DE4018471A1 - Feuerungsautomat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feuerungsautomaten für ein brennstoffbeheiztes Gerät, dessen Brenner aus einer mit einem Magnetventil versehenen Brennstoffzuleitung gespeist ist, wobei die Spule des Magnetventils durch einen Anzugs- und einen Haltestromkreis erregbar ist und ein Flammendetektor sowie ein im Anzugsstromkreis angeordneter Schalter sowie ein in beiden Stromkreisen sich auswirkender Sicherheitsschalter vorgesehen sind.

Solche Feuerungsautomaten sind in aller Regel elektromechanisch ausgebildet, d. h., sie weisen im Ausgang des Flammendetektors ein Flammenrelais auf, dessen Schalter im Anzugsstromkreis der Relaisspule liegt, die ihrerseits den Stromkreis für das Magnetventil beherrscht.

Eine solche Schaltung hat generell gesehen den Nachteil, daß zunächst bezüglich des Magnetventilrelais der erhöhte Aufwand eines weiteren Relais zu treiben ist und daß un­ terschiedliche Höhen der speisenden Spannung einmal unterschiedliche Werte für den Halte- bzw. Anzugsstromkreis ergeben und sich weiterhin auf den Sicherheitsschalter auswirken, indem sie diesen mehr oder weniger thermisch vorheizen, was eine Variation der Laufdauer der Sicherheitszeit bewirkt. Die Eigensicherheit ist bei einer solchen Schaltung in der Regel gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik, den Feuerungsautomaten so auszugestalten, daß das Magnetventilrelais entfallen kann und daß Änderungen in der Höhe der speisenden Spannung nicht auf die Halte- und Anzugsstromwerte im Stromkreis des Sicherheitsschalters auswirken.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß darin, daß die Spule des Magnetventils unmittelbar in den Anzugs- und Haltestromkreis eingeschleift ist und daß ihre Erregung durch je eine Konstantsstromquelle erfolgt.

Durch das erste Merkmal ergibt sich der Vorteil der kostengünstigeren Erstellung des Feuerungsautomaten und durch das zweite Merkmal ergibt sich der Vorteil der Spannungshöhenunabhängigkeit.

Weiter läßt sich durch geeignete Dimensionierung und Ausbildung der Schaltung erreichen, daß auch das dem Stand der Technik zugehörige Flammenrelais im Anzugskreis mit seinem Kontakt eingespart bzw. durch ein sich verbessert auswirkendes Bauteil ersetzt werden kann. Weiterhin ist damit die Eigensicherheit der Schaltung nach wie vor gegeben. Unter Eigensicherheit wird hierbei verstanden, daß das Auftrennen jeder Leitung bzw. das Kurzschließen eines aktiven Bauteils nicht zu einem ungewollten Öffnen des Magnetventils führt.

Die Konstantstromquelle wird mit besonderem Vorteil als eine einzige Konstantstromquelle ausgebildet, die in ihren Stromwerten umschaltbar ist.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 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 Heizschacht 2 mit eingebautem Lamellenwärmetauscher 3, der von einem Wasserrohr 4 durchzogen ist, das von einer Kaltwasserleitung 5 gespeist ist, in die ein Wasserschalter 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 Wirkverbindung 11 einen Arbeitskontakt 12 steuert. Der Wärmetauscher 3 ist von einem Gasbrenner 13 beheizt, der aus einer mit einem Elektromagnetventil 14 versehenen Gaszuleitung 15 gespeist ist.

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

Der Feuerungsautomat 16 ist im Gehäuse des Durchlauf-Wasserheizers 1 untergebracht, und zwar zum Teil auf einer Schaltplatine, zum Teil als größere Bauelemente an anderweitiger Stelle. Die Stromversorgung der Schaltung 17 des Feuerungsautomaten geschieht durch ein Netzteil 18, das aus einem Stecker 19 und einem Trenntransformator 20 besteht. Der Trenntransformator 20 ist über eine mehr oder weniger lange Niederspannungsverbindungsschnur 21 mit der Schaltung 17 verbunden. Durch den Trenntrafo 20 wird die Netzspannung in Höhe von 220 V auf 12 V oder 24 V herab­ transformiert. Damit tritt der Vorteil ein, daß der Installateur des Wasserheizers bzw. der Benutzer nicht mit Spannung in Höhe der Netzspannung in Berührung kommt, was bezüglich der Sicherheit in manchen Ländern 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 Leitungen 23 an Masse 25 gelegt sind, wobei die Masse gleichzeitig dem Gehäuse des Durchlauf-Wasserheizers entsprechen kann. Es wäre ebensogut möglich, auch die Leitung 24 an Masse zu legen, falls dies aus irgendwelchen Gründen zweckmäßig ist, und die Leitung 23 von der Masse dann zu trennen.

Zwischen den Leitungen 23 und 24 ist zunächst ein Kondensator C1 geschaltet. Er dient der Siebung der gleichgerichteten 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 miteinander verbunden. Diese Brücke BR besteht aus zwei Zweigen, 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 bildet den zweiten Zweig der Brücke, der im übrigen aus der Serienschaltung eines Sicherheitsschalters F in Reihe mit einer Spule SP des Magnetventils, bestehend seinerseits aus der Spule mit dem Ventil 14, besteht. Weiterhin setzt sich der Ast in Richtung auf die Leitung 23 durch die Serienschaltung zweier Widerstände R2 und R3 fort. Der zweite Zweig besteht somit aus der Reihenschaltung der Elemente F, SP, Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 und den Widerständen R2 und R3. Die Spule SP ist durch eine Freilaufdiode D2 überbrückt. Der Sicherheitsschalter F besteht aus einem Kontakt, der von einem Bimetall beherrscht ist, wobei dieses Bimetall durch eine Heizwicklung beaufschlagt wird. Bei zu starker Beheizung des Bimetalls durch die Heizwicklung öffnet das Bimetall den zugehörigen Kontakt. Wesentlich ist noch, daß der Sicherheitsschalter F der Spule SP unmittelbar in Serie liegt. Ein Verbindungspunkt 29 zwischen den Widerständen R2 und R3 ist an den Kollektor eines zweiten Transistors T2 angeschaltet, dessen Emitter mit der Leitung 23 unmittelbar verbunden ist. Die Basis des Transistors T2 ist über einen Widerstand R5 eines Zünders Z verbunden, wobei dieser Zünder allgemein gesehen 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 unmittelbar verbunden ist, während an das Ende der Leitung 32 eine Zündelektrode 33 angeschlossen ist.

Die Leitung 34, die sich zwischen der Basis des Transistors T2 und dem Zünder Z erstreckt und dem Widerstand R5, ist über eine Zweigleitung 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 seinem anderen Eingang über eine Leitung 39 mit einer ersten Wicklung eines Transformators TR2 und über diesen hinaus mit einer Überwachungselektrode 20 verbunden. Die zweite Wicklung des Transformators TR2 ist über ein zweiadriges Kabel 40 mit der Schnur 21 verbunden.

Die Funktion der Schaltung des Feuerungsautomaten ist folgende: Im Ruhezustand, bei nicht fließendem Wasser, ist der Kontakt 12 geöffnet, so daß die gesamte Schaltung 17 des Feuerungsautomaten stromlos ist. Lediglich der am Stecker des Gerätes vorhandene Netztrafo ist in Betrieb, erzeugt aber eine zu vernachlässigende Verlustleistung. Beim Öffnen des Zapfventils erfolgt Wasserdurchfluß 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 Ionisationsüber­ wachungselektrode 20 mit Hochspannung versorgt, zum zweiten die Verstärkerschaltung 36 mit Betriebsspannung beaufschlagt. Der Transistor T1 ist gesperrt, das Elektromagnetventil SP 14 geschlossen. Da der Brenner nicht brennt, kann die Elektrode 20 kein Flammensignal registrieren, so daß am Ausgang 35 des Flammendetektors 37 positives Spannungspotential 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 beaufschlagt, so daß dessen Kollektor-Emitterstrecke leitend wird und den Widerstand R3 kurzschließt. Da der Emitter des Transistors T1 nunmehr nur über den Widerstand R2 mit der Leitung 23 verbunden ist, ist die an diesem Widerstand abfallende Spannung ein Maß für den resultierenden Anzugsstrom, der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 schließt und damit die Spule SP wie auch den Sicherheitsschalter F beaufschlagt. Dieser Schaltzustand ist der erste Zustand der Konstantstromquelle, die aus der Brücke BR besteht. Die Funktion der Konstant­ stromquelle ist deswegen gegeben, weil die Zenerdiode D1 eine konstante Basisspannung an die Basis des Transistors T1 liefert, die mit der am Widerstand R2 abfallenden Spannung verglichen wird. Der durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T1 fließende Strom, in diesem Fall der Anzugsstrom, ist somit konstant und unabhängig von etwaigen Spannungsschwankungen des speisenden Netzes. Damit wird die Spule SP mit einem konstanten Strom beaufschlagt, der so bemessen ist, daß durch diesen Strom gerade das Anziehen bzw. Öffnen des Ventils 14 erreichbar ist. Somit wird die Spule SP ausreichend erregt, und das Ventil 14 öffnet. Dieses Ventil kennt nur die Betriebszustände "voll offen" und "geschlossen", somit findet Gasdurchsatz durch die Leitung 15 zum Brenner 13 statt, das dort austretende Gas wird über die Elektrode 33 gezündet, verbrennt und beheizt den Wärmetauscher 3, so daß der Benutzer warmes Brauchwasser bekommt. Mit dem Beaufschlagen der Spule SP wird auch die Heizwicklung des Sicherheitsschalters F beheizt. Auch dieses Beheizen mit dem Anzugsstrom der Spule SP führt dazu, daß der Kontakt des Sicherheitsschalters nach Ablauf einer Zeit von 10 Sekunden (allgemein gesprochen der pro Land festgelegten und unterschiedlichen Sicher­ heitszeit) öffnet. Da im vorliegenden betrachteten Funktionsfall der Brenner bereits gezündet hat, ist das Entstehen der Flamme über die Elektrode 20 bereits dem Flammendetektor 37 gemeldet worden. Als dessen Folge ändert der Ausgang 35 sein Potential, 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 Haltestrom der Spule 2, der gerade so groß ist, daß das Ventil 14 - entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Rückstellfeder - zwar offen gehalten werden kann, mit diesem Strom ist aber ein Öffnen des Ventils aus dem geschlossenen Zustand gegen die Rückstellkraft dieser Feder 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 weitere Beheizung des Bimetalls des Sicherheitsschalters, die aber so groß ist, daß hierdurch ein Öffnen des Kontakts resultiert. Diese Verhältnisse darzustellen ist nicht schwierig, da das Verhältnis des Anzugsstroms zum Haltestrom etwa im Bereich von 1 : 5 liegt bzw. 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 stabilisierte Schaltzustände kennt, die beide zu ganz definierten Stromwerten durch die Spule SP des Elektromagnetventils 14 führen.

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

Eine nähere Betrachtung zeigt, daß die Schaltung 17 eigensicher aufgebaut ist, man kann im Zweig R1-D1 die Verbindung trennen. Wird der Zweig des Astes mit dem Widerstand R1 aufgetrennt, so kann der Transistor T1 nicht leitend werden. Das gleiche passiert, wenn die Verbindung 27 aufgetrennt wird. Wird der Zweig mit der Diode D1 aufgetrennt, so wird der Punkt 26 bzw. die Basis des Transistors positiv, dann fließt der maximal mögliche Strom durch die Kollektoremitterstrecke des Transistors T1, der noch über dem Anzugswert liegt. 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 SP zwar für kurze Zeit einen sehr hohen Strom bekommt, worauf das Magnetventil 14 öffnet, andererseits wird dieser Vorgang auch extrem schnell wieder beendet, und zwar noch schneller, als die übliche Sicherheitszeit dauert.

Wird der Zweig der Brücke mit der Spule SP und dem Sicherheitsschalter F geöffnet, 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 noch, daß alle aktiven Bauelemente kurzgeschlossen werden können, ohne daß das zu einem Sicherheitsfall führen darf. Ein Kurzschließen der Zenerdiode D1 führt dazu, daß der Transistor T1 nicht leitend werden kann. Ein Kurzschluß des Transistors T1 führt zum Außerbetriebsetzen der Konstantstromquelle und damit zu einem Überheizen des Sicherheitsschalters 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 Kurzschließen des Transistors T2 bewirkt ein Beaufschlagen der Spule SP mit dem Anzugsstrom unter der Wirkung der Konstantstromquelle, aber gleichzeitig ein Zünden des Brenners. Nach Ablauf der Sicherheitszeit ist dieser Zustand wieder beendet. Dabei kann zwar das Gerät ordnungsgemäß in Betrieb gehen; nach Ablauf der Sicherheitszeit ist wegen des fehlenden Umschaltens der Konstantstromquelle auf den Haltestrom über den Sicherheitsschalter F der Vorgang beendet. Wesentlich ist, daß ein Ansprechen des Sicherheitsschalters zu einer dauernden Abschaltung des Gerätes führt. Diese Störung kann nur durch Eindrücken eines am Sicherheitsschalter angebrachten 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 Beaufschlagung der Spule mit dem Öffnungsstrom und damit nach Ablauf der Sicherheitszeit zu einem Ansprechen des Sicherheitsschalters. Würde bei geschlossenem Zapfventil der Flammendetektor 37 eine weiterbrennende Flamme vortäuschen, so würde das beim nächsten Einschalten des Gerätes dazu führen, daß der Anzugsstromwert der Konstantstromquelle nicht mehr erreicht werden kann, daß der Transistor T2 unter dieser Bedingung gesperrt wird.

Statt einer einzigen Konstantstromquelle, zu der im übrigen die Bauelemente D1, R2, R3, T1 und R1 gehören, könnten auch zwei verschiedene auf die nötigen Stromschwellen ausgelegte Konstantstromquellen vorgesehen wer­ den.

Claims (4)

1. Feuerungsautomat für ein brennstoffbeheiztes Gerät, dessen Brenner aus einer mit einem Magnetventil versehenen Brennstoffzuleitung gespeist ist, wobei die Spule des Magnetventils beim Zündvorgang über einen Anzugsstromkreis und im Betrieb über einen Haltestromkreis erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (SP) des Magnetventils (14) unmittelbar in den Anzugs- (41) und Haltestromkreis (42) eingeschleift und mit einer umschaltbaren Konstantstromquelle (43) verbunden ist.

2. Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle in eine Brückenschaltung (BR) integriert ist, wobei ein Zweig der Brücke aus einer Serienschaltung eines Widerstandes (R1) mit einer Zenerdiode (D1) besteht und der zweite Zweig eine Serienschaltung des Sicherheitsschalters (F) mit der zu erregenden Spule (SP) und der Kollektor- Emitterstrecke eines Transistors (T1) in Verbindung mit in Serie geschalteten Widerständen (R2) und (R3) aufweist, wobei die Brückendiagonale aus der Verbindung (27) der Basis (28) des Transistors (T1) mit dem Verbindungspunkt (26) zwischen dem Widerstand (R1) und der Zenerdiode (D1) besteht und daß der Widerstand (R3) parallel zur Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors im Anzugsstromkreis (41) liegt, wobei die Basis des Transistors (T2) sowohl mit dem Ausgang (35) des Flammendetektors (37) als auch mit dem Eingang des Zünders (Z) verbunden ist.

3. Feuerungsautomat nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (17) des Feuerungsautomaten (16) mit einem Netzteil (22, TR1, 19) versehen ist, das einen Niederspannungs-Trenntransformator (TR1) aufweist, der unmittelbar im Netzspannungsstecker angeordnet ist.

4. Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (SP) des Magnetventils (SP, 14) baulich untrennbar mit den Elementen der Konstantstromquelle (43) mechanisch verbunden ist.