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Die
Erfindung betrifft einen Flammenwächter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Flammenwächter für einen
mit fossilem Brennstoff wie Öl
oder Gas betriebenen Brenner weisen ein lichtempfindliches Element
nebst nachgeschalteter Auswerteschaltung zum Erfassen u.a. der Pulsation
der Flamme des Brenners auf. Bei Unterschreiten eines Schwellenwerts
ist dabei ein "Flamme-Aus"-Signal erzeugbar,
woraufhin die Brennstoffversorgung aus Sicherheitsgründen abschaltbar
ist. Die Auswerteschaltung kann dabei einen Mikrocontroller, Operationsverstärker, Widerstände, Kondensatoren
etc. und mithin Bauteile umfassen, die wie auch das lichtempfindliche
Element selbst ausfallen können.
Um einen bauteilausfallbedingten Gefahrzustand zu vermeiden, sind
Eigenüberwachungseinrichtungen
für die
Auswerteschaltung bekannt, die jedoch an Bauteile der Auswerteschaltung
gekoppelt sind. Insbesondere bei einer Ankopplung an den Sensor
und die sensorseitigen Stufen der Auswerteschaltung werden Störungen von
der Eigenüberwachungseinrichtung
und deren Zuleitungen, die wie Antennen wirken, hervorgerufen, die
durch die nachfolgenden Stufen verstärkt werden und beispielsweise
zu Brummen und Schwingungen führen
können. Eine
Funktionsbeeinträchtigung
der Auswerteschaltung durch eine derartige Ankopplung ist aber nur
mit hohem Aufwand zu vermeiden. Zudem ist die elektromagnetische
Verträglichkeit
(EMV) auch für
die Eigenüberwachungseinrichtung
in ausreichendem Maße
sicherzustellen, um Störstrahlungseinflüsse auszuschließen.
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Aus
DE-OS 1 915 286 ist ein
strahlungsempfindliches Gerät
mit Selbstüberprüfung bekannt,
dessen Strahlungsfühler
wenigstens zwei nach unterschiedlichen Richtungen weisende, räumliche
Empfindlichkeitsbereiche aufweist und das durch seinen Elektroden
zugeführte
elektrische Spannungen abwechselnd in den verschiedenen Richtungen
aktiviert wird. Dabei ist der eine Empfindlichkeitsbereich ständig der
zu überwachenden
Strahlung ausgesetzt, während
dem Fühler
in Richtung auf den anderen Empfindlichkeitsbereich ständig eine
das Vorhandensein oder das Fehlen der zu überwachenden Strahlung simulierende
Strahlung zugeführt
wird.
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Aus
DD 261 199 A1 ist
ein Wechselstrahlungsflammenwächter
mit Störsignalunterdrückung zur
Flammenüberwachung
von vorwiegend Einzelbrennerfeuerungen bekannt.
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Aus
EP 1 207 346 A2 ist
ein Flammenwächter
für einen
mit Öl
oder Gas betriebenen Brenner, mit einem die optische Flammenstrahlung
und deren Pulsation erfassenden Fotosensor und einer diesem nachgeschalteten
Auswerteschaltung, die feststellt, ob die vom Fotosensor empfangene
Strahlung der einer brennenden Flamme entspricht und bei negativem
Ergebnis ein Abschaltsignal für
die Brennstoffzufuhr erzeugt, bekannt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flammenwächter nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der sicher und einfacher
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach
wird ein Flammenwächter
mit einer Flammenüberwachungseinrichtung,
mit der eine Pulsation der Flamme eines Brenners erfaßbar und
abhängig
davon ein "Flamme-Aus"- oder ein "Flamme-An"-Zustand signalisierbar
ist, sowie mit einer Eigenüberwachungseinrichtung
geschaffen. Die Eigenüberwachungseinrichtung umfaßt dabei
eine modulierbare Lichtquelle, mit der die Flammenüberwachungseinrichtung
periodisch mit moduliertem Licht beaufschlagbar ist, wobei die Flammenüberwachungseinrichtung
dann, wenn sie das modulierte Licht länger als einen Schwellenwert feststellt,
den "Flamme-Aus"-Zustand signalisiert.
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Hierdurch
ist die gesamte Flammenüberwachungseinrichtung
einschließlich
des lichtempfindlichen Elements und aller Komponenten der Auswerteschaltung
periodisch auf einfachste Weise und ohne mechanische Komponenten
prüfbar.
Ein elektrisches Ankoppeln der Eigenüberwachungseinrichtung insbesondere
an den Sensor und die empfindlichen sensorseitigen Teile der Flammenüberwachungseinrichtung
ist dabei nicht erforderlich. Statt dessen wirkt die Eigenüberwachungseinrichtung
unter galvanischer Trennung zur Flammenüberwachungseinrichtung. Die
benötigte
EMV ist daher einfach erzielbar und eine aufwendige Anpassung elektronischer
Komponenten oder mit elektronischen Komponenten sowie Abschirmungen
oder Ferriten entfällt.
Zudem wird die in der Flammenüberwachungseinrichtung
bereits vorhandene Logik zum Erkennen der Pulsation der Flamme des
Brenners für die
Funktionsübewachung
genutzt und damit ebenfalls geprüft.
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Vorzugsweise
ist das Licht mit einer festen Taktfrequenz moduliert. Eine derartige
Taktung ist mit Standardbauteilen, z.B. einem NE555, kostengünstig erzielbar.
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Die
Frequenz beträgt
dabei zweckmäßigerweise
zwischen 200 und 300 Hz. Eine pro Zeiteinheit derart konstante Flackerfrequenz
tritt bei einer Brennerflamme üblicherweise
nicht auf, so daß Störungen im
Betrieb ausgeschlossen sind.
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Vorzugsweise
sendet die Eigenüberwachungseinrichtung
das modulierte Licht in Reaktion auf ein periodisches Testsignal
aus. Dieses kann beispielsweise auf die Spannungsversorgung des
Flammenwächters
aufmoduliert sein und von einer Brennersteuerung bereitgestellt
werden, die vorzugsweise auch feststellt, ob in Reaktion auf das
Testsignal tatsächlich
ein "Flamme-Aus"-Zustand signalisiert wird.
Hierdurch sind neben der Spannungsversorgung und der Signalleitung
für den
Flammenzustand keine besonderen Signalleitungen für den Flammenwächter erforderlich.
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Die
Brennersteuerung schaltet die Brennstoffzufuhr vorzugsweise in Reaktion
auf einen "Flamme-Aus"-Zustand nur dann
aus, wenn dieser länger
als die Beaufschlagung der Flammenüberwachungseinrichtung mit
dem modulierten Licht andauert. Hierdurch wird ein einfacher Rückkopplungsmechanismus
zwischen Brennersteuerung und Flammenwächter geschaffen.
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Die
Beaufschlagung mit moduliertem Licht dauert vorzugsweise zwischen
200 und 300 ms. Dies ist zu lang für von der Flamme stammendes
Licht, so daß ein
störungsfreier
Betrieb möglich
ist, und kurz genug, um mit Prüfperioden
zwischen 1 und 5 s zu arbeiten und damit die gesetzlichen Anforderungen zum
Erkennen eines Flammenausfalls für
Brenner mit Dauerbetrieb zu erfüllen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Abbildung
dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Der
in der Fig. gezeigte Flammenwächter 1 für einen
mit fossilem Brennstoff, insbesondere Öl oder Gas, betriebenen Brenner 2 umfaßt eine
Flammenüberwachungseinrichtung 3,
die hier einen Sensor 4, eine Auswerteschaltung 5 und
ein Relais 6 aufweist und über eine Verbindung 7 mit
einer Brennersteuerung 8 zur Spannungsversorgung und Signalübertragung
verbunden ist, sowie eine in Sichtkontakt mit dem Sensor 4 angeordnete
Eigenüberwachungseinrichtung 9 mit
einer modulierbaren Lichtquelle 10, die über eine
Verbindung 11 vorzugsweise ebenfalls mit der Brennersteuerung 8 verbunden
ist.
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Der
Sensor 4 der Flammenüberwachungseinrichtung 3 ist
auf die Wellenlänge
der Flamme 11 des Brenners 2 abgestimmt und liefert
ein Ausgangssignal an die Auswerteschaltung dann, wenn er mit Licht
der Flamme 11 beaufschlagt wird. Die Auswerteeinrichtung 5 erfaßt zumindest
die Pulsation, d.h. ein Maß für die Frequenz,
mit der die Flamme 11 flackert. Dies kann auf bekannte
Weise dadurch erfolgen, daß das
gegebenenfalls verstärkte
Ausgangssignal des Sensors 4 um den Gleichstromanteil vermindert
und die Nullinie für
den Wechselstromanteil so gelegt wird, daß sich nach Verstärkung und
Abschneiden der oberen und unteren Abschnitte im wesentlichen Rechteckimpulse
mit gegebenenfalls variierenden Pulsbreiten ergeben. Die auf- und/oder
absteigenden Flanken dieser Rechteckimpulse werden vorzugsweise
durch Erfassen der Nulldurchgänge gezählt und
dadurch die Pulsation bestimmt.
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Hierzu
ist vorzugsweise ein Mikrocontroller vorgesehen, der auch weitere
Aufgaben wie z.B. das Ausblenden von Störfrequenzen, insbesondere der 50Hz
Netzstörfrequenz
nebst deren Harmonischen, durchführen
kann. Der Mikrocontroller ist dabei zweckmäßigerweise so programmiert,
daß er
bei Unterschreiten eines unteren Schwellenwerts das Relais 6 ansteuernd
ein "Flamme-Aus"-Signal auf der Leitung 7 erzeugt.
Anstelle eines Mikrocontrollers können Zählerbausteine und/oder andere
insbesondere Logikbausteine vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß ist der
Mikrocontroller zudem so programmiert, daß er das Relais 6 ansteuernd
ein "Flamme-Aus"-Signal auf der Leitung 7 auch bei
Erkennen eines vorgegebenen modulierten Lichtsignals erzeugt, das
von der modulierbaren Lichtquelle 10 der Eigenüberwachungseinrichtung 9 erzeugt
wird.
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Die
Eigenüberwachungseinrichtung 9 erzeugt
das modulierte Lichtsignal für
eine vorgegebene Zeitdauer, die insbesondere im Bereich zwischen 200
und 300 ms liegt, in periodischen Abständen, die vorzugsweise im Bereich
zwischen 1 und 5 s liegen. Das modulierte Lichtsignal kann dabei
im einfachsten Fall ein mit einer Frequenz insbesondere zwischen 200
und 300 Hz getaktetes Lichtsignal sein, wozu die Lichtquelle 10 zweckmäßigerweise
eine mit einem Timerbaustein wie einem NE555 verschaltete LED ist. Als
Modulation kann auch eine vorgegebene Frequenzabfolge, beispielsweise
100 Hz für
50 ms, dann 200 Hz für
100 ms und abschließend
300 Hz für
50 ms, oder eine andere eindeutige Markierung vorgesehen sein.
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Die
periodischen Abstände
werden vorzugsweise durch die Brennersteuerung 8 vorgegeben. Hierzu
kann die Versorgungsspannung auf der Leitung 11 periodisch
angehoben werden, z.B. von 5V auf 20V, wobei die Eigenüberwachungseinrichtung 9 und
gegebenenfalls deren Timerbaustein und/oder LED zweckmäßigerweise
nur mit der erhöhten
Spannung arbeiten und ohne gesonderte Auswerteschaltung bei Anheben
der Versorgungsspannung sich automatisch an- und nach Absenken der
Versorgungsspannung wieder ausschalten. Die Versorgungsspannung
bleibt in dieser Ausführungsform
vorzugsweise für
die vorgenannte Testzeitdauer von insbesondere 200 bis 300 ms auf
dem erhöhten
Pegel. Anstelle des Anhebens der Versorgungsspannung kann dieser
auch ein anderes Testsignal aufmoduliert sein, beispielsweise ein
Testimpuls, der die Eigenüberwachungseinrichtung 9 für eine vorgegebene
Zeitdauer startet, oder ein Testbeginn- und ein Testendeimpuls od.
dgl.
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Wird
das von der Lichtquelle 10 erzeugt modulierte Licht in
der Auswerteeinrichtung 5 für eine vorgegebenen Zeitspanne
erkannt, bewirkt die Auswerteschaltung ein "Flamme-Aus"-Signal am Relais 6. Die vorgegebene
Zeitspanne kann im Falle des mit konstanter Frequenz getakteten
Lichtsignals wenige ms betragen oder länger sein, insbesondere mit
der Aussendezeitspanne des modulierten Signals bis auf eine Toleranz übereinstimmen.
Das "Flamme-Aus"-Signal wird von
der Brennersteuerung 8, die die Erzeugung des modulierten
Lichts bewirkt hat, erkannt. Die Flammenüberwachungseinrichtung 3 arbeitet
in diesem Fall korrekt.
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Erkennt
die Brennersteuerung 8 jedoch kein "Flamme-Aus"-Signal in Reaktion auf eine Eigenüberprüfung mittels
modulierten Lichts, wird eine Fehlfunktion angenommen und eine Brennstoffzufuhr 12 des
Brenners 2 durch ein über
eine Steuerleitung 13 mit der Brennersteuerung 8 verbundenes
Ventil 14 od. dgl. unterbrochen. Dauert das "Flamme-Aus"-Signal länger als
eine vorgegebene Zeitspanne an, schaltet die Brennersteuerung 8 die
Brennstoffzufuhr 12 ebenfalls ab, da dann die Flamme 11 des
Brenners 2 tatsächlich
erloschen ist.
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Anstelle
des von der Brennersteuerung 8 zugeführten und gegebenenfalls auf
die Versorgungsspannung aufmodulierten Testsignals kann die Eigenüberwachungseinrichtung 9 autonom
ausgestaltet sein. Dabei ist vorzugsweise ein weiterer Timer darin
vorgesehen, der eine periodische Beaufschlagung des Sensors 4 mit
moduliertem Licht bewirkt. Die Rückkopplung
des "Flamme-Aus"- oder "Flamme-An"-Signals erfolgt
dabei zweckmäßigerweise zur
Eigenüberwachungseinrichtung 9,
die entweder ein Signal zum Abschalten der Brennstoffzufuhr an die
Brennersteuerung 8 sendet oder direkt mit dem Ventil 14 verbunden
ist.
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Die
Lichtquelle 10 und der Sensor 4 arbeiten vorzugsweise
im grün-gelben
Bereich für
den allgemeinen Anwendungsfall, sind also z.B. eine gelbe LED bzw.
ein GaP- oder CdS-basierter Sensor, können bei mit blauer Flamme 11 brennenden
Brennern 2 aber auch eine blaue LED mit entsprechendem Sensor
sein.