DE2643658B2

DE2643658B2 - Temperaturregelvorrichtung

Info

Publication number: DE2643658B2
Application number: DE19762643658
Authority: DE
Inventors: Abdullah 6831 Reilingen Hamadeh
Original assignee: Ranco Inc
Current assignee: Robertshaw US Holding Corp
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2643658A1; IT1085461B; FR2350643A1; GB1583140A; FR2350643B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturregelvorrichtung mit einem Thermistor als Temperaturfühler, welcher in eine elektronische Brückenschaltung geschaltet ist, einer Temperaturregeleinheit mit einem Operationsverstärker, welcher eine Schalteinheit betätigt, und einer einen Verstärker enthaltenden, auf einen Thermistorbruch ansprechende Sicherheitsschaltung zwischen der elektronischen Brückenschaltung und dem Operationsverstärker. Derartige Temperaturregelvorrichtungen finden insbesondere Verwendung bei He=- zungsanlagen, Warmwasserbereitungsanlagen und dergleichen, können jedoch in modifizierter Form auch für Kühlanlagen verwendet werden.

Eine Temperaturregelvorrichtung dieser Art ist beispielsweise durch die DE-AS 22 63 018 bekanntgeworden.

Weiter ist durch die DE-OS 15 88 431 eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schaltzustandes von mindestens zwei Schaltstrecken bekanntgeworden, bei welcher Eingänge und Ausgange von Schaltverstärkern auf antivalenten Schaltzustand überwacht werden und die Nichterfüllung der Antivalenzbedingung das Vorliegen eines Fehlers bedeutet und von einer Überwachungsschaltung erfaßt wird. Hierzu liegen die Schaltstrecken in einem Zweig einer Brückenschaltung, in deren Diagonalen die Basis-Emitterstrecke eines Transistors angeordnet ist, während an dem Verbindungspunkt von zwei Widerständen eines anderen Zweiges der Brückenschaltung die Emitter-KoHektorstrecke eines weiteren Transistors angeschlossen ist

Infolge der geringen Sicherheit bekannter TemperaturregeWorrichtungen war es bisher üblich und teilweise vorgeschrieben, wenigstens zwei Temperaturfühler vorzusehen. Außerdem ist es bei bekannten Temperaturregelvorrichtungen üblich, eine Handrückstellung einer Sicherheitsschalteinheit vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturregelvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche einfacher zu warten und ggf. zu reparieren ist und welche eine größere Betriebs- und Abschaltsicherheit durch Anwendung des Antivalenzprinzips aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu der Temperaturregeleinheit eine über den gleichen Thermistor gesteuerte Sicherheitsschalteinheit mit einem weiteren Operationsverstärker vorgesehen ist und die beiden Operationsverstärker zwei entgegengesetzt schaltende Schalteinheiten betätigen, und daß der gleiche Thermistor ein Anzeigeinstrument für die Temperatur steuert.

Die Verwendung der elektronischen Brückenschaltung in Verbindung mit den beiden Operationsverstärkern stellt sicher, daß bei einem Versagen einzelner Schaltkreiselemente der Brückenschaltung ein Ausschaltbefehl gegeben wird. Dadurch, daß die Operationsverstärker zwei entgegengesetzt schaltende Schalteinheiten betätigen, ist andererseits sichergestellt, daß ein Versagen einer dieser Schalteinheiten zu einem Abschalten der gesamten Temperaturregelanlage führt. Die Verwendung eines einzigen Thermistors als Temperaturfühler hat den Vorteil, daß für alle Funktionen der Temperaturregelvorrichtung die exakt gleiche Meßgröße zugrunde liegt.

Die Temperaturregelvorrichtung ist zweckmäßig so aufgebaut, daß die Schalteinheiten Relais sind und daß das Relais der Temperaturregeleinheit Ruhestromkontakte und das Relais der Sicherheitsschalteinheit Arbeitsstromkontakte aufweist. Bei einer derartigen Temperaturregelvorrichtung werden durch eine Einspeisung des Relais der Temperaturregeleinheit die zugehörigen Relaiskontakte geöffnet, was dazu führt, daß die Temperatur nicht weiter erhöht wird. Das Einspeisen des Relais der Sicherheitsschalteinheit führt zum Schließen von dessen Kontakten, was zu einem Abschalten der Anlage führt. Sollten sich die Kontakte des Relais der Temperaturregeleinheit miteinander verschweißen, so steigt die Temperatur so lange an, bis

das Relais der Sicherheitsschalteinheit die Anlage abschaltet Sollten sich andererseits die Kontakte des Relais der Sicherheitsschalteinheit miteinander verschweißen, so führt dies zu einem Abschalten der Anlage.

Die elektronische Brückenschaltung weist zweckmäßig wenigstens drei Spannungsteiler auf, von denen der zweite Spannungsteiler den Thermistor enthält, der erste und zweite Spannungsteiler eine erste Diagonalspannungsbrücke zum Steuern der Temperaturregelein- ι ο heit bilden und der zweite und dritte Spannungsteiler eine Diagonalspannungsbrücke zum Steuern der Sicherheitsschalteinheit bilden.

Weiter können der zweite Spannungsteiler und ein vierter Spannungsteiler eine Meßbrücke bilden, an welche das Anzeigeinstrument für die Temperatur angeschlossen ist Eine Änderung des Widerstandswertes des in dem zweiten Spannungsteiler enthaltenen Thermistors verstimmt die Meßbrücke und führt zu einer Temperaturanzeige an dem AnzeigeinstrumenL

Der Aufbau der elektronischen Brückenschaltung mit wenigstens drei Spannungsteilern, welche zwei Diagonalspannungsbrücken bilden, führt dazu, daß bei einem Kurzschluß des Thermistors die Sicherheitsschalteinheit anspricht und die Anlage abgeschaltet wird.

Weiter ist die elektronische Briickenschaitung der erfindungsgemäßen Temperaturregelvorrichtung vorzugsweise so aufgebaut, daß in dem ersten und dritten Spannungsteiler gemeinsam verstellbare Potentiometer vorgesehen sind. Diese Potentiometer dienen der jo gemeinsamen Einstellung des Regel- bzw. Ansprechbereichs der Temperaturregeleinheit und der Sicherheitsschalteinheit.

Schließlich ist zweckmäßig im Ausgang des Operationsverstärkers der Sicherheitsschalteinheit eine Schal- tung zum Überwachen des Operationsverstärkers vorgesehen. Diese Schaltung löst bei einem Kurzschluß im Eingang des Operationsverstärkers die Sicherheitsschalteinheit aus, wodurch die Anlage abgeschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Temperaturregelvorrichtung bietet den Vorteil eines sehr einfachen und billigen Aufbaus des Temperaturfühlers. Darüber hinaus läßt sich eine schnell ansprechende Regelung erreichen, welche auf elektromechanischen! Wege nicht erreichbar ist. Dies ist insbesondere wichtig für moderne Anlagen mit kleinem Wasserreservoir, bei welchem rasche Temperaturanstiege auftreten.

Die Schaltung der erfindungsgemäßen Temperaturregelvorrichtung weist die Sicherheit auf, daß die Anlage bei Temperaturfühler- oder Leitungsbruch, bei Temperaturfühlerkurzschluß, bei Versagen der Schaltkreiselemente und der Schalteinheiten bzw. Verschweißen der Relaiskontakte und bei Versagen der Operationsverstärker immer abschaltet Durch die Benutzung nur eines einzigen Temperaturfühlers für die Steuerung der Temperaturregeleinheit und der Sicherheitsschalteinheit ist gewährleistet, daß die Sicherheitsschalteinheit immer voll einsatzfähig ist Bei Auftreten von Fehlern schaltet die Temperaturregelvorrichtung immer auf die Sicherheitsseite, d. h. die Anlage wird immer bo abgeschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Tempexaturregelvor- b5 richtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 vier Spannungsteiler, welche in der Temperaturregelvorrichtung nach F i g. 1 zu zwei Diagonalspan- nungsbrücken und einer Meßbrücke zusammengeschaltet sind, und

Fig.3 ein Schaltbild der TemperaturregelvorrichtungnachFig. 1.

In F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Temperaturregelvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt Ein Netzteil 5 speist vier Spannungsteiler 1,2,3 und 4. Der Spannungsteiler 2 wird von einem Temperaturfühler 6 beeinflußt. Diese Beeinflussung erfolgt dadurch, daß als Temperaturfühler 6 ein Thermistor Rmv vorgesehen ist welcher einen Teil des Spannungsteilers 2 bildet

Der Spannungsteiler 2 und der Spannungsteiler 4 bilden zusammen eine Meßbrücke, an welche ein Anzeigeinstrument 7 angeschlossen ist

Der Spannungsteiler 1 und der Spannungsteiler 2 bilden zusammen eine erste Diagonalspannungsbrücke, welche über eine Sicherheitsschaltung 8 auf einen ersten Operationsverstärker 9 geschaltet ist Der als Differenzverstärker ausgebildete Operationsverstärker 9 arbeitet auf ein Relais 10 mit Ruhestromkontakten. Bei Durchschalten des Operationsverstärkers 9 werden damit die Kontakte des Relais 10 geöffnet Der Operationsverstärker 9 samt zugehöriger Beschallung und das Relais 10 stellen die Temperaturregeleinheit 11 der Tempcraturregelvorrichtung dar. Durch das öffnen der Kontakte des Relais 10 wird das Hochfahren der Temperatur der Anlage unterbrochen.

Der Spannungsteiler 2 und der Spannungsteiler 3 bilden zusammen eine zweite Diagonalspannungsbrükke, welche über die bereits erwähnte Sicherheitsschaltung 8 auf einen ebenfalls als Differenzverstärker ausgebildeten zweiten Operationsverstärker 12 geschaltet ist Der Operationsverstärker 12 arbeitet auf ein zweites Relais 13, welches jedoch Arbeitsstromkontakte aufweist. Beim Durchschalten des Operationsverstärkers 12 werden die Kontakte des Relais 13 geschlossen und die Anlage abgeschaltet Ein erneutes Einschalten der Anlage kann erst dann erfolgen, wenn eine Einschaltsperre 14 manuell gelöst worden ist. Der Operationsverstärker 12 samt zugehöriger Beschallung, das Relais 13 und die Einschaltsperre 14 bilden zusammen die Sicherheitsschalteinheit 15 der Temperaturregelvorrichtung.

In F i g. 2 sind die vier Spannungsteiler der elektronischen Brückenschaltung dargestellt Der Spannungsteiler 1 enthält einen Widerstand R\2 im einen Spannungsteilerzweig und im anderen Spannungsteilerzweig einen Widerstand /?u, welcher mit der Parallelschaltung eines Widerstands Am und eines einstellbaren Potentiometers P3.1 in Reihe geschaltet ist

Der Spannungsteiler 2 enthält einen Widerstand R₆ im einen Spannungsteilerzweig und die Parallelschaltung eines Thermistors Rntc mit einem Widerstand R7 im anderen Spannungsteilerzweig. Die Spannungsteiler 1 und 2 sind in der Brückenschaltung zu einer Diagonalspannungsbrücke zusammengeschaltet, deren Punkte B und D zum ersten Operationsverstärker 9 geführt sind.

Der Spannungsteiler 3 enthält einen Widerstand Rw in Reihe mit der Parallelschaltung eines Widerstands ßi₅ und eines einstellbaren Potentiometers Pn im einen Spannungsteilerzweig und einen Widerstand An im anderen Spannungsteilerzweig. In der Brückenschaltung sind die Spannungsteiler 2 und 3 zu einer zweiten Diagonalspannungsbrücke zusammengeschaltet, deren Punkte C und D zu dem zweiten Operationsverstärker 12 geführt sind.

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Der vierte Spannungsteiler besteht aus einem Widerstand Ra im einen Spannungsteilerzweig und einem Widerstand Ä9 in Reihe mit einem einstellbaren Potentiometer P2 im anderen Spannungsteilerzweig. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers 4 ist über ein einstellbares Potentiometer P\ zu einem Punkt E geführt. Die Spannungsteiler 2 und 4 bilden zusammen eine Meßbrücke, zwischen deren Punkten fund D das Anzeigeinstrument 7 für die Temperatur liegt.

In der elektronischen Brückenschaltung der Temperaturregelvorrichtung liegen die Punkte P der Spannungsteiler 1,2,3,4 an der vom Netzteil 5 kommenden positiven Zuleitung, während die Punkte N an der vom Netzteil 5 kommenden negativen Zuleitung liegen.

Temperaturregelvorrichtung. Über einen Sicherheitstransformator 7>i wird die Wechselspannung des Netzes einem Brückengleichrichter π 1 zugeführt, welcher die Wechselspannung gleichrichtet. Über den Ausgang des Brückengleichrichters η 1 ist ein Glättungskondensator C3 und unter Zwischenschaltung eines Widerstands R₁₆ eine stabilisierende Zenerdiode Lh geschaltet Die soweit zu F i g. 3 beschriebenen Schaltkreiselemente bilden das Netzteil 5.

An den Punkten P und N sind die vier im Zusammenhang mit F i g. 2 näher beschriebenen Spannungsteiler 1,2,3,4 angeschlossen. Die Spannungsteiler 1 und 2 bilden eine erste Diagonalspannungsbrücken, deren Ausgang die Punkte D und B sind. Die Spannungsteiler 2 und 3 bilden eine zweite Diagonalspannungsbrücke, deren Ausgang die Punkte D und C sind. Zwischen den Punkt D und den Punkt N ist eine Zenerdiode Λ in Reihe mit einem Widerstand /?_!8 geschaltet Weiter ist der Punkt D über einen Widerstand Ra mit einem Punkt A verbunden. Zwischen dem Punkt A und dem Punkt N liegt die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors Ti, dessen Basis an dem Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode A und dem Widerstand R\s liegt.

Die Schaltkreiselemente A, Äis, A₄ und Γι bilden die Sicherheitsschaltung 8. Solang diese Sicherheitsschaltung 8 nicht anspricht, ist das Potential am Punkt A g!eich dem Potential am Punkt D.

Die erste Diagonalspannungsbrücke ist abgeglichen, wenn sich die Widerstandswerte der Spannungsteiler 1 und 2 derart entsprechen, daß die Ausgangsspannung zwischen den Punkten D bzw. A und B Null ist. In diesem Fall muß folgende Gleichung erfüllt sein:

^r7 ' ^rNTC

^rNTC

Pn +

Dabei sind hier wie auch im folgenden r und ρ die Widerstandswerte der entsprechenden Widerstände und Potentiometer mit gleichen Indices.

Die zweite Diagonalspannungsbrücke ist abgeglichen, wenn sich die Widerstandswerte der Spannungsteiler 2 und 3 derart entsprechen, daß die Ausgangsspannung zwischen den Punkten D bzw. A und C Null ist In diesem Fall muß folgende Gleichung erfüllt sein:

Pil ' ^r15 . ^r7 ' ^rKTC

P32 + ^₅

= r₆ - r_n .

Eine Temperaturänderung am Thermistor Rntc verstimmt die beiden Diagonalspannungsbrücken; hierdurch entstehen Spannungen an den Ausgängen der Diagonalspannungsbrücken zwischen den Punkten A, B und C Der Punkt A ist auf je einen invertierender Eingang der Operationsverstärker 9 und 12 geschaltet der Punkt B ist auf einen nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 und der Punkt C auf einen nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 geschaltet.

Die Spannungsteilerzweige sind so dimensioniert, daß bei Erreichen einer für die Temperaturregeleinheit 11 eingestellten Temperatur das Potential am Punkt A unter das Potential am Punkt B sinkt Hierdurch schalte! der als Schwellenwertschalter betriebene Operationsverstärker 9 mit dem Ausgang auf H-Potential, wodurch das Relais 10 stromlos wird, d. h. dessen Ruhestromkontakte geöffnet werden.

! 5 Übersteigt das Potential am Punkt Cdss Potential am Punkt A, so schaltet der Operationsverstärker 12 mit dem Ausgang auf //-Potential, wodurch seine Ausgangsspannung die Zenerspannung einer Zenerdiode D₁ im Ausgang des Operationsverstärkers 12 übersteigt.

Hierdurch entsteht am Gate eines folgenden Thyristors THYX Spannung. Der Thyristor THYX wird gezündet, das Relais 13 wird Stromdurchflossen, d. h. die Arbeitsstromkontakte des Relais 13 werden geschlossen. Hierdurch wird die Anlage abgeschaltet Dieser Zustand wird beibehalten, bis eine im Kreis des Thyristors THY1 und des Relais 13 liegende Drucktaste b 1 derart betätigt wird, daß der Thyristor für kurze Zeit stromlos wird, wodurch auch das Relais 13 stromlos wird. Der Thyristor THYX sperrt, bis an seinem Gate wieder Spannung ansteht Die Drucktaste b 1 ist so ausgebildet oder angebracht, daß sie nur mit Hilfe eines Werkzeugs oder Schlüssels betätigt werden kann. Die Zenerdiode A stellt sicher, daß der Thyristor THY \ nur dann zündet wenn der Operationsverstärker 13 auf

j5 //-Potential geht

Entsteht ein Bruch in dem Temperaturfühler, d. h. dem Thermistor R_Nrc oder in der Fühlerleitung, so geht das Potential am Punkt D auf seinen maximalen Wert und übersteigt die Spannung der Zenerdiode A, so daß der Transistor 7Ί leitend wird und am Punkt A Null-Potential ansteht. Damit sind die Potentiale an den Punkten B und C größer als am Punkt A und die Operationsverstärker 9 und 12 schalten auf //-Potential, so daß das Relais 10 stromlos und das Relais !3 stromdurchflossen wird. Die Anlage wird abgeschaltet Dieser Zustand bleibt erhalten, bis der Fehler vom Fachmann behoben worden ist und die Einschaltsperre durch Betätigung der Drucktaste b 1 gelöst wird.

Werden der Temperaturfühler, d. h. der Thermistor Rntc bzw. dessen Anschlußklemmen kurzgeschlossen, so erreicht das Potential am Punkt A seinen niedrigsten Wert, während das Potential an den Punkten B und C steigt. Die Operationsverstärker 9 und 12 schalten wieder auf //-Potential, so daß das Relais 10 stromlos und das Relais 13 stromdurchflossen ist Die Anlage wird abgeschaltet Dieser Zustand bleibt bestehen, bis der Fehler behoben und die Einschaltsperre durch Betätigung der Drucktaste b 1 gelöst worden ist

In dem Fall, daß der Operationsverstärker 9 versagt oder die Kontakte des Relais 10 verschweißen, arbeitet die Anlage so lange weiter, bis die maximal eingestellte Temperatur erreicht und das eingestellte Potential am Punkt C des Spannungsteilers 3 unterschritten wird.

Hierdurch schaltet der Operationsverstärker 12 auf //-Potential. Das Relais 13 wird stromdurchflossen, die Anlage wird abgeschaltet Dieser Zustand bleibt erhalten, bis der Fehler behoben und die Einschaltsperre durch Betätigung der Drucktaste b 1 gelöst wird.

Zum Überwachen des Operationsverstärkers 12 ist dessen Ausgang über einen Widerstand Λ20 auf die Basis eines Transistors T₂ geschaltet. Die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 7} liegt am Punkt N und über einen Widerstand Ä19 sowie den Widerstand R\t am Punkt P. Im normalen Betrieb ist der Transistor T2 durch die Offsetspannung des Operationsverstärkers 12 leitend und hat somit keinen Einfluß auf die Funktion der Sicherheitsschalteinheit 15. Ist jedoch der Eingang des Operationsverstärkers 12 kurzgeschlossen, so tritt an dessen Ausgang keine Offsetspannung auf. In diesem Fall sperrt der Transistor Γ2, so daß die über eine Diode D₆ an der Zenerdiode D₁ anliegende Spannung deren Zenerspannung übersteigt. Dadurch wird der Thyristor THY \ durchgeschaltet, das Relais 13 ist stromdurchflossen und die Anlage wird abgeschaltet.

Die Spannungsteiler 2 und 4 bilden eine Meßbrücke. Die Meßbrücke ist abgeglichen, d.h. die Spannung zwischen den Punkten D und E ist Null, wenn folgende Gleichung erfüllt ist:

'src +

Ändert sich die Temperatur am Thermistor Rmtc, so wird die Meßbrücke verstimmt und das Anzeigeinstrument 7 ist stromdurchf'ossen, d. h. die Fühlertemperatur wird angezeigt.

Um auch bei langsam auftretenden Temperaturänderungen ein exaktes Umschalten des Operationsverstärkers 9 zu erreichen, ist über dem Operationsverstärker 9 ein Rückkopplungswiderstand Ä17 vorgesehen. Durch diese Rückkopplung wird auch die Schwingneigung verringert. Die Schalthysterese ist durch die Dimensionierung der Schaltung auf etwa 2° C festgelegt und läßt sich durch Ändern, des Rückkopplungswiderstandes Ru variieren.

Weitere Einzelheiten der Schaltung gehen aus F i g. 3 hervor und bedürfen keiner ergänzenden Erläuterung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ι ο 15 20 Patentansprüche:

1. Temperaturregelvorrichtung mit einem Thermistor als Temperaturfühler, welcher in eine elektronisehe Brückenschaltung geschaltet ist, einer Temperaturregeleinheit mit einem Operationsverstärker, welcher eine Schalteinheit betätigt, und einer einen Verstärker enthaltenden, auf einen Thermistorbruch ansprechende Sicherheitsschaltung zwischen der elektronischen Brückenschaltung und dem Operationsverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Temperaturregeleinheit (11) eine über den gleichen Thermistor (Rntc) gesteuerte Sicherheitsschalteinheit (15) mit einem weiteren Operationsverstärker (12) vorgesehen ist und die beiden Operationsverstärker (9,12) zwei entgegengesetzt schaltende Schalteinheiten (10,13) betätigen, und daß der gleiche Thermistor (Rntc) ein Anzeigeinstrument (7) für die Temperatur steuert

2. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheiten Relais (10, 13) sind, und daß das Relais (10) der Temperaturregeleinheit (11) Ruhestromkontakte und das Relais (13) der Sicherheitsschalteinheit (15) Arbeitsstromkontakte aufweist

3. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Brückenschaltung wenigstens drei Spannungsteiler (1, 2, 3) aufweist, von denen der zweite Spannungsteiler (2) den Thermistor (Rntc) enthält, der erste und zweite Spannungsteiler (1,2) eine erste Diagonalspannungsbrücke zum Steuern der Temperaturregeleinheit (U) bilden und der zweite und dritte Spannungsteiler (2, 3) eine zweite Diagonalspannungsbrücke zum Steuern der Sicherheitsschalteinheit (15) bilden.

4. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsteiler (2) und ein vierter Spannungsteiler (4) eine Meßbrücke bilden, an welche das Anzeigeinstrument (7) für die Temperatur angeschlossen ist.

5. Temperaturregelvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten und dritten Spannungsteiler (1, 3) gemeinsam verstellbare Potentiometer (P3.1, P₃₂) vorgesehen sind.

6. Temperaturregelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgang des Operationsverstärkers (12) der Sicherheitsschalteinheit (15) eine Schaltung zum Überwachen des Operationsverstärkers (12) vorgesehen ist.

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