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Heizofen für feste Brennstoffe mit einem Verbrennungsluftregler
Man hat schon seit langem Heizgeräte, wie Zimmeröfen mit Verbrennungsluftreglem ausgestattet, bei welchen durch die Ausdehnung einer Thermostatpatrone, eines Ausdehnungsstabes, eines Bimetail- streifens od. dgl., welche der Raumtemperatur, Abgastemperatur, Heizmitteltemperatur usw. ausgesetzt sind, die Verbrennungsluftklappe betätigt wird. Allgemein sind zwischen Thermo fühler und Verbrennungsluftklappe Übertragungsglieder, wie Hebel, Gelenke, Ketten, angeordnet, und jeder Änderung von Ternperatur und Hub des Ausdehnungskörpers entspricht über dem gesamten Regelbereich eine entsprechende Hubänderung der Verbrennungsluftklappe.
Die Übertragung der Bewegung des Thermofühler auf die Verbrennungsluftklappe mittels eines mehr-
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tritt. Bei längerem Ofenbetrieb wird ausserdem eine solche Bimetallregelung durch Korrosions-und Ver- schleisserscheinungen ungenau. Auch sind die bekannten Regeleinrichtungen verhältnismässig kompliziert aufgebaut. Sie erhöhen damit den Preis der Geräte, an denen sie angebracht werden, erheblich und erfordern ferner eine umständliche Montage. Ma. hat zwar schon vorgeschlagen, die Verbrennungsluftklappe am unteren Ende eines Bimetallstreifens, der von der vom Ofenkörper ausgehenden Strahlung erhitzt wird, direkt anzubringen. aber ein solcher Regler ist zufolge der grossen Länge des Bimetall sehr teuer. Zudem ist der Regelhub wie bei allen andern bekannten Ausführungen eng begrenzt.
Wird der Bimetallstreifen stark erhitzt, dann wird die Verbrennungsluftklappe mit grosser Kraft auf die Öffnung für den Luftein- lass gedrückt, wobei sich der Druck nur in einer Deformation des Bimetallstreifens auswirken kann. Bei längerem Gebrauch wird der Bimetallstreifen durch diese zu seiner Funktion nicht notwendige Beanspruchung ermüden oder sich in der Weise ständig verformen, dass im Laufe der Zeit eine geänderte Charakteristik entsteht, die in der Praxis zu Störungen führt.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Regler ist, dass man die Klappenöffnungen relativ klein gehalten hat, um eine gute Drosselwirkung zu erreichen, was beim Anheizen der Öfen ein Öffnen der Aschentüren bzw. eine Einstellung auf Volleistung erforderlich machte und häufig zu unerwünschten Überlastungen und Brennstoffvergeudung führte, da das Schliessen der Aschentüren bzw. Rückstellen des Reglers leicht vergessen wurde.
Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere einen Zimmerheizofen, bei dem durch eine besondere Gestaltung der Regeleinrichtung die geschilderten Nachteile beseitigt sind. Auch beidemerfindungsgemässen Heizgerät wird für die Regeleinrichtung ein Bimetallelement verwendet, das der Temperatur des Heizgerätes ausgesetzt ist derart, dass durch seine Bewegung die Verbrennungsluftklappe verstellt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass ein kurzer Bimetallstreifen wärmeleitend mit dem oberen Teil des Heizofens verbunden ist, der sich unter Zwischenschaltung eines federnden Gliedes über eine Stange od. dgl. nach unten fortsetzt, an welcher die Verbrennungsluftklappe drehbeweglich befestigt ist, so dass der Gesamtbewegung des Bimetallstreifens ein Klappenhub von der mehrfachen Länge des eigentlichen Regelhubes entspricht, die Gesamtbewegung jedoch durch das federnde Zwischenglied eingeschränkt werden kann. Gleichzeitig wird durch eine grosse Verbrennungsluftklappe bzw. eine grosse Lufteintrittsöffnung am Heizgerät erreicht, dass der Regelhub der Klappe zur Leistungsänderung gering ist.
Daraus ergeben sich folgende Vorteile : Erstens werden durch den Fortfall von Gelenkstellen und andern Reibung verursachenden Lagerungen u. dgl. die Genauigkeit der Regelung gesteigert und gleichzeitig die Störempfindlichkeit ver-
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mindert und dadurch die Betriebssicherheit erhöht. Zweitens wird erreicht, dass die Verbrennungsluftklappe erst kurz vor Erreichen der Sollwerttemperatur in den Regelbereich gelangt. Daraus ergibt sich, dass das
Heizgerät beim Anheizen bis zum Erreichen der Sollwerttemperatur mit voller Luftöffnung betrieben wird.
Dadurch wird das Anheizen erleichtert, und es ist nicht wie bisher erforderlich, in dieser Heizperiode die Schur-bzw. Aschentür geöffnet zu halten.
Die bisher aufgezählten Vorteile werden gesteigert durch das weitere Merkmal der Erfindung, dass der
Umfang der Verbrennungsluftklappe bzw. der Lufteintrittsöffnung am Heizgerät so abnormal gross gehalten ist, dass im Schliessbereich sehr kleine Bewegungen der Klappe grosse Leistungsänderungen des Heizgerätes bewirken.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die gesamte Regeleinrichtung einschliesslich des Bedienungsteils eine Baueinheit bildet und nur an der Berührungsstelle des Bimetallelementes mit dem
Heizgerätkörper an diesem befestigt ist, so dass mit der Verbindung der Regeleinrichtung an der notwendi- gen Wärmeübergangsstelle mit dem Heizgerätkörper die gesamte Montage durchgeführt ist.
Zwischen dem Bimetallelement und der Verbrennungsluftklappe ist erfindungsgemäss eine Einstell- vorrichtung für verschiedene Leistungen des Heizgerätes vorgesehen, durch deren Bedienung der Abstand der Verbrennungsluftklappe von der Lufteintrittsöffnung am Heizgerät unabhängig von der Stellung des
Bimetallelementes verändert werden kann. Dabei macht auf Grund der vorher geschilderten Bauweise die
Einstellvorrichtung die Bewegung der Regeleinrichtung mit.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die starre Verbindung zwischen dem Bimetallele- ment und der Verbrennnungsluftklappe durch ein federndes Zwischenglied unterbrochen sein derart, dass der vollen Bewegung des Bimetallelementes nur ein durch einen Anschlag begrenzter, abgekürzter Hub der Verbrennungsluftklappe entspricht. Die damit erzielte Unterdrückung eines Teiles des Klappenhubes ist erforderlich, weil bei den meisten Heizgeräten, insbesondere Zimmerheizöfen der für den vollen Hub erforderliche Raum nicht zur Verfügung steht. Die sich aus der Hubunterdrückung ergebende Anordnung des federnden Zwischengliedes hat darüber hinaus den Vorteil, das Bimetallelement gegen mechanische
Belastung und damit gegen bleibende Verformung zu schützen.
Durch eine solche würden sich die Einstellwerte des Bimetallelementes verändern und damit der Wert der Regeleinrichtung erheblich beeinträchtigt werden.
Der Schornsteinzug wirkt durch seinen Unterdruck auf die Verbrennungsluftklappe im Sinne des
Schliessens entgegen der elastischen Kraft des Bimetallelementes. Durch geeignete Dimensionierung des Bimetallelementes kann erreicht werden, dass die Geschwindigkeitserhöhung der Luft bei erhöhtem Zug und die eintretende Verminderung der Klappenöffnung in der Weise gegeneinander wirken, dass die in der
Zeiteinheit eintretende Menge der Verbrennuuoolull konstant bleibt. Auf diese Weise können plötzlich eintretende Zugschwankungen sofort ausgeglichen werden. Über längere Zeit wirkende Zugschwankungen werden auf jeden Fall ausgeglichen, da kleine Temperaturänderungen, hervorgerufen durch die Zugschwankungen, bereits einen voll wirksamen Klappenausschlag bewirken.
Die Elastizität des Bimetallelementes birgt jedoch die Gefahr in sich, dass die Verbrennungsluftklappe unmittelbar vor Erreichen der Schliessstellung in Schwingungen zu geraten beginnt, ein Vorgang, der mit dem bekannten Ventilflattem vergleichbar ist. Durch das damit verbundene Anschlagen der Klappe entstehen unerwünschte Geräusche. Dies kann erfindungsgemäss dadurch beseitigt werden, dass die zweckmässigerweise beweglich gelagerte Klappe in einer Winkelstellung zu ihrer Anlagefläche gehalten wird, so dass sie sich zunächst einseitig auf diese Fläche auflegt und dadurch ein langsameres Schliessen unter zunehmender Gegenkraft und leichter Reibung erzwungen wird. Es kann aber auch am Ende der die Klappe tragenden Stange ein beweglich aufgehängtes Gewicht angeordnet sein, welches die unerwünschten Schwingungen unterdrückt.
Es ist zweckmässig, das mit der Regeleinrichtung versehene Heizgerät ohne Ausmauerung zu bauen oder mindestens in der Nähe der Kontaktstelle des Bimetallelementes nur mit einer geringen Ausmauerung zu versehen oder auf sie vollständig zu verzichten. Auf der Aussenseite wie auch auf der Innenseite des Heizgerätes können im Bereich der Kontaktstelle des Bimetallelementes Rippen angeordnet werden. Durch diese Verringerung der Speichermasse der Ausmauerung und durch den intensiven Wärmeaustausch, der durch die Verrippung noch gesteigert wird, kann sich die Temperatur des Bimetallelementes den Belastungszuständen des Heizgerätes sehr schnell anpassen und entsprechend empfindlich und unverzögert reagieren.
Um in bekannter Weise noch eine zweite Temperaturkomponente auf die Verbrennungsluftklappe wirken zu lassen, sieht die Erfindung vor, zwischen die Verbrennungsluftklappe und die sie tragende Stange ein Stellelement zu schalten, das unter dem Einfluss dieser zweiten Temperatur, beispielsweise der Raum-
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temperatur, die Bewegung der Verbrennungsluftklappe beeinflussen kann. Durch diese konstruktive Anord- nung sind die Möglichkeiten einer auf zwei Temperaturkomponenten beruhenden Regelung in einer ein- zigen Baueinheit verwirklicht.
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In der Fig. 1 ist ein Teil eines Zimmerheizofens mit der Regeleinrichtung in schematischer Darstel- lung wiedergegeben.
Dabei ist der Ofenkörper mit 1 und die Eintrittsöffnung für die Verbrennungsluft mit 2 bezeichnet.
Am oberen Teil des Ofenkörpers 1 ist ein Bimetallelement 6 befestigt. Es besitzt eine Stange 8, die am unteren Ende die Klappe 7 zum Verschliessen der Eintrittsöffnung 2 trägt. Im unbeheizten Zustand nimmt die Regeleinrichtung die dargestellte Lage ein. Bei Erwärmung des Ofenkörpers 1 krümmt sich das Bime- tallelement zum Ofenkörper hin, so dass sich die Klappe 7 der Eintrittsöffnung 2 nähert.
Die Fig. 2-4 zeigen in schematischer Darstellung eine weiter ausgebaute Verkörperung der Erfindung im Längsschnitt, wobei drei charakteristische Regelstellungen wiedergegeben sind. Das Bimetallelement 6 besteht aus einem oder mehreren Streifen und ist am Punkt 12 wärmeleitend mit der Wand 3 des Ofen- körpers 1 verbunden. Diese Verbindungsstelle stellt gleichzeitig den einzigen Befestigungspunkt dar, an welchem die gesamte Regeleinrichtung am Ofen angebracht ist. Zwischen den Bimetallstreifen 6 und der die Klappe 7 tragenden Stange 8 ist eine Verstelleinrichtung 9 eingefügt, die aus der Blattfeder 10 und der Stellschraube 11 besteht. Die Feder 10 besitzt eine leichte Vorspannung, so dass sich die Stellschrau- be 11 mit dem Druckpunkt an die Bimetallstreifen legt.
In der in der Fig. l gezeichneten Stellung verläuft die Stange 8 in der Verlängerung der Bimetallstreifen 6. Diese Stellung entspricht dem kalten Zustand des
Ofens und einer Einstellung auf grösste Ofenleistung. Wie die Figuren erkennen lassen, besitzt die Eintritts- öffnung 2 der Verbrennungsluft einen abnormal grossen Durchmesser 15 ; dementsprechend gross ist auch der
Durchmesser der Klappe 7 gehalten. In der Stellung bei kaltem Ofenkörper ist die Klappe 7 in einem Ab- stand 16 von der Lufteintrittsöffnung 2 entfernt, welcher der mehrfachen Grösse des Regelhubes entspricht.
Das bedeutet, dass der grösste Teil des Hubes der Klappe 7 ohne Einfluss auf die Regelung der Luftmenge ist, so dass beim Anheizen und bei Laständerungen eine Drosselung der Verbrennungsluft erst mit Beginn des eigentlichen Regelhubes, d. h. kurz vor dem Erreichen der Schliessstellung (Solltemperatur) einsetzt.
Durch Verdrehen der Stellschraube 11 lässt sich nun der Winkel zwischen dem Bimetallelement 6 und der Stange 8 verändern, im Extremfall gemäss Fig. 3, nach welcher bei kaltem Ofen die Verbrennungs- luftklappe 7 die Lufteintrittsöffnung 2 verschliesst. Dies entspricht der Nullstellung.
Wird der Ofen bei einer Einstellung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, beheizt, so erwärmt sich das Bi- metallelement 6 über die Berührungsstelle 12 von der Ofenwand 3 her und über den aus dem unteren Be- reich aufsteigenden Wärmeluftstrom 17. Erreicht der Ofen die eingestellte Solltemperatur, in diesem Fal- le die Temperatur bei zulässiger Höchstlast, dann wird die in der Fig. 4 dargestellte Stellung erreicht, d. h. wiederum die Öffnung 2 durch die Klappe 7 verschlossen. Zwischen den beiden Einstellungen gemäss den Fig. 3 und 4 können durch entsprechendes Verstellen der Schraube 11 stufenlos beliebige Zwischen- werte für die gewünschte Ofentemperatur bzw. Ofenleistung eingestellt werden.
In den Fig. 5-7 ist die Unterbringung der Regeleinrichtung in einem Konvektionsschacht beispiels- weise dargestellt, u. zw. zeigt die Fig. 5 einen Ofen nutter Regeleinrichtung im senkrechten Schnitt, die Fig. 6 in der Seitenansicht bei abgenommener Aussenwand und die Fig. 7 im waagrechten Schnitt in
Höhe des Bimetallelementes 6. Infolge der Unterbringung der Regeleinrichtung in dem mit Hilfe der
Aussenwand 4 gebildeten Luftschacht kann die Klappe 7 den übergrossen Hub nicht ausführen. Eine der- artig weitspreizende Bewegung ist auch in den meisten Fällen aus räumlichen Gründen nicht möglich bzw. auch nicht erwünscht. Es ergibt sich also die Notwendigkeit einer Hubunterdrückung, die mit Hilfe der Blattfeder 10 möglich ist. Die in Fig. 5 wiedergegebene Stellung entspricht der Stellung nach Fig. 2, d. h. bei kaltem Ofen.
Der Druckpunkt der Stellschraube 11 hat sich dabei von dem Bimetallelement 6 abgehoben. Die Blattfeder 10 ist entsprechend gespannt. Durch diese Anordnung ist eine unzulässig hohe Belastung des Bimetallelementes 6 vermieden, sofern die Blattfeder 10 wesentlich schwächer als der Bimetallstreifen 6 gehalten ist. Bei der Erwärmung des Ofens und der dabei auftretenden Krümmung des Bi- metallelemente 6 tritt zunächst nur eine Entspannung der Feder 10 ein, bis der Druckpunkt der Schraube 11 zur Anlage an das Bimetallelement kommt. Von diesem Augenblick an nimmt an der weiteren Bewegung des Bimetallelementes auch die Stange 8 mit der Klappe 7 teil. Auch hier wird also die Klappe 7 erst kurz vor Erreichen der Solltemperatur, u. zw. etwa auf den letzten 10 - 300 C, die Verbrennungluftmenge regeln.
In der Fig. 5 ist gezeigt, dass im oberen Bereich auf Ausmauerung des Ofens verzichtet wurde. Um den Regler rascher auf Leistungsschwankungen ansprechen zu lassen, sind auf der Rauchgasseite die Rippe 14 und auf der Luftseite die Rippen 13 angeordnet. Für das unverzögerte Ansprechen des
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Reglers auf Leistungsschwankungen ist der Wegfall der Ausmauerung bzw. ihre Beschränkung auf das Mindestmass im Bereich der Befestigung des Reglers am Ofenkörper wichtig. Vor allem werden dadurch Phasenverschiebungen vermieden, die zu einem Auf- und Abpendeln der Ofentemperatur führen.
In den Fig. 8 und 9 ist im grösseren Massstab eine spezielle Ausbildungsform der Regeleinrichtung in verschiedenen Stellungen dargestellt, insbesondere mit einer besonders zweckmässigen Gestaltung der Verstelleinrichtung. Der Bimetallstreifen 6 ist gegen mechanische Überlastungen nicht nur in der Öffnungrichtung durch die Blattfeder 10 gesichert, sondern desgleichen auch in der andern Richtung, u. zw. durch die Anschlagfeder 21, welche im Normalzustand, d. h. bei nicht vorhandener Überlastung, mit Vorspannung am Federanschlag 20 anliegt. Auf der Anschlagfeder 21 befindet sich die Justierschraube 22, welche mit ihrem gewölbten Kopf auf einer Kurve 24 am äusseren Rand des drehbaren Stellgriffes 23 gleitet.
Dieser erfüllt mit seiner Kurve dieselbe Funktion wie in den vorher beschriebenen Beispielen die Schraube 11 mit ihrem Druckpunkt. Durch Drehen des Stellgriffes 23 wird über die Justierschraube 22 der Winkel zwischen dem Bimetallelement 6 und der Stange 8 entgegen der Kraft der Feder 10 geändert. Liegt die Verbrennungsluftklappe 7 auf ihrer Sitzfläche und wird der Stellgriff weiter betätigt bzw. steigt die Temperatur des Ofens durch einen Bedienungsfehler, z. B. durch Offenlassen der Tür des Aschenraumes weiter an,
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Die Stange 8 besitzt an ihrem oberen Ende das Halteblech 18 des Stellgriffes 23, welches einmal über die Blattfeder 10 mit dem Bimetallstreifen 6 verbunden ist und zum andern die Lagerung 19 für den Stell- griff 23 trägt. Der Stellgriff 23 und die Lagerung 19 bilden eine geschlossene Einheit, die als solche nach- täglich am Ofen eingebaut werden kann. Dadurch werden Beschädigungen der Regeleinrichtung durch den über die Aussenwand 4 hinausragenden Stellgriff 23, beispielsweise beim Transport, vermieden. Die Justier- schraube 22 als Gegenlager der Stellgriffkurve 24 ermöglicht die einmalige Einstellung der Regeleinrich- tung nach deren Anbringung am Ofen, indem beispielsweise bei Temperatur und bei einer bestimmten
Einstellung des Stellgriffes 23 die Justierschraube 22 so lange verdreht wird, bis die Verbrennungsluftklap- pe 7 gerade auf ihrem Sitz aufliegt.
Da der Stellgriff 23 die Bewegung des freien Endes des Bimetallstrei- fens 6 mitmacht, führt er sowohl in der Horizontalen wie auch in der Vertikalen eine gewisse Bewegung aus. Die Durchgangsöffnung 25 für den Stellgriff 23 in der Aussenwand 4 des Konvektionsschachtes ist so gross bemessen, dass sie genügend Spiel für diese Bewegungen lässt. Sie besitzt deshalb einen entsprechend grösseren Durchmesser als der Stellgriff 23. Durch den Spalt zwischen dem Stellgriff 23 und dem Rand der Öffnung 25 wird durch die Sogwirkung des Konvektionsschachtes Kaltluft eingesaugt, welche den Knopf 23 genügend kühlt, zumal der Stellgriff 23 praktisch keine unmittelbare Verbindung mit dem Ofenkörper besitzt.
Die Fig. 8 zeigt auch die Anordnung eines frei pendelnden Gewichtes 32 am unteren Ende der Stange 8, durch welches Schwingungserscheinungen der Klappe 7 vermieden werden, welche kurz vor dem Abschliessen der Öffnung 2 auftreten können. Derartige Schwingungserscheinungen lassen sich auch durch die Anordnung ausschalten, die in Fig. 10 dargestellt ist. Dabei nimmt die Klappe 7 infolge einer entsprechenden Abbiegung. 1er Stange 8 eine Schräglage ein, so dass sie sich anfangs nur an einer Stelle auf die Sitzfläche auflegt. Die Klappe ist auf dem Lager 27 unter Vorspannung der Feder 28 beweglich ge- halten. Bei weiterer Schliessbewegung der Klappe 7 tritt eine zusätzliche Kraft durch das Zusammendrükken der Feder 28 und durch die Reibung der Klappe 7 an der Berührungsstelle auf. Hiedurch wird eine Resonanz unterbunden.
Ausserdem wird durch das einseitige Aufsetzen der Klappe 7 die Geräuschbildung beim Schliessen gemindert.
Plötzliche Schwankungen des Kaminzuges und damit der Verbrennungsluftmenge je Zeiteinheit können dadurch vermindert werden, dass die Federkonstante des Bimetallstreifens 6 derart bemessen ist, dass die Klappe 7 unter der Einwirkung der Kraft des Ytaminzuges am Gesamthebel 30 einen Hub ausführt und
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: Luftgeschwindigkeitbrennungsluftmenge pro Zeiteinheit) konstant bleibt.
Die Fig. 12 zeigt eine Kombination der Regeleinrichtung mit einem elektrischen Stellglied, u. zw. einem elektrisch beheizten Bimetallelement. Dieses wird von einem an einer beliebigen geeigneten Stelle angebrachten Raumthermostaten gesteuert. Die vorher beschriebene Regeleinrichtung, bestehend aus Bimetallstreifen 6, Blattfeder 10, Stellschraube 11 und Stange 8, tritt in diesem Beispiel als Überlastungsund Ausgehsicherung in Funktion, während die Klappe 7 über das am unteren Ende der Stange 8 ange-
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