Verwandte Anleitungen für Sauter AXT211
Inhaltszusammenfassung für Sauter AXT211
- Seite 1 SAUTER AXT211 Regelungsrichtlinien Handbuch 7010082001 A Diese Anleitung entspricht dem aktuellen Produktindex A. Änderungen vorbehalten. 7010082001 A...
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Seite 3: Inhaltsverzeichnis
AXT211 Inhalt 1 Zu diesem Handbuch Zweck dieses Dokuments Zum Aufbau dieses Dokuments Weiterführende Dokumente 2 Sicherheitshinweise Unsachgemässe Installation Bestimmungsgemässer Gebrauch Gebrauchshinweise für dieses Handbuch. 3 Funktion Zubehör 4 Einleitung 5 Allgemeine Definitionen Thermischer Kleinventilantrieb 5.1.1 Vollhub 5.1.2 Teilhub Ventilkennlinie 5.2.1... - Seite 4 6.5.3 SAUTER Ventile mit linearer Kennlinie 6.5.4 Druckunabhängiges Regelventil mit linearer Kennlinie Strecke Zeitkonstante der Strecke „τ“ ermitteln 7 Auswahl der Komponenten für eine Regelung mit AXT211 Anwendungsbereiche für AXT211 7.1.1 Regelung von schnellen Strecken 7.1.2 Regelung von moderaten Strecken 7.1.3...
- Seite 5 AXT211 Optimierung der Regelgüte 9 Fehlerbehebung der Regelung Raumtemperatur schwingt langsam 9.1.1 PWM Periode 9.1.2 I-/D-Anteil Raumtemperatur schwingt schnell 9.2.1 P-Band Einstellung 9.2.2 Reaktionszeit der Strecke Sollwert wird nicht erreicht 9.3.1 I-Anteil 9.3.2 BIAS 9.3.3 P-Band Einstellung 9.3.4 Energiebegrenzer 10 Referenzen...
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Seite 7: Zu Diesem Handbuch
Möglichkeiten zur Regelung des AXT211 vorgestellt, dann werden Stellglieder einschliesslich Energiebegrenzer und Ventile dargestellt. Zum Schluss dieses Kapitels werden wichtige Merkmale der Strecke erklärt. • Kapitel 7 widmet sich der Regelung mit dem thermischen Antrieb AXT211. Die Auswahl und Einstellung der einzelnen Komponenten des Regelkreises wird diskutiert. •... - Seite 8 AXT211 8/58 7010082001 A...
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Seite 9: Sicherheitshinweise
Laien sicher angewendet und bedient werden kann. Die Installation hat so zu erfolgen, dass zu keiner Zeit und unter keinen Umständen Menschen, Tiere oder die Umwelt gefährdet werden können. Der AXT211 darf nur dann in Betrieb genommen werden, wenn sichergestellt wurde, dass die Anlage sicher betrieben werden kann und alle örtlich geltenden Normen und Richtlinien voll erfüllt... - Seite 10 AXT211 10/58 7010082001 A...
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Seite 11: Funktion
AXT211 Funktion Funktion Der thermische Ventilantrieb AXT211 dient zur Betätigung von Durchgangs- und 3-Wegeventilen. Für Regler mit schaltendem Ausgang, 2-Punktsteuerung oder quasistetige Regelung mit „Puls-Pause“-Taktsignal, in Verbindung mit Einzelraum- Regelsystemen. Zubehör Beschreibung Stecker mit verschiedener Kabellänger für thermischen Antrieb 0550602801 Stecker mit Kabel weiss 0,8 m, PVC H03VV, Ø... - Seite 12 AXT211 Funktion 0550394001 Adapter zur Montage auf Giacomini-Ventile Typ R450, R452, R456 und Programm 0550399001 Adapter-Set bestehend aus: Erhöhte Bajonettmutter schwarz M30 x 1,5 (alle Hersteller M30 x 1,5), erhöhte Bajonettmutter grau M28 x 1,5 (alle Hersteller M28 x 1,5), erhöhte Bajonettmutter weiss M30 x 1,0 (z.B. Oventrop, Beulco), 2 Stk. N Einsätze (schwarz) und 2 Stk.
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Seite 13: Einleitung
AXT211 Einleitung Einleitung Der AXT211 kann entweder ganz auf oder ganz zu gesteuert werden. Die Übernahme einer Zwischenstellung kann nicht sichergestellt werden (dieses wird in Kapitel 6.1untersucht), weshalb er auch 2-Punkt Antrieb genannt wird. Weiterhin werden die Eigenschaften der Positionssteuerung des thermischen Antriebs AXT211 (2-Pkt.) unter unterschiedlichen Spannungsversorgungen... - Seite 14 AXT211 14/58 7010082001 A...
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Seite 15: Allgemeine Definitionen
AXT211 Allgemeine Definitionen Allgemeine Definitionen In diesem Kapitel werden Begriffe erklärt, die in diesem Handbuch gängig sind. Die Begriffe sind nach Themenbereichen geordnet und innerhalb eines Themenbereichs alphabetisch sortiert. Thermischer Kleinventilantrieb Der Stellantrieb besteht grundsätzlich aus einem elektrischen Heizelement und einem überlaufsicheren Ausdehnungselement, das seinen Hub direkt auf das angebaute Ventil überträgt. -
Seite 16: Ventilkennlinie
AXT211 Allgemeine Definitionen Ventilkennlinie Unter der Kennlinie einer Regelarmatur versteht man die Abhängigkeit des Durchflusses vom Stellweg. Eine Durchflussänderung wird durch Veränderung des Drosselquerschnittes erreicht. Der Kvs-Wert ist der gemessene Durchfluss von Wasser (5 bis 30 °C) in m /h bei einem Druckverlust von 1 bar und bei maximaler Öffnung der Regelarmatur. -
Seite 17: Lineare Kennlinie
Bei der linearen Kennlinie entspricht der Hub in Prozenten dem Durchfluss in Prozenten, das heisst bei einem Hub von 50 % ist auch der Durchfluss 50 % des maximal möglichen Durchflusses. Durchflusswerte gelten bei einem Druckverlust von 1bar durch das Stellventil, Wasser 5…30ºC. [SAUTER, 7000477001] Abb. 5 Lineare Kennlinie eines Ventils Begriffe der Regelungstechnik 5.3.1 2-Punkt Regler... -
Seite 18: P-Regler
Allgemeine Definitionen 5.3.3 P-Regler Der Proportionalregler (P-Regler) verstärkt die Regelabweichung e(t) mit einem festen Faktor. In Schulungsunterlagen der Firma Sauter wird dieser Faktor Übertragungsbeiwert des Reglers (K ) oder auch Proportionalbeiwert (K genannt. Der P-Regler wird oft zusätzlich mit einem BIAS/Offset aufgeschaltet, d.h. -
Seite 19: Quasistetige Regelung
AXT211 Allgemeine Definitionen 5.3.6 Quasistetige Regelung Quasistetige Regelung ist die Bezeichnung für einen Regelungsvorgang, in dem entweder der Regler oder das Stellglied unstetig ist. Die Regelgrösse hat aber ein stetiges Verhalten das sich nur wenig von einem Vorgang mit einem stetigen Regler und Stellglied unterscheidet [Schramek 2009]. -
Seite 20: Regelung
Abb. 8 Blockschaltbild eines Regelkreises 5.3.13 Stellglied Auch Stellantrieb, Stellventil oder Stellgerät genannt [SAUTER, 2009]. Zum Stellglied zählen alle Geräte und Apparate die es ermöglichen dass die vom Regler kalkulierte Stellgrösse u(t) physikalisch umgesetzt wird. Z.B. bei der Raumtemperaturregelung besteht das Stellglied aus Antrieb, Ventil, Hydraulik und Wärmetauscher. -
Seite 21: Stetiger Regler
5.3.18 Totzeit Totzeit T entsteht durch die Zeitverzögerung eines Signals, wie z.B. durch Lauf- und/oder Transportzeit. Eine Änderung des Eingangssignals wird in voller Höhe aber zeitversetzt am Ausgang wirksam [SAUTER, 2009]. Abb. 10 Totzeitglied 5.3.19 Unstetiger Regler Bei dem unstetigen Regler, auch Schaltende- oder Stufen-Regler genannt, kann das Reglerausgangssignal bzw. -
Seite 22: Pulsweitenmodulation
Pulsanteil Abbildung 12 zeigt ein pulsweitenmoduliertes Signal, das verwendet werden könnte um den AXT211 Antrieb zu steuern. Eingang zur PWM ist der Pulsanteil (unten am Bild), der vom stetigen Regler vorgegeben wird. Ausgang des PWMs ist das Schaltsignal (oben am Bild) das verwendet wird z.B. um einen Relais zu steuern, mit dem der Antrieb verbunden ist. -
Seite 23: Einschaltverhältnis E
AXT211 Allgemeine Definitionen 5.4.1 Einschaltverhältnis E siehe 5.4.4 5.4.2 Impulsdauer siehe 5.4.5 5.4.3 Periodendauer T siehe 5.4.7 5.4.4 Pulsanteil Auch Tastverhältnis genannt, gibt an wieviel Prozent während einer Periode die Spannung aufgeschaltet ist. Wird mit folgender Gleichung abgebildet: Pulsanteil = 5.4.5 Pulsbreite... -
Seite 24: Taktsignal
AXT211 Allgemeine Definitionen 5.4.11 Taktsignal Ein Taktsignal (engl. clock signal, oder nur clock) ist ein Signal, das zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs von Aktionen dient. [Schulz, 2007]. Je nach Anwendung kann das Taktsignal sich mit fester Frequenz wiederholen (periodisch wie z.B. bei der Pulsweitenmodulation) oder auch aperiodisch sein. Abbildung 13 zeigt unterschiedliche periodische Taktsignale mit Periode T. -
Seite 25: Regelkreiselemente Im Bezug Auf Axt211
Struktur eines Regelkreises Steuerung 6.1.1 Positionssteuerung Die Annahme jeder gewünschten Antriebsposition des AXT211 kann mit einer Steuerung nicht sichergestellt werden, da der Steuerbereich sehr schmal ist, d.h. die Änderung der Antriebsposition von 0 auf 100% erfolgt für das Stellsignal „u“ innerhalb eines sehr kleinen Bereich, wie es qualitativ auf Abbildung 15 dargestellt wird. -
Seite 26: Regelung
6.2.2 Quasistetige Regelung Unter quasistetiger Regelung versteht man die Raumtemperaturregelung mit dem AXT211 in Verbindung mit einem stetigen Regler wie z.B. P-, PI-, PD- oder PID-Regler). Die vom Regler berechnete Stellgrösse wird mittels Pulsweitenmodulation (PWM) auf ein Ein/Aus Signal moduliert, das den Antrieb mit Spannung versorgt (Signal ein) oder nicht (Signal aus). -
Seite 27: Stetige Regelung
In diesem Abschnitt wird eine Möglichkeit zur Reduktion der zugeführten Energie für die Steuerung des AXT211 Antriebs untersucht. Der AXT211 kann mehr Energie aufnehmen als für eine Öffnung notwendig ist. Folge davon ist, dass die Abkühlung und somit die Schliesszeit sich unnötig vergrössert. - Seite 28 Umgebungstemperatur parametriert werden, wie es später in diesem Kapitel beschrieben wird. Reglersignale welche kürzer als 120 Sekunden sind, werden unverändert vom Energiebegrenzer an der AXT211 weitergegeben, wie es auf Abbildung 19 dargestellt ist. In diesem Fall kommt der Energiebegrenzer nicht zum Einsatz. Abb. 18 Energiebegrenzer im Einsatz: Einganssignal mit über 120 Sekunden Dauer...
- Seite 29 Die Farbe dunkelblau steht für kurze Zeiten, also schnelles Verhalten des Antriebes während dunkelrot für längere Zeiten (und somit langsames Verhalten) steht. So ist z.B. die Öffnungszeit des AXT211 mit 29V Spannung kürzer als mit 19V (Abbildung 20). Die roten und dunkelroten Bereiche sollten für die Regelung mit AXT211 vermieden werden, da sonst keine gute Regelgüte erreicht werden kann.
- Seite 30 AXT211 Regelkreiselemente im Bezug auf AXT211 Legende für die Öffnungs-/Schliesszeiten Kurz Lang Abb. 20 Zusammenhang AXT2 Öffnungszeit mit Spannung und Pulsanteil Energiebegrenzer 30/58 7010082001 A...
- Seite 31 In Tabelle 1 werden Einstellungen für den Pulsanteil des Energiebegrenzers empfohlen, sodass für den zugelassenen Spannungsbereich (24V +/-20%) und Umgebungstemperatur (0 bis 50°C): 1. der AXT211 mindestens 80% des maximalen Hubs immer ausfährt 2. die Schliesszeiten möglichst kurz bleiben 3. die Öffnungs-/Schliesszeiten möglichst ähnlich sind, was zur Stabilität des Regelkreises beiträgt.
- Seite 32 AXT211 Pulsanteil des Energiebegrenzers [%] Umgebungstemperatur [-°C] Ist die Umgebungstemperatur des AXT211 bekannt, dann sollte der Pulsanteil des Energiebegrenzers gemäß Tabelle 1 eingestellt werden. Falls die Temperatur des Einsatzortes unbekannt ist, dann sollte die Einstellung für Umgebungstemperatur 25°C verwendet werden.
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Seite 33: Energiebegrenzer Case Engine Plan Für Ey3600
AXT211 Regelkreiselemente im Bezug auf AXT211 6.3.1 Energiebegrenzer CASE Engine Plan für EY3600 Ein möglicher CASE Engine Plan für den Energiebegrenzer welcher mit einer Station Ecos200 verwendet werden könnte, ist in Abbildung 22 beispielhaft angegeben. Abb. 22 Energiebegrenzer CASE Engine für Ecos 200 •... -
Seite 34: Energiebegrenzer Case Engine Plan Für Modulo
AXT211 Regelkreiselemente im Bezug auf AXT211 6.3.2 Energiebegrenzer CASE Engine Plan für Modulo 5 Ein möglicher CASE Engine Plan für den Energiebegrenzer welcher mit einer Station modu525 verwendet werden könnte, ist in Abbildung 23 angegeben. Abb. 23 Energiebegrenzer CASE Engine Plan für modu525 •... -
Seite 35: Axt211
AXT211 Regelkreiselemente im Bezug auf AXT211 AXT211 Der AXT211 ist ein thermischer Antrieb für die Betätigung von Durchgangs- und 3-Wege-Ventilen der Baureihen VCL, VUL, BUL, VUT, BUT, VXL und BXL oder gängigen Kleinventilen von Fremdherstellern. Dieser Antrieb eignet sich für den Einsatz von Reglern mit schaltendem Ausgang, 2-Punkt-Steuerung oder quasistetige Regelung mit „Puls-Pause“... - Seite 36 Lebensdauer bei Lebensdauer bei Lebensdauer zu Lebensdauer bei Dauerbetrieb Dauerbetrieb > 10 Jahren gering Dauerbetrieb > 10 Jahren < 10 Jahren PWM Periodendauer [Minuten] Abb. 24 Errechnete Lebensdauer des AXT211 mit EB 60% als Funktion der PWM Periode 36/58 7010082001 A...
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Seite 37: Pwm Periode T Für Den Axt211
AXT211 in der Regel noch ca.70% von einem Vollhub fahren (ca. -3dB im Amplitudengang). Die Ansteuerung des AXT211 mit PWM Periode kleiner als T0 kann dazu führen, dass die Frequenz des Stellsignals ausserhalb der Bandbreite des Antriebes liegt, sodass keine Übertragung des Stellsignals auf den Hub des Antriebes erfolgt. -
Seite 38: Sauter On / Off Ventile
VXL: Klein-Durchgangsventil. Einsatzgebiete: • On/Off Ventile dienen vorzugsweise zur Regelung von Heizzonen, Luftnachbehandlungsgeräten und Radiatoren in Verbindung mit dem thermischen Kleinventilantrieb AXT211. Nur bedingt einsetzbar sind sie mit den stetigen Antrieben AXS 215S oder dem Motor-Kleinventilantrieb AXM 117(S). BXL: Klein-Dreiwegventil. Einsatzgebiete: •... -
Seite 39: Sauter Ventile Mit Linearer Kennlinie
Kühlzonen, Luftnachbehandlungsgeräten und Gebläsevektoren in geschlossenen Kreisläufen, kleinen Nachwärmern und Nachkühlern, in Verbindung mit dem stetigen Antrieb AXS215S oder dem Motor-Kleinantrieb AXM117(S). Nur bedingt mit dem thermischen Kleinantrieb AXT211. BUT: Klein-Dreiwegventil mit und ohne Bypass T-Stück. Einsatzgebiete: • Kleinventil mit annähernd linearer Kennlinie zur Regelung von Heiz- bzw. -
Seite 40: Strecke
Sonneneinstrahlung. Der Ausgang dieser Strecke ist die Raumtemperatur. Zeitkonstante der Strecke „τ“ ermitteln Da der AXT211 Antrieb eine Zeitkonstante „τ“ besitzt, d.h. er benötigt eine gewisse Zeit bis er auf ein Steuersignal reagiert, ist das Verhalten des geschlossenen Regelkreises unterschiedlich, je nachdem ob der Antrieb in Kombination mit einer langsamen Strecke oder mit einer schnellen Strecke angewandt wird (auf dieses Thema wird in Kapitel 7 eingegangen). -
Seite 41: Auswahl Der Komponenten Für Eine Regelung Mit Axt211
AXT211 Auswahl der Komponenten für eine Regelung mit AXT211 Auswahl der Komponenten für eine Regelung mit AXT211 Dieses Kapitel soll in erster Linie einen Überblick verschaffen über sinnvolle Zusammenstellungen von Antrieb, Ventil und Regler für die Regelung einer bestimmten Strecke (siehe Abbildung 25). Zudem soll es als Leitfaden für den Planer dienen der die Komponenten für die Regelung einer Strecke auswählt. -
Seite 42: Anwendungsbereiche Für Axt211
Auswahl der Komponenten für eine Regelung mit AXT211 Anwendungsbereiche für AXT211 Der Antrieb AXT211 ist geeignet für die Anwendung mit Regelstrecken, deren Zeitkonstante grösser als 25 Minuten ist. Solche Strecken werden in diesem Handbuch als moderate und langsame Regelstrecken definiert. -
Seite 43: Regelung Von Schnellen Strecken
Antriebes wirkt auf die Schwingungsamplitude, d.h. Antriebe mit langen Laufzeiten verursachen grössere Raumtemperaturschwingungen. Aus diesem Grund wird die Regelung von schnellen Strecken mit dem AXT211 nicht empfohlen. Die Stabilität des geschlossenen Regelkreises kann in diesem Fall nicht sichergestellt werden. Für solche Strecken eignen sich die Antriebe AXS215S oder AXM117S, mit denen die Regelung von langsamen bis sehr schnellen Strecken möglich ist. -
Seite 44: Regelung Von Moderaten Strecken
Strecken in Kombination mit AXT211 erreicht. Reglertyp Da die stetige Regelung nur mit AXS215S oder AXM117S erfolgen kann, bleiben für die Regelung mit AXT211 zwei Möglichkeiten offen: Der quasistetige und der unstetige Regler. Der quasistetige Regler darf immer angewendet werden, wenn die Strecke lineares Verhalten aufweist, wie das bei Raumtemperaturregelungen meist der Fall ist. -
Seite 45: Linearisierung Des Stellgliedes Für Bessere Regelgüte
In diesem Abschnitt wird als Stellglied die Kombination thermischer Antrieb, Ventil und Wärmetauscher bezeichnet (vgl. Abbildung 26 und Abschnitt 2.3.13). Für die quasistetige (mit AXT211) und stetige (mit AXS215S oder AXM117S) Raumtemperaturregelung werden in den meisten Fällen lineare Regler wie z.B. - Seite 46 Mittelwert der Leistung erreicht werden (vgl. Abbildung 28). Dabei spielt die Ventilkennlinie keine oder nur eine sehr geringe, vernachlässigbare Rolle, weil der AXT211 den Großteil der Zeit entweder vollständig auf oder vollständig zu ist (On/Off Betrieb). Von links nach rechts wird auf Abbildung 28 dargestellt: 1.
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Seite 47: Linearisierung Des Stellgliedes Durch Ventil Mit Kennlinie
Kennlinie des Wärmetauschers durch ein Ventil mit Kennlinie (vgl. Abbildung 29). Dies ist aber nur möglich wenn der Antrieb stetig ist, wie z.B. AXS215S oder AXM117S und nicht mit dem On/Off Antrieb AXT211. Von links nach rechts wird in Abbildung 29 dargestellt: 1. -
Seite 48: Festlegung Des Ventils
Antrieb AXT211 wie auch mit dem stetigen Antrieben AXS215S und AXM117S. Grundsätzlich gilt: • Für die Regelung mit AXT211 und 2-Punkt Regler sowie für die quasistetige Regelung mit PWM Periode grösser als 14 Minuten (11 Minuten wenn der Energiebegrenzer vorhanden und auf 60% eingestellt ist) sind die Regelgüte und Stabilität unabhängig von dem ausgewählten Ventil. - Seite 49 Antriebes sein, damit das durch PWM modulierte Stellsignal möglichst ungehindert auf den Hub des Antriebes übertragen wird (Vollhub). Für die Steuerung des AXT211 bedeutet das, die PWM Periode sollte grösser als „T “ Minuten (siehe Tabelle 2) eingestellt werden (vgl. Abschnitt 6.4.2).
- Seite 50 AXT211 Auswahl der Komponenten für eine Regelung mit AXT211 Achtung: Die Regelung mit PWM Periodendauer kleiner als T kann aperiodisch instabil werden und die Lebensdauer beeinträchtigen. Deswegen wird diese Einstellung nicht empfohlen. In einzelnen Fällen kann eine gute Regelgüte auch mit PWM Periodendauer kleiner als T erreicht werden.
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Seite 51: Inbetriebnahme Der Regelung
Die Einstellung von BIAS soll, wenn nicht anders erwünscht, 50% betragen. Das bedeutet, dass bei Soll- gleich Istwert der Reglerausgang 50% beträgt. Optimierung der Regelgüte Die Güte der Raumtemperaturregelung mit AXT211 kann durch kleine Regleranpassungen verbessert werden: • Bei quasistetiger Regelung mit schnellen Strecken kann die Regelgüte mit dem D-Anteil im PID-Regler erhöht werden. - Seite 52 AXT211 52/58 7010082001 A...
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Seite 53: Fehlerbehebung Der Regelung
Abb. 32 Periode „T“ der Raumtemperaturschwingung grösser als die PWM Periode 9.1.1 PWM Periode Ursache: Die Steuerung des thermischen Antriebes AXT211 erfolgt mit einer PWM Periodendauer kleiner als 14 Minuten (11 Minuten wenn der Energiebegrenzer vorhanden und auf 60% eingestellt ist). -
Seite 54: Raumtemperatur Schwingt Schnell
9.2.2 Reaktionszeit der Strecke Ursache: Strecke reagiert zu schnell im Vergleich zu der Zeitkonstante des AXT211 Antriebes Konsequenz: Wenn die Zeitkonstante der Antrieb nicht klein genug ist, im Vergleich zu der Zeitkonstante der Strecke, dann kann eine gute Regelgüte nicht erreicht werden. -
Seite 55: I-Anteil
AXT211 Fehlerbehebung der Regelung 9.3.1 I-Anteil Ursache: Der Regler hat keinen I-Anteil Konsequenz: Wenn der Regler keinen I-Anteil besitzt, dann ist es leider nicht möglich stationäre Genauigkeit zu erreichen. Der Istwert wird immer eine Abweichung zum Sollwert haben. Lösung: I-Anteil zum Regler hinzufügen. Der I-Anteil soll kleiner als der P-Anteil eingestellt werden. - Seite 56 AXT211 56/58 7010082001 A...
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Seite 57: Referenzen
Referenzen Referenzen [1] Schramek et. all: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, Oldenbourg Industrieverlag München 2009 [2] Technisches Handbuch der Firma SAUTER, Stellgeräte, 7000477001 [3] Lunze, J.: Regelungstechnik 1, Springer-Verlag, Berlin 2008 [4] Schulungsunterlagen der Firma SAUTER, Praktische Regelungstechnik, Basel 2009 [5] Schröder, D.: Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen,... - Seite 58 © Fr. Sauter AG Im Surinam 55 CH-4016 Basel Tel. +41 61 - 695 55 55 Fax +41 61 - 695 55 10 www.sauter-controls.com info@sauter-controls.com...