DE102010004345B4

DE102010004345B4 - Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner

Info

Publication number: DE102010004345B4
Application number: DE102010004345.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Krauss; Sebastian Hack
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: DE102010004345A1

Abstract

Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner, umfassend einen ein elektrisches Signal liefernden Elektrodenkörper (1) aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit größergleich 1200°C, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (1) zur Überbrückung eines möglichen Signalabfalls kurz nach dem Brennerstart mit einem Elektrodenkörperergänzungsteil (2) aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit kleinergleich 1000°C versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Elektroden als solche sind allgemein bekannt. Insbesondere sind Elektroden aus Stahl bzw. einer Stahllegierung bekannt. Aus der DE 296 08 070 U1 ist weiterhin ein Elektrodenkörper aus einer aluminiumhaltigen Stahllegierung mit einer Zunderbeständigkeit von über 1200°C bekannt, der als Massenelektrode eines Zündbrenners Verwendung findet.
Unter Zunderbeständigkeit ist dabei der Widerstand eines Werkstoffs gegen Verzunderung zu verstehen, wobei Verzunderung eine durch direkte Oxidation mit Sauerstoff verursachte Korrosion eines Metalls ist, bei der sich eine dichte Oxid(schutz)-schicht auf dem Werkstoff bildet. Eine gute Zunderbeständigkeit ist in der Regel auf einen hohen Chromgehalt des Stahls zurückzuführen und kann durch weitere Zusätze von Aluminium, Silizium oder dergleichen noch erhöht werden.
Damit Elektroden bei Heizungsbrennern den dort auftretenden hohen Temperaturen dauerhaft standhalten können, werden sie häufig, wie oben erwähnt, aus einem Werkstoffs mit einer Zunderbeständigkeit von über 1200°C gebildet.
Ferner sind Elektrodendrähte auf Basis einer Nickellegierung (siehe hierzu EP 1 867 739 A1 ) oder Nickelbeschichtung (siehe hierzu DE 196 31 985 A1 ) bekannt). Im Unterschied zu den erst genannten Elektroden aus einer aluminiumhaltigen Stahllegierung besteht bei Elektroden auf Nickelbasis das Problem, dass diese bei höhreren Temperaturen verschleißen, altern bzw. abbrennen, d. h. diese weisen in der Regel eine Zunderbeständigkeit von unter 1000°C auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs genannten Art mit einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit größergleich 1200°C zu verbessern. Insbesondere sollen dabei solche Elektroden verbessert werden, die als Überwachungselektroden bei Heizungsbrennern verwendet werden.
Diese Aufgabe ist mit einer Elektrode der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der im Betrieb des Heizungsbrenners in die Flamme gehaltene Elektrodenkörper zur Überbrückung eines möglichen Signalabfalls kurz nach dem Brennerstart mit einem Elektrodenkörperergänzungsteil aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit kleinergleich 1000°C versehen ist.
Mit anderen Worten wird die eingangs genannte Elektrode, die besonders bevorzugt aus einer aluminiumhaltigen Stahllegierung besteht, erfindungsgemäß um einen Bestandteil aus einem Werkstoff mit vergleichsweise niedriger Zunderbeständigkeit ergänzt. Besonders bevorzugt wird dabei ein Werkstoff aus einer Nickelbasislegierung verwendet, wobei hierunter ein Werkstoff zu verstehen ist, dessen Hauptbestandteil aus Nickel besteht.
Eine derart ausgebildete Elektrode ist insbesondere gut als Überwachungs- und auch Regelungselektrode eines Heizungsbrenners geeignet. Das Signal der Elektrode, die die elektrische Leitfähigkeit der Flamme misst, verändert sich in Abhängigkeit von der Luftmenge in der Flamme, d. h. die Elektrode kann zur Messung der so genannten Luftzahl und damit zur Regelung des Heizungsbrenners verwendet werden. Weiterhin dient die Elektrode zur Überwachung des Brennerstarts, wobei auf Basis ihres Signals in der Regel nach drei missglückten Startversuchen aus Sicherheitsgründen eine nur vom Heizungsfachmann aufzuhebende Verriegelung des Heizungsbrenners zu erfolgen hat.
Bei den bisher verwendeten Elektroden mit einer Zunderbeständigkeit von über 1200°C, also zum Beispiel Elektroden aus einer aluminium- oder auch siliziumhaltigen Stahllegierung (insbesondere bei Verwendung des Werkstoffs Kanthal APM, CrAl 20-5), besteht das Problem, dass diese zwar im ersten Moment eines Brennerstarts und auch nach längerer Brennerlaufzeit zuverlässig ein Signal liefern, es dazwischen aber zu einem Signalabfall kommen kann. Dieser dürfte mit einer Veränderung der Oxidschicht der Elektrodenoberfläche und damit Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit während des instationären Startvorgangs zu tun haben, wobei darüber hinaus festgestellt wurde, dass dieser Signalabfall umso stärker ist, je länger die Elektrode benutzt wurde.
In der Praxis ist es vorgekommen, dass insbesondere bereits gealterte Elektroden einen derart starken Signalabfall beim Brennerstart zeigten, dass dieser nach mehreren, vermeintlichen Fehlstarts des Brenners zu einer Zwangsabschaltung führte, obwohl der Brenner an sich richtig gezündet hatte.
Dank des erfindungsgemäß vorgesehenen Elektrodenkörperergänzungsteils aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit kleinergleich 1000°C hat sich nun überraschender Weise gezeigt, dass dieses gewissermaßen, was noch genauer erläutert wird, den Signalabfall kurz nach Brennerstart überbrücken kann, da es bei diesem nicht zur erwähnten Veränderung der Oxidschicht kommt.
Zusammengefasst ist mit der erfindungsgemäßen Lösung also eine Elektrode geschaffen, die aufgrund des verwendeten Grundmaterials langfristig unbeschadet Temperaturen von bis zu 1200°C aushalten kann. Darüber hinaus sorgt das erfindungsgemäße Ergänzungsteil (innerhalb der üblichen Lebensdauer der Elektrode) dafür, dass ein möglicher Signalabfall kurz nach dem Brennerstart überbrückt wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die weiter abliegenden Dokumente DE 103 08 559 A1 , DE 100 60 273 C1 , DE 32 30 362 A1 , DE 32 00 738 A1 , DE 19 27 334 B2 und EP 0 836 094 B1 hingewiesen.
Die erfindungsgemäße Elektrode einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 in Seitenansicht die erfindungsgemäße Elektrode und
2 als Diagramm im Vergleich den Signalpegel beim Brennerstart der erfindungsgemäßen Elektrode und einer Elektrode gemäß dem Stand der Technik.
Die in 1 dargestellte Elektrode wird zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner verwendet und besteht aus einem an einem keramischen Trägerelement 3 angeordneten Elektrodenkörper 1 aus einer ein elektrisches Signal liefernden, aluminiumhaltigen Stahllegierung mit einer Zunderbeständigkeit größergleich 1200°C. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Elektrodenkörper 1 aus dem Werkstoff 1.4767 (Kanthal APM, CrAl 20-5) besteht.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Elektrode ist nun, dass der Elektrodenkörper 1 zur Überbrückung eines möglichen Signalabfalls kurz nach dem Brennerstart mit einem Elektrodenkörperergänzungsteil 2 aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit kleinergleich 1000°C versehen ist, um einen möglichen Signalabfall kurz nach dem Brennerstart zu überbrücken.
Besonders bevorzugt ist, wie aus 1 ersichtlich, vorgesehen, dass der Elektrodenkörperergänzungsteil 2, um nicht direkt im heißesten Bereich der Flamme angeordnet zu sein, trägerelementseitig am Elektrodenkörper 1 angeordnet und insbesondere zur Herstellung einer guten elektrischen Verbindung an den Elektrodenkörper 1 stoffschlüssig verbunden, insbesondere angeschweißt, ausgebildet ist. Dabei sind sowohl (wie üblich) der Elektrodenkörper 1 aber auch der Elektrodenkörperergänzungsteil 2 drahtartig ausgebildet. Als Werkstoff für den Elektrodenkörperergänzungsteil 2 ist bevorzugt die Nickelbasislegierung 2.4733 (Haynes 230) vorgesehen. Es können aber auch andere ferritische Stahlwerkstoff mit einer Zunderbeständigkeit unterhalb von 1000°C verwendet werden, zum Beispiel der Stahl X2CrTiNb18 mit der Werkstoffnummer 1.4509 oder der Stahl Crofer 22 APU.
Aus 2 geht die die Erfindung begründende Verbesserung der neuen Elektrode hervor. Dort ist das von der Elektrode gelieferte elektrische Signal über der Zeit aufgetragen. Die Linie mit dem Signalabfall kurz nach dem Zeitpunkt 10 Sekunden entspricht dabei einer Elektrode gemäß dem bekannten Stand der Technik, die ausschließlich aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit größergleich 1200°C besteht. Mit runden Punkten angedeutet ist das Signal, das sich beim Einsatz des erfindungsgemäßen Elektrodenkörperergänzungsteils 2 ergibt: Kurz vor dem Zeitpunkt 10 Sekunden wird die Brennstoffzufuhr geöffnet und die Zündung betätigt. Zum Zeitpunkt 10 Sekunden ist eine Flamme vorhanden und es wird dementsprechend ein Signal von der Elektrode geliefert. Ohne den Elektrodenkörperergänzungsteil 2 fällt das Signal kurz nach dem Zeitpunkt 10 Sekunden stark ab, was, wie eingangs erläutert, damit zu tun haben dürfte, sich die Oxidschicht der Elektrode nach dem Brennerstart zunächst verdichtet und damit an Leitfähigkeit verliert. Dieses Problem löst sich zwar nach einer gewissen Zeit (siehe etwa Zeitpunkt 38 Sekunden) wieder auf, zwischenzeitlich kann es aber durchaus und zwar insbesondere bei älteren Elektroden sein, dass das Signal derart stark abgefallen ist, dass die Heizungsregelung irrtümlich davon ausgeht, dass keine Flamme mehr vorhanden ist, und dementsprechend wahlweise einen Neustart versucht oder die Brennstoffzufuhr ganz sperrt.
Dieses Problem wird, wie 2 deutlich zeigt, durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Elektrodenkörperergänzungsteils 2 gelöst, der zu einer Überbrückung des Signalabfalls führt.
Bezugszeichenliste

1: Elektrodenkörper
2: Elektrodenkörperergänzungsteil
3: Trägerelement

Claims

Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner, umfassend einen ein elektrisches Signal liefernden Elektrodenkörper (1) aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit größergleich 1200°C, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (1) zur Überbrückung eines möglichen Signalabfalls kurz nach dem Brennerstart mit einem Elektrodenkörperergänzungsteil (2) aus einem Werkstoff mit einer Zunderbeständigkeit kleinergleich 1000°C versehen ist.
Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (1) wahlweise aus einer aluminium- oder siliziumhaltigen Stahllegierung oder einem keramischen Werkstoff gebildet ist.
Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörperergänzungsteil (2) wahlweise aus einer Nickelbasislegierung oder einem ferritischen Stahlwerkstoff gebildet ist.
Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörperergänzungsteil (2) mit dem Elektrodenkörper (1) stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise angeschweißt, ausgebildet ist.
Elektrode zur Flammenüberwachung an einem Heizungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Elektrodenkörper (1) und/oder der Elektrodenkörperergänzungsteil (2) drahtartig ausgebildet sind.