DE2656580C3 - Steuereinrichtung für eine Abgassperre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine Abgassperre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einer solchen, aus der DE-OS 14 51 547 bekannten Steuereinrichtung ist eine einzige Abgangsklappe vorgesehen, die von einem Motor schwenkbar ist wobei dieser Motor und damit die Klappe Zwischenstellungen zwischen der Minimal- und der Maximalöffnungsstellung einnehmen können.

Es ist weiterhin aus der DE-PS 9 66 361 eine Steuereinrichtung für eine einem Abgaskanal zugeordnete Abgassperre bekanntgeworden, die aus einer im Abgaskanal durch einen Antrieb schwenkbaren Einzelabgasklappe besteht deren Öffnungsgrad lastabhängig ist und wobei die Last zwischen Vollbrand und Kleinbrand einstellbar ist Hierbei wird in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck ein Membranstellglied verstellt, das seinerseits die Stellung der Abgasklappe beeinflußt.

Schließlich ist es aus der GB-PS 5 44 266 noch bekanntgeworden, eine einzige Abgasklappe für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle vorzusehen, die handbetätigt ist und die aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Einzelklappen besteht, wobei die innere Klappe durch ein Bimetall gesteuert ist und eine Bewegungsrichtung hat, die zur Antriebsachse der äußeren Abgasklappe senkrecht erfolgt Eine feste Anlenkung der inneren Abgasklappe ist nicht vorgesehen, sie ist lediglich Ober das Bimetall mit der äußeren Klappe verbunden, so daß eine einwandfreie SchlieQ-wirkung der inneren gesteuerten Klappe kaum erreichbar sein wird.

In der Praxis hat es sich als relativ schwierig herausgestellt, den einem bestimmten Brennstoffdurchsatz entsprechenden stöchiometrischen Luftdurchsatz

ίο ober einen weiten Bereich hinreichend genau einzustellen, um eine optimale Verbrennung zu erzielen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgassperre im Abgasweg einer brennstoffbeheizten Wärmequelle zu schaffen, bei der, <ien praktischen Bedürfnissen entsprechend, eine Schließstellung, eine definierte Teillast-Luftdurchsatzstellung und eine ebenso definierte Vollast-Luftdurchsatzstellung der Abgasklappe erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist darin zu sehen, daß mit der Beschränkung der Abgassperre auf eine definierte Teillast und eine ebenso definierte Vollaststellung in diesen Stellungen mit geringem Aufwand stabile und reproduzierbare Durchsatzverhältnisse für die zur Verbrennung im stöchiometrischen Verhältnis notwendigen Luftdurchsatz erzielbar sind.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Anmeldungsgegenstand wird nachfolgend beispielhaft anhand der Beschreibung und den F i g. 1 bis 6 der Zeichnung erläutert Es zeigt

^J5 F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gas-Wasserheizers mit Brennstoffventilen und der Abgassperre, F i g. 2 einen Querschnitt durch das Getriebe für die Abgasklappen,
F i g. 3 eine Ansicht

F i g. 4 einen Schnitt durch die Abgasklappen,

F i g. 5 eine elektrische Schaltung der Steuerung der Klappen und

F i g. 6 ein Detail aus dem Getriebe.
In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Eine Wärmequelle 1, 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 Brennstoffventil 6 bzw. 7 vorgesehen ist das von je einer zugehörigen Magnetspule 8 bzw. 9 betätigbar ist. Während das Brennstoffventil 6 den der Nennleistung der Wärmequelle 1 entsprechenden Gasdurchsatz

^Yy freigibt, steuert das Brennstoffventil 7 einen justierbaren Teillast-Gasdurchsatz ein. Die beiden Magnetspulen 8 und 9 sind über Stromzuleitungen 10 bzw. 11 an eine Versorgungsspannung anschließbar; die jeweils zweiten Anschlußleitungen 12 bzw. 13 sind an Aufgeführt.

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 beschickt das über eine Vorlaufleitung 16 abgeführt

^M wird. 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

Im Bereich der Abgasleitung 19 ist eine Abgassperre 22 in Form zweier konzentrisch ineinander angeordneter Abgasklappen 23 und 24 vorgesehen, die von einem Stellantrieb 25 Ober eine gemeinsame Drehachse 26 verstellt werden können.

Der Stellantrieb 25 besteht aus einem in der Fig.2 nicht dargestellten Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe 27, das uort im Querschnitt abgebildet ist Das Schaltgetriebe 27 weist ein Gehäuse 28 auf, das einen Lagerdurchbruch 29 für eine Antriebswelle 30 besitzt Bei dem Motor handelt es sich um einen Reversiermotor, der einen Anschluß V (F i g. 5) für Vorwärtslauf (rechts) und einen Anschluß R (Fig.5) für Rückwärtslauf (links) besitzt und für Wechselstromnetzbetrieb geeignet ist Auf der Welle 30 ist über eine Nutfederverbindung 31 ein Zahnrad 32 axialverschieblich, jedoch verdrehsicher gelagert das sich über eine Druckfeder 33 gegenüber der Innenseite 34 des Gehäuses 28 abstützt Das Zahnrad 32 liegt über ein iCurvenscheibengetriebe 35, bestehend aus Steuerkurventeilen 36 und 37, an einem Vorsprung 38 des Gehäuses 28 an und ist über die Antriebswelle 30 in einer dort vorgesehenen Ausnehmung 39 im Vorsprung gelagert Während somit die Antriebswelle 30 axial und radial im Innenraum 40 des Getriebes 27 lagegesichert ist wird das Zahnrad 32 unter der Wirkung der Feder 33 weitestmöglich gegen das Steuerkurvengetriebe 35 gedruckt; die Axialposition des Zahnrades 32 ist lediglich abhängig von der Stellung der Steuerkurventeile zueinander.

Die gemeinsame Drehachse 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 gemeinsamen Drehachse.

Die der größeren Abgasdurchtrittsfläche zugeordnete größere Abgasklappe 24 ist der Außenhülse 42 zugeordnet die dem Teillastabgasquerschnitt zugeordnete kleinere, innere Abgasklappe 23 der Innenwelle 41.

Die Außenhülse 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. Je nach der Axialstellung aes Zahnrades 32 kann dieses entweder mit dem Zahnrad 45 oder mit dem Zahnrad 46 — gezeichnete Darstellung in F i g. 2 — kämmen.

Aus der F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Abgasleitung 19 aus einem relativ dünnwandigen Blechrohr besteht, an das außen Quer Haltewinkel 52 das Getriebegehäuse 28 angesetzt ist Die gemeinsame Drehachse 26 durchsetzt die Wandung der Abgasleitung 19, und die beiden Elemente 41,42 der gemeinsamen Drehachse sind mit den zugehörigen Klappen 23, 24 starr verbunden. Die Vollast-Abgasklappe 24 füllt den gesamten Querschnitt der Abgasleitung 19 in der Schließtage 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 24 kann an der dem Gehäuse 28 gegenüberliegenden Seite mit einer Lagerbuchse 53 versehen sein.

Die F i g. 4 zeigt die Ausbildung der Befestigung der Abgasklappen an den zugehörigen Stellwellen im Querschnitt.

An Hand der Fig.5 ist das Schaltbild für die

elektrische Ansteuerung der Stellungen der Abgasklappen und der Brennstoffventile ersichtlich.

Die schon in Fig. 1 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

ίο ein Vollastsignal gibt

Vom Schaltpunkt 59 führt eine Leitung 63 zu einer Spule 64 eines Relais, das andererseits über eine Leitung 65 mit MP verbunden ist Ein Kontakt 66 dieses Relais liegt in seiner Ruhestellung in einem Leitungszug 67 des Motors 68 zur Verstellung der Klappen, der über eine Leitung 69 mit AiP verbunden ist Vom Fußpunkt 70 des Kontaktstückes 71 des Kontaktes 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 T'iackensoheibe 47 betätigbar ist Ein Fußpunkt des Koniair-stückes 74 ist über eine Leitung 77 mit einem Ausgang eines Reglers für Teillastbetrieb verbunden.

Von der Leitung 77 zweigt eine Leitung 78 ab, die

über eine Relaisspule 79 und eine Leitung 80 mit MP verbunden ist Durch das Relais Ci werden nicht nur das Kontaktstück 62, sondern auch Kontaktstücke 81 und 82 betätigt 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

J5 einem der Nocken betätigten Zustand ist das Kontaktstück 85 mit der Leitung 11 verbunden.

Der Schaltpunkt 90 ist über eine Leitung 91 mit einem Kontakt 92 des Kontaktstücks 57 verbünden. Der Schaltpunkt 90 ist weiterhin über eine weitere Leitung 83 mit einem Fußpunkt des Kontaktschalters 50 verbunden, dessen Kontaktstück 95 gegen die Rückstellkraft einer Feder 94 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

4Ί Relais C1 liegt und die mit der Phase R verbunden ist.

Durch eine Wirkungslinie 98 ist verdeutlicht, daß der Motor 68 die beiden Nockenscheiben 47 und 48 antreibt Aus den Fig.2 und 6 geht der Aufbau des Kurvenscheibengetriebes 35 hervor. Dieses Getriebe

V) weist zwei Steuerkurventeile 36 und 37 auf, wobei das eine fest mit dem Gehäuse 28 verbunden ist das andere jedoch mit der Antriebswelle 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-Öffnungsstellung geht Beim Oberschreiten dieser 90° -Stellung hebt sieht das Steuerkurventeil 36 gegenüber dem Steuerkurventeil 37 an, so daß das Zahnrad 32 — vergleiche F i g. 2 — aus dem Zahnrad 45 außer Eingriff genommen wird und in die Zahnung des Zahnrades 46 eingreift Bei weiterer Mitnahme der

*>5 Antriebswelle 30 um IdO" ist der Punkt 103 erreicht, bei dessen Überschreiten das Kurvenscheibengetriebe 33 seine Ursprungsstellung wieder einnimmt d. h, das Zahnrad 32 verläßt wieder die Zähnung 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.

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 in Meßfühler eine Differenz von Ist- und Sollwert feststellt Somit liegt Spannung, da der Kontakt 81 geöffnet ist, an der Spule 79 an. Das Relais Cl zieht an, damit werden die Kontakte 62/61, 81 und 82 geöffnet bzw. geschlossen. Hiervon wirkt sich nur das Schließen ι "> des Kontaktes 81 aus, da hier Spannung über den geschlossenen Kontakt 84/85 am Motor 68 über die Leitung 89 anliegt Ais Folge davon beginnt sich der Motor 68 rechtsherum zu drehen, der die Antriebswelle 30 mitnimmt. Gleichfalls mitgenommen wird das :n Zahnrad 32, da:s mit dem Zahnrad 46 kämmt und als Folge davon die Innenwelle 41 verdreht Damit wird die Teillast-Abgasklappe 23 in Öffnungsstellung gebracht; beim Erreichen der 90°-Stellung hebt der Nocken 87 das Kontaktstück 85 von der Leitung 89 ab und schaltet es :< auf die Leitung U. Damit steht die Spannung des Reglerausgangs 105 über die Leitung 11 an der Magnetspule 9 an, so daß das Brennstoff-Ventil 7 geöffnet wird, somit wird Brennstoff über die Leitung 3, das Brennstoffventil 7, die Leitung 5 auf den Brenner 2 in 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 s ~>

Reicht nun die Teillast- Wärmeerzeugung nicht aus, so erscheint auf der Leitung 106 durch den Reglerausgang (Stufe 2) Versorgungsspannung. Da das Kontaktstück 62 auf den Kontakt 61 geschaltet ist, wird über die Leitungen 63 und 65 die Spule 64 des Relais C2 unter w

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Kontaktstück 71 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 t-jiverändert 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 F i g. 6 erreicht In dieser Stellung öffnet der Nocken 76 der Nockenscheibe 47 den Kontakt 57/92, das V3 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-Brennstoffventil 6/8 geöffnet wird, so daß der Gasbrenner 2 den vollen Brennstoff- ιλ durchsetz erhält

Soll nun die Wärmequelle wieder auf Teillast geschaltet werden, so wird die Leitung 106 mangels Ausgangssignal des Reglerausgangs (Stufe 2) stromlos.

Damit wird auch die Spule 64 stromlos, so daß das Kontaktstück 71 auf die Leitung 67 zurückgeschaltet wird. Diese Leitung wird aber nunmehr über die Leitung 72 und den nunmehr geschlossenen Kontakt 74/73 über die Leitung 105 versorgt.

Das Kontaktstück 74 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 74 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.

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 94/95 und den geschlossenen Kontakt 82 Spannung bekommt und wieder rechtsherum anlaufen kann. Beim Überschreiten 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 U 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 95 vom Kontakt 94 abhebt und jeglichen Stromfluß zum Motor 68 unterbindet.

Für den Fall, daß aus der Vollaststellung der beiden AHoaclrlannAn u/aHai- Vrtllact. nrvh Toill»vtk««»^ok

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 Fig.6 beide Abgasklappen in die Ruhestellung zurückdreht da die Kontakte 82 und 94/95 geschlossen werden. Somit wird der Motor über die Leitungen 97,93,90 und 69 in die Stellung 104 gedreht, bis beide Abgasklappen geschlossen sind und der Nocken 87 das Kontaktstück 95 vom Kontakt 94 abhebt Hat der Brenner nur in Teillast 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 102 (siehe Fig.6). Der Motor läuft rechtsherum an, da die Kontakte 82 und 94/95 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

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   t. Steuereinrichtung for eine Abgassperre einer Feuerstätte mit im Abgaskanal angeordneten und über ein Getriebe durch einen einzigen Motor schwenkbaren AbgaskJappen, die bei Fehlen eines Wärmeanforderungssignals ihre Schließstellung und bei Wärmeanforderung eine vom Luftbedarf der Feuerstätte abhängige Öffnungsstellung einnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassperre (22) zwei konzentrisch zueinander angeordnete und um eine gemeinsame Drehachse (26) schwenkbare Abgasklappen (23,24) aufweist, deren eine bei Teillast ihre Öffnungsstellung einnimmt und die beide zusammen bei Vollast ihre Öffnungsstellungen einnehmen, und daß das Getriebe (27) als Schaltgetriebe vorgesehen ist, dessen mit dem Motor (25) verbundene Antriebswelle (30) bei Fehlen einer Wärmeanforderung und bei TeiBast-Wärmeanforderung mit der einen Abgasklappe (23) und bei Vollast-Wärmeanforderung mit der anderen Abgasklappe (24) in Verbindung steht
2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Drehachse (26) der Abgasklappen (23, 24) eine mit einem ersten Zahnrad (46) des Schaltgetriebes (27) verbundene Innenwelle (41) und eine mit einem zweiten Zahnrad (4S) verbundene Außenhalse (42) aufweist und daß ein mit der Antriebswelle (30) verbundenes Zahnrad (32) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von einem Kurvenscheibengetriebe (35) axial verschiebbar und damit mit dem ersten oder zweiten Zahnrad (46,45) in Eingriff bringbar ist
3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mn den Abgasklappen (23,24) Nückenscheiben (47,48) verbunden sind, die elektrische Kontakte (49, 50) aufweisen zur Steuerung des Motors (25) sowie von Brennstoffventilen (6,7) für Vollast und Teillast