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Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuer- und Sicherheitseinrichtung
für Feuerungen, vorzugsweise für Öl- und Gasfeuerungen, zur Steuerung eines Zündtransformators
und eines Brennermotors, mit einer Flammenüberwachungseinrichtung mit Flammenwächter
und Flammenrelais, einem äußeren Steuerorgan und einer Sicherheitszeiteinrichtung,
welche bei Nichtzünden der Flamme innerhalb einer vorgegebenen Zeit die gesamte
Anordnung abschaltet.
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Es sind bereits eine Reihe von Feuerungen und Feuerungsautomaten bekannt,
die den Zustand des Flammenwächters (Detektorkreis) bei einer Inbetriebnahme der
Feuerungsanlage überprüfen. Derartige Anordnungen werden auch häufig mit dem Ausdruck
»Test auf Fremdlichtsicherheit« bezeichnet. Durch die Prüfung des Flammenwächters
vor dem Startbeginn einer Feuerungsanlage werden unzulässige Zustände wie Fremdlicht,
Änderung der Ansprechverhältnisse des Flammenwächterkreises infolge extremer Werte
der Netzspannung, der Umgebungstemperatur usw. angezeigt bzw. die Inbetriebnahme
der Feuerungsanlage wird verhindert. Außerdem wird durch derartige Schaltungsanordnungen
sichergestellt, daß andere Fehler wie z. B. das Hängenbleiben des Flammenrelais,
signalisiert werden bzw. die Inbetriebnahme der Feuerungsanlage verhindert wird.
Diese Eigenschaft wird vielfach auch als sogenannte »Selbstüberwachung« bezeichnet.
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Andere Flammenwächterschaltungen, speziell für Gasflammen, sind bekannt,
bei denen entweder die Funktion gewisser Teile durch spezielle Maßnahmen, z. B.
durch Taktung des optischen Flammensignals, getestet werden oder aber bestimmte
Teile des Flammenwächterkreises, z. B. die UV-Röhre, werden mit anderen Schaltmaßnahmen,
wie z. B. Anlegen einer höheren Spannung, während der Betriebspause, überwacht.
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Alle diese Schaltungsanordnungen tragen indessen einem Störungsfall
keine Rechnung, nämlich, wenn das Relais des Flammenwächterkreises beim Test vor
der Inbetriebsetzung (Fremdlichttest) zufolge Alterung einzelner Elemente des Flammenwächterkreises
gerade noch abgeschaltet hatte, d. h., wenn die Sicherheitsspanne der Abschaltung
nur noch gering ist. Das Verbleiben des Flammenwächterkreises in dieser Grundlage
kann dazu führen, daß zwar eine neue Inbetriebsetzung freigegeben wird, daß dagegen
bei einem Ausfall der Flamme während des Betriebes die Abschaltung erst nach längerer
Zeit oder überhaupt nicht mehr durch den dazu bestimmten Flammenwächterkreis stattfindet.
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Bei derartigen Schaltzuständen des Flammenwächterkreises wird möglicherweise
bei einem Abreißen der Flamme -während des Betriebes stark verspätet eingeschaltet,
wodurch Verpuffungen oder Explosion infolge der Zündung eines Luft-Brennstoff-Gemisches
auftreten können.
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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile durch die
Vornahme eines Tests, mit dessen Hilfe sichergestellt wird, ob innerhalb eines bestimmten
Zeitraumes nach Erteilung des äußeren Abschaltbefehles, z. B. durch einen Thermostaten,
die Flamme tatsächlich verloschen ist bzw. der Flammenüberwachungskreis nach diesem
bestimmten Zeitraum das Verlöschen der Flamme signalisiert hat. Gleichzeitig läßt
sich mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag überprüfen, ob der Feuerraum durch starkes
Nachleuchten eine Flamme vortäuscht, bzw. auch, ob trotz Abschaltkommandos die Flamme
einige Zeit weiterbrennt, z. B. durch undichte Öl- bzw. Gasventile.
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Dieses Ziel läßt sich erreichen, wenn erfindungsgemäß eine weitere
Sicherheitszeiteinrichtung verwendet wird, welche beim Abschalten der Anlage durch
das äußere Steuerorgan eingeschaltet wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Sicherheitszeit
die gesamte Anordnung abschaltet und eine Störung der Anlage signalisiert, wenn
das Flammenrelais die zweite Sicherheitszeiteinrichtung nicht vorher abgeschaltet
hat.
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Die Wirkungsweise der Erfindung wird nachfolgend wie folgt beschrieben:
Der zur Überwachung bzw. Steuerung einer Feuerungsanlage verwendete Feuerungsautomat
befindet sich in der Ausgangsposition, d. h., der Automat ist an die Netzspannung
angeschlossen, der den Programmablauf steuernde Temperaturregler (Thermostat) sei
geöffnet, d. h., zur Zeit ist kein Wärmebedarf vorhanden. Der Feuerungsautomat besteht
aus dem sogenannten Steuergerät und dem Flammenwächterteil. Der Flammenwächterteil
signalisiert das Vorhandensein bzw. Fehlen einer Flamme durch ein digitales Signal.
Zu diesem Zweck wird das Vorhandensein bzw. Fehlen der Flamme durch die beiden Schaltzustände
eines Flammenrelais (Lichtrelais) angezeigt. Diese Anzeige des Zustandes »Flamme
vorhanden« bzw. »nicht vorhanden« erfolgt als Signalmeldung des Flammenwächterkreises
an das Steuergerät. Das Steuergerät besitzt einen Schaltmechanismus (Relais bzw.
Schütz) zur Ein-oder Abschaltung der Brennstoffzufuhr sowie einen Schaltmechanismus
zum Abschalten bzw. Blockieren der Anlage (sogenannte Sicherheitsschalter). Beim
Start der Anlage befinden sich alle Relais in der normalen Position, d. h., das
Flammenrelais zeigt das Nicht-Vorhandensein einer Flamme an, das Relais für den
Brennstoff ist ausgeschaltet und der Sicherheitsschalter befindet sich in der normalen
Position (entstört, d. h. betriebsbereit). Nach Schließen des Temperaturreglers
wird, wie bei derartigen Geräten üblich, zunächst die Zündung eingeschaltet, gleichzeitig
oder auch verspätet wird der Brennstoff durch das entsprechende Relais freigegeben.
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Kommt es im Verlauf der sogenannten Sicherheitszeit zu einer Flammenbildung,
so wird der zunächst eingeschaltete Sicherheitsschalter überbrückt und die Anlage
geht in die normale Betriebsstellung. Sollte es aus irgendwelchen Gründen (Brennstoffmangel
od. dgl.) nicht zu einer Flammenbildung kommen, so wird die gesamte Anlage bzw.
die Brennstoffzufuhr und auch der Zündmechanismus nach Verstreichen der sogenannten
Sicherheitszeit durch den eingebauten Sicherheitsschalter abgeschaltet und das Gerät
wird in dieser Stellung verriegelt.
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Für die weiteren Betrachtungen wird angenommen, daß die Flammenbildung
normal war, d. h., daß das Gerät sich nunmehr in der normalen Betriebsstellung befindet.
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Die vorhandene Flamme wird nun den Kesselraum entsprechend aufheizen
und nach einiger Zeit wird der entsprechende Temperaturregler (Thermostat) den Abschaltbefehl
erteilen. Bei den bisher üblichen Schaltungen wird durch das Ansprechen des Temperaturreglers
der Brennstoff bzw. eventuell auch der Zündmechanismus abgeschaltet und nach Verstreichen
einer entsprechenden Betriebspause beginnt das Spiel von vorn.
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Erfindungsgemäß wird bei den nachstehend geschilderten
Schaltanordnungen
dieses normale Abschalten (auch Sollwert-Abschalten genannt) bzw. die Durchführung
dieses Schaltbefehls überwacht. Durch das Ansprechen des Temperaturreglers wird
ja bekanntlich die Brennstoffzufuhr abgeschaltet. Infolgedessen muß auch die Flamme
verlöschen. Dieses Verlöschen der Flamme wird bezüglich einer bestimmten Zeitspanne
überwacht. Die Überwachung kann, entweder durch sogenannte thermische Schaltsysteme
durchgeführt werden (ähnlich wie beim üblichen Sicherheitsschalter) oder aber auch
durch motorisch angetriebene Systeme (Nockenschaltwerk).
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Diese Einrichtung hat gegenüber bekannten überwachungsschaltungen
den Vorteil, daß festgestellt wird, ob der Überwachungskreis (Flammenwächterkreis)
innerhalb eines bestimmten Zeitraumes nach Abschalten des Temperaturreglers in den
Ruhezustand geht, d. h. ob das Relais des Flammenwächterkreises tatsächlich abfällt
bzw. ob die Komponenten des Überwachungskreises, z. B. Relais bzw. Fotowiderstand
od. ä., ordnungsgemäß arbeiten. Außerdem kann ein Nachleuchten des Feuerraumes und
das Vorhandensein von Restflammen erfaßt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung von
beispielsweisen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung an Hand der
Zeichnungen. Es zeigt F i g. 1 eine Schaltungsanordnung mit zwei Sicherheitszeiteinrichtungen,
F i g. 2 eine Schaltungsanordnung mit einem Hilfsrelais und F i g. 3 eine Schaltungsanordnung
mit einem äußeren Steuerorgan mit Umschaltkontakt in 3phasiger Ausführung.
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Die Beispiele nach F i g. 1 bis 3 sind unter Verwendung von thermischen
Sicherheitsschaltern aufgebaut. Bei Verwendung von Sicherheitsschaltern mit motorischem
Antrieb ergeben sich ähnliche Schaltanordnungen.
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Nach F i g. 1 ist der Schaltkreis wie folgt aufgebaut: An die beiden
Netzanschlüsse 2 bzw. 3 ist der Koppeltransformator 1 direkt
angeschlossen. An der Sekundärseite des Transformators ist ein Gleichrichter 9 angeschlossen,
dessen Gleichstromausgang mit dem Flammenrelais C und dem Flammenfühler (Lichtfühler)
als Fotowiderstand 10 verbunden ist. Die Phasenzuleitung 2 wird außerdem
über den Umschaltkontakt a des thermischen mit einer Wicklung 11 versehenen
Sicherheitsschalters A1 mit den übrigen Wirkungsgliedern der Schaltung verbunden.
In der gezeichneten Darstellung befindet sich der Umschaltkontakt a in der Normalstellung
(entstört = Betriebsstellung). In dieser Stellung wird die Phasenzuleitung
2 mit den übrigen Schaltorganen des Feuerungsautomaten verbunden, während
in der sogenannten Störstellung (verriegelt) die Phasenzuleitung auf die Störungsmeldelampe
8 geschaltet wird.
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Hinter dem Umschaltkontakt a ist ein Ruhekontakt b4 des Brennermotorrelais
B in Serie mit dem Arbeitskontakt c3 des Flammenrelais C und einer Wicklung
12 eines weiteren thermischen Sicherheitsschalters A2 an den Nulleiter 3 angeschlossen.
Dieser Sicherheitsschalter A2 betätigt z. B. durch mechanische Kopplung, ebenfalls
den Umschaltkontakt a genau wie der Sicherheitsschalter A,.
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Im weiteren Verlauf wird die Phasenzuleitung 2 durch den Temperaturregler
(Thermostat) 4 ein- und ausgeschaltet. Bei Wärmebedarf schließt der Thermostat
4 die gezeichneten Kontakte. Anschließend an die Thermostatkontakte befinden
sich drei parallele Schaltzweige. In dem vorderen Schaltzweig ist zunächst der Ruhekontakt
cl des Flammenrelais C in Serie mit dem Zündtransformator 7 geschaltet. An dem eingezeichneten
Verzweigungspunkt führt ein weiterer Zweig über einen temperaturabhängigen Widerstand
6, einen Ruhekontakt b2 des Brennermotorrelais B, die Wicklung 11 des thermischen
Sicherheitsschalters A 1 und die Wicklung des Brennermotorrelais B, alles in Serie
geschaltet, an die Nulleiterklemme 3.
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In dem nachfolgenden Zweig ist der Arbeitskontakt b3 des Brennermotorrelais
B in Serie mit dem Arbeitskontakt c2 des Flammenrelais C und der Wicklung des Brennermotorrelais
B geschaltet, wobei der Arbeitskontakt c2 in seiner Arbeitsstellung die Wicklung
11 des Sicherheitsschalters A1 überbrückt.
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Im letzten Zweig wird über den Arbeitskontakt b1 des Brennermotorrelais
B der Brennermotor 5 oder auch das entsprechende Brennstoffventil s an Spannung
gelegt.
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Die Schaltungsvariante nach F i g. 2 unterscheidet sich von der F
i g. 1 dadurch, daß anstatt der Wicklung 11 des thermischen Sicherheitsschalters
A 1 ein Hilfsrelais D eingebaut wird; der Testkreis, der bei der F i g. 1 aus den
Elementen Ruhekontakt b4, Arbeitskontakt c3 und Wicklung 12 bestand, wird
in der F i g. 2 durch das Hilfsrelais D mit seinen beiden Umschaltkontakten dl und
d2 und den Arbeitskontakt des Flammenrelais c3 gebildet.
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In der Variante nach F i g. 3 wird der zusätzliche Testkreis durch
den Temperaturregler (Thermostat) 4
mit Umschaltkontakt e, den Arbeitskontakt
c3 des Flammenrelais C und der Wicklung 12 des Sicherheitsschalters A2 gebildet.
Da es sich bei der gezeichneten Schaltung um eine Anwendung bei einem sogenannten
Drehstrommotor handelt, ist außerdem die Abschaltung des Drehstrommotors 5 über
den Sicherheitsschalter mit Hilfe der Kontakte a, ä, ä'
3phasig durchgeführt
worden.
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Die Wirkungsweise sei an Hand der Schaltung nach F i g. 1 näher erläutert.
Die Schaltungen nach den F i g. 2 und 3 wirken analog.
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Bei Schließen des Thermostaten (Temperaturregler) 4 erhält
der Zündtransformator 7 und der temperaturabhängige Widerstand
6 Spannung. Dieser weist einen negativen Temperatur-Koeffizienten auf, so
daß erst nach einer gewissen Zeit, der sogenannten Vorzündzeit, die Spannung an
der Erregerwicklung des Brennermotorrelais B derart gesteigert wurde, daß ein Anziehen
des Relais B erfolgt. Nach Anziehen des Relais B werden die Kontakte b1 und b3 geschlossen
und der Kontakt b2 und der Kontakt b4 geöffnet. Dadurch startet der Brennermotor
5, und es entsteht eine Flamme. Als Folge der Flammenbildung sinkt der Widerstand
des Fotowiderstandes 10, und es schaltet das Flammenrelais C. Der Kontakt
cl wird geöffnet, die Kontakte c2 und c3 geschlossen. Dadurch wird der Zündtransformator
7 ausgeschaltet und die Heizwicklung il des thermischen Sicherheitszeitschalters
A1 kurzgeschlossen.
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Schaltet der Temperaturregler 4 ab und bleibt das Flammenrelais
C infolge innerer oder äußerer Einflüsse noch längere Zeit angezogen, so wird der
Kreis
mit der Heizwicklung 12 über den jetzt geschlossenen Kontakt
b4 des Brennerrelais B und den noch geschlossenen Kontakt c3 an Spannung
gelegt. Ist die eingestellte Testzeit, z. B. mehrere Sekunden, verstrichen, so spricht
der Sicherheitsschalter A, an und schaltet die gesamte Einrichtung über den Umschaltkontakt
a auf Störung.