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Elektrische Sicherheits- und Regelvorrichtung für Feuerungen Die Erfindung
betrifft eine elektrische Sicherheits-und Regelvorrichtung für Feuerungen mit flüssigen
oder gasförmigen Brennstoffen, wobei in einem Regelstromkreis als Meßglied ein temperaturabhängiger
Widerstand und als Stellglied ein Relais vorgesehen ist, und wobei bei dem Regelstromkreis
eine Potentialschwelle im normalen Betrieb nicht unterschritten wird.
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Bei Feuerungsanlagen besteht allgemein die Aufgabe, die Heizenergieerzeugung
den jeweiligen Anforderungen entsprechend einzuregeln. Bei Feuerungen mit aus einer
Versorgungseinrichtung zuströmendem Brennstoff in flüssiger oder gasförmiger Form
besteht darüber hinaus das spezielle Problem, die ordnungsgemäße Zündung des Brennstoffes
zu überwachen, vor allem um Zündversager zu vermeiden, damit der Brennstoff nicht
ungenutzt ausströmen kann, was unter Umständen auch zu unerwünschten Verpuffungen
führt. Diesen Zweck erfüllen sogenannte Flammenwächter.
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Es ist eine kombinierte Regel- und Sicherheitsvorrichtung für Gasöfen
bekannt, bei der als Stellglied ein Magnetventil vorgesehen ist. Zu diesem ist im
Stromkreis parallel ein in der Flammennähe angeordneter Kaltleiterwiderstand geschaltet.
Durch die brennende Zündflamme, die den Kaltleiterwiderstand aufheizt, wird dessen
Widerstandswert erhöht. Die Potentialschwelle des Magnetventils wird dabei heraufgesetzt,
so daß dieses einschaltet. Die Regelvorrichtung ist ein aus einem Bimetallschalter
bestehender Grenzwertschalter, der in der einen Grenzwertstellung das Magnetventil
mit seiner Sicherheitsanordnung einschaltet und diese in der anderen kurzschließt,
so daß das Magnetventil die Brennstoffzufuhr abstellt. Diese Art von Regel- und
Sicherheitsvorrichtungen können nicht in Betrieb gesetzt werden, wenn die Zündflamme
nicht brennt. Bei Feuerungen mit Zündung des Brennstoffes durch fernbetätigbare
Zündmittel, wie Zündkerzen, sind derartige Vorrichtungen daher nicht anwendbar.
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Es ist daher der Zweck der Erfindung, eine Regel-und Sicherheitsvorrichtung
zu schaffen, bei welcher der Flammenwächter beim Start noch nicht anspricht und
sich erst später automatisch zuschaltet.
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Den Zweck der Erfindung erfüllt eine Sicherheits-und Regelanordnung,
bei der in an sich bekannter Weise ein Sicherheitsstromkreis vorgesehen ist, der
temperaturabhängige Widerstände, von denen der eine als Kontrollfühler und der andere
als Vergleichsfühler wirkt, in Spannungsteilerschaltung aufweist, wobei der Vergleichsfühler
ein sich auf einen vorgegebenen Wert selbst aufheizender Widerstand ist oder demselben
ein ihn aufheizender Heizwiderstand zugeordnet ist, während der Kontrollfühler (KF)
im Bereich der Feuerung angeordnet ist, und daß der Sichereitsstromkreis mit dem
Regelstromkreis derart in Verbindung steht, daß im Störungsfall die Potentialschwelle
unterschritten wird.
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Bei Flammenwächtern sind zwar schon Spannungsteilerschaltungen bekannt.
Bei diesen ist in einen Zweig des Spannungsteilers eine fotoelektrische Zelle und
in dem anderen ein temperaturempfindlicher Widerstand. Beide Widerstände sind in
der Nähe der zu überwachenden Flamme angeordnet, und es sollen andere Einflüsse
durch diese Kompensationsschaltung ausgeschlossen werden.
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Die Aufheizcharakteristik des dem Vergleichsfühler zugeordneten Heizwiderstandes
bzw. des sich selbst aufheizenden Vergleichsfühlers wird erfindungsgemäß so gewählt,
daß diese der Anheizcharakteristik der Feuerung in etwa anspricht, so daß sich die
Widerstandswerte von Kontrollfühler und Vergleichsfühler bei ungestörtem Brennerbetrieb
etwa im gleichen Verhältnis ändern. Auch der Regelstromkreis besteht gemäß der Erfindung
aus einer Spannungsteilerschaltung mit einem Vergleichswiderstand und einem im Heizmedium
angeordneten Temperaturfühler, wobei die Abgriffe des Spannungsteilers in Verbindung
steht mit demjenigen der Sicherheitsanordnung.
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Eine verzögerungsfreie Regelung, wie sie gerade bei Heizungen mit
Zündkerzen als Zündmittel erforderlich ist, wird erreicht durch eine Triggerschaltung,
bei der erfindungsgemäß an der Basis die abgegriffene Potentialspannung anliegt.
Hierdurch kann der Magnetventil-Erregerstrom schlagartig eingeschaltet werden, während
bei der beschriebenen Schaltung beim Ein-und Ausschalten große Verzögerungen entstehen,
weil die Potentialunterschiede am Schaltelement langsam ansteigen und sinken.
Eine
technisch äquivalente Lösung besteht gemäß der Erfindung in einer Widerstandskombination,
bei welcher mit dem Kontrollfühler parallel der Erregerstrom eines Relais geschaltet
wird, dessen Relaiskontakt den Temperaturfühler der Regelvorrichtung kurzschließt
und so die Sicherheitsanordnung ebenfalls schlagartig mit der Regelanordnung verbunden
ist.
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Es hat sich gemäß der vorliegenden Erfindung als zweckmäßig herausgestellt,
daß der Vergleichswiderstand und der Aufheizwiderstand von einem gemeinsamen Gehäuse
umgeben sind.
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Die Erfindung ist an mehreren Schaltungsbeispielen in ihrer Ausführung
näher erläutert und beschrieben. F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung für eine
motorunabhängige Kraftfahrzeugheizung; F i g. 2 ist eine im Prinzip gleiche Schaltung;
F i g. 3 ist das weitere Beispiel einer gleichen Schaltungsanordnung.
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Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 zum Ein-und Ausschalten der
Antriebsaggregate für eine nicht dargestellte motorunabhängige Kraftfahrzeugstandheizung
sei an Hand deren Schaltungsfunktionen näher beschrieben.
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Die Schaltung ist der Übersicht halber eingeteilt in 5 Felder, die
mit A, B, C, D und E bezeichnet sind. Die Heizungsanlage selbst besteht aus
zwei Teilen, dem Heizgerät und dem Bedienungsgerät. Das letztere ist am Armaturenbrett
des Fahrzeuges angeordnet und von ihm aus kann das Heizgerät eingestellt werden.
Das Bedienungsgerät besteht aus einem Drehschalter, der im Schaltschema gemäß F
i g.1 in seine verschiedene Funktionen zerlegt und dessen 0-Stellung »Aus« ist.
Beim Drehen in seine erste Raststellung wird der Kontakt SL umgeschaltet, so daß
das Relais L Spannung erhält. Dieses zieht an und schaltet mit seinem Arbeitskontakt
L, den Ventilatormotor M zur Lüftung des Fahrzeuges. Bei Weiterdrehen des Bedienungsknopfes
werden die Kontakte SH, und SH. geschlossen. Der Kontakt SH,, gibt den Stromweg
für die elektronische Regelvorrichtung D frei, während der Kontakt SHZ den Stromweg
zur Betätigung des Brennstoffventiles V und der Brennstoffpumpe P vorbereitet. Auf
die Bedeutung dieses ., der für die Einschaltung der Heizung Kontaktes
SH,
unwichtig ist, wird noch näher eingegangen.
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In der letzten Stellung des Schalters kann ein. auf gleicher Achse
angeordnetes Potentiometer Pot betätigt werden, das dazu dient, die gewünschte Temperatur
der Heizung einzustellen. - Der Schalter ist neben den einzelnen Markierungen für
die Schaltstellungen auch mit einer auf Temperaturwerte geeichten Skala versehen.
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Die Schaltungsanordnung A in F i g. 1 dient der Überwachung der Heizung.
Sie kontrolliert, ob die Heizung richtig gezündet hat und in Betrieb ist oder ob
Störungen in der Zündung oder in der Brennstoffzuführung eingetreten sind. Dies
geschieht in folgender Weise: Über den Heizungsschalter SH, ist an die gesamte Schaltung
Spannung angelegt. Zunächst wird der Widerstand TL aufgeheizt. Dieser ist mit dem
Heißleiterwiderstand VF (Vergleichsfühler) in einem Gehäuse angeordnet und heizt
diesen auf, wobei sein Widerstandswert entsprechend der ansteigenden Temperatur
absinkt. In Reihe mit diesem Heißleiterwiderstand VF ist ein weiterer Heißleiterwiderstand
KP (Kontrollfühler) geschaltet. Der Heißleiterwiderstand KF ist so an der Heizung
angeordnet, daß er bei deren Erwärmung aufgeheizt wird. Beide Heißleiterwiderstände
KP und VF sind als die Zweige 1, und I$ des Spannungsteilers geschaltet.
Bei ordnungsgemäß gezündetem Heizgerät wird der Heißleiterwiderstand KF mit dem
Heißleiterwiderstand VF gleichmäßig erwärmt. Damit werden auch Widerstandswerte
der beiden in etwa gleicher Weise verringert. Die Spannung am Spannungsteilerabgriff
X, bleibt somit annähernd konstant, zumal dafür gesorgt ist, daß das Verhältnis
KF zu VF gleichbleibt. Zündet das Heizgerät nicht, dann wird der Heißleiterwiderstand
KF nicht erwärmt und sein Widerstandswert bleibt konstant. Der Heißleiterwiderstand
VF jedoch wird durch den im gleichen Gehäuse angeordneten Widerstand TL aufgeheizt.
Sein Widerstandswert sinkt nun allein und damit auch die Spannung am Abgriffspunkt
X, des Spannungsteilers. Sobald diese Spannung einen kritischen vorgesehenen Wert
unterschreitet, wird in der Folge die Abschaltung der Heizung durch die nachgeschaltete
Schaltanordnung D bewirkt.
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Die gleiche Wirkung wird mit der Sicherheitsvorrichtung erreicht,
wenn im Betrieb das Heizgerät infolge einer Störung ausfällt und der Heißleiterwiderstand
KF sich demzufolge abkühlt, sein Widerstandswert also ansteigt.
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Im Feld B ist ebenfalls ein Spannungsteiler angeordnet, bestehend
aus dem Heißleiter TF(Temperaturfühler) und einem temperaturunabhängigen Widerstand
VR (Vergleichswiderstand). Der Temperaturfühler TF ist im Warmluftstrom des
Heizgerätes, der in das Innere (z. B. die Kabine) des Kraftfahrzeuges geleitet wird,
angebracht und wird beim Betrieb aufgeheizt, so daß sein Widerstand mit steigender
Erwärmung sinkt. Zur wahlweisen Voreinstellung der gewünschten Heiztemperatur ist
die Klemmspannung des Spannungsteilers TFIVR mittels eines Potentiometers Pot einstellbar.
Auch hier wird bei Unterschreiten eines vorgesehenen kritischen Spannungswertes
am Abgriff' X, das Heizgerät durch die Schaltanordnung D abgeschaltet.
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Zwischen den Erzeugern der Schaltspannung der Sicherheitseinrichtung
A und der Temperaturregeleinrichtung B sind in Richtung des eigentlichen elektronischen
Schalters im Feld D noch zwei Stromventile GL, und GLZ im Feld C eingeschaltet.
Diese sollen verhindern, daß sich die Schaltungsanordnungen A und
B gegenseitig beeinflussen. Über die Stromventile GL, und GLz wird nur dann
Strom fließen, wenn das Spannungspotential am Punkt x, bzw. x$ kleiner wird als
am Punkt x im Feld D. Die im Feld D
dargestellte übliche Umkippschaltung
mit zwei sich gegenseitig beeinflussenden Transistoren T, und T$ betätigt das Steuerrelais
K Das Relais K schaltet beim Unterschreiten der kritischen Spannung in der Schaltungsanordnung
A oder B mit seinem Kontakt K, die Brennstoffpumpe P und das Brennstoffventil V
aus bzw. im umgekehrten Sinn wieder ein.
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Beim Abschalten derartiger Heizgeräte hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
nur erst die Brennstoffzufuhr abzusperren und den Ventilator noch so lange nachlaufen
zu lassen, bis eine ausreichende Abkühlung des Wärmetauschers erfolgt ist. Dies
wird dadurch erreicht, daß das Relais L für den Ventilatormotor mit seinem KontaktL2,
der in Reihe mit Ruhekontakt KZ des Steuerrelais K ist, so lange sich selbst hält,
bis die Ansprechtemperatur des Hei131eiterwiderstarideSTF ihren kritischen Wert,
bei dem das Relais K geschaltet wird, erreicht. Das Potentiometer Pot steht beim
Ausschalten
auf seinem niedrigsten Temperaturwert. Beim Einschalten des Relais K wird der Kontakt
K2 geöffnet und damit der Stromkreis für das Relais L unterbrochen, so daß es abfällt.
Dabei öffnet sich der Haltekontakt L2, womit auch die elektronische Steuerung abgeschaltet
wird und das Relais K damit wieder in Ruhestellung geht. Da hiermit der in Reihe
mit dem Kontakt K2 liegende Kontakt L2 geöffnet ist, kann das Relais L nicht wieder
anziehen. Das Heizgerät ist damit ausgeschaltet. Der noch zum Kaltblasen laufende
Motor wurde mit dem Kontakt L1 des Relais L beim Abfall abgeschaltet.
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Um zu verhindern, daß bei diesem Abschaltvorgang das Brennstoffventil
V und die Brennstoffpumpe P nochmals unnötigerweise kurz ansprechen, ist der zweite
Schaltkontakt SH, des Heizungsschalters vorgesehen. Dieser unterbricht die
Leitung bei ausgeschaltetem Heizgerät nochmals.
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Die Schaltungsanordnung in F i g. 2 ist eine Abwandlung der in F i
g. 1 dargestellten. Die Sicherheitsvorrichtung Feld A ist hier derart ausgeführt,
daß sich der Heißleiterwiderstand VF durch den durch ihn hindurchfließenden Strom
selbst aufheizt. Dabei wird bei immer größer werdendem Strom der Spannungsabfall
am Relais Q ansteigen bis die Ansprechspannung erreicht ist. Mit dem Relaiskontakt
Q1 wird der Temperaturfühler TF für die Heizungssteuerung kurzgeschlossen und damit
eine sehr hohe Heizungstemperatur vorgetäuscht, so daß das Heizgerät in der vorbeschriebenen
Weise abgeschaltet wird. Ist das Heizgerät jedoch in Ordnung und wird der zweite
Heißleiterwiderstand KF von der Heizung aufgeheizt, dann wird der Gesamtwiderstand
der Parallelschaltung vom Relais Q und des Heißleiters KF kleiner. Auf diese
Weise wird verhindert, daß die Spannung am Relais Q auf einen Wert ansteigt, der
zum Ansprechen des Relais Q erforderlich ist. Die Heizung schaltet nicht ab.
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Bei Ausfall des Heizgerätes während des Betriebes wird sich der Heißleiterwiderstand
KP abkühlen und sein Widerstandswert steigen. Dabei steigt die Spannung am Relais
Q an bis sie einen Wert erreicht hat, der ausreicht, das Relais Q zu schalten. Das
Heizgerät wird in der vorbeschriebenen Weise abgeschaltet.
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Die Schaltung in F i g. 3 stellt eine weitere Abwandlung dar. Im Unterschied
dazu sind die Stromventile für die beiden Spannungsteilerabgänge weggelassen und
durch einen weiteren Transistor Ti ersetzt, so daß beide Steuerzweige getrennte
Eingangstransistoren besitzen. Diesen nachgeschaltet ist für beide gemeinsam ein
Schalttransistor T2 zur Betätigung des Relais K vorgesehen.