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Die Erfindung betrifft eine Steuerung für mit strömendem Brennstoff
befeuerte Kieinlufterhitzer für einen gasförmigen oder flüssigen Wärmeträger zur
Beheizung von Räumen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ausgestattet mit einem Brenner,
einer Zündeinrichtung, einem langgestreckten Verbrennungsraum, einem an diesen anschließenden
und ihn umgebenden Wärmeaustauscher, einem die genannten Teile umschließenden Gehäusemantel
und einem elektrischen Kontaktsystem für das Ein- und Ausschalten eines funktionswesentlichen
Organs des Lufterhitzers, wobei der Verbrennungsraum brennerseitig am Gehäusemantel
starr befestigt und im übrigen samt Wärmeaustauscher frei längsverschieblich gelagert
ist und wobei der eine Kontakt des Kontaktsystems am verbrennungsgasführenden Rohrsystem
in hinreichendem Abstand von der Befestigung desselben und der andere Kontakt am
Gehäusemantel angebracht ist.
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In solchen bekannten Heizgeräten erhält naturgemäß der Verbrennungsraum
die höchste Wärmebeaufschlagung, während diese in dem anschließenden Wärmeaustauscher
einen geringeren Wert annimmt. Der geringsten Wärmebelastung unterliegt der Gehäusemantel,
da dieser lediglich vom Heizmedium beaufschlagt und dabei relativ kühl gehalten
ist.
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Dieser Sachverhalt führt bei verschiedenen Betriebszuständen der Geräte
zu unterschiedlichen Wärmedehnungen der einzelnen Rohre und wird dazu benutzt, mittels
der relativen Wärmedehnung des zentralen Verbrennungsraumes das erwähnte elektrische
Kontaktsystem zu betätigen, das sich am freien Ende des Verbrennungsraumes befindet
und seinerseits ein funktionswesentliches Organ des Erhitzers beherrscht.
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Eine derartige Ausnutzung der Wärmedehnung ist an sich bei Geräten
der vorliegenden Art wünschenswert, da die bei der Konstruktion der Geräte ohnehin
zu berücksichtigende Wärmedehnung ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand als Impulsgeber
für Kontaktsysteme herangezogen werden kann. Für die bekannte Steuereinrichtung
ist es jedoch typisch, daß die Wärmedehnung das Kontaktsystem bei einer bestimmten
Anfangstemperatur betätigt und den Schaltvorgang erst rückgängig macht, wenn das
im Normalbetrieb auf wesentlich höherer Betriebstemperatur befindliche Rohrsystem
wieder unter die Anfangstemperatur abgekühlt ist; Dies hat z. B. bei einem Gerät
mit elektrischer Zündung, bei dem das Kontaktsystem zum Ein- und Ausschalten der
Zündung benutzt wird, zur Folge, daß das Gerät nach einer Unterbrechung im Normalbetrieb
erst nach einer verhältnismäßig langen Zeitspanne des Abkühlens wieder einsatzbereit
ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Unzulänglichkeiten
zu vermeiden und demgemäß die Steuerung für die Zündeinrichtung so auszubilden,
daß die Zündung bei Inbetriebnahme der Geräte zwar weiterhin kurz nach Einsetzen
der Verbrennung bei noch verhältnismäßig niedriger Gerätetemperatur sicher abgeschaltet
wird, daß sie aber nach einer Ausschaltung der Geräte bei relativ hoher Temperatur
nicht erst wieder dann, wenn die Temperatur auf den erwähnten niedrigen Wert gesunken
ist, einschaltbar ist, sondern bereits früher bei noch hoher Temperatur.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung
eines Gerätes, bei dem in an sich bekannter Weise die Zündeinrichtung mit einem
ein Kontaktsystem enthaltenden Zündstromkreis ausgestattet ist, der Zündstromkreis
als der das funktionswesentliche Organ enthaltende Stromkreis herangezogen wird
und sich demgemäß der eine Kontakt des Zündstromkreises an dem verbrennungsgasführenden
Rohrsystem und der andere Kontakt am Gehäusemantel unmittelbar an der starren Befestigung
des Verbrennungsraumes mit dem Gehäusemantel befindet und daß der am Rohrsystem
befindliche Kontakt des Zündstromkreises an das abgasseitige Ende des Rohrsystems
verlegt ist.
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Die gewünschte Wirkung wird dabei auf Grund der Tatsachen erzielt,
daß sich der Wärmeaustauscher in der Wärmedehnung des Verbrennungsraumes entgegengesetzter
Richtung dehnt und dadurch den nach Abschaltung der Zündung zunächst großen Abstand
der Kontakte des Kontaktsystems derart verkleinert, daß der Kontaktschluß bei einer
Gerätabschaltung bereits kurz nach dem Erlöschen der Flamme bei noch hoher Temperatur
wiederhergestellt wird, so daß das Gerät erneut in Betrieb genommen werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrische Kontaktsystem
als Mikrosprungschalter ausgebildet. Diese Schalterart ist dafür bekannt, daß sie
mit einem kleinen Schaltimpuls betätigt werden kann und daß das durch eine Sprungfeder
bewirkte schnelle Kontaktschaltspiel und die hohen Kontaktdrücke eine verhältnismäßig
hohe Belastbarkeit und eine ausreichende Betriebssicherheit der elektrischen Kontaktgabe
gewährleisten.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt F i g. 1 eine Prinzipskizze eines Heizgerätes mit einer Zündhilfe-Steuereinrichtung,
F i g. 2 ein Diagramm der Schaltfunktion der Steuereinrichtung.
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Die prinzipielle Darstellung nach F i g. 1 läßt erkennen, daß die
Schaltimpulse der Steuereinrichtung für die Zündhilfe von einem Verbrennungsraum
1 und einem als doppelwandiges Rohr ausgebildeten Wärmetauscher 2 ausgehen. Ein
elektrisches Kontaktsystem für die Zündhilfe ist in dieser Darstellung durch ein
Symbol 3 angedeutet.
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Die Funktionsweise des Heizgerätes ist ebenfalls der F i g. 1 zu entnehmen.
Eine im Verbrennungsraum 1 dargestellte Brennkammer 4 wird über einen Kegel 5 und
einen Luftspalt 6 mit der notwendigen Verbrennungsluft versorgt, die sich im Bereich
eines Brennrohres 7 mit dem aus einer Düse 8 austretenden flüssigen Brennstoff mischt.
Eine Glühkerze 9 als Zündhilfe leitet die Verbrennung des Gemisches ein, und der
sich entwickelnde Flammenkegel tritt durch einen Flammeneinschnürring 10 in eine
Nachbrennkammer 11 über. Die heißen Verbrennungsgase gelangen durch radiale Kanäle
12 in den Wärmetauscher 2 und danach in ein Abgasrohr 13.
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Der Verbrennungsraum 1 und der Wärmetauscher 2 sind an der Stirnseite
durch die radialen Kanäle 12 verbunden. Es sind noch Führungsmittel, die Stege 14,
vorgesehen, welche die zentrische Lage des Wärmetauschers 2 in einem Gehäusemantel
17 sichern.
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Die unter dem Einfluß der Wärmebeaufschlagung erzielte Wärmedehnung
des Rohrsystems wird zuerst am Verbrennungsraum 1 wirksam. Dieser dehnt sich
in
Richtung des Warmluftaustritts von einem senkrecht in den Verbrennungsraum 1 einmündenden
und an dem Gehäusemantel 17 befestigten Ansatzrohr 15 aus. Das Ansatzrohr
15 ist für die Aufnahme .eines keramischen Trägerkörpers der Glühkerze 9 vorgesehen.
Der in seiner Wärmedehnung zunächst zurückbleibende Wärmetauscher 2 entfernt dadurch
sein Abgasrohr 13 aus dem Bereich des Ansatzrohres 15, und das Kontaktsystem 3 wird
geöffnet. Die Kontaktberührung des Systems 3 ist abhängig von .der Stellung der
beiden Rohrteile 13 und 15 zueinander, da ein Teil des Kontaktsystems am Ansatzrohr
15 bzw. am Gehäusemantel 17 befestigt ist und der andere sich mit dem Abgasrohr
13 bewegt. Bei geöffnetem Kontaktsystem 2 wird die Stromzufuhr zur Glühkerze 9 unterbrochen.
Dieser Vorgang entspricht der Funktion der Steuereinrichtung für die ,Zündhilfe
bei der Inbetriebnahme des Gerätes aus dem kalten Zustand. Die Glühkerze 9 wird
nach Einsetzen der Verbrennung im Verbrennungsraum 1 und mit dem Einsetzen der Erwärmung
desselben abgeschaltet.
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Stellt sich im Rohrsystem nach einiger Zeit die Betriebstemperatur
ein, so wird sich auch der Wärmetauscher 2 ausdehnen und eine Schließwirkung auf
das Kontaktsystem 3 auszuüben versuchen. Dieses ist jedoch so eingestellt, daß eine
Kontaktberührung nicht zustande kommt und die Glühkerze 9 weiterhin ausgeschaltet,
d. h. ohne Strom bleibt. Die Ursache für das Zurückbleiben der Ausdehnung des Wärmetauschers
2 gegenüber der des Verbrennungsraumes 1 auch nach Erreichen der Betriebstemperatur
des Gerätes ist sein größeres Massevolumen und das Wärmegefälle der Verbrennungsgase
in diesen Rohren, wobei der Wärmeentzug durch das Heizmedium eine Rolle spielt.
Diese Temperatur- bzw. Dehnungsdifferenz bleibt während des Betriebes erhalten und
verhindert die Kontaktberührung im System 3 und damit ein Einschalten der Zündhilfe.
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Eine Unterbrechung des Verbrennungsvorganges kann entweder durch ein
beabsichtigtes Ausschalten oder durch eine unbeabsichtigte Betriebsunterbrechung
verursacht werden. Die Wiederinbetriebnahme des Gerätes nach einer solchen Abschaltung
oder Unterbrechung wird durch folgende Maßnahmen bewirkt: Der Verbrennungsraum 1
ist auf Grund seines gegenüber dem Wärmetauscher 2 geringeren Massevolumens und
seiner unmittelbaren Berührung mit dem Flammenkegel der Teil mit dem höheren thermischen
Reaktionsvermögen in bezug auf seine Wärmedehnung, und er schrumpft daher schneller
als der Wärmetauscher 2, wenn die Verbrennung aussetzt. Aus diesem Grund tritt der
Kontaktschluß im Kontaktsystem 3 bereits kurz nach Erlöschen der Flamme ein, was
sofort zu einer neuen Zündung führen kann. Die erhöhte Zündbereitschaft der Glühkerze
9 ist somit unter diesen Bedingungen gegeben, da der Wärmetauscher 2 sich noch im
Dehnungszustand befindet und dementsprechend die Annäherung der Kontakte im Kontaktsystem
3 bereits erfolgt. Der Zustand der Zündbereitschaft ist unmittelbar nach dem Aussetzen
der Verbrennung, d. h. dem Erlöschen der Flamme, gegeben und hält so lange an, bis
kurz die neuerlich einsetzende Verbrennung eine Temperatursteigerung des Verbrennungsraumes
1 und dessen neuerliche Dehnung eintritt. In F i g. 2 ist die Schaltfunktion der
Steuereinrichtung in Form eines Diagramms dargestellt, wobei die Kurve I charakteristisch
für den Vorgang der Wärmedehnung des Verbrennungsraumes 1 bei der Inbetriebnahme
des Gerätes ist und die Kurve II für den Dehnungsweg des Wärmetauschers 2. Auf Ordinate
und Abszisse sind die entsprechenden Werte für die Dehnung s (mm) und die Zeit t
(sec) aufgetragen. Die Kurve III stellt die Differenz der Dehnung zwischen Verbrennungsraum
1 und Wärmetauscher 2 in ihrem Verlauf bei Beginn der Verbrennung und im Dauerbetrieb
(1. Abschnitt des Diagramms) bzw. nach Verlöschen der Flamme (2. Abschnitt des Diagramms)
dar. Der Dehnungsweg nach Kurve HI läßt den Zeitpunkt der Betätigung des Kontaktsystems
3, welches ein Mikrosprungschalter mit etwa 0,3 mm Schaltweg sein kann, am Schnittpunkt
A bei 0,3 mm Dehnungsweg nach 15 Sekunden Zeitdauer erkennen. Dies ist der Schaltpunkt
bzw. die Ausschaltzeit für das Kontaktsystem 3 der Zündhilfe nach Beginn der Verbrennung.
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Nach Verlöschen der Flamme bei einer Betriebsunterbrechung des Heizvorganges
entspricht die Funktion der Steuereinrichtung dem Kurvenverlauf des zweiten Diagrammabschnittes
ab O. Es ist ersichtlich, daß das Einschalten des Kontaktsystems 3 der Zündhilfe
bei B verhältnismäßig schnell, d. h. nach etwa 12 bis 15 Sekunden erfolgt. Es ist
aus dem Verlauf der Kurve III in beiden Abschnitten des Diagramms auch ersichtlich,
daß bei dem Anlauf bzw. Auslauf des Heizgerätes zunächst der Dehnungsweg des Verbrennungsraumes
1, z. B. im ersten Diagrammabschnitt bis zum Punkt C, den Schaltverlauf der Zündhilfe
beeinflußt. Nach dem Punkt C unterliegt dieser mehr dem Einfluß der Wärmedehnung
des Wärmetauschers 2. Dementsprechend tritt in dem Kontaktabstand des Kontaktsystems
3 eine Annäherung ein, die das schnelle Wiedereinschalten der Zündhilfe nach einer
Unterbrechung des Heizvorganges begünstigt.