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Schaltungsanordnung zum Steuern der Temperatur eines durch elektrische
Energie zu erwärmenden, elektrisch leitfähigen Gegenstandes, insbesondere eines
Glühfadens Bei ölbrenner und Verbrennungsmotoren, wie Otto- oder Wankelmotore, wird
das Brennstoff-Luftgemisch mittels eines zwischen zwei Elektroden überspringenden
Funkens gezündet.
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Eine derartige Funkenerzeugung hat eine Reihe von Nachteilen.
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Die für die Bildung der Zündfunken notwendige Hochspannung erzeugt
beim Auslösen der Zündfunken Störimpulse, die vor allem in Kraftfahrzeugen einen
einwandfreien Radioempfang stören. Nässebedingte Kriechströme im Sekundärkreis der
mit einer Zündspule (Verbrennungsmotor) oder Zündtrafo (Brenner) ausgerüsteten Zündanlage
können eine einwandfreie Zündung verhindern. Der für Brenner benötigte Trafo ist
recht aufwendig. Für Brenner wird außerdem noch eine fotoelektrische Flammenüberwachung
benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, mit der auf einfachere Art und Weise ein Brennstoff-Luftgemisch gezündet
werden kann und gegebenenfalls die Flamme dieses Brennstoff-Lurtgemisches überwacht
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zum
Steuern der Temperatur eines durch elektrische Energie zu erwärmenden elektrisch
leitfähigen Gegenstandes, insbesondere eines Glühfadens zur Zündung brennbarer Substanzen,
wie ö1-, Benzin-, Gas-, Luftgemisch, wobei der leitfähige Gegenstand als Widerstand
im Stromkreis einer Speisespannungsquelle angeordnet ist und aus einem Material
besteht, dessen spezifischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert, dadurch
gelöst, daß dieser Widerstand in einer Meßschaltung für den sich mit der Temperatur
ändernden Widerstandswert liegt, die über eine Steuerschaltung die Stromzufuhr zu
dem Widerstand derart steuert, daß der Widerstand eine bestimmte Temperatur nicht
über- und/oder unterschreitet.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man ein Durchbrennen
des Widerstandes infolge der dem Widerstand neben der elektrischen Energie durch
die Flamme des Brennstoff-Luftgemisches zugeführten Wärme dann verhindern kann,
wenn man den Widerstandswert durch Verminderung der zugeführten elektrischen Energie
auf einem bestimmten Wert und damit auf einer unkritischen Temperatur hält.
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Nach einer Ausgestaltung der ERfindung kann die Meßschaltung eine
Brückenschaltung sein. Die Steuerschaltung kann den dem Widerstand zugeführten Strom
duch Amplituden oder Impulslängensteuerung steuern.
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Beim Einsatz der Schaltung in einem Brenner, z.B. einem O1-brenner,
kann der Strom in dem Widerstand als Steuersignal für die Überwadchungseinrichtung
für die Flamme des Brennstoff-Luftgemisches dienen. Sofern nämlich die Flamme brennt
ist die für eine bestimmte Temperatur des Widerstandes benötigte elektrische Energie
geringer als bei fehlender Flamme.
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Fotoelektrische Überwachungseinrichtungen, die insbesondere durch
Rußbildung störanfällig sind, können also durch diese neue Überwachung ersetzt werden.
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Vorzugsweise weist die Steuerschaltung für die Stromzufuhr einen in
Reihe zum Widerstand liegenden steuerbaren Widerstand, insbesondere einen Schalter,
auf.
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Soll die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einem Verbrennungsmotor,
z.B. einem Otto- oder Wankelmotor, eingesetzt werden, dann ist der Schalter vorzugsweise
ein Thyristor, der zur Einschaltung der Stromzufuhr zum Widerstand im Zündzeitpunkt
des Verbrennungsmotors getriggert wird, wobei mit einem zweiten von der Meßschaltung
gesteuerten Thyristor der Widerstand überbrückt werden kann, so daß der dem Widerstand
zufließende Strom kleiner oder zu Null wird.
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Zur Vermeidung von Verrußungen des Glühfadens kann die Schaltungsanordnung
so ausgebildet sein, daß während der Zündpausen ein Ruhestrom durch den Widerstand
fließt, der so groß ist, daß der Widerstand unterhalb der Zündtemperatur glüht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Schaltungsanordnungen
näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Steuern
der Temperatur eines Glühfadens für ein Brennstoff-Luft gemisch in einem Brenner
und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Glühfadens zur Zündung eines
Brennstoff-Luft gemisches in einem Verbrennungsmotor, z.B. einem Ottomotor.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird die Netzspannung mittels eines
Trafos 1 heruntertransformiert und über einen Gleichrichter 2 und eine Steuerschaltung
3 einem Zündfaden 4 zugeführt. Der Zündfaden 4 liegt im Zweig einer Wheatstone'-schen
Brücke mit den Ohm'schen Widerständen 5, 6, 7. Das Potential an den Verbindungspunkten
des Glühfadens 4 und
des Widerstandes 5 sowie der Widerstände 6,
7 wird einer Vergleichsschaltung 8 zugeführt, die bei einer Abweichung des festgestellten
Potentialunterschiedes von einem vorgegebenen Potentialunterschied ein Stellsignal
der Steuerschaltung 3 zuführt. Die Steuerschaltung 3 kann aus einem Transitor bestehen,
der in Abhängigkeit vom Stellsignal mehr oder weniger durchlässig gemacht wird.
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Die Schaltungsanordnung arbeitet auf folgende Weise: Nach Einschaltung
der Schaltungsanordnung fließt durch den Glühfaden 4 ein Strom, der den Glühfaden
4 zum Glühen bei einer bestimmten Temperatur bringt. Wird der Glühfaden durch die
Luft des Gebläses gekühlt, dann wirkt sich das in einer Verminderung des Widerstandswertes
des Glühfadens 4 aus, die zur Folge hat, daß über die Vergleichsschaltung 8 und
die Steuerschaltung 3 die Stromzufuhr erhöht wird, so daß der Energieentzug durch
das Gebläse durch erhöhte elektrische Energiezufuhr ausgeglichen wird, und der Glühfaden
bei einer bestimmten Temperatur glüht.Sobald der Glühfaden das Brennstoff-Luftgemisch
gezündet hat und die Flamme des Brennstoff-LuStgemisches dem Glühfaden zusätzliche
Energie zuführt, verändert sich infolge der Temperaturerhöhung der Widerstandswert
des Glühfadens 4, so daß über die Vergleichsschaltung 8 und die Steuerschaltung
3 die elektrische Energiezufuhr so weit vermindert wird, bis daß unter Berücksichtigung
der aus der Flamme zugeführten Energie die zugeführte elektrische Energie so gering
wird, daß der Glühfaden bei der bestimmten Temperatur glüht. Da die Zündunghittels
des Glühfadens erfolg, können sich nässebedingte Kriechströme nicht negativ auswirken.
Der Glühfaden glüht immer mit einer für die Zündung frd Brennstoff-Luftgemisches
ausreichenden Temperatur, da einerseits eine Abkühlung des Glühfadens durch zusätzliche
elektrische Energiezufuhr ausgeglichen wird und andererseits ein Durchbrennen des
Glühfadens infolge von außen zugeführter Wärme durch verminderte Energiezufuhr
und
entsprechender Wärmeabfuhr durch die Glühfadenhalterung (gut wärmeleitendes Material)
vermieden wird.
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Der für das Glühen des Glühfadens mit einer bestimmten Temperatur
erforderliche Strom läßt sich erfindungsgemäß auch zur Flammenüberwachung verwenden,
weil bei fehlender Flamme mehr Energie benötigt wird als bei ordnungsgemäß brennender
Flamme. Wird ein bestimmter Schwellwert für die Energiezufuhr überschritten, dann
bedeutet das, daß die Flamme erloschen ist, Die Schaltunganordnung gemäß Fig. 2
erhält ihre Enee aus einer Gleichspannungsquelle 9 über einen Spannungswandler 10.
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Der Spannungswandler 10 lädt über einen Gleichrichter 11 einen Kondensator
12 als Energiespeicher auf, aus dem die für die Zündung bei einem Verbrennungsmotor,
z.B. einem Ottomotor, notwendige Zündenergie schlagartig entnommen werden kann.
Zur Einschaltung der Energiezufuhr zu einem Glühfaden 13, der in einer die Ohmschen
Widerstände 14, 15, 16 aufweisenden Brückenschaltung angeordnet ist, dient ein im
Stromkreis des Kondensators 12 und des Zündfadens 13 liegender Thyristor 17, der
mittels des Unterbrecher~kontaktes 18 im Zündzeitpunkt getriggert wird. Zur Unterbrechung
der Energiezufuhr zum Zündfaden 13 dient ein zweiter Thyristor 19, der die Reihenschaltung
aus dem Zündfaden 13 und dem Widerstand 14 der Brückenschaltung überbrückt. Der
Thyristor 19 wird von einer Vergleichs- und Steuerschaltung 20 gesteuert, die den
Potentialunterschied in den Brückenzeigen mißt. Wie beim vorigen Beispiel wird die
elektrische Energiezufuhr zum Zündfaden 13 begrenzt, wenn die Temperatur des Glühfadens
13 durch von außen zugeführte Energie, z.B.
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durch die Energie aus der Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches,
zu groß wird.
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Zum weiteren kann die Schaltung so ausgelegt sein, daß der Widerstand,
speziell der Glühfaden, auf jeden Fall so viel Strom zugeführt bekommt, daß seine
Temperatur einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Diese Temperatur kann dann
so eingestellt werden, daß sie zum Zünden zu gering ist, jedoch ein Verrußen des
Widerstandes nicht möglich ist.
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Patentansprüche: