DE3813834C2 - Feuerungsautomat - Google Patents

Description

Aus der DE 28 05 113 A1 ist ein Zündsystem für gasbetriebene Brennereinrichtungen zur Beleuchtung von Seezeichen bekanntgeworden, bei dem nicht nur Fail-safe-Eigenschaften berücksichtigt sind, sondern auch darauf geachtet wird, daß die Höhe der speisenden Spannung, die bei längerem Betrieb bei Verwendung einer Batterie immer kritisch ist, sich auf die Sicherheit nicht negativ auswirkt. Hierzu dient im wesentlichen eine umschaltbare Stromquelle nach Art eines wiederaufladbaren Kondensators. Weiterhin sind bei dem bekannten Zündsystem 2 Magnetventilrelais vorgesehen, von denen eines für die Zündphase und das andere für die stationäre Phase zuständig ist, wobei es darauf ankommt, daß in der Zündphase ein ausreichend hoher Anzugsstrom zur Verfügung steht.

Der Haltestrom ist hiervon vollkommen unabhängig und wird ausschließlich aus einem Thermostrom bei brennender Flamme gebildet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feue­ rungsautomaten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Feuerungsautomaten so auszugestalten, daß sich Ände­ rungen in der Höhe der speisenden Spannung nicht auf die Halte- und Anzugsstromwerte im Stromkreis des Sicher­ heitsschalters auswirken.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Durch das erste Merkmal ergibt sich der Vorteil, daß die Anzugs- und Haltewerte des Magnetventils von der Über­ wachungsfunktion der Feuerungsautomaten unabhängig und nicht sicherheitsrelevant sind und durch das zweite Merk­ mal der Vorteil der Spannungshöhenunabhängigkeit für den Sicherheitsschalter.

Die Eigensicherheit der Schaltung ist nach wie vor ge­ geben. Unter Eigensicherheit wird hierbei verstanden, daß das Auftrennen jeder Leitung bzw. das Kurzschließen eines aktiven Bauteils nicht zu einem ungewollten Öffnen des Magnetventils führt.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Durchlauf-Wasserheizers mit dem Feuerungsautomaten.

Der Durchlauf-Wasserheizer 1 besteht aus einem Heiz­ schacht 2 mit eingebautem Lamellenwärmetauscher 3, der von einem Wasserrohr 4 durchzogen ist, das von einer Kaltwasserleitung 5 gespeist ist, in die ein Wasserschal­ ter 6 eingeschleift ist und die mit einem speisenden Kaltwassernetz 7 verbunden ist. Stromab des Rohres 4 ist eine Warmwasserzapfleitung 8 angeschlossen, die mit einem Zapfventil 9 versehen ist. Dem Wasserschalter 6 zugehörig ist ein Membranschalter 10, der über eine Wirkverbin­ dung 11 einen Arbeitskontakt 12 steuert. Der Wärmetau­ scher 3 ist von einem Gasbrenner 13 beheizt, der aus einer mit einem Elektromagnetventil 14 versehenen Gaszu­ leitung 15 gespeist ist.

Statt eines Gasbrenners könnte auch ein Ölbrenner in Frage kommen, der Feuerungsautomat muß nicht notwendig auf einen Durchlauf-Wasserheizer für sanitäres Brauch­ wasser angewendet werden, eine Anwendung wäre auch in einem Umlauf-Wasserheizer oder Kessel oder einem kombi­ nierten Gerät möglich.

Der Feuerungsautomat 17 ist im Gehäuse des Durchlauf-Was­ serheizers 1 untergebracht, und zwar zum Teil auf einer Schaltplatine, größere Bauelemente zum Teil an ander­ weitiger Stelle. Die Stromversorgung der Schaltung des Feuerungsautomaten 17 geschieht durch ein Netzteil 18, das aus einem Stecker 19 und einem Trenntransformator 16 besteht. Der Trenntransformator 16 ist über eine mehr oder weniger lange Niederspannungsverbindungsschnur 21 mit der Schaltung 17 verbunden. Durch den Trenntransfor­ mator 16 wird die Netzspannung in Höhe von 220 V auf 12 V oder 24 V herabtransformiert. Damit tritt der Vorteil ein, daß der Installateur des Wasserheizers bzw. der Be­ nutzer nicht mit Spannung in Höhe der Netzspannung in Be­ rührung kommt, was bezüglich der Sicherheit wichtig sein kann. In eine Litze der Verbindungsschnur 21 ist der Kontakt 12 eingeschleift, die Verbindungsschnur führt an einen Gleichrichter 22, von dem zwei Basisleitungen 23 und 24 abgehen, von denen die Leitung 23 an Masse 25 ge­ legt ist, wobei die Masse gleichzeitig dem Gehäuse des Durchlauf-Wasserheizers entsprechen kann.

Zwischen den Leitungen 23 und 24 ist zunächst ein Konden­ sator C1 geschaltet. Er dient der Siebung der gleichge­ richteten Spannung, die mit ihren Potentialen auf den Leitungen 23 und 24 ansteht. Die Leitungen 23 und 24 sind parallel zum Kondensator C1 über eine Brücke Br mitein­ ander verbunden. Diese Brücke Br besteht aus zwei Zwei­ gen, von denen der erste Zweig aus der Serienschaltung eines Widerstandes R1 mit einer Zenerdiode D1 besteht. Der Verbindungspunkt 26 zwischen beiden ist über eine Leitung 27 an die Basis 28 eines Transistors T1 gelegt. Die Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors ist Teil des zweiten Zweiges der Brücke, der im übrigen aus der Serienschaltung eines Sicherheitsschalters F in Reihe mit einer Spule 45 eines Magnetventilrelais als ersten Ast besteht. Der zweite Ast besteht aus der bereits erwähnten Kollektor-Emitterstrecke in Verbindung mit dem Widerstand R2 und der Parallelschaltung aus dem Widerstand R3 und der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors T2. Der zweite Zweig besteht somit aus der Reihenschaltung der Elemente F, 45, Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 und den Widerständen R2 und R3. Der Sicherheitsschal­ ter F weist einen Kontakt auf, der von einem Bimetall be­ herrscht ist, wobei dieses Bimetall durch eine Heizwick­ lung beaufschlagt wird. Bei starker Beheizung des Bimetalls durch die Heizwicklung öffnet das Bimetall den zugehörigen Kontakt. Wesentlich ist noch, daß der Sicher­ heitsschalter F mit der Spule 45 unmittelbar in Serie liegt. Ein Verbindungspunkt 29 zwischen den Widerständen R2 und R3 ist an den Kollektor des zweiten Transistors T2 angeschaltet, dessen Emitter mit der Leitung 23 unmittel­ bar verbunden ist. Die Basis des Transistors T2 ist über einen Widerstand R5 mit dem Ausgang eines Flammenwächters und mit dem Eingang eines Zünders Z verbunden, wobei die­ ser Zünder einen Zündtransformator mit eingebautem Wandler aufweist. Der Zünder ist über eine Leitung 30 mit der Leitung 23 verbunden. Vom Zünder gehen zwei Leitungen 31 und 32 ab, wobei die Leitung 31 mit dem Brenner 13 un­ mittelbar verbunden ist, während an das Ende der Leitung 32 eine Zündelektrode 33 angeschlossen ist.

Die Leitung 34, die sich zwischen der Basis des Transi­ stors T2 und dem Zünder Z erstreckt, ist über eine Zweig­ leitung 35 mit dem Ausgang einer Verstärkerschaltung 36 verbunden, die Teil eines Flammendetektors 37 ist. Der Verstärker ist mit einem Eingang über eine Leitung 38 mit der Leitung 23 und mit seinem anderen Eingang über eine Leitung 39 mit einer ersten Wicklung eines Transformators TR2 und über diesen hinaus mit einer Überwachungselektro­ de 20 verbunden. Die zweite Wicklung des Transformators TR2 ist über die Adern des zweiadrigen Kabels 40 mit der Schnur 21 verbunden.

Das Relais 45 weist einen verschweißsicheren Arbeits­ kontakt 46 auf, der in einer von der Leitung 23 bei 47 abzweigenden Leitung 48 liegt und welche über die Spule SP des Magnetventils 14 zur Leitung 24 führt.

Die Funktion der Schaltung des Feuerungsautomaten ist folgende: Im Ruhezustand, bei nicht fließendem Wasser, ist der Kontakt 12 geöfffnet, so daß die gesamte Schal­ tung 17 des Feuerungsautomaten stromlos ist. Lediglich der am Stecker des Gerätes vorhandene Netztrafo ist in Betrieb, erzeugt aber eine zu vernachlässigende Verlust­ leistung. Beim Öffnen des Zapfventils erfolgt Wasser­ durchfluß durch die Leitungen 7, 5 und 8, was der Wasserschalter 6 registriert und über den Membranschalter 10 mittels einer Druckdifferenz den Kontakt 12 zum Schließen bringt. Damit ist die Spannungsversorgung für die Schaltung 17 gesichert. Einmal wird die Ionisations­ überwachungselektrode 20 mit Spannung versorgt, zum zwei­ ten die Verstärkerschaltung 36 mit Betriebsspannung beaufschlagt. Der Transistor T1 wird schwach leitend, der Strom durch das Relais 45 und der Sicherheitsschalter F reicht zum Anzug des Relais 45 nicht aus, so daß dessen Kontakt 46 offen bleibt. Das Elektromagnetventil SP/14 ist geschlossen. Da der Brenner nicht brennt, kann die Elektrode 20 kein Flammensignal registrieren, so daß am Ausgang 35 des Flammendetektors 37 positives Spannungs­ potential anliegt. Als Folge dessen wird der Zünder Z mit Betriebsspannung versorgt, so daß Hochspannungsfunken von der Elektrode 33 zur Masse des Brenners überspringen. Gleichzeitig wird über den Widerstand R5 die Basis des Transistors T2 mit Spannung beaufschlagt, so daß dessen Kollektor-Emitterstrecke leitend wird und den Widerstand R3 kurzschließt. Da der Emitter des Transistors T1 nun­ mehr nur über den Widerstand R2 mit der Leitung 23 ver­ bunden ist, ist die an diesem Widerstand abfallende Spannung ein Maß für den resultierenden Anzugsstrom, der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 fließt und damit die Spule 45 wie auch den Sicherheits­ schalter F beaufschlagt. Dieser Schaltzustand ist der er­ ste Zustand der Konstantstromquelle, die aus der Brücke Br besteht. Die Funktion der Konstantstromquelle ist des­ wegen gegeben, weil die Zenerdiode D1 eine konstante Basisspannung an die Basis des Transistors T1 liefert, die mit der am Widerstand R2 abfallenden Spannung ver­ glichen wird. Der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 fließende Strom, in diesem Fall der An­ zugsstrom, ist somit konstant und unabhängig von etwaigen Spannungsschwankungen des speisenden Netzes. Damit wird die Spule 45 mit einem konstanten Strom beaufschlagt, der so bemessen ist, daß durch diesen Strom gerade das An­ ziehen des Relais 45 erreichbar ist. Somit wird die Spule 45 ausreichend erregt, und der Kontakt 46 schließt, so daß das Ventil SP öffnet. Dieses Ventil kennt nur die Betriebszustände "offen" und "geschlossen", somit findet Gasdurchsatz durch die Leitung 15 zum Brenner 13 statt, das dort austretende Gas wird über die Elektrode 33 ge­ zündet, verbrennt und beheizt den Wärmetauscher 3, so daß der Benutzer warmes Brauchwasser bekommt. Mit dem Beauf­ schlagen der Spule 45 wird auch die Heizwicklung des Sicherheitsschalters F beheizt. Auch dieses Beheizen mit dem Anzugsstrom der Spule 45 führt dazu, daß der Kontakt des Sicherheitsschalters nach Ablauf einer festgelegten Zeit, nämlich der Sicherheitszeit öffnet. Da im vorlie­ genden betrachteten Funktionsfall der Brenner bereits ge­ zündet hat, ist das Entstehen der Flamme über die Elektrode 20 bereits dem Flammendetektor 37 gemeldet wor­ den. Als dessen Folge ändert der Ausgang 35 sein Po­ tential, was dazu führt, daß einmal der Zünder Z stromlos geschaltet wird und zum anderen der Transistor T2 wieder gesperrt wird. Als Folge der Sperrung ist der Widerstand R3 wieder in dem zweiten Brückenast wirksam, so daß der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 fließende Strom reduziert wird, und zwar auf den Halte­ strom der Spule 45, der gerade so groß ist, daß das Re­ lais zwar angezogen gehalten werden kann. Mit diesem Strom ist ein Anziehen des Relais aus dem abgefallenen Zustand nicht möglich. Dieser Schaltzustand entspricht somit dem zweiten Schaltzustand der Konstantstromquelle. Der nunmehr fließende reduzierte Strom durch die Spule und durch den Sicherheitsschalter bewirkt zwar eine wei­ tere Beheizung des Bimetalls des Sicherheitsschalters, die aber so klein ist, daß hierdurch kein Öffnen des Kontakts resultiert. Diese Verhältnisse darzustellen ist nicht schwierig, da das Verhältnis des Anzugsstroms zum Haltestrom etwa im Bereich von 1 : 5 liegt beziehungswei­ se bei Auswahl entsprechender Elemente der Spule und des Sicherheitsschalters ohne weiteres in einen solchen Bereich gelegt werden kann. Somit ist dargelegt, daß die einzige Konstantstromquelle zwei stabile und stabilisier­ te Schaltzustände kennt, die beide zu ganz definierten Stromwerten durch die Spule 45 des Relais führen.

Ist die Sicherheitszeit abgelaufen, bevor der Brenner ge­ zündet wurde, so öffnet der Kontakt des Sicherheitsschal­ ters und unterbindet damit jedweden weiteren Stromfluß durch die Spule 45, unabhängig davon, ob danach noch ein Flammenerscheinen über die Elektrode 20 gemeldet wird oder nicht. Andererseits bewirkt ein Stromloswerden der Spule 45 sofort ein Schließen des Elektromagnetventils SP/14.

Eine nähere Betrachtung zeigt, daß die Schaltung 17 ei­ gensicher aufgebaut ist, man kann im Zweig R1-D1 alle Verbindungen trennen. Wird der Zweig des Astes mit dem Widerstand R1 aufgetrennt, so kann der Transistor T1 nicht leitend werden. Das gleiche passiert, wenn die Ver­ bindung 27 aufgetrennt wird. Wird der Zweig mit der Diode D1 aufgetrennt, so wird der Punkt 26 beziehungsweise die Basis des Transistors positiv, dann fließt der maximal mögliche Strom durch die Kollektoremitterstrecke des Transistors T1, der noch größer ist als der Anzugswert der Spule 45. Die Funktion der Konstantstromquelle ist dann aufgehoben, so daß der Sicherheitsschalter F durch diesen hohen Strom sehr hoch beheizt wird und damit sehr schnell öffnet. Das führt dazu, daß die Spule 45 zwar für kurze Zeit mit einem sehr hohen Strom beaufschlagt wird, worauf das Magnetventil SP/14 öffnet, andererseits wird dieser Vorgang schneller beendet als die vorgegebene Sicherheitszeit.

Wird der Zweig der Brücke mit der Spule 45 und dem Sicherheitsschalter F geöffnet, so kann die Spule nicht erregt werden. Wird der Zweig mit den Widerständen R2 und R3 geöffnet, so kann kein Anzugsstrom für die Spule fließen. Der Begriff der Eigensicherheit impliziert wei­ ter, daß alle aktiven Bauelemente kurzgeschlossen werden können, ohne daß ein unsicherer Zustand entstehen darf. Ein Kurzschließen der Zenerdiode D1 führt dazu, daß der Transistor T1 nicht leitend werden kann. Der Kurzschluß des Transistors T1 führt zum Außerbetriebsetzen der Kon­ stantstromquelle und damit zu einem Auslösen des Sicher­ heitsschalters F. Hierbei öffnet zwar das Magnetventil SP/14 für eine gewisse Zeit, schließt aber auch in einer Zeit, die kürzer ist als die Sicherheitszeit. Ein Kurz­ schließen des Transistors T2 bewirkt ein Beaufschlagen der Spule 45 mit dem Anzugsstrom unter der Wirkung der Konstantstromquelle. Nach Ablauf der Sicherheitszeit ist dieser Zustand wieder beendet. Dabei kann zwar das Gerät ordnungsgemäß in Betrieb gehen; nach Ablauf der Sicher­ heitszeit wird wegen des fehlenden Umschaltens der Kon­ stantstromquelle auf den Haltestrom über den Sicherheits­ schalter F die Gasfreigabe beendet. Wesentlich ist, daß ein Ansprechen des Sicherheitsschalters zu einer dauern­ den Abschaltung des Gerätes führt. Diese Störung kann nur durch Eindrücken eines am Sicherheitsschalter angebrach­ ten Knopfes per Hand wieder rückgängig gemacht werden. Auch bei sonstigen Fehlern der Schaltung ist immer ein Zurückfallen in den sicheren Zustand gegeben. Unterstellt man eine Störung im Flammendetektorkreis 37 bei normal arbeitendem Gerät, so wird über den Transistor T2 der Widerstand R3 kurzgeschlossen. Das führt zu einer Beauf­ schlagung der Spule mit dem Öffnungsstrom und damit nach Ablauf der Sicherheitszeit zu einem Ansprechen des Si­ cherheitsschalters. Würde bei geschlossenem Zapfventil der Flammendetektor 37 eine weiterbrennende Flamme vor­ täuschen, so würde das beim nächsten Einschalten des Ge­ rätes dazu führen, daß der Anzugsstromwert der Konstant­ stromquelle nicht mehr erreicht werden kann, da der Transistor T2 unter dieser Bedingung gesperrt wird.

Statt einer einzigen Kostantstromquelle, zu der im übri­ gen die Bauelemente D1, R2, R3, T1 und R1 gehören, könnten auch zwei verschiedene auf die nötigen Stromschwellen ausgelegte Konstantstromquellen vorgesehen werden.

Claims (2)

1. Feuerungsautomat für ein brennstoffbeheiztes Gerät, dessen Brenner aus einer mit einem Mag­ netventil versehenen Brennstoffzuleitung ge­ speist ist, das von einem Magnetventilrelais beherrscht wird, wobei die Spule des Magnetven­ tilrelais beim Zündvorgang über einen Erregerstromkreis und im Betrieb über einen Halte­ stromkreis erregt wird und ein Flammendetektor sowie ein im Anzugsstromkreis angeordneter Schalter sowie ein in beiden Stromkreisen ein­ geschleifter Sicherheitsschalter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Relaisspule (45) durch eine in ihren Werten für den Anzugs- und Haltestrom des Magnetventils umschaltbare Kon­ stantstromquelle (43) erfolgt.

2. Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltung (17) des Feue­ rungsautomaten mit einem Netzteil (18) versehen ist, das einen Niederspannungstrenntransformator (TR1) aufweist, der unmittelbar im Netzspan­ nungsstecker angeordnet ist.