DE102020124485A1

DE102020124485A1 - Sicherheitsschaltung für einen Gasbrenner

Info

Publication number: DE102020124485A1
Application number: DE102020124485.1A
Authority: DE
Inventors: Rafal Kramek
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN215831916U

Abstract

Für einen Gasbrenner (12), der über ein Gasventil (16) mit Gas versorgt wird, wobei eine Magnetspule (18) des Gasventils (16) von einem Thermoelement (20) nahe dem Gasbrenner (12) mit ausreichend Energie versorgt wird, um das Gasventil (16) offen zu halten, wenn eine Temperatur am Thermoelement (20) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird eine zuverlässig betreibbare und überwachbare Sicherheitsschaltung (10) vorgeschlagen, die neben einer Reihenschaltung aus dem Thermoelement (20) und der Magnetspule (18) des Gasventils (16) eine elektronische Stromflusssperrvorrichtung (31-42) zum Sperren des Stromflusses vom Thermoelement (20) durch die Magnetspule (18) des Gasventils aufweist, wobei die Stromflusssperrvorrichtung eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement (31) und einem zweiten Schaltelement (32) sowie eine Steuerung (34) aufweist, wobei die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements (31, 32) von der Steuerung (34) unabhängig voneinander angesteuert und überwacht werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für einen Gasbrenner, insbesondere einen Gasbrenner einer Gaskochstelle eines Gaskochfeldes.
Gasbrenner werden üblicherweise über ein Gasventil aus einer Gaszuleitung mit Gas versorgt. Außerdem wird häufig ein Thermoelement nahe dem Gasbrenner positioniert, das durch einen thermoelektrischen Effekt aus Wärme elektrische Energie erzeugt und so zur Temperaturmessung geeignet ist. Es ist aber auch möglich, das Thermoelement zur Energieversorgung einer Magnetspule des Gasventils zu verwenden, um das Gasventil offen zu halten, wenn der Gasbrenner ausreichend Temperatur am Thermoelement erzeugt, wie dies beispielsweise in der EP 3 534 069 A1 beschrieben ist.
Neben der Steuerung des Gasventils zur Versorgung des Gasbrenners mit Gas ist je nach Anwendungsfall häufig auch eine Sicherheitsmaßnahme notwendig, um die Gaszufuhr zum Beispiel bei einer Fehlfunktion im System des Gasbrenners zu sperren. Während eine solche Sicherheitsmaßnahme bei herkömmlichen Systemen meist durch mechanische Vorrichtungen gebildet wurde, besteht zum Beispiel wegen elektronischen Bedienvorrichtungen und elektronisch angesteuerten Gasventilen immer häufiger Bedarf auch an elektronischen Sicherheitsmaßnahmen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Sicherheitsmaßnahme für einen Gasbrenner mit einem mittels eines Thermoelements angesteuerten Gasventil zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung wird eine Sicherheitsschaltung für einen Gasbrenner vorgeschlagen, der über ein Gasventil mit Gas versorgt wird, wobei eine Magnetspule des Gasventils von einem Thermoelement nahe dem Gasbrenner mit ausreichend Energie versorgt wird, um das Gasventil offen zu halten, wenn eine Temperatur am Thermoelement einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Erfindungsgemäß weist die Sicherheitsschaltung zusätzlich zu einer Reihenschaltung aus dem Thermoelement und der Magnetspule des Gasventils eine elektronische Stromflusssperrvorrichtung zum Sperren des Stromflusses vom Thermoelement durch die Magnetspule des Gasventils auf. Diese elektronische Stromflusssperrvorrichtung weist eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement sowie eine Steuerung auf, wobei die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements von der Steuerung unabhängig voneinander ansteuerbar und überwachbar sind.
Die Verwendung einer elektronischen Stromflusssperrvorrichtung ermöglicht eine einfache und zuverlässige Sicherheitsmaßnahme für das System des Gasbrenners. Durch die Verwendung einer Reihenschaltung von zwei Schaltelementen, deren Schaltzustände von der Steuerung unabhängig voneinander angesteuert und überwacht werden können, lässt sich eine zuverlässige Funktionsweise der Sicherheitsschaltung gewährleisten und kann auch die Funktionsweise der Stromflusssperrvorrichtung selbst zuverlässig überwacht werden, wodurch die Betriebssicherheit für den Gasbrenner erhöht werden kann.
Im Rahmen der Erfindung kann die Sicherheitsschaltung ein oder mehrere Thermoelemente zur Stromversorgung der Magnetspule des Gasventils enthalten und/oder eine Reihenschaltung aus zwei oder mehr Schaltelementen enthalten. Als erstes und zweites Schaltelement werden vorzugsweise MOSFETs, bevorzugt niederohmige MOSFETs eingesetzt. Die Schaltelemente der Stromflusssperrvorrichtung sind vorzugsweise identisch, grundsätzlich können aber auch unterschiedliche Schaltelemente verwendet werden. Die Steuerung ist beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Reihenschaltung aus dem ersten und dem zweiten Schaltelement in Reihe zur Magnetspule des Gasventils geschaltet. In diesem Fall kann der Stromfluss durch die Magnetspule des Gasventils durch Öffnen wenigstens eines der Schaltelemente oder vorzugsweise aller Schaltelemente gesperrt werden.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Reihenschaltung aus dem ersten und dem zweiten Schaltelement parallel zur Magnetspule des Gasventils geschaltet. In diesem Fall kann der Stromfluss durch die Magnetspule des Gasventils durch Schließen der beiden Schaltelemente gesperrt werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerung der Stromflusssperrvorrichtung einen ersten Steuerausgang zum Ansteuern des ersten Schaltelements und einen zweiten Steuerausgang zum Ansteuern des zweiten Schaltelements auf. Die Verwendung von zwei separate Steuerausgängen für die beiden Schaltelemente fördert das Ansteuern der Schaltelemente unabhängig voneinander.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerung einen Spannungspegeleingang auf, der mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement verbunden ist, und ist die Steuerung ausgestaltet, um einen Spannungspegel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement zu erfassen, um basierend auf dem erfassten Spannungspegel die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements zu überwachen. Vorzugsweise weist die Steuerung ferner einen Analog-Digital-Wandler auf und ist der Spannungspegeleingang der Steuerung mit diesem Analog-Digital-Wandler verbunden. Vorzugsweise ist der Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement über einen Widerstand auch mit einer Netzspannung gekoppelt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht einerseits eine zuverlässige Überwachung der Schaltzustände der Schaltelemente und ermöglicht dies andererseits durch ein relativ unkompliziertes Verfahren, sodass zum Beispiel eine einfache Software der Klasse B ausrechend sein kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerung wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Speicher auf, wobei der Speicher eine Software vorzugsweise der Klasse B enthält, die bei ihrer Ausführung durch den wenigstens einen Prozessor den wenigstens einen Prozessor dazu veranlasst, die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements unabhängig voneinander anzusteuern und zu überwachen.
Die oben beschriebene Sicherheitsschaltung der Erfindung ist grundsätzlich in Zusammenhang mit beliebigen Gasbrennern einsetzbar. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung kann in vorteilhafter Weise in Haushaltsgeräten wie zum Beispiel Gasherd oder Kochfeldern mit einer oder mehreren Gaskochstellen angewendet werden.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:

1 ein Blockschaltbild einer Sicherheitsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Blockschaltbild einer Sicherheitsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In 1 ist beispielhaft eine Sicherheitsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Die Sicherheitsschaltung 10 dient einem Gasbrenner 12, der aus einer Gaszuleitung 14 über ein Gasventil 16 mit Gas versorgt wird. Das Gasventil 16 ist in Form eines Elektromagnetventils ausgestaltet, das eine Magnetspule 18 zum Ansteuern eines Ventilelements zum Öffnen und Schließen eines Durchgangs aufweist. Nahe dem Gasbrenner 12 ist außerdem ein Thermoelement 20 angeordnet. Nach Betriebsstart des Gasbrenners 12 ist das Thermoelement 20 einer hohen Temperatur ausgesetzt und erzeugt dementsprechend aufgrund eines thermoelektrischen Effekts eine elektrische Energie. Die Magnetspule 18 des Gasventils 16 ist mit dem Thermoelement 20 elektrisch leitend verbunden, sodass das Thermoelement 20 die Magnetspule mit Strom versorgt, insbesondere mit ausreichend Strom versorgt, um das Gasventil 16 offen zu halten, wenn die durch den Gasbrenner 12 erzeugte Temperatur am Thermoelement 20 ausreichend hoch ist.
Die Sicherheitsschaltung 10 enthält zusätzlich zu dieser Reihenschaltung des Thermoelements 20 und der Magnetspule 18 des Gasventils 16 auch noch eine Stromflusssperrvorrichtung, die den Stromfluss vom Thermoelement 20 durch die Magnetspule 18 bei Bedarf sperrt, um das Gasventil 16 zu schließen, beispielsweise als Sicherheitsmaßnahme wegen irgendeiner Fehlfunktion im Gasbrennersystem. Die Stromflusssperrvorrichtung enthält insbesondere eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement 31 in Form eines vorzugsweise niederohmigen MOSFETs und einem zweiten Schaltelement 32 ebenfalls in Form eines vorzugsweise niederohmigen MOSFETs. Im Ausführungsbeispiel von 1 ist diese Reihenschaltung der beiden Schaltelemente 31, 32 in Reihe zur Magnetspule 18 geschaltet, sodass der Stromfluss vom Thermoelement 20 durch die Magnetspule 18 durch Öffnen eines, vorzugsweise beider Schaltelemente 31, 32 blockiert werden kann.
Wie in 1 dargestellt, weist die Stromflusssperrvorrichtung außerdem eine Steuerung 34 zum Beispiel in Form eines Mikrocontrollers auf. Die Steuerung 34 enthält einen oder mehrere Prozessoren 35 und einen Speicher 36. Der Speicher 36 enthält vorzugsweise eine Software der Klasse B, die bei einer Ausführung durch den Prozessor 35 ein Ansteuern und Überwachen der Schaltzustände der beiden Schaltelemente 31, 32 veranlasst. Die Steuerung 34 weist außerdem einen Analog-Digital-Wandler 37 auf.
Die Steuerung 34 hat einen ersten Steuerausgang 38, der mit dem Prozessor 35 und dem ersten Schaltelement 31 verbunden ist, um das erste Schaltelement 31 anzusteuern, um es zu öffnen oder zu schließen, und einen zweiten Steuerausgang 39, der mit dem Prozessor 35 und dem zweiten Schaltelement 32 verbunden ist, um das zweite Schaltelement 32 anzusteuern, um es zu öffnen oder zu schließen. Die beiden Schaltelemente 31, 32 können so von der Steuerung 34 unabhängig voneinander angesteuert werden.
Außerdem ist an der Steuerung 34 ein Spannungspegeleingang 41 vorgesehen, der einerseits mit dem Analog-Digital-Wandler 37 und andererseits mit einem Verbindungspunkt 40 zwischen den beiden Schaltelementen 31, 32 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 40 zwischen den beiden Schaltelementen 31, 32 ist außerdem über einen Widerstand 42 mit einer Netzspannung VCC gekoppelt. Über die Messung des Spannungspegels zwischen den beiden Schaltelementen 31, 32 kann die Steuerung 34 so auf einfache Weise die Schaltzustände der beiden Schaltelemente 31, 32 unabhängig voneinander überwachen, indem über die Steuerausgänge 38, 39 verschiedene Schaltzustandskombinationen der Schaltelemente 31, 32 erzeugt werden und dann die jeweiligen Spannungspegel überprüft werden. Da irgendeine Fehlfunktion in den Komponenten der Stromflusssperrvorrichtung eine Veränderung des Spannungspegels bewirkt, kann so auf einfache Weise ein fehlverhalten der Stromflusssperrvorrichtung erkannt werden, in welchem Fall dann sicherheitshalber ein Schließen des Gasventils und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals durchgeführt werden.
In 2 ist beispielhaft eine Sicherheitsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Dabei sind gleiche bzw. analoge Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Die Sicherheitsschaltung 10 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von jener des ersten Ausführungsbeispiels durch die Konfiguration der Stromflusssperrvorrichtung. Wie in 2 veranschaulicht, ist die Reihenschaltung der beiden Schaltelement 31, 32 parallel zur Magnetspule 18 des Gasventils 16 geschaltet, sodass der Stromfluss vom Thermoelement 20 durch Schließen beider Schaltelemente 31, 32 an der Magnetspule 18 vorbeigeführt werden kann. Zum erzielen dieses Kurzschlusseffekts sind die beiden Schaltelemente 31, 32 bevorzugt als niederohmige MOSFETs ausgestaltet.
Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktionsweise der Stromflusssperrvorrichtung und der Sicherheitsschaltung insgesamt jenen des ersten Ausführungsbeispiels.
Bezugszeichenliste

10: Sicherheitsschaltung
12: Gasbrenner
14: Gaszuleitung
16: Gasventil
18: Magnetspule
20: Thermoelement
31: erstes Schaltelement
32: zweites Schaltelement
34: Steuerung
35: Prozessor
36: Speicher
37: Analog-Digital-Wandler
38: erster Steuerausgang
39: zweiter Steuerausgang
40: Verbindungspunkt
41: Spannungspegeleingang
42: Widerstand
VCC: Netzspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 3534069 A1 [0002]

Claims

Sicherheitsschaltung (10) für einen Gasbrenner (12), der über ein Gasventil (16) mit Gas versorgt wird, wobei eine Magnetspule (18) des Gasventils (16) von einem Thermoelement (20) nahe dem Gasbrenner (12) mit ausreichend Energie versorgt wird, um das Gasventil (16) offen zu halten, wenn eine Temperatur am Thermoelement (20) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wobei die Sicherheitsschaltung (10) aufweist: eine Reihenschaltung aus dem Thermoelement (20) und der Magnetspule (18) des Gasventils (16); und eine elektronische Stromflusssperrvorrichtung (31-42) zum Sperren des Stromflusses vom Thermoelement (20) durch die Magnetspule (18) des Gasventils (16), wobei die Stromflusssperrvorrichtung (31-42) eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement (31) und einem zweiten Schaltelement (32) und eine Steuerung (34) aufweist, wobei die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements (31, 32) von der Steuerung (34) unabhängig voneinander ansteuerbar und überwachbar sind.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Reihenschaltung aus dem ersten und dem zweiten Schaltelement (31, 32) in Reihe zur Magnetspule (18) des Gasventils (16) geschaltet ist und der Stromfluss durch die Magnetspule (18) des Gasventils (16) durch Öffnen wenigstens eines der Schaltelemente (31, 32) gesperrt werden kann.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die Reihenschaltung aus dem ersten und dem zweiten Schaltelement (31, 32) parallel zur Magnetspule (18) des Gasventils (16) geschaltet ist und der Stromfluss durch die Magnetspule (18) des Gasventils (16) durch Schließen der beiden Schaltelemente (31, 32) gesperrt werden kann.
Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuerung (34) einen ersten Steuerausgang (38) zum Ansteuern des ersten Schaltelements (31) und einen zweiten Steuerausgang (39) zum Ansteuern des zweiten Schaltelements (32) aufweist.
Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuerung (34) einen Spannungspegeleingang (41) aufweist, der mit einem Verbindungspunkt (40) zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement (31, 32) verbunden ist, und die Steuerung (34) ausgestaltet ist, um einen Spannungspegel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement (31, 32) zu erfassen, um basierend auf dem erfassten Spannungspegel die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements (31, 32) zu überwachen.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 5, bei welcher die Steuerung (34) einen Analog-Digital-Wandler (37) aufweist und der Spannungspegeleingang (41) der Steuerung (34) mit dem Analog-Digital-Wandler (37) verbunden ist.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher der Verbindungspunkt (40) zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement (31, 32) über einen Widerstand (42) auch mit einer Netzspannung (VCC) gekoppelt ist.
Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste und das zweite Schaltelement (31, 32) MOSFETs sind.
Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuerung (34) wenigstens einen Prozessor (35) und wenigstens einen Speicher (36) aufweist, wobei der Speicher (36) eine Software der Klasse B enthält, die bei ihrer Ausführung durch den wenigstens einen Prozessor (35) den wenigstens einen Prozessor (35) dazu veranlasst, die Schaltzustände des ersten und des zweiten Schaltelements (31, 32) unabhängig voneinander anzusteuern und zu überwachen.
Haushaltsgerät mit einem Gasbrenner (12), der über ein Gasventil (16) mit Gas versorgt wird, wobei eine Magnetspule (18) des Gasventils (16) von einem Thermoelement (20) nahe dem Gasbrenner (12) mit ausreichend Energie versorgt wird, um das Gasventil (16) offen zu halten, wenn eine Temperatur am Thermoelement (20) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, und einer Sicherheitsschaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.