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Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Überwachungseinrichtung,
insbesondere für Brenneranlagen, bei der ein strahlungsempfindliches Widerstandselement
und ein nur auf Gleichstrom ansprechendes erstes Relais, dem ein Kondensator parallel
geschaltet ist, in Reihe liegend an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind.
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Eine derartige Überwachungseinrichtung ist bekannt. Bei dieser bekannten
Einrichtung ist mit dem strahlungsempfindlichen Widerstandselement ein Gleichrichter
in Reihe geschaltet, und beide Bauelemente sind in unmittelbarer Nähe zueinander
angeordnet. Bei einem Kurzschluß der Zuleitungen zu dem aus strahlungsempfindlichem
Widerstandselement und Gleichrichter bestehenden Fühler tritt keine Gleichrichterwirkung
auf, so daß das erste Relais abfällt. Entsteht jedoch der Kurzschluß allein im Widerstandselement,
ohne den Gleichrichter mit zu überbrücken, so spricht das erste Relais genauso an
wie bei Belichtung des strahlungsempfindlichen Widerstandselements.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Kurzschlußsicherheit der
Überwachungseinrichtung auch bei einem Fehler im strahlungsempfindlichen Widerstandselement
selbst zu gewährleisten.
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Dies wird bei einer Überwachungseinrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem strahlungsempfindlichen Widerstandselement
die Reihenschaltung eines Gleichrichters mit einem zweiten Relais parallel geschaltet
ist, welches abfällt, sobald der Widerstandswert des Stromzweiges, der das strahlungsempfindliche
Widerstandselement enthält, einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
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Der Einfachheit halber soll im folgenden das strahlungsempfindliche
Widerstandselement kurz als Fotowiderstand bezeichnet werden, wobei hierunter ein
elektrischer Widerstand verstanden werden soll, der unter dem Einfiuß irgendwelcher
Strahlung seinen Widerstandswert ändert, und zwar derart, daß er mit zunehmender
Intensität der Strahlung abnimmt. Die Strahlung kann Korpuskularstrahlung oder elektromagnetische
Strahlung, beispielsweise Licht, Wärme, Röntgenstrahlung od. dgl. sein.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der neuen Überwachungsvorrichtung
ist die Überwachung von Brenneranlagen. In diesem Zusammenhang wird das mit dem
Fotowiderstand in Reihe liegende erste Relais als Flammenfühlerrelais und das zum
Fotoelement parallelgeschaltete zweite Relais als Sicherheitsrelais bezeichnet.
In einer solchen Brennerüberwachungsanlage arbeitet die Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung folgendermaßen: Beim Anlegen der Reihenschaltung von Flammenfühlerrelais,
Gleichrichter und Sicherheitsrelais an eine Wechselspannungsquelle erzeugt der Gleichrichter
in diesem Kreis eine Gleichspannungskomponente, die das Flammenfühlerrelais zum
Ansprechen bringt. Wird nunmehr beim Entstehen der Flamme durch den nunmehr niedrigen
Widerstand des Fotowiderstandes der aus Gleichrichter und Sicherheitsrelais bestehende
Stromzweig niederohmig überbrückt, so verschwindet die Gleichstromkomponente, und
die Wechselspannung liegt am Flammenfühlerrelais, so daß dieses abfällt. Das Sicherheitsrelais
dagegen bleibt erregt, solange der Flammenfühlerkreis nicht völlig kurzgeschlossen
ist. Die auch bei belichtetem Fotowiderstand noch an diesem bzw. an der Reihenschaltung
des Fotowiderstandes mit einem weiteren Widerstand verbleibende Wechselspannung
reicht aus, um das Sicherheitsrelais angesprochen zu halten.
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Die vom Flammenfühlerrelais und vom Sicherheitsrelais gesteuerten
Kontakte überwachen die Funktion eines den Brenner steuernden Brennerrelais. Die
Überwachungsvorrichtung enthält ferner einen Bimetall-Zeitschalter, wie er als Sicherheitsschalter
bekannt ist.
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Bei einer Anwendung der Erfindung wird der Überwachungskreis aus der
Sekundärwicklung eines Transformators gespeist, der als Trenntransformator zum Wechselspannungsnetz
dient und dadurch eine hohe Zuverlässigkeit der Überwachungsvorrichtung gewährleistet.
Die Spannung am Transformator kann auf irgendeine bekannte Weise konstant gehalten
werden. Die Zeitverzögerung des Sicherheitsschalters kann in bekannter Weise in
Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen des Brenners und der gesamten Anlage beispielsweise
durch Ändern des Widerstandes des Thermoschalters oder der Vorspannung des Bimetall-Streifens
eingestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist mit dem fotoempfindlichen
Widerstandselement ein Widerstand in Reihe geschaltet, der die Empfindlichkeit der
Anordnung herabsetzt. Hierdurch wird das Flammenfühlerrelais nur durch Belichtung
solcher Intensität zum Ansprechen oder Abfallen gebracht, die der normalen Intensität
der Flammen entspricht. Stör- und überlagerungserscheinungen, beispielsweise durch
die Rückstrahlung der Kammerwände oder infolge Alterung der Schaltelemente, werden
hierdurch unterdrückt.
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Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben
werden. Dabei ist die Anwendung der Erfindung in einem von einem Ölbrenner geheizten
Zentralheizungssystem geschildert.
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F i g. 1 zeigt schematisch einen Flammenüberwachungskreis; F i g.
2 stellt den Steuerkreis hierzu dar; F i g. 3 ist ein Übersichtsschaltplan eines
mit der Erfindung ausgestatteten Gerätes.
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Wie F i g. 1 zeigt, wird die Überwachungsschaltung aus der Sekundärwicklung
-1 eines Transformators gespeist. Sie enthält ein Sicherheitsrelais 2 mit einem
Parallelkondensator 3, eine mit dieser Parallelschaltung in Reihe liegende. Diode
4 sowie einen mit einem Flammenfühlerrelais 6 in Reihe liegenden Widerstand
5, dessen Widerstandswert relativ hoch liegt, beispielsweise 1500 Ohm beträgt.
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Dem Flammenfühlerrelais 6 ist ein Kondensator 7 parallel geschaltet,
dessen Kapazität klein ist, z. B. 0,5 «F beträgt. Der zweite Schaltungsteil enthält
den Fotowiderstand 8 und einen Widerstand 9 mittlerer Größe, z. B. von 150 Ohm.
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Im folgenden soll die Betriebsweise der in F i g. 1 dargestellten
Schaltung beschrieben werden. Die von den Netzleitungen isolierte Sekundärwicklung
1 des Transformators versorgt den Überwachungskreis mit einer im wesentlichen konstanten
Spannung von beispielsweise 230 Volt. Solange der Fotowiderstand 8 nicht beleuchtet
ist, wenn nämlich während des Zündvorgangs noch keine Flamme vorhanden ist, wird
das Flammenfühlerrelais 6 erregt, und ein Strom fließt nur über die Schaltungselemente
1-5-6-4-2-1,
d. h. über den ersten Schaltungsteil. In diesem Kreis
fließt
ein Halbwellenstrom, der die Kondensatoren 3 und 7 auflädt. Die auf den beiden Kondensatoren
gespeicherte Ladung hält die diesen parallelliegenden Relais 2 und 6 im angesprochenen
Zustand, solange keine Flamme vorhanden, d. h. der Widerstand der Fotozelle 8 hoch
ist. Sobald der Fotowiderstand 8 durch eine Flamme belichtet wird, nimmt sein Widerstand
schnell ab. Da die Wechselstromimpedanz der Spule des Relais 6 hoch ist im Vergleich
zur Impedanz des Kondensators 7, fällt das Relais ab und zieht auch nicht wieder
an. Das Abfallen des Relais 6 wird dadurch hervorgerufen, daß bei einem niederohmigen
Zustand des Fotowiderstandes 8 ein Wechselstrom über den Kondensator 7 fließt und
sich daher die Gleichspannung am Kondensator nicht länger halten kann.
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Darüber hinaus ist zu bemerken, daß im Fall eines Kurzschlusses der
Zuleitungen zum Fotowiderstand 8 die Spannung am Sicherheitsrelais 2 und der Diode
4 zusammenbricht, so daß das Relais 2 abfällt und der zugehörige Kontakt 2' öffnet.
Der Fotowiderstand 8 ist wie üblich in unmittelbarer Nähe des Brenners angeordnet.
Andererseits hängt der durch den Fotowiderstand 8 fließende Strom von der Ansprechzeit
des Fotowiderstands ab, die groß genug ist, um ein Ansprechen des Flammenfühlerrelais
6 zu verhindern, wenn die Flamme flackert.
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Schließlich vermindert der Widerstand 9 die Empfindlichkeit des Fotowiderstands
8, wodurch das Flammenfühlerrelais 6 bei sehr geringen Lichtströmen von beispielsweise
2 Lux eingeschaltet bleibt. Die Auslösung des Relais kann nur durch der Flammenstrahlung
entsprechende Werte der Beleuchtung, beispielsweise in der Größenordnung von 15
Lux, erfolgen. Sie wird durch die Rückstrahlung der Kammerwände nicht beeinflußt.
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Der Steuerkreis gemäß F i g. 2 wird aus der Sekundärwicklung 1' des
Transformators gespeist und enthält die in Reihe geschalteten Kontakte 10, 2' und
11, die von einem nicht dargestellten Thermostaten, dem Sicherheitsrelais 2 bzw.
einer Verzögerungseinrichtung 12 geschaltet werden. Eine thermische Zeitverzögerungseinrichtung
mit einem den Bimetall-Streifen 13 beeinflussenden Heizwiderstand 12 steuert den
Kontakt 11. Eine in den Stromkreis eingeschaltete Wicklung 14 eines Brennerrelais
steuert den nicht dargestellten Brenner. Das linke Ende der Wickluna 14 ist über
einen Kontakt 6 e des Flammenfühlerrelais 6 an die Mittelanzapfung der Wicklung
14 angeschlossen. Das rechte Ende der Relaisspule 14 steht über den Heizwiderstand
12 des Bimetall-Zeitgebers mit der Parallelschaltung des Kontakts 6 d des Flammenfühlerrelais
6 und des Kontakts 14e des Brennerrelais in Verbindung. Die beiden dem Heizwiderstand
12 abgewandten Anschlüsse der zuletzt genannten Kontakte sind an den Kontakt
11
des Bimetall-Zeitschalters geführt.
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Der Steuerkreis arbeitet folgendermaßen: Da die Kontakte 10, 2' und
11 in Reihe geschaltet sind, genügt es, wenn einer dieser Kontakte geöffnet wird,
um das Brennerrelais 14 nicht zum Ansprechen zu bringen. Bei Abwesenheit der Flamme
sind die Kontakte 6 e und 6d des Flammenfühlerrelais 6 geschlossen. Bei normaler
Betriebsweise sind die Kontakte 2' und 11 ebenfalls geschlossen, während nur der
Kontakt 10 des Thermostaten offenbleibt. Sobald mittels des Thermostaten die Zufuhr
von Wärme angefordert wird, wird der Kontakt 10 geschlossen, und das Brennerrelais
14 zieht an. Der Strom fließt dann durch den Heizwiderstand 12 des Thermoschalters.
Da der Kontakt 14e geschlossen ist, hält sich das Brennerrelais 14 selbst,
wobei ein Teil der Windungen durch den Kontakt 6 e kurzgeschlossen ist und dadurch
der Blindwiderstand herabgesetzt ist. Der Strom erreicht deshalb im Heizwiderstand
12 einen großen Wert, der in Abhängigkeit von der thermischen Zeitverzögerung den
Bimetall-Streifen so weit ausdehnt, daß der Kontakt 11 öffnet. Hierdurch wird die
Sicherheitsabschaltung bewirkt. Der Aufbau des Thermoschalters ist derart, daß zum
Wiedereinschalten des Stromkreises der Kontakt 11 durch besondere Mittel, beispielsweise
von Hand, betätigt werden muß. Hierdurch ist gewährleistet, daß nach einem Störungsfall
die Wiedereinschaltung nur nach Beseitigung der Störung erfolgen kann.
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Sobald bei ordnungsgemäßem Betrieb eine Flamme erscheint, schaltet
der Fotowiderstand 8 das Flammenfühlerrelais 6 ab, wodurch die Kontakte 6 e und
6d geöffnet werden. Hierdurch wird der Kurzschluß eines Teils der Wicklung 14 des
Brennerrelais aufgehoben. Dies hat zur Folge, daß der Strom durch den Heizwiderstand
12 des thermischen Zeitschalters vermindert wird. Die Ausdehnung des Bimetall-Streifens
13 hört auf, und der Kontakt 11 bleibt geschlossen. Das Brennerrelais 14 hält sich
über den Kontakt 14e, bis der Thermostat durch öffnen des Kontakts 1.0 die
Wärmezufuhr abschaltet.
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F i g. 3 zeigt einen übersichtsstromlaufplan des fotoelektrischen
Überwachungskreises einer Zentralheizungsanlage. Die Anlage enthält den Steuerkreis
15 für den Brennermotor, den Steuerkreis 16 für eine Alarmvorrichtung und Anschlüsse
17 für den Zündtransformator, von denen die beiden Phasenleitungen und der Nulleiter
dargestellt sind. Ferner ist ein Niederspannungstransformator vorgesehen, dessen
Sekundärwicklung 1, 1' in der zuvor beschriebenen Weise die obenerwähnten
Stromkreise versorgt. Die Dreiphasennetzzuleitung wird an die Klemmen 19 angeschlossen.
Es ist bemerkenswert, daß diese Anordnung sehr zuverlässig arbeitet, weil der Thermostat
als das am meisten bediente Element der Anlage nur an einer sehr niedrigen Spannung
von beispielsweise 24 Volt liegt, während die Stromversorgung über die Netzzuleitung
beispielsweise eine Spannung von 127, 220 oder 380 Volt haben kann.
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Die Funktion der in F i g. 3 dargestellten Schaltung wurde im Prinzip
oben bereits an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben. Solange der Brenner nicht in
Betrieb ist, ist der Fotowiderstand 8 nichtleitend. Das Flammenfühlerrelais 6 und
das Sicherheitsrelais 2 sind beide erregt. Sobald der Thermostat seinen Kontakt
10 schließt, zieht das Brennerrelais 14 an und legt über die Klemmen
15 den Motor und über die Klemme 17 den Zündtransformator an Spannung. Auch der
Heizwiderstand 12 des thermischen Zeitschalters wird vom Strom durchflossen.
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Sobald die Flamme erfolgreich gezündet ist, nimmt der Widerstand der
Fotozelle 8 ab, und ein Wechselstrom fließt über das Flammenfühlerrelais 6. Hierdurch
fällt das Relais 6 ab, wodurch der Zündtransformator ebenfalls abgeschaltet wird.
Dadurch, daß der Kontakt 6 e den Kurzschluß eines Teils der Wicklung 14 aufhebt,
wird der Strom durch den Heizwiderstand 12 so weit vermindert, daß das Bimetall
13 den Kontakt 11 nicht öffnet.
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Falls keine Flamme entsteht, bleibt das Relais 6
angesprochen,
und nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung wird der über den Heizwiderstand 12
aufgeheizte Bimetall-Streifen den Kontakt 11 öffnen und damit das Brennerrelais
14 abschalten. In F i g. 3 ist der vom Bimetall gesteuerte Schalter 11 als
Umschalter dargestellt, so daß er gleichzeitig mit der Abschaltung des Brennerrelais
14 über die Klemmen 16
die Alarmvorrichtung einschaltet. Der Schalter
11
kann nur von Hand in die in F i g. 3 gezeigte Normalstellung zurückgestellt
werden.
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Erlischt die Flamme während des Betriebs aus irgendwelchen Gründen,
so steigt der Widerstand der Fotozelle 8 an. Hierdurch wird in der geschilderten
Weise das Flammenfühlerrelais 6 erregt und der Zündtransformator an Spannung gelegt.
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Ist die Flamme erloschen und spricht das Flammenfühlerrelais 6 an,
so schließt der Kontakt 6 e einen Teil der Wicklung 14 des Brennerrelais kurz, so
daß der Heizwiderstand 12 des thermischen Verzögerungsschalters wieder an
voller Spannung liegt. Wird die Flamme nicht innerhalb der vorgegebenen Verzögerungszeit
wieder gezündet, so öffnet der Bimetall-Streifen 13 den Kontakt 11, wodurch das
Brennerrelais abgeschaltet und damit über die Leitungen 15 der Brenner außer Betrieb
gesetzt wird. Im Fall einer Stromunterbrechung während des Betriebs fallen die drei
Relais 2, 6 und 14 ab. Sobald die Stromunterbrechung beseitigt und die Netzspannung
wieder vorhanden ist, wird der Brenner 15, wie oben erörtert, wieder in Betrieb
gesetzt.
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Die erfindungsgemäße fotoelektrische überwachungseinrichtung ist nicht
nur zur Flammenüberwachung in Brenneranlagen geeignet, sondern auch zur Überwachung
von Beleuchtungsanlagen, beispielsweise in Tunneln oder Versuchsräumen, oder allgemein
zur Strahlungsüberwachung verwendbar. Bei solchen Überwachungseinrichtungen muß
sichergestellt sein, daß ein Kurzschluß des als Fühler dienenden strahlungsempfindlichen
Widerstandselements oder ein Kurzschluß in dessen Zuleitungen nicht das Vorhandensein
der Strahlung, also beispielsweise der Beleuchtung oder der Flamme, vortäuschen
kann.