EP0233375A2 - Glaskeramik-Kochfeld mit Heizkörpern mit in der Anheizphase schnell glühenden Heizleitern - Google Patents

Glaskeramik-Kochfeld mit Heizkörpern mit in der Anheizphase schnell glühenden Heizleitern Download PDF

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EP0233375A2
EP0233375A2 EP86118182A EP86118182A EP0233375A2 EP 0233375 A2 EP0233375 A2 EP 0233375A2 EP 86118182 A EP86118182 A EP 86118182A EP 86118182 A EP86118182 A EP 86118182A EP 0233375 A2 EP0233375 A2 EP 0233375A2
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EP
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heating
hob according
switching element
switching
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Herwig Scheidler
Martin Taplan
Kurt Schaupert
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Schott AG
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss AG
Schott Glaswerke AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/748—Resistive heating elements, i.e. heating elements exposed to the air, e.g. coil wire heater

Definitions

  • the accompanying invention relates to glass ceramic hobs with radiant heaters.
  • the aim of the present invention is a glass ceramic hob, which is constructed or its radiators are electrically connected so that the disadvantageous inertia of the radiant heater is avoided during the heating phase, but the high cost of radiators should be avoided with halogen lamps and at the same time the previous variety of radiator geometries should be retained.
  • the invention can be implemented universally with all designs of radiant heaters (single-circuit, multi-circuit radiators) and can be combined with conventional regulating organs of radiant heaters.
  • the cost of such solutions is significantly lower than that of radiators with halogen lamps.
  • the heating conductors glow in seconds and become visible through the cooking surface. At the same time, you can feel the heat generated by the glowing heating conductor above the cooking surface immediately after switching on, which reinforces the impression of responsive heating.
  • FIG. 1 shows a hob 10 according to the present invention with a mains connection 12 which is connected to a conventional power supply for hobs, e.g. 220 volts, is connected.
  • a mains connection 12 which is connected to a conventional power supply for hobs, e.g. 220 volts, is connected.
  • Several switching elements 14 are connected to the mains connection. For simplification, only one switching element 14 is shown in FIG. 1.
  • a control element 16 which can be a stepless switch, is connected to this switching element in such a way that the output of the radiator is controlled after the first heating phase described.
  • the heater 18 has a heating circuit which is arranged so that it is overloaded for a short time and glows visibly in a short time.
  • the heating circuit is switched so that the current is reduced after this short time in order to avoid damage to the heating circuits due to the initial overload.
  • a first embodiment of a radiator 18 is shown in Figure 2.
  • the radiator 18 has a first heating conductor 20 and a second heating conductor 22, which are connected in parallel to the 220 volt voltage source during the first heating phase.
  • the heating conductors 20 and 22 are switched from parallel to series connection for normal operation. Due to the total resistance of the heating conductors, the current flowing through is reduced, so that the initial overload is replaced by normal operation.
  • a second embodiment of a radiator 18 is shown schematically in FIG. 3.
  • the heating conductors 20, 22 are connected in parallel with one another and with a third heating conductor 24.
  • the heating conductors 20, 22 are connected in series; but they remain in parallel with respect to the heating conductor 24. This increases the total resistance of the circuit, which leads to a reduction in the current flowing through the heating conductors 20, 22 while maintaining the voltage of 220 V.
  • Figure 4 shows a circuit which operates according to the embodiment shown in Figure 2.
  • the heating conductors 20 and 22 are shown as resistors.
  • the 220 V voltage source is connected via suitable switching elements 14, regulating elements 16 and mains connection 12 at points 26 and 28 to the circuit.
  • the radiators 18 have a rapid heating circuit with the switches 30, 32 and 34, which together e.g. can be controlled by the timer 36.
  • the timer 36 automatically goes to zero position when there is no voltage at points 26 and 28.
  • the switches 30, 32 and 34 are in the positions shown in FIG. 4.
  • a current flows through the resistor 20 and the switch 30 and through the parallel connected resistor 22 and the switch 34. After a suitable period of time, e.g. 5-20 sec. The timer opens switches 30 and 34 and simultaneously closes switch 32. As a result, the current flows through resistors 20 and 22, which are now connected in series, and through switch 32. This mode of operation is maintained as long as the voltage at points 26, 28 is present. If the voltage is removed again, the timer 36 returns to the original position shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 schematically shows a circuit according to the embodiment in FIG. 3.
  • an additional resistor 39 is used to heat the bimetal strip 38.
  • This bimetal strip is connected to the switches 30, 32 and 34 in such a way that when sufficient heat has been generated by resistor 39, switch 30, 32 and 34 from the position shown, in which resistors 20 and 22 are connected in parallel, to the position in which resistors 20, 22 are connected in series via switch 32 are switched.
  • This mode of operation is in turn maintained as long as voltage is present at points 26, 28.
  • the position initially explained is assumed after a corresponding cooling time, which depends on the physical properties of the bimetal strip 38.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention, wherein two heating conductors 20, 22 are permanently connected in parallel to each other.
  • the heating conductors 20, 22 are connected in series with the resistor 40, which has a positive temperature coefficient such that the resistor 40 can flow a large current to the heating conductors 20, 22 in the cold state, but which decreases with increasing heating.
  • FIG. 7 schematically shows a circuit that works according to FIG. 3.
  • an additional rectifier 44 is used to reduce the power of the rapid heating coil after the heating phase.
  • the switch 34 which e.g. is controlled with a timing element 36, both half-waves of the alternating current are applied to the heating element 20.
  • the heating element 24 is connected in parallel.
  • FIG. 8 shows a circuit that operates according to FIG. 3, in which the power consumption is practically constant, even during the heating phase.
  • the resistance values of the coils 20 to 22 are designed such that the coil 20 and the combination 20 to 22 have approximately the same resistance.
  • filament 20 may have the same resistance as filament 22 and filament 24 twice this value.
  • switch 30 only
  • Switch 30 is also used here e.g. controlled by a timer.
  • the resistance values can also be selected so that the power consumption in the heating phase is less than the nominal power consumption. Any desired overload for the coil 20 can be set via the ratio of the resistances of the coils 20 and 22.
  • FIG. 9 shows a preferred embodiment of a radiator with the resistor arrangement of FIG. 6, the heat-sensitive series resistor 40 being arranged in the outer region of the radiator 18, which is fastened to the bottom of a glass ceramic cooking surface 42 using known means.

Abstract

Bei einem Kochfeld mit Kochflächen aus Glaskeramik oder vergleichbarem Material, welches Strahlungsheizkörper mit mindestens zwei Heizkreisen und zugeordnete Regelorgane aufweist, sind diese Heizkreise derart angeordnet bzw. sind deren Heizleiter derart verdrahtet und/oder schaltungstechnisch verbunden, daß in der Anheizphase ein oder mehrere Heizleiter kurzfristig so überlastbar sind, daß sie in kürzester Zeit zum Glühen und damit, durch die transparente Kochfläche hindurch, zum Leuchten kommen.

Description

  • Die beiliegende Erfindung betrifft Glaskeramik-Kochfelder mit Strahlungsheizkörpern.
  • Glaskeramik-Kochfelder mit Strahlungsheizkörpern sind bekannt; sie sind preisgünstig und sie haben sich seit Jahren millionenfach bewährt. Diese Strahlungsheizkörper sind allerdings in den ersten Minuten des Aufheizens infolge der Art und der Anordnung des Isolationsmaterials und durch die Art und Fixierung des Heizleiters relativ träge, da nach dem Einschalten zunächst die Masse des Heizleiters und der unmittelbar anliegenden Isolationsmasse aufgeheizt werden muß. Dies führt dazu, daß in den ersten Sekunden nach dem Einschalten des Heizkörpers die Heizspiralen (Heizleiter) nicht glühen und damit durch eine an sich ausreichend lichtdurchlässige Glaskeramik-Kochfläche nicht sichtbar werden, was als großer Nachteil empfunden wird.
  • Ein schnelles Sichtbarwerden des eingeschalteten Heizleiters ist andererseits von der Hausfrau sehr erwünscht, um den Einzustand des Heizkörpers schnell zu erkennen bzw. um unmittelbar erkennen zu können, wenn ein Heizkörper versehentlich eingeschaltet wurde. Nicht zuletzt aus diesem Grunde wurden Heizkörper für Glaskeramik-Kochfelder mit Halogenlampen entwickelt, bei denen die Halogenlampen unmittelbar nach dem Einschalten hell aufleuchten. Der große Nachteil dieser Halogenlampen und der damit hergestellten Heizkörper ist, daß sie sehr teuer sind und daß spezielle Heizkörpergeometrien, aufgrund der nur stabförmigen Halogenlampen, nicht realisierbar sind.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Glaskeramik-Kochfeld, welches so konstruiert bzw. dessen Heizkörper elektrisch so geschaltet sind, daß die nachteilige Trägheit der Strahlungsheizkörper während der Aufheizphase umgangen wird, wobei jedoch die hohen Kosten von Heizkörpern mit Halogenlampen vermieden werden sollen und gleichzeitig die bisherige Vielfalt der Heizkörpergeometrien erhalten bleiben soll.
  • Dieses Ziel wird mit einem Kochfeld gemäß dem Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kochfelds gemäß dem Hauptanspruch sind in den UnteransprUchen beschrieben.
  • Die Erfindung läßt sich universell mit allen Ausführungen von Strahlungsheizkörpern (Einkreis-Mehrkreis-Heizkörper) realisieren und mit herkömmlichen Regelorganen von Strahlungsheiz-körpern kombinieren. Die Kosten solcher Lösungen sind deutlich geringer als von Heizkörpern mit Halogenlampen.
  • Nach dem Einschalten dieser Heizkörper glühen die Heizleiter in Sekundenschnelle auf und werden durch die Kochfläche sichtbar. Gleichzeitig kann man unmittelbar nach dem Einschalten die durch den glühenden Heizleiter erzeugte Wärme oberhalb der Kochfläche fühlen, was den Eindruck einer reaktionsschnellen Beheizung verstärkt.
  • Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher erläutert.
    • Figur 1 ist ein allgemeines Schaltschema für ein Kochfeld gemäß der Erfindung, und
    • Figur 2 zeigt schematisch den Betrieb der Heizkreise in der Anheizphase und während des Dauerbetriebs für eine beispielhafte Ausführungsform
    • Figur 3 zeigt schematisch den Betrieb der Heizkreise in der Anheizphase und während des Dauerbetriebs für eine zweite beispielhafte Ausführungsform
    • Figur 4 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform
    • Figur 5 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der zweiten Ausführungsform
    • Figuren 6 - 8 zeigen schematisch weitere Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung
    • Figur 9 zeigt eine Untersicht auf ein Teil eines Kochfeldes und eines Heizkörpers, der die Schaltung gemäß Figur 6 aufweist.
  • Figur 1 zeigt ein Kochfeld 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Netzanschluß 12, der an eine herkömmliche Spannungsversorgung für Kochfelder, z.B. 220 Volt, angeschlossen ist. Mehrere Schaltorgane 14 sind an den Netzanschluß angeschlossen. Zur Vereinfachung ist in Figur 1 nur ein Schaltorgan 14 dargestellt. Ein Regelorgan 16, das ein stufenloser Schalter sein kann, ist derart an dieses Schaltorgan angeschlossen, daß die Leistung des Heizkörpers nach der beschriebenen ersten Anheizphase geregelt wird.
  • Der Heizkörper 18 weist einen Heizkreis auf, der so angeordnet ist, daß er kurzzeitig überlastet wird und in kurzer Zeit sichtbar aufglüht. Der Heizkreis ist so geschaltet, daß nach dieser kurzen Zeit der Strom reduziert wird, um eine Beschädigung der Heizkreise durch die anfängliche Überlastung zu vermeiden.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Heizkörpers 18 ist in Figur 2 dargestellt. Der Heizkörper 18 weist einen ersten Heizleiter 20 und einen zweiten Heizleiter 22 auf, die während der ersten Anheizphase in Parallelschaltung an die 220 Volt-Spannungsquelle angeschlossen sind. Am Ende der Anheizphase bzw. nach Erreichen einer Mindesttemperatur werden für den Normalbetrieb die Heizleiter 20 und 22 von Parallel- in Reihenschaltung geschaltet. Aufgrund des Gesamtwiderstands der Heizleiter wird der durchfließende Strom verringert, so daß die anfängliche Überlastung durch den Normalbetrieb ersetzt wird.
  • Eine zweite Ausführungsform eines Heizkörpers 18 ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Während der Anheizphase sind die Heizleiter 20, 22 zueinander und mit einem dritten Heizleiter 24 parallel geschaltet. Nach der Anheizphase werden die Heizleiter 20, 22 in Reihe geschaltet; sie verbleiben aber bezüglich des Heizleiters 24 in Parallelschaltung. Dadurch wird der Gesamtwiderstand des Kreises erhöht, was unter Beibehaltung der Spannung von 220 V zu einer Verringerung des durch die Heizleiter 20, 22 fließenden Stroms führt.
  • Figur 4 zeigt einen Schaltkreis, der nach der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform arbeitet. Die Heizleiter 20 und 22 sind als Widerstände dargestellt. Die 220 V-Spannungsquelle ist über geeignete Schaltorgane 14, Regelorgane 16 und Netzanschluß 12 an den Punkten 26 und 28 an den Schaltkreis angeschlossen.
  • Die Heizkörper 18 weisen einen Schnellheizkreis mit den Schaltern 30, 32 und 34 auf, die gemeinsam z.B. durch das Zeitglied 36 gesteuert werden. Das Zeitglied 36 geht automatisch in Nullstellung, wenn keine Spannung an den Punkten 26 und 28 anliegt. In diesem Fall befinden sich die Schalter 30, 32 und 34 in den in der Figur 4 gezeigten Stellungen.
  • Liegt an den Punkten 26 und 28 eine Spannung an, dann fließt ein Strom durch den Widerstand 20 und den Schalter 30 sowie durch den parallel geschalteten Widerstand 22 und den Schalter 34. Nach einer geeigneten Zeitspanne, z.B. 5-20 sec. öffnet das Zeitglied die Schalter 30 und 34 und schließt gleichzeitig Schalter 32. Dadurch fließt der Strom durch die Widerstände 20 und 22, die jetzt in Reihe geschaltet sind, sowie durch den Schalter 32. Diese Betriebsweise wird solange beibehalten, wie die Spannung an den Punkten 26, 28 anliegt. Wird die Spannung wieder weggenommen, dann kehrt das Zeitglied 36 in die ursprüngliche, in Fig. 4 gezeigte Stellung zurück.
  • Figur 5 zeigt schematisch einen Schaltkreis gemäß der Ausführungsform in Figur 3. In Figur 5 wird ein zusätzlicher Widerstand 39 verwendet, um den Bimetallstreifen 38 zu erwärmen..Dieser Bimetallstreifen ist an die Schalter 30, 32 und 34 in der Weise angeschlossen, daß dann, wenn genügend Wärme vom Widerstand 39 erzeugt wurde, die Schalter 30, 32 und 34 aus der gezeigten Stellung, in der die Widerstände 20 und 22 parallel geschaltet sind, in die Stellung überwechseln, in der die Widerstände 20, 22 über den Schalter 32 in Reihe geschaltet sind. Diese Betriebsweise wird wiederum solange beibehalten, wie Spannung an den Punkten 26, 28 anliegt. Die anfänglich erläuterte Stellung wird nach einer entsprechenden Abkühlzeit eingenommen, die von den physikalischen Eigenschaften des Bimetallstreifens 38 abhängt.
  • Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei Heizleiter 20, 22 auf Dauer parallel zueinander geschaltet sind. Die Heizleiter 20, 22 sind in Reihe mit dem Widerstand 40 geschaltet, der einen positiven Temperaturkoeffizienten derart besitzt,daß der Widerstand 40 in kaltem Zustand einen großen Strom zu den Heizleitern 20, 22 fließen läßt, der jedoch mit zunehmender Erwärmung abnimmt.
  • Figur 7 zeigt schematisch eine Schaltung, die gemäß Abbildung 3 arbeitet. In Figur 7 wird ein zusätzlicher Gleichrichter 44 benutzt, um die Leistung der Schnell-Heiz-Wendel nach der Anheizphase herabzusetzen. In der Anheizphase werden über den Schalter 34, der z.B. mit einem Zeitglied 36 gesteuert wird, beide Halbwellen des Wechselstromes an das Heizelement 20 angelegt. Nach der Anheizphase wird nur eine Halbwelle an die Heizwendel 20 angelegt. Das Heizelement 24 ist parallel geschaltet.
  • Figur 8 zeigt eine Schaltung, die gemäß Abbildung 3 arbeitet, bei der die Leistungsaufnahme, auch während der Anheizphase, praktisch konstant ist. Die Widerstandswerte der Wendeln 20 bis 22 sind so ausgelegt, daß Wendel 20 und die Kombination 20 bis 22 etwa denselben Widerstand haben. Als Beispiel kann Wendel 20 denselben Widerstand wie Wendel 22 haben und Wendel 24 das Doppelte dieses Wertes. In der Anheizphase wird über Schalter 30 nur
  • Spannung an Wendel 20, das Schnellheizelement, gelegt. Anschließend werden die Wendel 20 und 22 in Reihe geschaltet, wodurch sich die Leistung halbiert. Die parallel dazu geschaltete Wendel 24 übernimmt die andere Hälfte. Schalter 30 wird auch hier z.B. durch ein Zeitglied gesteuert. Die Widerstandswerte können auch so gewählt werden, daß die Leistungsaufnahme in der Anheizphase geringer als die nominale Leistungsaufnahme ist. Über das Verhältnis der Widerstände der Wendeln 20 und 22 kann jede beliebige Überlast für die Wendel 20 eingestellt werden.
  • Figur 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Heizkörpers mit der Widerstandsanordnung der Figur 6, wobei der wärmeempfindliche Reihenwiderstand 40 im äußeren Bereich des Heizkörpers 18 angeordnet ist, der mit bekannten Mitteln am Boden einer Glaskeramik-Kochfläche 42 befestigt ist.

Claims (11)

1. Kochfeld mit Kochflächen aus Glaskeramik oder vergleichbarem Material, mit Strahlungsheizkörpern mit mindestens zwei Heizkreisen und mit zugeordneten Regelorganen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkreise in den Strahlungsheizkörpern derart angeordnet, bzw. die Heizleiter der Strahlungsheizkörper derart verdrahtet und/oder schaltungstechnisch verbunden sind und daß ein geeignetes Schaltorgan den Heizkreisen derart zugeordnet ist, daß in der ersten Anheiiphase ein oder mehrere Heizleiter kurzzeitig so Uberlastbar ist (sind) - bezogen auf seine (ihre) Nennleistung - daß dieser (diese) in weniger als 20 sek, vorzugsweise in weniger als 5 sek zum Glühen und dadurch, durch die hinreichend transparente Kochfläche hindurch, zum Leuchten kommt (kommen), wobei durch das zugeordnete Schaltorgan nach einer vorgewählten Zeit und/oder nach Erreichen einer vorgewählten Temperatur des (der) Heizleiter(s) die Heizleistung eines oder mehrerer Heizkreise(s) ein- oder mehrstufig derart auf niedrigere Leistung reduzierbar ist, daß während des auf die Anheizphase folgenden Dauerbetriebs der Strahlungsheizkörper eine Heizleiterüberlastung vermieden wird.
2. Kochfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle oder zusätzlich zu diesem Schaltorgan ein durch den Heizleiterstrom beheizter, externer Schalter vorgesehen ist.
3. Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlungsheizkörpern mehrere Heizkreise angeordnet sind, die insgesamt oder teilweise während der Anheizphase in Parallelschaltung betrieben werden und die durch das Schaltorgan nach einer vorgewählten Zeit oder nach Erreichen einer vorgewählten Temperatur zur Leistungsreduzierung insgesamt oder teilweise in Reihe umgeschaltet werden.
4. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan ein durch den Heizleiterstrom beheizter Bimetallschalter ist, durch den, entsprechend seiner vorgewählten Schaltcharakteristik, die Umschaltung von Parallel- in Reihenschaltung erfolgt.
5. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Strahlungsheizkörper ein Bimetallschalter angeordnet ist, der durch die Erwärmung des Heizkörpers oder Heizleiters erwärmt wird und hierdurch, entsprechend einer vorgewählten Schaltercharakteristi-k, die Umschaltung von Parallel- in Reihenschaltung vornimmt.
6. Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem oder mehreren Heizkreisen als Schaltorgan ein Vorwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgeschaltet ist, der zunächst einen hohen Stromfluß gestattet, mit zunehmender Erwärmung jedoch durch Widerstandserhöhung den Stromfluß und damit das Glühen des oder der Heizleiter(s) vermindert.
7. Kochfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkreis mit zugehörigem Vorwiderstand im äußeren Bereich des Heizkörpers angeordnet ist.
8. Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltorgan eine zeitgesteuerte Einheit verwendet wird, die nach Ablauf einer vorgewählten bestimmten Zeitdauer durch entsprechend zugeordnete Schaltorgane die Reduzierung der Heizleistung vornimmt.
9. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Verdrahtung der Heizleiter und/oder durch Zuordnung geeigneter Regelorgane die Umschaltung nur während der ersten Anheizphase nach Einschalten der Regelorgane auf höchster Leistungsstufe erfolgt.
10. Ein Kochfeld gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter (44) in Serie mit einer oder mehreren Heizwendeln als leistungsreduzierendes Element geschaltet ist, das während der Anheizphase durch ein SchalteTement (34) kurzgeschlossen wird.
11. Ein Kochfeld gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der Heizwendeln so gewählt werden, daß die aufgenommene Leistung während der Anheizphase geringer oder gleich der Nominalleistung des Heizelementes ist, obwohl eine oder mehrere Wendeln kurzzeitig überlastet werden.
EP86118182A 1986-01-04 1986-12-31 Glaskeramik-Kochfeld mit Heizkörpern mit in der Anheizphase schnell glühenden Heizleitern Ceased EP0233375A3 (de)

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