DE1961911A1 - Selbsttaetige Kocheinrichtung - Google Patents
Selbsttaetige KocheinrichtungInfo
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Description
M 2733
PATENTANWALTS
Dr.-lng. Hi-'- <■■ U^CHK
fet-= ....· ϊ:
Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätige elektrische
Kocheinriehtung mit einer Heizeinheit, bestehend aus einem
einen kleinen Widerstand aufweisenden und aus einer Metallegierung bestehenden Heizelement, aus einem, diesem Heizelement
nachgeschalteten, einen höheren Widerstand aufweisenden und aus einer Metallegierung bestehendem Heizelement sowie aus
einem einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden keramischen Widerstandselement aus einem Bariumtitanat-Halbleiter, der zu dem den höheren Widerstand aufweisenden Heizelement parallelgeschaltet ist* Die Heizeinheit kocht zuerst
das Kochgut mittels der Hitze, die in der Hauptsache von dem
Heizelement mit dem kleinen Widerstand erzeugt wird, wonach der Widerstand des keramischen Elementes plötzlich ansteigt
und den Stromfluss schwächt, so dass das Eoohgut von der Hitze
warmgehalten wird» die in der Hauptsache von dem den höheren
Widerstand aufweisenden Heizelement zugeführt wird·
'109013/1020
Die Erfindimg betrifft eine elektrische Koeheinriehtung,
mit der selbsttätig ein Kochgut gekocht und warmgehalten werden kann/ welche Einrichtung gekennzeichnet ist durch eine
Heizanlage mit zwei aus Metallegierungen bestehenden Heizelementen, von denen das eine Heiselement einen kleinen Widerstand
und das andere Heizelement einen hohen Widerstand aufweist, wobei ferner ein aus einem Halbleiter bestehendes keramisches
Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstand bei Erreichen einer bestimmten Temperatur plötzlich ansteigt»
_ Zum Stand der Technik wird das folgende ausgeführt· Die
herkömmlichen selbsttätigen Xoeheinriehtungen halten das Kochgut auf einer gleichbleibenden Temperatur unter Verwendung
eines Beiais, beispielsweise mittels eines bimetallischen
Schalters« Der Kontakt des Eelais versagt jedoch häufig und
kann daher die selbsttätige Koeheinrichtung nicht ordnungsgemäß ein- und ausschalten.
in der amerikanischen Patentschrift Fr· 5 575 774 wird
eine verbesserte selbsttätige Kocheinrichtung offenbart, die
eine Heizeinrichtung mit einem Heizelement aus einer Ki-Cr-Legierung
aufweist, dem ein einen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweisendes keramisches Widerstandsheizelement nachgefe
schaltet ist, das aus einem Bariumtitanat-Ealbleitermaterial
besteht· Im Betrieb bei Raumtemperatur ist der Widerstand des
keramischen Heizelementes niedriger als der Widerstand des aus einer legierung bestehenden Heizelemente«, so dass das
letztgenannte Heiselement fast die gesamte, zum Kochen "benutzte
Hitze erzeugt. Während des Keshene steigt die Temperatur des
an der Außenseite des Bodens des Eochgeffißea angebrachten keramischen Heizelementes infolge der Seibetaufheisung an« Irreicht
die Temperatur des keramischen Heizelementes sinen bestimmten.
Wert, so steigt dessen Widerstand plötzlieh sm» w@tureh die
Stärke des Stromflusses herabgesetzt, wird» lter Widerstand-'dee
keramischen Heiaelementes ist äaim größer als der .Widerstand des
aus der Legierung bestehenden Heizelementes· Die geringere
Hitze, die in der Hauptsache Ton dem keramisch-sa Heizelement
erzeugt wird, wird dann sum Wsrmhalten des Keehgtstes benutzt·
Die herkömmlichen selbsttätigen Kocheinriclrtungen weisen jedoch
den Baehteil auf, dass die vom keramischen Heizelement
erzeugte Hitze von der WiderstaJid-Temperatur-Kennlinie des
einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden keramischen Heizelementes abhängt* Wie aus der Figo2 zu ersehen ist,
ist im allgemeinen der positive Temperaturkoeffizient des
Widerstandes des halbleitenden Bäriumtitanates sehr -hoeiu !Die
herkömmlichen selbsttätigen Kocheinrichtungen weisen daher das
unerwünschte Merkmal auf, .dass die Menge der in der Hauptsache
aus dem keramischen Heizelement zugeführte Hitze im allgemeinen
zu klein ist, um das gekochte Kochgut warmzuhalten·
Um die gewünschte Temperatur-Widers tand-Kennlinie zum Warmhalten
zu erreichen» muss das halbleitende keramische Element
durch Brennen in der ümgebungsluft erzeugt werden« Die Erzeugung
von gleichartigen keramischen Elementen in großen Stückzahlen
durch Brennen in der TJmgebungsluft ist jedoch nicht durchführbar· Abweichungen bei der Widerstand-Temperatur-Kennlinie
können sieht vermieden werden· Eine weniger steile Widerstand-Temperatur-Kennlinie
führt dazu, dass der in der Nähe des keramischen Heiselementes gelegene Seil nur erwärmt wird,
während der am keramischen Heizelement gelegene feil zu stark
gekocht wird. Sin weiterer Sachteil herkömmlicher selbsttätiger
Kocheinrichtangen ist darin zu sehen, dass bei diesen Einrichtungen die Warahaltetemperatur nicht verändert werden kann·
Die Erfindung sieht daher vors
eine selbsttätige temperaturgesteuerte Kocheinrichtung ohne Heiaiskontakte, mit der ein Koehgut sowohl gekocht als auch
nach beendetem Kochen selbsttätig warmgehalten werden kann, wobei im besonderen das gekochte Gut mit einer gewünschten
Temperatur warm gehalten werden kann, die durch Einstellen des Widerstandes des den höheren Widerstand aufweisenden und
aus einer Legierung bestehenden Heizelementes verändert werden
kann.
Die Ziele der Erfindung werden mit einer selbsttätigen
elektrischen Kocheinrichtung mit einer Heizeinheit erreicht,
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die aus einem halbleitenden keramischen Element besteht, das
mit der Außenseite des Bedens eines Koehgefäßes in Berührung
steht, sowie aus einem einen kleinen Widerstand aufweisenden
Heizelement aus einer Legierung und aus einem einen großen Wideretand aufweisenden Heizelement aus einer Legierung, welche
Heizelemente einander nachgeschaltet sind, wobei das den großen
Widerstand aufweisende Heizelement zum halbleitenden keramischen Element parallelgeschaltet ist, und wobei beide aus Legierungen
bestehenden Heizelemente am Kochgefäß angebracht sind und dem im Kochgefäß befindliehen Koehgut Hitze zuführen.
Das halbleitende keramische Element besteht aus Sariumtitanat,
dessen elektrischer Widerstand kleiner ist als der Widerstand der aus Legierungen bestehenden Heizelemente bei Raumtemperatur,
welcher Widerstand in der Nähe der ferro elektrischen Übergangstemperatur
des keramischen Materials rasch ansteigt. Sie
Spannung-Strom-Kennlinie der Heizeinheit lässt den zum. Kochen erforderliehen Stromfluss zu, wonach der durch die Heizeinheit
fließende Strom plötzlich geschwächt wird, so dass das Koehgut
mit einer gegebenen Temperatur warmgehalten wird.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den
beiliegenden Zeichnungen ist die
Fig.1 «in Schaltplan für die temperaturempfindliche Heizanlage
nach der Erfindung,
Figo2 eine graphische Sarstellung der Temperaturabhängigkeit
des Widerstand·» eines halbleitenden keramischen Elementes mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des
Widerstandes, welches Element aus Bariumtitanat besteht,
Fig.3 eine graphische Sarstellung charakteristischer Kurven
Strom/Spannung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen und bei einer Parallels ehaltung des den hohen Widerstand
aufweisenden Heizelementes aus einer Legierung mit dem keramischen Element, und die
Fig.4 eine graphische Sarstellung der verschiedenen Arbeitspunkte der Heizeinrichtung bei verschiedenen ÜJemperatu-. ren·
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Bevor der Aufbau der selbsttätigen elektrischen Eicheinrichtung
nach der Erfindung beschrieben wird, soll sue rs t die neue
Heizeinrichtung unter Hinweis auf die !figuren 1-4 beschrieben werden«
Bei der in der 3Pige1 dargestellten Schaltung sind an die
Stromversorgungsklemmen angeschlossen ein aus einer legierung bestehendes Heizelement 1 mit einem kleinen Widerstand und ein
diesem nachgesehaltete« und aus einer Legierung bestehendes
Heizelement 2 mit einem großen Widerstand, wobei zum Heizelement 2 ein keramisches Element 3 parallelgeschaltet ist« Der
Warmhalteteil wird vom Heizelement 2 und vom keramischen Element
3 gebildet, während der Heizteil vom Heizelement 1 gebildet
wirde Sie beiden Heiselemente 1 und 2 bestehen aus einer
Legierung z.B. aus der Hi-Or-Legierung« Der keramische Widerstand
3 weist einen positiven Temperaturkoeffizient en des
Widerstandes auf und besteht aus einem keramischen Bariumtitanat-Körper,
dessen Widerstand temperaturabhängig nach der graphischen Darstellung in der Fig.2 ist. Der elektrische Widerstand
des halbleitenden keramischen Elementes ist kleiner als der Widerstand der beiden anderen Heizelemente bei der Baumtemperatur,
steigt jedoch bei einer bestimmten erhöhten Temperatur
plötzlich stark an und ist dann höher als der Widerstand der beiden, aus einer Legierung bestehenden Heizelemente.
Seiehe keramischen Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
aind an sich bekannt, z.B. aus den amerikanischen Patentschriften ITr* 3 044 968 und 2 981 699ο
Die Pig*3 zeigt die mit 4, 5, 6 und 7 bezeichneten charakteristischen
Spannung-Strom-Kiirven für das genanitits halbleitende keramische Element bei verschiedenen Umgebungstemperaturen,,
Di· Umgebungstemperaturen werden in der Eeihenfolge der
Kurven 4, 5, β und 7 immer höher. Mit 12 igt ä±e Spannung-Strom-Linie
für da« zum keramischen Element p©rall@lges©haltete und den größeren Widerstand aufweisende Heiselement bezeichnet.
Der durch das den größeren Widerstand aufweisende. Heiselement
fließende Strom wird mit dem inst eigen der angelegten
Spannung linear stärker und bleibt fast konstant in bessug auf
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die Temperatur des Heizelementes mit dem größeren Widerstand.
Da der durch das keramische Element fließende Strom mit dem Ansteigen der angelegten Spannung entsprechend stärker wird,
so steigt die Temperatur des keramischen Elementes selbst an.
tibersteigt diese Temperatur eines, bestimmten Wert, der von der
Zusammensetzimg des keramischen Elementes abhängt, so wird der durch das keramische Element fließende Strem schwächer, selbst
wenn die angelegte Spannung ansteigt. Die charakteristischen Spannung-Strem-Kurv.en steigen bei der Umgebungstemperatur und
bei niedrigen angelegten Spannungen steil an, wie aus der
Pig.3 zu ersehen ist. Bei einer hohen Umgebungstemperatur wird
bei einer niedrigen angelegten Spannung eine bestimmte Temperatur erreichte Wie aus der Pig.5 zu ersehen ist, fallen die
charakteristischen Spanrrung/Strom-Kurven des keramischen Elementes
mit dem Ansteigen der Umgebungstemperatur ab» Die Kreuzungspunkte zwischen d en Spannung/Strom-Kurven 4, 5, 6 und 7
mit der Linie 12 sind mit 8, 9, 10 und 11 bezeichnet. Wird an
die aus dem Heizelement mit dem größeren Widerstand und dem parallelg®s©halteten keramischen Element bestehende Warmhalteeinheit
eine niedrigere Spannung als die am Kreuzungspunkt bestehende Spannung angelegt, so sind die Spannung/Strom-Kunren
der Warmhalteeinheit ungefähr gleich den Kurven 4, 5» 6 und 7«>
Ist die angelegte Spannung höher als die am Kreuzungspunkt
bestehende Spannung, s© ändert sich die Spannung/Strom-Kurir©
der Warmhalteeinheit und ist ungefähr gleich der geraden
12»
Di® Iig.4 seigt die Arfcaitspimkt© der
Heis®inriab,tung mit dem keramischen Element, dem Heizelement
mit dem §ro*£eren Widerstand und mit fi@s dan kleinen Widerstand
Aufweisenden Heizelement^ wesra an die Hsis@ini?ie2itung· die
19 angelegt -wird· Bie
Elementes und de» tem großen
Höis©l@EQHt©a sini mit den glmlohan
in &®v !ig·3 dargestellt» Bi@ Belaatna@Bli&ie Wiia^stssid ®ufw@±s@M©a Hsis®lemeat©s Isis b©i-13 g Iß &®r Sapfixi® Teränöert si®M diese Belaötußgeliai© etwas mit der Umgebungstemperatur· Bi@®e ¥eränd@nmg ist j©ftoeb VernaeJilässigbar gering Is Vergleioh. ma. der- ä©a k@rami@@han. Elementes
Elementes und de» tem großen
Höis©l@EQHt©a sini mit den glmlohan
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Ein Arbeitspunkt wird gebildet von dem Schnittpunkt der Belastungslinie
des den kleinen Widerstand aufweisenden Heizelementes mit einer Spannung/Strom-Kurre der Warmhalteeinheit, die
aus dem keramischen. Element und dem Heizelement mit dem größeren
Widerstand besteht. Der Arbeitspunkt kann bestimmt werden von dem in der Heizeinrichtung fließenden Sttrom und von der
Spannung zwischen dem Heizelement mit dem kleinen Widerstand und dem Heizelement sit dem größeren Widerstand. Sie Spannung/
Strom-Kurven der Warahalteeinheit vändern sich in der Reihenfolge 4, 5, 6 und 7 bei ansteigender Umgebungstemperatur bei
einer angelegten Spannung, die niedriger ist als die von den
Kreuzungspunkten 8, 9, 10 und 11 bestimmten Spannungen; jjedoeh
bleibt die Spannimg/Strom-Linie 12 der Warmhalteeinheit fast
konstant ungeachtet der umgebungstemperatur bei einer angelegten Spannung, die höher ist als die von den Kreuzungspunkten
bestimmte Spannimg· Der Arbeitspunkt wandert daher in der Reihenfolge 14» 15j 16 und 17, während zugleich der Strom schwächer
wird, wie aus der Fig.4 zu ersehen ist, bis der Punkt 17
erreicht wird· Da die Belastungslinie am Punkt 17 die f angente an der Kurve 7 bildet, so wandert der Arbeitspunkt sofort vom
Punkt 17 aus zum Punkt 18, sobald die umgebungstemperatur die von der Kurve 7 bestimmte Temperatur übersteigt· Infolgedessen
sinkt die Stromstärke plötzlich ab, so dass die von der Heizeinrichtung
abgestrahlte Hitze absinkt. Vor dem plötzlichen Absinken der Stromstärke wurde die zum Kochen erforderliehe
Hitze vom Heizelement mit dem kleinen Widerstand erzeugt, während
nach dem plötzlichen Absinken der Stromstärke die zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche Wärme vom Heizelement
mit dem großen Widerstand erzeugt wird. Der Punkt 18 kann bestimmt werden als Schnittpunkt der Kurve 12 mit der Kurve 13
ungeachtet der charakteristischen Kurve für das keramische
Element· Besteht das den großen Widerstand aufweis ende Heizelement aas einen veränderbaren Widerstand, so kann die gewünschte
Warmhalte temperatur eingestellt werden»
Eine elektrische Kocheinrichtung, die die erfindungsgemäße Heizeinrichtung besitzt, kann selbsttätig die ODemperatur einer
gegebenen Menge Kochgut so bestimmen, dass das Kochgut bis zur
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Kochtemperatur erhitzt wird, die während der erforderlichen
Kochzeit aufrechterhalten wird, wonach das Kochgut bei einer
gewünschten Temperatur warmgehalten werden kann0
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung besteht aus einem
ander Außenseite des Bodens eines Koehgefäßes angebrachten
keramischen Element und aus zwei Heizelementen aus einer Hi-Ör-Legierungo Der elektrische Widerstand des keramischen
Elementes ist viel kleiner als der der Heizelemente bei einer
Raumtemperatur von 10 - 30G0 und wird viel größer als der
Widerstand der Heizelemente bei einer Temperatur oberhalb der-?
h jenigen Temperatur, bei der das Kochgut nach dem Kochen warm
gehalten wird. Ein erwünschtes Verhält .!es Widerstandes des
den kleinen Widerstand aufweisenden Heizelementes zum Widerstand des den großen Widerstand aufweisenden Heizelementes
liegt im Bereich von 1/2 bis 1/10· Beispielsweise können die
Widerstandswerte der beiden Heizelemente 20 0hm bezw· 120 0hm
betragen, während das keramische Element die Widerstand-Temperatur-Kennlinie nach der 3fig»2 aufweisen kann, wobei dessen
Widerstand bei Raumtemperatur 0,8 0hm und bei einer Temperatur von 200°0 8000 0hm beträgt« Bei dieser Heizeinrichtung stellt
das Heizelement mit dem Widerstand von 20 0hm die primäre
Wärmequelle dar, bis das Kochen beendet ist, während das Heizelement mit dem Widerstand von 120 Ohm die Wärmequelle zum
P Warmhalten des Kochgutes nach beendetem Kochen darstellt. Wird
an diese Heizeinheit zuerst eine Spannung von 100 Volt angelegt,
so verbraucht das Heizelement mit dem Widerstand von 20 0hm eine leistung von ungefähr 500 Watt und wird zum Kochen benutzte
Erhöht sich der Widerstand des keramischen Elementes, wobei die Stromstärke absinkt, so verbraucht das Heizelement mit dem
Widerstand von 20 0hm eine Leistung von 10 Watt, während das Heizelement mit dem Widerstand von 120 0hm eine leistung von
60 Watt verbraucht 9 welche beiden Elemente zum Warmhalten benutzt
werden» Die vom halbleitenden keramischen Element verbrauchte Leistung ist vernachlässigbar klein, da aufgrund des
Eigenwiderstandes von 800 Ohm durch das keramische Element nur ein sehr schwacher Strom fließt. Wird anstelle des den
feststehenden Widerstand von 120 0hm aufweisenden Heizelementes
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_ 9 —
ein Begelwiderstand von 40 - 200 Ohm verwendet, so kann die
zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche Leistung entsprechend eingestellt werden· .
Die erfindungsgemäße elektrische Kocheinrichtung mit der Heizeinrichtung nach der Erfindung weist den Vorzug auf, dass
die Stärke des durch die Heizeinrichtung fließenden Stromes
selbsttätig reguliert werden kann, ohne dass ein Heiaiskontakt
verwendet wird, während andererseits eine gewünschte Warmhaltetemperatur
eingestellt werden kann, wenn anstelle des den großen Widerstand aufweisenden Heizelementes ein Regelwiderstand
verwendet wird, und ferner kann ein keramisches Element
mit sehr verschiedenen Widerstand/Temperatur-Kennlinien verwendet werden, da die zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche
Hitze vom Widerstand des den großen Widerstand aufweisenden
Heizelementes bestimmt wird unabhängig von den Widerstand-Temperatur-Kennlinien des keramischen Elementes*
Patentansprüche
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Claims (1)
- • -f.1961811 - 10 -PatentansprücheSich selbsttätig regulierende Heizeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Widerstand mit einem kleinen Widerstandswert, durch einen, dem genannten Widerstand nachgeschalteten und einen großen Widerstandswert aufweisenden Widerstand, und durch einen Widerstand mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten, der parallelgesehaltet ist zu dem den großen Widerstandswert aufweisenden Widerstand·Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den hohen Widerstandswert aufweisende Widerstand aus einem Eegelwiderstand besteht, und dass der Widerstandswert des einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisenden Widerstandes kleiner ist als der Widerstand des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes bei einer ersten Umgebungstemperatur und größer als der Widerstandswert des den hohen Widerstandswert aufweisenden Widerstandes bei einer zweiten Umgebungstemperatur.Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisende Widerstand aus einem halbleitenden keramischen Element aus Bariumtitanat besteht, dessen Widerstandswert kleiner ist als der Widerstandswert des den kleinen Widerstandswert aufweisenden Widerstandes bei Raumtemperatur, und dessen Widerstandewert größer ist als der Widerstandswe des den hohen Wideretandswert aufweisenden Widerstandes bei der f err ©elektrischen Übergangst emperatur des Widerstandes mit dem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten· .109819/10204. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Widerstandswertes des den niedrigen Wert aufweisenden Widerstandes zum Widerstandswert des den hohen Wert aufweisenden Widerstandes im Bereich von 1/2 bis 1/10 liegt«ο Elektrische Kocheinrichtung mit einer selbsttätigen Heizregulierungseinriehtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizregulierungseinrichtung aufweist einen einen hohen Widerstandswert aufweisenden Widerstand, dem ein einen niedrigen Widerstandswert aufweisender Widerstand naehgeschaltet ist, sowie ein zum Widerstand mit dem hohen Widerstandswert parallelgeschalteten Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, der mit der Eicheinrichtung thermisch verkoppelt ist»ο Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den hohen Wert aufweisende Widerstand aus einem Regelwiderstand besteht, der das gekochte Kochgut bei einer gewünschten Temperatur warmhält, dass der Regelwiderstand einen höheren Widerstandswert aufweist als der Widerstand mit einem kleinen Wert oder als der Widerstand mi1r dem positiven Temperaturkoeffizienten bei der Raumtemperatur, welcher genannte wert jedoch kleiner ist als der Widerstandswert des Widerstandes mit dem positiven Temperaturkoeffizienten nach beendetem Kochen.7ο Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand mit dem positiven Temperaturkoeffizient en aus einem halbleitenden keramischen Element aus Bariumtitanat besteht, dessen Widerstandswert kleiner ist als der Widerstandswert des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes bei Raumtemperatur, und dessen Widerstandswert größer ist als der Widerstand des den großen Wert aufweisenden Widerstandes bei· der Curie-Temperatur des Widerstandes mit dem positiven Temperaturekoeffizienten»109819/10208«. Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes zum Widerstandswert des den hohen Wert aufweisenden Widerstandes im Bereich von 1/2 bis 1/1O liegt.109819/1020Leerseite
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1970
- 1970-06-16 NL NL707008792A patent/NL154846B/xx not_active IP Right Cessation
- 1970-06-26 FR FR7023823A patent/FR2051393A5/fr not_active Expired
- 1970-06-29 GB GB3143370A patent/GB1312088A/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3113545A1 (de) * | 1981-04-03 | 1982-10-21 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Sicherheitsthermostat fuer heizer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS4932397B1 (de) | 1974-08-29 |
NL7008792A (de) | 1970-12-29 |
US3651308A (en) | 1972-03-21 |
GB1312088A (en) | 1973-04-04 |
FR2051393A5 (de) | 1971-04-02 |
CA930403A (en) | 1973-07-17 |
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