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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder für eine industrielle Beheizungseinrichtung mit einer inneren und einer äußeren Elektrode sowie mit elektrischen Anschlüssen für die beiden Elektroden. In einer Ausgestaltung betrifft die Erfindung einen Brenner mit einer Zuführung für Brenngas und einer Zuführung für Luft in einen Mischraum zur Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches und einem stromabwärts an den Mischraum angeschlossenen Flammenrohr zur Erzeugung einer Flamme, mit einer inneren Elektrode im Flammenrohr für ein Zünden des Brenners. Das Flammenrohr dient in der Regel als äußere Elektrode. Flammenrohr und innere Elektrode weisen dann elektrische Anschlüsse auf. Ein als Brenner ausgestalteter Zünder ist also derart eingerichtet, dass zusätzlich ein Luft-Gas-Gemisch erzeugt und gezündet werden kann.
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Durch Anlegen einer Spannung an die elektrischen Anschlüsse entsteht ein Zündfunke, der ein Gas-Luft-Gemisch zündet. Dieses Gas-Luft-Gemisch wird entweder durch den als Brenner ausgestalteten Zünder bereitgestellt oder durch einen externen Brenner.
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In der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
102011084950.5 wird ein Brenner der eingangs genannten Art mit einem aus einem warmfesten Metall bestehenden Flammenrohr beschrieben, das ausgangsseitig in eine Düse einmündet. Mithilfe einer im Flammenrohr befindlichen, im Wesentlichen stabförmigen Elektrode wird ein in das Flammenrohr eingeleitete Gas-Luft-Gemisch gezündet. Als Gegenelektrode dient das Flammenrohr. Die beiden Elektroden werden auch dazu genutzt, um einen Strom zu messen, der signalisiert, ob eine Flamme brennt.
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Die im Flammenrohr befindliche Elektrode ist beim freien Ende in Richtung Gegenelektrode zwecks Verringerung des Abstands gebogen. Es soll so erreicht werden, dass das in das Flammenrohr eingeleitete Gas-Luft-Gemisch nahe beim Ausgang des Flammenrohrs gezündet wird.
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Ein Brenner im Sinne der vorliegenden Erfindung wird in industriellen Beheizungseinrichtungen wie zum Beispiel Wärmebehandlungsöfen eingesetzt. Temperaturen in einem erfindungsgemäßen Ofen, insbesondere Wärmebehandlungsofen, betragen regelmäßig mehr als 500°C. In einer solchen Beheizungseinrichtung können unterschiedliche, mit Gas betriebene Brenner eingesetzt sein wie Zündbrenner, Pilotbrenner sowie Hauptbrenner. Bei hoher Wärmeleistung sorgen Zündbrenner für den Start von Hauptbrennern. Ein Pilotbrenner dient ebenfalls dem Zünden eines Hauptbrenners. Ein Pilotbrenner unterscheidet sich von einem Zündbrenner dadurch, dass dieser dauerhaft ein Gas-Luft-Gemisch verbrennt, also auch dann, wenn der Hauptbrenner bereits gezündet ist.
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Mit industriellen Beheizungseinrichtungen wie zum Beispiel Wärmebehandlungsöfen werden beispielsweise aus Metall bestehende Profile beheizt, um das eingesetzte Ausgangsmaterial auf Walztemperatur bringen zu können. Darüber hinaus kann ein Beheizen einer Warmverformung von metallischen Gegenständen dienen. Weitere Beispiele für industrielle Beheizungseinrichtungen sind Wärmeöfen für Walzwerke und Schmieden oder Schmelzöfen zum Beispiel für ein Schmelzen von Aluminium oder Nichteisenmetalle.
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In einem Zünder oder Brenner kann eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit auftreten. Dies kann dazu führen, dass ein Zündfunke nicht beim freien Ende der inneren Elektrode zündet sondern davor. Ein Gas-Luft-Gemisch eines externen Brenners kann dann regelmäßig nicht gezündet werden. Bei einer Ausgestaltung als Brenner wird das in das Flammenrohr eingeleitete Gas-Luft-Gemisch dann nicht ausgangsseitig des Flammenrohrs gezündet, sondern innerhalb des Flammenrohrs, so zum Beispiel stromabwärts gesehen vor einer im Flammenrohr befindlichen Düse. Um eine solche Störung zu vermeiden, ist bereits versucht worden, innerhalb des Flammenrohrs die Elektrode mit einer Mehrzahl von aus Keramik bestehenden Scheiben elektrisch von dem Flammenrohr zu trennen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein elektrischer Funke zwischen zwei Scheiben dennoch überspringen und dann das Gas-Luft-Gemisch im Inneren des Flammenrohrs zünden kann. Keramik ist ferner ein technisch aufwändig herzustellendes Material. Es kann durch thermische Spannungen, die bei einem Brenner auftreten, leicht beschädigt werden.
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Aus der Druckschrift
EP 0996131 A1 ist eine mit Glasfasern verstärkte Glimmerfolie bekannt, welche zur Isolierung von Wicklungselementen in einer Hochspannungsmaschine eingesetzt wird. Eine solche Glimmerfolie besteht üblicherweise aus einer Lage, einem Geflecht oder einem Gewebe aus anorganischen Fasern wie Glasfasern und einer darüber befindlichen Schutzschicht, die Glimmer umfassen kann. Glimmer kann sich alternativ oder ergänzend im Geflecht oder Gewebe befinden. Ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, kann die verschiedenen Komponenten einer Glimmerfolie miteinander verbinden. Eine solche Glimmerfolie kann weitere Bestandteile wie zum Beispiel einen Härter umfassen. Anstelle eines Harzes kann ein anderes Bindemittel eingesetzt sein.
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Soweit nachfolgend nicht etwas anderes ausgesagt wird, können die vorgenannten Merkmale einzeln oder in Kombination mit den Gegenständen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass dieser zuverlässig ausgangsseitig des Flammenrohrs zündet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Brenner mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die innere Elektrode, also im Fall eines Brenners der eingangs genannten Art die im Inneren des Flammenrohrs angeordnete Elektrode, der mit einer elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Folie umhüllt oder umwickelt. Der Bereich der Elektrode, der der Zündung dient, ist nicht mit der Folie umhüllt oder umwickelt.
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Eine temperaturbeständige Folie kann mit geringem technischen Aufwand hergestellt und mit geringem technischen Aufwand geeignet um die innere Elektrode gewickelt werden, die sich in einer Ausgestaltung ganz oder teilweise im Inneren eines Rohrs, insbesondere eines Flammenrohrs befindet. Es hat sich herausgestellt, dass eine Verwendung eines solchen Zünders bzw. Brenners aufgrund der Temperaturbeständigkeit der Folie in einer industriellen Heizungsanlage möglich ist. Durch die Folie wird vermieden, dass ein Zündfunke unplanmäßig überspringt und so entweder überhaupt nicht oder ein Gas-Luft-Gemisch im Inneren des Flammenrohrs zündet. Es wird also sichergestellt, dass der elektrische Zündfunke beim freien Ende der inneren Elektrode, also zum Beispiel beim Ausgang des Flammenrohrs überspringt und hier das Gas-Luft-Gemisch zündet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung gibt es 5 bis 20, bevorzugt 10 bis 15 übereinanderliegende Wicklungen der Folie um die innere Elektrode herum. Diese Wicklungen sind derart, dass die aus den Wicklungen resultierenden übereinander liegenden Lagen der Folie relativ zueinander verschoben können. Es hat sich gezeigt, dass diese Ausführungsform den thermischen Spannungen, die entstehen, einerseits gewachsen ist und andererseits die elektrische Isolierung dauerhaft gewährleistet ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie mit Spannung gewickelt worden. Die Lagen der Folie liegen dann besonders dicht aneinander an. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise besonders zuverlässig die dauerhafte elektrische Isolierung sichergestellt werden kann. Dennoch ist die dadurch bereitgestellte elektrische Isolierung den auftretenden thermischen Spannungen auch dauerhaft gewachsen, wenn hinreichend viele Wicklungen, also Lagen vorgesehen worden sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Folie eine mit hitzebeständigen Fasern versehene Schicht auf. Als Fasern sind insbesondere anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, vorgesehen. Glasfasern haben sich als besonders geeignet herausgestellt. Diese Ausgestaltung trägt vorteilhaft zu einer Langzeitstabilität der Folie und damit des Zünders bzw. Brenners bei.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Folie Glimmer. Durch diese Ausgestaltung lassen sich weiter verbessert gewünschte Folieneigenschaften bereitstellen. Glimmer befindet sich beispielsweise in einem Fasergeflecht und/oder auf einem Fasergeflecht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie auf einer Seite mit einem Schutzbezug versehen, um weiter verbessert eine geeignet langzeitstabile Folie mit den gewünschten Eigenschaften bereitzustellen. Der Schutzbezug kann Glimmer umfassen oder zumindest im Wesentlichen aus Glimmer bestehen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie mit dem auf einer faserhaltigen Schicht befindlichen Schutzbezug so gewickelt, dass der Schutzbezug der inneren Elektrode zugewandt ist, die umwickelt ist. Die faserhaltige Schicht befindet sich dann auf der Außenseite. Durch diese Ausgestaltung wird verbessert eine Beschädigung des Schutzbezugs vermieden, die insbesondere dann auftreten kann, wenn die Folie mit Spannung um die innere Elektrode herumgewickelt worden ist. Auch hat sich diese Ausführungsform als besonders langzeitstabil herausgestellt.
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Befindet sich der Schutzbezug auf der von der inneren Elektrode abgewandten Seite, so können Beschädigungen insbesondere dann auftreten, wenn der Durchmesser der stabförmigen inneren Elektrode relativ gering ist und beispielsweise nicht mehr als 5 mm beträgt. Je geringer der Durchmesser der stabförmigen inneren Elektrode ist, umso eher können problematische Beschädigungen des Schutzbezugs durch das Wickeln auftreten, wenn der Schutzbezug auf der von der inneren Elektrode abgewandten Seite vorgesehen ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie derart um die innere Elektrode herumgewickelt, dass die Zahl der übereinanderliegenden Lagen der Folie von innen nach außen abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Wicklungen weiter verbessert dazu führt, dass die elektrische Isolierung thermischen Spannungen dauerhaft gewachsen ist. Außerdem wird bei einer Ausgestaltung als Brenner eine übermäßige Erhöhung des Strömungswiderstandes innerhalb des Flammenrohrs für das Gas-Luft-Gemisch vermieden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie derart um die innere Elektrode herumgewickelt, dass die Zahl der übereinanderliegenden Lagen der Folie gleichbleibend ist und zwar entlang der gesamten Länge des gewickelten Bereichs. Diese Ausgestaltung ist verbessert gegen einen elektrischen Durchschlag gesichert und kommt daher insbesondere dann zum Einsatz, wenn die thermischen Spannungen nicht derart sind, dass hierdurch mit Nachteilen verbundene Beschädigungen auftreten können. Diese Ausgestaltung wird insbesondere dann bevorzugt, wenn der Zünder nicht zugleich als Brenner ausgestaltet ist und es somit in einem Rohr nicht auf hinreichend große Strömungsquerschnitte für ein Gas-Luft-Gemisch ankommt.
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Ist der Zünder nicht als Brenner ausgestaltet, so werden bevorzugt derart viele Wicklungen der Folie vorgesehen, dass die Dicke der sich daraus ergebenden elektrischen Isolierung mehr als 50%, bevorzugt mehr als 80% des Abstandes zwischen innerer und äußerer Elektrode beim umwickelten Bereich beträgt. Es wird so besonders zuverlässig elektrisch isoliert, ohne dafür einen übermäßig großen Bauraum bereitzustellen.
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Ist der Zünder als Brenner ausgestaltet, so werden bevorzugt derart viele Wicklungen der Folie vorgesehen, dass die Dicke der sich daraus ergebenden elektrische Isolierung nicht mehr als 50%, bevorzugt nicht mehr als 30% des Abstandes zwischen innerer und äußerer Elektrode beim umwickelten Bereich beträgt. Es wird so ein hinreichend großer Strömungsquerschnitt für das Gas-Luft-Gemisch im Flammenrohr sichergestellt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenseite der Folie mit einem Kleber verklebt, so zum Beispiel mit einem keramischen Kleber, da ein keramischer Kleber hinreichend temperaturstabil und zwar ohne weiteres Temperaturen von 1600°C gewachsen ist. Der Kleber befindet sich insbesondere schichtförmig auf der Außenseite der Folie. Durch den Kleber wird weiter verbessert die elektrische Isolierung dauerhaft aufrechterhalten. Es hat sich als unproblematisch herausgestellt, wenn Risse beim Kleber aufgrund von thermischen Spannungen auftreten.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung vermag die Folie Temperaturen von mehr als 500°C zu widerstehen. Diese Temperaturbeständigkeit genügt, um in einem Zünder oder Brenner eingesetzt zu werden, der in einer industriellen Beheizungseinrichtung verwendet wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.
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Es zeigen
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1: Schnitt durch einen Pilotbrenner
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2: umwickelte, stabförmige Elektrode
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In der 1 wird ein Pilotbrenner 1 mit einer kanalartigen Zuführung 2 für Brenngas in einen Rohrabschnitt 3 hinein gezeigt, welcher der Zuführung von Luft dient. Die Zuführung 2 für Brenngas verfügt über einen Anschluss 4, an den beispielsweise ein Druckmessgerät angeschlossen werden kann, um den Brenngasdruck messen und kontrollieren zu können. Im Mischraum des Pilotbrenners 1 befindet sich ein statischer Mischer 5, der flügelförmig ist. Der statische Mischer 5 kann um seine Achse 6 verstellt werden, um eine Flügelausrichtung optimieren zu können. Der Mischer 5 verfügt über eine ebene Unterseite 7 und eine winkelförmig nach außen gerichtete Oberseite 8. Die Zuführung 2 für Brenngas mündet in Richtung Unterseite 7 des Mischers 5 in den Rohrabschnitt 3 ein und zwar derart, dass Brenngas in etwa mittig auf die Unterseite 7 des Mischers auftrifft. Die Unterseite 7 lenkt das Brenngas um und zwar um 90° in Richtung eines Flammrohrs 15, welches stromabwärts senkrecht von dem Rohrabschnitt 3 senkrecht abzweigt.
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Über eine am Rohrabschnitt 3 stromaufwärts angeordnete Luftzufuhr 10 strömt Luft in Richtung statischer Mischer 5. Der statische Mischer 5 teilt diesen Luftstrom in einen Hauptstrom, der an der Ausbuchtung 8 vorbei strömt und in einen Nebenstrom, der in Richtung Einmündung 2 für Brenngas entlang der Unterseite 7 des Mischers vorbeiströmt.
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Der Pilotbrenner 1 umfasst eine Hülse 11, in die der Mischer 5 eingesetzt ist. Mit Hilfe von seitlichen Schrauben, die durch die Hülse hindurchführen, wird die Stellung des Mischers 5 fixiert.
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Der Pilotbrenner 1 umfasst eine Stauscheibe 12, um die Luftzufuhr in den Mischraum hinein zu begrenzen. Die Brenngaszufuhr 2 umfasst ein Bauelement 13 mit einem sehr geringen Strömungsquerschnitt mit einem Durchmesser von vorzugsweise 1 bis 2 mm. Durch Vorsehen eines entsprechend hohen Strömungsdrucks wird erreicht, dass Brenngas vorteilhaft mit sehr hoher Geschwindigkeit in den Mischraum hineinströmt.
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Das aus einem warmfesten Metall bestehende Flammenrohr 15 umfasst eine keramische Düse 14. Mithilfe der im Flammenrohr 15 befindlichen Elektrode kann am ausgangsseitigen Ende 16 der Elektrode, welches in Richtung des als Gegenelektrode dienendes Flammenrohrs 15 zwecks Verringerung des Abstands gebogen ist, ein in das Flammenrohr eingeleitetes Gas-Luft-Gemisch gezündet werden. Für ein Zünden wird eine hinreichend hohe elektrische Spannung an die innere Elektrode mit dem Ende 16 und an das als äußere Elektrode dienende Flammenrohr angelegt. Die beiden mit elektrischen Anschlüssen versehenen Elektroden können auch dazu genutzt werden, um einen Strom zu messen, der signalisiert, ob eine Flamme brennt. Im Inneren des Flammenrohrs ist die Elektrode mit einer hitzebeständigen, quadratischen Glimmerfolie 9 umwickelt. Die Folie 9 wurde so umwickelt, dass eine Ecke 21 der Folie im mittleren Bereich des umwickelten Abschnitts der Elektrode endet. Auf diese Weise ist erreicht worden, dass die Zahl der Lagen der Folie ausgehend von den Eckbereich 21 nach außen hin abnimmt.
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Anstelle einer quadratischen Grundfläche kann die Glimmerfolie beispielsweise eine kreisförmige Grundfläche, eine rechteckige Grundfläche oder eine elliptische Grundfläche aufweisen, um so eine derart gewickelte Folie bereitzustellen, deren übereinander liegende Lagen von einem mittleren Bereich nach außen hin abnehmen.
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Die 2 verdeutlicht, wie sich die Lagen der gewickelten Folie 9 von innen nach außen reduzieren. Im mittleren Bereich gibt es sechs Lagen. Außen gibt es lediglich eine Lage. Auf der Folie befindet sich außen grundsätzlich noch eine Klebstoffschicht, die aber nicht dargestellt ist.
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Die Zahl der Lagen ist derart gewählt, dass sich dadurch der Strömungsquerschnitt und damit einhergehend der freie Abstand zwischen innerer und äußerer Elektrode innerhalb des Flammenrohrs 15 nicht übermäßig verringert. Der freie Abstand zwischen innerer und äußerer Elektrode, der ein Durchströmen mit einem Gas-Luft-Gemisch ermöglicht, wird dadurch insbesondere nicht um mehr als 50% verringert. 3 zeigt einen elektrischen Zünder mit innerer Elektrode 21 und äußerer Elektrode 18 nebst einem elektrischen Anschluss 19 für die innere Elektrode 21 und einem elektrischen Anschluss 20 für die äußere Elektrode 18. Die innere Elektrode 21 ist mit der Folie in dem Bereich umwickelt, der sich innerhalb der äußeren Elektrode 18 befindet und zwar derart, dass der Innenraum nahezu vollständig mit der Folie ausgefüllt worden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pilotbrenner
- 2
- Brenngaszufuhr
- 3
- Rohrabschnitt
- 4
- Anschluss
- 5
- Mischer
- 6
- Achse
- 7
- Unterseite
- 8
- Ausbuchtung
- 9
- Glimmerfolie
- 10
- Luftzufuhr
- 11
- Hülse
- 12
- Stauscheibe
- 13
- Bauelement
- 14
- Düse
- 15
- Flammenrohr
- 16
- gebogenes Elektrodenende
- 17
- Eckbereich
- 18
- äußere Elektrode
- 19
- elektrischer Anschluss
- 20
- elektrischer Anschluss
- 21
- innere Elektrode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084950 [0003]
- EP 0996131 A1 [0008]
