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Elektrische Schalteinrichtung für Feuerungsanlagen Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung zur Steuerung und Überwachung von Feue- rungsanlagen, bei der z. B. Mittel zur Erzielung einer Vor- und einer Nachzündzeit angeordnet sind.
Einrichtungen dieser Art sind bekannt, weisen jedoch die Nachteile auf, dass sie einesteils kompliziert aufgebaut und andernteils nicht vollständig eigensicher sind oder dass die Nachzündzeit nicht eindeutig definiert ist.
Die vorliegende Erfindung einer Schalteinrich- tung zur Steuerung und Überwachung einer Feue- rungsanlage, mit einem Flammenüberwachungsrelais, einem Kraftschaltrelais, einem Sicherheitsrelais und einem Zündzeitrelais, behebt die Nachteile der bekannten ähnlichen Einrichtungen durch einen neuartigen Schaltungsaufbau mit folgenden kennzeichnenden Merkmalen:
Ein gegenüber einem Nulleiter eines die Einrichtung speisenden Mehrphasennetzes Spannung führender Verzweigungspunkt ist mit je einer ersten Klemme eines Kontrollkontaktes und eines Steuerkontaktes des Flammenüberwachungsrelais und ferner mit einer ersten Klemme eines Hilfskontaktes des Kraftschaltrelais elektrisch verbunden. Das Kraftschaltrelais weist ausser dem Hilfskontakt drei Motorkontakte zur Steuerung eines Antriebsmotors für den Brenner der Feuerungsanlage auf.
Eine zweite Klemme des Kontrollkontaktes ist über die Primär- wicklung eines Zündtransformators an den Nulleiter angeschlossen; auch führt eine Verbindungsleitung von der zweiten Klemme des Kontrollkontaktes zu einer ersten Klemme eines Zündzeitkontaktes des Zündzeitrelais, dessen Wicklung einerseits an einer zweiten Klemme des Steuerkontaktes und anderseits an dem Nulleiter liegt.
Eine weitere Leitung verbindet eine zweite Klemme des Zündzeitkontaktes über die Reihenschaltung der Wicklungen des Sicher- heitsrelais und des Kraftschaltrelais mit dem Null- leiter. Die zweite Klemme des Zündzeitkontaktes ist gleichzeitig mit einer zweiten Klemme des fs- kontaktes elektrisch verbunden und der Wicklung des Sicherheitsrelais ein vom Flammen überwachungs- relais betätigter überbrückungskontakt parallel geschaltet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in Form eines Schaltbildes dargestellt.
In der Figur bedeuten Phasenklemmen 1, 2 und 3 zusammen mit einer Nullklemme 4 den Eingang der Schalteinrichtung, über den diese aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Drehstromquelle mit Strom versorgt wird. Zwischen je zweien der Phasenklemmen 1, 2 und 3 liegt die verkettete und zwischen der Nullklemme 4 und jeweils einer der Phasenklemmen 1, 2 oder 3 die Phasenspannung der die Einrichtung speisenden Drehstromquelle an.
Von den Phasenklemmen 1, 2 und 3 führen Verbindungsleitungen über je einen Motorkontakt 5, 6 und 7 zu einem gegen überstrom gesicherten Antriebsmotor 8 für den Brenner der Feuerungsanlage; ausserdem steht die Phasenklemme 1 über einen Sicherheitsschalter 9, einen Thermostatschalter 10 und Leitungen 11, die von einem Verzweigungspunkt. 12 ausgehen, mit je einer ersten Klemme eines Kon- trollkontaktes 13, eines Steuerkontaktes 14 und eines Hilfskontaktes 15 in Verbindung.
Die Primärwicklung eines Zündtransformators 16 ist an eine zweite Klemme des Kontrollkontaktes 13 und an einen mit der Nullklemme 4 elektrisch verbundenen Nulleiter 17 angeschlossen. Eine weitere Leitung verbindet die zweite Klemme des - Kontroll- kontaktes 13 mit einer ersten Klemme eines Zündzeitkontaktes 18, der als einfacher Arbeitskontakt ausgebildet ist und von einem Zündzeitrelais 19
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betätigt wird, dessen Erregerwicklung elektrisch zwischen einer zweiten Klemme des Steuerkontaktes 14 und dem Nulleiter 17 liegt.
Von einer zweiten Klemme des Zündzeitkontaktes 18 führt ein Strompfad über die Reihenschaltung der Wicklungen eines Sicherheitsrelais 20 und eines Kraftschaltrelais 21 zum Nulleiter 17; gleichzeitig steht die zweite Klemme des Zündzeitkontaktes 18 mit einer zweiten Klemme des Hilfskontaktes 15 in leitender Verbindung. Elektrisch parallel zur Wicklung des Sicherheitsrelais 20 ist ein überbrückungs- kontakt 22 angeordnet.
Als Sicherheitsschalter 9 dient ein Umschalter, der durch das Sicherheitsrelais 20 und mittels einer von Hand zu betätigenden Rückstellvorrichtung 23 gesteuert wird. Ein Kontakt 24 des Sicherheitsschalters 9 ist über eine Signallampe 25 an den Null- leiter 17 angeschlossen.
Zur Steuerung des Kontrollkontaktes 13, des Steuerkontaktes 14 und des überbrückungskontaktes 22, die sämtliche Arbeitskontakte sind, dient ein Flammenüberwachungsrelais 26. Ebenfalls nur Arbeitskontakte weist das Kraftschaltrelais 21 auf, dem die Motorkontakte 5, 6, 7 und der Hilfskontakt 15 zugeordnet sind.
Das Zündzeitrelais 19 und das Sicherheitsrelais 20 arbeiten mit Zeitverzögerung und sind vorzugsweise als Bimetallrelais ausgeführt, während als Kraftschaltrelais 21 und als Flammenüberwachungs- relais 26 je ein elektromagnetisches Relais dient. Diese Relaiswahl ist besonders zweckmässig, jedoch nicht bindend. Grundsätzlich lässt sich die Schalteinrichtung auch mit anderen bekannten Arten verzögerter und schneller Relais verwirklichen.
In der Zeichnung sind sämtliche Kontakte in ihrer Ruhelage dargestellt. Da für den Thermostatschalter 10 die Ruhelage dem kalten Zustand entspricht, d. h. dem Zustand, bei dem von der Feue- rungsanlage Wärme verlangt wird, zeigt das Schaltbild die Kontaktstellungen im Zeitpunkt des Be- ginnes eines normalen Arbeitszyklus, der nun im folgenden beschrieben wird.
Der Verzweigungspunkt 12 ist mit der Spannung führenden Phasenklemme 1 verbunden, damit wird der Zündtransformator 16 erregt und Zündfunken springen an in der Zeichnung nicht dargestellten, in den Feuerungsraum hineinragenden Elektroden über. Gleichzeitig erhält auch die Wicklung des Zündzeit- relais 19 Spannung und dieses schliesst mit Zeitverzögerung den Zündzeitkontakt 18.
Die Zeitspanne vom Einstzen der Zündfunken bis zum Schliessen des Zündzeitkontaktes 18 heisst Vorzündzeit.
Nach dem Schliessen des Zündzeitkontaktes 18 kommt die Netzspannung in, der Reihenschaltung des Sicherheitsrelais 20 und des Kraftschaltrelais 21 zur Wirkung, was zur Folge hat, dass das Kraft- schaltrelais 21 aufzieht und die ihm zugeordneten Kontakte 5, 6, 7 und 15 schliesst. Die gleichzeitige Erregung des verzögerten Sicherheitsrelais 20 bedeutet den Beginn des Ablaufes einer Verzögerungs- zeit, der sogenannten Sicherheitszeit, nach welcher das Sicherheitsrelais 20 auf den Sicherheitsschalter 9 einwirkt, falls die Erregung des Sicherheitsrelais 20 nicht vor Ablauf der Sicherheitszeit wieder unterbrochen wird.
Beim Schliessen der Motorkontakte 5, 6 und 7 läuft der Antriebsmotor 8 an und bewirkt, dass Brennstoff und Luft in den Feuerungsraum gefördert werden. Da der Zündtransformator 16 bereits eingeschaltet ist, entzündet sich das Brennstoff-Luft-Ge- misch an den Zündfunken. Das Zustandekommen einer Flamme hat in bekannter Weise ein Ansprechen des Flammenüberwachungsrelais 26 zur Folge, welches nun den 17berbrückungskontakt 22 schliesst und den Kontrollkontakt 13 sowie den Steuerkontakt 14 öffnet.
Das Kraftschaltrelais 21 liegt nunmehr über den Hilfskontakt 15 selbsthaltend an der vollen Spannung, da gleichzeitig die Wicklung des Sicherheitsrelais 20 durch den Überbrückungskontakt 22 überbrückt ist, wobei das Sicherheitsrelais 20 ent- regt wird und noch vor Ablauf der Verzögerungszeit (Sicherheitszeit) in den Ruhezustand zurückkehrt.
Nach dem Öffnen des Steuerkontaktes 14 durch das Flammenüberwachungsrelais 26 ist die Wicklung des Zündzeitrelais 19 spannungslos und dieses kehrt verzögert in seine Ruhelage zurück. Die Zeitspanne vom Zustandekommen einer Flamme und folgendem Öffnen des Steuerkontaktes 14 bis zum Öffnen des Zündzeitkontaktes 18 durch das Zündzeitrelais 19 wird Nachzündzeit genannt, weil während dieser Zeit der Zündtransformator 16 über den Hilfskontakt 15 und über den Zündzeitkontakt 18 erregt bleibt, obwohl die Flamme bereits brennt und daher der Kontrollkontakt 13 geöffnet ist.
Während der durch Wahl einer geeigneten Abfallverzögerung des Zünd- zeitrelais 19 einstellbaren Nachzündzeit kann sich die Flamme stabilisieren. Es ist wesentlich, dass die Nach- zündzeit erst dann beginnt, wenn bereits eine Flamme entstanden ist.
Durch das Öffnen des Zündzeitkontaktes 18 wird der Zündtransformator 16 abgeschaltet. Nunmehr befindet sich die Feuerungsanlage ordnungsgemäss in Betrieb, bis der Thermostatschalter 10 seinen Kontakt öffnet, worauf sämtliche Kontakte sofort in ihre im Schaltbild dargestellte Ruhelage zurückkehren, mit Ausnahme des Kontaktes des Thermostatschalters 10, der seine Ruhelage erst nach einer Abkühlungszeit wieder einnimmt, die durch den geregelten Kreis, z. B. durch eine Heizungsanlage, gegeben ist, um dadurch einen neuen Arbeitszyklus einzuleiten.
Eine Besprechung einiger denkbarer Störungsfälle soll nun im folgenden zeigen, dass die vorliegende Schalteinrichtung über ihre normalen und als bekannt vorausgesetzten Sicherheitsfunktionen hinaus vollständig eigensicher ist, das heisst, dass Störungen in der Schaltung selbst zur Abschaltung der gesamten Feuerungsanlage führen.
Falls ein Drahtbruch die Wicklung des Sicherheitsrelais 20 unbrauchbar macht, während die Feue-
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rungsanlage in Betrieb ist, bleibt die Anlage weiter in Betrieb, da das Kraftschaltrelais 21 über den Hilfskontakt 15 und den Überbrückungskontakt 22 an Spannung liegt. Erlischt jedoch die Flamme, worauf das Flammenüberwachungsrelais 26 abfällt und die dem Flammenüberwachungsrelais 26 zugeordneten Kontakte ihre im Schaltbild dargestellte Ruhelage einnehmen, so wird das Kraftschaltrelais 21 entregt und öffnet die Motorkontakte 5, 6 und 7 sowie den Hilfskontakt 15.
Die Feuerungsanlage ist damit abgeschaltet und bleibt ausser Betrieb, bis die Störung behoben ist.
Ein Masseschluss der Wicklung des Sicherheitsrelais 20 führt entweder zur Auslösung dieses Relais und damit zur Betätigung des Sicherheitsschalters 9, wodurch die Anlage abgeschaltet und die Störungs- meldelampe 25 an Spannung gelegt wird, oder zum Ansprechen einer nicht gezeichneten Gerätesicherung, was ebenfalls eine Stillegung der Feuerungs- anlage bewirkt.
Falls während des Anfahrzustandes etwa die Wicklung des Zündzeitrelais 19 durchbrennt, wird entweder der Zündzeitkontakt 18 überhaupt nicht geschlossen, weil die Erregung des Zündzeitrelais 19 nicht ausreichend war, oder es erfolgt bei vor der Wicklungsunterbrechung zum Schliessen des Zünd- zeitkontaktes 18 bereits genügender Erregung ein normaler Ablauf eines Arbeitszyklus, nach dessen Beendigung die Einrichtung abgeschaltet und ausser Betrieb bleibt, bis die Störung behoben ist,
weil der Zündzeitkontakt 18 durch das gestörte Zündzeit- relais 19 nicht mehr geschlossen und somit die Wicklung des Kraftschaltrelais 21 nicht mehr erregt werden kann. Ein Masseschluss der Wicklung des Zündzeitrelais 19 führt entweder zu einem Durchbrennen der Wicklung oder zu einem Ansprechen der erwähnten Gerätesicherung.
Aus dem Schaltbild lässt sich im weiteren mühelos ablesen, dass bei einer Störung der Kontakte 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14 und 18 infolge von Abbrand oder Verschmutzung, wodurch eine Kontaktgabe verhindert wird, eine Inbetriebsetzung der Feuerungsanlage nicht erfolgen kann, während bei einer ungenügenden Kontaktgabe im Kontakt 15 oder 22 der Erregerstrom des Kraftschaltrelais 21 die Wicklung des Sicherheitsrelais 20 so lange durchfliesst, bis dieses anspricht und die Feuerungsanlage abschaltet.
Neben ihrer überraschenden schaltungstechnischen Einfachheit und inhärenten Sicherheit besitzt die Schalteinrichtung den weiteren Vorteil, dass die Nachzündzeit selbsttätig verlängert wird, falls sich die Flamme nicht sogleich stabilisiert. Sooft nämlich die Flamme während des Anfahrzustandes kurz- zeitig erlischt, fällt das Flammenüberwachungsrelais 26 ab und schliesst mittels des Steuerkontaktes 14 den Erregerstromkreis für das Zündzeitrelais 19, dessen Abfall über die normale Nachzündzeit hinaus dadurch so lange weiter verzögert wird, bis die Flamme stabil brennt.
Da bei jedem Abfall des Flammenüber- wachungsrelais 26 auch der Überbrückungskontakt 22 geöffnet wird, nimmt der Erregerstrom des Kraft- schaltrelais 21 seinen Weg über die Wicklung des Sicherheitsrelais 20, das schliesslich anspricht und die Anlage abschaltet, wenn sich die Flamme längere Zeit nicht stabilisiert und somit ein zuverlässiger Betrieb der Feuerungsanlage nicht sichergestellt ist.
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Electrical switching device for firing systems The invention relates to an electrical switching device for controlling and monitoring firing systems. B. means for achieving a pre-ignition and a post-ignition time are arranged.
Devices of this type are known, but have the disadvantages that on the one hand they have a complicated structure and on the other hand are not completely intrinsically safe or that the post-ignition time is not clearly defined.
The present invention of a switching device for controlling and monitoring a firing system, with a flame monitoring relay, a power switching relay, a safety relay and an ignition timing relay, eliminates the disadvantages of the known similar devices by means of a novel circuit structure with the following characteristic features:
A branch point carrying voltage with respect to a neutral conductor of a multi-phase network feeding the device is electrically connected to a first terminal of a control contact and a control contact of the flame monitoring relay and also to a first terminal of an auxiliary contact of the power switching relay. In addition to the auxiliary contact, the power switching relay has three motor contacts for controlling a drive motor for the burner of the combustion system.
A second terminal of the control contact is connected to the neutral conductor via the primary winding of an ignition transformer; A connecting line also leads from the second terminal of the control contact to a first terminal of an ignition timing contact of the ignition timing relay, the winding of which is connected to a second terminal of the control contact and to the neutral conductor.
Another line connects a second terminal of the ignition time contact via the series connection of the windings of the safety relay and the power relay with the neutral conductor. The second terminal of the ignition timing contact is electrically connected to a second terminal of the FS contact and a bridging contact operated by the flame monitoring relay is connected in parallel to the winding of the safety relay.
In the drawing, an embodiment of the subject invention is shown in the form of a circuit diagram.
In the figure, phase terminals 1, 2 and 3 together with a neutral terminal 4 denote the input of the switching device, via which the switching device is supplied with current from a three-phase current source, not shown in the drawing. Between every two of the phase terminals 1, 2 and 3 is the chained and between the neutral terminal 4 and one of the phase terminals 1, 2 or 3 is the phase voltage of the three-phase current source feeding the device.
From the phase terminals 1, 2 and 3, connecting lines lead via a motor contact 5, 6 and 7 each to a drive motor 8 for the burner of the combustion system which is protected against overcurrent; In addition, the phase terminal 1 is connected to a safety switch 9, a thermostat switch 10 and lines 11 leading from a branch point. 12 go out, each with a first terminal of a control contact 13, a control contact 14 and an auxiliary contact 15 in connection.
The primary winding of an ignition transformer 16 is connected to a second terminal of the control contact 13 and to a neutral conductor 17 electrically connected to the neutral terminal 4. Another line connects the second terminal of the control contact 13 to a first terminal of an ignition timing contact 18, which is designed as a simple working contact, and of an ignition timing relay 19
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is actuated, whose excitation winding is electrically between a second terminal of the control contact 14 and the neutral conductor 17.
A current path leads from a second terminal of the ignition timing contact 18 via the series connection of the windings of a safety relay 20 and a power switching relay 21 to the neutral conductor 17; at the same time, the second terminal of the ignition timing contact 18 is in conductive connection with a second terminal of the auxiliary contact 15. A bridging contact 22 is arranged electrically parallel to the winding of the safety relay 20.
A changeover switch, which is controlled by the safety relay 20 and by means of a manually operated reset device 23, serves as the safety switch 9. A contact 24 of the safety switch 9 is connected to the neutral conductor 17 via a signal lamp 25.
A flame monitoring relay 26 is used to control the control contact 13, the control contact 14 and the bridging contact 22, which are all working contacts. The power switching relay 21, to which the motor contacts 5, 6, 7 and the auxiliary contact 15 are assigned, also has only working contacts.
The ignition timing relay 19 and the safety relay 20 work with a time delay and are preferably designed as bimetal relays, while an electromagnetic relay each serves as a power switching relay 21 and a flame monitoring relay 26. This relay selection is particularly useful, but not binding. In principle, the switching device can also be implemented with other known types of delayed and fast relays.
In the drawing, all contacts are shown in their rest position. Since the rest position corresponds to the cold state for the thermostat switch 10, i. H. the state in which heat is required from the combustion system, the circuit diagram shows the contact positions at the time of the start of a normal working cycle, which will now be described below.
The junction point 12 is connected to the live phase terminal 1, so that the ignition transformer 16 is excited and ignition sparks jump over to electrodes, not shown in the drawing, which protrude into the furnace chamber. At the same time, the winding of the ignition timing relay 19 receives voltage and this closes the ignition timing contact 18 with a time delay.
The period of time from the start of the ignition sparks until the ignition time contact 18 closes is called the pre-ignition time.
After the ignition timing contact 18 is closed, the mains voltage comes into effect, the series connection of the safety relay 20 and the power switching relay 21, which means that the power switching relay 21 picks up and the contacts 5, 6, 7 and 15 assigned to it close. The simultaneous excitation of the delayed safety relay 20 means the beginning of the expiry of a delay time, the so-called safety time, after which the safety relay 20 acts on the safety switch 9 if the excitation of the safety relay 20 is not interrupted again before the safety time has expired.
When the motor contacts 5, 6 and 7 close, the drive motor 8 starts up and causes fuel and air to be conveyed into the combustion chamber. Since the ignition transformer 16 is already switched on, the fuel-air mixture ignites at the ignition sparks. The occurrence of a flame results in the flame monitoring relay 26 responding in a known manner, which now closes the bridging contact 22 and opens the control contact 13 and the control contact 14.
The power switching relay 21 is now self-retaining at full voltage via the auxiliary contact 15, since at the same time the winding of the safety relay 20 is bridged by the bridging contact 22, the safety relay 20 being de-energized and returning to the idle state before the delay time (safety time) has expired .
After the control contact 14 is opened by the flame monitoring relay 26, the winding of the ignition timing relay 19 is de-energized and this returns to its rest position with a delay. The time span from the formation of a flame and subsequent opening of the control contact 14 to the opening of the ignition time contact 18 by the ignition time relay 19 is called the post-ignition time, because during this time the ignition transformer 16 remains energized via the auxiliary contact 15 and via the ignition time contact 18, although the flame is already burning and therefore the control contact 13 is open.
During the post-ignition time which can be set by selecting a suitable drop-out delay of the ignition time relay 19, the flame can stabilize. It is essential that the post-ignition time only begins when a flame has already arisen.
By opening the ignition time contact 18, the ignition transformer 16 is switched off. The firing system is now properly in operation until the thermostat switch 10 opens its contact, whereupon all contacts immediately return to their rest position shown in the circuit diagram, with the exception of the contact of the thermostat switch 10, which only resumes its rest position after a cooling period caused by the regulated circle, e.g. B. is given by a heating system in order to initiate a new work cycle.
A discussion of some conceivable malfunctions is intended to show in the following that the present switching device is completely intrinsically safe beyond its normal and known safety functions, which means that malfunctions in the circuit itself lead to the shutdown of the entire furnace.
If a wire break makes the winding of the safety relay 20 unusable while the fire
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is in operation, the system remains in operation, since the power switching relay 21 is connected to voltage via the auxiliary contact 15 and the bridging contact 22. However, if the flame goes out, whereupon the flame monitoring relay 26 drops out and the contacts assigned to the flame monitoring relay 26 assume their rest position shown in the circuit diagram, the power switching relay 21 is de-energized and opens the motor contacts 5, 6 and 7 as well as the auxiliary contact 15.
The combustion system is then switched off and remains out of operation until the fault has been rectified.
A short to ground of the winding of the safety relay 20 either triggers this relay and thus activates the safety switch 9, whereby the system is switched off and the fault signal lamp 25 is connected to voltage, or a device fuse (not shown) triggers, which also shuts down the furnace - system causes.
If, for example, the winding of the ignition timing relay 19 burns out during the start-up state, either the ignition timing contact 18 is not closed at all because the excitation of the ignition timing relay 19 was insufficient, or if there is sufficient excitation to close the ignition timing contact 18 before the winding is interrupted, there is already sufficient excitation Sequence of a work cycle, after the end of which the device is switched off and remains inoperative until the fault has been rectified,
because the ignition timing contact 18 is no longer closed by the malfunctioning ignition timing relay 19 and therefore the winding of the power switching relay 21 can no longer be excited. A short to ground in the winding of the ignition timing relay 19 either causes the winding to burn out or the aforementioned device fuse to respond.
From the circuit diagram, it is easy to see that if the contacts 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14 and 18 malfunction as a result of burn-off or contamination, which prevents contact being made, the furnace cannot be started up , while if there is insufficient contact in contact 15 or 22, the excitation current of the power switching relay 21 flows through the winding of the safety relay 20 until it responds and switches off the combustion system.
In addition to its surprising simplicity in terms of circuitry and inherent safety, the switching device has the further advantage that the post-ignition time is automatically extended if the flame does not immediately stabilize. As often as the flame goes out briefly during the start-up state, the flame monitoring relay 26 drops out and closes the excitation circuit for the ignition timing relay 19 by means of the control contact 14, the fall of which is delayed beyond the normal post-ignition time until the flame burns steadily.
Since the bridging contact 22 is opened every time the flame monitoring relay 26 drops out, the excitation current of the power switching relay 21 takes its way via the winding of the safety relay 20, which ultimately responds and switches off the system if the flame does not stabilize for a long time thus reliable operation of the combustion system is not ensured.