DE1551956A1 - Waermeempfindliche Schaltvorrichtung zur UEberwachung eines Gasbrenners od.dgl. - Google Patents

Description

DipUng Lothar MWh^Dr-

Patentanwalt _ , - .;»*·* «

4 6 Frankfurt/Main 1

Wb* «.1 687-30-2855 1551956

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y.,USA

Wärmeempfindliche Schaltvorrichtung zur Überwachung eines Gasbrenners oder dergleichen

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die auf eine Flamme ansprechen, und im besonderen einen Flammenwächter, der zur Steuerung und Überwachung eines Brenners besonders geeignet ist.

Es ist'üblich, einen Brenner, wie beispielsweise einen Gasbrenner in Wäschetrocknern, Raumheizgeräten oder anderen gasbeheizten Vorrichtungen mit Hilfe von Elektroden elektrisch zu zünden, die vor dem Brennen an der richtigen Stelle im Brennstoffstrom angeordnet sind. Das Vorhandensein oder das Fehlen einer Flamme am Brenner wird den anderen Komponenten der Brennerregelung bzw. Brennsteuerung durch einen sogenannten temperaturempfindlichen Flammenfühler mitgeteilt, der dicht an der Brennerflamme angeordnet ist und von der Brennerflamme erhitzt wird. Bei einer Ausführungsform einer Brennersteuerung betätigt der Flammenwächter durch die Brennerflamme am Temperaturfühler zumindest einen Zündschalter, der von der Brennerdüse entfernt angeordnet ist. Dieser Zündschalter unterbricht dann seinerseits den Strom zur elektrischen Zündvorrichtung, so daß der Zündfunken erlischt.

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Die Herstellung eines solchen Flammenwächters zur Steuerung oder Regelung eines Brenners ist insbesondere dann mit Schwierigkeiten verbunden, wenn der Flammenwächter preiswert und einfach hergestellt sein soll und trotzdem rasch ansprechen soll. Abgesehen von der Vereinfachung der Konstruktion und der Senkung der Kosten besteht eine Schwierigkeit besonders darin, einen Flammenwächter zu schaffen, der auch dann schnell und gleichmäßig bzw. reproduzierbar anspricht, wenn der Brenner mit verschiedenen Gas- und Luftdurchsätzen betrieben wird. Verschiedene Gas- und Luftdurchsätze beim gleichen Brenner führen näm~lich auf unterschiedliche Betriebsverhältnisse und damit auf Betriebstemperaturen am Temperaturfühler des Flammenwächters,die in einem großen Temperaturbereich schwanken.

Weiterhin wäre es günstig, wenn man den Flammenwächter so konstruieren könnte, daß der Temperaturfühler des Flammenwächters in einem Flammenbereich von niedrigerer Temperatur angeordnet werden kann, ohne die Wirkungsweise des Flammenwächters zu beeinträchtigen.

Die Erfindung beinhaltet nun einen Flammenwächter, der besonders zur REgelung bzw. Steuerung von Gasbrennern geeignet ist, wie sie üblicherweise in Kleidertrocknern oder ähnlichen Geräten verwendet werden. Dieser Flammenwächter weist einen Flammenfühler auf, der mit einem Fühlelement versehen ist. Das Fühlelement ist als langgestreckter Bauteil mit nicht-kreisförmigen Querschnitt ausgebildet und aus einem einzigen Blechstreifen hergestellt. DAs

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Material des Blechstreifens zeichnet sich durch eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit aus. Weiterhin ist der Flammenfühler mit einem mechanischen Hebel versehen, der am Fühlelement montiert ist und einen Schalter bestätigt, wenn sich das Fühlelement unterschiedlich ausdehnt. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Fühlelements dreieckig ausgebildet worden und weist eine Grundfläche auf, die so montiert ist, daß sie gegenüber einer Brennerflamme als temperaturempfindliches Gebiet wirkt. Weiterhin weist das Fühlelement zwei zusammenlaufende Wände mit parallel verlaufenden freien Kanten auf, von denen Kühlrippen nach außen ragen, die auf der anderen Seite wie das temperaturempfindliche Gebiet liegen. Die Kühlrippen sind normalerweise in einem Teil der Heizkammer angeordnet, in der das Ende des Brenners und der flammenwächter montiert sind. Dieser Teil der Heizkammer erhält Kühlluft, und zwar einmal von einem sekundären Luftstrom und zum anderen durch Luftkonvektion die von den Brenngasen verursacht wird. Diese Kühlrippen machen daher komplizierte und teuere Flammenabschirmungen überflüssig, die bei den bisherigen Vorrichtungen der hier interessierenden Art erforderlich waren, um die notwendige Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturfühlgebiet und einem vorgegebenen Gebiet auf der anderen Seite des Temperaturfühlers hervorzurufen. Diese Temperaturdifferenz ist bekanntlich erforderlich, um eine Verbiegung des Temperaturfühlers hervorzurufen, worauf die Wirkungsweise solcher Vorrichtungen beruht. Da nun der Temperaturfühler, das heißt beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Bauteil von

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dreieckigem Querschnitt mit Kühlrippen, auch dann richtig arbeitet, wenn er in einer verhältnismäßig kühlen Flammenzone untergebradt wird, ist die Lebensdauer des Temperaturfühlers besonders hoch. Weiterhin sind die Kosten niedriger, da der Temperaturfühler billig aus Blech hergestellt werden kann und nicht mehr aus Rundmaterial hergestellt werden muß, wie es bisher notwendig war. Außerdem läßt sich d&r Temperaturfühler leichter zusammensetzen.

Das Fühlelement ist an einem Ende starr gehaltert. DAs andere Ende des Fühlelementes ist nach Art eines Auslegers frei. Der mechanische Hebel weist ein Betätigungsglied für einen Schalter auf und ist am freien Ende des Fühlelementes starr befestigt. Dieser Hebel geht durch das Fühlelement hindurch und ragt noch über das starr gehalterte Ende des Fühlelementes hinaus. Das Betätigungsglied für den Schalter ist am freien Ende des Hebels befestigt. Die Schalter sind im Steuerteil des Flammenwächters angeordnet und auf flexiblen Halterungen montiert, die von einer Anzahl von Schalterstützen ausgehen. Ιμ der dargestellten Ausführungsform sind die Schalter in Ruhestellung geschlossen* Es bietet aber keine Schwierigkeiten, den Flammenwächter so auszubilden, daß die Schalter in Ruhestellung offen sind. Der Flammenwächter beruht auf dem Prinzip der differentiellen thermischen Ausdehnung. WEnn das Temperaturfühlgebiet des Fühlelementes der Brennerflamme ausgesetzt wird, erhitzt sich dieses Gebiet sehr rasch und dehnt sich aus, während der gegenüberliegende Teil des

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Fühlelementes aufgrund zahlreicher Faktoren, die noch näher erläutert werden, langsamer aufgeheizt wird und sich demzufolge auch langsamer ausdehnt. Diese ungleichförmige Ausdehnung des Fülielementes führt auf eine reversible Verbiegung des Fühlers. Diese Verbiegung ist zwar nur klein. Sie wird jedoch durch den Hebel mit dem Betätigungsglied für den Schalter erheblich vergrössert, so daß die schalter im Steuerteil des Flammenwächters betätigt werden können.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werdea.

Fig. 1 zeigt perspektivisch einen Flammenwächter nach der Erfindung, der an einem Brenner montiert ist.

Fig. 2 zeigt den Flammenwächter aus Fig. 1 aus einer anderen Perspektive. Außerdem ist der Verlauf der Brennerflamme in einem bestimmten Betriebszustand dargestellt.

Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt längs der Linie 3-3 aus Fig.

Fig. 4 zeigt verschiedene Bauteile des Flammenwächbers nach der Erfindung im zerlegten Zustand.

Fig. 5 und 6 sind graphische Darstellungen verschiedener Betriebseigenschaften des Flammenwächters nach den Figuren 1 bis im Vergleich zu den entsprechenden Eigenschaften von Flammen-

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Wächtern bisheriger Bauart, die ein Fühlelement vergleichbarer Größe aufweisen. Anhand dieser beiden Figuren werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Flamraenwächters erläutert.

Fig. 7 ist ein vergrößterter vertikaler Schnitt längs der Linie 7-7 aus Fig. 3.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Flammenwächter 10 für einen Gasbrenner 12 gezeigt. Der Flammenwächter 10 weist einen Steuerteil 14 und einen Flammenfühler 18 auf.

Der Flammenwächter 10 weist eine gabelförmige Halterung 19 auf, auf der die verschiedenen Einzelteile des Flammenwächters montiert sind. Die Halterung 19 ist mit einer Vorrichtung 20 versehen, mit der der Flammenwächter 10 an dem Brenner 12 in der Nähe der Brenneröffnung 22 montiert ist. Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Brenner 12 ist ein üblicher Brenner.Er weist ein langgestrecktes, starres, röhrenförmiges Gehäuse 24 auf, das eine Brennkammer 26 bildet, die in einer Auslaßöffnung 22 endet. Über der Auslaßöffnung 22 ist ein Leitblech 28 montiert, das dazu dient, die gewünschte Verteilung der Flamme hervorzurufen. Diese Flammenverteilung ist am besten in der Figuren 2 und 3 zu sehen. Dort ist sie mit "30^M bezeichnet. Es sei bemerkt, daß der dargestellte Brenner nur ein Beispiel" ist. Das dargestellte Ausführungsbeispiel für den Flammenwöchter kann auch in Verbindung mit anderen Brennerbauärten verwendet werden, also beispielweise auch in Verbindung mit Horizontalbrennern, die mehrere Austrittsöffnungen aufweisen, von denen aus die Brennerflammen nach oben gerichtet sind. _0QM13/0BB2

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Der Steuerteil 14 weist eine U-förmige Halterung 32 auf, die an der gabelförmigen Halterung 19 montiert ist. Die U-förmige Halterung 32 ist mit zwei parallel verlaufenden Schenkeln 34 und 36 versehen. Es sei bemerkt, daß der Steuerteil 14 eine Haube aufweist, die jedoch nicht dargestellt worden ist, um die Einzelteile des Flammenwächters besser zeigen zu können. Der STeuerteil 14 weist einen oder mehrere Verbrennungsschalter 38 auf, von denen jedoch in der Figur 3 nur einer schematisch gezeigt ist. Der Schalter weist zwei Halterungsarme 37 und 39 auf, die von einer Schalterstütze 41 ausgehen. Einer dieser Haiterungsarme ist normalerweise flexibel. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das der Halterungsarm 37, so daß er auf eine Kraft ansprechen kann, die auf ihn einwirkt. Jeder der Halterungsarn 37 und 39 trägt am äußersten Ende einen Kontaktknopf 40. Der Schalter 38 kann eine Sperrvorrichtung betätigen, die nicht gezeigt ist. Wenn der Schalter betätigt wird, unterbricht er den Strom für die Zündvorrichtung 16, so daß der Zündfunken erlischt.

Die Zündvorrichtung 16 weist eine feststehende Elektrode 42 und eine bewegbare Elektrode 44 auf. Die beiden Elektroden 42 und 44

sind vor der Brenneröffnung 22 angeordnet, da die Zündvorrichtung 16 an der gabelförmigen Halterung 19 herunterhängend montiert ist, um die Brennerflamme zünden zu können. Die beiden Elektroden 42 und 44 weisen Elektrodenkontakte 46 und 48 auf, die vorne an den beiden Elektroden montiert sind. Wenn nun die Zündvorrichtung 16 arbeitet und die Elektrode 44 von der Elektrode 42 wegzieht, bildet sich zwischen den Kontakten 46 und 48 ein Lichtbogen, der das Gas aus dem Brenner 12 zündet.

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Der Flammenwächter 10 ist mit einem Flammenfühler 18 versehen, der ■' feststellt, ob der Brenner eine Flamme abgibt oder nicht. Der Flam-*' menfühler 18 spricht beim Vorhandensein der Brennerflamme an und < betätigt den oder die Schalter 38 im Steuerteil 14, so daß der Steuerteil 14 automatisch die Zündvorrichtung 16 regulieren und automatisch die Brennstoffzufuhr zum Brenner 12 regeln kann* Der Flammenfühler 18 weist ein Fühlelement auf, das auf die Verbrennung anspricht und als Ganzes nfit "52" bezeichnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist deses Fühlelement als langgestreckter Bauteil mit nich>kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, der unterschiedliche thermische Ausdehnung aufweist. Dieses Fühlelement 52 weist eine Grundfläche 54 sowie zwei nicht-parallele, aufeinander zu laufende Seitenflächen 56 und 58 auf. Das Fühlelement 52 ist aus einem einzigen Stück Blech hergestellt. Dieses Blech, kann aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall »it schlechter Wärmeleitfähigkeit bestehen. Bin geeignetes Metall für das Fühlelement 52 ist ein rostfreier Stahl mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,051 cal/sec/ca²/°C/cm bei 500 ⁰C.

Das Fühlelement 52.ist in einer dreieckigen Öffnung 60 in dem Schenkel 34 der Halterung 32 starr befestigt. Diese Öffnung ist as besten in der Figur 4 zu sehen. Die Öffnung 60 weist noch einen zusätzlichen, vorspringenden Teil 62 auf, dessen Zweck noch erläutert wird. Die besondere Gestaltung des Fühlelementes 52 macht es möglich, das Element 52 ziemlich starr an dem Schenkel 34 zu haltern, obwohl das Fühlelement nur an einem Ende wie ein Ausleger befestigt ist. Jede Fläche des Fühlelementes 52 stützt sich

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gegen eine Kante der öffnung 60 ab und wird dort durch Punktschweißen befestigt. Das Fühlelement 52 ist daher an seinem Ende mit jeder seiner Flächen befestigt.

Mit der dargestellten Ausführungsform des Fühlelementes 52 lassen sich im Betrieb die optimalen Ergebnisse erzielen,, da das Fühlelement aus verhältnismäßig dünnem Material hergestellt ist. Durch die dünnwandige Konstruktion ist einmal ein optimales Ansprechen auf Temperaturunterschiede bedingt,und zum anderen ist dadurch die Masse des Elementes so gering, daß die Wärmeleitung innerhalb des Elementes nur sehr gering ist. Trotz der geringen Materialstärke aber und trotz der Tatsache, daß das Fühlelement 52 nur wie ein Ausleger an seinem äußereten Ende gehaltert ist, ist die Steifigkeit des Fühlelementes aufgrund der gewählten Konstruktion ungewöhnlich groß.

Wie man sieht, ist es besonders günstig, wenn man das Fühlelement 52 aus einem einzigen Stück Blech ausstanzt und es anschließend in die richtige Form biegt. Jede der Seitenflächen 56 und 58 weist eine Längskante auf, die jeweils an eine Längskante der Grundfläche 54 anstößt, so daß diese Längskanten die Ecken 59 und 61 bilden. Die beiden Seitenflächen laufen vorzugsweise nach innen aufeinander zu und enden in parallel verlaufenden, freien Kanten, die den Ecken 59 und 61 gegenüberliegen. Die Gründe hierfür werden anschließend noch erläutert. Weiterhin sieht man, daß die Gebiete 64 und 66 der Seitenflächen 56 und 58 so abgebogen sind, daß sie einander parallel sind. Dadurch ergibt sich eine Befestigungs-

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stelle für einen langgestreckten Hebel 68, der zur Betätigung des Schalters dient.

Der Hebel 68 ist langgestreckt ausgebildet und ist aus einem Metall hergestellt, das sowohl die erforderlichen Wärmeleiteigenschaften als auch die erforderliche mechanische Steifigkeit aufweist. Der Hebel 68 ist mit einem flachen Befestigungsansatz mit einer vorspringenden Nase 72 sowie mit einer längsverlaufenden Verstärkungsrippe 74 versehen. Wie besonders aus der Fig. 3 hervorgeht, ist der Befestigungsansatz 70 im freien Ende 71 des Fühlelementes 52 angeordnet, das auf der anderen Seite wie das im schenkel 34 starr gehalterte Ende des Fühlelementes liegt. Die Nase 72 liegt an der Grundfläche 54 an, während die Gebiete 64 und 66 des Fühlelementes den Hebel 68 von beiden Seiten einrahmen. Der Hebel 68 wird nun in dieser Stellung mit dem Fühlelement 52 verschweißt, und zwar werden einmal zwischen den GEbieten 64 und 66 und dem Befestigungsansatζ 70 sowie zwischen der Grundfläche 54 und der Nase 72 Schweißpunkte gebildet. Der Hebel 68 ist daher starr mit dem einen Ende des Fühlelementes 52 verbunden.

Wie man weiterhin der Fig. 3 entnehmen kann, läuft der Hebel 68 durch das Fühlelement 52 hindurch und ragt in den Steuerteil 14 hinein. Es sei bemerkt, daß die verschiedenen Einzelteile des,Steuerteils zum größten Teil in Fig. 3 nicht dargestellt sind, um die Be-" wegung des freien Endes des Hebels 68 besser zeigen zu können. Der Hebel 68 erstreckt sich noch über die Schalterstutze 41 hinaus und weist an seinem freien Ende einen L-fönnigen Ansatz 80 auf. In

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diesen L-föreigen Ansatz 80 ist eine Betätigungsschraube 78 einstellbar eingeschraubt, die in den Steuerteil 14 hineinragt, so daß sie nach dem Ansprechen des Flammenfühlers 18 an dem Schalterknopf 40 angreifen kann. Der Schalter 38 weist Schaltkontakte 79 und 81 auf, di· auf einem starren und auf einem flexiblen Schaltara 39 und 37 sitzen. Im dargestellten Ausführungsbeiepiel sind die beiden Kontakte 79 und 81 normalerweise geschlossen, so daß auch der Schalter 38 geschlossen ist. Die Betätigungsschraube 78 ist so eingerichtet, daß sie an dem SChalterknopf 40 angreifen kann. Wenn die Brennerflamme auftritt, biegt die Schraube 78 die beiden Schaltarme 37 und 39 auseinander, so daß die Kontakte 79 und 81 voneinander abheben und der Schalter 38 dadurch geöffnet wird. Die Schraube 78 kann in dem L-förmigen Ansatz 80 herauf- und herabgeschraubt werden, so daß ihre Anfangsstellung in dea L-förmigen Ansatz 80 einstellbar ist.

Nach dem Prinzip, auf den der Flammenwächter nach der Erfindung beruht, bildet sich i» Fühlelement 52 zwischen dem temperaturempfindlichen Gebiet 94 der Grundfläche 54 und eiern Gebiet auf der anderen Seite des Fühlelementes 52, das vom Gebiet 94 entfernt liegt, eine Temperaturdifferenz aus. Diese Temperaturdifferenz ruft in dem Fühlelement 52 eine unterschiedliche thermische Ausdehnung hervor, so daß sich das freie Ende 71 des FühJ,-eleaentes um den schenkel 34 herum verbiegt. Diese geringfügige Ablenkung des freien Endes 71 des Fühlelementes 52 wird nun vom Hebelarm 68 stark vergrößert, der an diesem freien Ende montiert ist, bis in den Steuerteil 14 hineinragt und an seinem freien Ende die Betätigungsschraube 78 trägt. Da es notwendig ist, im Fühlele-

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- ment 52 eine Temperaturdifferenz hervorzurufen» muß das temperatur- " empfindliche Gebiet 94 von der entgegengesetzten Seite des Fühlele- ', ments isoliert sein. Diese thermische Isolation wird erfindungsge-¹ maß durch verschiedene Maßnahmen bewirkt. Besonders aus den Figuren 2 und 3 geht hervor, axffgrund der Konstruktion des Fühlelementes 52, nach der die Seitenflächen von der Flamme des Brenners 12 weg aufeinander zu laufen, die Flamme das Fühlelement nicht mehr vollständig einhüllt. Während die Flamme somit direkt auf die Grundfläche des Fühlelementes und im besonderen auf 4as temperaturempfindr liehe Gebiet 94 auftrifft, ist die Neigung der Flamme verringert, um dieEcken 59 und 61 herum-zuschlagen. Außerdem werden auch die Seitenflächen 56 und 58 nicht von der direkten Flamme getroffen. (Siehe hierzu auch Fig. 2.) Diese konstruktiven Merkmale sorgen nun zusammen mit der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem das Fühlelement 52 hergestellt ist, dafür, daß sich in dem Fühlelement 52 die Teaperaturdifferenz einstellt, die für die Wirkungsweise des Flammenfühlers 18 erforderlich ist. Weiterhin ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der. Hebelarm 68 aus einem Material hergestellt, das verglichen mit dem Material des Fühlelementes 52jeine größere thermische Masse aufweist. Da nun der Hebelarm 68 mit der Grundfläche 54 direkt über eine Schweißstelle verbunden ist, die einen guten Wärmeübergang ermöglicht, wirkt der Hebelarm 68 als Kühlfalle, die die Wärme von den Seitenflächen 56 und 58 wegleitet.

Nun soll noch einmal auf die Fig. 3 und 4 sowie auf die Fig. 7 Bezug genommen werden. Dort sind zweijKühl rippen 82 und 84 dargestellt/

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die mit dem Fühlelement 52 zusammen aus einem Stück hergestellt sind und an den freien Kanten der aufeinander zulaufenden Seitenflächen 56 und 58 entlang laufen. Diese beiden Kühlrippen sind in der Mitte zwischen dem starr befestigten und dem freien Ende des Fühlelementes 52 angeordnet. Die Kühlrippen dienen dazu, die Wirkung der bereits erwähnten Merkmale zur Erzielung eines Temperaturgefälles im Fühlelement 52 zu verstärken. Die beiden Kühlrippen 82 und 84 laufen nach außen auseinander, wie man am besten der Fig. 7 entnimmt, um sie einem Luftstrom besonders gut zugänglich zu machen, der zur Kühlung über die Kühlrippen gerichtet wird. Wie nun die oberflächen der Kühlrippen im einzelnen ausgebildet werden, hängt von dem Verwendungszweck des Fühlelementes 52 ab.

In Verbindung mit Fig. 3 soll bemerkt werden, daß das Fühlelement 52 in einer Heizkammer in der Nähe des Brennerauslasses 22 angeordnet werden kann. Diese Kammer ist nicht vollständig dargestellt. Vielmehr ist nur ein Teil einer Wandung 86 gezeigt, die zu einem Zylinder oder zu einer anders ausgebildeten Heizkammer gehören kann. Auf diese Weise wird nur das freie Ende 71 des Fühlelements 52 der Flamme des B-renners 12 ausgesetzt, während man die anderen Bestandteile des Flammenwächters 10 am besten gegenüber der Flamme isoliert. Zu diesem Zweck ist auf dem Fühlelement 52 ein L-förmiges Leitblech 88 montiert, das die Flammenverteilung 30 beeinflußt. Der eine Schenkel 90 des Leitbleches 88 ist direkt an. der Grundfläche 54 des Fühlelementes 52 angebrecht, wie ambesten aus der Fig. 3 hervorgeht, während der andere Schenkel 92 des L-förmigen Leitbleches direkt neben der Auslaßöffnung 22 des Brenners angeordnet

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ist und die Flammenverteilung so beeinflußt, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Das Lei tblech 88 ist quer zur Grundfläche 54 montiert, um die Flamme des Brenners 12 in der Nähe des freien Endes 71 des Fühlelementes 52 zu konzentrieren und um die Flamme vom Steuerteil 54 abzulenken. Durch das Leitblech 88 wird neben dem temperaturempfindlichen Gebiet 94 der Grundfläche 54 eine Turbulenz erzeugt, durch die die Flamme auf die Grundfläche 54 gezogen wird. Das Leitblech dient also dazu, die Flamme auf das Fühlelement 52 auftreffen zu lassen.

Es wurden eine Anzahl von Flammenwächtern hergestellt, die dem dargestellten Ausführungsbeiepiel entsprachen. Das Fühlelement bestand aus einem Blech aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 0,38 mm und war etwa 9 cm lang. Die Länge des Hebelarms 68 betrug etwa 14 cm.

Während der Untersuchung dieser Flammenwächter zeigte sich, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen eine Temperaturdifferenz von etwa 11O⁰C bis 170⁰C aufrecht erhalten werden kann, und daß diese Temperaturdifferenz völlig ausreichend ist, die Funktion des Flammenwächters auszulösen.

Der Flammenfühler 18 läßt sich leicht in dem Flammenwächter 10 derart montierten, daß das Fühlelement 52 mit seinem einen Ende starr am Schenkel 34 verbunden ist, während das andere Ende 71 des Fühlelementes wie ein Ausleger frei bleibt. Der Hebelarm 68.

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ist atarr im freien Ende 71 montiert, läuft vollständig durch das Fühlelement hindurch und ragt durch die Öffnung 60 hindurch in den Steuerteil 14 hinein. Das Fühlelement ist so angeordnet, daß das temperaturempfindliche Gebiet 94 der Grundfläche 54 der Flamme des Brenners 12 ausgesetzt ist. Das kann man beispielsweise der Fig. 2 entnehmen, in der dargestellt ist, daß die Flammenverteilung 30 nur auf das temperaturempfindliche Gebiet 94 auftrifft, nicht jedoch auf die Seitenflächen 56 und 58. In den hergestellten Flammenwächter^ war das Fühlelement 52 derart in der nachzuweisenden Flammenverteilung angeordnet, daß die Flammen unter einem Winkel von etwa 45° auf das temperaturempfindliche Gebiet 94 auftrafen. DAs Fühlelement 52 ist daher nicht im heißesten Teil der Flamme angeordnet, sondern, da die Funktion des Flammenwächters dadurch keineswegs beeinträchtigt wird, in einer kühleren Zone der Flamme, in der die Temperaturen etwa zwischen 425 ⁰C und 735 ⁰C liegen. Dadurch wird die Lebensdauer des Flammenwächters merklich erhöht. Wie bereits erwähnt, stellt sich im Gleichgewichtszustand zwischen dem temperaturempfindlichen GEbiet 94 und den gegenüberliegenden Gebieten des Fühlelementes 52 eine Temperaturdifferenz ein, die zwischen 11O⁰C und 170⁰C betrüg. Diese Temperaturdifferenz war völlig ausreichend, um eine ungleichmäßige Ausdehnung des Fühlelementes 52 und damit eine Ablenkung desjElementes um den Schenkel 34 als Drehpunkt herum zu bewirken.

Die Temperaturdifferenz im Fühlelement 52 tritt aus verschiedenen Gründen auf. Zum ersten verhindert die spezielle Gestaltung der Seitenflächen 56 und 58, daß die Flauen direkt auf diese Seiten-

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flächen auftreffen. Zum zweiten werden die Kühlrippen 82 und 84 sowohl durch einen sekundären Luftstrom durch die Heiζkammer als auch durch angesaugte Luft gekühlt. Drittens ist das Fühlelement 52 aus einem Material von geringer thermischer Leitfähigkeit hergestellt, so daß Wärme, die dem GEbiet 94 zugeführt wird, nur schwer durch das Fühlelement weiter geleitet wird. Schließlich wirkt der Hebelarm 68 als Kühlfalle, die die Wärme von den Seitenflächen 56 und 58 weg leitet.

Wie sich im dargestellten Ausführuagsbeispiel das freie Ende des Hebelarmes 68 im Steuerteil 14 bewegt, läßt sich am besten in Verbindung mit Fig. 3 erläutern. Dort ist das rechte Ende des Hebelarms 68 dargestellt, an dem die einstellbare Betätigungsschraube 78 angeordnet ist. Die Bewegung des freien Endes des Hebelarmes 68 nach oben ist wesentlich größer als die Bewegung des freien Endes 71 des Fühlelementes 52, da der Hebelarm 68 die Bewegung des freien Endes 71 des Fühlelementes vervielfacht. Der Kontaktknopf 42 wird daher aus der Stellung, die durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist, in diejenige Stellung angehoben, die gestrichelt gezeichnet ist. Dadurc%erden die beiden Schaltkontakte 79 und 81 geöffnet. In den. hergestellten Flammenwächtern betrug die Bewegung der Betätigungsschrauben 78 wenigsten 0,6 mm. das'reichte zum öffnen der Kontakte völlig aus, da die Kontakte bereits bei einem Anheben zwischen 0,2 mm und 0,4 mm öffneten.

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Nachdem nun die konstruktiven Merkmale des erfindungsgemäßen Flammenwächters erläutert worden sind, sollen nun die Fig. 5 und .6, erörtert werden, in denen die besonders vorteilhaften BEtrfiebs-• eigenschaften der Flammenwächter graphisch dargestellt sind. In der Fig.*5 stellen die ausgezogenen Kurven Versuchsergebnisse bezüglich der Ablenkung dar, die an tatsächlich hergestellten Elammenwächtern der beschriebenen Art unter verschiedenen Verbrennungsbedingungen gewonnen warden. In der Fig. 5 ist die Ablenkung der Betätigungsschraube in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die gestrichelt dargestellten Kurven stellen die entsprechenden Ergebnisse für einen bereits bekannten Flammenwächter mit einem rohrförmigen Fühlelement dar, das etwa die gleiche Größe wie die Fühlelemente der untersuchten erfindungsgemäßen Flammenwächter aufwies. Dieser untersuchte bekannte Flammenwächter war außerdem zur Kühlung mit einer sehr komplizierten Hammenababschirmung versehen. Es wurde festgestellt, daß es am günstigsten ist, wenn man so schnell wie möglich eine möglichst große Ablenkung erzielen kann. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, eine mittlere Ablenkung von 0,46 mm unter den verschiedensten Verbrennungsbedingungen in der kürzest möglichen Zeit zu erreichen. Wie die Untersuchungsergebnisse aus der Fig. 5 Eigen, die mit einem bekannten Flammenwächter und mit einem erfindungsgemäßen Flammenwächter gewonnen wurden, die beide mit gleichartigen Steuerteilen ausgerüstet waren, sind die Schwankungen im Ansprechverhalten unter verschiedenen Verbrennungsbedingungen bei einem erfindungsgemäßen Fühlelement 52 wesentlich geringer als die entsprechenden Schwankungen bei einem bekannten Fühlelement. Weiterhin geht aus der Fig.

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hervor, daß das erfindungsgemäße Fühlelement die gewünschte Ablenkung von 0,46 mm normalerweise schneller erreicht als das bekannte Fühlelement, so daß das erfindungsgemäße Fühlelement die günstigeren Betriebseigenschaften und die geringeren Ablenkungsschwankungen als das bekannte Fühlelement aufweist.

Wie bereits oben erwähnt wurde, sollte die Schraube 78 so schnell als möglich um 0,46 mm abgelenkt werden. Eine solche Ablenkung ist üblicherweise ausreichend, um die Schaltkontakte 79 und 81 voneinander zu trennen. Jedoch kann eine merkliche Verminderung des Temperaturgefälles im Fühlelement 52 eine entgegengesetzte Bewegung des Hebelarms 68 hervorrufen, durch die diese beiden Kontakte wieder geschlossen werden. Es ist daher wünschenswert, daß die Temperaturdifferenz ihren Gleichgewichtszustand so schnell wie möglichjerreicht, da in diesem Gleichgewichtszustand die Ablenkung der Schraube 78 größer als 0,46 mm ist, so daß wiederholte SChaltvorgänge nicht mehr auftreten. In der Fig. 6 ist nun die Gleichgewichtsablenkung der beiden oben erwähnten Fühlelemente gegenüber dem Gasdurchsatz aufgetragen. Die Werte für das erfindungsgemäße Fühlelement 52 sind wieder durch ausgezogene Linien dargestellt, während die Werte für das bekannte Fühlelement strichpunktiert dargestellt sind. Für manche Anwendungen kann der Gasdurchsatz bis auf 15 Kcal/h absinken. Mit dem erfindungsgemäßen Fühlelement lassen sich selbst bsi einem so niedrigen Wärmedurchsatz überlegene Ergebnisse erzielen, was nach dem bisherigen Stand der Technik sehr schwierig war. Wie also aus der Fig. 6 hervorgeht, sind die Ergebnisse, die man besonder?bei niedrigem Wärmedurchsatz mit

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dem erfindungsgemäßen Fühlelement erzielen kann, den Ergebnissen der bekannten Fühlelemente merklich überlegen.

In der Beschreibung wurde nur auf die Brennperioden des Brenners und auf die dadurch bedingte Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fühlelementes Bezug genommen. Das erfindungsgemäße Fühlelement zeigt aber auch äInIich gute Betriebseigenschaften, wenn der Brenner abgeschaltet wird. In diesem Falle spricht der Flammenwächter auf die gleiche Weise an, nur verlaufen dann alle Ablenkungen und Bewegungen in der umgekehrten Richtung..

Aus der vorstehenden Beschreibung geht also hervor, daß der Flammenwächter nach der Erfindung aufgrund des neuen Fühlelementes schnell und reproduzierbar auf verschiedene Verbrennungsverhältnis· se anspricht, so daß ein Gasbrenner gesteuert bzw. geregelt werden kann. Weiterhin kann der Flammenwäiiter aus zahlreichen, leicht erhältlichen Materialien aufgebaut, zusammengesetzt und an Ort und Stelle montiert werden. Diese erfindungsgemäßen Vorteile werden erreicht, obwohl die Gesamtkosten für einen erfindungsgemäßen Flammenwächter niedriger als die Kosten der bisherigen Flammenwächter sind.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   ( \J Wärmeempfindliche Vorrichtung zum Nachweis der Anwesenheit einer Flamme an der Auslaßöffnung eines Brenners und zur Übertragung dieses Nachweises auf einen Schalter, mit dem der Brenner steuerbar ist, gekennzeichn et dur ch ein langgestrecktes Fühlelement (52), das differentielle thermische Ausdehnung zeigt und mit einer Grundfläche (54) und zwei ₍ daran anschließenden Seitenflächen (56,58) versehen ist, die gegegeneinander nicht-parallel angeordnet sind, weiterhin gekennzeichnet durch eine starre Befestigung des einen Endes des Fühlelementes an einer Halterung, und dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Fühlelementes frei ist und von einem Teil der Grundfläche gebildet ist, der als temperaturempfindliches Gebiet dient und in der Nähe des Brennerauslasses angeordnet ist.

   2. Wärmeempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß am freien Ende des Fühlelementes (52) das eine Ende eines Hebelarms (68) befestigt ist, dessen freies Ende noch über das starr befestigte Ende des Fühlelementes herausragt und an seinem freien Ende eine Betätigungsvorrichtung für den Schalter trägt, und daß das Fühlelement mit Kühlvorrichtungen vesehen ist, die dem temperaturempfindlichen Gebiet gegenüber angeordnet sind, durch die ein bestimmtes GEbiet des Fühlelementes, das vom temperaturempfindleichen Gebiet des Fühlelementes entfernt liegt, auf einer niedrigeren Temperatur als das temperaturempfindliche Gebiet gehalten

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   3'. Wärmeempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch -gekennzeichnet , daß die Seitenflächen (56,58) . konvergent aufeinander zu laufend angeordnet sind, daß ihre - von; der Grundfläche abliegenden Kanten parallel verlaufen, und daß die Kühlvotrichtungen Kühlrippen sind und mit den Seitenflächen aus einem Stück hergestellt sind und von den Kanten der Seitenflächen nach außen verlaufen.

   4. Wärmeempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß die Kühlrippen an den freien Kanten der Seitenflächen angebracht sind und von den Seitenflächen aus divergent nach außen verlaufen.

   5. Wärmeempfindliche Vorric-htung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlelement aus einem Blech hergestellt ist, dessen Material eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.

   6. Wärmeempfindliche Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlelement aus einem einzigen Stück Blech hergestellt ist und einen dreieckigen Querschnitt aufweist, daß der größte Teil des Hebelarms innerhalb des Fühlelementes mit dreieckigem Querschnitt angeordnet ist und nur mit einem kleinen Teil seiner Länge aus dem Fühlelement herausragt, und daß an dem aus dem Fühlelement herausragenden Ende des Hebelarms die Betätigungsvorrichtung angeordnet ist.

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   7. Wärmeempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergent zusammenlaufenden Seitenflächen des Fühlelementes parallel verlaufende Kanten aufweisen, die auf der anderen Seite wie die Verbindungen zur Grundfläche liegen, und daß die Kühlvorrichtungen aus mindestens einer Kühlrippe bestehen, die mit einer der Seitenflächen aus einem Stück hergestellt ist und von der Kante der Seitenfläche ausgehend nach außen verläuft.

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