DE4329955C2 - Pumpenanordnung für einen Ölbrenner und Verfahren zur Kapazitätsregelung dieses Ölbrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanordnung für einen Ölbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Kapazitätsregelung eines Ölbrenners nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Die bekannten Ölbrenner, wie sie für Heizzwecke auf dem Markt sind, arbeiten mit einer vorgegebenen Leistungs­ stufe, bei der die Pumpenanordnung das Öl mit konstan­ tem und in der Regel einstellbaren Druck an die Zer­ stäubungseinheit, insbesondere eine Düse, abgibt. Eine Anpassung der Pumpenleistung an die geforderte Heizlei­ stung des Kessels o. dgl. erfolgt durch Ein- und Aus­ schalten des Ölbrenners. Hierbei ergeben sich aber eine Umweltverschmutzung durch unvollständige Verbrennung, Ablagerungen an der Düse und in der Brennkammer u. dgl.

Aus DE 41 13 067 A1 ist es bekannt, der Zerstäubungs­ einheit das Öl impulsweise zuzuführen und die gewünsch­ te Leistung durch eine Beeinflussung der Impulse, bei­ spielsweise durch die Impulsfrequenz, einzustellen. Zu diesem Zweck ist der druckseitige Ausgang der kontinu­ ierlich arbeitenden Förderpumpe über ein Rückschlagven­ til, das nur öffnet, wenn der Öldruck über 2 bar liegt, mit der Zerstäubungseinheit und über ein taktmäßig steuerbares Magnetventil mit dem Ölvorratsbehälter ver­ bunden. Bei geschlossenem Magnetventil baut sich am druckseitigen Ausgang der Pumpe ein Druck auf, der zum Öffnen des Rückschlagventils führt und beispielsweise 10 bar betragen kann. Wird das Magnetventil geöffnet, bricht dieser Druck zusammen, das Rückschlagventil schließt und die Zerstäubung wird unterbrochen. Bei einer Impulsfrequenz von 3 Hz und einer Impulsdauer von 0,03 sek. kann man den Öldurchsatz auf etwa 20% derje­ nigen Menge absenken, die bei ständig geschlossenem Magnetventil abgegeben wird. Die Lebensdauer des Magnetventils ist aber wegen seiner hohen Schalthäufig­ keit begrenzt. Außerdem ergibt sich ein hoher Geräusch­ pegel.

DE-OS 20 39 046 zeigt eine Öl-Förderpumpe mit einer angeschlossenen Zerstäubungsdüse, die mit drei Lei­ stungsstufen betrieben werden kann. Die Leistungsstufen sind durch unterschiedliche Drücke vorgegeben, mit de­ nen das Öl zugeführt werden kann. Hierbei sind parallel zueinander drei Druckregler mit unterschiedlichen Drücken angeordnet, wobei der Druckregler mit dem nied­ rigsten Druck durch ein Absperrventil von dem Druckreg­ ler mit dem nächsthöheren Druck und dieser wiederum durch ein weiteres Absperrventil von dem Druckregler mit dem höchsten Druck getrennt werden kann. Je nach dem, welche Absperrventile geschlossen sind, erreicht die Zerstäubungsdüse dem entsprechenden Druck. Es ist daher ein mehrstufiger Betrieb möglich. Dieser dient insbesondere dazu, beim Anfahren des Brenners die je­ weils optimale Ölmenge zuzuführen. Von dieser Öl-För­ derpumpe geht die Erfindung aus.

DE-OS 15 28 401 zeigt eine Pumpe für ein hydraulisches System, bei dem ein Bypass von der Druckseite zur Saug­ seite zurückgeführt ist. In diese Bypass-Leitung ist ein manuell betätigbares Umschaltventil mit einer va­ riablen Drosselöffnung angeordnet. Hinter dem Abzweig der Bypass-Leitung auf der Druckseite befindet sich ein Rückschlagventil und gegebenenfalls ein Speicher, um Druckschwankungen, die durch die Betätigung des Bypass- Ventils im System hervorgerufen werden könnten, zu dämpfen. Sie sollen möglichst nicht spürbar sein. Damit ergibt sich kein modulierter Druck, sondern ein geglät­ teter, gleichmäßiger Druck.

DE-OS 27 02 918 zeigt eine Vorrichtung zum verlustarmen Verändern des Förderstroms einer Verdrängerpumpe durch periodisches Zerhacken des Förderstroms. Die Verdrän­ gerpumpe wird hierbei durch eine Zahnradpumpe gebildet, an deren Ausgang ein Ventil angeschlossen ist, das den geförderten Ölstrom zumindest teilweise oder zeitweilig wieder zum Vorratsgefäß oder Tank zurückleitet. Das Ventil ist gebildet durch einen umlaufenden Schieber, der Vorsprünge aufweist, die eine Drosselöffnung ab­ wechselnd freigeben oder verschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, neuartige Wege aufzuzei­ gen, um die Ölmenge, die der Zerstäubungseinheit eines Ölbrenners zugeführt wird, dem Bedarf anzupassen.

Diese Aufgabe wird konstruktiv durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Pumpenanordnung besitzt zwei Betriebszustände, in denen bei laufender Pumpe unter­ schiedliche Ölmengen abgegeben werden. Die Anpassung an den Bedarf kann durch einen üblichen Thermostaten er­ folgen, der durch Betätigen der Umschaltvorrichtung abwechselnd den ersten oder den zweiten Betriebszustand an dem zur Zerstäubungseinheit führenden Anschluß wirk­ sam macht. Da die Pausen bei der Ölförderung mit modu­ liertem Druck so kurz sind, daß die Flamme im Brennraum nicht erlischt, kann man einen kontinuierlichen Betrieb mit leistungsgerechter Regelung erzielen, ohne daß durch Ein- oder Ausschalten der Pumpe die eingangs er­ wähnten Unzuträglichkeiten auftreten. Das Steuerventil kann auch als Modulationsventil bezeichnet werden, da es den Druck moduliert. Das Steuerventil braucht nicht geregelt zu werden. Es genügt, wenn eine Modulation mit konstanter Frequenz und Impulsform erfolgt.

Die Dreiwegeventilanordnung kann beispielsweise durch das Schaltventil gebildet sein, das wegen seiner gerin­ gen Schalthäufigkeit auch als Magnetventil eine hohe Lebensdauer besitzt. Das Modulationsventil bedarf kei­ ner speziellen Regelung, da für diesen Zweck bereits die Dreiwegeventilanordnung zur Verfügung steht. Es kann daher einen einfachen Aufbau haben, mit konstanter Schaltfrequenz arbeiten und beispielsweise mechanisch angetrieben werden.

Eine sehr einfache Lösung ergibt sich gemäß Anspruch 2, der eine Rotationspumpe mit Drehschieber, der die Funk­ tion des Steuerventils übernimmt, vorsieht.

Die Zahnradpumpe nach Anspruch 3 ist für die Ausbildung des Drehschiebers besonders günstig. Von Vorteil ist auch, daß sich eine solche Zahnradpumpe an sich als Heizölpumpe millionenfach bewährt hat.

Die Ausführungsformen der Ansprüche 4 bis 6 zeigen, daß übliche Pumpen mit ganz geringen Abänderungen und daher entsprechend billig mit einem Steuer- oder Modulations­ ventil versehen werden können.

Mit Hilfe eines Druckregelventils gemäß Anspruch 7 kann der Druck am ersten Ausgang der Dreiwegeventilanordnung genau konstant gehalten werden. Bei Verwendung eines zweiten Ausgangs, der zeitweilig mit der Druckseite und daher mit dem ersten Ausgang verbunden wird, ist auch die Maximalamplitude des modulierten Drucks auf den eingestellten Wert festgelegt. Das normalerweise wirk­ same Druckregelventil höheren Drucks verliert seine Funktion, wenn das zweite Druckregelventil geringeren Drucks durch das Schaltventil wirksam gemacht wird. Auf diese Weise ergeben sich vier Leistungsstufen, weil die beiden Druckebenen auf die Verhältnisse sowohl am er­ sten Ausgang als auch am zweiten Ausgang Einfluß neh­ men. Durch Ansteuerung des genannten Schaltventils und der Umschaltvorrichtung läßt sich daher eine Leistungs­ beeinflussung über einen großen Arbeitsbereich erzie­ len.

Wenn die Dreiwegeventilanordnung gemäß Anspruch 8 aus zwei Schaltventilen besteht, benötigt man kein zusätz­ liches Schaltventil, um die zur Zerstäubungseinheit führende Leitung vollständig abzuschalten.

Ferner kann ein Rückschlagventil in der Zerstäubungs­ einheit vorgesehen sein. Dieses sorgt in an sich be­ kannter Weise dafür, daß die Zerstäubungseinheit nur dann mit Öl beaufschlagt wird, wenn dieses einen aus­ reichend hohen Zerstäubungsdruck besitzt.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Durch die Verwendung zweier Lei­ stungsstufen ist eine Leistungsanpassung im Sinne einer Zweipunkt-Regelung möglich, ohne daß die Ölförderung abgeschaltet werden müßte, wobei der für die erste Lei­ stungsstufe vorgegebene Druck auch für die zweite Lei­ stungsstufe wirksam ist.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 10 führt zu insgesamt vier Leistungsstufen, mit denen die Kapazitätsregelung über einen sehr großen Leistungsbereich erfolgen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Schaltbild einer erfindungsgemä­ ßen Pumpenanordnung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Pumpenanordnung,

Fig. 3 in einem Diagramm den Druckverlauf über der Zeit,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe mit eingebautem Modulationsventil,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Zahnradpumpe der Fig. 4 mit durchsichtig angenommener Deckplatte,

Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform in der Dar­ stellung der Fig. 4,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 6 mit durchsichtig angenommener Deckplatte,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Pumpenanordnung und

Fig. 9 einen Schnitt durch die Antriebswelle bei dieser Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 für einen Ölbren­ ner, der außer einem nicht veranschaulichten Gebläse eine Zerstäubungseinheit 2 mit einer Zerstäuberdüse 3 und einem Rückschlagventil 4 aufweist, das nur öffnet, wenn ein ausreichender Zerstäubungsdruck vorhanden ist. Eine zugehörige Düsenleitung 5 ist an einen Anschluß 6 der Pumpenanordnung 1 befestigt.

Die Pumpenanordnung weist eine Rotationspumpe 7 auf, die Öl aus einem Vorratsbehälter 8 über eine Sauglei­ tung 9 und ein Filter 10 ansaugt und dann von der Saug­ seite 11 zur Druckseite 12 fördert. Diese Druckseite 12 ist über eine Drossel 13 mit einer zum Vorratsbehälter 8 führenden Rücklaufleitung 14 verbunden. Parallel hierzu ist ein Druckregelventil 15 angeordnet, das den Druck der Druckseite 12 auf einem einstellbaren Wert konstant hält. Des weiteren ist zwischen die Saugseite 11 und die Rücklaufleitung 14 ein Rückschlagventil 16 geschaltet, das wirksam wird, wenn die Anlage im Ein- Strang-Betrieb arbeitet. Die Druckseite 12 bildet einen ersten Ausgang 17.

Ein Modulationsventil 18, dessen Drehschieber von der Welle 19 der Rotationspumpe 7 gedreht wird, verbindet einen zweiten Ausgang 20 abwechselnd mit der Druckseite 12 und der Saugseite 11 der Rotationspumpe 7. Am ersten Ausgang 17 steht daher ein konstanter Öldruck zur Ver­ fügung, am zweiten Ausgang 20 ein modulierter Öldruck.

Eine Umschaltvorrichtung 21 besteht aus einem ersten Schaltventil 22 und einem zweiten Schaltventil 23, die beide als Magnetventile ausgebildet sind. Das erste Schaltventil 22 ist zwischen den ersten Ausgang 17 und den Anschluß 6, das zweite Schaltventil 23 zwischen den zweiten Ausgang 20 und den Anschluß 6 gelegt. Daher wird der Ölbrenner beim Öffnen des Schaltventils 22 mit einer ersten Leistungsstufe und beim Öffnen des Schalt­ ventils 23 mit einer zweiten Leistungsstufe mit redu­ zierter Heizleistung versorgt.

Ein Temperaturfühler 24 meldet die Kesseltemperatur, also die Temperatur des vom beheizten Kessel erwärmten Wassers, an einen Regler 25, dem ein Temperatursollwert 26 vorgegeben ist. Der Regler steuert über die Signal­ leitungen 27 und 28 die Schaltventile 22 und 23. Bei zu geringer Temperatur wird der erste Ausgang 17 wirksam gemacht, bei zu hoher Temperatur der zweite Ausgang 20. Die Einzelimpulse des modulierten Drucks folgen so rasch aufeinander, daß die Flamme im Brennraum nicht erloschen ist, sondern das neu zugeführte Öl sofort entzündet. Auf diese Weise kann der Brenner quasi-kon­ tinuierlich betrieben werden, so daß die mit dem Ein- und Ausschalten der Anlage verbundenen Schwierigkeiten (Umweltverschmutzung u. dgl.) vermieden werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entspre­ chende Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 ver­ wendet. Als neu tritt hinzu, daß das Modulationsventil in die Rotationspumpe 29 eingebaut ist. Ferner kommt hinzu, daß in einem Parallelzweig zum ersten Druckregler 15 ein zweiter Druckregler 30, der auf einen gerin­ geren Druck eingestellt ist als der erste Druckregler 15, in Reihe mit einem Schaltventil 31 angeordnet ist. Letzteres ist als normalerweise offenes Magnetventil veranschaulicht und wird über eine Signalleitung 32 vom Regler 25 betätigt. Ist das Schaltventil 31 geschlos­ sen, ergibt sich auf der Druckseite 12 ein höherer Druck; ist das Schaltventil 31 dagegen offen, ein ge­ ringerer Druck. Bei geschlossenem Schaltventil 31 erge­ ben sich die gleichen Betriebsverhältnisse wie in Fig. 1. Bei geöffnetem Schaltventil 31 ergeben sich ähnliche Verhältnisse, aber auf einem niedrigeren Druck- bzw. Leistungsniveau.

In Fig. 3 sind vier Leistungsstufen A, B, C und D ver­ anschaulicht, wobei die Leistungsstufen A und B für beide Ausführungsbeispiele gelten. Die größte Förder­ menge und damit die größte Leistung ergibt sich bei der Leistungsstufe A, bei der der Förderdruck P1 konstant vorhanden ist. Hierbei ist das Schaltventil 22 geöff­ net, während die Schaltventile 23 und 31 geschlossen sind. Eine geringere Leistung wird in der Stufe B er­ zielt, bei der ein modulierter Druck mit der Maximalam­ plitude P1 vorhanden ist. Hierbei ist das Schaltventil 23 geöffnet, während die Schaltventile 22 und 31 ge­ schlossen sind. Als nächstes folgt die Leistungsstufe C, wo der geringere Druck P2 konstant aufrechterhalten wird. Dies geschieht, wenn die Schaltventile 22 und 31 geöffnet sind und das Schaltventil 23 geschlossen ist. Als letztes folgt die Leistungsstufe D, die einen modu­ lierten Druck mit der Maximalamplitude P2 zur Verfügung stellt. Zu diesem Zweck müssen die Schaltventile 23 und 31 geöffnet sein, während das Schaltventil 22 geschlos­ sen ist.

Es ist ersichtlich, daß der Regler 25, der alle drei Schaltventile 22, 23, 31 steuert, eine Leistungsanpas­ sung über einen sehr großen Bereich ermöglicht.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Zahnradpumpe mit eingebau­ tem Modulationsventil. In einem Gehäuse 33 gibt eine zylindrische Vertiefung 34, die durch eine Deckplatte 35 abgedeckt ist und einen Zahnring 36 mit Innenverzah­ nung drehbar aufnimmt. Er bildet Taschen 37 mit einem außenverzahnten Zahnrad 38, das exzentrisch zum Zahn­ ring 36 angeordnet ist und über eine Welle 39 von einem Motor angetrieben wird. In der Deckplatte 35 befindet sich eine Drucknut 40, die über einen Kanal 41 mit der Druckseite 12 verbunden ist, und eine Saugnut 42, die über einen Kanal 43 mit der Saugseite 11 verbunden ist. Eine solche Pumpe ist als Gerotor-Zahnradpumpe bekannt.

Am Außenumfang des Zahnringes 36 befindet sich eine Ringnut 44. Von ihr geht ein Radialkanal aus, der eine Ventilöffnung 45 bildet. Sie kommt während der Drehung des Zahnringes 36 abwechselnd mit dem Bereich unterhalb der Drucknut 40 und unterhalb der Saugnut 42 in Verbin­ dung. Außerdem steht die Ringnut 44 mit einem Kanal 46 in Verbindung, der zum zweiten Ausgang 20 führt. Infol­ gedessen wird dieser zweite Ausgang abwechselnd mit hohem Druck und mit Saug- oder Rücklaufdruck, also mit moduliertem Druck beaufschlagt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 ist die Zahnradpumpe in gleicher Weise ausgebildet wie in den Fig. 4 und 5. Daher werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß in der Deckplatte 135 eine Ringnut 144 ausgebildet ist, die sich längs der Stirn­ fläche des Zahnrades 138 erstreckt und mit einer zum zweiten Ausgang 20 führenden Leitung 146 verbunden ist. Als Ventilöffnung 145 dient eine Vertiefung in der Stirnfläche des Zahnrades 138. Diese Vertiefung er­ streckt sich radial bis in den Bereich der Drucknut 140 und der Saugnut 142. Bei der Drehung des Zahnrades 138 kommt diese Ventilöffnung 145 abwechselnd mit der Druckseite und der Saugseite in Verbindung. Folglich entsteht auch hier am zweiten Ausgang 20 ein modulier­ ter Druck.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9, bei der für entsprechende Teile um 200 erhöhte Bezugszeichen verwendet werden, wird das Modulationsventil 218 mit Hilfe der Antriebswelle 239 der Rotationspumpe 7 gebil­ det, die eine als Teilringnut ausgebildete Ventilöff­ nung 245 besitzt. Im zugehörigen Gehäuse 233 gibt es eine als Bohrung ausgeführte Ventilöffnung 240, die mit der Druckseite 12 der Pumpe verbunden ist, und eine als Bohrung ausgeführte Ventilöffnung 242, die mit der Saugseite 11 der Pumpe verbunden ist. Das Modulations­ ventil 218 liegt in Reihe mit einem als Umschaltvor­ richtung dienenden Schaltventil 221 zwischen der Druckseite und der Rücklaufleitung 14. Ist das Schalt­ ventil 221 geöffnet, steht am Anschluß 6 modulierter Druck an, ist es geschlossen, ein konstanter Druck.

Claims (10)

1. Pumpenanordnung für einen in mindestens zwei Lei­ stungsstufen betreibbaren Ölbrenner, mit einer Öl­ pumpe, die über eine Druckleitung mit einem An­ schluß für eine Ölzerstäubungseinheit verbunden ist, und mit einem Druckregler zum Konstanthalten des Drucks in der Druckleitung, gekennzeichnet durch eine Dreiwegeventilanordnung (21), die den Anschluß für die Ölzerstäubungseinheit (2) wahlwei­ se mit der Druckseite (12) der Ölpumpe oder mit dem Ausgang (20) eines Steuerventils (18) verbindet, welches zur Erzeugung eines modulierten Drucks ab­ wechselnd eine Verbindung zur Druck- oder Saug- bzw. Rücklaufseite der Ölpumpe herstellt.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Rotationspumpe (7, 29) vorgese­ hen ist und das Steuerventil (18) einen Drehschie­ ber aufweist, der mit einem rotierenden Teil der Pumpe verbunden ist.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rotationspumpe (7, 29) eine Zahnradpumpe mit einem umlaufenden inneren Zahnrad (38; 138) und einem damit kämmenden exzentrisch zum Zahnrad gelagerten äußeren Zahnring (36; 136) ist.

4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehschieber eine Ringnut (44; 144) zugeordnet ist, die einerseits mit einer Ventilöffnung (45; 145), die nacheinander an Druck- und Saugseite vorbeigeführt wird, und andererseits mit dem zweiten Modulationsausgang (20) verbunden ist.

5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringnut (44) längs des Umfangs des Zahnringes (36) verläuft und die Ventilöffnung (45) durch einen Radialkanal im Zahnring gebildet ist.

6. Pumpenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringnut (144) radial innerhalb von Drucknut (140) und Saugnut (142) der Rotations­ pumpe längs der Stirnfläche des Zahnrades (138) verläuft und die Ventilöffnung (145) durch eine Drucknut und Saugnut überstreichende Vertiefungen in der Stirnfläche gebildet ist.

7. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseite der Pum­ pe (7, 29) über ein erstes Druckregelventil (15) zum Steuern eines höheren Drucks mit der Rücklauf­ seite verbunden ist und daß parallel hierzu in Rei­ henschaltung ein zweites Druckregelventil (30) zum Steuern eines geringeren Drucks und ein Schaltven­ til (31) angeordnet ist.

8. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeumschalt­ ventil (21) aus zwei Schaltventilen (22, 23) be­ steht, die in der Leitung zwischen der Druckseite (12) der Ölpumpe (7, 29) bzw. dem Ausgang (20) des Steuerventils (18) und dem Anschluß (6) für die Ölzerstäubungseinheit (2) angeordnet sind.

9. Verfahren zur Kapazitätsregelung eines Ölbrenners mittels einer insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildeten Pumpenanordnung, die in einer ein- und ausschaltbaren ersten Leistungsstufe Öl mit konstantem Druck an die Zerstäubungseinheit abgibt und außerdem mit mindestens einer reduzier­ ten zweiten Leistungsstufe betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Leistungsstufe Öl mit einem modulierten Druck, der zwischen dem Saug- und dem Förderdruck umgeschaltet wird, abge­ geben wird, dessen Schaltpausen so kurz sind, daß die Flamme im Brennraum nicht erlischt, daß die Pumpe ständig läuft und daß die Regelung durch wahlweisen Betrieb mit der ersten oder einer ande­ ren Leistungsstufe erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für eine weitere Leistungsreduzierung der För­ derdruck verringert und das Öl in einer dritten Leistungsstufe mit konstantem Druck und in einer vierten Leistungsstufe mit moduliertem Druck abge­ geben wird.