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Brennervorr i chtung
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Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung für Öfen mit mindestens
einem Düsenstein, der eine Öffnung besitzt, auf deren dem Ofenraum abgewandten Ende
sich die Brennerlanze der Brennervorrichtung befindet, insbesondere Brennervorrichtung
für Glasschmelzöfen mit wechselseitiger Befeuerung und Vorwärmung der Verbrennungsluft.
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Brennervorrichtungen dieser Art werden häufig bei Glasschmelzöfen
eingesetzt, die nach dem bekannten Siemens-Martin-Prinzip mit einer wechselseitigen
Befeuerung und einer Vorwärmung der Verbrennungsluft arbeiten.
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(sogenanntes Regenerativsystem). Zum besseren Verständis sei auf die
Zeichnung verwiesen, die in Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung eines Glasschmelzofens
nach dem Siemens-Martin-Prinzip und in Fig. 2 eine Detaildarstellung eines bekannten
Brenners zeigt.
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Zur Befeuerung eines Glasschmelzofens 1 sind mindestens zwei Brenner
4 und 6 vorgesehen, von denen sich jeweils nur einer in Betrieb befindet. Überwiegend
werden Ölbrenner eingesetzt, wobei die Zerstäubung des Öles durch Druckluft mit
einem Druck von etwa 2 bis 3 bar erfolgt. In der Darstellung gemäß Figur 1 ist der
linke Brenner 4 in Betrieb, der eine Brennerflamme 14 zur Erhitzung des Ofenraumes
16 erzeugt, während der rechte Brenner 6 abgeschaltet ist.
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In der gezeigten Betriebsstellung wird die Verbrennungsluft 8 in
einer linken Vouiärmkammer 18 erwärmt und durch einen Luftschacht 12 in den Ofenraum
16 geführt, so daß sich die Brennerflamme 14 zur Erhitzung des Glasbades 2 ausbilden
kann. Auf der rechten Seite des Glasschmelzofens 1 werden die Abgase 10 durch die
rechte Vorwärmkammer 18 geleitet, welche einen Teil der in den Abgasen 10 enthaltenen
Wärmeenergie speichert.
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Wenn dann in einem späteren Betriebszustand der rechte Brenner 6 eingeschaltet
wird und der linke Brenner 4 außer Betrieb ist, kann sich die dann durch die rechte
Vorwärmkammer zugeführte Verbrennungsluft in gewünschter Weise erwärmen.
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Die Abgase 10 werden schließlich über einen Schornstein 22 abgeleitet,
wobei durch zwei wechselseitig betätigte Abgasklappen 20 dafür gesorgt ist, daß
die aus der rechten bzw. linken Vorwärmkammer 18 kommenden Abgase zum Schornstein
22 gelangen können. Die Luftzufuhr erfolgt durch einen Luftventilator 26, und durch
eine Wechselklappe 24 ist gewährleistet, daß die Luft einmal zur linken (wie in
Figur 1 gezeigt) und einmal zur rechten Vorwärmkammer 18 gelangt.
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Die soweit bekannte Anlage hat sich in der Praxis zwar als wirkungsvoll
erwiesen, jedoch sind unter dem Gesichtspunkt des Energieverbrauchs einige gravierende
Nachteile festzustellen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Temperaturen in dem
Ofenraum 16 mit 16000C sehr hoch liegen. Die Temperatur der Brennerflamme 14 beträgt
sogar etwa 1800°C, während die Verbrennungsluft 8 eine Temperatur von ca. 1000 bis
12000C besitzt.
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Bei diesen Temperaturen wird der in der Detaildarstellung in Figur
2 zu erkennende Düsenstein 28 glühend, und deshalb ist es zum Schutz des Brenners
4 bzw. der Brennerlanze 5 erforderlich, die Öffnung 30 in dem Düsenstein 28 im Vergleich
zur vorderen Spitze der Brennerlanze 5 relativ groß auszubilden. Der Grund hierfür
ist die Ausnutzung der Abgaswärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft auf direktem
Berührungswege beim Regenerativsystem.
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Es wurde schon erwähnt, daß die Zerstäubung des Öles des Brenners
4 durch Druckluft erfolgt, und durch die Injektorwirkung des Druckluft-Ölstrahles
wird nun in nachteiliger Weise durch den offenen Düsenstein 28 atmosphärische Falschluft
in den Ofenraum 16 eingesaugt. Diese Falschluft ist im Vergleich zu den zuvor erwähnten
Temperaturen kalt. Sie führt zu einem erhöhten spezifischen Energieverbrauch. Nur
der Sauerstoff geht in die Verbrennung ein, der Stickstoff muß aufgewärmt werden
und geht als Ballast durch den Ofen, gibt allerdings einen Teil der aufgenommenem
Wärme in der Regenerativkammer zur Luftvorwärmung wieder ab.
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In Figur 1 ist der rechte Brenner 6 außer Betrieb, und dieser Brenner
muß in bekannter Weise nach seinem Abschalten durch Druckluft gekühlt werden, damit
er nach einer bestimmten Zeitdauer wieder in Betrieb genommen werden kann, so daß
dann der linke Brenner 4 seinerseits gekühlt wird.
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Die auf der abziehenden Seite des Glasschmelzofens zur Kühlung vorgesehene
Druckluft strömt aber ebenfalls als Falschluft in den Ofenraum 16. Weiterhin wird
auf der abziehenden - nicht brennenden - Seite des Ofenraumes 16 infolge der Injektorwirkung
durch die zur Kühlung des Brenners 6 benötigte Druckluft atmosphärische Falschluft
in den Ofenraum 16 eingesaugt. Sowohl die zur Kühlung dienende Luft als auch die
eingesaugte Falschluft sind kalt und bewirken - wie zuvor
schon
anhand der beim im Betrieb befiiidlichen Brenner 4 eingesaugten Falschluft - einen
erhöhten spezifischen Energieverbrauch durch Abkühlen des Abgases.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennervorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Ansaugen der unter dem Gesichtspunkt
der Energiebilanz so nachteiligen Falschluft verhindert ist, um somit letztlich
eine Energieeinsparung zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der im Oberbegriff des Anspruchs
1 vorausgesetzten Brennervorrichtung vorgesehen, daß die Brennerlanze verschiebbar
angeordnet ist und daß der durch die öffnung des Düsensteines vom Ofenraum nach
außen gebildete Durchlaß verschließbar ausgebildet ist.
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Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, den abgeschalteten
Brenner auf der Abgasseite auszufahren (von dem Düsenstein weg) und die zum Ofenraum
führende Öffnung dicht abzuschließen. Die Brennerlanze steht dann außen vor der
geschlossenen Öffnung, so daß die Brennerlanze nicht mehr wie bisher mit Druckluft
gekühlt zu werden braucht. Dadurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß durch
Fortfall der als Kühlluft verwendeten Druckluft auch keine Falschluft in den Ofenraum
eingesaugt wird, was zu einer beachtlichen Energieeinsparung führt. Da der Ofenraum
bei der Erfindung auf seiner Abgas seite nach außen hin abgeschlossen ist, kann
auch keine Wärme aus dem Ofenraum austreten, Als weitere Folge ergibt sich bei der
Erfindung der Vorteil, daß die sogenannten Standzeiten - die Zeiten, in denen die
Brenner abwechselnd in Betrieb sind - erheblich verlängert sind. Damit stehen auch
längere Reinigungsintervalle für die Brennerdüsen zur Verfügung.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung, ist außen-vor dem Düsenstein
ein feuerfester Gegenstein angeordnet, und dieser Gegenstein besitzt eine Bohrung,
die mit der Öffnung in dem Düsenstein fluchtet, wobei die Brennerlanze in die Bohrung
des Gegensteines ein-und ausfahrbar ist. Um einen dichten Abschluß des Gegensteines
zum Düsenstein zu gewährleisten, und um trotzdem eine Winkelverstellung der Brennerlanze
zu ermöglichen, ist der Gegenstein konvex und der Düsenstein konkav geformt. Gemäß
einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist innen Vor der Bohrung des Gegensteines
eine Klappe angeordnet, durch die der Ofenraum auf der Abgasseite verschließbar
ist. Die Klappe kann durch die Brennerlanze selbst betätigt werden, so daß sie bei
in die Bohrung eingefahrener Brennerlanze in der Offenstellung und bei ausgefahrener
Brennerlanze in der Schließstellung ist.
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Die bei der Erfindung ermöglichte Verschiebbarkeit der Brennerlanze
wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch erzielt, daß die Brennerlanze
auf einem Brennerschlitten hin- und herbewegbar angeordnet ist.
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In Zusammenhang mit dem Ein- und Ausfahren der Brennerlanze läßt sich
auch das Ein- und Ausschalten des Brenners überwachen. Zu diesem Zweck sind ein
Endschalter zum Schließen und öffnen eines Luftventils und ein Endschalter zum Schließen
und Öffnen eines Ölventils vorgesehen, wobei beide Schalter in Abhängigkeit der
örtlichen Lage der Brennerlanze durch diese betätigt werden können.
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Um zu verhindern, daß auf der Brennerstillstandseite (Abgasseite)
nach dem Abschalten des Brenners kein heißes Öl aus der Brennerlanze austropfen
kann, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Öl aus der
Brennerlanze abgesaugt, wenn der Brenner abgeschaltet worden ist. Nach dem Regenerativwechsel
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also nach dem Einschalten des abgekühlten Brenners -und nach dem Einfahren des Brenners
in den Düsenstein wird das abgesaugte Öl wieder in die Brennerlanze gedrückt.
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Andere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis anhand der
Zeichnung beispielhaft erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine schematische Prinzipdarstellung eines bekannten
Glasschmelzofens nach dem Siemens-Martin-Prinzip, Figur 2 eine Detaildarstellung
eines bekannten Brenners, Figur 3 eine schematische Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung
der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Brennervorrichtung, Figur 4 eine Querschnittsansicht
eines Gegensteines, und Figur 5 die Prinzipdarstellung eines auf einem Brennerschlitten
verschiebbaren Brenners.
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Die zum Stand der Technik gehörenden Figuren 1 und 2 wurden bereits
oben ausführlich beschrieben, so daß eine weitere Erläuterung des dort gezeigten
bekannten Glasschmelzofens bzw. des bekannten Brenners nicht erforderlich ist. Für
die folgende Darstellung der Erfindung
ist Figur 1 allerdings
insofern von Interesse, als daß die neuen Brennervorrichtungen gemäß Figur 3 beispielsweise
für den bekannten Glasschmelzofen 1 in Figur 1 vorgesehen werden können.
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In der schematischen Darstellung gemäß Figur 3 befindet sich der
links angeordnete Brenner 4 in Betrieb (Feuerseite), während der rechte Brenner
6 außer Betrieb ist (Abgasseite) und gekühlt wird.
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Vor den Düsensteinen 28 und 29 befindet sich jeweils ein Gegenstein
25 bzw. 27. Die Düsensteine 28, 29 sowie die Gegensteine 25 und 27 sind dicht abschliessend
zueinander angeordnet, wobei die Gegensteine 25, 27 konvex und die Düsensteine 28,
29 entsprechend konkav ausgebildet sind, so daß eine Winkelverstellung der Gegensteine
25, 27 bzw. der Brennerlanzen 5, 7 möglich ist.
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Die Gegensteine 25 und 27 besitzen eine Bohrung 37, die mit der jeweiligen
Öffnung 30, 31 der Düsensteine 28, 29 fluchten muß.
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Durch die beiden Doppelpfeile 41 ist angedeutet, daß die jeweilige
Brennerlanze 5 bzw. 7 des zugehörigen Brenners 4 bzw. 6 in die Bohrung 37 einfahrbar
bzw. aus dieser Bohrung ausfahrbar ist. In der zeichnerischen Darstellung ist die
Brennerlanze 5 in die Bohrung 37 des Gegensteines 25 eingefahren, so daß sich die
Brennerflamme 14 ausbilden kann. über eine Luftzufuhr 36 und eine Ölleitung 38 wird
der Betrieb des Brenners 4 aufrechterhalten. Der andere Brenner 6 mit der Brennerlanze
7 befindet sich in der ausgefahrenen Stellung, und gleichzeitig ist die Bohrung
37 außen durch eine Klappe 33 auf der Abgasseite des Schmelzofens verschlossen.
Es kann also keine Wärme aus dem Ofenraum nach außen dringen, und außerdem ist es
nicht erforderlich, die Brennerlanze 7 durch Druckluft zu kühlen.
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Die entsprechende Klappe 32 auf der Feuerseite ist bei in die Bohrung
37 eingefahrener. Brennerlanze 5 natürlich geöffnet, wobei durch den Doppelpfeil
34 angedeutet ist, daß die Klappe 32 bzw. 33 einmal die Offen-und einmal die Schließstellung
einnehmen kann.
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Zum Ein- und Ausfahren der beiden. Brenner 4, 6 bzw. der Brennerlanzen
5, 7 sind je ein Antriebszylinder 46 und 47 mit je einem Kolben 48 und 49 vorgesehen.
Zum Einfahren des Brenners 4 wird über ein 3-Wege-Ventil 51 Druckluft in den Antriebszylinder
46 gedrückt, so daß sich der Brennerkolben 48 nach oben (bzw. nach vorne) bewegt.
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Die dabei oberhalb des Brennerkolbens 48 verdrängte Druckluft wird
durch ein Rückschlag-Drosselventil und das 3-Wege-Ventil 50 abgeführt.
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Wenn umgekehrt der Brenner ausgefahren werden soll - vgl. den rechten
Brenner 6 -, wird über ein 3-Wege-Ventil Druckluft in den Antriebszylinder 47 oberhalb
des Brennerkolbens 49 gedrückt, so daß sich der Brennerkolben 49 nach unten (bzw.
nach hinten) bewegt. Dabei kann über das 3-Wege-Ventil 53 die Druckluft aus dem
Antriebszylinder abfließen.
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Die Versorgung der Brenner 4, 6 erfolgt über die Luftzufuhr 36 sowie
über. eine gemeinsame Ölzufuhr 40. Über zwei Magnetventile 42 und 44 kann das Öl
über die Ölleitungen 38 zu den Brennern 4 und 6 fließen, wobei in Figur 3 das Magnetventil
42 geöffnet und das andere Magnetventil 44 geschlossen ist. Wie weiter unten noch
erläutert wird, erfolgt die Betätigung der Magnetventile 42 und 44 sowie die Steuerung
der Luftzufuhr 36 über besondere Schalter, durch die die Bewegung zum Ein- bzw.
Ausfahren der Brennerlanze 5-, 7 in Funktion gesetzt wird.
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Um zu verhindern, daß heißes Öl aus der Brennerlanze 5 bzw. 7 tropft,
wenn die Brennerlanze - beispielsweise in Figur 3 die rechte Brennerlanze 7 - ausgefahren
wird, ist bei der Erfindung vorgesehen, das verbleibende Öl aus der Brennerlanze
7 abzusaugen. Dieses Öl wird dann der eingefahrenen Brenner lanze wieder zugeführt.
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Das Absaugen der kleinen Ölmenge - etwa 70 bis 80ast? erfolgt unter
Zuhilfenahme eines Zylinders 55 mit einem Kolben 57. Der Kolben 57 steht einerseits
unter der Einwirkung der Kraft einer Feder 59, und zum anderen wird der Kolben auf
seiner der Feder 59 gegenüberliegenden Seite mit einem Druckmedium beaufschlagt,
welches über ein 3-Wege-Ventil 61 zugeführt wird und abfließen kann.
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Im letzteren Fall wird der Kolben 57 infolge der Wirkung der Feder
59 nach unten gedrückt, so daß das Öl aus der Brennerlanze 7 in den Zylinder 55
gesaugt wird.
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Wie am Beispiel der eingefahrenen Brennerlanze 5 zu erkennen ist,
wird über ein 3-Wege-Ventil 60 ein Druckmedium in einen Zylinder 54 geführt, so
daß sich der Kolben 56 entgegen der Kraft der Feder 58 nach oben bewegt und die
zuvor abgesaugte Ölmenge über die Ölleitung 38 wieder dem Brenner 4 bzw. der Brennerlanze
5 zugeführt wird.
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Die Darstellung gemäß Figur 4 zeigt einen Gegenstein 25 und verdeutlicht
zudem das öffnen und Schliessen der Bohrung 35 beim durch den Doppelpfeil 64 angedeuteten
Ein- bzw. Ausfahren der Brennerlanze 5. Der Gegenstein 25 ist durch einen Rahmen
62 aus einem hitzebeständigen Material (z.B. Sicromalrahmen) gehalten. An der dem
in Figur 4 nicht gezeigten Düsenstein gegenüberliegenden Seite ist an dem Gegenstein
25 eine Klappe 32 angeordnet,
durch welche die Bohrung 35 geöffnet
und verschlossen werden kann. Die Klappe 32 ist an einem Scharnier 43 befestigt,
und zwar derart, daß die Klappe 32 ohne äußere Einwirkung ihre Schließstellung aufgrund
ihrer Schwerkraft einnimmt.
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Wenn die Brennerlanze 5 eingefahren wird, drückt sie gegen die Klappe,
die dann die gestrichelt gezeichnete Lage innerhalb einer Ausnehmung 39 einnimmt.
Beim Ausfahren der Brennerlanze 5 klappt die Klappe 32 dann in die gezeigte Lage
zurück. Die Klappe wird also in vorteilhafter Weise durch die Brennerlanze 5 betätigt,
so daß die Bohrung 35 bei eingefahrener Brennerlanze geöffnet und bei ausgefahrener
Brennerlanze verschlossen ist.
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In der Prinzipdarstellung gemäß Figur 5 ist verdeutlicht, daß die
Brennerlanze 5 in den durch den Doppelpfeil 64 angedeuteten Richtungen axial auf
einem nicht näher dargestellten Brennerschlitten 70 verschiebbar ist, wobei der
Brennerschlitten 70 die Funktion einer Führung übernimmt. An seinem hinteren Ende
ist die Brennerlanze 5 mit einer Begrenzungsplatte 72 versehen, die sich zusammen
mit der Brennerlanze 5 bei einer Verschiebung bewegt. Diese ist durch eine Öffnung
in einer ortsfest angeordneten Abschlußplatte 74 geführt, und die Abschlußplatte
74 trägt einen Endschalter 66 für das Ein-bzw. Abschalten der Luftzufuhr und einen
Endschalter 68, durch den die Ölzufuhr ab- bzw. eingeschaltet werden kann.
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Bei ausgefahrener Brennerlanze 5 sind sowohl die ölzufuhr als auch
die Luftzufuhr abgeschaltet. Wenn unter Zuhilfenahme des Antriebszylinders 46 die
Brennerlanze 5 in Figur 5 nach links bewegt wird, um in die Bohrung 37 des Gegensteines
25 eingefahren zu werden, kommt die Begrenzungsplatte 72 in Berührung mit dem Endschalter
66
und mit dem Ölschalter 68, die auf mechanischen Druck reagieren. Dadurch wird also
bei eingefahrener Brennerlanze 5 sowohl die Ölzufuhr als auch die Luftzufuhr eingeschaltet,
so daß der Brenner gezündet werden kann. Der Endschalter 68 betätigt dasÖlmagnetventil
42 bzw.
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44 in Figur 3, während der Endschalter 66 die Luftzufuhr 36 zu dem
jeweiligen Brenner sperrt bzw. freigibt.
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Nachfolgend sei der Funktionsablauf bei einem Brennerwechsel näher
erläutert, wobei zunächst angenommen wird, daß in Figur 3 ein Wechsel von dem links
gezeigten Brenner 4 zu dem rechten Brenner 6 erfolgt, der nach seiner Abkühlung
gezündet werden soll.
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Durch das geöffnete 3-Wege-Ventil 53 wird ein Druckmedium in den
Antriebszylinder 47 geführt, so daß sich der Kolben 49 nach oben bewegt und die
Brennerlanze 7 in die Bohrung 37 einfährt. Wie bereits anhand von Figur 4 erläutert,
wird dabei die Klappe 33 durch die Brennerlanze 7 selbst betätigt, wodurch die Bohrung
37 freigegeben wird. Gleichzeitig öffnet das Magnetventil 44 und es wird die Luftzufuhr
36 und die ölzufuhr freigegeben. Danach wird das über die Stillstandszeit in dem
Zylinder 55 gespeicherte Öl der Brennerlanze 7 zugeführt, indem das öl durch Aufwärtsbewegung
des Kolbens 57 aus dem Zylinder 55 herausgedrückt wird.
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Parallel zu dem beschriebenen Wechsel wird der linke Brenner 4 aus
dem Gegenstein 25 ausgefahren, wobei das Magnetventil 42 sofort geschlossen wird.
Während die Brennerlanze 5 herausfährt, schließt gleichzeitig auch die Luftzufuhr
36.
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Gleichzeitig wird durch Öffnen des 3-Wege-Ventils 60 dafür gesorgt,
daß sich der Kolben 56 in dem Zylinder 54 unter Einwirkung der Federkraft der Feder
58 nach unten
bewegen kann, so daß das Öl aus der Brennerlanze
5 abgesaugt wird. In einer Ausfuh-rungsform der rfindung dauert das Absaugen des
Öles ca. 7 Sekunden, während das anschliessende Zuführen des Öles in die Brennerlanze
ca. 3 Sekunden beansprucht.
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