AT13903U1 - Verbrennungsofen - Google Patents

Abstract

Ein Verbrennungsofen, insbesondere ein Kaminofen weist im Feuerraum (1) einen Rost (3) auf, der eine Plattform zur Auflage von Brennmaterial bildet, die aus einer Brennebene im Feuerraum (1) mit seitlichen Öffnungen (11) zur Luftzufuhr in einen unbelüfteten Schacht (4) als Vorratsraum für das Brennmaterial absenkbar ist. Dazu ist ein Hebewerk für den Rost (3) vorgesehen, das mittels einer oder mehrerer Spindeln oder Zahnstangen und einer Kurbel (6) direkt oder von einem Motor indirekt betätigbar ist. Die Hubgeschwindigkeit, also das Nachlegen von Brennmaterial, kann temperaturabhängig gesteuert werden, wobei ein Temperaturfühler (12) für die Abgastemperatur nächst dem Abzug (2) vorgesehen ist. Ein spezielles Hebewerk verfügt über einen durch Kurbelbetätigung (6) beim Absenken des Rostes (3) aufladbaren Federspeicher (Spiralfeder 7), der das Drehmoment über ein Getriebe (8) und eine Hemmung bzw. Bremse, insbesondere eine steuerbare Wirbelstrombremse, an die Spindeln oder Zahnstangen (5) überträgt. Der Temperaturfühler (12) kann neben dem Hub auch die Klappen (22) für Frischluft und die Klappe (19) für die Abluft steuern. Ein Anschlag (23) über der Brennebene begrenzt den Hub für das Brennmaterial.

Description

österreichisches Patentamt AT13 903U1 2014-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen für feste Brennstoffe, insbesondere Kaminofen für Holz, mit einem Feuerraum, dem ein Vorratsraum zum Zuführen und Nachlegen von Brennstoff zugeordnet ist, wobei der Verbrennungsofen einen höhenverstellbaren Rost in einem im Wesentlichen unbelüfteten Schacht aufweist.

[0002] Feuerstellen mit entnehmbaren Rosten, die in unterschiedlichen Höhen eingeschoben werden können, sind zur Anpassung an unterschiedliche Brennstoffe sowie auch zur Distanzeinstellung etwa zu einem Wassermantel für eine Zentralheizung bekannt. Eine mechanische Höhenverstellung eines Holzkohlenrostes mittels eines Kurbeltriebes kann der US 5996572 A entnommen werden. Es wird die Distanz zwischen Glut und Grillgut eingestellt und dadurch die wirksame Grilltemperatur vorgegeben. Wesentlich ist nach der US-Ausführung, dass der Raum unter dem Rost für die Holzkohle belüftet ist. Zur Beschleunigung der Luftzirkulation unterhalb und über der Glut ist seitlich ein Gebläse angeordnet. Wenn mittels Heißluft gegart werden soll, dann wird eine Haube über den Grillrost gestülpt. Das Brennmaterial, hier also Holzkohle, wird in seiner Gesamtheit entzündet und zu Glut umgewandelt. Ein Nachschieben neuer Holzkohle ist nicht vorgesehen.

[0003] Die US 2006/0096585 A1 betrifft ebenfalls einen Griller mit einer stationär angeordneten Holzkohlenschale. Mittels einer kinematischen Schere und einem elektromotorischen Spindeltrieb wird der Grillrost in der Distanz zum Holzkohlenrost verändert. Temperaturfühler messen die wirksame Grilltemperatur und heben oder senken den Grillrost, um eine gewünschte Grilltemperatur konstant zu halten.

[0004] Aus der GB 972 341 A ist ein Kohleofen mit oberhalb des Feuerraumes angeordnetem Vorratsraum für Kohle bekannt. Der Feuerrost, der den Feuerraum nach unten begrenzt, kann zur Aufnahme der Asche bzw. Schlacke abgesenkt und schließlich zur Entleerung gekippt werden. Über die Höhenverstellung kann ferner die Leistung geregelt werden. Der Ofen wird somit in der Art eines Dauerbrandofens von oben mit frischer Kohle gespeist, wobei in der Trennebene zwischen Vorratsraum und Feuerraum Wärmetauscher zur Heißwasserbereitung (Zentralheizung) vorgesehen sind. Die Kohle sinkt aus dem Vorratsraum langsam bis zum Feuerraum ab, wird dort verbrannt und das Feuer bzw. die Glut kann lange im Wirkungsbereich des Wärmetauschers aufrecht erhalten werden, weil die zunehmend anfallende Asche und die Schlacke auf dem Rost nach unten abgesenkt und schließlich entladen wird.

[0005] Die CH 281678 betrifft eine Feuerung mit verstellbarem Rost, mit dem Ziel, die Wärmeleistung durch Anheben oder Absenken des Feuers und der Glut im Feuerschacht dem Bedarf anzupassen. Ein Vorratsraum für Brennstoff ist nicht vorgesehen. Dies gilt auch für den Ofen nach der CN 2086372 U. Dabei handelt es sich um einen Kocher mit aufsetzbarem Kochtopf und einem gegen die Kraft einer Feder absenkbaren Rost. Die auf dem Rost entzündete Kohle wird nach Entflammung zu Asche und Schlacke und somit leichter. Die damit Hand in Hand gehende abnehmende Wärmeleistung wird durch Anheben der verbleibenden Glut kompensiert, sodass die Wärmeleistung der eingesetzten Kohlemenge (hier 0,5 kg) bis zum Erlöschen annähernd gleich gehalten werden kann. Alternativ zur Federlagerung des Rostes kann auch ein Hebelsystem zur Verstellung des Rostes eingesetzt werden. Damit ist es möglich, die Wärmeleistung durch Anheben konstant zu halten, aber auch durch Absenken zu reduzieren, um beim Kochvorgang beispielsweise ein Überkochen zu verhindern.

[0006] Die Erfindung zielt darauf ab, ein Kaminfeuer, ohne Brennstoff händisch nachzulegen, über mehrere Stunden in Gang zu halten.

[0007] Dies wird bei einem Verbrennungsofen der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass der Vorratsraum für den Brennstoff unterhalb des Feuerraumes angeordnet ist und den Schacht bildet, in dem der Rost als Plattform für den Brennstoffvorrat geführt und mit einem Hebewerk zur Förderung des Brennstoffes in den Feuerraum verbunden ist. Der für das Nachlegen vorgesehene Brennstoff, beispielsweise Holzscheite, werden somit vor Inbetriebnahme 1 π österreichisches Patentamt AT13 903U1 2014-11-15 des Kaminofens auf die in der obersten Stellung befindliche Plattform gelegt, diese nach und nach abgesenkt und dabei weitere Holzscheite aufgeschichtet, bis die Plattform im unbelüfteten Schacht ganz nach unten gefahren und der Schacht vollständig befällt ist. Die in der Brennebene mit der seitlichen Luftzufuhr liegenden Holzscheite werden entzündet. Sie brennen dort - und nur dort - infolge der Luftzufuhr, während die darunter aufgeschichteten Holzscheite mangels Belüftung nicht verbrennen, sondern den langfristigen Vorrat bilden.

[0008] Bei einer einfachen Ausführungsform ist das Hebewerk über eine Kurbel, einen Seilzug oder mittels eines Hebels aktivierbar. Erkennt man, dass es infolge des fortschreitenden Abbrandes in der Brennebene und einer immer kleiner werdenden Flammenhöhe im Feuerraum zweckmäßig wäre, Holz nachzulegen, dann wird von Hand das Hebewerk betätigt. Es wird die die Holzscheite tragende Plattform z.B. mittels der Kurbel und einem Spindeltrieb, einem Zahnstangengetriebe oder einer kinematischen Schere etwas angehoben, sodass neue Holzscheite in die Brennebene mit den seitlichen Luftzuführungsdüsen gelangen. Bei einem Kaminofen der üblichen Größe für einen Wohnraum kann auf diese Weise ein Kaminfeuer über sechs und mehr Stunden aufrechterhalten werden. Ein solcher Kaminofen kann mit einem Wassermantel ausgestattet sein und die Wärmequelle für eine Zentralheizung bilden.

[0009] Eine automatische Heizung ergibt sich dadurch, dass das Hebewerk über einen motorischen Antrieb verfügt, der in Abhängigkeit von der Verbrennung, z.B. durch die Abgastemperatur als Führungsgröße, hinsichtlich des Nachlegens, insbesondere der Hubgeschwindigkeit des Brennstoffes steuerbar ist. Sinkt die Abgastemperatur unter einen einstellbaren Grenzwert, dann wird der beispielsweise elektromotorische Antrieb für das Hebewerk kurzzeitig eingeschaltet, sodass neues Brennmaterial in die Brennebene gehoben wird. Dadurch kann ein kontinuierlicher Brennvorgang aufrechterhalten werden. Ein etwa in einem Wohnraum angeordneter Kaminofen mit sichtbarer Flamme, der als Brenner für eine Zentralheizung arbeitet, kann auch bei Abwesenheit für viele Stunden betrieben werden.

[0010] Eine besondere Ausführungsform, die keine fremde Energiezuführung, wie etwa Strom, benötigt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hebewerk über einen Federspeicher mit Spiralfeder verfügt, der mittels einer Kurbel oder dgl. bei gleichzeitiger Absenkung des Rostes spannbar bzw. aufladbar ist und dass einem Getriebe mit einem Hubspindel- oder Zahnstangentrieb für den Rost ein Regler für den Hub z.B. ein Windflügelregler als aerodynamische Hemmung bzw. eine mit einer von der Abgastemperatur gesteuerte Bremse, beispielsweise Wirbelstrombremse mit variabler Bremsleistung, zugeschaltet ist. Durch das Beladen mit Brennstoff wie Holz und das mehrfache Herunterkurbeln des Rostes wird gleichzeitig die Spiralfeder gespannt. Das Drehmoment der Spiralfeder wird langsam über ein Getriebe mit zugeschalteter Hemmung oder Bremse ähnlich einem Uhrwerk abgegeben. Die Bremsleistung kann mittels des Reglers bedarfsgerecht verändert werden. Dadurch kann die nötige Hubkraft für einen kontinuierlichen Hub von z.B. 50 cm über 6 Stunden aufgebracht werden.

[0011] Eine Optimierung des Brennvorganges ergibt sich dadurch, dass ein Temperaturfühler der Abgastemperatur über einen Stelltrieb eine Kurvenscheibe oder einen Kurvenschieber verdreht oder linear verschiebt, die mindestens eine, vorzugsweise mehrere Steuerkurven aufweisen, an welchen Hebel als Fühler anliegen, wobei ein Hebel Permanentmagnete trägt, die temperaturabhängig mehr oder weniger über eine Scheibe der Wirbelstrombremse schwenkbar oder schiebbar sind, wobei ein zweiter Hebel kinematisch mit einer Rauchgasklappe zum temperaturabhängigen Öffnen oder Schließen verbunden ist und ein dritter Hebel Klappen der seitlichen Luftzufuhr in die Brennebene hinsichtlich der Öffnungswinkel steuert. Auf diese Weise können die Hubgeschwindigkeit (also das Nachlegen von Brennmaterial), die Frischluftmengen in der Brennebene und der Abzugsquerschnitt so eingestellt werden, dass ein Abbrand dauerhaft und mit besonders gutem Wirkungsgrad erreicht wird.

[0012] Sowohl bei der einfachen handbetätigten, als auch bei der komplexen Ausführung mit Regelung ist es zweckmäßig, wenn mindestens ein mechanischer Anschlag unmittelbar über der Brennebene vorgesehen ist, der den Hub des Hebewerkes bei Anliegen an dem entzündeten Brennstoff begrenzt und dessen Position über der Ebene der Luftzufuhr voreinstellbar ist. 2/7 österreichisches Patentamt AT 13 903 Ul 2014-11-15

Das Brennmaterial stößt an den Anschlag an und verhindert ein unnötiges Weiterdrehen der Kurbel bzw. Anheben des Rostes und beschränkt die zugeführte Brennstoffmenge auf das erforderliche Maß. Auch bei einem motorischen Antrieb endet der Hub jedenfalls dann, wenn das Brennmaterial, also hier beispielsweise Holzscheite, an dem Anschlag anstehen. Erst wenn eine gewisse Schicht abgebrannt ist, kann neuerlich ein Hub erfolgen.

[0013] Um ein Befüllen nach vollständigem Ausbrennen des kontinuierlich oder intermittierend nachgeschobenen Materials ohne Behinderung zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn der Anschlag aus der Verbrennungszone wegschwenkbar ist, wobei vorzugsweise eine Schwenkverriegelung an einer Ofentür das Schwenken bei geöffneter Tür frei gibt.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel zum Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

[0015] Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht eines Kaminofens von vorne, teilweise im Schnitt und [0016] Fig. 2 eine Schrägansicht des Kaminofens von der Seite mit einem temperaturgesteuer ten Hebewerk.

[0017] Ein Kaminofen nach den Fig. 1 und 2 umfasst einen Feuerraum 1, der nach oben in einen Abzug 2 für die Rauchgase übergeht und unten über einen Rost 3 verfügt. Der Rost 3 ist innerhalb eines Schachtes 4 mittels Zahnstangen höhenverstellbar angeordnet.

[0018] Dazu dient eine Handkurbel 6, mit deren Hilfe entweder nicht dargestellte Ritzel selbsthemmend in die Zahnstangen eingreifen -oder (wie hier dargestellt) eine Spiralfeder 7 bei gleichzeitigem Absenken des Rostes 3 zwecks Befüllung bzw. Beladung mit Holz gespannt wird. Die Spiralfeder 7 ist Teil eines mechanischen Hebewerkes und gibt das gespeicherte Drehmoment über ein Getriebe 8 und eine Bremsscheibe 9, auf die Permanentmagnete 10 bremsend einwirken, an die Ritzel der Zahnstangen 5 ab. Die Bremse (hier "Wirbelstrombremse") kann von Hand so eingestellt werden, dass das Drehmoment sehr langsam (uhrwerkartig) z.B. innerhalb von 6 Stunden, abgegeben wird. Dadurch nimmt ein Hub des Rostes 3 aus seiner tiefsten Stellung über die gesamte Höhe des Schachtes 4 dann 6 Stunden in Anspruch. Es wird also das beim Absenken des Rostes 3 bis zum Boden des Schachtes als Brennmaterialvorrat aufgeschichtete Holz im Gesamtgewicht von beispielsweise 15 kg langsam gehoben. So gelangt sukzessive entweder kontinuierlich oder intermittierend das Brennholz in die Ebene (Brennebene oder Brennzone) mit seitlichen Öffnungen 11 für Frischluft. Diese Öffnungen sind um die Brennebene herum ganz oben in den Wänden des Schachtes 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Nachschub von frischem Brennmaterial von unten. Mangels einer Luftzuführung in den Schacht (etwa von unten) bleibt das Feuer auf die Brennebene beschränkt, die durch die Luftöffnungen 11 bestimmt wird.

[0019] Das Hubwerk, wie es bisher beschrieben wurde, verfügt beim Ausführungsbeispiel über eine temperaturabhängige Steuerung. Ein Temperaturfühler 12 ist im Abzug 2 vorgesehen und misst die Rauchgastemperatur im Abzug 2. Über eine Kapillarleitung, in die noch weitere Temperaturwerte eingespeist werden können, wird ein Stelltrieb 13 mit einem Kolben und einer Kolbenstange betätigt, der an einer Kurvenscheibe 14 exzentrisch angreift und diese ggf. über eine weitere Hebelübersetzung verdreht. Der Fußpunkt des Stelltriebes 13 ist höhenverstellbar, wodurch die nachfolgend beschriebenen Parameter (Bremsleistung, Verbrennungsluft, Rauchgasklappenstellung) gemeinsam im Sinne eines gedrosselten oder hochflammigen Feuers vorweg einstellbar sind. Am Umfang der Kurvenscheibe 14 befinden sich drei Kurven mit einem in Umfangsrichtung zunehmenden radialen Abstand zum Mittelpunkt (Drehpunkt der Kurvenscheibe 14). Ein zweiarmiger Hebel 15 tastet eine der Kurven 16 ab und schiebt die Permanentmagnete 10 mehr und mehr über die Bremsscheibe 9, wenn die vom Temperaturfühler 12 gemessene Abgastemperatur zunimmt. Es wird dann der Hub des Hebewerkes angehalten oder verlangsamt und kein neues Brennmaterial aus dem Schacht 4 nachgeschoben, weil das Feuer offensichtlich bereits ausreichend oder übermäßig brennt und allenfalls gedrosselt werden sollte. In diesem Sinn betätigt der zweiarmige Hebel 17, der die Steuerkurve 18 abtastet, eine Rauchgasklappe 19 und vermindert so den Zug im Brennraum. Ein hier einarmiger Hebel 3/7 österreichisches Patentamt AT13 903U1 2014-11-15 20 tastet eine Steuerkurve 21 ab und bewegt Klappen 22, die die seitliche Luftzufuhr über die Öffnungen 11 in die Brennebene beeinflussen. Die Klappen 22 werden etwas geschlossen, und damit das Feuer mangels Zuluft gedrosselt. Wenn der Temperaturfühler 12 ein Absinken der Rauchgastemperatur feststellt, dann wird die Bremsleistung reduziert, also Brennmaterial kurzfristiger nachgelegt und es werden die Rauchgasklappe 19 sowie die Klappen 22 für Frischluft geöffnet. Der auf diese Weise forcierte Zug facht das Feuer an.

[0020] Um einen Hub durch das Flebewerk weit über die Brennebene hinaus zu unterbinden, bzw. bei reinem Handbetrieb eine Grenze für den Kurbelvorgang zu setzen, ist ein Anschlag 23 über der Brennebene vorgesehen. Holzscheite können weder im Kurbelbetrieb, noch bei einem motorisch angetriebenen Hebewerk über diesen Anschlag 23 gehoben werden. Die Kurbel 6 lässt sich beispielsweise erst dann wieder (zum Nachlegen von Holz) weiter drehen, wenn eine entsprechende Höhe des Brennmaterials im Brennraum niedergebrannt ist. Um ein Beladen des Magazins, nämlich des Schachtes 4 bei gleichzeitigem Absenken des Rostes 3 nach vollständigem Verbrauch des Holzvorrats im Schacht 4 zu ermöglichen, kann der Anschlag 23 zur Seite geschwenkt werden. Damit ist der freie Zugang zum Auflegen der Scheite auf den Rost 3 gegeben. Eine kinematische Verbindung zwischen dem Anschlag 23 und der Ofentür lässt den Anschlag 23 zur Seite schwenken, sobald sich die Ofentür öffnet. 4/7

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT13 903U1 2014-11-15 Ansprüche 1. Verbrennungsofen für feste Brennstoffe, insbesondere Kaminofen für Holz, mit einem Feuerraum (1), dem ein Vorratsraum zum Zuführen und Nachlegen von Brennstoff zugeordnet ist, wobei der Verbrennungsofen einen höhenverstellbaren Rost (3) in einem im Wesentlichen unbelüfteten Schacht (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum für den Brennstoff unterhalb des Feuerraumes (1) angeordnet ist und den Schacht (4) bildet, in dem der Rost (3) als Plattform für den Brennstoffvorrat geführt und mit einem Hebewerk zur Förderung des Brennstoffes in den Feuerraum (1) verbunden ist.
2. 2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebewerk über einen motorischen Antrieb verfügt, der in Abhängigkeit von der Verbrennung, z.B. durch die Abgastemperatur als Führungsgröße, hinsichtlich der Hubgeschwindigkeit des Brennstoffvorrates steuerbar ist.
3. 3. Verbrennungsofen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebewerk über einen Federspeicher mit Spiralfeder (7) oder dgl. verfügt, der mittels einer Handkurbel (6) oder eines Seilzuges bei gleichzeitiger Absenkung des Rostes (3) spannbar bzw. aufladbar ist und dass einem Getriebe (8) mit einem Hubspindeltrieb oder einem Zahnstangentrieb (5) für den Rost (3) ein Regler für den Hub, z.B. ein Windflügelregler als aerodynamische Hemmung bzw. eine mit einer von der Abgastemperatur gesteuerte Bremse, beispielsweise eine Wirbelstrombremse mit variabler Bremsleistung, zugeschaltet ist.
4. 4. Verbrennungsofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (12) für die Abgastemperatur über einen Stelltrieb (13) temperaturabhängig eine Kurvenscheibe (14) oder einen Kurvenschieber verdreht oder verschiebt, die mindestens eine, vorzugsweise mehrere Steuerkurven (16,18,21) aufweisen, an welchen Hebel (15,17,20) als Fühler anliegen, wobei ein Hebel (15) Permanentmagnete (10) trägt, die temperaturabhängig mehr oder weniger über eine Scheibe (9) einer Wirbelstrombremse drehbar oder schiebbar sind, wobei ein zweiter Hebel (17) kinematisch mit einer Rauchgasklappe (19) zum temperaturabhängigen Öffnen oder Schließen verbunden ist und ein dritter Hebel (20) Klappen (22) der seitlichen Luftzufuhr in die Verbrennungsebene hinsichtlich des Öffnungswinkels steuert.
5. 5. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mechanischer Anschlag (23) unmittelbar über der Brennzone vorgesehen ist, der den Hub des Hebewerkes bei Anliegen an dem entzündeten Brennstoff begrenzt und dessen Position über der Ebene der Luftzufuhr einstellbar ist.
6. 6. Verbrennungsofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (23) aus der Verbrennungszone zum Befüllen des Vorratsraumes wegschwenkbar ist, wobei vorzugsweise eine Schwenkverriegelung der Ofentür das Schwenken bei geöffneter Tür frei gibt. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7