DE19752323C1 - Wechselstromgespeiste Steuerschaltung für Gasmagnetventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wechselstromgespeiste Steuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte automatische Zündsteuergeräte für Gasbrenner verwenden mechanische Kontakte, insbesondere Relais, zum Ein- und Abschalten der Gasventile. Aus der EP 0 010 767 ist eine Steuerschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine wechselstromgespeiste Steuerschaltung für zwei hintereinander in die Gaszufuhrleitung zu einem Brenner eingeschaltete Magnetventile zu schaffen, welche ohne mechanische Kontakte wie Relais, Bimetallschalter oder Nockenschalter auskommt, also rein elektronische Schalter verwendet, aber gleichermaßen eigensicher ist. Von den beiden in Reihe geschalteten Magnetventilen arbeitet üblicherweise das erste als Sicherheitsventil und das zweite als Hauptbrennerventil. Ist die Brenneranlage mit einem gesonderten Zündbrenner ausgestattet, so zweigt dessen Versorgungsleitung zwischen den beiden Magnetventilen ab.

Die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung führt zu einer eigensicheren Brennersteuerschaltung unter Verwendung ausschließlich elektronischer Schalter, welche von einem vorzugsweise einen Mikroprozessor enthaltenden elektronischen Regler angesteuert werden, der aus der Brenneranlage verschiedene Eingangssignale empfängt und aufgrund dieser Eingangssignale in vorgegebener Zeitfolge bestimmte Ausgangssignale liefert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Steuerschaltung;

Fig. 2a in Form eines Zeitdiagramms den Verlauf der Signale an verschiedenen Schaltungspunkten von Fig. 1 sowie die Schaltstellung der beiden Magnetventile, wenn der Brenner mit einer Direktzündeinrichtung DBI ausgestattet ist;

Fig. 2b ein ähnliches Signaldiagramm für den Fall, daß dem Hauptbrenner ein besonderer Zündbrenner zugeordnet ist;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Steuerschaltung;

Fig. 4a den Signalverlauf wiederum bei Betrieb mit Direktzündung DBI des Hauptbrenners; und

Fig. 4b ein entsprechendes Signaldiagramm für den Betrieb IP mit einem besonderen, nicht ständig brennenden, sondern nur bei Wärmebedarf vorübergehend brennenden Zündbrenner.

In beiden Ausführungsformen der Steuerschaltung nach den Fig. 1 und 3 sind die Erregerwicklung LV1 eines Sicherheitsventils sowie die Erregerwicklung LV2 eines Hauptbrennerventils in Reihe mit einem als erster elektronischer Schalter Q1 dienenden Transistor an den Ausgang einer Gleichrichterbrückenschaltung D1 bis D4 angeschlossen, welche aus dem Wechselspannungsnetz L, N gespeist wird. Der Reihenschaltung von zweiter Erregerwicklung LV2 und Transistor Q1 ist als zweiter elektronischer Schalter ein Thyristor Q2 parallelgeschaltet, dessen Steuerelektrode ebenso wie die Steuerelektrode (Basis des Transistors Q1) durch Ausgangssignale eines elektronischen Reglers CT angesteuert wird. Jeder der beiden Erregerwicklungen LV1, LV2 ist eine Freilaufdiode D5 bzw. D6 parallelgeschaltet. Der Regler CT hat Eingänge für zwei Eingangssignale, nämlich ein Wärmebedarfssignal HD sowie ein Flammendetektor-Ausgangssignal FD, welches auftritt, sobald sich am Hauptbrenner eine Flamme gebildet hat. Das Wärmebedarfssignal HD kann beispielsweise von einem Raumthermostaten oder einem Kesselthermostaten erzeugt werden. Der Regler CT liefert ferner ein Startsignal IG für eine dem Brenner zugeordnete Zündvorrichtung.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors Q2 als dritter elektronischer Schalter ein Transistor Q3 angeschlossen, welcher im durchgeschalteten Zustand diese beiden Elektroden des Thyristors Q2 kurzschließt. Die Steuerelektrode des Thyristors Q2 steht ferner über einen Widerstand R1 mit dem Verbindungspunkt P1 der zweiten Erregerwicklung LV2 und erstem elektronischen Schalter Q1 in Verbindung. Dieser erste elektronische Schalter Q1 erhält vom Regler CT ein Signal QC, während der Basis des Transistors Q3 ein Steuersignal TC zugeleitet wird.

Die Betriebsweise dieser in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltung wird nachfolgend anhand der in den Fig. 2a und 2b wiedergegebenen Signaldiagramme erläutert. In der Ruhestellung erhält der Regler CT weder ein Wärmebedarfssignal HD noch ein Flammendetektorsignal FD und gibt auch kein Zündsignal IG ab. Das Ausgangssignal TC liegt auf hohem Pegel und das Ausgangssignal QC auf niedrigem Pegel. Sobald zum Zeitpunkt t0 das Erscheinen eines Wärmebedarfssignals HD anzeigt, daß der Brenner in Gang gesetzt werden soll, fällt das zweite Reglerausgangssignal TC auf Null ab, so daß nunmehr beide Reglerausgangssignale TC und QC auf niedrigem Potential liegen. Dies führt dazu, daß der Transistor Q3 sperrt und damit den Kurzschluß von Kathode und Steuerelektrode des Thyristors Q2 aufhebt. Aus der Brückenschaltung D1 bis D4 erhält die Steuerelektrode des Thyristors Q2 über die Erregerwicklungen LV1 und LV2 sowie den hochohmigen Vorwiderstand R1 einen Steuerstrom, so daß der Thyristor Q2 im Zeitpunkt t0 durchschaltet und der infolge dessen die Erregerwicklung LV1 durchfließende, von der Gleichrichterbrückenschaltung gelieferte Halbwellen-Gleichstrom das Sicherheitsventil LV1 öffnet. Der weitere Funktionsablauf hängt davon ab, ob der Hauptbrenner im Direkt- Zündbetrieb DBI unmittelbar gezündet wird oder ihm ein besonderer Zündbrenner zugeordnet ist, dessen Flamme dann den Hauptbrenner zündet.

Fig. 2a veranschaulicht den Direktzündbetrieb DBI. Das Sicherheitsventil LV1 öffnet in weniger als einer Sekunde nach dem Zeitpunkt t0, zur Zeit t1. Der Regler CT schaltet beide Reglerausgangssignale TC und QC auf hohes Potential, wodurch beide Transistoren Q1 und Q3 durchgeschaltet werden. Der Transistor Q3 schließt nunmehr die Kathoden/Steuerelektroden-Strecke des Thyristors Q2 kurz, so daß dieser beim nächsten Nulldurchgang des von der Gleichrichterbrücke gelieferten Halbwellenstroms sperrt. Der Ausgangsgleichstrom der Brückenschaltung fließt dann durch die Reihenschaltung der beiden Erregerwicklungen LV1 und LV2 sowie den Transistor Q1, so daß nunmehr auch das Hauptbrennerventil LV2 öffnet. Zur gleichen Zeit liefert der Regler CT ein Einschaltsignal IG an eine Zündvorrichtung, welche beispielsweise über eine Funkenstrecke das Gas am Hauptbrenner entzündet. Sobald sich im Zeitpunkt t2 eine Flamme am Hauptbrenner gebildet hat, erscheint das Flammendetektorsignal FD am entsprechenden Eingang des Reglers CT, wodurch dieser das Zündsignal IG abschaltet. Damit hat die Brenneranlage ihren normalen Betriebszustand erreicht.

Wird keine Wärmezufuhr zum Raum oder Kessel mehr benötigt, so verschwindet im Zeitpunkt t3 das Wärmeanforderungssignal HD, wodurch der Regler das Ausgangssignal QC auf Null schaltet, der Transistor Q1 gesperrt wird und beide Magnetventil- Erregerwicklungen LV1 und LV2 stromlos werden. Beide Ventile schließen, und die Anlage ist abgeschaltet. Die Signalpegel nach dem Zeitpunkt t3 haben, wie Fig. 2a zeigt, die gleichen Werte wie vor dem Auftreten des Wärmebedarfssignals HD im Zeitpunkt t0.

Anhand von Fig. 2b soll nunmehr die Betriebsweise IP des Brenners mit einem intermittierend arbeitenden Zündbrenner beschrieben werden, dessen Flamme vom Flammenfühler überwacht wird und den Hauptbrenner zündet. Wiederum öffnet in weniger als einer Sekunde nach dem Zeitpunkt t0 das Sicherheitsventil LV1, so daß im Zeitpunkt t1 Gas zum Zündbrenner fließt. Dieser ist, wie eingangs erwähnt, zwischen Sicherheitsventil und Hauptbrennerventil an den Gasstrang angeschlossen. Mit dem Öffnen des Sicherheitsventils LV1 wird gleichzeitig im Zeitpunkt t1 vom Regler CT über das Zündsignal IG eine Zündvorrichtung aktiviert, welche den Zündbrenner entflammt. Im Zeitpunkt t2 hat sich eine stabile Zündflamme gebildet, so daß das Flammendetektorsignal FD erscheint. Nunmehr schaltet der Regler CT beide Reglerausgangssignale TC und QC auf hohen Pegel, so daß wiederum der Transistor Q1 durchgeschaltet und der Thyristor Q2 in der oben beschriebenen Weise gesperrt wird. Der Stromfluß durch die Erregerwicklung LV2 beginnt, und das Hauptbrennerventil öffnet. Das ausströmende Gas wird von der Zündflamme entzündet. Mit dem Auftreten des Flammendetektorsignals FD wird zugleich das Zündsignal IG vom Regler CT abgeschaltet und die Zündeinrichtung stillgesetzt. Der Brenner hat nunmehr seinen normalen Betriebsmodus erreicht. Wie beim hervorgehenden Beispiel führt ein Verschwinden des Wärmebedarfssignals HD dazu, daß das Reglerausgangssignal Q2 im Zeitpunkt t3 wegfällt und beide Ventile geschlossen werden.

Das Sicherheitsventil LV1 wird dadurch geöffnet, daß der Thyristor Q2 durchgeschaltet wird. Sollte anfänglich im Zeitpunkt t0 der Transistor Q1 bereits durchgeschaltet sein, so reicht der die Erregerwicklung LV1 durchfließende und durch den Widerstand der zweiten Erregerwicklung LV2 begrenzte Strom nicht aus, um das Ventil LV1 zu öffnen. Außerdem ist kein Steuerstrom für den Thyristor Q2 vorhanden, weil am Widerstand R1 kein Spannungsabfall auftritt. Ein Fehler im Thyristor Q2 kann nicht zum Einschalten des Brenners führen. Die Steuerschaltung ist eigensicher. Sobald das Sicherheitsventil LV1 aufgrund des hohen Stroms über den Thyristor Q2 geöffnet wurde, hält der verringerte Haltestrom über den Transistor Q1 und die Erregerwicklung LV2 das Sicherheitsventil LV1 offen, wenn der Thyristor Q2 anschließend sperrt und der Transistor Q1 durchgeschaltet wird.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt die Steuerung des Thyristors Q2 direkt durch das Ausgangssignal TC des Reglers CT und nicht wie in Fig. 1 über einen Transistor Q3 samt Widerstand R1. Der Regler CT erhält hierzu zusätzlich ein Eingangssignal SI vom Verbindungspunkt P1 zwischen der Erregerwicklung LV2 des Hauptbrennerventils und dem Transistor Q1. Beim Auftreten eines Wärmebedarfssignals HD zum Zeitpunkt t0 muß das Signal SI einen hohen Pegel haben. Dies ist der Fall, wenn der Transistor Q1 und der Thyristor Q2 gesperrt sind. Der Regler CT kann somit durch Überwachen des Signals SI feststellen, ob im Anfangszustand die beiden elektronischen Schalter Q1 und Q2 ordnungsgemäß gesperrt sind. Ist dies der Fall, so schaltet im Zeitpunkt t1 das Steuersignal TC auf einen hohen Pegel und bringt den Thyristor Q2 in den leitenden Zustand. Anstelle eines Thyristors könnte ein Feldeffekttransistor FET oder ein Transistor eingesetzt werden. Nunmehr öffnet, wie geschildert, das Sicherheitsventil LV1.

Abhängig von der Betriebsweise mit Direktzündung DBI oder intermittierend betriebenem Zündbrenner IP läuft die Ingangsetzung des Brenners folgendermaßen ab.

Fig. 4a zeigt die Betriebsweise bei Direktzündung des Hauptbrenners. Nach dem Öffnen des Sicherheitsventils LV1 im Zeitpunkt t1, d. h. innerhalb von weniger als einer Sekunde nach t0, fällt das Regler-Ausgangssignal TC im Zeitpunkt t2 auf Null ab, und zugleich geht das Signal QC auf hohen Pegel. Damit schaltet der Transistor Q1 durch, und der Thyristor bzw. FET oder Transistor Q2 schaltet beim nächsten Nulldurchgang der Halbwellenspannung ab. Die Erregerwicklung LV1 erhält über den Transistor Q1 Strom, so daß das Hauptbrennerventil LV2 öffnet und wie oben beschrieben das Sicherheitsventil LV1 offen bleibt. Zur gleichen Zeit t2 aktiviert der Reglerausgang IG eine Zündeinrichtung, welche das aus dem Hauptbrenner ausströmende Gas zündet. Sobald dies geschehen ist, stellt der Regler CT im Zeitpunkt t3 das Vorhandensein eines Flammendetektorsignals FD fest und schaltet das Zündsignal IG ab. Der Brenner hat nunmehr seinen normalen Betriebszustand erreicht. Verschwindet im Zeitpunkt t4 das Wärmebedarfssignal HD, so geht das Reglerausgangssignal QC auf niedrigen Pegel, wodurch der Transistor Q1 sperrt und den Stromfluß durch beide Erregerwicklungen LV1 und LV2 zum Erliegen bringt. Zugleich nimmt das Signal SI wiederum hohen Pegel an, so daß die Ausgangsposition wie im Zeitpunkt t0 wieder hergestellt ist.

Bei Verwendung eines Zündbrenners ergibt sich die Betriebsweise IP gemäß Fig. 4b. Nach dem Öffnen des Sicherheitsventils LV1 fließt im Zeitpunkt t1 Gas zum Zündbrenner. Zur Zeit t2 aktiviert der Regler CT über seinen Ausgang IG die Zündeinrichtung, welche das aus dem Zündbrenner ausströmende Gas entzündet. Sobald dies geschehen ist, erscheint im Zeitpunkt t3 das Flammendetektorsignal FD, wodurch der Regler CT das Ausgangssignal TC abschaltet und das Ausgangssignal QC auf hohen Pegel bringt. Damit wird der Transistor Q1 durchgeschaltet und der Thyristor Q2 gesperrt. Die Erregerspule LV2 erhält Strom, und das Hauptbrennerventil öffnet. Das Sicherheitsventil LV1 bleibt, wie erwähnt, offen. Der Zündbrenner entzündet das Gas am Hauptbrenner, so daß dieser nunmehr die normale Betriebsweise erreicht hat, in der beide Ventile geöffnet sind. Beim Wegfall des Wärmeanforderungssignals HD im Zeitpunkt t4 werden beide Ventile in der beschriebenen Weise geschlossen, und die Brenneranlage wird abgeschaltet.

Das Sicherheitsventil LV1 kann nur öffnen, wenn der Thyristor Q2 durchgeschaltet wird. Sollte anfänglich im Zeitpunkt t0 der Transistor Q1 bereits leitend sein, so reicht der durch die Erregerwicklung LV2 begrenzte Strom durch die Erregerwicklung LV1 nicht aus, um das Ventil LV1 zu öffnen. Ist hingegen das Sicherheitsventil LV1 über den Thyristor Q2 erst einmal durchgeschaltet, so reicht später der begrenzte Haltestrom über Q1 und LV2 aus, um das Ventil LV1 offen zu halten.

Claims (7)

1. Wechselstromgespeiste Steuerschaltung für zwei hintereinander in die Gaszufuhrleitung zu einem Brenner eingeschaltete Magnetventile, von denen das erste als Sicherheitsventil und das zweite als Hauptbrennerventil arbeitet, wobei
die Erregerwicklungen (LV1, LV2) beider Ventile mit einem ersten elektronischen Schalter (Q1) in Reihe geschaltet sind, und wobei
der Reihenschaltung von zweiter Erregerwicklung (LV2) und erstem elektronischen Schalter (Q1) ein zweiter elektronischer Schalter (Q2) parallelgeschaltet ist; dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Reihenschaltung aus den beiden Erregerwicklungen (LV1, LV2) beider Ventile und dem elektronischen Schalter (Q1) an den Ausgang einer wechselstromgespeisten Gleichrichterschaltung (D1 bis D4) angeschlossen ist;
• b) die Steuerelektrode (Basis) des ersten elektronischen Schalters (Q1) an einen bei Wärmebedarf um eine vorgegebene Zeitspanne verzögert ein erstes Ausgangssignal (QC) liefernden ersten Ausgang (QC) eines Reglers (CT) angeschlossen ist;
• c) die Steuerelektrode des zweiten Schalters (Q2) an einen bei Wärmebedarf ein zweites Ausgangssignal (TC) liefernden zweiten Ausgang (TC) des Reglers (CT) angeschlossen ist; und
• d) der Regler an einem ersten Eingang (HD) das Wärmebedarfssignal (HD) und an einem zweiten Eingang ein das Vorhandensein einer Brennerflamme anzeigendes Flammensignal (FD) erhält und an einem dritten Ausgang (IG) ein eine elektrische Zündvorrichtung einschaltendes Zündsignal (IG) liefert.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung als Brückenschaltung ausgebildet ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Erregerwicklungen (LV1, LV2) eine Freilaufdiode (D5, D6) parallelgeschaltet ist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) der zweite elektronische Schalter (Q2) ein Thyristor ist;
• b) zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors (Q2) ein dritter elektronischer Schalter (Q3) angeschlossen ist und seiner Steuerelektrode das zweite Ausgangssignal (TC) des Reglers (CT) zugeführt wird; und
• c) die Steuerelektrode des Thyristors (Q2) über einen Widerstand (R1) an den Verbindungspunkt (P1) von zweiter Erregerwicklung (LV2) und erstem elektronischen Schalter (Q1) angeschlossen ist.

5. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein dritter Eingang (SI) des Reglers (CT) an den Verbindungspunkt (P1) von zweiter Erregerwicklung (LV1) und erstem elektronischen Schalter (Q1) angeschlossen ist.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektronische Schalter (Q2) ein Thyristor ist.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektronische Schalter (Q2) ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor FET ist.