DE1279884B - Wechselstromgespeistes Steuergeraet fuer Feuerungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F23n

Deutsche Kl.: 24 m -3

Nummer: 1279 884

Aktenzeichen: P 12 79 884.4-13 (D 43536)

Anmeldetag: 5. Februar 1964

Auslegetag: 10. Oktober 1968

Das Hauptpatent betrifft ein wechselstromgespeistes Steuergerät für Feuerungen, bei dem ein Stromkreis in Abhängigkeit von der Flammenstrahlung unter Verwendung eines Halbleiterbauelements geschaltet wird, das durch den Spannungsabfall an einem mit der Flammenstrahlung variablen Fotowiderstand beeinflußt ist, wobei das Halbleiterbauelement ein unmittelbar in dem zu schaltenden Stromkreis liegender, an sich bekannter zweipoliger Festkörperschalter ist, der beim Überschreiten eines Schwellenwerts einer angelegten Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewerts des hindurchfließenden Stromes wieder zurückschaltet, und wobei dem Festkörperschalter ein Widerstand parallel liegt, an dem ein von dem Fotowiderstand abhängiger Spannungsabfall abgegriffen wird.

Mit dieser Schaltung gelingt es, die Vorteile eines Festkörperschalters auch bei einem Steuergerät für Feuerungen auszunutzen (keine beweglichen Teile, so keine Funkengefahr, kleine Bauform, geräuschlos, keine Verschmutzungsgefährdung, schnelles Ansprechen). Die Steuerung des Festkörperschalters ist äußerst einfach und erfordert keinen zusätzlichen Stromkreis, kein Relais od. dgl. Die an ihn anzulegende Steuerspannung kann von der gleichen Speisespannung abgeleitet werden, an der der Festkörperschalter selbst liegt.

In weiterer Ausgestaltung dieses Grundgedankens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Festkörperschalter im Zweig der Anlaßwicklung des einphasigen Brennstoff-Fördermotors liegt.

Auf diese Weise kann der Anlaßvorgang in Abhängigkeit vom Auftreten der Flamme auf einfache Weise beendet werden, wobei aber sämtliche Vorteile der Schaltung nach dem Hauptpatent erhalten bleiben.

Es ist zwar bei einem wechselstromgespeisten Steuergerät für Feuerungen bekannt, den Kontakt eines von der Flammenstrahlung beeinflußten Relais in den Zweig der Anlaßwicklung des einphasigen Brennstoff-Fördermotors zu legen. Der Austausch dieses Kontakts durch einen zweipoligen Festkörperschalter ergibt aber keine funktionsfähige Schaltung.

Es ist empfehlenswert, daß die Heizwicklung des Sicherheitsschalters mit dem Festkörperschalter und der Anlaßwicklung in Reihe liegt. Sollte der Motor aus irgendeinem Grund nicht hochlaufen und demnach keine Flamme auftreten, wird der Motor nach kurzer Zeit abgeschaltet. Wenn während des Motorlaufs die Flamme erlischt, schließt der Festkörperschalter und beeinflußt damit den Sicherheitsschalter, Wechselstromgespeistes Steuergerät
für Feuerungen

Zusatz zum Patent: 1255 843

Anmelder:

Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwälte,

6000 Frankfurt, Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Hans Mungaard, Langes0 (Dänemark)

so daß anschließend der Motor abgeschaltet wird. Wenn die Heizwicklung durchgebrannt sein sollte, ist sichergestellt, daß der Motor überhaupt nicht hochlaufen kann.

Sollten irgendwelche Befürchtungen bestehen, daß die Laufwicklung Schaden leidet, kann man den Motor so bemessen, daß er unterhalb der Grenztemperatur bleibt, wenn die Laufwicklung dauernd unter dem Kurzschlußstrom steht. Oder man kann in den Laufwicklungszweig des Motors einen PTC-Widerstand einschalten, der einen höheren Widerstandswert annimmt, wenn die Laufwicklung dauernd unter dem Kurzschlußstrom steht. Oder man kann eine der bekannten Schutzvorrichtungen vorsehen.

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte der Festkörperschalter überwiegend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des Periodischen Systems bestehen. Es handelt sich hierbei um polykristalline absolut symmetrische, daher auch für Wechselstrom geeignete Festkörperschalter, die hochbelastbar und sehr leicht herstellbar sind. Außerdem kann ihr Schwellenwert durch Wahl einer entsprechenden Mischungszusammensetzung oder durch Wahl der Dicke des Elements auf einfache Weise den gewünschten Anforderungen angepaßt werden. Als Beispiel sei ein Festkörperschalter genannt, der aus 67,5 °/o Tellur, 25% Arsen und 7,5 Vo

809 620/136

Germanium erzeugt ist. Die Herstellung kann durch Aufdampfen auf eine Metallplatte, durch Sintern, durch Erstarrenlassen einer Legierungsschmelze u. dgl. erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein typisches Strom-Spannungs-Diagramm für einen erfindungsgemäß verwendbaren Festkörperschalter und

Fig. 2 das Schaltbild für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung.

In dem Diagramm der Fi g. 1 ist der Strom / eines symmetrischen Festkörperschalters über der Spannung U aufgetragen. Unterhalb der Schwellenspannung + U_s ist der Strom nahezu Null, da der Schalter seinen hochohmigen Zustand eingenommen hat, bei dem sein Widerstand bis zu mehreren Megohm betragen kann (Kurve I). Sobald jedoch die Schwellenspannung Z7_S überschritten ist, springt der Festkörperschalter in seinen niederohmigen Zustand ao (Kurve Π) um, bei dem er einen Widerstand von i Ohm oder weniger hat. Der durch den Schalter hindurchtretende Strom / ist daher von den übrigen Komponenten des Stromkreises festgelegt. Den niederohmigen Zustand behält der Schalter bei, bis der as hindurchfließende Strom einen Haltewert I_H unterschreitet, der ziemlich in der Nähe des Nullpunktes liegen kann. Beim Unterschreiten von /# schaltet der Festkörperschalter in den hochohmigen Zustand zurück.

Das beschriebene Diagramm entspricht dem Verhalten der eingangs beschriebenen, überwiegend aus Tellur bestehenden Festkörperschalter. Ein ähnliches Verhalten haben beispielsweise aber auch Fünf-Schicht-Dioden oder — in mehr oder weniger ausgeprägtem Maß — Mehrschichten-Dioden mit ungerader Schichtzahl.

In Fig. 2 ist eine Steuereinrichtung für eine ölfeuerungsanlage veranschaulicht. Dem Steuergerät! wird einphasige Wechselspannung über den Phasenleiter U und den Null-Leiter O zugeführt. Außerhalb des Steuergeräts befindet sich der ölfördermotor 2 mit der Laufwicklung 3 und der Anlaßwicklung 4, der Kesselthermostat 5, ein Fotowiderstand 6 und ein Zündtransformator 7 mit Elektroden 8. Im Innern des Steuergeräts ist in üblicher Weise ein Sicherheitsschalter 9 vorgesehen, der aus seiner Ruhelage in die Alarmstellung, bei der die Signallampe 10 aufleuchtet, umschaltet, wenn in dem Heizelement 11 während einer zu langen Zeit ein Strom fließt. Die Schaltung wird vervollständigt durch einen Spannungsteiler-Widerstand 12 und einen Zwei-Strecken-Festkörperschalter 13. Dieser kann als Reihenschaltung von zwei einzelnen Festkörperschaltern 14 und 15 aufgefaßt werden, aus welchem Grund die gemeinsame Schicht durch eine gestrichelte Linie 16 getrennt ist. Die gemeinsame Mittelelektrode wird durch eine Metallplatte 17 gebildet.

Es sei zunächst angenommen, daß der Festkörperschalter 13 ein ganz einfacher Schalter sei, der bei unbelichtetem Fotowiderstand 6 geschlossen und bei belichtetem Fotowiderstand 6 geöffnet ist. Wenn dann der Kesselthermostat 5 schließt, erhält die Laufwicklung 3 des Motors 2 direkt und die Anlaßwicklung 4 über die Heizwicklung 11 und den Schalter 13 Strom. Der Motor läuft hoch. Das öl entzündet sich an den zwischen den Elektroden 6 überspringenden Funken, und die Flamme brennt. Sofort unterbricht der Schalter 13 den Anlaßstrom, und es ergibt sich ein normaler Betrieb. Sollte jedoch der Motor aus irgendeinem Grund nicht hochlaufen können, wird auch kein Brennstoff gefördert, und es tritt keine Flamme auf. Demzufolge bleibt der Schalter 13 geschlossen. Es fließt über die Heizwicklung 11 des Sicherheitsschalters 9 so lange ein Strom, bis der Sicherheitsschalter umschaltet. Hierdurch wird der gesamte Motor abgeschaltet. Der Schalter 13 übernimmt daher nicht nur die Aufgabe, die Anlaßvorrichtung im Normalbetrieb abzuschalten, sondern betätigt auch die Sicherheitsvorrichtung, die bei einer Störung das Abschalten verursacht.

Der Festkörperschalter 13 arbeitet in folgender Weise. Es sei angenommen, daß die beiden Schalterstrecken 14 und 15 einen Schwellenwert besitzen, der größer ist als die halbe Netzspannung, so daß der Schalter 13 in seinem hochohmigen Zustand verbleibt, wenn an ihm die Netzspannung, vermindert um den relativ kleinen Spannungsabfall an der Wicklung 4, liegt. Die gleiche Spannung liegt auch an dem Spannungsteiler, der durch den Widerstand 12 und den Fotowiderstand 6 gebildet wird. Es sei angenommen, daß der Fotowiderstand 6 im belichteten Zustand einen Widerstandswert etwa gleich demjenigen des Widerstandes 12, im unbelichteten Zustand dagegen einen sehr viel höheren Wert hat. Wenn der Fotowiderstand belichtet ist, z. B. durch Fremdlicht, liegt am Verbindungspunkt 18 zwischen diesen beiden Widerständen etwa die halbe Netzspannung, und der Festkörperschalter 13 bleibt im hochohmigen Zustand. Im Normalfall ist jedoch der Fotowiderstand 6 unbelichtet; er hat einen hohen Widerstandswert, und es tritt ein großer Spannungsabfall an ihm auf; demzufolge liegt am Punkt 18 ein recht großer Teil der Netzspannung. Diese große Spannung wirkt allein auf die Strecke 15 des Festkörperschalters 13, so daß diese in den niederohmigen Zustand umschaltet. Im gleichen Augenblick liegt aber die volle Netzspannung an der Strecke 14 des Schalters 13, so daß auch diese in den niederohmigen Zustand umschaltet, d. h., der Schalter 13 ist voll geöffnet und die Anlaßwicklung 4 erhält Strom. Dieses Spiel wiederholt sich bei jeder Halbwelle des Wechselstromes. Sobald jedoch die Flamme auftritt und der Fotowiderstand 6 belichtet wird, reicht keine der Teilspannungen des Spannungsteilers 12, 6 aus, um eine der Strecken 14 und 15 des Schalters 13 in den niederohmigen Zustand zu versetzen, d. h., der Schalter 13 bleibt geschlossen.

Besonders vorteilhaft ist diese Festkörperschaltung noch deshalb, weil im Fall eines Kurzschlusses am Fotowiderstand 6 die volle Netzspannung am Widerstand 12 liegt, der Festkörperschalter 13 also zunächst mit seiner Strecke 14 und dann mit der Strecke 15 umschaltet und nach einer gewissen Zeit der Sicherheitsschalter 9 betätigt wird. Der gleiche Effekt tritt im übrigen auch auf, wenn die Leitung zum Fotowiderstand 6 unterbrochen sein sollte, lediglich mit dem Unterschied, daß dann die volle Netzspannung zunächst an der Strecke 15 und dann an der Strecke 14 liegt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wechselstromgespeistes Steuergerät für Feuerungen, bei dem ein Stromkreis in Abhängigkeit von der Flammenstrahlung unter Verwendung eines Halbleiterbauelements geschaltet

wird, das durch den Spannungsabfall an einem mit der Flammenstrahlung variablen Fotowiderstand beeinflußt ist, wobei das Halbleiterbauelement ein unmittelbar in dem zu schaltenden Stromkreis liegender, an sich bekannter zweipoliger Festkörperschalter ist, der beim Überschreiten eines Schwellenwerts einer angelegten Spannung von hochohmigen in den niederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewerts des hindurchfließenden Stromes wieder zurückschaltet, und wobei dem Festkörperschalter ein Widerstand parallel liegt, an dem ein von dem Fotowiderstand abhängiger Spannungsabfall abgegriffen wird, nach Patent 1255843, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperschalter (14,15) im Zweig der Anlaßwicklung (4) des einphasigen Brennstoff-Fördermotors (2) liegt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklung (11) des Sicherheitsschalters (9) mit dem Festkörperschalter (14,15) und der Anlaßwicklung (4) in Reihe liegt,

In Betracht gezogene Druckschriften:

Patentschrift Nr. 217 611 des Amtes für Patent- und Erfindungswesen in Ost-Berlin;

schweizerische Patentschrift Nr. 352 083;

französische Patentschrift Nr. 1345 681;

belgische Patentschriften Nr. 630559, 635423;

Zeitschrift »Control Engineering«, Januar 1956, S. 93.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 620/136 9.68 © Bundesdruckerei Berlin