AT395775B - Feuerungsautomat - Google Patents

Description

AT 395 775 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feuerungsautomaten, für ein brennerbeheiztes Gerät, dessen Brenner aus einer mit einem Magnetventil versehenen Brennstoffzuleitung gespeist ist, wobei die Spule des Magnetventils durch einen Anzugs- und einen Haltestromkreis erregbar ist und ein Flammendetektor sowie ein im Anzugsstromkreis angeordneter Schalter sowie ein in beiden Stromkreisen sich auswirkender Sicher-heitsschalter vorgesehen sind.

Solche Feuerungsautomaten sind in aller Regel elektromechanisch ausgebildet, d. h., sie weisen im Ausgang des Flammendektektors ein Flammenrelais auf, dessen Schalter im Anzugsstromkreis der Relaisspule liegt, die ihrerseits den Stromkreis für das Magnetventil beherrscht

Eine solche Schaltung hat generell gesehen den Nachteil, daß zunächst bezüglich des Magnetventilrelais der erhöhte Aufwand eines weiteren Relais zu treiben ist und daß unterschiedliche Höhen der speisenden Spannung einmal unterschiedliche Werte für den Halte- bzw. Anzugsstromkreis ergeben und sich weiterhin auf den Sicherheitsschalter auswirken, indem sie diesen mehr oder weniger thermisch vorheizen, was eine Variation der Laufdauer der Sicherheitszeit bewirkt. Die Eigensicherheit ist bei einer solchen Schaltung in der Regel gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik, den Feuerungsautomaten so auszugestalten, daß das Magnetventilrelais entfallen kann und daß Änderungen in der Höhe der speisenden Spannung sich nicht auf die Halte- und Anzugsstrom werte im Stromkreis des Sicherheitsschalters auswirken.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß darin, daß die Spule des Magnetventils mit dem Sicherheitsschalter in Serie liegt, in den Anzugs- und Haltestromkreis eingeschleift und mit einer in ihren Stromwerten umschaltbaren Konstantstromquelle verbunden ist

Durch das erste kennzeichnende Merkmal ergibt sich der Vorteil der kostengünstigeren Erstellung des Feuerungsautomaten infolge des Fehlens des Magnetventilrelais, und durch das zweite Merkmal ergibt sich der Vorteil der Spannungshöhenunabhängigkeit.

Weiter läßt sich durch geeignete Dimensionierung und Ausbildung der Schaltung erreichen, daß auch das dem Stand der Technik zugehörige Flammenrelais im Anzugskreis mit seinem Kontakt eingespart bzw. durch ein sich verbessert auswirkendes Bauteil ersetzt werden kann. Weiterhin ist damit die Eigensicherheit der Schaltung nach wie vor gegeben. Unter Eigensicherheit wird hierbei verstanden, daß das Auftreten jeder Leitung bzw. das Kurzschließen eines aktiven Bauteils nicht zu einem ungewollten Öffnen des Magnetventils führt.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Konstantstromquelle in eine Brückenschaltung integriert ist, wobei ein Zweig der Brücke aus einer Serienschaltung eines Widerstandes mit einer Zenerdiode besteht und der zweite Zweig eine Serienschaltung des Sicherheitsschalters mit der zu erregenden Spule und der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors in Verbindung mit in Serie geschalteten Widerständen aufweist, wobei die Brücken diagonal aus der Verbindung der Basis des Transistors mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Zenerdiode bestehen und der Widerstand parallel zur Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors im Anzugsstromkreis liegt, wobei die Basis des Transistors sowohl mit dem Ausgang des Flammendetektors als auch mit dem Eingang des Zünders verbunden ist.

Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Schaltung des Feuerungsautomaten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die gesamte Schaltung des Feuerungsautomaten mit einem Netzteil versehen ist, das einen Niederspannungstrenntransformator aufweist, der unmittelbar am Netzspannungsstecker angeordnet ist

Diese Ausgestaltung ergibt eine besonders einfache Ausgestaltung der Spannungsversorgung des Gerätes, da nämlich ein besonderes Netzteil in dem Gerät vermieden wird, das mit dem Feuerungsautomat überwacht wird. Damit verringern sich die Anforderungen an das vom Feuerungsautomaten zu überwachende Gerät bezüglich der Berührungsspannung.

Schlußendlich wird vorgeschlagen, daß die Spule des Magnetventils baulich untrennbar mit den Elementen der Konstantstromquelle mechanisch verbunden ist. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine erhöhte Sicherheit des Feuerungsautomaten gegen den Eingriff Unbefugter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Durchlauf-Wasserheizers mit dem Feuerungsautomaten.

Der Durchlauf-Wasserheizer (1) besteht aus einem Heizschacht (2) mit eingebautem Lamellenwärmetauscher (3), der von einem Wasserrohr (4) durchzogen ist, das von einer Kaltwasserleitung (5) gespeist ist, in die ein Wasserschalter (6) eingeschleift ist und die mit einem speisenden Kaltwassemetz (7) verbunden ist. Stromab des Rohres (4) ist eine Warmwasserzapfleitung (8) angeschlossen, die mit einem Zapfventil (9) versehen ist Dem Wasserschalter (6) zugehörig ist ein Membranschalter (10), der über eine Wirkverbindung (11) einen Arbeitskontakt (12) steuert. Der Wärmetauscher (3) ist von einem Gasbrenner (13) beheizt, der aus einer mit einem Elektromagnetventil (14) versehenen Gaszuleitung (15) gespeist ist.

Statt eines Gasbrenners könnte auch ein Ölbrenner in Frage kommen, der Feuerungsautomat muß nicht notwendig auf einen Durchlauf-Wasserheizer für sanitäres Brauchwasser angewendet werden, eine Anwendung wäre auch in einem Umlauf-Wasseiheizer oder Kessel oder einem kombinierten Gerät möglich.

Der Feuerungsautomat (16) ist im Gehäuse des Durchlauf-Wasserheizers (1) untergebracht, und zwar zum Teil auf einer Schaltplatine, zum Teil als größere Bauelemente an anderweitiger Stelle. Die Stromversorgung der Schaltung (17) des Feuerungsautomaten geschieht durch ein Netzteil (18), das aus einem Stecker (19) und -2-

AT 395 775 B einem Trenntransformator (20) besteht. Der Trenntransformator (20) ist über eine mehr oder weniger lange Niederspannungsverbindungsschnur (21) mit der Schaltung (17) verbunden. Durch den Trenntrafo (20) wird die Netzspannung in Höhe von 220 V auf 12 V oder 24 V herabtransformiert. Damit tritt der Vorteil ein, daß der Installateur des Wasserheizers bzw. der Benutzer nicht mit Spannung in Höhe der Netzspannung in Berührung kommt, was bezüglich der Sicherheit in manchen Ländern wichtig sein kann. In eine Litze der Verbindungsschnur (21) ist der Kontakt (12) eingeschleift, die Verbindungsschnur führt an einen Gleichrichter (22), von dem zwei Basisleitungen (23) und (24) abgehen, von denen die Leitungen (23) an Masse (25) gelegt sind, wobei die Masse gleichzeitig dem Gehäuse des Durchlauf-Wasserheizers entsprechen kann. Es wäre ebensogut möglich, auch die Leitung (24) an Masse zu legen, falls dies aus irgendwelchen Gründen zweckmäßig ist, und die Leitung (23) von der Masse dann zu trennen.

Zwischen den Leitungen (23) und (24) ist zunächst ein Kondensator (CI) geschaltet. Er dient der Siebung der gleichgerichteten Spannung, die mit ihren Potentialen auf den Leitungen (23) und (24) ansteht. Die Leitungen (23) und (24) sind parallel zum Kondensator (CI) über eine Brücke (BR) miteinander verbunden. Diese Brücke (BR) besteht aus zwei Zweigen, von denen der erste Zweig aus der Serienschaltung eines Widerstandes (RI) mit einer Zenerdiode (Dl) besteht. Der Verbindungspunkt (26) zwischen beiden ist über eine Leitung (27) an die Basis (28) eines Transistors (TI) gelegt. Die Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors bildet den zweiten Zweig der Brücke, der im übrigen aus der Serienschaltung eines Sicherheitsschalters (F) in Reihe mit einer Spule (SP) des Magnetventils, bestehend seinerseits aus der Spule mit dem Ventil (14), besteht. Weiterhin setzt sich der Ast in Richtung auf die Leitung (23) durch die Serienschaltung zweier Widerstände (R2) und (R3) fort. Der zweite Zweig besteht somit aus der Reihenschaltung der Elemente (F), (SP), Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (TI) und den Widerständen (R2) und (R3). Die Spule (SP) ist durch eine Freilaufdiode (D2) überbrückt. Der Sicherheitsschalter (F) besteht aus einem Kontakt, der von einem Bimetall beherrscht ist, wobei dieses Bimetall durch eine Heizwicklung beaufschlagt wird. Bei zu starker Beheizung des Bimetalls durch die Heizwicklung öffnet das Bimetall den zugehörigen Kontakt. Wesentlich ist noch, daß der Sicherheitsschalter (F) der Spule (SP) unmittelbar in Serie liegt. Ein Verbindungspunkt (29) zwischen den Widerständen (R2) und (R3) ist an den Kollektor eines zweiten Transistors (T2) angeschaltet, dessen Emitter mit der Leitung (23) unmittelbar verbunden ist. Die Basis des Transistors (T2) ist über einen Widerstand (R5) eines Zünders (Z) verbunden, wobei dieser Zünder allgemein gesehen einen Zündtransformator mit eingebautem Wandler aufweist. Der Zünder ist über eine Leitung (30) mit der Leitung (23) verbunden. Vom Zünder gehen zwei Leitungen (31) und (32) ab, wobei die Leitung (31) mit dem Brenner (13) unmittelbar verbunden ist, während an das Ende der Leitung (32) eine Zündelektrode (33) angeschlossen ist.

Die Leitung (34), die sich zwischen der Basis des Transistors (T2) und dem Zünder (Z) erstreckt und dem Widerstand (R5), ist über eine Zweigleitung (35) mit dem Ausgang einer Verstärkerschaltung (36) verbunden, die Teil eines Flammendetektors (37) ist. Der Verstärker ist mit einem Eingang über eine Leitung (38) mit der Leitung (23) und seinem anderen Eingang über eine Leitung (39) mit einer ersten Wicklung eines Transformators (TR2) und über diesen hinaus mit einer Überwachungselektrode (20) verbunden. Die zweite Wicklung des Transformators (TR2) ist über ein zweiadriges Kabel (40) mit der Schnur (21) verbunden.

Die Funktion der Schaltung des Feuerungsautomaten ist folgende: Im Ruhezustand, bei nicht fließendem Wasser, ist der Kontakt (12) geöfffnet, so daß die gesamte Schaltung (17) des Feuerungsautomaten stromlos ist. Lediglich der am Stecker des Gerätes vorhandene Netztrafo ist in Betrieb, erzeugt aber eine zu vernachlässigende Verlusüeistung. Beim Öffnen des Zapfventils erfolgt Wasserdurchfluß durch die Leitungen (7), (5) und (8), was der Wasserschalter (6) registriert und über den Membranschalter (10) mittels einer Druckdifferenz den Kontakt (12) zum Schließen bringt. Damit ist die Spannungsversorgung für die Schaltung (17) gesichert. Einmal wird die Ionisationsüberwachungselektrode (20) mit Hochspannung versorgt, zum zweiten die Verstärkerschaltung (36) mit Betriebsspannung beaufschlagt. Der Transistor (TI) ist gesperrt, das Elektromagnetventil (SP 14) geschlossen. Da der Brenner nicht brennt, kann die Elektrode (20) kein Rammensignal registrieren, so daß am Ausgang (35) des Rammendetektors (37) positives Spannungspotential anliegt. Als Folge dessen wird der Zünder (Z) mit Betriebsspannung versorgt, so daß Hochspannungsfunken von der Elektrode (33) zur Masse des Brenners überspringen. Gleichzeitig wird über den Widerstand (R5) die Basis des Transistors (T2) beaufschlagt, so daß dessen Kollektor-Emitterstrecke leitend wird und den Widerstand (R3) kurzschlicßt. Da der Emitter des Transistors (TI) nunmehr nur über den Widerstand (R2) mit der Leitung (23) verbunden ist, ist die an diesem Widerstand abfallende Spannung ein Maß für den resultierenden Anzugsstrom, der durch die Kollektor-Emitterstrccke des Transistors (TI) schließt und damit die Spule (SP) wie auch den Sicherheitsschalter (F) beaufschlagt. Die er Schaltzustand ist der erste Zustand der Konstantstromquelle die aus der Brücke (BR) besteht. Die Funktion der Konstantstromquelle ist deswegen gegeben, weil die Zenerdiode (Dl) eine konstante Basisspannung an die Basis des Transistors (TI) liefert, die mit der am Widerstand (R2) abfallenden Spannung verglichen wird. Der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (TI) fließende Strom, in diesem Fall der Anzugsstrom, ist somit konstant und unabhängig von etwaigen Spannungsschwankungen des speisenden Netzes. Damit wird die Spule (SP) mit einem konstanten Strom beaufschlagt, der so bemessen ist, daß durch diesen Strom gerade das Anziehen bzw. öffnen des Ventils (14) erreichbar ist. Somit wird die Spule (SP) ausreichend erregt, und das Ventil (14) öffnet. Dieses Ventil kennt -3-

AT 395 775 B nur die Betriebszustände "voll offen" und "geschlossen", somit findet Gasdurchsatz durch die Leitung (15) zum Brenner (13) statt, das dort austretende Gas wird über die Elektrode (33) gezündet, verbrennt und beheizt den Wärmetauscher (3), so daß der Benutzer warmes Brauchwasser bekommt. Mit dem Beaufschlagen der Spule (SP) wird auch die Heizwicklung des Sicherheitsschalters (F) beheizt. Auch dieses Beheizen mit dem Anzugsstrom der Spule (SP) führt dazu, daß der Kontakt des Sicherheitsschalters nach Ablauf einer Zeit von 10 Sekunden (allgemein gesprochen der pro Land festgelegten und unterschiedlichen Sicherheitszeit) öffnet Da im vorliegenden betrachteten Funktionsfall der Brenner bereits gezündet hat, ist das Entstehen der Flamme über die Elektrode (20) bereits dem Flammendetektor (37) gemeldet worden. Als dessen Folge ändert der Ausgang (35) sein Potential, was dazu führt, daß einmal der Zünder (Z) stromlos geschaltet wird und zum anderen der Transistor (T2) wieder gesperrt wird. Als Folge der Sperrung ist der Widerstand (R3) wieder in dem zweiten Briickenast wirksam, so daß der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (TI) fließende Strom reduziert wird, und zwar auf den Haltestrom der Spule (2), der gerade so groß ist, daß das Ventil (14) - entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Rückstellfeder - zwar offen gehalten werden kann, mit diesem Strom ist aber ein Öffnen des Ventils aus dem geschlossenen Zustand gegen die Rückstellkraft dieser Feder nicht möglich. Dieser Schaltzustand entspricht somit dem zweiten Schaltzustand der Konstantstromquelle. Der nunmehr fließende reduzierte Strom durch die Spule und durch den Sicherheitsschalter bewirkt zwar eine weitere Beheizung des Bimetalls des Sicherheitsschalters, die aber so groß ist, daß hierdurch ein Öffnen des Kontakts resultiert. Diese Verhältnisse darzustellen ist nicht schwierig, da das Verhältnis des Anzugsstroms zum Haltestrom etwa im Bereich von 1:5 liegt bzw. bei Auswahl entsprechender Elemente der Spule und des Sicherheitsschalters ohne weiteres in einen solchen Bereich gelegt werden kann. Somit ist dargelegt, daß die einzige Konstantstromquelle zwei stabile und stabilisierte Schaltzustände kennt, die beide zu ganz definierten Stromwerten durch die Spule (SP) des Elektromagnetvcntils (14) führen.

Ist die Sicherheitszeit abgelaufen, bevor der Brenner gezündet wurde, so öffnet der Kontakt des Sicherheitsschalters und unterbindet damit jedweden weiteren Stromfluß durch die Spule (SP), unabhängig davon, ob danach noch ein Flammenerscheinen über die Elektrode (20) gemeldet wird oder nicht. Andererseits bewirkt ein Stromloswerden der Spule (SP) sofort ein Schließen des Elektromagnetventils (14).

Eine nähere Betrachtung zeigt, daß die Schaltung (17) eigensicher aufgebaut ist, man kann im Zweig (Rl-Dl) die Verbindung trennen. Wird der Zweig des Astes mit dem Widerstand (RI) aufgetrennt, so kann der Transistor (TI) nicht leitend werden. Das gleiche passiert, wenn die Verbindung (27) aufgetrennt wird. Wird der Zweig mit der Diode (Dl) aufgetrennt, so wird der Punkt (26) bzw. die Basis des Transistors positiv, dann fließt der maximal mögliche Strom durch die Kollektoremitterstrecke des Transistors (TI) der noch über dem Anzugswert liegt. Die Funktion der Konstantstromquelle ist dann aufgehoben, so daß der Sicherheitsschalter (F) durch diesen hohen Strom sehr hoch beheizt wird und damit sehr schnell öffnet. Das führt dazu, daß die Spule (SP) zwar für kurze Zeit einen sehr hohen Strom bekommt, worauf das Magnetventil (14) öffnet, andererseits wird dieser Vorgang auch extrem schnell wieder beendet, und zwar noch schneller, als die übliche Sicherheitszeit dauert

Wird der Zweig der Brücke mit der Spule (SP) und dem Sicherheitsschalter (F) geöffnet, kann die Spule nicht erregt werden. Wird der Zweig mit den Widerständen (R2) und (R3) geöffnet, so kann kein Anzugsstrom für die Spule fließen. Der Begriff der Eigensicherheit impliziert noch, daß alle aktiven Bauelemente kurzgeschlossen werden können, ohne daß das zu einem Sicherheitsfall führen darf. Ein Kurzschließen der Zehnerdiode (Dl) führt dazu, daß der Transistor (TI) nicht leitend werden kann. Ein Kurzschluß des Transistors (TI) führt zum Außerbetriebsetzen der Konstantstromquelle und damit zu einem Überheizen des Sicherheitsschalters (F). Hierbei öffnet zwar das Magnetventil (SP/14) für eine gewisse Zeit, schließt aber auch in einer Zeit, die kürzer ist als die Sicherheitszeit. Ein Kurzschließen des Transistors (T2) bewirkt ein Beaufschlagen der Spule (SP) mit dem Anzugsstrom unter der Wirkung der Konstantstromquelle, aber gleichzeitig ein Zünden des Brenners. Nach Ablauf der Sicherheitszeit ist dieser Zustand wieder beendet. Dabei kann zwar das Gerät ordnungsgemäß in Betrieb gehen; nach Ablauf der Sicherheitszeit ist wegen des fehlenden Umschaltens der Konstantstromquelle auf den Haltestrom über den Sicherheitsschalter (F) der Vorgang beendet. Wesentlich ist, daß ein Ansprechen des Sicherheitsschalters zu einer dauernden Abschaltung des Gerätes führt. Diese Störung kann nur durch Eindrücken eines am Sicherheitsschalter angebrachten Knopfes per Hand wieder rückgängig gemacht werden. Auch bei sonstigen Fehlern der Schaltung ist immer ein Zurückfallen in den sicheren Zustand gegeben. LTnterstellt man eine Störung im Flammendetektorkreis (37) bei normal arbeitendem Gerät, so wird über den Transistor (T2) der Widerstand (R3) kurzgeschlossen. Das führt zu einer Beaufschlagung der Spule mit dem Öffnungsstrom und damit nach Ablauf der Sicherheitszeit zu einem Ansprechen des Sicherheitsschalters. Würde bei geschlossenem Zapfventil der Flammendetektor (37) eine weiterbrennende Flamme vortäuschen, so würde das beim nächsten Einschalten des Gerätes dazu führen, daß der Anzugsstromwert der Konstantstromquelle nicht mehr erreicht werden kann, da der Transistor (T2) unter dieser Bedingung gesperrt wird.

Statt einer einzigen Kostantstromquelle, zu der im übrigen die Bauelemente (Dl, R2, R3, TI und RI) gehören, könnten auch zwei verschiedene auf die nötigen Stromschwellen ausgelegte Konstantstromquellen vorgesehen werden. -4-

Claims (4)

1. AT 395 775 B PATENTANSPRÜCHE 1. Feuerungsautomat für ein brennstoffbeheiztes Gerät, dessen Brenner aus einer mit einem Magnetventil versehenen Brennstoffzuleitung gespeist ist, wobei die Spule des Magnetventils beim Zündvorgang über einen Anzugsstromkreis und im Betrieb über einen Haltestromkreis erregt ist, und ein Flammendetektor sowie ein im Anzugskreis angeordneter Schalter sowie ein sich in beiden Stromkreisen auswirkender Sicherheitsschalter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (SP) des Magnetventils (14) mit dem Sicherheitsschalter (F) in Serie liegend in den Anzugs- (41) und Haltestromkreis (42) eingeschleift und mit einer in ihren Stromwerten umschaltbare Konstantstromquelle (43) verbunden ist.
2. 2. Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle in eine Brückenschaltung (BR) integriert ist, wobei ein Zweig der Brücke aus einer Serienschaltung eines Widerstandes (RI) mit einer Zenerdiode (Dl) besteht und der zweite Zweig eine Serienschaltung des Sicherheitsschalters (F) mit der zu erregenden Spule (SP) und der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors (TI) in Verbindung mit in Serie geschalteten Widerständen (R2) und (R3) aufweist, wobei die Brückendiagonale aus der Verbindung (27) der Basis (28) des Transistors (TI) mit dem Verbindungspunkt (26) zwischen dem Widerstand (RI) und der Zenerdiode (Dl) besteht und daß der Widerstand (R3) parallel zur Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors im Anzugsstromkreis (41) liegt, wobei die Basis des Transistors (T2) sowohl mit dem Ausgang (35) des Flammendetektors (37) als auch mit dem Eingang des Zünders (Z) verbunden ist.
3. 3. Feuerungsautomat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Schaltung des Feuerungsautomaten mit einem Netzteil (22, TRI, 19) versehen ist, das einen Niederspannungs-Trenntransformator (TRI) aufweist, der unmittelbar im Netzspannungsstecker angeordnet ist.
4. 4. Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (SP) des Magnetventils (SP, 14) baulich untrennbar mit den Elementen der Konstantstromquelle (43) mechanisch verbunden ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-