DE8706650U1

DE8706650U1 - Feuerungsofen mit einer automatischen Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr

Info

Publication number: DE8706650U1
Application number: DE8706650U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1987-07-16

Description

··<·■· It I

Ulrich Brunner
Stadel 139
D-8382 Ainstoff

Feuerungsgfen mit__einer
automatischen Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr

Die Neuerung bezieht sich auf einen Feuerungsofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die neuerungsgemäße Steuerung eignet sich für die Verbrennung fester Brennstoffe und kann insbesondere für Holz und Braunkohle ausgelegt werden* Ein besonderes Anwendungsgebiet des neuerungsgemäßen Feuerungsofens stellen Kachelofeneinsätze dar.

Üblicherweise wird die Verbrennungsluftzufuhr von Feuerungsöfen manuell mit Hilfe von Klappen und Schiebern gesteuert. Mangels Sachkenntnis und Aufmerksamkeit kann hierbei selten eine optimale Ausnützung und schadstoffemissionsarme Verbrennung des Brennstoffs erreicht werden.

Es sind automatische Leistungsregelungen bekannt, die als kritischen Wert die Temperatur der Rauchgase abgreifen. Sie bestehen aus einer Temperaturmeßsonde in Form eines Röhrchens, das mit einer Flüssigkeit mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten und niedrigem Dampfdruck gefüllt ist und über eine Leitung mit einem kleinen Arbeitszylinder verbunden ist, der die Öffnungsbewegung einer Lüftungsklappe betätigt. Das flüssigkeitsgefüllte Röhrchen ist bis etwa 300°C hitzefest und sitzt außen am Rauchrohr. Diese Regelungen leiden unter der mangelhaften Hitzefestigkeit der Sonde, der kleinen aufbringbaren Kraft, der empfindlichen Konstruktion und unter ihrer beschränkten Lebensdauer. Sie sind insofern speziell für Kachelofen ungeeignet, wo man zur Erneuerung der Regelung zwecks Zugang zum Einsatz das äußere Kachelgehäuse abreißen muß.

Zur Erzielung hoher Betätigungskräfte und beliebig wählbarer Steuerungsoder RegelungsCharakteristiken käme an sich eine elektrische Ausrüstung in Frage. Bei der Installation von liinmeröfen ist es jedoch höchst unerwünscht, auch einen Anschluß an das Stromnetz vorsehen zu müssen.

Demgegenüber soll durch die Neuerung ein Feuerungsofen mit einer langlebigen und leistungsstarken Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr geschaffen werden, deren Leistung ausreicht, auch komplexere Steuerungen wie beispielsweise in Anpassung an den Verbrennungsverlauf optimierte Steuerungen ohne Einsatz elektrischer Energie zu ermöglichen.

Dies wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Neuerung erreicht. Der Oasdruck in der Gasdose steigt mit der Erwärmung an bzw· sinkt mit der Abkühlung, wobei eine Druckdifferenz von einigen 10"* Pa (eiligen bar) «uSvuuuutvvjiiuou noiuij wvxopj.uxotruxac vox cjLxicx &tgr;uxuiuciiciucaicoouiig UCX" \yats^mm doaf, nach Anspruch 2. Das Gas, das natürlich ein nicht-agressives und chemisch stabiles Gas sein muß, ist unempfindlich gegen Hitze und durch die pneumatische Kolbenbetätigung lassen sich ausreichend hohe Kräfte erzielen, um jahrelang wartungsfrei und selbst noch nach Ablagerung von Staub usw. auch mehrere Klappen programmgemäß zu öffnen und zu schließen.

Eine Begrenzung der Hitzefestigkeit könnte sich durch die Form der Gasdose ergeben, die der thermischen Ausdehnung unterworfen ist, jedoch hierbei keine wesentlichen Kräfte ihrer Bestandteile gegeneinander oder nach außen ausüben soll. Die Maßnahme nach Anspruch 3 schafft hier eine ,, relativ günstige Lösung, wobei die zusätzlichen Maßnahmen nach Anspruch 4 verhindern, daß unmittelbare Strahlungswärme aus deu Inneren des Verbrennungsofens die Gasdose trifft und damit das Meßergebnis verfälscht.

Vorzugsweise ist das Gas, das als Arbeitsmittel in der Gasdose und im Arbeitszylinder verwendet wird, gemäß Anspruch S Luft. Dies trägt weiter xur erhöhten Wartungsfreiheit bei, da eventuelle Gas-Leckverluste aus der Umgebung wieder aufgefüllt werden können.

Für den Arbeitszylinder und den Kolben kommt an sich nach Anspruch 6 eine Membrananordnung in Frage. Dies setzt freilich voraus, daß ausreichend langlebige und hitzefeste Membranmaterialien hut Verfügung stehen. In dieser Hinsicht unempfindlicher ist die Konstruktion nach Anspruch 7 mit einem gleitend verschiebbaren Kolben, wobei zur eventuellen Luftauffüllung die Maßnahmen nach Anspruch 8 und speziell Anspruch 9 bevorzugt werden. Anspruch 10 schafft darüberhinaus eine verbesserte Abdichtung. Der in der Gasdose erzeugte Druck liegt ja beispielsweise für die Dauer einer Stunde am Kolben an und hält ihn niedergedrückt. Eventuelle

« i I · · · 1 &eegr;&Igr;

kapillare Undichtigkeiten, die, je nach verwendeten Materialien, nach durch dJe herrschende Hitze beschleunigter Alterung erwartet werden könnten, nätten zur Folge, daß sich der Druck im Verlauf dieser Zeit abbaut, so daß das Luftzufuhrprogramm nicht mehr ordnungsgemä.1 läuft. Dies wird durch die auf dem Kolben liegende Ölschicht verhindert, die zugleich eine Schmierung des Kolbens aufrechterhält. Als Größenordnung kann angenommen werden, daß beispielsweise pro Jahr 300 Kolbenhübe stattfinden, nämlich nach jedem Nachlegen im Ofen, so daß die passend bemessene Ölmenge für eine sehr lange Betriebszeit genügt.

Vom Kolben kann der Arbeitsweg nach den Maßnahmen der Ansprüche 11 und 12 zur Klappe oder zu den Klappen übertragen werden, wobei die Maßnahme nach Anspruch 13 dazu beiträgt, daß die Verdrehungsbewegung des Hebels keine nennenswerten Seitenkräfte auf die Kolbenstange ausübt. Die individuelle Programmierung ist in einfacher Weise durch die Maßnahme nach Anspruch I4 durchführbar, nämlich mit Langlöchern, die es erlauben, die Klappenbewegung bei einem gegebenen Kolbenhub beginnen bzw. enden zu lassen.

Bei einem optimxerten Feuerungsofen sind mehrere Klappen vorhanden, die Verbrennungsluft zu unterschiedlichen Bereichen des Brennraums leiten. Je nach Brandphase herrscht in den verschiedenen Bereichen unterschiedlicher Luftbedarf. Nach Anspruch 15 werden die verschiedenen Klappen getrennt angesteuert. Dies ist an sich durch ein mehrfaches System, also mit mehreren Arbeitszylindern und ggf. auch mehreren Gasdosen, möglich. Zur vereinfachten Konstruktion werden die mehreren Klappen jedoch bevorzugt nach Anspruch 16 vom selben Kolben getrennt angesteuert. Dies ist beispielsweise nach Anspruch 17 möglich, wobei durch unterschiedliche Langlöcher oder auch durch punktförmige Anlagerung der Kraftübertragungsstangen, die in letzterem Fall auch reine Zugglieder wie Drähte oder Kabel sein können, die unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeiten steuerbar sind.

Nach den Ansprüchen 18 bis 20 ist eine der Klappen eine Startklappe, die nur in der Anfangsphase des Brandes geöffnet iat und später geschlossen bleiben soll. Sie liefert Unterluft in den Verbrennungsraum. Um bei anfänglich noch kaltem Gas in der Gasdose diese Klappe zu öffnen, sie nach ausreichender Erwärmung des Systems 2U schließen und bei späterer,

nach der Ausgasungsphase der Brennstoffe erfolgender Wiederabkühlung nicht wieder zu öffnen, ist die beanspruchte Konstruktion mit Startknopf, Klinke und Feder anwendbar.

Bei einem bevorzugten Steuerungsprogramm sind nach dem Abflauen der Ausgasungsphase, wenn nur noch eine mäßige Glut im Verbrennungsraum vorhanden ist, sämtliche Klappen geschlossen. Ein gewisser kleiner Luftstrom ist jedoch nach wie vor noch erforderlich. Dieser kleine Luftstrom wird gemäß Anspruch 21 über Soll-Leckagen zugeführt, die bei den verschiedenen Klappen und Türen, oder ausgewählten Klappen und Türen, ggf. auch über Lüftungsschrauben oder dergleichen vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen neuerungsgemäßen Feuerungsofen;

Fig. 2 anhand zweier verschiedener Ausführungsbeispiele in Form der Darstellung eines Querschnitts durch das Rauchgasrohr eine zur Steuerung des neuerungsgemäßen Feuerungsofens verwendete Gasdose;

Fig. 3 eine der Gasdosen nach Fig. 1 in Form der Darstellung eines Längsschnitts durch das Rauchgasrohr;

Fig. 4 in Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Fig. 1 einen für die Steuerung des neuerungsgemäßen Feuerungsofens verwendeten Arbeitszylinder mit Abgriffhebel;

Fig. 5 eine Rückansicht des Arbeitszylinders und der Teile nach Fig. 4> wobei der Arbeitszylinder im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Unteransicht der Zylinderanordnung nach Fig.&eegr; 4 und 5 unter Darstellung der fliegenden Lagerung eines Hebels;

Fig. 7 den Hebel in der Blickrichtung nach Fig. 5>

Fig. 8 eine Rückansicht des neuerungsgemäßen Feuerungsofens;

a 1 a · a &igr; , , , ,

• i a . a &igr; . &igr; a &igr; , ,

' ·' · · a ■_ Q a _. &igr; &igr; &igr; ' ■ · a a , 7, &igr; . ,

■ a Ii .&igr; , , ,

Fig. 9 eine Vorderansicht des neuerungsgemäßen Feuerungsofens;
j Fig. 10 eine Draufsicht auf den neuerungsgemäßen Feuerungsofen;
j Fig. 11 eine Seitenansicht einer Klappen-Klinkenkonstruktion.

j Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Kachelj ofeneinsatz für Rostverbrennung, der für maximale Ausnützung des Brenn-Stoffs bei minimaler Schadstoffemission ausgelegt ist, hierfür mehrere Brennräume und mehrere Klappen für Durchlaß, Drosselung oder Sperrung der Verbrennungsluft aufweist und hinsichtlich dieser Klappen einer vom Feuerentwicklungsverlauf abhängigen Programmsteuerung bedarf. Er besteht aus einem Gehäuse (1) aus Gußeisen, das eine lange Lebensdauer verspricht, mit einer oberen Abschlußhaube (2). Das Innere des Gehäuses (1) ist eingeteilt, von unten nach oben aufgezählt, in viinen Aschenraum (3), einen Brenngutraum (4), einen Feuerraum (5), eine Kontaktstelle (6), in der die aufsteigenden brennbaren Gase mit sehr heißen Körpern in Verbindung kommen, und eip<*n Nachverbrennungsraum (7)·

Der Aschenraum (3), in dem sich ein Aschenkasten (11) befindet, ist vom ßrenngutraum (4) durch einen Rost (12) getrennt. Der Brenngutraum (4), in dem das Brenngut aufgelegt und entzündet wird und verbre-nt, geht, solange der Ofen nicht beheizt ist, ohne sichtbaren Übergang in den Feuerraum (5) über, welcher seinerseits oben durch eine schräge, auf seitlichen Auflagen herausnehmbar aufgelegte Trennplatte (13) und die Kontaktstelle (6) begrenzt ist. Der Nachverbrennungsraum (7) befindet sich oberhalb der Trennplatte (13) und der Kontaktstelle (7) und wird an seiner Oberseite durch die Haube (2) begrenzt.

Das Gehäuse (1) des Ofens ist innen mit einer Auskleidung (14) versehen, und zwar im Bereich des Brenngutraums (4) und des Feuerraums (5) mit Schamotte und im Bereich des Nachverbrennungsraums (7) mit Hochtemperatur-Keramikfaser. Die Auskleidung der Haube (2) besteht aus Kalziumsilikat-Fasermatenal. Der Ofen ist im wesentlichen quaderförmig und weist eine Vorderwand (15) und eine Rückwand (16) auf.

Xn der Vorderwand befindet sich im Bereich des Brenngutraums (4) und iieines Übergangs zum Feuerraum (5) eine Feuerungstüfe (17)» und befindet

Il > I I

t IfI tll ··* I

Il Il · I *

I It ·· 4 ·) · t

sich weiterhin im Bereich des Aschenraums (3) eine Aschentüre (18). Die Türen (17) und (l8) sitzen beim beschriebenen Beispiel zum entsprechenden Einbau jeweils auf einer Zarge (19) bzw. (20). Die im Gehäuseinneren den Feuerraum (5) vom Ne> ^verbrennungsraum (7) trennende Trennplatte (13) reicht im Gehäuseinneren von Seitenwand zu Seitenwand. Von ihrem einen Ende, das an der Vorderwand (15) etwa im Bereich unmittelbar über der Feuerungstüre (17) liegt, steigt sie in Richtung auf die Rückwand (16) zu in einem Winkel von 27° an und endet in einem Abstand von der Rückwand, der der Tiefenabmessung der Kontaktstelle (6) entspricht. In der Kontaktstelle (6) verlaufen von Seitenwand zu Seitenwand etwa parallele Kontaktelemente (23) aus leichten Keramikbauteilen mit iauher Oberfläche, die tropfen- oder tragflügelartiges Profil aufweisen und zwischen sich parallele vertikale Spalten (24) freilassen und die gleichzeitig sowohl als heiße Kontaktkörper, die die Reaktion der vorbeiströmenden Gase mit dem dazwischengemischten Sauerstoff fördern, als auch als Leitstege, die dem Gasstrom eine in sämtlichen Spalten (24) gleiche Bewegungsrichtung mitteilen, wirken.

In der Rückwand (16) des Ofens be'inden sich verschiedene Verbrenriungsluftaufgaben, nämlich eine Unterluftöffnung (28), die durch eine Klappe (2Q) geschlossen bzw. in verschiedene Stellungen geöffnet werden kann, erste Lufteinzugsdüsen (30), die außen durch eine Klappe (31) geschlossen bzw. in verschiedene Öffnungsstellungen geöffnet werden können, und zweite Lufteinzugsdüsen (32), die durch eine Klappe (.33) geschlossen bzw. in verschiedene Öffnungsstellungen geöffnet werden können. Die Unierluftöffnung (2.8) ist in der üblichen Weise als querverlaufender Schlitz ausgebildet. Die ersten Lufteinzugsdüsen (30), beispielsweise vier an der Zahl, liegen nebeneinander auf gleicher Höhe, nämlich knapp über dem unteren Ende der Trennplatte (13) dieseir gegenüberliegend, und in gleichen Abständen über die Breite der Rückwand (16) verteilt. Die Klappe (31.· ist für alle ersten Lufteinzugsdüsen (30) gleichzeitig da, indem sie sich über eine entsprechende Breite der Rückwand (16) erstreckt. Die ersten Lufteinzugsdüsen (30) bestehen aus verhältnismäßig langen Rohrstücken, die die Luft in scharfem Strahl in den Raumbereich oberhalb des Brenngutraums (4), also in den Feuerraum (5) einblasen,, wo der Luftstrahl mehr oder weniger gebündelt bis in den Bereich der schrägen Trennplatte (13) strömt und dann, soweit er dort noch vorhanden ist, nach unten in den Brenngutraum abgelenkt wird. Von den zweiten

I I t · · I c I

I ·&igr; · · -&igr; 1 1&igr;_ &igr;

II Il 11.11 .

Lufteinzugsdüsen (32) sind beispielsweise zehn oder zwölf vorhanden, die ebenfalls in gleichmäßigen Abständen über die Breite der Rückwand (16) verteilt in zwei Reihen übereinander die Rückwand durchsetzen« Sie bestehen aus verhältnismäßig kurzen Rohrstücken, so daß der eingesaugte Luftstrahl breit streut und verwirbelt wird und sich mit dem Rauchgasstrom, der durch die tragflügelartigen Kontaktelemente (23) eine einheitliche, zur Einströmrichtung der Verbrennungsluft rechtwinklige Richtung erhalten hat, lebhaft durchmischt.

1111 nouiraui au

stens so gestaltet, daß die einströmende Unterluft sich unter dem Rost (12) sehr gleichmäßig verteilt und im Strömen überall mit gleichem Druck an der Rostunterseite anliegt, so daß im Brenngutraum tote Winkel vermieden sind*

Die Haube (2) weist einen Rauchgasrohranschluß (36) auf, an dem das übliche Ofenrohr befestigt wird. Im Inneren der Haube liegt dqm Rauchgasrohranschluß (36) ein Rohrstutzen (37) gegenüber, der aus dem Auskleidungsmaterial besteht und zylinderförmig so weit in den Nachverbrennungsraum (7) nach unten vorsteht, daß das Rauchgas den Nachverbrennungsraum (7) erst nach zweimaliger Umlenkung verlassen kann. Außen schließt sich ein Rauchgasrohr (38) über einem Krümmer (39) an.

Für die Feuerung mit Scheitholz und Braunkohlenbriketts, bei einer Nenndauerleistung von 11 kW, erweist sich die folgende Geometrie als vorteilhaft:

Die Außenmaße: Höhe = 1000 mm, |

Breite = 400 mm,
Tiefe = 6OO mm.

Praktische Verhältniszahlen:

Brenngutraum (4) : Feuerraum (5) = 2:1

Feuerraum (5) : Nachverbrennungsraum (7) = 1:1 J

Freier Feuerraumquerschnitt : Freiem Kontaktstellenquerschnitt 8:1 bis 11:1

■ ··* ·1■

I « « · · I I I

• · « 'in'*'

&igr; · · · I₁₀

• · .- .12

I ·

An der Kontaktstelle (6):

Kleinste Spaltweite : größte Spaltweite = 1:3
Kleinste Spaltweite : Kontaktelementdicke = 1:2
Kontaktelementdicke i Kontaktelementlänge = 1:3 bis 1:4

Weitere Maßangaben:

Der Rost (12): Rostfläche = 800 cm²

Freier Rostspalt = 14··«17 mm.
Der Rostspalt ist zum Aschenkasten hin vergrößert.

9
Die Unterluftöffnung (28): Querschnitt 100 bis 150 cm

2
Die ersten Lufteinzugsdüsen (30)t Querschnitt je 1,3 cm

2
Die zweiten Lufteinzugsdüsen (32): Querschnitt je 1,3 cm

Zum besseren Verständnis der neuerungsgemäßen Steuerung wird ein Feuerungslauf beschrieben.

Auf dem Rost (12) liegt eine Grundglut von 5 cm Höhe und durch die Feuerungstüre (17) wird frisches Brenngut in den Brenngütraum (4) nachgelegt. Während des Füllvorgangs ist die Klappe (29) der Unterluftöffnung (28) voll geöffnet, die Klappen (31) und (33) der Lufteinzugsdüsen bleiben geschlossen. Erforderlichenfalls bleibt anschließend die Feuerungstüre noch für einige Minuten geöffnet. Die reichliche Luftzufuhr bringt die Gundglut zum heftigen Glühen und das Brenngut wird rasch entfacht. Dem Fortschritt des Entfachens entsprechend, werden die Klappen (31) und (33) geöffnet und wird die Klappe (29) für die Unter luft geschlossen. Der Startvorgang ist beendet.

Nach dem Start brennt der aufgegebene Brennstoff über die Ausgasungsphase bei guter Verbrennungsluftversorgung heftig, wobei die brennbaren Anteile im Rauchgas weitgehend reagieren können. Der Verbrennungsvorgang wird im Ofeneinsatz abgeschlossen und setzt sich nicht bis ins an den | Rohranschluß (36) anschließende Rohr (38) hinein fort. In der Ausgasungsphase stützt die als Hauptverbrennungsluft bezeichnete, durch die ersten Lufteinzugsdüsen (30) in Form scharfer Strahlen in den Feuerraum (5)

It

4 I- 13 T

zwischen dem Brenngutraum (4) und der Kontaktstelle (6) eindringende Verbrennungsluft die Ausgasung und den Abbrand des Brennstoffs, und Mischt Verbrennungsluft in den Feuerraum. Die eingemischte Luft reagiert im Feuerraum (5) oder an der Kontaktstelle (6) mit brennbaren Rauchgasbestandteilen. In der Kontaktstelle (6) kommt der Rauchgasstrom mit den erhitzten Kontaktelementen (23) in Berührung, die katalysatorartig wirken, und wird für die Durchmischung mit der als Nachverbrennungsluft bezeichneten, durch die zweiten Lufteinzugsdüsen (32) einströmenden Verbrennungsluft vorbereitet. Die Anordnung der streuenden zweiten Lufteip- «Ug-säü-sen (3?)_; ™&idiagr;* ihrer kurzen Wurfweite, unmittelbar nach der Kontaktstelle (6) bewirkt eine gute Durchmischung der Reaktionspartner. Die Verwirbelung der Gase im Nachverbrennungsraum und die zweimalige Umkehr des Rauchgasstromes unterstützen den Ausbrandvorgang. An der Innenwand der Haube, am wärmedämmenden Material, finden die Reaktionspartner Reaktionstemperatur vor.

Ist die Ausgasungsphase abgeschlossen, so geht der Rauchgasstrom aus dem Brenngutraum (4) rasch zurück und auch die Rauchgastemperatur am Rauchgasrohranschluß (36) sinkt ab. Die Nachverbrennungsluft wird nun zurückgenommen und geschlossen, sie wird nicht mehr gebraucht. Die Hauptverbrennungsluft bleibt noch solange geöffnet, bis die sich an die Ausgasungsphase anschließende Ausbrandphase weitgehend abgeschlossen ist. Sie wird dem Ausbrandablauf gemäß geschlossen. Während der Ausbrandohase glüht das Brenngut im Brenngutraum (4) heftig. Durch die Verengung und die Kontaktstelle (6) " wird Strahlungsenergie aufgenommen und reflektiert. Die vorhandenen Kohlenmonoxidanteile finden Reaktionspartner durch die Hauptverbrennungsluft und die Wandtemperaturen und liegen temperaturmäßig über dem Zündtemperaturniveau der Reaktionspartner, besonders in der Kontaktstelle (6).

Im relativ kleinem Hauptbrennraum, nämlich dem Brenngutraum (4) und dem Feuerraum (5), werden durch die Trennplatte (13), die als Reflexionsund Prallkörper wirkt, sehr hohe Verbrennungstemperaturen erreicht, die auch noch bei sich verkleinerndem Glutbett im Brenngutraum nicht unter die notwendige Zündtemperatur für die optimale Verbrennung sinkt. Im Brenngutraum (4), Feuerraum (5), der Kontaktstelle (6) und dem Nachverbrennungsraum (7) befinden sich keine kalten Stellen, die den Gasstrom oder das Brenngut abkühlen würden. Dabei verhindert der durch die

It · > il|

' » II ill*

Trennplatte (13) verkleiaerte Innenraum des Gehäuses, daß zuviel Brennstoff eingelegt wird.

Beim neuerungsgemäßen Feuerungsofen erfolgt die Klappenverstellung entsprechend dem Fortschritt des Feuerungsvorgangs automatisch. Als Meßgröße, die die momentane Klappeneinstellung bestimmt, dient die Rauchgastemperatur im Rauchgasrohr (38). In diesem Rauchgasrohr befindet sich an der dem Feuerungsofen abgewandten Seite des Krümmers (39), also ohne der unmittelbaren Wärmestrahlung aus dem Ofeninneren ausgesetzt zu sein,

ist, die aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist, deren Verbindungslinie bereits außerhalb der Nische (4I) liegt- Die Gasdose (42) hat beim beschriebenen Beispiel einen Rauminhalt von 250 cm . Von der Gasdose (42) führt eine Gasleitung (43) in Form eines dünnen Rohrs zu einem Arbeitszylinder (44), in dem ein Kolben (45) (Fig. 5) gleitend angeordnet ist. Der Kochen (45) wird von einer Kolbenstange (46) getragen, die in einem Längslager (47) gelagert ist und an der Unterseite des Arbeitsxylinders (44) herausgeführt ist. An der Oberseite des Kolbens (45) befindet sich im Arbeitszylinder (44) eine Arbeitskammer (48), in die die - an der Innenseite der Zylinderstirnplatte angeschweißte - Gasleitung (43) mündet. Das System aus der Gasdose (42), der Gasleitung (43) und der Arbeitskammer (48) im Arbeitszylinder (44) '-st gasdicht. Eine Erhöhung des Drucks in der Gasdose (42) führt zu einem Hinunterdrücken des Kolbens (45). Beim beschriebenen Beispiel hat der Kolben einen Durchmesser von 63 mm. Bei einer auf den Kolben wirkenden Druckdifferenz von beispielsweise 2·10 Pa drückt also der Kolben (45) mit einer Kraft von etwa 6OO N (6 kp) nach unten.

Die Gasdose (42) ist Temperaturen bis etwa 600°C ausgesetzt. Als Material der Gasdose eignet sich beispielsweise 10 CrSiMoV 7 / 1.8075 oder 10 CrMo 9 10 / I.738O oder 14 MoV 63/ 1.5515. Als Korrosionsschutz kommt eine galvanisch aufgetragene, hundert pm dicke Nickelschicht in Frage. Die Dose ist gasdicht zusammengeschweißt und gasdicht mit der Gasleitung (43) verschweißt, die aus 8 mm Hydraulikrohr einer Wandstärke 1 mm und einer Länge von 1 m besteht.

Fig. 2 zeigt in der oberen und in der unteren Bildhälfte zwei verschiedene Ausführungsformen der Gasdose, nämlich oben blasenförmig und unten

• · -. 15·- ■

tonnenförmig. Bei der tonnenförmigen Ausbildung ist die in der Zeichnung vertikale Achse die Drehsymmetrieachse. In in Figur 1 gezeigter, in den Figuren 2 und 3 jedoch nicht gezeigter Weise ist jede der Ausführungsformen der Gasdose (42) durch einen Bügel (49) und außerdem auch noch durch Klebung am Rauchgasrohr (38) befestigt. Die blasenförmige Ausbildung wird gegenüber der tOLnenförmigen Ausbildung bevorzugt, da sie die thermische Ausdehnung leichter auffangen kann, wobei die Dose sich geringfügig abflacht und hierbei kaum Kräfte auf das Rohr (38) überträgt.

Der im Arbeitszylinder (44) gleitende Kolben (45) weist an seinem Umfang eine an ihn mit einem SilikonHLeber angeklebte Dichtmanschette (52) mit V-Profil auf (Fig. 5). Auf der Oberseite des Kolbens (45) und der Dichtmanschette (52) schwimmt eine dünne Ölschicht (53)· An der Unterseite weist der Arbeitszylinder (44) eine die rückseitige Zylinderkammer mit der Umgebung verbindende Lüftungsöffnung (54) auf. Diese Lüftungsöffnung (54) mündet gegen die Zylinderkammer zu auf einem umlaufenden leicht erhöhten Steg (55), der als Abschlag für die unterste Stellung des Kolbens (45) dient. Die bei der Erwärmung der Gasdose (42) aus dieser herüberfließende Luft drückt auf die Oberseite der Ölschicht (53), die dazu beiträgt, das V-Profil der Manschette (52) auseinanderzudrücken und somit eine gute Abdichtung gegen die Zylinderwand zu erzielen. Das Öl trägt weiterhin dazu bei, daß eventuelle kapillare Risse, die für Luft durchlässig wären, für das großmolekulare Öl jedoch undurchlässig sind, nicht zu einem Druckabbau in der Arbeitskammer (48) führen. An der Zylinderwand bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens zurückbleibendes Öl, das die Kolbenbewegung schmiert, gelangt in die untere Zylinderkammer, die es jedoch aufgrund der Erhöhung des Stegs (55) nur zum kleinsten Teil über die Lüftungsöffnung (54) verläßt, vielmehr läuft dieses Öl im Bereich des Lagers (47) zusammen, sickert in den Spalt zwischen der Kolbenstange (46) und dem Lager (47) und schmiert dieses.

Der Arbeitszylinder (44) sitzt auf einem an der Rückseite des Feuerungsofens bei (58) angeschraubten Montagesteg (59), an dem außerdem ein zweiarmiger Hebel (60) um eine Achse (61) verdrehbai* gelagert ist. Es handelt sich uttt oine fliegende Lagerung, die verhältnismäßig lang gewählt ist (Fig. 4). Del* Hebel (60) weist beiderseits der Achse (61) jeweils einen Arm (62) bzw. (63) auf, die jeweils mehrere Angriffspunkte

für Kraftübertragungsglieder haben. Am Arm (62) sitzt auf einer Lagerung der Lagerring eines Wälzlagers (64), das an der unteren Stirnfläche der Kolbenstange (46) rollend anliegt. Außerdem weist der Arm (62) eine Öse als Angriffspunkt für eine Zugstange (66) auf.

Im anderen Arm (63) befinden sich zwei Langlöcher (69, 70) zum Angriff von Zugstangen (71) bzw. (72) und eine Öse (73) zum Angriff einer f Zugfeder (74)> die andererseits an einem an der Rückwand (l6) angeschraubten Montageflansch (75) verankert ist (Fig. 8). Die Anordnung der Achsen (6l) und (64), der Ösen (65) und (73) und der Langlöcher (69) und (70) ist aus Fig. 7 ersichtlich. Durch ihre Lage und Länge ist das Ofensteuerungsprogramm wählbar.

Wie insbesondere Fig. 8 zeigt, führen die Zugstangen (71) und (72) zu den Klappen (33) bzw. (31)· Da die Langlöcher (69) und (70) an dem dem Abgriff in Form des Wälzlagers (64) gegenüberliegenden Hebelarm liegen, führt eine Abwärtsbewegung des Kolbens (45)_} die bei einer Erhitzung der Gasdose (42) erfolgt, nach dem Anschlag der jeweiligen Zugstange am Ende des Langlochs zu einem nach-oben-Ziehen und damit Öffnen der Klappen (31) und (33) zum Einlaß von Verbrennungsluft durch die ersten und zweiten Lufteinzugsdüsen (30) bzw. (32). Ein Nachlassen der Rauchgastemperatur und damit eine Aufwärtsbewegung des Kolbens (45) im Arbeitszylinder (44) teils unter der Sogwirkung im Gassystem, teils unter dem Einfluß der Zugfeder (74) schließt die Klappen (3D und (33) wieder, wobei der Schließvorgang bereits beendet ist, bevor der Kolben (45) seine Endste!lung erreicht hat. Für den restlichen Hebelweg nützen die Zugstangen (71) und (72) den durch die Langlöcher (69) und (70) ermöglichten Freilauf aus.

Die Zugstange (66) ist mit dem Ende einer Zugfeder (76) verbunden, die ihrerseits über ein Verbindungsstück an der Klappe (29) der Unterluftöffnung (28) angreift, wozu an dieser Klappe ein Flansch (77) mit einer Öse gebildet ist.

Konstruktion und Anordnung der Klappe (29) sind in Fig. 11 im einzelnen dargestellt« Ea wird auch auf die Draufsicht nach Fig. 10 verwiesen« Die &eegr; Klappe weist eine seitliche Öse (81) auf, durch die ein bei (82) an die Rückwand (16) angelenkter Kipphebel (83) verläuft, der an seiner Unter-

seite eine Anzahl von Zähnen (84) aufweist. Durch einen der Zähne (84) wird die Klappe (29) über die Öse (8l) in der geschlossenen Stellung festgehalten, wobei die Mehrzahl der Zähne (84) dem Toleranzausgleich dient. Die Öse (8l) hat eine ausreichende Öffnungsweits, um eine Verdrehung des Kipphebels (83) und damit eine Freigabe der Klappe (29) zu ermöglichen. Für dieses Ausklinken wird über eine Bohrung (85) eine Schubkraft auf einen gegenüberliegenden Arm des Kipphebels (83) ausgeübt, woraufhin dessen Ann mit den Zähnen (84) nach oben verdreht wird und die untere Kante der Öse (8l) freigegeben wird. Das Auslösen des Kipphebels (83) erfolgt über einen von der Vorderseite des Feuerungs— ofens stach hinten gezogenen und durch die Bohrung (85) verlaufenden Bowdenzug (86) (Fig. 10), an dessen vorderem Ende neben der Aschentüre (l8) ein Startknopf (87) sitzt.

Die beschriebene Steuerung arbeitet folgendermaßen:

Beim Anheizen wird zunächst das Vorbrennmaterial wie Papier und Wied eingelegt und durch einen Druck auf den Startknopf (87) die der Unterluftöffnung (28) zugeordnete Klappe (29) freigegeben. Da die Gasdose (42) noch kalt ist, befindet sich der Kolben (45) unter der Wirkung der Zugfeder (74) in seiner oberen Stellung, so daß vor der Freigabe der Klappe (29) die Zugfeder (76) gespannt ist. Durch die Freigabt springt die Klappe (29) auf. Die Klappen (31) und {33) sind aufgrund der Kolbenstellung geschlossen.

Beim anschließenden Anzünden des Brennguts und Auflegen des eigentlichen Brennmaterials wie Holzscheiter gelangt Unterluft durch die Öffnung (28) in den Brennraum. Zweckmäßigerweise wird auch eine zeitlang noch die Feuerungstüre (17) geöffnet gelassen, um eine ausreichende Luftzufuhr zu sichern. Die Erwärmung der Luft in der Gasdose (42) geht nämlich mit einer gewissen Verzögerung vor sich, die hierdurch im Bedarfsfall überbrückt werden kann. Erwärmt sich sodann das Rauchgasrohr (38) und folglich die Gasdose (42) und die darin befindliche Luft, so wird der Kolben (45) langsam nach unten gedrückt. Hierdurch wird beispielsweise 10 bis 15 Minuten nach dem Start einerseits die Klappe (29) schließlich Wieder geschlossen und klingt in der geschlossenen Stellung wieder ein, Während zu durch die Langlöcher (69) und (70) bestimmten Zeiten die Klappen (3D und (33) öffnen. Die Klappe {3^-) öffnet, wenn die Klappe

1 I 1 · *

ti** III ··· I

II··* I ·

(29) schließt. Die Klappe (33) öffnet erst später, z.B. nach 20 Minuten, oder bei schwacher Heizung auch gar nicht. Zur Zeit der stärksten Flammenbildung sind die Klappen (31) und (33) maximal geöffnet, während die Unterluft durch die Öffnung (28) gesperrt ist. Gegen Ende der Ausgasungsphase kühlt die Luft in der Gasdose (42) wieder etwas ab, der Kolben steigt langsam wieder aufwärts und es schließt schließlich zunächst die Klappe (33) und später, beispielsweise je nach Brennstoffmenge 1 bis 2 Stunden nach dem Start, die Klappe (31). Im Feuerraum (5) liegt nunmehr nur noch eine Glutschicht, die durch Leckluftströme gespeist wird, die an den Klappen vorbei hereinziehen und zur Erhaltung der Glut ausreichen. Wird später nachgelegt, so wiederholt .sich, wenn zugleich wieder auf den Startknopf (87) gedrückt wird,, der Vorgang.

Die Steuerung wurde anhand eines etwas komplexen Feuerungsofens mit drei Klappen beschrieben. Sie ist jedoch in vereinfachter Form auch für einfachere Öfen mit einer oder zwei Klappen anwendbar. Die Klappen sitzen beim beschriebenen Beispiel unmittelbar an der Ofenrückwand (16), in abgewandelteter Ausführungsform könnten sie auch an der Feuerungstüre (17) und an der Aschentüre (18) sitzen, wobei dann dafür Sorge zu tragen wäre, daß diese Türen trotz der zur Steuerung führenden Zugstangen ohne weiteres geöffnet und geschlossen werden können. In wiederum abgewandelter Ausführung können an die Düsen (30) und (32) und an die Öffnung (28) aui-n Rohre anschließen, die zu einer Ansaugstelle führen, an der betreffende Ventile unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Durch die pneumatische Betätigung wird jedenfalls eine ausreichende Betätigungskraft bereitgestellt. Die Steuerung steuert den Feuerungsverlauf nach den physikalischen Gegebenheiten.

Bei eventuellen Leckverlusten des Systems der Gasdose (42) und des Arbeitszylinders (44) ergibt sich eine selbsttätige Wiederauffüllung aufgrund des V-Profils der Dichtmanschette (52). Im Fall einer Luft-Mindermenge in der Gasdose und in der Arbeitskammer wirkt über don Kolben (45) in seiner in Fig. 5 dargestellten oberen Stellung, in die er durch die Wirkung der Zugfeder (74) gebracht wird, ein Sog zur Arbeitskammer (48) zu, der dazu führt, daß entlang der Außenseite der Dichtmanschette (62) Luft eindringt und damit das Arbeitsvolumen wieder auffüllt.

Claims

VAN DER WERTH₁ LEDERER & RIEDERER DR. A. VAN DER WEfTTH

Patentanwälte .··..·*. .··.:"· .".'"I p«*-«"»

: :.··..: :·"...·■. .· dr.franzlederer

·..··.,' .',..' '.,· : Dlpl-Ctiem. München

ANTON FREIHERR
RIEDERER v. PAAR

DlpJ-Ing. Undstiut

D-8300 Landshut
Ffhr. Riederer v. Paar, Postfach 2664, D-8300 Landshut Postfach 2664, Freyung 6'. 5

&bgr; (08 71)2 2170
Telefax (CCITT 2) manuell
Ulrich Brunner Telex 58441 glalad

Stadel 139

München » (089)47 2947
D-8382 Arnstorf Telefax (089) 470 57 23 (CCITT 2,3)

Telex 524 624 leder d

Feuerungsofen mit einer automatischen,Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr

Schutzan3prüche

1. Feuerungsofen mit einer automatischen Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr, mit einer Temperaturmeßsonde (42) im Bereich eines Rauchgasrohrs (38), in der ein temperaturabhängiger Druck entsteht, und einer Druckübsrtregungsleitung (43) von der Temperaturmeßsonde zu einem Arbeitszylinder (44), in dem ein sich bei Druckbeaufschlagung bewegender Kolben (45) angeordnet ist, der über eine Kraftübertragung (66, 71, 72) an wenigstens einer Drossel- und Verschiußklappe (29, 31» 33) angreift, die im Weg der Verbrennungsluftzufuhr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßsonde eine Gasdose (42) ist, die am Rauchgasrohr (38) angreift und gasdicht über eine Gasleitung (43) mit dem Arbeitszylinder (44) verbunden ist.
2. Feuerungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdose (42) ein Volumen von wenigstens 100, vorzugsweise 200 bis 300 cm hat.
3· Feuerungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdose (42) die Form einer runden Blase aufweist.
4« Feuerungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdose (42) außen am Rauchgasrohr (38) in einer Nische (41), zwischen der und dem Brennraum ein Krümmer* (39) sitzt, angeordnet ist.

ti ■

I ■ »

II · ·
5· Feuerungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdose (42) mit Luft gefüllt ist.
6. Fjuerungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben eine Membran und der Arbeitszylinder eine hem— brandose ist.
7· Feuerungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ein im Arbeitszylinder (44) gleitend verschiebbarer Kolben (45) ist, der Arbeitszylinder an seiner dem Anschlußpunkt der Gasleitung (43) zugewandten Seite seine Arbeits.'iammer (48) und an seiner hinsichtlich des Kolbens der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite eine Lüftungsöffnung (54) aufweist, die ins Freie führt, und daß der Kolben von der Lüftungsöffnung weg gewichts- oder federvorbelastet ist (durch 74)·
8. Feuerungsofen nach dem auf Anspruch 5 rückbezogenen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (48) mit der Umgebung über eine Rückschlag-Ventilanorunung (52) kommuniziert, die den Luftdurchsatz aus der Arbeitskammer heraus sperrt und in die Arbeitskammer hinein stark drosselt.
9. Feuerungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (45) um seinen Umfang eine Dichtmanschette (52) mit V-fcnnigem Profil aufweist, das die hohle V-Seite der Arbeitskammer (78) zuwendet.
10. Feuerungpofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (44) mit vertikaler Achse und obenliegender Arbeitskammer (48) angeordnet igt und auf &er Oberseite des Kolbens (45) eine Lage Dichtöl (53) schwimmt.
11. Feuerungsofen nach einem der Ansprüche i bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (45) auf einer Kolbenstange (46) sitzt, die längsgelagert durch eine der Stirnseiten des Aröeitszylindefs &ngr; 44) herausgeführt ist und an deren außenliegendem Teil ein Abgriff (64) zur Bewegungsübertragung zur wenigstens eine.fi Klappe (29, 31, 33) angreift.

t &igr; &igr; la &igr;&igr;&igr;&igr; it itii

I t i t I I Il I

·** &iacgr; fi*e et t

• I ItI t _&Lgr; 141 Il
12. Feuerungsofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Kolbenstange (46) ein Hebel (60) angreift, der mit den Klappen (29, 31, 33) in Verbindung steht.

13· Feuerungsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (60) durch Feder- oder Gewichtskraft (74) gegen das Ende der Kolbenstange (46) gedrückt ist und an diesem über einen Wälzkörper ? (64) anliegt.

14* FcUciUügäüföü. üäch ciüciü der Ansprüche Ii bis ij, uädürüh gekeiifi— t

zeichnet, daß die Kolbenstange (46) bzw. der Hobel (60) weaigstens |

ein Langloch (69, 70) aufweist, in das eine Kraftübertragungsstange 1

(71, 72) eingreift, welche mit der wenigstens einen Klappe (31, &OHacgr;) § verbunden ist.

15* Feuerungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Drossel- und Verschlußklappen (29, 31, 33) für die Verbrennungsluftzufuhr aufweist, die getrennt angesteuert sind. I

l6. Feuerungsofen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ?

mehreren Klappen (29, 31, 33) vom selben Kolben (45) angesteuert \ sind. &iacgr;

VJ. Feuerungsofen nach dem auf die Ansprüche 12 und I4 rückbezogenen t

Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Hebel (60) zumindest zu \

einem Teil über Langlöcher (69, 70), mehrere Kraftübertragungs- £

stangen (66, 71, 72) angreifen. J

l8. Feueriüigsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeich- f net, daß bei wenigstens einer Drossel- und Verschlußklappe (29) für die Verbrennungsluftzufuhr zwischen dem Kolben (45) und dieser KLap- ^; pe eine Zugfeder (76) eingesetzt ist und die Klappe durch eine auslösbare Klinke (8l, 84) in ihrer geschlossenen Stellung festgehalten ist.

19« Feuerungsofen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Klinke (8l, 84) festgehaltene Klappe (29) eine Startklappe ist, die im Weg einer Unterluft-Zufuhr angeordnet ist. .

• · · I « I *+) &igr; t &igr; ,

20» Feu&rungsofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Drossel- und Verschlußklappen (31, 33) vorhanden sind, die im Weg einer Luftzufuhr in einen Hauptverbrennungsraum (5) bzw. im Weg einer LuHzufuhr in einen Nachverbrennungsraum (7) angeordnet sind.

21« Feüerüngsöfen nach einem der Ansprüche 1 bis 20> dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Drossel- und Verschlußkläppe öder wenigstens einige der mehreren Drossel- und Verschlußklappen (29, 31f 33) iur Ermöglichung von Leckluftströmen nur unvollständig