des Vorhandenseins einer Flamme, nicht notwendig macht.
In dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ermittlung des Vorhandenseins oder Mcht-Vorhandenseins einer Flamme eingesetzt. Diese Vorrichtung kann jedoch zur Ermittlung eines elektrischen Bogens zwischen den Elektroden 2 und 3 eingesetzt werden. In der Tat, wenn der elektrische Bogen nicht erscheint (wenn eine Flamme vorhanden ist oder nicht), erreicht die Spannung zwischen den Elektroden einen Wert, der im wesentlichen grosser als im Falle einer Funkenerzeugung ist. Diese Anordnung kann z. B. zur Steuerung der Speisung des gasförmigen Brennstoffes in unmittelbarer Nähe der Elektroden in einem Kessel verwendet
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werden. Ein Vergleich mit einem ersten Schwellenwert ermöglicht die Zuführung des Brennstoffes, wenn zwischen den Elektroden mit Sicherheit Funken erzeugt werden, und ein Vergleich mit einem zweiten Schwellenwert ermöglicht die Abstellung der Zündungsvorrichtung, sobald die Flamme entstanden ist.
Die eben beschriebene Vorrichtung bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Neben ihrer Anwendung in einem Feuerzeug (Taschen- oder Tischfeuerzeug) kann die erfindungsgemässe Vorrichtung z.B. zur Ueberwachung einer Flamme entweder in industriellen oder in Haushaltsanlagen eingesetzt werden. Diese Vorrichtung kann ebenfalls in Verbindung mit dem Zündungskreis der Brennkraftmaschinen verwendet werden. In diesem Fall ist die Funkenstrecke durch die Zündkerze gebildet. Mit einem derartigen Zündungskreis kann praktisch bei jedem Zyklus ein Explosionstakt hervorgerufen werden. Die Dauer zwischen der Funktionssteuerung und der Funkenerzeugung muss dann selbstverständlich auf einen Wert eingestellt werden, der mit der Drehgeschwindigkeit eines Motors vereinbar ist.
Bei dem Schema der Figur 5 wird die Erzeugung der Zündungsfunken durch die Betätigung eines handbetätigten Schalters 22 ausgelöst bzw. hervorgerufen. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn eine derartige oder gleichwertige Schaltung auf die Erzeugung von Funken zur Entzündung eines Brennstoffes in einem Heizkörper bzw. einem Kessel angewandt wäre, die Auslösung der Funken mit Vorteil von einem Thermostat übernommen werden könnte, der die entsprechende Funktion z. B. dann ausübt, wenn die Temperatur des zu erhitzenden Mediums einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, wobei dieser Thermostat ebenfalls die Zuführung des Brennstoffes steuert.
Die Unterbrechung der Erzeugung von Funken wäre dann durch die vorherbeschriebene Detektorvorrichtung ähnlich wie die Unterbrechung der Zuführung des Brennstoffes, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Höchstwert erreicht, selbsttätig bewirkt. Die Anlage würde dann vollkommen automatisch funktionieren.
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Claims (7)

PATENT ANSPRUCHE
1.)- Detektorvorrichtung mit zwei Funkenstreckenelektroden, die an eine Spannungsimpulsquelle mit einer Amplitude, die grosser als die Sperrspannung der Funkenstrecke ist, so angeschlossen sind, dass jeder Impuls zwischen den genannten Elektroden einen Funken erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Detektorschaltung 5, 6, 7 aufweist, die an mindestens eine der Elektroden 2, 3 angeschlossen und in der Lage ist, an ihren Ausgang ein Signal zu liefern, dessen Amplitude für den Zustand der Atmosphäre zwischen den Elektroden, insbesondere fur das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines ionisierten Gases wie z.B. einer Flamme zwischen den genannten Elektroden 2, 3 representativ ist, wobei diese Detektorvorrichtung mit mindestens einer Diode 5 versehen, welche gegenüber den durch die genannte Quelle gelieferten Impulsen umgekehrt angeschlossen ist, und an die Klemmen eines mit der Funkenstrecke unmittelbar in Reihe geschalteten Widerstandes angeschlossen.ist.
2. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der genannten Diode 5 eine Integra tor stufe 6 nachgeschaltet ist.
3. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Detektorschaltung 5, 6, 7 zwischen einer der Elektroden der Funkenstrecke und der Masse geschaltet ist, welche mit derjenigen Klemme des Widerstandes 4, die an die Elektrode 3 der Funkenstrecke nicht angeschlossen ist, verbunden ist, wobei die Detektorschaltung an letztgenannte Elektrode der Funkenstrecke ihrerseits angeschlossen ist.
4. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Detektorschaltung an eine der Elektroden 2, 3 der Funkenstrecke über einen Kopplungskondensator 8 angeschlossen ist.
5. - Vorrichtung mit insbesondere einem Kreis zur Speisung eines Brenners mit
einem gasförmigen Brennstoff und/oder einem Kreis zur Erzeugung von Funken zur Entzündung des genannten Brennstoffes, dadurch gekenn-
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zeichnet, dass sie mit einer Detektorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zusammenwirkt, und dass das Ausgangsignal der genannten Detektorschaltung als Signal zur Kontrolle der Arbeitsweise des Brenngasspeisekreises und des Funkenerzeugungskreises eingesetzt wird.
6,- Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Oszillator 9» 10, mit Mitteln 13, 14, 15 zur Umwandlung der Oszillator signale in Gleichspannungimpulse, die den Elektroden 2, 3 der Funkenstrecke insbesondere über einen Aufwärtstransformator 1 zugeführt werden, sowie mit Mitteln 19» 20, 21 zur Hemmung des Betriebes des genannten Oszillators, welche einerseits ein Signal, welches dem Vorhandensein eines Gleichspannungsimpulses am Ausgang entspricht, sowie andererseits ein Signal, welches zwei unterschiedliche Pegel aufweisen kann, die jeweils der Abwesenheit oder dem Vorhandensein einer Flamme zwischen den genannten Elektroden 2, 3 entsprechen, empfangen können, wobei die Anordnung der genannten Hemmungsmittel so getroffen wird, dass der Betrieb des Oszillators und demzufolge die Erzeugung von Funken dann abgestellt werden, wenn das zweite Signal sich auf demjenigen Pegel befindet, der dem Vorhandensein einer Flamme entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Signal, welches zwei unterschiedliche Pegel aufweisen kann, am Ausgang einer erfindungsgemässen Vorrichtung 5, 6, nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4 empfangen wird.
7. - Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche insbesondere für einen Gasheizkörper oder einen Kessel, dadurch gekennz e-i c h η e t, dass sie mit einem Thermostat zusammenwirkt, welcher in Abhängigkeit von der Temperatur des zu erhitzenden Mediums funktioniert und in der Lage ist, einerseits die Erzeugung von Funken sowie die Zuführung des Brennstoffes, wenn die Temperatur einen ersten unteren vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, auszulösen bzw. hervorzurufen und andererseits die Zuführung des Brennstoffes zu unterbrechen, sobald die genannte Temperatur einen zweiten, vorbestimmten, über den ersten liegenden Schwellenwert erreicht.
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