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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Feuerungsautomaten für Feuerungsanlagen, in denen ein Gemisch aus Verbrennungsluft und flüssigem oder gasförmigem Brennstoff verbrannt wird, insbesondere betrifft sie einen Gasfeuerungsautomaten für einen Brenner in einem Heizgerät zur Warmwasserbereitung oder Beheizung eines Gebäudes.
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Ein Feuerungsautomat regelt und überwacht den Betrieb einer Feuerungsanlage, die mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff betrieben wird. Moderne Feuerungsautomaten enthalten eine zentrale Elektronik, an die verschiedene Sensoren angeschlossen sind, deren Messsignale verarbeitet und ausgewertet werden. Weiter steuert oder regelt die Elektronik Ventile für den Einlass von Verbrennungsluft und Brennstoff und sorgt für die Zündung der Verbrennung durch eine Zündeinrichtung.
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Außerdem wird das Vorhandensein einer Flamme überwacht und das Verhältnis von Luft zu Brennstoff, um eine möglichst umweltfreundliche Verbrennung zu gewährleisten. Weitere Parameter, wie z. B. Temperaturen an unterschiedlichen Stellen, können ebenfalls überwacht werden. Bei einer Störung sorgt der Feuerungsautomat in allen Betriebssituationen für eine sichere Abschaltung, insbesondere eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr, und dafür, dass die Feuerungsanlage selbst nach einem Stromausfall nicht ohne Weiteres wieder eingeschaltet werden kann. Da es jedoch viele Ursachen für eine Störung und Abschaltung geben kann, ist es wünschenswert, bei einer anschließenden Überprüfung einen eventuellen Fehler möglichst leicht diagnostizieren zu können.
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Jedem Feuerungsautomaten ist auch ein mehr oder weniger separat gestalteter Zündbaustein zugeordnet, der zur Erzeugung eines Zündfunkens dient, der wiederum die Verbrennung von eingelassenem Brennstoff-Luft-Gemisch startet. Der Zündbaustein benötigt Strom aus dem Feuerungsautomaten von einer Stromversorgung und ist daher über eine Stromzuleitung mit dieser verbunden. Er ist weiterhin über eine Hochspannungsleitung mit einer Zündelektrode in der Feuerungsanlage verbunden und wird z. B. über eine Signalleitung angesteuert. Grund für eine Störung der Feuerungsanlage kann daher auch ein Fehler in dem Zündbaustein oder dessen Verkabelung sein. Falls es sich um einen aufgesteckten Baustein mit elektrischen Steckverbindungen handelt, kann sich beispielsweise diese Verbindung gelöst haben, so dass kein Zündfunke mehr erzeugt werden konnte.
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Gasfeuerungsautomaten sind schon sehr lange bekannt und beispielsweise in der
DE 24 26 943 B2 oder der
EP 2 295 863 B1 beschrieben. Solche Geräte sind mit zahlreichen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet, um einen für Benutzer und Umwelt gefahrlosen Betrieb zu gewährleisten. So kommt es bei gelegentlichen Funktionsstörungen, z. B. wenn eine gewollte Zündung nicht stattfindet, zu einer Abschaltung, wobei es aber schwierig sein kann, die genaue Ursache der Funktionsstörung zu diagnostizieren.
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Hier will die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen, um eine schnelle mit geringem zusätzlichem apparativem Aufwand durchführbare Methode wenigstens zur Überprüfung der für eine Zündung erforderlichen Einrichtungen oder von deren Anschluss zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgaben tragen ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 7 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10 bei. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Verfahren betrifft die Prüfung des Anschlusses eines Zündbausteins an einem Feuerungsautomaten, wobei der Zündbaustein zur Erzeugung einer Hochspannung mit Hilfe mindestens eines von einer Stromversorgung aufladbaren Kondensators ausgelegt ist, wobei der Zündbaustein mit einer Zündelektrode in einem Brennraum einer Feuerungsanlage verbindbar ist und wobei der zeitliche Verlauf einer sich beim Zuschalten der Stromversorgung aufbauenden Spannung kontinuierlich oder in Zeitabständen beobachtet und daraus auf die Qualität des Anschlusses des Zündbausteins geschlossen wird.
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Bevorzugt ist die Stromversorgung so ausgelegt, dass sie eine vorgebbare Spannung liefert und in ihrer Leistung auf einen vorgebbaren Wert begrenzt wird. Durch die Begrenzung der Leistung fließt nur ein begrenzter Strom zu dem Kondensator, so dass sich dort mit einem bestimmten zeitlichen Verlauf nach Einschaltung der Stromversorgung eine Spannung aufbaut, die gemessen werden kann. Sinnvoll ist es, diese Spannung im Feuerungsautomaten nah an der Stromversorgung noch vor ersten Steck- oder Lötverbindungen zu messen.
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Die Stromversorgung und der Zündbaustein können in oder an dem Feuerungsautomaten angeordnet und durch eine elektrische Zuleitung verbunden sein, wobei der Verlauf der Spannung in der Zuleitung nach Einschalten der Stromversorgung beobachtet und aus deren Verlauf auf die Integrität der Anordnung oder Fehler darin geschlossen wird. Dabei kann die Zuleitung je nach räumlicher Anordnung des Zündbausteins unterschiedliche Länge haben. Ein korrekt angeschlossener funktionstüchtiger Zündbaustein führt immer zu einem charakteristischen Spannungsverlauf nach Einschalten, so dass Abweichungen von diesem Verlauf einen ersten Hinweis auf mögliche Fehler geben können.
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Insbesondere deutet ein zu schneller Anstieg der Spannung verglichen mit Erfahrungswerten auf eine angeschlossene Zuleitung ohne Zündbaustein hin. Die Kapazität der Zuleitung allein führt zwar auch zu einem Anstieg der Spannung, jedoch ist diese Kapazität so klein, dass der Anstieg sehr schnell erfolgt. Dies kann leicht detektiert und in eine entsprechende Fehlerdiagnose umgesetzt werden.
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Umgekehrt weist ein zu geringer Anstieg der Spannung verglichen mit Erfahrungswerten auf eine völlig fehlende oder fehlerhafte Zuleitung hin. Es baut sich dann praktisch keine Spannung auf.
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Um den technischen Aufwand bei Ausführung der Erfindung gering zu halten, muss nicht unbedingt der genaue Verlauf der Spannungskurve aufgezeichnet werden. Es genügt z. B., wenn die Spannung nach einem Einschalten der Stromversorgung in vorgebbaren Zeitabständen von 10 bis 100 ms [Millisekunden] 3- bis 10-mal gemessen und die Messwerte oder ein aus den Messwerten interpolierter zeitlicher Verlauf der Spannung zu einer Diagnose verwendet werden. Schon der Vergleich zweier aufeinander folgender Messwerte liefert eine Information über den zeitlichen Verlauf der Spannung, so dass die gewünschte Information schon mit wenigen Messwerten gewonnen werden kann. Mit vorzugsweise fünf Messwerten kann schon eine zuverlässige Aussage getroffen werden, ob der zeitliche Verlauf Erfahrungswerten entspricht oder davon nach oben oder unten abweicht. So kann der Zündbaustein als Fehlerursache ausgeschlossen oder identifiziert werden, wobei sogar noch eine Diagnose über die mögliche Fehlerursache (gelockerte Zuleitung, kein Zündbaustein angeschlossen, etc.) möglich ist. Die Zeitabstände zwischen einzelnen Messungen und deren Anzahl können an Eigenschaften jeder Anlage angepasst werden und liefern redundante, robuste Messergebnisse, die kaum durch Störungen oder Ungenauigkeiten im Betrieb beeinflusst werden. Nebenbei kann, selbst wenn keinerlei Störung auftritt, aus den Messwerten eine Information über den Zustand des Zündbausteins, insbesondere über die Ladekurve des Kondensators gewonnen werden.
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Eine Vorrichtung, insbesondere vorgesehen oder eingerichtet zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, weist einen Zündbaustein und eine Stromversorgung auf, die über eine elektrische Zuleitung verbunden und in oder an einem Feuerungsautomaten angeordnet sind, wobei eine Spannungsmesseinrichtung vorhanden ist für eine Spannungsmessung in der Zuleitung und wobei eine Auswerteelektronik vorhanden ist, die aus gemessenen Spannungswerten und/oder deren zeitlichem Verlauf den Zustand der elektrischen Zuleitung und mögliche Fehler im System diagnostizieren kann.
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Da jeder moderne Feuerungsautomat ohnehin elektronische Bauteile und im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder Controller aufweist, ist es vorteilhaft, die Auswerteelektronik in eine Regelelektronik des Feuerungsautomaten zu integrieren. Deren Mikroprozessor kann neben seinen sonstigen Funktionen (er steuert ohnehin den Zündbaustein bei Bedarf an) auch die Spannungsmesswerte erfindungsgemäß verarbeiten und bei seinen sonstigen Diagnosefunktionen mit auswerten.
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Bevorzugt ist die Spannungsmesseinrichtung am Ausgang einer in ihrer Leistung begrenzten Stromquelle in dem Feuerungsautomaten angeordnet. So misst sie zwar bei normalem Betrieb den zeitlichen Verlauf der Spannung des Kondensators, kann jedoch bei Fehlern am Kondensator oder der Zuleitung (einschließlich Kontakten) weiterhin Spannungsmessungen durchführen und Abweichungen vom normalen Verlauf feststellen.
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Weiter wird auch ein Computerprogrammprodukt angegeben, umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Vorrichtung das vorgeschlagene Verfahren ausführt. Moderne Brenner enthalten typischerweise eine elektronische Steuerung, die mindestens einen programmierbaren Mikroprozessor enthält, der durch ein solches Computerprogrammprodukt (insbesondere auch als Teil eines umfassenderen Computerprogrammproduktes für die gesamte Regelung der Feuerungsautomatik) gesteuert werden kann.
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Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Es stellen dar:
- 1: schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
- 2: ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs einer erfindungsgemäß gemessenen Spannung im Normalbetrieb und bei Störungen.
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1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich einen Feuerungsautomaten 1 für eine Feuerungsanlage 8. Der Feuerungsautomat 1 ist typischerweise über Signalleitungen 14 mit einigen hier nicht dargestellten Sensoren verbunden, die Informationen über den Zustand der Feuerungsanlage 8 liefern. Er weist auch in an sich bekannter Weise eine Regelelektronik 7 auf, die ebenfalls nicht dargestellte Aktoren über Steuerleitungen 15 an der Feuerungsanlage 8 ansteuert, um für den Betrieb der Feuerungsanlage 8 gewünschte Parameter einzustellen und die Anlage bei Bedarf ein- bzw. auszuschalten. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem ebenfalls typischerweise einem Feuerungsautomaten 1 zugeordneten Bauteil, nämlich einem sogenannten Zündbaustein 10. Dieser dient zu Erzeugung eines Zündfunkens mittels einer Zündelektrode 12 in einem Brennraum 9 der Feuerungsanlage 8. Über eine Hochspannungsleitung 13 wird die Zündspannung zur Zündelektrode 12 übertragen. Der Zündbaustein 10 wird von einer Stromversorgung 2 im Feuerungsautomaten über eine an einem Anschluss 4 angeschlossene Zuleitung 3 mit Energie versorgt. Der Zündbaustein 10 enthält einen Kondensator 11, der zum Zünden aufgeladen wird und sich dann zur Erzeugung eines Zündfunkens beispielsweise über einen nicht dargestellten Zündtransformator entlädt. Erfindungsgemäß wird der Kondensator 11 von der Stromversorgung 2 definiert aufgeladen. Dazu wird die Stromversorgung 2, die im Prinzip zur Lieferung einer konstanten vorgebbaren Spannung ausgelegt ist, in ihrer Leistung begrenzt (also z. B. mit einem geeigneten Innenwiderstand versehen). Das führt dazu, dass der Spannungsanstieg am angeschlossenen Kondensator 11 nach dem Einschalten in definierter Weise erfolgt. Dies kann erfindungsgemäß dazu genutzt werden, die Funktionsfähigkeit des Zündbausteins 10 zu prüfen, zumindest bezüglich des korrekten Anschlusses 4 des Zündbausteins 10. Dazu wird eine Spannungsmesseinrichtung 5 am Ausgang der Stromversorgung 2, jedenfalls aber an der Zuleitung 3 vor den ersten Verbindungsstellen (z. B. Steckverbindern), angeordnet, die den zeitlichen Verlauf der Spannung quasi kontinuierlich oder die jeweilige Spannung in zeitlichen Abständen misst. Die gemessenen Spannungen werden einer Auswerteelektronik 6, die auch Teil der Regelelektronik 7 sein kann, zugeleitet und dort mit Erfahrungswerten (Kalibrierdaten) verglichen. Steigt die gemessene Spannung zu schnell aber auf einen hohen Wert an, so kann daraus geschlossen werden, dass zwar eine Zuleitung 3 angeschlossen ist, diese aber nicht korrekt mit einem funktionsfähigen Kondensator 11 verbunden ist. Steigt die Spannung zwar schnell, aber nur auf einen geringen Wert an, so kann daraus geschlossen werden, dass keine Zuleitung angeschlossen ist. Aus genaueren Betrachtungen des Spannungsverlaufes kann auch auf die Kapazität des Kondensators 11, also dessen Funktionsfähigkeit geschlossen werden. Bei einer Abschaltung der Feuerungsanlage 8 stehen diese Informationen zur Verfügung und können so bei der Diagnose des Grundes für die Abschaltung berücksichtigt werden. Über eine Anzeigeeinrichtung 16 (z. B. ein Display oder Signalleuchten) kann die Information sichtbar gemacht werden.
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2 zeigt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung verschiedener Spannungsverläufe an der Zuleitung 3 zum Kondensator 11. Der Normalverlauf A zeigt dabei den zeitlichen Verlauf der Spannung U innerhalb eines vorgebbaren Bewertungszeitraumes (z. B. 0,25 s) nach dem Einschalten der Stromversorgung 2 zum Zeitpunkt t0 bei korrekt angeschlossenem Zündbaustein 10. Ist der Kondensator nicht angeschlossen, so ergibt sich der Verlauf B ohne Kondensator. Ist auch keine Zuleitung 3 angeschlossen, so ergibt sich der Verlauf C ohne angeschlossene Leitung. Ein vereinfachtes Messverfahren, welches für die Praxis robust einsetzbar ist, misst z. B. zu 5 Zeitpunkten t1, t2, t3, t4, t5 im Abstand von jeweils etwa 50 ms die Spannung an der Zuleitung 3. Die erste Messung erfolgt 50 ms nach einem definierten Einschalten der Stromversorgung 2, die erst erfolgt, wenn die gemessene Spannung Null ist. Anschließend werden die in Abständen gemessenen Spannungen wie folgt bewertet. Jeder gemessene Spannungswert muss eine (auf Erfahrungswerten beruhende) definierte positive Differenz zum vorherigen Messwert überschreiten. Der letzte Messwert darf einen definierten Maximalwert nicht überschreiten. Ist der Zündbaustein korrekt angeschlossen, sind diese Bedingungen erfüllt. Ist nur die Zuleitung 3 angeschlossen, aber kein Zündbaustein 10, so steigt bis zum ersten Messzeitpunkt die Spannung sehr schnell an, jedoch werden die Mindeststeigerungen für die folgenden Messpunkte nicht eingehalten. Sind weder Zuleitung 3 noch Zündbaustein 10 angeschlossen, so steigt die Spannung nur wenig an und erreicht sehr schnell einen niedrigen Endwert. Die Steigerungen der Spannung bei den späteren Messwerten werden nicht erfüllt.
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Erfindungsgemäß lässt sich mit geringem Aufwand eine Diagnose stellen, ob der Zündbaustein korrekt angeschlossen ist oder welcher Fehler beim Anschluss vorliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feuerungsautomat
- 2
- Stromversorgung
- 3
- Zuleitung
- 4
- Anschluss
- 5
- Spannungsmesseinrichtung
- 6
- Auswerteelektronik
- 7
- Regelelektronik
- 8
- Feuerungsanlage
- 9
- Brennraum
- 10
- Zündbaustein
- 11
- Kondensator
- 12
- Zündelektrode
- 13
- Hochspannungsleitung
- 14
- Signalleitungen
- 15
- Steuerleitungen
- 16
- Anzeigeeinrichtung
- t
- Zeit [ms]
- U
- Spannung [V]
- A
- Normalverlauf
- B
- Verlauf ohne Kondensator
- C
- Verlauf ohne angeschlossene Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2426943 B2 [0005]
- EP 2295863 B1 [0005]
