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Steuereinrichtung für eine Abgassperre
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung
für ei-ne Abgassperre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es ist aus der DT AS 1 302 730 bekannt, im Zuluftweg einer Wärmequelle
zwei bezüglich des Zuluftstroms parallel liegende Klappen vorzusehen, deren Uffnungsquerschnitt
vom Zug selbst gesteuert wird. Beide Klappen sind starr miteinander verbunden, eine
Verstellung der Klappen gegeneinander ist nicht vorgesehen.
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Aus der DT AS 1 013 027 ist es bekannt, im Abgasweg einer Wärmequelle
eine Serienschaltung zweier Abgasklappen vorzusehen, die
beide von
einem gesonderten Stellmotor angetrieben werden. Die Stellungen der einzelnen Abgasklappen
sind unabhängig voneinander, die maximalen Durchlaßquerschnitte sind jedoch gleich.
Für den Betrieb der Wärmequelle müssen beide Abgasklappen geöffnet werden das öffnet
nur einer Abgasklappe reicht nicht aus.
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Schließlich ist aus der DT PS 949 257 eine Abgasklappe bekanntgeworden,
in die ein Bimetallstreifen eingelassen s, so daß bei Ansprechen des Bimetalls auf
Wärme der Wärmequelle, in deren Abgasleitung die Abgasklappe liegt, zuerst ein Teilquerschnitt
der Abgasleitung freigegeben Wird9 worauf sich schließlich anschließend die Abgasklappe
in die maximale Offenstellung begibt. Es ist nicht vorgesehen, daß die Abgasklappe
in der Teiloffenstellung, gegeben durch den öffnenden Bimetallstreifen, stabil arbeitet,
vielmehr s% ist immer der sofortige Obergang in die Volloffenstellung vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgassperre
im Abgasweg einer brennstoffbeheizten Wärmequelle zu schaffen, bei der ein Uffnungsquerschnitt
für eine Vollast der Wärmequelle und eine Teilöffnungsstellung für eine Teillast
der Wärmequelle erreichbar ist. Ferner soll vorgegeben werden, daß die Brennstoffventile
für die Teil- und Vollast-Brennstoffdurchsätze erst dann freigegeben werden, wenn
die entsprechenden Offenstellungen der zugehörigen Abgasklappen erreicht sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs.
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Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt liegt einmal
in der Erhöhung des Wirkungsgrades der Wärmequelle, da nur der Abgasquerschnitt
freigegeben ist, der gerade benötigt wird, zum anderen in der BetrihssicerPit, Aa
die nrennstoffvenlile erst angesteuert werden wenn d-e zugehöroe Klappe ihre Offenstelling
ruckgemeldet hat.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den
Figuren 1 - 6 der Zeichnung ersichtlich.
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Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines Gas-Wasserheizers
mit Brennstoffventilen und der Abgassperre, Figur 2 einen Querschnitt durch das
Getriebe für die Abgasklappen, Figur 3 eine Ansicht und Figur 4 einen Schnitt durch
die Abgaskiappen, Figur 5 eine elektrische Schaltung der Steuerung der Klappen und
Figur 6 ein Detail aus dem Getriebe.
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In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die
gleichen Einzelheiten.
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Eine Wärmequelle t, bestehend aus einem Gas-Wasserheizer für eine
Umlauf-Zentralheizung oder für Brauchwasserbereitung, weist einen Gasbrenner 2 auf,
der über eine Brennstoffzuleitung 3 gespeist ist, die sich in Zweigleitungen 4 und
5 aufteilt, in denen je ein Ventil 6 bzw. 7 vorgesehen ist, das von je einer zuqehöriqen
Maqnetsoule 8 bzw. 9 betätigbar ist. Während das Magnetventil 6 den der Nennleistung
der Wärmequelle l entsj,rechenden Gasdurchsatz freigibt,
steuert
das Ventil 7 einen justierbaren Teillast-Gas-Durchsatz ein. Die beiden Magnetspulen
8 und 9 sind über Stromzuleitungen 10 bzw. ii an eine Versorgungsspannung anschließbar,
die jeweils zweiten Anschlußleitungen 12 bzw. 13 sind an MP geführt.
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Die Wärmequelle 1 weist weiterhin einen Wärmetauscher 14 auf, der
von den Abgasen des Brenners 2 bestrichen wird Der Wärmetauscher 14 wird über eine
Rücklaufleitung 15 mit einem aufzuheizenden Fluid beschickte das über eine Vorlaufleitung
16 abgeführt wird.
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Ein Innenraum 17 der Wärmequelle ist durch ein Gehäuse 18 nach außen
abgeschirmt, von dem eine Abgasleitung 19 in einen Schornstein 20 übergeht, wobei
zwischen beiden eine Strömungssicherung 21 angeordnet ist.
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fm Bereich der Abgasleitung 19 ist eine Abgassperre 22 in Form zweier
konzentrisch ineinander angeordneter Abgasklappen 23 und 24 vorgesehen, die von
einem Stellantrieb 25 über eine konzentrische Doppelwelle 26 verstellt werden können.
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Der Stellantrieb 25 besteht aus einem in der Figur zwei nicht dargestellten
Antriebsmotor und einem Getriebe 27, das dort im Querschnitt abgebildet ist. Das
Getriebe 27 weist ein Gehäuse 28 auf, das einen Lagerdurchbruch 29 für eine Motorantriebswelle
30 besitzt. Bei dem Motor handelt es sich um einen Reversiermotor, der einen Anschluß
V (Fig. 5) für Vorwärtslauf (rechts) und einen Anschluß R (Fig. 5) für Rückwärtslauf
(links) besitzt und für Wechselstromnsrzbetrieb geeignet ist. Auf der Welle 30 ist
über eine Nutfederverbindung
31 ein Zahnrad 32 axialverschieblich9
jedoch verdrehsicher, gelagert9 das sich über eine Druckfeder 33 gegenüber der Innenseite
34 des Gehäuses 28 abstützt. Das Zahrad 32 liegt über ein Kurvenscheibengetriebe
35 bestehend aus Steuerkurventeilen 36 und 37, an einem Vorsprung 38 des Gehäuses
28 an und ist über die Welle in einer dort vorgesehenen Ausnehmung 39 im Vorsprung
gelagert. Während somit die Welle 30 axial und radial im Innenraum 40 des Getriebes
27 lagegesichert ist9 wird das Zahnrad 32 unter der Wirkung der Feder 33 wei testmögl
ich gegen das Steuerkurvengetri ebe 35 gedrückt, die Art der Axialstellung des Zahnrades
32 ist lediglich abhängig von der Stellung der Steuerkurventeile zueinander.
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Die Doppelwelle 26 besteht aus einer Innenwelle 41 und einer Außenhülse
42, die gegeneinander verdrehbar sind und die durch einen Lagerdurchbruch 43 beide
in den Innenraum 40 des Getriebes 27 eingeführt sind. Ein weiterer Lagerdurchbruch
44 dient der sicheren Führung der Doppelwelle.
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Die der größeren Abgasdurchtrittsfläche zugeordnete größere Abgasklappe
24 ist der Außenhülse 42 zugeordnet, die dem Teillastabgasquerschnitt zugeordnete
kleinere, innere Abgasklappe 23 der Innenwelle 41.
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Die Hülse 42 ist mit einem Zahnrad 45, die Innenwelle 41 mit einem
Zahnrad 46 starr verbunden. Beide Zahnräder tragen Nockenscheiben 47 bzw. 48, mit
denen Kontaktschalter 49 bzw. 50 gesteuert werden können.
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Je nach der Axialstellung des Zahnrades 32 kann dieses entweder mit
dem Zahnrad 45 oder mit dem Zahnrad 46 - gezeichnete Darstellung in Figur 2 - kämmen.
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Aus der Figur drei ist ersichtlich, daß die Abgasleitung 19 aus einem
relativ dünnwandigen Blechrohr besteht, an das außen über Haltewinkel 52 das Getriebegehäuse
28 angesetzt ist. Die Doppelwelle 26 durchsetzt die Wandung der Abgasleitung 19,
und die beiden Elemente der Doppelwelle sind mit den zugehörigen Klappen starr verbunden
Die Volleistungs-Abgasklappe 24 füllt den gesamten Querschnitt der Abgasleitung
19 in der Schließlage aus, die Teillast-Abgasklappe 23 nur einen Innenraum. Die
Vollastklappe 24 ist kreisringförmig ausgebildet, wobei das Innere des Kreisringes
durch die Teillast-Abgasklappe 23 gebildet ist. Die Abgasklappe 19 kann an der dem
Gehäuse 28 gegenüberliegenden Seite mit einer Lagerbuchse 53 versehen sein.
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Die Figur vier zeigt die Ausbildung der Befestigung der Abgasklappen
an den zugehörigen Stellwellen im Querschnitt.
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An Hand der Figur fünf ist das Schaltbild für die elektrische Ansteuerung
der Stellungen der Abgasklappen und der Brennstoffmagnetventile ersichtlich.
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Die schon in Figur eins erwähnte Zuleitung 10 zum Vollast-Magnetventil
6 führt über einen Anschluß 55 eines gegen die Kraft einer Feder 56 rückstellbaren
Kontaktstückes 57, dessen Fußpunkt 58 mit einem Leitungspunkt 59 verbunden ist,
der seinerseits über eine Leitung 60, einen Kontakt 61 und ein Kontaktstück 62 mit
einer Leitung 106 eines Reglers verbunden ist, der ein Vollastsignal gibt.
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Vom Schaltpunkt 59 fahrt eine Leitung 63 zu einer Spule 64 eines Relais,
das andererseits über eine Leitung 65 mit MP verbunden ist. Ein Arbeitskontakt 66
dieses Relais liegt in seiner Ruhestellung in einem Leitungszug 67 des Motors 68
zur Verstellung der Klappen, der über eine Leitung 69 mit der Leitung 65 und damit
mit MP verbunden ist. Vom Fußpunkt 70 des Kontaktstückes 71 des Arbeitskontaktes
66 führt eine Leitung 72 zu einem Kontakt 73 des Kontaktschalters 49, dessen Kontaktstück
74 gegen die Rückstellkraft einer Feder 75 von einem Nocken 76 der Nockenscheibe
47 betätigbar ist. Ein Fußpunkt des Kontaktstückes 74 ist über eine Leitung 77 mit
einem Ausgang eines Reglers für Teillastbetrieb verbunden.
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Von der Leitung 77 zweigt eine Leitung 78 ab, die über eine Relaisspule
79 und eine Leitung 80 an die mit MP verbundenen Leitungen 65 und 69 angeschlossen
ist. Mit der Relaisspule ist nicht nur das Kontaktstück 62, sondern auch Kontaktstücke
81 und 82 verbunden. Das Kontaktstück 81 verbindet die Leitung 78 mit einer Leitung
83, die zu einem Fußpunkt 84 eines Kontaktstückes 85 führt, das von einer Druckfeder
86 belastet ist und von Nocken 87 und 88 der Nockenscheibe 48 betätigbar ist. Im
Ruhezustand ist das Kontaktstück 85 mit einer Leitung 89 verbunden, die zum Motor
68 über einen Schaltpunkt 90 führt. Im von einem der Nocken betätigten Zustand ist
das Kontaktstück 85 mit der Leitung 11 verbunden.
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Der Schaltpunkt 90 ist über eine Leitung 91 mit einem Kontakt 92 des
Kontaktstücks 57 verbunden. Der Schaltpunkt 90 ist weiterhin über eine weitere Leitung
93 mit einem Fußpunkt des Kontaktschalters
50 verbunden, dessen
Kontaktstück 95 gegen die Rückstellkraft einer Feder 96 bei Betätigung durch einen
der Nocken 87 oder 88 von einem Kontakt 94 einer Leitung 97 abhebbar ist, in deren
Zuge das Kontaktstück 82 des Relais 79 liegt und die mit der Phase R verbunden ist.
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Durch eine Wirkungslinie 98 ist verdeutlicht, daß der Motor 68 die
beiden Nockenscheiben 47 und 48 antreibt.
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Aus den Figuren zwei und sechs geht der Aufbau des Kurvenscheibengetriebes
35 hervor. Dieses Getriebe weist zwei Steuerkurventeile 36 und 37 auf, wobei das
eine fest mit dem Gehäuse 28 verbunden ist, das andere jedoch mit der Welle 30 des
Motors 68. Die Steuerkurve 100 zwischen den beiden Steuerkurventeilen ist so ausgebildet,
daß ausgehend von der Ruhestellung 101, in der beide Abgasklappen die Schließstellung
einnehmen, nach Verdrehung der Motorwelle um 90" in die Stellung 102 gleichfalls
die Teillast-Abgasklappe 23 um 90" verstellt wird, d. h. in die Teillast-Uffnungsstellung
geht. Beim Oberschreiten dieser 90°-Stellung hebt sich das Steuerkurventeil 36 gegenüber
dem Steuerkurventeil 37 an, so daß das Zahnrad 32 - vergleiche Figur zwei - aus
dem Zahnrad 45 außer Eingriff genommen wird und in die Zahnung des Zahnrades 46
eingreift. Bei weiterer Mitnahme der Motorwelle 30 um 1800 ist der Punkt 103 erreicht,
bei dessen Oberschreiten das Kurvenscheibengetriebe 35 seine Ursprungsstellung wieder
einnimmt, d. h., das Zahnrad 32 verläßt wieder die Zahnung des Zahnrades 45 und
greift in die Zahnung des Zahnrades 46 ein. Der Punkt 104, nach weiterer Verdrehung
um 90" erreicht, entspricht der Ausgangsruhestellung 101.
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Die beschriebene Einrichtung hat folgende Funktion: Es wird ausgegangen
von der Ruhestellung, die in allen Figuren dargestellt ist, d. h.,. beide Abgasklappen
sind geschlossen, gleichfalls sind beide Brennstoffventile geschlossen, und an den
Reglerausgängen steht keine Spannung an. Es wird nun angenommen, daß der Reglerausgang
105 Spannung erhält, da der zugehörige Meßfühler eine Differenz von Ist- und Sollwert
feststellt. Somit liegt Spannung, da der Kontakt 81 geöffnet ist, an der Spule 79
an. Das Relais zieht an, damit werden die Kontakte 62/61, 81 und 82 geöffnet bzw.
geschlossen. Hiervon wirkt sich nur das Schließen des Kontaktes 81 aus, da-hier
Spannung über den geschlossenen Kontakt 84/85 am Motor 68 über die Leitung 89,69
anliegt. Als Folge davon beginnt sich der Motor 63 rechtsherum zu drehen, und es
wird über das Getriebe 27 die Welle 30 mitgenommen. Gleichfalls mitgenommen wird
das Zahnrad 32, das mit dem Zahnrad 46 kämmt und als Folge davon die Innenwelle
41 verdreht. Damit wird die Teillast-Abgasklappe 23 in Uffnungsstellung gebracht,
beim Erreichen der 90°-Stellung hebt der Nocken 87 das Kontaktstück 85 von der Leitung
89 ab und schaltet es auf die Leitung kl. Damit steht die Spannung des Reglerausgangs
105 über die Leitung 11 am Magnetventil 7/9 an, so daß das Ventil 7 geöffnet wird,
somit wird Brennstoff über die Leitung 3, das Ventil 7, die Leitung 5 auf den Brenner
2 gegeben und entzündet. Der Brenner verbrennt Brennstoff im Rahmen einer Teillastmenge,
und entsprechend der Teillast-Gasmenge ist auch der Abgasweg über die Abgasleitung
19 und die Teillast-Abgasklappe 23 geöffnet.
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Reicht nun die Teillast-Wärmeerzeugung nicht aus, so erscheint auf
der Leitung 106 durch den Reglerausgang 2 Versorgungsspannung. Da
das
Kontaktstück 62 auf den Kontakt 61 geschaltet ist, wird über die Leitungen 63 und
65 die Spule 64 des entsprechenden Relais unter Spannung gesetzt, das Relais zieht
an, und das Kontaktstück 66 wird von der Leitung 67 abgehoben Weiterhin steht die
Versorgungsspannung über den Schaltpunkt 59, den Kontakt 57/92 am Schaltpunkt 90,
so daß der Motor 68 wieder Spannung erhält. Der Motor läuft wieder rechtsherum an
und geht nunmehr über die 90°-Stellung 102 hinaus. Hieraus resultiert eine Axialverschiebung
des Zahnrades 32, das nunmehr mit dem Zahnrad 45 kämmt. Das bedeutet, daß die Teillastklappe
unverändert geöffnet stehen bleibt. Die Vollast-Abgasklappe 24 wird nunmehr verstellt,
da das Zahnrad 45 die Außenhülse 42 mitnimmt. Nach einer weiteren Drehung um 90"
ist diese Stellung gemäß 107 in Figur sechs erreicht. In dieser Stellung öffnet
der Nocken 76 der Nockenscheibe 47 den Kontakt 57/92, das Kontaktstück 57 wird entgegen
der Wirkung der Feder 56 auf den Kontakt 55 geschaltet. Damit ist Versorgungsspannung
auf die Leitung 10 gegeben, das bedeutet, daß das Vollast-Magnetventil 6/8 geöffnet
wird, so daß der Gasbrenner 2 die volle Brennstoffmenge erhält.
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Soll nun die Wärmequelle wieder auf Teillast geschaltet werden, so
wird die Leitung 106 mangels Ausgangssignal des Reglerausgangs 2 stromlos. Damit
wird auch die Spule 64 stromlos, so daß das Kontaktstück 66 auf die Leitung 67 zurückgeschaltet
wird. Diese Leitung wird aber nunmehr über die Leitung 72 und den nunmehr geschlossenen
Kontakt 49/73 über die Leitung 105 versorgt.
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Das Kontaktstück 49 ist auf den Kontakt 73 geschaltet, da der Nocken
76 mittlerweile um 90" gewandert ist und den Kontakt 57/55 beaufschlagt. Als Folge
davon läuft der Motor 68 linksherum an und verdreht die Nockenscheibe 47, da das
Zahnrad 32 nach wie vor mit dem Zahnrad 45, zugehörig zur Vollast-Abgasklappe, verbunden
ist. Die Vollast-Abgasklappe wird um 90" bis zum Punkt 102 zurückverstellt, in diesem
Punkt hebt der Nocken 76 das Kontaktstück 49 vom Kontakt 73 ab und unterbricht so
den Lauf des Motors 68. Bleibt auf der Leitung 105 ein Teillast-Signal, so brennt
der Brenner mit Teillast weiter. Die Vollast-Gaszufuhr ist abgeschaltet worden,
sobald der Nocken 76 das Kontaktstück 57 verlassen hat, da dann die Leitung 10 stromlos
geschaltet wird. Das bedeutet auch, daß das Vollast-Magnetventil 8/6 geschlossen
wurde, bevor die Vollast-Abgasklappe ihre Schließstellung erreicht hat.
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Erlischt nun auch das Signal auf der Leitung 105, so wird die Spule
79 stromlos. Damit schließt der Kontakt 82, so daß der Motor 68 über den Schaltpunkt
90, die Leitung 93, den geschlossenen Kontakt 90/96 und den geschlossenen Kontakt
82 Spannung bekommt und wieder rechtsherum anlaufen kann. Beim Oberschreiten der
Stellung gemäß Punkt 103 verläßt der Nocken 87 das Kontaktstück 85, so daß das Kontaktstück
85 mit der Leitung 89 verbunden wird und die Leitung 11 stromlos schaltet. Damit
wird das Magnetventil 7/9 entregt, die Brennstoffzufuhr zum Brenner 2 ist unterbrochen,
der Brenner erlischt Beim Weiterdrehen des Motors 68 wird auch die Teillast-Abgasklappe
24 geschlossen, der Schließvorgang wird dadurch beendet,
daß der
Nocken 87 das Kontaktstück 50 vom Kontakt 94 abhebt und jeglichen Stromfluß zum
Motor 68 unterbindet.
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Für den Fall, daß aus der Vollaststellung der beiden Abgasklappen
weder Vollast- noch Teillastbetrieb angefordert wird, werden die Leitungen 106 und
105 zusammen stromlos. In diesem Fall wird auch die Relaisspule 79 stromlos, so
daß der Motor aus der Stellung 107 gemäß Figur sechs beide Abgasklappen in die Ruhestellung
zurückdreht, da die Kontakte 82 und 50/96 geschlossen werden. Somit wird der Motor
über die Leitungen 97, 93, 90 und 69 in die Stellung gemäß Punkt 104 gedreht, bis
beide Abgasklappen geschlossen sind und der Nocken 87 das Kontaktstück 50 vom Kontakt
96 abhebt.
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Hat der Kessel nur in Kleinbrandstellung gebrannt und soll dann wieder
ausgeschaltet werden, so daß Leitung 105 stromlos wird, befindet sich die innere
Abgasklappe in Offenstellung und die Schaltkurve in Position T02 (siehe Fig. 6).
Der Motor läuft rechtsherum an, da die Kontakte 82, 95 geschlossen sind, öffnet
die große Abgasklappe, schließt sie wieder und schließt anschließend die kleine
Klappe, Die Steuerkurve durchläuft hierbei,ausgehend von Pos. 102, die Stellungen
107, 103 bis zur Endlage Stellung 104. Innerhalb dieses Schaltablaufs wird der Rückwärtslaufanschluß
(linksherum) des Motors nicht angesteuert, da die einzige Ansteuerquelle 105 stromlos
bleibt.
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Ansprüche: