DE3607338A1 - Verfahren zum kalibrieren eines stellgliedes mit stetiger kennlinie fuer den gasdurchsatz zu einem gasbeheizten geraet - Google Patents

Description

• Verfahren zum Kalibrieren eines Stellgliedes mit stetiger
• Kennlinie für den Gasdurchsatz zu einem gasbeheizten Gerät und seine Verwendung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
• Es ist eine Vielzahl gasbeheizter Geräte bekanntgeworden, die ein Gas-Magnetventil im Zuge der speisenden Gasleitung aufweisen. Dieses Gasventil wird in neuerer Zeit mit stetiger Charakteristik ausgeführt, so daß in Abhängigkeit von einer Regelabweichung, beispielsweise der Vorlauftemperatur, der Gasdurchsatz mit Proportional charakter als Stellgröße so nachgeführt wird, daß die Regelabweichung zu Null geht. Paralle-l hierzu ist aber auch eine kanalisierte Luftführung für die Verbrennungsluft des Gasbrenners vorgesehen, in die auch ein Proportionalstellglied eingefügt ist, so daß der zugehörige Luftzusatz im Sinne einer nahezu stöchiometrischen Verbrennung variiert wird.
• Als Stellglieder für die Gaszufuhr kommen für die Erfindung sowohl proportional arbeitende Magnetventile wie auch pneumatische Ventile wie auch Servo-Gasventile in Frage, als Proportional-Stellglieder für den Luftzuführungsweg ein drehzahigesteuertes Gebläse oder Drosselklappen im Zuluft-/Abgasweg bei Naturzug.
• In jedem Fall wird auf das Stellglied im Gasweg vom Temperaturregler oder einem anderen Regler ein Stellgrößensignal gegeben, das einen Minimumwert und einen Maximumwert sowie jeden dazwischenliegenden Wert annehmen kann, wobei aber zunächst nicht sichergestellt ist, daß der Istwert der Regelgröße in den Grenzwerten für Minimum-und Maximumdurchsatz exakt den Werten des Stellgliedes entspricht, bei denen diese Größen erreicht werden. Dies kommt durch Exemplarstreuungen und Fertigungstoleranzen zustande. Das zugehörige Proportionalstellglied im Luftweg weist aber nun seinerseits Toleranzen und Exemplarstreuungen auf, so daß nicht sichergestellt ist, daß die Proportionalbereiche für die Variation des Gas- und Luftdurchsatzes deckungsgleich werden. Im Falle zu großen Gasdurchsatzes in Relation zum Luftdurchsatz ergibt sich eine unvollständige Verbrennung, im Falle zu kleinen Gasdurchsatzes ein mangelnder Wirkungsgrad.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Proportionalbereich eines im Gasweg liegenden Stellgliedes zu kalibrieren.
• Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
• Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Er-Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher erläutern.
• Es zeigen: Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer von einem Umlaufwasserheizer gespeisten Zentralheizungsanlage und Figur 2 ein Diagramm.
• In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
• Der in Figur 1 dargestellte Umlaufwasserheizer 1 weist einen Wärmetauscher 2 auf, der von den Abgasen eines Gasbrenners 3 beheizt ist. Statt eines Umlaufwasserheizers käme auch ein Kessel in Frage, beziehungsweise es wäre auch die Anwendung der Erfindung auf einen Brauchwassererwärmer möglich.
• Der Gasbrenner 3 wird aus einer mit einem Proportionalmagnetventil 4 versehenen Gaszuleitung 33 gespeist. Das Magnetventil weist ein Stellglied 5 auf, das über eine Stelleitung 6 mit einem Regler 7 verbunden ist. Der Stromfluß in der Leitung 6 ist unmittelbar ein Maß für den Öffnungsgrad des Ventils.
• Dem Wärmetauscher 2 ist eine Strömungssicherung 8 zugeordnet, die einen Abgasauslaß 9 aufweist. Weiterhin ist im Bereich einer Auslaßöffnung 10 der Strömungssicherung zum Aufstellungsort des Umlaufwasserheizers 1 ein Temperaturfühler 11 zugeordnet, der über eine Meßleitung 12 einem Steuergerät 13 zugeordnet ist. Das Steuergerät weist eine Schaltuhr 14 und Einstellglieder 15 auf und ist über eine Leitung 16 mit dem Regler 7 verbunden. Dieser ist über zwei Leitungen 17 und 18 aus einem Stromnetz mit Energie gespeist. Eine weitere Stelleitung 19 vom Regler 7 führt zu einem nicht dargestellten Elektromotor einer Umwälzpumpe 20, die im Zuge einer Rücklaufleitung 21 eingefügt ist. An diese ist auch der Wärmetauscher 2 angeschlossen, der vorlaufseitig mit einer mit einem Temperaturfühler 22 versehenen Vorlaufleitung 23 verbunden ist, die zu einem Verbraucher 24 führt, von dem die Rücklaufleitung ausgeht. Der Verbraucher 24 kann eine Vielzahl parallel und/oder in Serie liegender Radiatoren, Konvektoren oder Fußboden-Heizungszweige sein, kann aber auch von einem Brauchwasserspeicher oder einer Kombination solcher Elemente gebildet werden. Dem Brenner 3 sind Zünd- und Oberwachungselektroden 25 beziehungsweise 26 zugeordnet, die über entsprechende Leitungen 27 und 28 mit dem Regler 7 verbunden sind.
• Weiterhin ist eine Abgasdrosselklappe 29 im Zuge der Abgasleitung 9 vorgesehen, welche über eine Stellwelle 30 mi t einem Stellmotor 31 verbunden ist, der sei ne Signale von der Steuereinrichtung 13 über die Leitung 32 erhält.
• Der Stellmotor 31 beziehungsweise die Klappe 29 sind so ausgestaltet, daß ein bestimmter Luftdurchsatz für den Brennerbetrieb stetig linear einstellbar ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Funktion auf: In Abhängigkeit von der vom Fühler 22 gemessenen Regelabweichung der Vorlauftemperatur in Relation zu einem an den Einstellgliedern 15 eingestellten Sollwert - es könnte sich hier auch um einen außentemperaturabhängig nach Art einer Heizkurve geführten Sollwert handeln - resulti ert ein bestimmter Gasdurchsatz und ein dazugehöriger Luftdurchsatz zum Beheizen des Wärmetauschers durch den Brenner 3. Zunächst wird über die Leitung 32 die Abgasklappe 29 in eine bestimmte Öffnungsstellung gebracht, daß der entsprechende Luftdurchsatz für den Brenner sichergestellt ist. Dann wird durch Stellbefehle auf der Leitung 6 das Gas-Magnetventil in die entsprechende Stellung gebracht. Beispielsweise werden beide Stellglieder 29 und 4 in eine Stellung gebracht, die zunächst dem Minimumdurchsatz an Gas und damit der minimalen Beheizung des Wärmetauschers entspricht. Während die Stellung der Abgasklappe hierzu vorgegeben wird, wird der Elektromagnet 5 über die Leitung 6 mit einem wachsenden Strom erregt, bis das Ventil 4 sich anfängt zu bewegen. Diese Bewegung verursacht einen größer werdenden Gasdurchsatz und damit eine stärkere Wärmeleistung des Brenners 3.
• Diese Wärme leistung wird über den Vorl auftemperaturfühl er 22 gemessen. Der Minimum-Gasdurchsatz, das heißt, der untere Anfangspunkt des Proportionalregelbereichs des Ventils 4 ist damit festgelegt, wenn ein Anstieg des Stroms zu einer Anderung der Vorlautemperatur führt.
• Hierbei ist dazu zu beachten, daß der Verbraucher 24 in seinem Wärmeverhalten sich nicht ändern darf, er bei -spielsweise kurzgeschlossen ist. Nunmehr kann die Abgasklappe 29 in die Maximum-Durchlaßstellung gebracht werden, die also der maximalen Geräteleistung entspricht.
• Parallel hierzu wird durch weiter ansteigende Stromwerte das Magnetventil in die Volloffenstellung gebracht. Diese ist dann erreicht, wenn ein weiteres Anwachsen des Stroms nicht mehr zu einem Ansteigen der Vorlauftemperatur führt. Somit ist der Proportionalstellbereich des Ventils bestimmt durch die Stromwerte, denen gerade eine Anderung vom Minimumwert hin erfolgt beziehungsweise bei deren Uberschreiten eine Anderung nicht rnehr erfolgt (Maximumwert). Zwischen diesen beiden Punkten liegt der Proportionalstellbereich des Ventils, und diese Kennlinie kann nun in Deckung gebracht werden zu der entsprechenden Stellkurve beziehungsweise Stellgeraden des Luft- beziehungsweise Abgasstellgliedes. Es sei an dieser Stelle auch erwähnt, daß statt einer Abgasklappe 29 auch eine Gebläsesteuerung oder eine Klappe im Frischluftweg Anwendung finden kann.
• Bei Anwendung eines pneumatisch arbeitenden Gasventil wird der Druckgeber für die pneumatische Steuerung durch einen anwachsenden Strom analog gesteuert.
• Es ist nun möglich, die beiden Grenzwerte der Steuerspannung beziehungsweise des Steuerstroms für das Magnetventil 4/5 zu speichern, die geradlinige Verbindung beider Spannungspunkte in einem Koordinatensystem stellt die Kennlinie dar. Durch Verkopplung dieser KennlinieVmitv t der Kennlinie des Stellweg im Verbrennungsluftweg kann ein nahezu stöchiometrisches Arbeiten der brennstoffbeheizten Wärmequelle über den gesamten Proportionalstellbereich erzielt werden. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß keine Alterungserscheinungen auftreten, da die Kennlinie des Proportionalbereichs fortlaufend aufgenommen und selbstadaptierend gespeichert werden kann. Weiterhin gehen Toleranzen in der Art der Ausbildung des Gas-Stel lgl iedes und eventuelle Toleranzen von Rückstellfedern nicht ein, da sie auch im Zuge der Selbstadaption überspielt werden können.
• Statt die Vorlauftemperatur als Istwert zu erfassen, wäre es auch möglich, die Membranstellung eines Druckreglers oder eines Durchsatzreglers im Gasweg zu erfassen, was durch öffnen eines Luftkanals, aus dem die geforderte Luft einer Membranpumpe für den Gasdruckregler beim Erreichen der Endstellung entweicht, geschehen kann. Dieses Signal kann relativ einfach von einem selbstbeheizten Halbleiter, der sich beim Abblasen von Luft abkühlt, abgeleitet werden. Auch Endkontakte sind denkbar zur Erfassung der jeweiligen Endstellung. Wesentlich ist noch, daß bei Reihenschaltung des Proportionalstellventils mit einern anderen Ventil die Selbstkalibrierung auch bei nicht arbe i tend em Gerät erfolgen kann, da dann durch das andere Ventil der Gasweg abgesperrt ist.
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Claims (3)

1. Ansprüche 1. Verfahren zum Kalibrieren eines stetig Charakteristik aufweisenden Steligliedes für den Gasdurchsatz zu einem gasbeheizten Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein einem Minimum des Gasdurchsatzes entsprechender Wert entsprechend der Stellgröße dem Stellglied (4/5) aufged-rückt wird und daß der Minimumwert bei dem Wert festgelegt wird, bei dem eine Anderung der damit zusammenhängenden Größe festgestellt wird, und daß weiterhin ein einem Maximum des Gasdurchsatzes entsprechender Wert entsprechend der Stellgröße dem Stellglied aufgedrückt wird und der Maximumwert bei dem Wert festgelegt wird, bei dem eine Anderung der damit zusammenhängenden Größe nicht mehr festgestellt wird, so daß die Verbindung beider Eckwerte dem Proportionalstellbereich des Stellgliedes entspricht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ermittlungsverfahren zum Festlegen des Proportionalstellbereichs eines die Verbrennungsluftzufuhr zu dem gasbeheizten Gerät beherrschenden Stellglieds verwendet wird.
3. 3. Die Verwendung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 in gemeinsamer Verknüpfung zur nahezu stöchiometrischen Verbrennung in einem gasbeheizten Gerät über einen weiten proportionalen Stellbereich.