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ING. W. OERTLI A. G. IN DÜBENDORF-ZÜRICH (SCHWEIZ) Ölbrenner
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner mit Einrichtung zur Regulierung des dem Brennerkopf zugehenden Luftstromes in Abhängigkeit von der dem Brennerkopf pro Zeiteinheit zugeführten Ölmenge mittels einer in der Zufuhrleitung angeordneten Drosselklappe mit Stellmotor. Bei derartigen Ölbrenner ist es üblich, die Heizleistung durch Regulierung der zugeführten Ölmenge pro Zeiteinheit einzustellen.
Dabei ist es von grosser Bedeutung, die dem Brennerkopf zugeführte Menge der Verbrennungsluft auf die jeweilige Ölmenge einzuregulieren, da sowohl bei Luftmangel als auch bei Luftüberschuss Wärmeverluste entstehen, die sich auf den Wirkungsgrad der Anlage schädlich auswirken.
Die Wärmeverluste bei Luft- mangel sind auf unvollständige Verbrennung des zugeführten Öles zurückzuführen, währenddem bei Luft- überschuss die an der Verbrennung nicht teilnehmende Luftmenge unnötigerweise mit auf die Verbren- nungstemperatur erhitzt wird.
Die zu einer bestimmten Ölmenge gehörige optimale Menge der Verbrennungsluft ist von verschiedenen Faktoren abhängig, so insbesondere von der Ölqualität. Es ist deshalb wichtig, dass die durch die Reguliervorricl1tung ausgeführte Zuordnung Luftmengen/Ölmengen von Fall zu Fall vorgenommen werden kann.
Der erfindungsgemässe Ölbrenner hat eine Brückenschaltung, deren einer Seitenpfad durch ein Poten- tiometer gebildet wird, dessen Schleifer vom Stellmotor der Luft-Drosselklappe angetrieben wird. Der andere Seitenpfad enthält-Mittel zum mindestens stufenweis'en Voreinstellen verschiedener Widerstandsverhältnisse, und vom Nullpfad der Brücke aus wird der Eingangskreis eines Verstärkers gespeist, dessen Ausgangskreis mindestens mittelbar auf den Stellmotor wirkt. Ferner weist der Ölbrenner Mittel zur Bestimmung der Ölmenge, einen Wahlschalter mit betriebsmässig vom jeweiligen Mengenwert abhängigen Schaltzustand und voreinstellbare Mittel zum Zuordnen je eines der genannten Widerstandsverhältnisse zu jedem Mengenwert auf.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren soll nun die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 das Prinzipschema eines erfindungsgemässen Ölbrenners, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Brennerkopf mit der schematischen Darstellung des Ölkreislaufes, Fig. 3 das Schaltschema einer besonders ausgeführten Brückenschaltung, Fig. 4a, b den Zusammenhang zwischen der Luftmenge und dem Drehwinkel der Luft-Drosselklappe, Fig. 5 ein konstruktives Detail eines Teils des erfindungsgemässen Ölbrenners, Fig. 6 ein Schaltschema einer weiteren Ausführung der Brückenschaltung und Fig. 7 ein Schaltschema der Steuerung der Drehrichtung des Stellmotors.
In Fig. 1 ist mit 1 der Brennerkopf eines erfindungsgemässen Ölbrenners bezeichnet. Die Ölzufuhr er- folgt aus dem Reservoir 2 mittels Pumpe 3 über die Zuleitung 4. Die Verbrennungsluft wird vom Ventilator 5 gefördert und durch die vom Stellmotor 6 angetriebene Drosselklappe 7 reguliert. Eine mit der Spannung U gespeiste Brückenschaltung enthält im einen Seitenpfad ein Potentiometer 8, dessen Schleifer 9 vom Stellmotor angetrieben wird. Der andere Seitenpfad enthält in Form der seriegeschalteten Widerstände 10 Mittel zum mindestens stufenweisen Voreinstellen verschiedener Widerstandsverhältnisse.
Im Ölkreislauf ist ein Mittel 11 zur Bestimmung der jeweiligen Ölmenge angeordnet.'12 ist ein Wahlschalter mit von der jeweiligen Ölmenge abhängigem Schaltzustand. Die von seinen Kontakten 13 ausgehenden Leitungen dienen zum Zuordnen je eines der genannten Widetstandverhältnisse zu jedem Mengenwert vor der Inbetriebnahme. Der Schaltarm des Wahlschalters hat sich in der Darstellung entsprechend der momentanen Ölmenge betriebsmässig z. B. auf den Kontakt 13'eingestellt, und das dieser Ölmenge zugeordnete, voreingestellte Widerstandsverhältnis beträgt Ra/Rb.
Der Nullpfad der Brückenschaltung verläuft Über den Schaltarm des Wahlschalters 12 und den Wider-
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stand 14 zum Potentiometerschleifer 9. Der Strom im Nullpfad erzeugt am Widerstand 14 eine Spannung, die den Eingang des Verstärkers 15 speist. Der Ausgangskreis dieses Verstärkers wirkt auf den Stellmo- tor 6.
Die beschriebene Anordnung arbeitet in folgender Weise :
Hat sich der Wahlschalter 12 verstellt und ist das Widerstandsverhältnis RC/Rd am Potentiometer 8 nicht gleich dem nun wirksamen, voreingestellten Verhältnis Ra/R,, fliesst im Null-Zweig der Brücke ein Strom, der über den Verstärker 15 den Lauf des Stellmotors 6 bewirkt. Dabei wird der Schleifer 9 solange verstellt. bis das Brückengleichgewicht hergestellt ist und sich der Stellmotor 6 stillsetzt. Die Dros-
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hängt.
In der Darstellung ist angedeutet, dass für jeden Kontakt 13 verschiedene Widerstandsverhälmisse Ra/Rb voreingestellt werden können. Dies erlaubt, je nach den von Anlage zu Anlage verschiedenen Verhältnissen die Zuordnung der Luftmengen zur jeweiligen Ölmenge zu variieren.
Bei gegebenem konstantem Strömungswiderstand der Brennerdüse kann auch vom Öldruck auf die Ölmenge pro Zeiteinheit geschlossen werden. Das Mittel zur Feststellung der Ölmenge und der Wahlschalter lassen sich deshalb in einem mehrstufigen Kontaktmanometer vereinigen, das den Druck im Ölkreislauf misst. Die Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung eines Brennerkopfes mit Rücklaufregelung der Ölmenge, wobei der vollständige Ölkreislauf schematisch dargestellt ist. Die Ölpumpe 3 fördert wiederum das Öl aus dem Reservoir 2 in die Kammer 20. Von hier wird das Öl durch Drallschlitze 21 gepresst, welche eineRotation des Öles in der Kammer 22 bewirken, was ihm eine gute Zerstäubung an der Düse 23 sichert. Aus der Kammer 22 führt eine Rücklaufleitung 24 nach dem Reservoir 2 zurück.
In der Rücklaufleitung sitzt ein Regulierorgan 25. beispielsweise ein Druckregulierventil oder ein Mengenregulierventil. Nach Stellung des Regulierorgans 25 wählt ein grösserer oder kleinerer Teil des von der Pumpe 3 geförderten Öles den Weg durch den Rücklauf, und der Rest strömt durch die Düse 23, ausserhalb welcher die durch den Kanal 26 zuströmende Verbrennungsluft beigemischt wird. Der Öldruck vor dem Regulierorgan 25 steht somit in direktem Zusammenhang mit der zur Verbrennung gelangenden Ölmenge. Er wird durch das Kontaktmanometer 27 gemessen. Die von den Kontakten des Manometers 27 nach der Brückenschaltung führenden Leitungen sind mit 28 bezeichnet.
Die Fig. 3 zeigt das Schaltschema einer besonderen Ausführungsart der Brückenschaltung. Der eine Seitenpfad besteht aus einer Kette von seriegeschalteten Widerständen 10. Die Wirkungsweise der Schaltung ist mit derjenigen gemäss Fig. 1 identisch ; für die einzelnen Bauelemente wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.
Bei der Zuordnung der Widerstandsverhältnisse zu den jeweiligen Ölmengen ist zu beachten, dass der Zusammenhang optimale Luftmenge/Ö1menge durch Überlagerung der weiter oben angeführten, von Anlage zu Anlage verschiedenen Einflüsse mit der Abhängigkeit der geförderten Luftmenge von der Drosselklappenstellung zustande kommt. Die Fig. 4a und 4b erläutern diese letztere Abhängigkeit. Es handelt sich annähernd um eine Sinusfunktion, doch tritt bei geschlossener Drosselklappe (Winkela= 0) be its eine gewisse Leckmenge QL auf. Diese Funktion ist nun bei allen Ölbrennern einer Fabrikationsserie dieselbe und es besteht die Möglichkeit und ist von Vorteil, sie durch geeignete Dimensionierung der Widerstände 10 zu kompensieren.
Die einzelnen Widerstände müssen also derart bemessen werden, dass beim Abgreifen beliebiger, aufeinander folgender End- und Verbindungspunkte und jeweiligem Abgleich der Brücke eine Änderung des Luftstromes durch die Drosselklappe um einen jeweils gleichen Betrag erfolgt.
Ein weiteres Merkmal der Brückenschaltung nach Fig. 3 sind zwei Bündel von parallelen Leitern, von denen das eine 31 von den Kontakten 13 des Kontaktmanometers und das andere 32 von den End-und Verbindungspunkten der Widerstände 10 ausgeht. Die beiden Bündel kreuzen sich in zwei zueinander parallelen Ebenen und bilden eine Art rechtwinkliges Koordinatensystem. Das Zuordnen eines bestimmten Widerstandsverhältnisses zu einem bestimmten Mengenwert erfolgt hier durch Herstellen einer leitenden Verbindung der entsprechenden Leiter an ihrem Kreuzungspunkt. Die Gesamtheit dieser leitenden Verbindungen 33 und 34 ergibt dann ein Abbild des funktionellen Zusammenhangs zwischen optimaler Luftmenge und Ölmenge.
Ist die Funktion Q = f (0'.) bereits in der Bemessung der Widerstände 10 berücksichtigt, so gibt die Lage der Verbindungen 33 und 34 nur noch die spezifischen Einflüsse der betreffenden Anlage und der verwendeten Ölsorte auf den genannten Zusammenhang wieder.
Bei der Inbetriebsetzung eines erfindungsgemässen Ölbrenners sind vorerst die den einzelnen Werten der Ölmenge zuzuordnenden Luftmengen durch Bestimmung der betreffenden Widerstandsverhältnisse festzulegen. Die Anordnung nach Fig. 3 bietet hiefür, dank dem von den beiden Leiterbündeln gebildeten
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Koordinatennetz, eine besonders günstige Möglichkeit, welche einen weiteren Erfindungsgegenstand dar- stellt. Das Verfahren besteht darin, dass von den Kreuzungspunkten, an denen leitende Verbindungen herzustellen sind, vorerst nur ein Teil 34 durch Ausmessen bestimmt werden. Hierauf können die rest- lichen Punkte 33 durch Interpoleren an Hand der Ausgemessenen gefunden werden.
In der Praxis wer- den natürlich feinere Mengenstufen bzw. mehr Kontakte 13 und auch mehr Widerstände 10 erforderlich sein als hier der Einfachheit halber dargestellt sind.
Die leitenden Verbindungen können beispielsweise nach Fig. 5 durch steckbare Reiter 35 hergestellt werden, welche auf einen beliebigen Kreuzungspunkt zwischen Leitern 31 und 32 aufgesetzt werden können.
Eine weitere Möglichkeit zum Voreinstellen verschiedener Widerstandsverhältnisse im einen Seitenpfad der Brückenschaltung zeigt das Schaltschema Fig. 6. Der betreffende Seitenpfad besteht hier aus einer Mehrzahl parallel geschalteter Potentiometer 40, deren Schleifer zum Voreinstellen der verschiedenen Widerstandsverhältnisse dienen.
Diese Voreinstellung kann im Gegensatz zur Lösung nach Fig. 3 stufenlos erfolgen, ein Nachteil dieser Schaltung besteht jedoch darin, dass alle Potentiometer einen Nebenschluss zum jeweils vom Wahlschalter 12 angeschalteten Potentiometer bilden. Dadurch wird die Schleifereinstellung relativ unempfindlich ; zur teilweisen Behebung sind natürlich feste Seriewiderstände zu den einzelnen Potentiometern denkbar.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Steuerung der Drehrichtung des Stellmotors. Im Falle einer mit Gleichstrom gespeisten Brücke besteht die Möglichkeit, das Vorzeichen der Abweichung des vom Stellmotor angetriebenen Potentiometerschleifers von der jeweiligen Abgleichlage als Kriterium für die Drehrichtung des Stellmotors heranzuziehen. Die Polarität der Spannung am Widerstand 14 (Fig. 1) und somit am Verstärkerausgang ist nämlich davon abhängig, ob sich der Schleifer 9 auf der positiven oder negativen Seite der Lage befindet, in welcher der Abgleich Ra/Rb =Rc/Rd hergestellt ist. Es kann dann ohne weiteres der Stellmotor 6 so gesteuert werden, dass er den Schleifer 9. immer Dach der Abgleichlage hin bewegt. Anders liegt der Fall bei einer mit Wechselstrom gespeisten Brücke.
Hier wird mit Vorteil so vorgegangen, dass der Vergleich der Phasenlage zwischen der Speisespannung als Bezugsspannung und der Spannung am Ausgang des Verstärkers das Kriterium für die Drehrichtung des Stellmotors liefert.
Ein Ausführungsbeispiel hiezu zeigt das Schaltschema Fig. 7. In diesem Fall ist die Spannung im Widerstand 14 und somit am Verstärkerausgang das eine Mal in Phase und das andere Mal in Gegenphase mit der Speisespannung, je nach dem ob die Lage des Schleifers 9 in der einen oder andern Richtung von der Abgleichlage abweicht. Die Schaltung enthält zwei Wechselstromrelais A und B mit den Kontakten al a2 bzw. b1 b2 und je zwei Wicklungen. Je eine dieser Wicklungen wird von der gleichen Spannungsquelle gespeist wie die Brücke. Die ändern beiden Wicklungen sind so dimensioniert, dass sie den gleichen magnetischen Fluss erzeugen wie die ersteren und in den Ausgangskreis des Verstärkers geschaltet, u. zw. beim Relais A gleichphasig und beim Relais B gegenphasig zur Speisespannung.
Je nach dem nun die Spannung im Verstärkerausgang in Phase oder Gegenphase zur Speisespannung ist, wird entweder Relais A oder Relais B erregt und die entsprechenden Kontakte bewirken den Lauf des Gleichstrom gespeisten Stellmotors im Sinne einer Bewegung des Schleifers 9 nach der Abgleichlage hin.
PATENTANSPRÜCHE :
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