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Antriebsvorrichtung für das Luftgebläse und die Ölpumpe bei einem
Zerstäubungsölbrenner Die Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Ölbrennern
mit Hochdruckölzerstäubung, wie sie für Zentralheizungsanlagen Verwendung finden
und. die im Gebrauch infolge selbsttätiger thermostatischer Steuerung häufig anlaufen
und zum Stillstand kommen.
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Bei Brennern dieser Art ist es zur Erzielung einer einwandfreien Wirkung
erwünscht, beim Anlaufen die Abgabe von Öl durch die Brennerdüse so lange zu verzögern,
bis das Gebläse einen für die restlose Verbrennung genügend starken Luftstrom erzeugt,
und die Abgabe von Öl durch die Düse nach dem Abschalten der Energiezufuhr zum Motor
möglichst schnell zu unterbrechen, bevor der Luftstrom zu fließen aufhört, der nach
dem Abstellen der Ölzufuhr noch das Brennerrohr durchspülen soll.
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Bei einer bisher für diesen Zweck verwendeten Vorrichtung ist im Antrieb
zwischen dem durch den Motor angetriebenen Gebläse und der Ölpumpe eine Kupplung
angeordnet, die in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gebläses und des Antriebsmotors
die Pumpe mit diesen erst dann kuppelt, wenn sie eine vorausbestimmte verhältnismäßig
hohe Drehzahl erreicht haben. Dadurch soll die Luftzufuhr bei normalem Betrieb des
Brenners auf
einen solchen Wert herabgesetzt werden, daß sich ein
hoher Wirkungsgrad der Verbrennung ergibt, ohne daß beim Anlassen und beim Stillsetzen
des Brenners vorübergehend Rauch- oder Rußbildung auftritt.
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Die erwähnte Vorrichtung bewirkt im wesentlichen dieselbe Verzögerung
beim Anlassen und beim Stillsetzen, d. h., es vergeht zwischen dem Schließen des
Motorschalters und dem Entstehen von Öldruck, was so gut wie augenblicklich nach
dem Einrücken der Kupplung erfolgt, ungefähr dieselbe Zeit wie zwischen dem Öffnen
des Schalters und dem Schließen des Absperrventils durch Abfallen des Öldruckes,
was so gut wie unverzüglich auf das Lösen der Kupplung folgt.
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Nimmt man z. B. an, daß die Kupplung bei Erreichung von 70% der vollen
Drehzahl in Eingriff und bei auf denselben Wert gesunkener Drehzahl außer Eingriff
tritt, so steigt ohne Belastung durch die Pumpe die Drehzahl des Motors und des
Gebläses auf 70% der vollen Drehzahl ungefähr in derselben Zeit, die der Motor,
das Gebläse und die Pumpe infolge ihrer Massenwirkung benötigen, um von voller Drehzahl
auf 70% von ihr herunterzugehen.
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Tatsächlich sind die erzielten Ergebnisse um so besser, je eher das
Ölabsperrventil sich nach- Öffnen des Motorschalters schließt. Weiter ist es erwünscht,
beim Anlassen eine stärkere Verzögerung zu erhalten. Diese beiden Bedingungen vertragen
sich nicht miteinander und können bei einem Brenner nicht lediglich mit Hilfe einer
auf Geschwindigkeit ansprechenden Kupplung oder einer anderen die Pumpe entlastenden
Vorrichtung erzielt werden. Wird z. B. die Masse des Motorankers, der nach dem Öffnen
des Motorschalters durch seine Massenwirkung die Pumpe noch weiter antreibt, verkleinert,
damit die Drehzahl schneller sinkt und die Kupplung sich schneller löst und entsprechend
das Clabschlußventil sich schneller schließt, so erhält man beim Anlassen auch eine
schnellere Beschleunigung, was das Gegenteil dessen bedeutet, was notwendig ist.
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Gemäß der Erfindung wird nun bei einem Ölbrenner mit Entlastung des
Mortors von der Ölpumpe bei Drehzahlen, die unterhalb eines vorausbestimmten Wertes
liegen, eine verbesserte Antriebsvorrichtung für das Luftgebläse und die Ölpumpe
vorgesehen, die sich durch eine geringere Masse zur Erreichung eines schnelleren
Absinkens der Drehzahl und eines schnelleren Schließens des Ölabsperrventils und
durch ein so geringes Anzugsmoment kennzeichnet, daß eine längere Zeit für die Drehzahlsteigerung
der herabgesetzten Masse erforderlich ist. Bei einer solchen Vorrichtung kann die
Verzögerung beim Anlassen doppelt so groß wie beim Stillsetzer sein. Verglichen
mit der erwähnten bekannten Vorrichtung kann die Verzögerung beim Anlassen annähernd
verdoppelt und die Verzögerung beim Stillsetzer mindestens um ein Drittel verkleinert
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt. Fig. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen der Erfindung entsprechenden
Ölbrenner nach der Linie I-I der Fig. 2; Fig. 2 ist eine Ansicht von links der Fig.
i mit Teilschnitt nach der Linie II-II der Fig. i ; Fig. 3 zeigt den Motor in einem
Schnitt nach der Linie III-III der Fig.. 2 ungefähr in natürlicher Größe; Fig. 4
ist ein Schnitt durch eine Kupplung nach der Linie IV-IV der Fig. z; Fig. 5 ist
ein Schnitt durch ein Druckregelungsventil; Fig. 6 und 7 zeigen in Diagrammen die
Zeit an, die zwischen dem Schließen des Motorschalters und, dem Beginn. der Ölförderung
zur Brennerdüse vergeht, wenn die Kupplung allein bzw. in Verbindung mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung angewendet wird; Fig. 8 und 9 geben in Diagrammen die Zeit an, die in
beiden Fällen zwischen dem Öffnen des Motorschalters und dem Aufhören der Ölzufuhr
zur Brennerdüse vergeht; Fig. io und ii geben in Diagrammen die Zeit an, die in
beiden Fällen der Motor benötigt, um nach dem Öffnen seines Schalters zum Stillstand
zu kommen.
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Der in der Zeichnung dargestellte Ölbrenner besitzt einen von einer
Bodenplatte 2 und einer Säule 3 getragenen Gußkörper i, der- in seinem oberen Teil
ein Gebläsegehäuse 4 mit Flügelrad 7 enthält. Der Auslaß 5 des Gebläses, das die
Luft durch eine Öffnung 38 in einer Seitenwand 28 und ein auf ihr befestigtes Gehäuse
43 mit Öffnungen 43' ansaugt, mündet in eine waagerecht angec>rdnete zylindrische
Kammer 6 im unteren Teil des Körpers i, die in ein Brennerrohr 9 übergeht. Dieses
enthält im vorderen Ende eine auf das Endstück 18 einer Brennölzuleitung 24 aufgeschraubte
Zerstäubungsdüse 13, einen Luftwirbler 1i, 12 und eine Zündfunkenstrecke,
deren Elektroden 14 durch Leitungen 2o an einen Zündtransformator 2z angeschlossen
sind.
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Zur Ölzuführvorrichtung gehören eine Pumpe, die 01 zu der Düse
13 unter einem Druck von mindestens 7 kg/cm2 fördern kann, sowie Absperr- und Druckregelventile.
Gemäß der Zeichnung sind die Pumpe und die Ventile zu einer Einheit 25 (Fig. 2 und
5) vereinigt, an die das zur Düse 13 führende Rohr 24 angeschlossen ist.
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Die Treibwelle 3o der Pumpeneinheit ist gleichachsig mit dem Gebläseflügelrad
7 gelagert und mit dem getriebenen Teil 31 einer auf Geschwindigkeit ansprechenden
Kupplung verbunden, deren treibender Teil 32 durch ein nachgiebiges Zwischenglied
33 mit der Nabe des Flügelrades 7 verbunden ist. Gemäß Fig. 4 ist der getriebene
Teil der Kupplung eine Trommel 31 und ihr treibender Teil eine Scheibe 32,
die diametral zwei Gelenkstifte 34 trägt. Auf den Stiften 34 sind gelenkig Gewichtsarme
35 gelagert, deren jeder durch eine bei 37 an ihm angreifende, an den Gelenkstift
34 des andern Armes angehängte Feder 36 nach innen gezogen wird, die aber bei einer
vorausbestimmten Drehzahl,
z. B. 70% der vollen Drehzahl, durch
die Fliehkraft mit der Innenfläche der Trommel 31 in Reibungseingriff gebracht werden
und dadurch diese und damit die Ölpumpe antreiben.
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Zwischen die Ölpumpe 25 und die zur Brennerdüse 13 führende
Ölleitung 24 ist ein Öldruckregler (Fig. 5) geschaltet. Dieser weist eine zylindrische
Bohrung 47 auf, die an ihren Enden durch Kanäle 45, 46 mit der Auslaß- bzw. Einlaßseite
der Ölpumpe verbunden ist und zwischen den Kanalausmündungen eine Büchse 48 aufnimmt.
Die Bohrung 47 ist an den Enden durch Schraubs:topfen 49 und So abgeschlossen, die
den Endender Büchse 48 in einemAbstandgegenüberliegen,wodurchKammern 5i und 52 gebildet
werden, in die dieKanäle 45 und 46 einmünden. In der Büchse 48 ist ein becherförmiger
Kolben 53 verschiebbar, an dessen geschlossenem Ende eine Ventilscheibe 54 angeordnet
ist, die sich unter dem regelbaren Druck einer Belastungsfeder 57 auf einen Sitz
55 am Verschlußstopfen 49 aufsetzen und dadurch die Verbindung zwischen der Kammer
5 i und einem Auslaßkanal 56 abschließen kann, an den das Ölrohr 24 angeschlossen
ist. Durch Regeln der Spannung der Feder 57 kann erreicht werden, daß das Ventil
durch den Druck des durch den kanal45 ankommenden Öls auf die Endfläche des Kolbens
53 geöffnet wird, wenn dieser Druck einen vorausbestimmten Wert, z. B. 7 km/cm2,
erreicht.
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Mit demselben Erfolg der Entlastung des Motors von der Pumpenlast
beim Anlassen des Brenners auch bei dauernder Kupplung der Pumpe mit dem Motor kann
man für die Pumpe eine Umlaufvorrichtung vorsehen, so daß sie zunächst leer läuft,
um die Förderung zur Brennerdüse erst aufzunehmen, wenn der Umlaufweg durch eine
bei Erreichung einer bestimmten :Motordrehzahl, z. B. 70% der vollen Drehzahl, selbsttätig
wirkende Vorrichtung abgesperrt wird.
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Dem Antrieb des Luftgebläses und der Ölpumpe dient ein Einphaseninduktionsmotor
mit Poldämpfung. Sein Stator besteht aus einem Paket von Blechlamellen 75. Diese
sind zwischen zwei Endhauben 76 und 77 gelagert, die die Lager 78 für die Welle
79 des Ankers 8o tragen. Eine Tragplatte 81 ist mit der Endhaube 77 verbunden. Eine
Anzahl Bolzen 82 mit Muttern 83 vereinigen die Hauben 76, 77, die Lamellen 75 und
die Tragplatte 81, die mit einer Ringleiste in eine Öffnung 84 in der einen Seitenwand
des Gebläsegehäuses 4 eingreift, mit der sie durch Schrauben 85 verbunden ist. Der
Anker des Motors ist als Käfig ausgebildet und besteht aus einem Paket Eisenbleche
86, die einen Kranz von Kupferstäben 87 tragen, deren Enden mit je einem an den
Enden des Ankers angeordneten Kupferring 88 vernietet sind. Der Anker ist in der
Längsrichtung von Kühlluftkanälen 89 durchsetzt und trägt ein Flügelrad go, das
Luft durch Löcher gi in der Endhaube 76, durch die Ankerkanäle und durch Öffnungen
92 in der Haube 77 treibt. Der Stator hat vier radial einwärts gerichtete, um 9o°
gegeneinander versetzte Pole 93, die je eine Hauptwicklung 94 tragen. Die Dämpfungs-Wicklungen
sind als endlose Kupferschleifen 95 dargestellt, die je einen kleinen Teil 96 eines
jeden Poles umgeben. Sie bringen einen Teil des durch jeden Pol gehenden magnetischen
Flusses außer Phase mit dem übrigen Teil des magnetischen Flusses, so daß nur ein
kleines Anlaufmoment erzeugt wird.
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Auch der stärkste der zur Zeit hergestellten Motoren dieser Art, die
gewöhnlich nur zum Antrieb kleiner Ventilatoren, Uhren, Wellen von Anzeigeapparaten
u. dgl. verwendet werden-, besitzt kein genügendes Anlaufmoment, um die beschriebene
Pumpe in Gang zu setzen, wenn er beim Anlassen mit der Pumpenwelle gekuppelt und
nicht entlastet ist. Es gibt andere Typen von Einphaseninduktionsmotoren, die ein
größeres Anzugsmoment haben und wirtschaftlicher sind, jedoch ergibt der Induktionsmotor
mit Poldämpfung eine erheblich verbesserte Wirkung beim Betrieb des Ölbrenners während
der Anlaß- und Stillsetzzeiträume gerade durch die Tatsache, daß sein Anker trotz
seiner im Vergleich mit einem üblichen Motor sehr geringen Masse langsamer beschleunigt
wird. Durch anfängliches Abkuppeln der Pumpe von dem Gebläse oder durch anfängliches
Leerlaufenlassen der Pumpe kann man nämlich die Zufuhr von Öl zu der Zerstäubungsdüse
verzögern und damit einen Nachteil des Motors hinsichtlich der Wirksamkeit des Antriebes
in einen Vorteil hinsichtlich der Betätigung des Brenners verwandeln, weil die langsame
Beschleunigung den Zeitraum zwischen dem Anlassen des Luftgebläses und dem Austreiben
von Öl durch die Düse verlängert. Eine erhebliche Verlängerung des Zeitraumes bis
zum Beginn der Ölzufuhr wird erreicht gegenüber dem, was durch eine Kupplungsvorrichtung
allein erreichbar ist, und dieser Vorteil ergibt sich aus der Verwendung eines kleineren
und billigeren Motors.
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Der Vorteil ist klar erkennbar durch einen Vergleich der in Fig. 6
und 7 dargestellten Zeit-Druck-Diagramme, die den Brennstoffdruck an der Düse und
die Zeit in Zehntelsekunden angeben. In-jedem Fall wurde derselbe Brenner mit der
in Fig.2 und 4 dargestellten Kupplung verwendet, wobei der einzige Unterschied im
Antriebsmotor bestand. Die Diagramme der Fig.6 wurden bei Betrieb durch einen üblichen
Spaltphaseninduktionsmotor von i io Volt, 6o Perioden, 1/e PS und 175o U/min, die
Diagramme der Fig.7 dagegen bei Antrieb durch den dargestellten Motor mit Poldämpfung
aufgenommen. Sie geben das Schirmbild eines Oszilloskops in der Weise wieder, daß
die oberen und unteren Zacken der sehr dichten und steilen Schwingungskurven durch
die Linien ioo und ioi miteinander verbunden wurden. Der senkrechte Abstand zwischen
den Linien ioo und ioi stellt den Druck in kg/cm2 dar. io2 ist die Nullinie des
Druckes. In Fig.6 schloß sich der Motorschalter bei der Zeit Null, und der Öldruck
Null bestand weiter, bis die Kupplung zum Eingriff kam und die Ölpumpe antrieb.
Sodann entstand der Druck sehr schnell, so gut wie unverzüglich, wie die Linie
103 anzeigt, bis der Druck von etwa 7 kg/cm2 erreicht war, der
für
das öffnen des Absperrventils und die Förderung von Öl zur Düse erforderlich ist.
Dies geschah in o,5 Sekunden. In Fig. 7 haben die Teile des Diagramms, die mit denen
der Fig. 6 übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen mit Strich erhalten. Fig. 7 zeigt,
daß die Verzögerung annähernd verdoppelt ist, nämlich auf o,9 Sekunden. Die Schwankungen
der Linien ioo' und ioi' sind ohne Bedeutung. Sie sind einer Besonderheit des Meßinstrumentes
zuzuschreiben und treten infolge der Entstehung des Druckes und auch beim Nachlassen
des Druckes äuf. Sie strecken sich bald und werden waagerecht, verlaufen aber durchweg
zueinander parallel und zeigen durch ihren konstanten Abstand einen konstanten Druck,
nämlich im vorliegenden Falle 7 kg/cm_ 2 an.
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Wird der Schalter des Brennermotors geöffnet, so laufen der Motoranker,
das Gebläseflügelrad und die Pumpe infolge ihres Beharrungsvermögens noch eine Weile
um. Nach einer gewissen Verminderung der Geschwindigkeit löst sich die Kupplung
der Ölpumpe, die dann sehr schnell zum Stillstand kommt, während der Motor und das
Gebläseflügelrad mit allmählich abnehmender Geschwindigkeit weiterlaufen, ehe sie
ebenfalls zum Stillstand kommen. Sobald die Pumpe vom Motor abgekuppelt ist, fällt
der Öldruck fast augenblicklich auf Null, so daß das Absperrventil durch die Feder
57 ge#-schlossen und somit ein weiterer Zufluß von Öl zur Zerstäubungsdüse verhindert
wird.
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Ein Vergleich der Diagramme der Fig. 8 und 9, die mit demselben Brenner,
aber bei Antrieb durch einen Spaltphasenmotor bzw. den beschriebenen Motor mit Poldämpfung
aufgenommen sind, zeigt, daß in letzterem Falle der Abschluß viel schneller stattfand.
In jedem Falle wurde der Schalter des Pumpenmotors bei der Zeit Null geöffnet. In
Fig. 8 wurde der volle Druck von z. B. 7 kg/cm2, der durch den senkrechten Abstand
zwischen den Linien 10q. und io5 dargestellt ist, in etwa 1/z Sekunde erhalten.
Dann fiel der Druck leicht ab, bis das Absperrventil sich bei o,6 Sekunden schloß,
worauf der Druck so gut wie unverzüglich auf Null abfiel, wie die Linie io6 zeigt.
Die Linie 107 stellt Nulldruck dar und.' wird in ertwa a Sekunden horizontal. In
Fig.9, in der die entsprechenden Teile des Diagramms dieselben Bezugszeichen mit
einem Strich tragen, ergibt sich eine stark, nämlich auf 0,4 Sekunden beschleunigte
Absperrung.
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Fig. io und i i zeigen die Zeit an, die vergeht, bis der Motor und
das Gebläse bei Anwendung des Spaltphasenmotors bzw. des Motors mit Poldämpfung
zum Stillstand kommen. Die Linien io8 und iog der Fig. io und die entsprechenden
Linien io8' und io9' der Fig. ii stellen die Extreme eines Signals eines 6operiodigen
Wechselstromes dar. Die Linien iio und iio' zeigen die Geschwindigkeit Null an.
Der Motorschalter wurde jeweils bei der Zeit Null geöffnet. In jedem Falle war der
Pumpenrotor mit dem Anker des Motors und mit dem Gebläseflügelrad gekuppelt, bis
die Kupplung bei einem Absinken der Geschwindigkeit auf etwa 70% der vollen Geschwindigkeit
durch ihre Federn gelöst wurde. Der Anker des Motors mit Poldämpfung kam in 4,8
Sekunden zum Stillstand und der Anker des gewöhnlichen Spaltphasenmotors in 5,8
Sekunden.
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Der Induktionsmotor mit Poldämpfung ist frei von Reglern, Schaltern
und Bürsten, die bei anderen Induktionsmotoren zum Anlassen notwendig sind. Das
Fehlern von z. B. durch Regler zu betätigenden Schaltern bringt eine Quelle häufiger
Störungen in Fortfall. öffnen sich diese Schalter nicht, wenn sie es müßten, so
wird die Anlaßwicklung nicht ausgeschaltet und brennt schnell durch. Dem muß durch
einen Höchststromausschalter Rechnung getragen werden. Als Sicherheit für den Fall,
daß der Motor aus irgendeinem Grunde, z. B. infolge Bruches von Kupplungsfedern,
stehenbleibt, ist bei einphasigen Induktionsmotoren jeder Art ein Überlastungsschalter
notwendig. Das erübrigt sich bei dem Motor mit Poldämpfung, weil er bei Stillstand
nicht mehr Strom als beim Lauf aufnimmt. Bei stillstehendem Kühlventilator erfolgt
der dadurch bedingte Temperaturanstieg so langsam, daß in dem. kurzen Zeitraum von
z. B. 9o Sekunden, die der übliche Verbrennungssicherheitsschalter des Brenners
für das Unterbrechen des Motorstromkreises nach dem Aussetzen der Verbrennung benötigt,
kein Schaden entsteht.
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Es wird also durch Verwendung eines Einphaseninduktionsmotors, der
die als Störungsquelle wirkenden Schalter entbehrlich macht, die Störungssicherheit
erhöht, und überdies werden auch noch die Kosten gesenkt. Ferner wird durch Verlängerung
der Beschleunigungszeit bis zum Einsetzen der Ölzufuhr und durch Verkürzung der
Verzögerungszeit bis zum Abstellen der Ölzufuhr Rußbildung infolge Luftmangels verhütet.