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Die Erfindung betrifft eine kombinierte Zünd- und Flammenwächtereinrichtung
mit einem Zündtransformator, dessen Sekundärkreis Zünd- und Überwachungselektroden
und dessen Primärkreis mindestens einen in Serie zur Primärwicklung liegenden Widerstand
enthält, wie sie beispielsweise im Haushalt und bei industriellen Gasanlagen, z.
B. bei Gasherden, Wasser- und Raumerhitzern, Kleidertrocknern usw., verwendet werden.
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Die bekannten Einrichtungen der genannten Art weisen im allgemeinen
keinen genügenden Schutz gegen spannungslose oder kurzgeschlossene Elektroden auf
und sind kostspielig bzw. kompliziert im Aufbau. Infolge der letzteren Eigenschaft
sind die bekannten elektrischen Zündstromkreise nicht ausreichend zuverlässig im
Betrieb.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung
zum Zünden und Überwachen der Flammen von Gasbrennern der eingangs genannten Art
zu schaffen, die voll zuverlässig ist, einen guten Kurzschlußschutz bietet und deren
Herstellung einfach und wirtschaftlich ist. Ein Gasstrom soll außerdem zum Gasbrenner
nur zugelassen sein, wenn Strom über die Elektroden fließt und dadurch Zündfunken
erzeugt werden.
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Diese Aufgabe wird erflndungsgemäß dadurch gelöst, daß in Serie zu
dem Widerstand im Primärkreis und parallel zu der Primärspule eine Überwachungsschaltung
liegt, die bei Absinken des Spannungsabfalls an der Primärwicklung unter einen einstellbaren
Wert die Brennstoffzufuhr unterbricht.
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Die Überwachungsschaltung besteht zweckmäßig aus einem Widerstand
in Reihe mit einer Diode und einem Kondensator, wobei ein Ende der Wicklung eines
Relais mit der Verbindungsstelle des Kondensators und der Diode verbunden ist, während
das andere Ende mit der einen Klemme einer Zenerdiode verbunden ist, deren andere
Klemme an den anderen Kondensatorausgang und damit an den Ausgang der Primärwicklung
angeschlossen ist, und wobei ein Satz von normalerweise offenen Kontakten, die durch
das genannte Relais betätigt werden, in Serie mit der Stromzuleitung der Wicklung
eines Ventils zur Brennstoffzufuhr geschaltet ist.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten
Schaltbilder näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen
Zünd- und Flammenwächtereinrichtung, F i g. 2 ein abgeändertes Schaltbild
eines Teiles entsprechend F i g. 1 und F i g. 3 ein Schaltbild entsprechend
F i g. 1 in vereinfachter Art, wonach die Einrichtung in einer Umgebung geeignet
ist, in der die Gefahr einer Verschiebung der Elektroden aus der Nähe der Gasflamme
vernachlässigt werden kann.
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In der Schaltung nach F i g. 1 wird der Strom über Leitungen
31 und 32 zugeführt. Sie weist zunächst ein an sich bekanntes Zeitverzögerungsrelais
40 mit einem Widerstandselernent 42 sowie einem Umschalter auf, der einen feststehenden
Kontakt 44 c und einen beweglichen Kontakt 44 a besitzt. Anschließend erkennt
man ein allgemein mit 80 bezeichnetes Relais mit einer Wicklung
80 a und zwei Sätzen von Umschaltkontakten 80 b und 80
c. Der eine Anschluß der Wicklung 80 a ist mit dem Netzanschluß
32 direkt verbunden, während der andere mit dem Netzanschluß 31 über
die normalerweise offenen Kontakte 44 c und 44 a des thermischen Zeitverzögerungsrelais
40 verbunden werden kann. Die Wicklung 80 a ist ' bei Erregung
ebenfalls mit dem Anschluß 31 über die normalerweise offenen Kontakte des
Satzes von Relaiskontakten verbunden, die n-üt 80 b bezeichnet sind. Der
zweite Satz von Relaiskontakten 80 c
arbeitet, um die Netzspannung
von der Mittelanzapfung 48 a der Primärwicklung 48 des Transformators 46 zu der
ganzen Primärwicklung umzuschalten, wenn die Schaltung von der Zündarbeitsweise
zur Überwachungsarbeitsweise umschaltet.
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Diese Relaisschaltung in Verbindung mit dem thermischen Zeitverzögerungsrelais
bewirkt, daß letzteres nicht während der ganzen Verbrennungsperiode erregt bleiben
muß, sondern vielmehr Strom von den Widerstandselementen 42 des Zeitverzögerungsrelais
40 weggenommen wird, wenn das Relais normal arbeitet.
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Das Relais 80 arbeitet in Verbindung mit dem Verzögerungsrelais
40 wie folgt: Wenn an die Anschlüsse 31 und 32 durch die Betätigung
eines Thermostaten oder einer sonstigen Steuervorrichtung Strom angelegt wird, bleibt
das Relais 80 in der in F i g. 1
gezeigten Stellung. Demzufolge wird
Strom über die normalerweise geschlossenen Kontakte des Kontaktsatzes
80 c und den Widerstand 82, dessen Zweck nachstehend noch beschrieben
werden soll, der Mittelanzapfung 48 a der Primärwicklung 48 des Transformators
46 zugeführt. Außerdem wird über die normalerweise geschlossenen Kontakte des Kontaktsatzes
80 b dem Widerstandselement 42 des thermischen Zeitverzögerungsrelais
40 Strom zugeführt. Nach einer Zeitspanne, die durch die Zeit bestimmt wird, welche
erforderlich ist, um das Element 42 auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen, wird
der bewegliche Kontakt 44 a auf den feststehenden Kontakt 44 c in dem Zeitverzögerungsrelais
geschaltet. Durch die daraus folgende Betätigung des Relais 80 wird der Strom
von dem Widerstandselement 42 weggenommen und das obere Ende der Wicklung
80 a des Relais 80 an den Anschluß 31 über die normalerweise
offenen (aber nunmehr geschlossenen) Kontakte des Kontaktsatzes 80 b angeschlossen.
So kann nunmehr das Zeitverzögerungsrelais sich wieder in seinen Normalzustand zurückstellen,
ohne daß der Schaltungsbetrieb beeinflußt wird. Das Relais 80 bleibt jedoch
betätigt, solange Strom den Anschlüssen 31 und 32
übermittelt wird.
Außerdem wird, wenn das Relais 80 betätigt wird, Strom über die normalerweise
offenen Kontakte des Kontaktsatzes 80 c der ganzen Primärwicklung
48 des Transformators 46 zugeführt, wodurch die Spannung an der Funkenstrecke
30 zwischen den Elektroden 26 und 28 verringert wird, ein Funkenübergang
bleibt bestehen, wenn eine Flamme vorhanden ist. Es ist ersichtlich, daß ein Widerstand
84 in der Verbindung vom Kontaktsatz 80 c zu der ganzen Primärwicklung
vorgesehen ist, ebenso wie der Widerstand 82 in der Verbindung zu der Anzapfung
des Transformators.
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Außerdem ist in F i g. 1 ein Stromkreis zum Ab-
tasten,
ob die Elektroden der Funkenstrecke kurzgeschlossen sind, vorgesehen. Seine Wirkungsweise
beruht darauf, daß, wenn die Elektroden nicht kurzgeschlossen sind, diese eine relativ
hohe Impedanz darstellen, die zu der Primärseite des Transformators 46 »reflektiert«
wird. Wenn die reflektierte Impedanz in Reihe mit einer feststehenden Impedanz,
wie beispielsweise den Widerständen 82 oder 84, gelegt und
die
Größe dieser Widerstände entsprechend gewählt wird, erscheint eine wesentliche Spannung
an der Primärwicklung des Transformators. Wenn jedoch die Elektroden kurzgeschlossen
sind, erscheint eine relativ niedrige reflektierte Impedanz an der Primärwicklung
des Transformators, und fast die ganze übermittelte Spannung erscheint dann an einem
der Serienwiderstände 82 oder 84, je nachdem ob das Relais 80 eingeschaltet
ist oder nicht. Die Amplitude der an der Primärwicklung des Transformators 46 erscheinenden
Spannung wird abgetastet und dazu verwendet, das Einschalten eines Relais
92 zu veranlassen, welches seinerseits die Übermittlung von Strom an den
Elektromagneten 18 a des Gaslieferungsventils 18 steuert, der
außerdem über die Leituna 24 mit dem Netzanschluß 32 verbunden ist.
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Wie in F i g. 1 gezeigt ist, weist die Schaltung einen Widerstand
86 in Reihe mit einer Diode 88 und einem Kondensator 90 auf,
und diese Reihenschaltung von Elementen ist parallel zu der Primärwicklung 48 des
Transformators 46 geschaltet. Das eine Ende der Wicklung 92 a eines Relais
92 ist mit der Verbindungsstelle des Kondensators 90 und der Diode
88
verbunden, während das andere Ende mit der einen Klemme einer Zenerdiode
94 verbunden ist. Die andere Klemme der Zenerdiode ist, wie gezeigt. mit der Klemme
32 verbunden. Ein Satz von normalerweise offenen Kontakten 92 b, die
durch das Relais 92 betätigt werden, ist in Serie mit der Stromzuleitung
der Wicklung 18 a des Ventils 18 geschaltet. Somit muß, damit
das Ventil 18 arbeiten kann, um Brennstoff zu dem Brenner zu liefern, das
Relais 92 betätig ,t werden.
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Der Widerstand 86, die Diode 88 und der Kondensator
90 arbeiten als Gleichrichter- und Filterkreis, welcher die Spannung gleichrichtet,
die an der Primärwicklung 48 des Transformators 46 erscheint, und sie der Wicklung
92 a des Relais 92 übermittelt. Die Zenerdiode 94 in Serie mit der
Wicklung des Relais stellt sicher, daß eine Mindest-Gleichspannung an dem Kondensator
90 vorhanden ist, damit verhindert wird. daß das Relais 92 abfällt
und dadurch die Gas-Zufuhr abgeschnitten wird.
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Wenn die Elektroden 26 und 28 nicht kurzgeschlossen
sind, erscheint eine ausreichende Spannung an der Primärwicklung, um das Relais
92 betätigt zu halten, und zwar wegen der relativ hohen reflektierten Impedanz.
Ein Kurzschluß, der entweder vorübergehend ist oder andauert, bewirkt jedoch, daß
das Relais 92 abfällt, wodurch die Gaszufuhr zu dem Brenner gesperrt
wird, solange der Kurzschluß andauert.
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Es ist auch ersichtlich, daß ein zusätzlicher Satz von normalerweise
offenen Kontakten 62 c an dem Relais 62 in der Schaltung von
F i g. 1 vorgesehen ist. Diese Kontakte sind in Serie mit der Leitung geschaltet,
welche Strom zu der Primärwicklung 48 des Transformators 46 liefert, wenn die Schaltung
gerade als überwachungskreis arbeitet. Dieser zusätzliche Kontaktsatz nimmt Strom
von der Primärwickluno, des Transformators46 und von dem Kurzschluß-Abtastkreis
weg, wenn aus irgendeinem Grund das Relais62 während der Überwachungstätigkeit abgefallen
ist. Die Funktion des Kontaktsatzes62c besteht darin, allen Strom von dem Zündtransformator
abzuschalten, wenn das Relais62 aus irgendeinem Grund abfällt. Bei der Betriebsweise
der Schaltung von Fig. 1 als überwachungssehaltung wird das Relais
62 effektiv in dem betätigten Zustand gehalten, weil ihm Strom über seinen
eigenen normalerweise offenen Kontakt 62 c übermittelt wird. Wenn aus irgendeinem
Grund der Strom aussetzt, ein Bauelement falsch arbeitet oder die Flamme ausgelöscht
wird, fällt das Relais 62 ab, und der Stromkreis muß den Zünd-Zyklus seines
Betriebs zuerst durchmachen, bevor wieder Spannung an die Elektroden 26 und
28
an eleg 9 t werden kann.
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Die normalerweise offenen Kontakte 62 b des Relais
62 liefern, wenn sie geschlossen sind, Strom zu dem Elektromagneten
18 a des Ventils 18, um es zu öffnen und Gas zu dem Brenner
zu liefern.
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Das eine Ende der Sekundärwicklung 50 des Transformators 46
ist mit dem einen Pol der Funkenstreckenelektroden, wie beispielsweise der Elektrode
26 -, verbunden, und der andere Pol, die. Elektrode 28,
ist über einen
Doppelwegbrückengleichrichter, der durch die Dioden 52, 54, 56 und
58 gebildet ist, an das andere Ende der Sekundärwicklung gelegt. Ein Kondensator
60 ist an den Brückengleichrichter geschaltet, um große übergangsspannungsspitzen
und Geräusch zu vermeiden, welches durch die Elektroden während des Zündabschnittes
des Zyklus erzeugt werden kann. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Doppelwegbrückengleichrichters
ist mit der Wicklung 62 a des Relais 62 verbunden.
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Die durch die Dioden 52, 54, 56, 58 gebildete
Brückenschaltung richtet den durch die Elektroden geführten Wechselstrom gleich,
und dieser gleichgerichtete Strom betätigt das Relais 62, wodurch wiederum
das Elektromagnetventil 18 geöffnet wird. Ein Kondensator 64 ist parallel
zu der Relaiswicklung 62 a geschaltet. um den durch den Gleichrichter gelieferten
pulsierenden Gleichstrom zu glätten. Wenn aus irgendeinem Grund kein elektrischer
Strom vorhanden ist, wird die Gaszufuhr nicht eingeschaltet. Dies ist eine wichtige
Maßnahme, da bei irgendeiner Fehlfunktion des Zündsteuerkreises, die eine Zündung
verhindern würde, unverbranntes und möglicherweise eine explosive Mischung bildendes
Gas sich in dem Gerät ansammeln könnte.
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In F i g. 2 ist ein der Schaltung nach F i g. 1 entsprechender
Schaltungsteil dargestellt, in welchem das elektromagnetische Relais 62 durch
andere Bauelemente ersetzt ist. Man erkennt hier einen steuerbaren Siliziumgleichrichter
66, dessen Anode und Kathode in Serie mit einer Stromlieferungsleitung an
den Elektromagneten 18 a des Ventils 18 geschaltet sind. Ein Widerstand
68 ist an die von der Diodenbrückenschaltung 52, 54,
56, 58 kommenden Leitun-Cren angeschlossen, und das positive Ende
des von dieser Brückenschaltung ausgehenden Steuersignals fließt über einen Kondensator
70 zur Steuerelektrode des Gleichrichters 66, während die andere Brückenleitung
mit seiner Kathode verbunden ist. Ein Widerstand 72, der in der Leitung 24
in Serie mit dem Elektromagneten 18 a liegt, hat einen solchen Widerstandswert
und eine solche Wattzahl, daß er durchbrennt, wenn der Gleichrichter 66 in
einen Kurzschlußzustand verfällt; in diesem Fall wird das Ventil 18 permanent
aberregt. Durch eine parallel zum Elektromagneten 18 a geschaltete Diode
74 kann dieser für nur eine Polantät der übermittelten Spannung erregt werden, und
die Diode 74 schließt im Effekt den Elektromagneten für die andere Polarität der
übermittelten Spannung kurz, so daß die durch das zusammenfallende Feld der Induktanz
erzeugte Spannung den Gleichrichter 66 nicht beschädigt.
Die
pulsierende Gleichspannung aus der Diodenbrückenschaltung wird durch den Kondensator70
hindurchgelassen und erregt den Gleichrichter 66,
um das Hindurchlassen der
dem Elektromagneten 18a übermittelten Wechselspannung während jedes halben Zyklus
zu verursachen. Die von der Diodenbrückenschaltung herrührende Spannung ist daher
erforderlich, um das Gasventil zu öffnen.
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Der Hauptvorteil der Schaltung gemäß F i g. 2 besteht darin,
daß, wenn die Elektroden 26 und 28
kalt sind, die Schaltung ein Auslöschen
der Flamme für mehrere Sekunden zuläßt, mit einer automatischen Wiederanzündung
und ohne daß das lästige Zurück-Einstellen von Hand erforderlich wäre, selbst wenn
die Elektroden kalt geworden sind. Bei einem steuerbaren Siliziumgleichrichter besteht
im wesentlichen kein Unterschied zwischen dem Steueraufwand für das Einschalten
und Ausschalten (»pull-in« and »drop-out«); daher ist nur ein relativ kleiner Elektrodenstrom
erforderlich, um ihn zu schalten. Nachdem die Flamme ausgelöscht ist, auch wenn
der Brenner zunächst angezündet war, befinden sich Restionen zwischen den Elektroden,
und selbst einige wenige Restionen liefern den Strom, der zur Betätigung erforderlich
ist. So wird sich nach einem Auslöschen der Flamme, wenn der Brenner zunächst angezündet
war, das Gasventil nicht sofort schließen, sondern einige Sekunden lang offen bleiben
und Gas liefern. Wenn die überwachungsspannung ausreicht, um zu verursachen, daß
ein Funken an der Strecke überspringt, weil die Ionen vorhanden sind, wird sich
das Gas wieder entzünden. So verhindert ein steuerbarer Siliziumgleichrichter sogenannte
lästige und unnötige Fehler, wenn der Brenner zunächst angezündet ist. Die Empfindlichkeit,
die dies möglich macht, kann jedoch zu einer unbestimmten Funkenbildung führen,
wenn die Restionen in der Funkenstrecke langsam auf' eine Anzahl zurückgehen, die
nicht mehr genügt, um die Strecke durch die überwachungsspannung zu durchschlagen.
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Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wonach die Einrichtung
in einer Umgebung geeignet ist, in der kaum die Gefahr einer Verschiebung der Elektroden
aus der Nähe der Gasflamme besteht, ist in F i g. 3 dargestellt. Die Schaltung
ist ähnlich den vorstehend an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Schaltungen;
es sind jedoch die Elemente dieser Schaltungen weggelassen, die erforderlich sind,
um eine Spannungsverringerung von der Zünd-Arbeitsweise zur überwachungs-Arbeitsweise
zu veranlassen. Die Bauweise der Schaltung ist praktisch gleich wie bei der Schaltung
gemäß F i g. 1,
abgesehen von dieser Weglassung, wie aus einer Betrachtung
derselben ersichtlich ist. Demzufolge soll sie nicht ausführlich beschrieben werden.
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Wenn den Klemmen 31 und 32 in F i g. 3 Strom
übermittelt wird, wird unmittelbar die Primärwicklung 48 des Transformators 46 gespeist
und somit den Elektroden 26 und 28 Spannung zugeführt. Solange die
Elektroden 26 und 28 nicht kurzgeschlossen sind, arbeitet das Relais
92, wie vorstehend beschrieben. Wenn Strom über die Elektroden
26 und 28
fließt, arbeitet das Relais 62, wie ebenfalls vorstehend
beschrieben, das Elektromagnetventil 18 wird ge-Öffnet, und Brennstoff wird
dem Brenner zugeführt.
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Die Schaltung gemäß F i g. 1 arbeitet sozusagen mit einem Flammennachweis,
d. h. während des überwachungsbetriebs unterbricht die Schaltung die Brennstoffzufuhr,
wenn keine Flamme an den Elektroden vorhanden ist. Alternativ wird, wenn die Brennstoffzufuhr
unterbrochen ist, die Schaltung das Elektromagnetventil 18 abschalten. Im
Gegensatz dazu arbeitet die Schaltung gemäß F i g. 3 nur mit einem Funkennachweis,
d. h. sie stellt sicher, daß die elektrischen Abschnitte der Schaltung richtig
arbeiten, aber prüft nicht auf das Vorhandensein einer Flamme. Die Schaltung von
F i g. 3 wäre besonders nützlich zum Steuern der Zündung, wenn das Vorhandensein
einer Flamme auf andere Weise überwacht wird, entweder durch eine Bedienungsperson
oder durch eine andere bekannte elektrische oder thermische Abfühleinrichtung. Der
besondere Vorteil der Schaltung gemäß F i g. 3 liegt in ihrer Einfachheit
und daher in relativ niedrigen Kosten im Vergleich zu der Schaltung gemäß F i
g. 1.
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Es ist ersichtlich, daß das eine Ende der Sekundärwicklung
50 des Transformators 46 in den in F i g. 1 und 3 gezeigten
Schaltungen geerdet ist und daß das andere Ende des Transformators, nämlich das
Hochspannungsende, mit der Elektrode 26 verbunden ist. Die Strommessung erfolgt
zwischen der »Niederspannungs«-Elektrode 28 und Erde. Wenn also in der Isolierung,
die die Leitung umgibt, welche die Hochspannung zu der Elektrode 26 führt,
ein Durchschlag erfolgt, so daß Strom in das umgebende Gehäuse strömt, das normalerweise
Erdpotential hat, wird der Stromfluß durch den Gleichrichterstromkreis unterbrochen
und das Ventil 18 geschlossen, wodurch das Entweichen von unverbranntem Gas
verhindert wird.
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Die vorstehend beschriebene Stromkreisanordnung bedeutet eine Verbesserung
gegenüber früheren elektrischen Zündsteuerschaltungen, die manchmal den durch die
Elektroden herangezogenen Strom durch stromempfindliche Vorrichtungen überwachten,
die entweder in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators geschaltet waren,
oder durch Vorrichtungen, die in Reihe zwischen dem unteren Ende der Sekundärwicklung
und Erde geschaltet waren. Die bekannten Schaltungen dieser Art konnten nicht zwischen
dem Strom, der in der Sekundärwicklung des Transformators infolge eines Funkens
an der Funkenstrecke floß, und demjenigen Strom, der infolge eines Kurzschlusses
der Hochspannungselektrode zur Erde floß, unterscheiden. Demzufolge bedeutete die
Verwendung dieser bekannten Schaltungen eine Gefahr, da sich um die Zündelektroden
herum unverbrannte Gase ansammeln konnten, was eine Explosion zur Folge haben könnte.