DE2938786C3 - Mit Wechselspannung gespeister Flammenwächter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Wechselspannung gespeisten Flammenwächter für Feuerungsautomaten zur Überwachung von öl- oder Gasbrennern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 27 04 971 ist es bekannt, zur Flammenüberwachung verwendete UV-Röhren aus Sicherheitsgründen während der Betriebspausen eines Brenners an eine höhere Spannung zu legen als während der Zeit, in der eine Flamme angezeigt werden muß. Die für beide Zustände an der UV-Röhre geforderte Spannung ist meist höher als die speisende Netz-Wechselspannung von beispielsweise 220 V. Es sind daher in des bisher bekannten Schaltungen zur Erzeugung der gewünschten Spannungen Transformatoren mit entsprechenden Anzapfungen verwendet worden.

Solche Schaltungen beanspruchen ein großes Volumen, da die am Netz betriebenen Transformatoren im Hinblick auf die geforderte Stoßspannungsfestigkeit genügend groß bemessen sein müssen. Werden die Transformatoren zur Einsparung der Abgriffe mit einem überbrückbaren Vorwiderstand ausgerüstet, so entsteht an diesem eine relativ große Wirkspannung, die zu unerwünschten Temperaturerhöhungen führen kann.

Da ferner zur Erkennung eines Kurzschlusses im Fühlerkreis die Schaltung nur mit Wechselspannung betrieben werden darf, sind zur Einsparung eines Transformators bekannte Spannungsverdopplerschaltungen mit Kondensator und Dioden nicht zulässig.

Dem derzeitigen Stand der Technik entsprechend sind die meisten der mit UV-Röhren betriebenen Flammenwächer auch für den Aschluß von Ionisationsfühlern vorgesehen. Da letztere aber nur gegen Erde betrieben werden können, denn die Brennerrohre sind immer geerdet, wurden meist gesonderte Klemmen für den wahlweisen Anschluß der entsprechenden Fühlerart vorgesehen. Falls aus platzlichen Gründen die Forderung gestellt ist, beide Fühlertypen an die gleichen Anschlußklemmen anzuschließen, dann muß auch der UV-Röhren-Anschluß einseitig geerdet sein. Dies war bisher nur mit Geräten möglich, die einen Transformator aufweisen oder mit Spannungsteilern mit großer Verlustwärme arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für einen Flammenwächter anzugeben, an der mit kleinem Aufwand, bei geringer Wärmeentwicklung und auf kleinem Raum eine gegenüber der Netzspannung in zwei Stufen erhöhte Spannung für den Fühlerkreis abgegriffen werden kann und bei der über das gleiche Klemmenpaar entweder eine UV-Röhre oder ein lonisationsfühler anschließbar ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In

dieser bedeuten die beiden Figuren 1 und 2 je ein Schaltschema eines Flammenwächters. Soweit es sich um gleiche Teile handelt, sind in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet Vorerst wird das Schaltschema nach der F i g 1 beschrieben:

An zwei Anschlußklemmen 1 und 2 wirkt die speisende Wechselspannung, im folgenden Spannung Un genannt, an welche über einen Schalter 3 ein Reihenschwingkreis angeschlossen ist, bestehend aus der Reihenschaltung einer Drossel 4 als induktive Last, einem Kondensator 5 als kapazitive Last und einem ersten Widerstand 6 als Wirklast. Der Schalter 3 überbrückt in der gezeichneten, geschlossenen Stellung einen zweiten Widerstand 7, der bei offenem Schalter 3 ebenfalls mit in den Reihenschwingkreis geschaltet ist, gleichzeitig aber als Teil eines weiter unten beschriebenen Spannungsteilers den Reihenschwingkreis 4, 5, 6 über einen Abgriff 7a an eine dann reduzierte Spannung i/folegt.

Zum Flammenwächter gehört eine UV-Röhre 8, die mit einer Diode 9 in Reihe geschaltet als gemeinsames Bauteil einen Flammenfühler 10 bildet Eine über dem Flammenfühler 10 wirkende Speisespannung, im folgenden Fühlerspannung Uf benannt, wird als Teilspannung des Reihenschwingkreises an diesem abgegriffen, und zwar zur Hauptsache über der kapazitiven Last, das heißt über dem Kondensator 5. Im beschriebenen Beispiel erfolgt der Abgriff über dem Kondensator 5 und dem Widerstand 6, weil dies schaltungstechnisch zweckmäßig ist Dazu ist die eine Zuleitung 11 zum Flammenfühler 10 mit der Klemme 2 verbunden, während eine zweite Zuleitung 12 zu einer Klemme 13 führt. Die Klemme 13 ist über die Reihenschaltung eines Kondensators 14 und eines Widerstandes 15 mit einem Verbindungspunkt 16 zwischen der Drossel 4 und dem Kondensator 5 des Reihenschwingkreises verbunden. Der Widerstand 15 dient als Strombegrenzer und der Kondensator 14 zur Gleichstromabtrennung.

Parallel zum Flammenfühler 10 sind in Reihe ein Widerstand 17 und ein Kondensator 18 geschaltet Der Ladezustand des Kondensators 18 beeinflußt einen Verstärker 19. Ein Eingang 20 des Verstärkers 19 wird mit einer am Reihenschwingkreis abgegriffenen Spannung so vorgespannt, daß ein vom Verstärker 19 gesteuertes Flammenrelais 21 vorerst nicht erregt ist. Zu diesem Zweck führt ein Abgriff 22 an der Verbindung zwischen dem Kondensator 5 und dem Widerstand 6 des Reihenschwingkreises über die Reihenschaltung eines Widerstandes 23 und einer ersten Diode 24 zum Verstärkereingang 20. Die Verbindung der Diode 24 mit dem Widerstand 23 ist ferner mit einer der ersten Diode 24 entgegengesetzt gepolten zweiten Diode 25 an den Verbindungspunkt zwischen dem dem Flammenfühler Ί0 parallel geschalteten Kondensator 18 und dem Widerstand 17 angeschlossen. Die beiden Dioden 24 und 25 entkoppeln so den Verstärker-Eingang 20 von der Überwachungsschaltung.

Die Speisung des Verstärkers 19 erfolgt ebenfalls von der Spannung Un aus. Er bildet mit seinen zwei Speiseleitungen 26 und 27, zusammen mit einer Diode 28, einem Widerstand 29 und dem Widerstand -7, die alle in Reihe zwischen die Anschlußklemmen 1 und 2 geschaltet sind, einen Spannungsteiler 7, 29, 28, 19, an dem der Abgriff 7a für die reduzierte Spannung Ur, abgreifbar ist. Dabei ist die Speiseleitung 26 mit der Anschlußklemme 2 verbunden.

Weil die Zuleitung 11 des Flammenfühlers 10 mit der Klemme 2. das heißt mit dem Nulleiter der NetzsDan-

nung, und daher mit einer Erdleitung verbunden ist, kann cn Stelle des Flammenfühlers 10 mit der UV-Röhre 8 auch ein lonisationsfühler 30 an die gleichen Klemmen 13 und 2 angeschlossen werden.

Der Flammenwächter nach der F i g. 1 arbeitet wie folgt: Im spannungslosen Zustand sowie in den Betriebspausen und während des Anlaufprogrammes befindet sich der Schalter 3 in der gezeichneten Stellung. Sobald die Spannung Un angelegt wird, auch wenn noch kein Befehl für einen Brennerstart gegegeben ist, überwacht der Flammenwächter dauernd, ob keine Flamme vorhanden ist (Fremdlichttest) und ob die UV-Röhre 8 nicht zündet (Röhrentest). Der Reihenschwingkreis, bestehend aus der Drossel 4, dem Kondensator 5 und dem Widerstand 6 liegt während dieser Zeit direkt an der Spannung Un. Der Reihenschwingkreis ist so bemessen, daß dessen Resonanzfrequenz etwas höher ist als die Frequenz der Spannung Un In diesem Zustand, in dem noch keine Flamme vorhanden sein darf, kann am Vei sindungspunkt 16 eine Spannung gegenüber der Klemme 2 abgegriffen werden, welche die Fühlerspannung Uf um einiges höher werden läßt als die Spannung Un. Die Wirkspannung über dem Widerstand 6 ist dabei relativ kleir. und damit auch die am Widerstand 6 entstehende Wärmeentwicklung.

Bei funktionstüchtigem Flammenfühler und unter der Voraussetzung, daß keine Flamme vorhanden ist, kann die Fühlerspannung Uf keinen Stromfluß durch die UV-Röhre 8 bzw. durch den lonisationsfühler 30 erzeugen. Am Kondensator 18 liegt dann eine Wechselspannung an und ein vom Abgriff 22 über den Widerstand 23 und die Diode 24 zum Eingang 20 fließender Strom bewirkt, daß das Flammenrelais 21 abgefallen bleibt das heißt, es befindet sich in seinem Zustand »keine Flamme«. Dies ist der Ausgangszustand des Flammenwächters, der allein einen Brennerstart ermöglicht

Nach einem Brenner-Startbefehl wird am Ende des Anlaufprogrammes, das heißt am Ende der Vorlüftzeit, der Schalter 3 betätigt, der einerseits dazu dient die Eigenschaften des Reihenschwingkreises 4, 5, 6 so zu beeinflussen, daß sich die Fühlerspannung Uf in der Betriebsstellung gegenüber dem Sppnnungswert während der Befriebspausen und dem Anlaufprogramm verändert, das heißt verkleinert Andererseits gibt der Schalter 3 mit seinem Umschaltkontakt den Befehl zur Brennstoff-Freigabe weiter.

Mit dem Öffnen des Schalters 3 ergeben sich verschiedene Einflüsse:

a) der Widerstand 7 wird zusätzlich in den Reihenschwingkreis 4, 5, 6 geschaltet, was dessen Wirkwiderstand und damit dessen Bandbreite verändert

b) Wird der Widerstand 7 einzig zum Spannungsteiler 7, 29, 28, 19 gehörend betrachtet, dann erfolgt eine Änderung der am Reihenschwingkreis 4, 5, 6 wirkenden Spannung Ur„ denn diese ist jetzt durch den Abgriff Ta als Teilspännüng am Spannungsteiler 7, 29, 28, 19 abgegriffen. Ste ist durch das Verhältnis der Größe des Widerstandes 7 zum Widerstand des restlichen Spannungsteilers 29, 28, 19 einstellbar

c) die Diode 28 im Spannungsteiler 7, 29, 28, 19, der nun den Reihenschwingkreis 4,5,6 speist, bewirkt durch eine geringe Gleichstromüberlagerung eine Gleichstromvormagnetisiening der Drossel 4. Dies

bedeutet eine leichte Induktivitätsänderung und damit eine Änderung der Resonanzfrequenz.

Dem Flammenfühler 10 obliegt nun die Aufgabe, trotz der durch die beschriebenen Einflüsse a), b) und c) reduzierten Fühlerspannung LV eine inzwischen entstandene Flamme anzuzeigen. Durch den entstehenden Fühler-Halbwellenstrom wird der Wechselspannung am Kondensator 18 eine negative Gleichspannung überlagert. Der dem Verstärker-Eingang 20 über den Widerstand 23 und die Dode 24 bisher zugeflossene Strom wird entzogen und das Flammenrelais 21 zieht an.

Die Drossel 4 ist so ausgelegt, daß sie in der Sättigung arbeitet. Sie wirkt dann ausgleichend auf Schwankungen der Spannungen Us und außerdem wird dadurch die Kurvenform der Fühlerspannung Ur etwa halbkreisförmig. Gegenüber einem sinusförmigen Kurvenverlauf bedeutet dies, daß die Zündspannung der UV-Röhre früher und deren Löschspanniing später erreicht wird, so daß die Spannungszeitfläche und damit der Mittelwert des Stromes durch den Fühler größer wird.

Das beschriebene Zuschalten des Widerstandes 7 in der Betriebsstellung bewirkt zusätzlich während des F.inschwingvorganges, wenn der Schwingkreis neben der aufgedrückten erzwungenen Schwingung noch eine Eigenschwingung im Rhythmus der Eigenfrequenz ausführt, eine erwünschte große Dämpfung, die den Einschwingvorgang sehr rasch abklingen läßt.

Im Beispiel der F i g. 2 sind, wie nachfolgend beschrieben. die Verstärker-Speisespannungs-A.r: Schlüsse und der Reihenschwingkreis anders geschaltet als bei der Fig. I. Die übrige Schaltung bleibt sich gleich.

Die Speisung des Verstärkers 19 ist über einem Graei/gleichrichter 31 abgegriffen, der durch den Speisestrom des Verstärkers 19 belastet, als Wirkwiderstand des Reihenschwingkreises 33, 32, 31 dient. Dazu sind die Speiseleitungen 26 und 27 mit den Gleichstromausgängen des Graetzgleichrichters 31 verbunden. Dessen Wechselstromanschlüsse bilden zusammen mit einem Kondensator 32 und einer Drossel 33 wiederum den Reihenschwingkreis, an dem gleich wie in der F i g. 1 an einer Verbindung 34 die Speisung für die Fühlerspannung LV abgegriffen ist. Die Impedanz des Kondensators 32 und der Drossel 33 des Reihenschwingkreises v. irken in dieser Anordnung gleichzeitig als Vorwiderstand für die Verstärkerspeisung.

Aus schaltungstechnischen Gründen besteht bei Feuerungsautomat:-! die Forderung, daß das Flammenrelais bei einem Netzausfall oder einer allmählichen Spannungsabsenkung verzögert abfällt und damit keine Störauslösung, sondern nach dem Wiederkehren der Spannung ein normaler Neustart erfolgt Dazu dient ein dem Flammenrelais 21 parallel geschalteter, in den Figuren nicht dargestellter Kondensator, der sich beim Ausfall der Spannung über das Flammenrelais 21 entlädt. Beim Einschalten muß sich der Kondensator rasch wieder aufladen, wozu bei Betrieb mit Vollwegeieichrichtung ein Vorwiderstand größer gewählt werden kann als bei Halbweggleichrichtung. Dies bedeutet eine kleinere Verlustwärmeentwicklung. Die Impedanz des als Vorwiderstand dienenden Kondensators 32 und der Drossel 33 kann daher größer gewählt werden als bei Betrieb mit Einweggleichrichtun^.

Zur Vorspannung des Verstärkers 19, wie dies für die F i g. 1 beschrieben wurde, dient im Beispiel der F i g. 2 die Reihenschaltung eines Kondensators 35 und eines Widerstandes 36, die einerseits an einer Verbindung 37 zwischen dem Kondensator 32 und dem Graetzgleichrichter 31 und andererseits an die negative Speiseleitung 26 angeschlossen sind. Der Abgriff 22 erfolgt zwischen dem Kondensator 35 und dem Widerstand 36.

Parallel zum geschlossenen Schalter 3 befindet sich im Gegensatz zur Fig. 1 nicht nur der Widerstand 7, sondern die Reihenschaltung eines Widerstandes 38 mit einem Kondensator 39.

Ferner sind parallel zum Reihenschwingkreis, der aus der Drossel 33, dem Kondensator 32 und dem mit der Speisung des Verstärkers 19 belasteten Graetzgleichrichter 31 besteht, in einer weiteren Reihenschaltung eine Diode 40, ein Heizwiderstand 41 des hier weiter nicht beschriebenen thermischen Programmzeitgebers und ein zusätzlicher Schalter 42 angeordnet. Der Schalter 42 ist zusammen mit dem Schalter 3 und allenfalls weiteren Kontaktstellen je ein Kontaktsatz eines im Programmablauf des Feuerungsautomaten betätigten Relais 43. Der Schalter 42 schließt, sobald der Schalter 3 umschaltet, und überwacht die ordnungsgemäße Umschaltung der Fühlerspannung Uf auf den während der Betriebsstellung kleineren Wert, indem der Heizwiderstand 41 gleichzeitig der Testung des Kondensators 39 dient. Im Falle eines Kurzschlusses des Kondensators 39 fließt am Ende des Anlaufprogrammes, al«O zu Beginn der Betriebsstellung, nicht nur der kurzzeitige, exponentiell abklingende Ladestrom des Kondensators 39, sondern es fließt ein Dauerstrom, der den Heizwiderstand 41 und damit den thermischen Programmzeitgeber bis zur Störauslösung aufheizt. Eine Unterbrechung im Kondensator 39 oder dem Widerstand 38 bewirkt beim Umschalten des Schalters 3. daß der ganze Fühlerkreis nicht mehr an Spannung liegt und dadurch mangels Flammenmeldung eine Störabschaltung erfolgt. Die Schaltung ist dadurch eigensicher.

Das Zuschalten des Kondensators 39 in den Reihenschwingkreis 33, 32, 31 verändert dessen kapazitiven Anteil und damit dessen Resonanzfrequenz, was wiederum zur gewünschten Verringerung der Fühlerspannung L/fführt.

Der m^;t dem Kondensator 39 in Reihe geschaltete Widerstand 38 dient lediglich als Schutzwiderstand für • die Kontakte des Schalters 3 gegen den Entladestrom des Kondensators 39 beim Schließen der Kontakte. Der Widerstand 38 ist relativ niederohmig und daher in seiner Wirkung auf den Reihenschwingkreis 33, 32, 31 ohne Bedeutung.

Die beschriebenen Schaltungen ermöglichen, die Resonanzfrequenz des verwendeten Reihenschwingkreises so zu wählen, daß der Schwingkreis bei der Frequenz der Spannung Un. also der Netzfrequenz, kapazitiv ist Die Induktivität ist dabei so gewählt daß S5 die Spannung an der Drossel 4 bzw. 33 so gering gehalten ist, daß sich an deren Spule keine Isolationsprobleme ergeben und die Spule billig herstellbar ist während die für den Betrieb der UV-Röhre 8 gewünschte hohe Spannung hauptsächlich über dem «i Kondensator 5 bzw. 32 abgreifbar ist

Der Reihenschwingkreis wird im Gegensatz zu üblichen Saugkreisen mit einer großen Bandbreite betrieben. Man erhält so einen flachen Verlauf der Spannungskurven, in Funktion der Frequenz, und deren r-5 Scheitel für die Resonanzfrequenz der kapazitiven und induktiven Last rücken weiter auseinander. Das Spannungsmaximum über dem Kondensator 5 bzw. 32 kann dann nahe der Betriebsfrequenz gewählt werden,

wobei die Spannung über der Induktivität kleiner ist als bei einem Schwingkreis kleinerer Bandbreite. Dank dem flachen Kurvenverlauf kann die gleich bemessene Schaltung sowohl für 50 als auch 60 Hz-Netze verwendet werden, ohne daß sich unzulässige Spannun^sänderungen der Fühlerspannung Uf ergeben.

Im Einschwingvorgang, wenn der Schwinkreis neben der Netzfrequenz noch eine Eigenschwingung im Rhythmus der Eigenfrequenz ausführt, ergeben sich etwas größere Amplituden. Weil der Schwingkreis aber so bemessen ist. daß seine Eigenfrequenz nur wenig

oberhalb der Betriebsfrequenzen liegt, vergrößern sich die Amplituden der Hüllkurve nur geringfügig, und dieser Zustand klingt dank der großen Bandbreite und der dadurch bedingten großen Dämpfung sehr rasch ab. Die beschriebenen Schaltungen sind aber auch eigensicher, denn Unterbrechungen werden aufgrund der Reihenschaltung erkannt, und bei einem Kurzschluß eines Bauteils ist keine ausreichende Spannung an der UV-Röhre 8 mehr vorhanden, so daß diese nicht leitend werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mit Wechselspannung gespeister Flammenwächter für Feuerungsautomaten zur Überwachung von öl- oder Gasbrennern mit einem Flammenfühler, der wahlweise eine UV-Röbre oder ein Ionisationsfühler sein kann, einem Verstärker und einem Flammenrelais, wobei am Flammenfühler während der flammenlosen Betriebspausen und während des Anlaufprogrammes des Feuerungsautomaten eine gegenüber der speisenden Wechselspannung sowie gegenüber der Spannung im Betrieb, d.h. bei vorhandener Flamme, erhöhte Fühlerspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß an der speisenden Wechselspannung (Un) ein Reihenschwingkreis (4,5,6; 33,32,31) mit einer induktiven Last (4; 33), einer kapazitiven Last (5;_22) und einer Wirklast (6; 31) angeschlossen ist, daß ufe Fühlerspannung (Uf) des Flammenfühlers (10; 30) als Teilspannung des Reihenschwingkreises (4, 5, 6; 33, 32, 31) abgegriffen ist, und daß Mittel (3, 7, 29, 28, 19; 3, 39) vorgesehen sind zur Beeinflussung der Eigenschaften des Reihenschwingkreises zwecks Verminderung der während der Betriebspausen und des Anlaufprogramms erhöhten Fühlerspannung (Uf)

2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerspannung (Uf) als Teilspanming zur Hauptsache über der kapazitiven Last (5; 32) abgegriffen ist

3. Flammenwächter nadi Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises (4, 5, ·>; 33, 32, 31) in den Betriebspausen etwas höher liegt als die Frequenz der speisenden Wechselspannung (Un)

4. Rammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Verminderung der Fühlerspannung (Uf) ein zuschaltbarer Widerstand (7) ist, der die Wirklast (6) und damit die Bandbreite des Reihenschwingkreises (4, 5,6) verändert

5. Flammenwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zuschaltbare Widerstand (7) gleichzeitig ein Widerstand eines Spannungsteilers (7,29,28,19) zur Speisung des Verstärkers (19) ist, der durch einen Abgriff (Ja) die am Reihenschwingkreis (4, 5, 6) wirkende Spannung (Urs) veränderbar macht, wobei durch Wahl der Größe des Widerstandes (7) im Verhältnis zum Widerstand des restlichen Spannungsteilers (29,28,19) die Größe der Änderung der Spannung ft/«^ einstellbar ist.

6. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Fühlerspannung (Uf) die Resonanzfrequenz veränderbar ist.

7. Flammenwächter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Resonanzfrequenz die Größe der Induktivität der induktiven Last (33) veränderbar ist

8. Flammenwächter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Induktivität durch Gleichstromvormagnetisierung einer Drossel (33) als induktiver Last erfolgt.

9. Flammenwächter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Resonanzfrequenz die Größe der kapazitiven Last (39, 32) veränderbar ist.

10, Flammenwächter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirklast eine Gleichrichterbrücke (31) ist mit Anschlüssen (26, 27) zur Speisung des Verstärkers (19) und daß die Impedanz einer Drossel (33) als induktive Last und die eines Kondensators (32) als kapazitive Last gleichzeitig als Vor.viderstand für die Verstärkerspeisung (31,27,26) dienen.