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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von Glasplatten in einem
mit Rollen versehenen Temperofen wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Transportieren der Glasplatten auf einem durch die Rollen gebildeten
Förderer
in den Temperofen während
der Dauer eines Erwärmungszyklus', gefolgt von Transportieren
der Glasplatten in eine Temperstation und Erwärmen der Glasplatten im Temperofen
mit Hilfe von unteren und oberen erwärmenden Strahlungselementen
und auch oberen erwärmenden
Konvektionselementen, durch die Konvektionsluft in den Temperofen
geliefert wird.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Glasplatten in einem
mit Rollen ausgerüsteten
Temperofen, wobei die Rollen einen Förderer bilden zum Transportieren
der Glasplatten in den Temperofen und auch in eine mit dem Temperofen
in Verbindung stehende Temperstation, wobei der Temperofen versehen
ist mit erwärmenden Strahlungselementen
zwischen der unteren und der oberen Glasplatte und auch mit erwärmenden
Konvektionselementen über
der Glasplatte, wodurch die Konvektionsluft in den Temperofen geliefert
wird.
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Diese
Art von Verfahren und Vorrichtungen sind aus der früheren Patentveröffentlichung
US-A-5 951 734 der Anmelderin bekannt. Dieses bekannte Verfahren
mit Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Erwärmen von oben beschichteten
sogenannten „Low-E-Glasplatten", da die obere Konvektionserwärmung in
einer seitlichen Richtung des Ofens profiliert werden kann. Die
Patentveröffentlichung US-A-4
505 671 zum Beispiel offenbart die Verwendung einer unteren Konvektionserwärmung begleitet von
einer oberen Konvektionserwärmung.
Durch die durch die Rollen verursachte Unannehmlichkeit wurden jedoch
die Konvektionsrohre immer in seitlicher oder Querrichtung des Ofens
angeordnet, was das seitliche Profilieren der unten Konvektion unmöglich macht.
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Ein
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Unterglas-Konvektionsstrahls,
der eine Querofensteuerung des Wärmeübergangskoeffizients
ermöglicht,
der an der Unterseite einer Glasplatte auftritt.
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Dieses
Ziel wird durch das Verfahren der Erfindung erreicht, das in Patentanspruch
1 definiert ist. Hinsichtlich der Vorrichtung der Erfindung wird
das Ziel durch die Anord nung erreicht, die in Patentanspruch 8 definiert
ist. Die abhängigen
Patentansprüche
definieren bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Es
werden nun zwei beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
im Einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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1 einen
Temperofen, der das Verfahren im Längsschnitt darstellt.
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2 den
Temperofen von 1 in einer geschnittenen Vorderansicht.
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2A ein
alternatives Heizelement im Querschnitt.
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3 einen
Längsschnitt
einer zweiten Ausführungsform
eines Temperofens mit Anwendung des Verfahrens.
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4 eine
Vorderansicht des Temperofens von 3 im Querschnitt.
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5 einen
Teil des Ofenquerschnitts mit Einzelheiten der Herstellung von oberen
und unteren Konvektionsstrahlen in Beziehung zueinander und zu Ofenkomponenten.
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1 und 2 zeigen
einen Temperofen 1 zur Anwendung eines Verfahrens der Erfindung,
bei der eine Glasplatte 7 erwärmt wird. Die Glasplatte 7 wird
in den Ofen 1 mit Hilfe eines durch Rollen 6 gebildeten
Förderers
geliefert. Die Rollen 6 erstrecken sich quer zur Längsrichtung
des Ofens 1 bei der dargestellten Ausführungsform wird die Glasplatte 7 während der
Dauer eines Erwärmungszyklus' im Ofen 1 in
eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Der Ofen 1 ist
mit einer Verlängerung
in Form einer Temperstation 21 versehen, in die die Glasplatte 7 im
Anschluss an das in einer Erwärmungsstation ausgeführte Erwärmen transportiert
wird.
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Der
Temperofen 1 ist mit über
den Rollen 6 montierten erwärmenden Strahlungselementen 3 versehen,
das heißt
mit oberen erwärmenden
Strahlungselementen. Diese umfassen vorzugsweise Widerstände, die
in Längsrichtung
des Temperofens 1 angeordnet sind, sich jedoch auch in
Querrichtung des Temperofens 1 erstrecken können. Über den Rollen 6 sind
auch obere erwärmende
Konvektionselemente 5 montiert. Diese umfassen vorzugsweise Rohre
in Längsrichtung
des Temperofens 1, die in geeigneten Abständen voneinander
in Querrichtung des Ofens angeordnet sind. Die Unterseiten der Rohre 5 sind
mit Öffnungen
versehen, die in Längsrichtung
der Rohre voneinander beabstandet sind zum Freigeben der Konvektionsluft
aus den Rohren 5 in Form von Strahlen und auf die Oberseite
der Glasplatten 7. Die Strahlen sind so gerichtet, dass
sie durch die Zwischenräume
zwischen den erwärmenden
Widerständen 3 hindurchtreten,
nämlich
im vorliegenden Fall durch jeden Widerstandszwischenraum. Die Rohre 5 können sich
wahlweise unter den Widerständen 3 befinden.
Die Strahlen sind entweder gerade nach unten oder diagonal seitlich
gerichtet.
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Der
Temperofen 1 ist mit unter den Rollen 6 angeordneten
erwärmenden
Strahlungselementen 2 versehen, das heißt mit unteren erwärmenden
Strahlungselementen. Diese sind vorzugsweise auch Widerstände, die
in Längsrichtung
des Temperofens 1 angeordnet sind. Unter den Rollen 6 und/oder
den Widerständen 2 befinden
sich untere erwärmende Konvektionselemente 4, 4a, 4b, 4c.
Diese umfassen Rohre in Längsrichtung
des Temperofens 1, die in Querrichtung des Ofens 1 in
geeigneten Abständen voneinander
angeordnet sind. Die der Unterseite der Glasplatte 7 am
nächsten
gelegenen Abschnitte der Rohre 4 sind an ihren Oberseiten
mit Öffnungen
versehen, die in Längsrichtung
der Rohre voneinander beabstandet sind zum Freigeben von Konvektionsluft aus
den Elementen 4 als Strahlen zur Unterseite der Glasplatte 7 und/oder
zu den Oberflächen
der Rollen 6. Jedes dieser unteren erwärmenden Konvektionselemente
bildet erwärmende
Konvektionszonen A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, die in Querrichtung
des Temperofens nebeneinander liegen. Der Strom der Konvektionsluft
kann in Längsrichtung
der Rohre eingestellt oder geregelt werden, das heißt bezüglich Zonen
an verschiedenen Positionen, durch Unterteilen der Rohre in Längsrichtung
in gesonderte Abschnitte, die mit unterschiedlichen Drücken versorgt
werden zum Erzeugen eines variierenden Wärmeübergangs auch in Längsrichtung
des Ofens. Alternativ kann die in Längsrichtung erfolgende Regulierung
auch erfolgen mit Hilfe von Strahlöffnungen von variierender Größe oder
durch Verkleinern oder Vergrößern der
gegenseitigen Abstände
zwischen den Öffnungen,
das heißt
derart, dass längs
eines Teils der Ofenlänge, insbesondere
an beiden Enden des Ofens, ein Strahl durch jeden weiteren Zwischenrollenraum
geliefert wird, jedoch entlang einer gewissen Ofenlänge, insbesondere
entlang des Mittelabschnitts des Ofens, ein Strahl durch jeden Zwischenrollenraum
geliefert wird.
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Die
in den Ofen 1 geblasene Luftmenge wird zum Beispiel entleert
durch Austrittsöffnungen 22 im Dach
des Ofens oder durch Gegenstromwärmetauscher 24,
die mit Vorwärmern 15 in
Verbindung stehen.
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Wenigstens
die unteren erwärmenden
Konvektionselemente 4, 4a, 4b, 4c sind
mit einem langgestreckten rohrförmigen
Erwärmungskanal 4b versehen,
in dem sich die vorwärts
bewegende Konvektionsluft vor ihrer Freigabe aus dem Rohrelement 4 des
Ofens 1 aufwärmt.
In Verbindung mit dem Rohrelement 4b, vorzugsweise außerhalb
des Ofens 1, ist ein Ventil 14 vorgesehen zum
Regulieren des Volumenstroms der Konvektionsluft in einem einzelnen erwärmenden
Konvektionselement 4. Ein einzelnes Ventil kann auch verwendet
werden zum Einstellen oder Regulieren des Volumenstroms von mehr
als einem Element. In Verbindung mit der oberen erwärmenden
Konvektionsluft sind jeweils auch Rohre mit Ventilen 12 versehen
zum Einstellen des Volumenstroms der Konvektionsluft in einem einzigen
(oder mehreren) oberen erwärmenden
Konvektionsluftelement 5. Ferner kann wenigstens die untere
erwärmende
Konvektionsluft mit Hilfe eines Vorwärmers 15 vorgewärmt werden,
der außerhalb
des Ofens 1 mit den Rohren 4b in Verbindung steht.
Der Vorwärmer 5 kann
ein Widerstandsheizelement sein. Ferner kann jede Konvektionserwärmungszone
A, B, C, D, E, F, G, H, I, J mit einem zonenspezifischen Unterglas-Konvektionsstrahl
beliefert werden, der eine Querofensteuerung des Wärmeübergangskoeffizients
an der Unterseite des Glases ermöglicht.
Gesonderte Zonen können
unterschiedliche Temperaturen und/oder unterschiedliche Strahldrücke und/oder unterschiedliche
Zeitfolgen für
die Einleitung, Beendigung oder Dauer eines Strahls haben. Zum Beispiel kann
der Mittelabschnitt des Glases einer Konvektionswärmewirkung
ausgesetzt werden, die intensiver als die an den Rändern ausgeübte ist.
Daher können die
an den Randbereichen ausgeübten
Strahlen von kürzerer
Dauer sein als die an den Mittelabschnitten ausgeübten. Der
am Mittelabschnitt und an den Rändern
ausgeübte
Strahl kann gleichförmig
jedoch hinsichtlich seiner Gesamtdauer ungleichförmig sein, oder die Ränder können intermittierenden
Strahlen ausgesetzt sein.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
von 2A sind die Stahlrohre 4 und die erwärmenden Strahlungselemente 2 derart
kombiniert, dass das Strahlrohr 4 durch ein Gehäuse oder
eine Tragstruktur für
das erwärmenden
Strahlungselement 2 gebildet ist. Die Strahlöffnungen
können
eine große
Vielfalt von Anordnungen und Ausrichtungen haben. Zusätzlich zu
einem oder anstatt eines senkrechten Strahls können die Strahlen schräg in Querrichtung und/oder
schräg
in Längsrichtung
ausgerichtet sein.
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Die
Ventile 12 und 14 für die unteren und oberen erwärmenden
Konvektionselemente 4 und 5 werden durch ein Steuersystem 10 gesteuert.
Die oberen erwärmenden
Strahlungselemente 3 sind versehen mit Temperatursensoren 23 oder
dergleichen zum Mes sen der Temperatur der oberen erwärmenden
Strahlungselemente 3. Wenn die Glasplatte 7 in
den Ofen geliefert wird, wird das darüber liegende erwärmende Strahlungselement 3 durch
die Glasplatte 7 um Dutzende von Zentigrad abgekühlt. Die Information
bezüglich
einer Änderung
der Temperatur des erwärmenden
Strahlungselements 3 wird durch den Temperatursensor 23 längs eines
Datenbusses 20 zum Steuersystem 10 übertragen,
wobei die vom Sensor 23 empfangene Information mit einem
Sollwert des Steuersystems 10 verglichen wird, gefolgt
von einer Erhöhung
der Leistungsabgabe solcher erwärmenden
Strahlungselemente 3, bei denen der Messwert vom Sollwert
abweicht. Somit versorgen die Temperaturdifferenzen und/oder Temperaturänderungen
(schnelles Abkühlen)
der erwärmenden
Strahlungselemente 3 das Steuersystem 10 indirekt
mit Informationen bezüglich
der Größe, insbesondere
der Breite einer in den Ofen gebrachten Glasplatte. Das Belastungsmuster
einer Glasplatte kann auch mit Hilfe von gesonderten optischen oder kapazitiven
Sensoren erfasst werden, die stromauf des Ofens angeordnet sind.
Vom Steuersystem 10 wird ein Steuersystem über einen
Datenübertragungsbus 19 zu
jedem Ventil 14 übertragen.
Das abgeschaltete Ventil ist vorzugsweise ein solches, das den Strom
der Konvektionsluft eines solchen erwärmenden Konvektionselements 4/5 oder
von solchen erwärmenden
Konvektionselementen reguliert, die keine hiermit fluchtende Glasplatte
haben oder deren Strahlen zwischen abgeschalteten Widerständen 2/3 oder
unterhalb denselben am jeweiligen Ort hindurchtreten würden. Der
Rest der Ventile 14, die die unterhalb der Glasplatte angeordneten
erwärmenden Konvektionselemente 4 steuern,
wird so eingestellt, dass er die Unterseite der Glasplatte 4 mit
einem Erwärmungsprofil
versorgt, das für
diese besondere Glasplatte 7 vorgegeben ist. Das Profil
kann erzeugt werden entweder durch Ausüben eines Konvektionsstrahl
während
einer gewissen Zeitdauer auf die Unterseite des Glases 7 oder
durch Einstellen des Volumenstroms und/oder der Temperatur der Konvektionsluft
entsprechend dem Erwärmungsprofil.
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Bei
dem zeitlich regulierten Profilierungsprozess bezüglich des
Wärmeübergangskoeffizients
für die
Unterseite einer Glasplatte können
einige der Ventile 14 von Beginn eines Erwärmungszyklus' an offen sein, während der
Rest der Ventile 14 während des
Erwärmungszyklus' später öffnet. Diese EIN/AUS-Regulierung
der Ventile 14 kann weiter begleitet werden von einer stufenlosen
Regulierung des Volumenstroms oder Drucks.
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Im
Fall von 1 ist das Rohrelement 4b unter
den Widerständen 2 vom
stromauf gelegenen Ende zum stromab gelegenen Ende eines Ofens verlegt
und an der stromab gelegenen Seite des Ofens an der Wand mit Hilfe
eines Befestigungselements 4d befes tigt, wobei das aktuelle
Rohrelement 4 mit Strahlöffnungen vom stromab gelegenen
Ende zum stromauf gelegenen Ende des Ofens zwischen den Widerständen 2 und
den Rollen 6 verlegt ist. Der Rohrabschnitt 4 kann
an einer Gehäusestruktur
der Widerstände 2 verankert
sein. Die Rohrabschnitte oder -elemente 4 sind zwischen
den Widerständen 2 so
positioniert, dass sie keine wesentliche Abschirmung für die nach
oben gerichtete Strahlungswärme bilden.
Da die Temperatur der im Rohrelement 4 strömenden Luft
entlang der Länge
des Rohrelements 4 keinerlei größere Änderungen mehr erfährt, bleiben bei
der Ofenbetriebstemperatur die Längenänderungen
des Rohrelements 4 aufgrund der Wärmedehnung unbedeutend. Auf
diese Weise finden die blasenden Strahlen ihren Weg genau zwischen
den Rollen 6. Die Befestigungen und Abmessungen der Rohre
sind natürlich
so berechnet, dass die blasenden Strahlen die gewünschten
Ziele nach dem Auftreten der Wärmedehnungen
finden, die während
des Anfahrens eines Ofens stattfinden. Jeder Zwischenrollenraum
kann mit einer Mehrzahl von die blasenden Strahlen liefernden Öffnungen
versehen sein, das heißt
hinsichtlich der Erzeugung von Strahlen, die unter einem spitzen
Winkel zueinander austreten und eine Neigung haben, die entweder
in der Quer- und/oder Längsrichtung
eines Ofens verlaufen kann. Die Strahlen können die Rollen 6 teilweise
oder ganz treffen. Es ist jedoch nicht ratsam, die Strahlen unmittelbar
auf die Unterseiten der Rollen zu richten, da dies die Konvektionserwärmungswirkung
an der Unterseite des Glases schwächen wird.
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Der
Druck der Konvektionsluft, der in den unteren erwärmenden
Konvektionselementen herrscht, wird durch einen Regler 13 festgelegt,
der seine Steuerung von der Steuereinheit 10 über eine
Steuerleitung 18 empfängt.
Der Regler muss keine getrennte Einheit sein, sondern kann stattdessen
mit jedem Ventil 14 verbunden sein. Die Ventile 14 können auch
mit einem manuellen Regelsystem versehen sein.
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Das
Druckniveau der Konvektionsluft in den oberen erwärmenden
Konvektionselementen wird mit Hilfe eines Reglers 11 festgelegt,
der seine Steuerung von der Steuereinheit 10 über eine
Steuerleitung 16 empfängt.
Eine Steuerleitung 17 wird verwendet zum Steuern der Ventile 12,
die betätigt
werden zum Regulieren eines Strahls aus Konvektionsluft zu einzelnen
zu erwärmenden
Konvektionselementen 5. Dies ermöglicht auch eine Querofenprofilierung
des Wärmeübergangskoeffizients
für die Oberseite
des Glases wie im Einzelnen in der Patentveröffentlichung US-5 951 734 der
Anmelderin beschrieben.
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Die
Ausführungsform
von 3 und 4 unterscheidet sich von derjenigen
von 1 und 2 in dem Sinn, dass das Rohr,
das ein unteres erwärmendes
Konvektionselemente bildet, innerhalb eines Ofens derart verlängert ist,
dass das Rohrelement 4b innen durch den Ofenboden am Mittelteil des
Ofens verlegt ist (gesehen in Längsrichtung). Das
Rohr 4b verzweigt sich unterhalb der Widerstände 2 in
entgegengesetzten Richtungen für
die Rohrarme 4b',
die sich als aufrechte Rohrabschnitte 4c' an den entgegengesetzten Enden
des Ofens fortsetzen und sich weiter fortsetzen als Rohrarme 4', die von den
Ofenenden zum Mittelabschnitt des Ofens gerichtet sind und sich
zwischen den Widerständen 2 und
den Rollen 6 befinden und mit Strahlöffnungen versehen sind zum
Richten von Luftstrahlen zwischen den Rollen 6 zur Unterseite
der Glasplatte 7.
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Eine
in den Zeichnungen nicht gezeigte dritte Alternative zum Bringen
der unteren erwärmenden Konvektionsluftrohre
in einen Ofen ist so beschaffen, dass die Rohre innerhalb des Ofens
abwechselnd von entgegengesetzten Enden des Ofens verlegt werden,
wodurch die Richtungen der Strömung
in den Rohren innerhalb des Ofens in benachbarten Rohren abwechselnd
entgegengesetzt zu einander sind. Folglich verursacht das Erwärmen von
Luft in den Rohren kein Ungleichgewicht beim Erwärmen zwischen den entgegengesetzten
Enden des Ofens.
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Die
oberen und unteren erwärmenden
Konvektionsstrahlrohre 5 und 7 müssen nicht
miteinander fluchten. Vorzugsweise erfolgt andererseits die Zeitfolge
ihres Betriebs während
eines Heizzyklus' vorzugsweise
in der Weise, dass bei den frühen
Stufen eines Erwärmungszyklus' die Konvektionserwärmung an
der Oberseite der Glasplatte 7 wesentlich intensiver ist,
während
bei den Endstufen eines Erwärmungszyklus' die Konvektionserwärmung an
der Unterseite der Glasplatte 7 intensiver ist. Die gegenseitige
Beziehung zwischen den oberen und unteren Erwärmungsstrahlleistungen kann
während
eines Erwärmungszyklus' geändert werden,
das heißt
in einer solchen Weise, dass der anfangs kräftige obere Erwärmungsstrahl
schwächer
wird und in der Nähe
des Endes eines Erwärmungszyklus' wieder stärker wird, so
dass der untere Erwärmungsstrahl
am Ende eines Erwärmungszyklus' jeweils intensiviert
werden kann. Folglich verbessert sich der gesamte Wärmeübergang,
und das Erwärmen
wird schneller, während das
Gleichgewicht zwischen den oberen und unteren Erwärmungswirkungen
aufrecht erhalten wird trotz eines kräftigen unteren Erwärmungsstrahls
am Ende eines Erwärmungszyklus'. Die gegenseitige
Beziehung zwischen den unteren und oberen Erwärmungserfordernissen und auch
ihrer Schwankung während
eines Erwärmungszyklus' ist für jede Glasart
charakteristisch. Der untere erwärmende
Strahl kann bei Beginn eines Erwär mungszyklus' ziemlich schwach
sein, während
nach der Hälfte
eines Erwärmungszyklus' die Strahlleistung
in der Weise erhöht werden
kann, dass ein Diagramm der Strahlleistung als Funktion der Zeit
einen Winkelkoeffizient hat, der konstant ist, sich stufenweise ändert oder
kontinuierlich ändert
(immer weiter steil ansteigende Kurve), oder irgendeine Kombination
hiervon ist.
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5 zeigt,
wie die blasenden Strahlen des unteren erwärmenden Rohrs 4 schräg unter
einem V-Winkel seitlich gerichtet sind, wobei die Stahlen Zielpunkte
treffen, die beiderseits der Ziellinie für die Luftstrahlen aus dem
oberen erwärmenden
Rohr 5 verlaufen. Da die oberen und die unteren erwärmenden
Strahlen Ziele treffen, die seitlich zum Ofen beabstandet sind,
wird die Erzeugung von heißen
Linien in der Vorschubrichtung des Glases vermieden oder verringert,
und der Erwärmungseffekt
kann auf der gesamten Oberfläche
des Glases gleichmäßiger verteilt
werden. Die oberen erwärmenden
Rohre 5 blasen ihre Strahlen zwischen die oberen erwärmenden
Widerstände,
während
die unteren erwärmenden
Rohre ihre Strahlen oberhalb der unteren erwärmenden Widerstände abgeben.