EP0440872B1 - Zünd- und Sicherheitsschaltung für Gasbrenner - Google Patents

Zünd- und Sicherheitsschaltung für Gasbrenner Download PDF

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EP0440872B1
EP0440872B1 EP90105518A EP90105518A EP0440872B1 EP 0440872 B1 EP0440872 B1 EP 0440872B1 EP 90105518 A EP90105518 A EP 90105518A EP 90105518 A EP90105518 A EP 90105518A EP 0440872 B1 EP0440872 B1 EP 0440872B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
relay
switch
diode
circuit
charging capacitor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90105518A
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English (en)
French (fr)
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EP0440872A2 (de
EP0440872A3 (en
Inventor
Derk Vegter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell BV
Original Assignee
Honeywell BV
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Publication date
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Publication of EP0440872A3 publication Critical patent/EP0440872A3/de
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Publication of EP0440872B1 publication Critical patent/EP0440872B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/20—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays
    • F23N5/203—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/04—Prepurge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/36—Spark ignition, e.g. by means of a high voltage

Definitions

  • the invention relates to an ignition and safety circuit fed from an alternating voltage, preferably the mains alternating voltage, for a gas burner supplied with gas via a solenoid valve, an electric spark igniter and a flame sensor.
  • an alternating voltage preferably the mains alternating voltage
  • a gas burner supplied with gas via a solenoid valve, an electric spark igniter and a flame sensor.
  • a flame sensor switches off the spark igniter and the burner changes to the normal operating state.
  • the fuel supply must be interrupted.
  • the duration of the safety period determines this duration depending on the burner output. It is therefore important that the security period is observed regardless of external influences. If one uses a current-heated one to determine the duration of the safety period Bimetallic strip, its rate of deformation depends on the current flowing through it and thus directly on the supply voltage. Fluctuations in the supply voltage therefore lead to changes in the safety time specified with the bimetal switch. If, on the other hand, the duration of the safety period is determined by charging or discharging a capacitor, this must have a fairly high capacitance in order to achieve the safety time of 10 seconds, for example. Such capacitors are usually designed as electrolytic capacitors, which are, however, inaccurate and have poor long-term stability.
  • the duration of the safety period is determined electrically with the aid of a precision capacitor, for example a thin-film capacitor of low capacitance, in connection with an operational amplifier and a switch-on relay for the gas valve and a bistable safety relay, in connection with one in the course of it Charging the pre-purge time-determining capacitor of larger capacity, work in series during the pre-purge time without responding and at the end of the pre-purge time are switched to parallel operation, so that the switch-on relay responds and the gas valve opens.
  • a precision capacitor for example a thin-film capacitor of low capacitance
  • the circuit arrangement according to FIG. 1 is operated with AC voltage, for which purpose for example the AC mains voltage of 220V is connected between the line terminal L and ground N. It is assumed that the burner should be started as soon as a room thermostat or other switch TH requesting the supply of heating energy closes.
  • the switch TH When the switch TH is closed, the fan motor LM first becomes live with which the pre-rinse time begins. At this time, the excitation winding VG of the fuel valve V and the ignition transformer ZT are still without current. Both lie between line L1 and ground, line L1 being disconnected from the mains, because in the rest position the switching contact gr of the switch-on relay GR for the gas valve is connected to its normally closed contact g2 and the normally open contact g1 is therefore de-energized.
  • a bistable safety relay SR also has a changeover contact sr, which is in the work position on the work contact s1. As soon as the thermostat contact TH closes, current flows on the one hand to the fan motor, as mentioned, and on the other hand via the normally open contact s1 to a direct current supply device PS, which supplies, for example, stabilized direct voltages of + 22V and -5V for supplying the other circuit parts. Finally, current flows from the mains line L via the changeover contact gr of the switch-on relay and its normally closed contact g2, a series resistor R1 and a rectifier diode D1 via a series connection of the field windings GR of the switch-on relay and SR of the safety relay to a charging capacitor C2 and from there to ground.
  • the ohmic resistances of the field windings GR and SR are dimensioned in connection with the series resistor R1 so that neither of the two relays GR or SR responds, but the capacitor C2 is slowly charged.
  • a capacitor C4 is connected to the connection point P2 from the grounding of the capacitor C2 and the safety relay SR via a blocking diode D4. It has a much smaller capacity, for example 1uF, than that Charging capacitor C2 with for example 47uF.
  • the capacitor C4 is connected in parallel with a voltage divider R7, R8, at the tap P6 of which the non-inverting input (+) of an operational amplifier OP is located.
  • the inverting input (-) of this operational amplifier is connected via a series resistor R9 to the tap P7 of a further voltage divider R4, R5, which is connected between the positive supply voltage + 22V and ground.
  • the voltage at tap P7 is, for example, + 15V.
  • the pre-rinsing period VSP ends and the safety period SP begins to run.
  • the charge stored on the capacitor C2 can flow off as a current pulse via the two relays SR and GR. From point P2 the current flows on the one hand directly via the safety relay SR and the transistor T2 to ground and on the other hand via the diodes D2 and D3 as well a resistor R3 through the switch-on relay GR and again the transistor T2 also to ground.
  • the capacitor C2 previously charged to approximately 36V is therefore discharged via the two relay windings.
  • the switch-on relay GR switches its contact gr to the normally open contact g1, so that the excitation winding VG of the gas valve V is now connected to the mains AC voltage and the gas valve opens.
  • the charging capacitor C5 of the spark generator is charged via the rectifier diode D6 and the resistor R12.
  • the capacitor C5 can periodically discharge via the primary winding of the ignition transformer ZT and ignition pulses for an ignition electrode assigned to the burner are produced at the output terminal Z.
  • a resistor R11 and a freewheeling diode D7 are connected in parallel to the series connection of capacitor C5 and primary winding of the ignition transformer ZT.
  • the resistor R1 and the diode D1 are disconnected from the AC line voltage and the rectifier diode D3 is connected to the line L1 via the resistor R2 and the capacitor C1, so that this diode D3 is connected to the resistor R3 drives a direct current through the switch-on relay GR and keeps it in the switch position mentioned.
  • a smoothing capacitor C3 is connected in parallel to the relay GR.
  • the impedance of the series connection of resistor R2 and capacitor C1 for example 10 kOhm, is significantly lower than that Resistor R1 with, for example, 100 kOhm, so that the direct current of, for example, 10 mA generated by diode D3 is significantly higher than the previous charging current.
  • the negative half-wave of the applied AC voltage generates a DC current of, for example, 10 mA, which flows to ground via the Zener diode ZD.
  • the voltage at the zener diode is, for example, 47V.
  • the timer capacitor C4 has a significantly lower capacitance than the charging capacitor C2.
  • the timer capacitor can thus be manufactured as a highly stable thin film capacitor. Together with a voltage divider consisting of highly constant resistors R7 and R8, it determines its discharge time and thus the duration of the safety period SP.
  • the capacitor C4 discharges via the voltage divider R7, R8 mentioned.
  • the non-inverting input (+) of the operational amplifier OP is located at the tap P6 of the voltage divider. As mentioned above, the inverting input is connected to the tap P7 of the voltage divider R4, R5.
  • resistor R5 is connected in parallel via resistor D6 via diode D5. Its resistance value of 39 kOhm, for example, is significantly lower than that of resistor R5, for example 220 kOhm.
  • resistor R6 With the parallel connection of resistor R6 to resistor R5, the voltage at the inverting input (-) of the operational amplifier OP inevitably decreases.
  • the positive output voltage of the operational amplifier OP disappears and thus the switch-on voltage for the transistor T2.
  • transistor T2 blocks, causing the direct current of, for example, 10 mA to no longer flow through transistor T2, but through safety relay SR and to capacitor C2.
  • the impedance of the capacitor C1 of about 10 kOhm is very high compared to that of the two relay windings.
  • the capacitor C1 connected to the AC voltage thus works almost as a constant current source.
  • the safety relay SR switches to the safety position. It remains there due to its bistable nature.
  • FIG. 2 illustrates the current and voltage values various switching points in the course of normal start-up of the burner.
  • the thermostat contact TH is closed.
  • the operational amplifier OP switches its output voltage from, for example, -5V to + 20V and switches transistor T2 through .
  • the pre-rinsing period VSP is thus ended and the safety period SP begins at time t1.
  • a current pulse I G flows through the switch-on relay GR, which triggers this relay. After switching its contact gr, the diode D3 generates a holding current I H that is lower than the response current. Simultaneously with the positive current pulse I G through the relay GR, a negative current pulse I N occurs through the safety relay SR, which, however, does not affect its switching position. It is already in the operating position. Since the thermostat TH has closed, switching pulses V FZ for the thyristor TY1 in the spark generator have been produced at the output of the flame sensor circuit FS. However, the primary winding of the ignition transformer TR1 is only connected to the supply line L1 at the time t1, so that ignition pulses ZT also only occur at the output terminal Z at this time t1.
  • the output signal V OP of the operational amplifier would disappear at the end of the safety period SP at the time t3. Since the transistor T1 is still blocked in this case, there is a positive current pulse I P through the safety relay SR, so that this switches over to its safety position at time t 3 and remains there due to its bistable mode of operation.
  • the safety relay is switched, the power supply circuit PS, the field winding VG of the gas valve V and the ignition transformer ZT become currentless.

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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine aus einer Wechselspannung, vorzugsweise der Netzwechselspannung, gespeiste Zünd- und Sicherheitsschaltung für einen über ein Magnetventil mit Gas versorgten, einen elektrischen Funkenzünder sowie einen Flammenfühler aufweisenden Gasbrenner. Vor dem öffnen des Gasventils und der Einschaltung des Funkenzünders ist es üblich, die Brennkammer zu spülen, um darin befindliche Restgase zu entfernen und das Entstehen eines explosiven Gemisches zu verhindern. An diese Vorspülperiode schließt sich eine sogenannte Sicherheitsperiode an, in welcher das Gasventil geöffnet und der Funkenzünder eingeschaltet ist. Entsteht innerhalb dieser Sicherheitsperiode eine Flamme und wird diese vom Flammenfühler festgestellt, so schaltet der Flammenfühler den Funkenzünder ab, und der Brenner geht in den normalen Betriebszustand über. Wird jedoch am Ende der Sicherheitsperiode keine Flamme festgestellt, so muß die Brennstoffzufuhr unterbrochen werden. Für die Dauer der Sicherheitsperiode bestehen Normen, welche diese Dauer in Abhängigkeit von der Brennerleistung festlegen. Es ist somit wichtig, daß die Sicherheitsperiode unabhängig von äußeren Einflüssen eingehalten wird. Verwendet man zur Bestimmung der Dauer der Sicherheitsperiode einen mit Strom aufheizbaren Bimetallstreifen, so hängt dessen Verformungsgeschwindigkeit vom durchfließenden Strom und damit unmittelbar von der Versorgungsspannung ab. Schwankungen der Versorgungsspannung führen somit zu Änderungen der mit dem Bimetallschalter vorgegebenen Sicherheitszeit. Bestimmt man hingegen die Dauer der Sicherheitsperiode durch Aufladung oder Entladung eines Kondensators, so muß dieser, um die Sicherheitszeit von beispielsweise 10 Sekunden zu erreichen, eine ziemlich hohe Kapazität haben. Solche Kondensatoren werden üblicherweise als Elektrolytkondensatoren ausgebildet, die jedoch ungenau sind und eine schlechte Langzeitstabilität haben. Aufgabe der Erfindung ist es folglich, eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Vorgabe einer bestimmten von äußeren Einflüssen unabhängigen, auch im Langzeitbetrieb zuverlässigen und mit vertretbarem Aufwand an Bauteilen realisierbaren Schaltungsanordnung für die Vorgabe der Sicherheitsperiode zu schaffen, welche vorzugsweise zugleich auch die Vorspülzeit bestimmt. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Prinzip dieser Lösung besteht darin, daß die Dauer der Sicherheitsperiode elektrisch mit Hilfe eines Präzisionskondensators, beispielsweise eines Dünnfilmkondensators geringer Kapazität, in Verbindung mit einem Operationsverstärker bestimmt wird und ein Einschaltrelais für das Gasventil sowie ein bistabiles Sicherheitsrelais, in Verbindung mit einem im Zuge seiner Aufladung die Vorspülzeit bestimmenden Kondensator größerer Kapazität, während der Vorspülzeit in Reihenschaltung arbeiten ohne anzusprechen und am Ende der Vorspülzeit auf Parallelbetrieb umgeschaltet werden, so daß das Einschaltrelais anspricht und das Gasventil öffnet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei
    • Fig.1
    den Schaltungsaufbau einer bevorzugten Ausführungsform der Zünd- und Sicherheitsschaltung wiedergibt;
    Fig.2
    den Verlauf der Ströme und Spannungen an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung im Normalbetrieb zeigt; und
    Fig.3
    die gleichen elektrischen Größen für den Fall angibt, daß am Ende der Sicherheitsperiode keine Flamme entstanden ist und folglich die Gaszufuhr unterbrochen werden muß.
  • Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 wird mit Wechselspannung betrieben, wozu beispielsweise die Netzwechselspannung von 220V zwischen die Leitungsklemme L und Masse N angeschlossen ist. Es sei angenommen, daß der Brenner in Gang gesetzt werden soll, sobald ein Raumthermostat oder sonstiger die Zufuhr von Heizenergie anfordernder Schalter TH schließt. Beim Schließen des Schalters TH wird zunächst der Lüftermotor LM an Spannung gelegt, womit die Vorspülzeit beginnt. Zu dieser Zeit sind die Erregerwicklung VG des Brennstoffventils V und der Zündtransformator ZT noch stromlos. Beide liegen zwischen der Leitung L1 und Masse, wobei die Leitung L1 vom Netz getrennt ist, weil in der Ruhelage der Schaltkontakt gr des Einschaltrelais GR für das Gasventil an seinem Ruhekontakt g2 anliegt und somit der Arbeitskontakt g1 stromlos ist. Ein bistabiles Sicherheitsrelais SR weist ebenfalls einen Umschaltkontakt sr auf, der in der Arbeitsstellung am Arbeitskontakt s1 anliegt. Sobald der Thermostatkontakt TH schließt, fließt Strom einerseits wie erwähnt zum Lüftermotor und andererseits über den Arbeitskontakt s1 zu einer Gleichstromversorgungseinrichtung PS, welche beispielsweise stabilisierte Gleichspannungen von +22V und -5V zur Versorgung der übrigen Schaltungsteile liefert. Schließlich fließt Strom von der Netzleitung L über den Umschaltkontakt gr des Einschaltrelais und dessen Ruhekontakt g2, einen Vorwiderstand R1 und eine Gleichrichterdiode D1 über eine Reihenschaltung der Erregerwicklungen GR des Einschaltrelais und SR des Sicherheitsrelais zu einem Ladekondensator C2 und von dort nach Masse. Die ohmischen Widerstände der Erregerwicklungen GR und SR sind in Verbindung mit dem Vorwiderstand R1 so bemessen, daß keines der beiden Relais GR oder SR anspricht, wohl aber der Kondensator C2 langsam aufgeladen wird.
  • An den Verbindungspunkt P2 von masseferner Belegung des Kondensators C2 und Sicherheitsrelais SR ist über eine Sperrdiode D4 ein Kondensator C4 angeschlossen. Er hat eine wesentlich geringere Kapazität, beispielsweise 1uF, als der Ladekondensator C2 mit beispielsweise 47uF. Dem Kondensator C4 ist ein Spannungsteiler R7, R8 parallelgeschaltet, an dessen Abgriff P6 der nichtinvertierende Eingang (+) eines Operationsverstärkers OP liegt. Der invertierende Eingang (-) dieses Operationsverstärkers ist über einen Vorwiderstand R9 an den Abgriff P7 eines weiteren Spannungsteilers R4, R5 angeschlossen, der zwischen der positiven Versorgungsspannung +22V und Masse eingeschaltet ist. Die Spannung am Abgriff P7 beträgt beispielsweise +15V.
  • Sobald im Zuge der Aufladung der Kondensatoren C2 und C4 die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers OP diejenige am invertierenden Eingang überschreitet, entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers eine positive Ausgangsspannung VOP von beispielsweise 20V, welche über den Widerstand R10 an die Basiselektrode des als elektronischer Schalter wirksamen Transistors T2 gelangt. Im Zeitpunkt, wenn U(-) = U(+) = 15V gilt für die Spannung im Punkt P3 UP3 = U(+) x (R7 + RB):R8 und mit beispielsweise R7 = 5,6MOhm und R8 = 3,9MOhm wird UP3 = 36,5V. Die Spannung UP2 ist dann um den Spannungsabfall an der Diode D4 größer, d.h. UP2 = UP3 + 0,6V = 37,1V. Mit dem Durchschalten des Transistors T2 ist die Vorspülperiode VSP beendet und die Sicherheitsperiode SP beginnt zu laufen. Sobald nämlich der Transistor T2 durchschaltet, kann die auf dem Kondensator C2 gespeicherte Ladung als Stromimpuls über die beiden Relais SR und GR abfließen. Vom Punkt P2 fließt der Strom einerseits unmittelbar über das Sicherheitsrelais SR und den Transistor T2 nach Masse und andererseits über die Dioden D2 und D3 sowie einen Widerstand R3 durch das Einschaltrelais GR und wiederum den Transistor T2 ebenfalls nach Masse. Der zuvor auf etwa 36V aufgeladene Kondensator C2 entlädt sich also über die beiden Relaiswicklungen. Während das Sicherheitsrelais SR seine Schaltlage beibehält, schaltet das Einschaltrelais GR seinen Kontakt gr auf den Arbeitskontakt g1 um, so daß nunmehr die Erregerwicklung VG des Gasventils V an die Netzwechselspannung gelegt wird und das Gasventil öffnet. Zugleich wird über die Gleichrichterdiode D6 und den Widerstand R12 der Ladekondensator C5 des Funkenerzeugers aufgeladen. Am Ausgang FZ des Flammenfühlerschaltkreises FS steht zu dieser Zeit ein positives Signal, welches den Thyristor TY1 durchschaltet, so daß sich der Kondensator C5 periodisch über die Primärwicklung des Zündtransformators ZT entladen kann und an der Ausgangsklemme Z Zündimpulse für eine dem Brenner zugeordnete Zündelektrode entstehen. Der Reihenschaltung von Kondensator C5 und Primärwicklung des Zündtransformators ZT sind ein Widerstand R11 und eine Freilaufdiode D7 parallelgeschaltet.
  • Mit dem Umschalten des Kontakts gr auf den Arbeitskontakt g1 werden einerseits der Widerstand R1 und die Diode D1 von der Netzwechselspannung getrennt und andererseits über den Widerstand R2 und den Kondensator C1 die Gleichrichterdiode D3 an die Leitung L1 gelegt, so daß diese Diode D3 über den Widerstand R3 einen Gleichstrom durch das Einschaltrelais GR treibt und dieses in der angesprochenen Schaltlage hält. Dem Relais GR ist ein Glättungskondensator C3 parallelgeschaltet. Die Impedanz der Reihenschaltung von Widerstand R2 und Kondensator C1 mit beispielsweise 10 kOhm ist wesentlich geringer als der Widerstand R1 mit beispielsweise 100 kOhm, so daß der durch die Diode D3 erzeugte Gleichstrom von beispielsweise 10mA wesentlich höher ist als der vorherige Ladestrom. Dieser Gleichstrom ist damit in der Lage, das Relais GR in der angesprochenen Schaltlage zu halten. Die negative Halbwelle der anliegenden Wechselspannung erzeugt einen Gleichstrom von beispielsweise 10mA, der über die Zenerdiode ZD nach Masse fließt. Die Spannung an der Zenerdiode beträgt z.B. 47V.
  • Der Zeitgeberkondensator C4 hat, wie erwähnt, eine wesentlich geringere Kapazität als der Ladekondensator C2. Der Zeitgeberkondensator kann somit als hochstabiler Dünnfilmkondensator hergestellt werden. Zusammen mit einem aus hochkonstanten Widerständen R7 und R8 bestehenden Spannungsteiler bestimmt er seine Entladezeit und damit die Dauer der Sicherheitsperiode SP. Sobald die Aufladung des Kondensators C2 beendet wird und eine Entladung des Kondensators C4 durch die Sperrdiode D4 verhindert ist, entlädt sich den Kondensator C4 über den genannten Spannungsteiler R7, R8. Am Abgriff P6 des Spannungsteilers liegt der nichtinvertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers OP. Der invertierende Eingang steht, wie oben erwähnt, mit dem Abgriff P7 des Spannungsteilers R4, R5 in Verbindung. Sobald aber der Transistor T2 durchschaltet, ist dem Widerstand R5 über die Diode D5 der Widerstand R6 parallelgeschaltet. Sein Widerstandswert von beispielsweise 39 kOhm ist wesentlich geringer als der des Widerstands R5 mit z.B. 220 kOhm. Mit der Parallelschaltung des Widerstands R6 zum Widerstand R5 nimmt zwangsläufig die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers OP ab. Sobald nach Ablauf der durch C4, R7 und R8 bestimmten Sicherheitsperiode die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) unter diejenige des invertierenden Eingangs fällt, ohne daß innerhalb der Sicherheitsperiode das Gas gezündet hat und eine Flamme entstanden ist, so verschwindet die positive Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP und damit die Durchschaltspannung für den Transistor T2. Am Ende der Sicherheitsperiode sperrt also der Transistor T2, wodurch der Gleichstrom von beispielsweise 10mA nicht mehr durch den Transistor T2, sondern durch das Sicherheitsrelais SR und zum Kondensator C2 fließt. Die Impedanz des Kondensators C1 von etwa 10kOhm ist sehr hoch im Vergleich zu derjenigen der beiden Relaiswicklungen. Der an die Wechselspannung angeschlossene Kondensator C1 arbeitet somit nahezu als Konstantstromquelle. Mit dem Stromfluß über die Relais GR und SR schaltet das Sicherheitsrelais SR in die Sicherheitslage um. Dort bleibt es auf Grund seiner bistabilen Eigenschaft stehen. Damit schaltet sein Kontakt sr auf den Ruhekontakt s2 um, so daß die an den Verbindungspunkt P8 zwischen den Kontakten s1 und gr angeschlossene Stromversorgungseinrichtung PS abgeschaltet wird und damit auch die Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker OP und den Flammenfühlerschaltkreis FS entfallen. Gleichzeitig werden auch die Erregerwicklungen VG des Gasventils sowie der Zündfunkenerzeuger von der Netzleitung getrennt. Sofern der Thermostatkontakt TH noch geschlossen ist, entsteht ein Ladestromkreis von der Leitung L über den Widerstand R13 und die Gleichrichterdiode D8, den Verbindungspunkt P5 sowie die Relaiswicklungen GR und SR zum Kondensator C2. Dieser wird also langsam aufgeladen. Dieser Ladestrom reicht aber wiederum nicht aus, um die Relais zum Ansprechen zu bringen. Soll das Sicherheitsrelais wieder in seine Betriebslage umgeschaltet werden, so wird der Rückstellschalter RS betätigt, so daß sich der Kondensator C2 über die beiden Relaiswicklungen SR und GR entlädt und dieser negative Stromimpuls das Sicherheitsrelais in seine Betriebslage umschaltet.
  • Bei der bisherigen Schilderung ist davon ausgegangen, daß sich während der Sicherheitsperiode keine Flamme bildet. Entsteht hingegen innerhalb der Sicherheitsperiode SP, also vor dem Verschwinden der Durchschaltspannung an der Basis des Transistors T2, eine Flamme, so liefert der mit seinem Eingang an einen Flammenfühler FL angeschlossene Flammenfühlerschaltkreis FS an seinem Ausgang FT ein Durchschaltsignal für den Transistor T1. Damit wird der Haltestromkreis für das Einschaltrelais GR über den Transistor T1 geschlossen, so daß das Sperren des Transistors T2 am Ende der Sicherheitszeit keinen Einfluß mehr auf die Erregung des Relais GR hat. Erst ein öffnen des Thermostatkontakts TH führt zum Abschalten des Brenners.
  • Sollte während des zuvor geschilderten Normalbetriebs die Flamme aus irgendwelchen Gründen er löschen, so verschwindet das Einschaltsignal am Ausgang FT des Flammenfühlerschaltkreises FS und der Transistor T1 sperrt. Hierdurch wird die Anlage in der zuvor geschilderten Weise abgeschaltet. Auch dann kann erst durch Betätigung des Rückstellschalters RS ein neuer Betriebszyklus eingeleitet werden.
  • Figur 2 veranschaulicht die Strom- und Spannungswerte an verschiedenen Schaltungspunkten im Zuge einer normalen Inbetriebnahme des Brenners. Zur Zeit t₀ wird der Thermostatkontakt TH geschlossen. Es beginnt ein kleiner Ladestrom IGR = ISR durch die beiden Relais GR und SR zu fließen, und die Spannung am Verbindungspunkt P1 der beiden Relais, d.h. die Kollektorspannung VT2 des Transistors T2 steigt an. Sobald diese einen vorgegebenen Wert überschreitet, nämlich dann, wenn die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP zur Zeit t1 größer wird als am invertierenden Eingang, schaltet der Operationsverstärker OP seine Ausgangsspannung von bislang beispielsweise -5V auf +20V um und schaltet den Transistor T2 durch. Damit ist die Vorspülperiode VSP beendet, und im Zeitpunkt t1 beginnt die Sicherheitsperiode SP. Ein Stromimpuls IG fließt durch das Einschaltrelais GR, welcher dieses Relais zum Ansprechen bringt. Nach der Umschaltung seines Kontakts gr erzeugt die Diode D3 einen gegenüber dem Ansprechstrom verringerten Haltestrom IH. Gleichzeitig mit dem positiven Stromimpuls IG durch das Relais GR entsteht ein negativer Stromimpuls IN durch das Sicherheitsrelais SR, welcher jedoch seine Schaltlage nicht beeinflußt. Es befindet sich schon in der Betriebslage. Am Ausgang des Flammenfühlerschaltkreises FS entstehen bereits seit dem Schließen des Thermostaten TH Durchschaltimpulse VFZ für den Thyristor TY1 im Funkenerzeuger. Erst zum Zeitpunkt t1 wird jedoch die Primärwicklung des Zündtransformators TR1 an die Versorgungsleitung L1 angeschlossen, so daß auch erst zu diesem Zeitpunkt t1 Zündimpulse ZT an der Ausgangsklemme Z entstehen. Diese führen im Zeitpunkt t2 zum Ansprechen des Flammenfühlers FL mit dem Ergebnis, daß der Ausgang FT des Flammenfühlerschaltkreises FS nunmehr eine Durchschaltspannung an die Basis des Transistors T1 liefert und gleichzeitig die Zündimpulsfolge am Ausgang FZ unterbricht. Der Transistor T1 wird also im Zeitpunkt t2 leitend und schließt den Haltestromkreis für das Einschaltrelais GR unabhängig vom Schaltzustand des Transistors T2. Nach Ablauf der Sicherheitsperiode SP im Zeitpunkt t3 verschwindet das positive Ausgangssignal VOP des Operationsverstärkers OP und der Transistor T2 sperrt. Wegen des zu dieser Zeit bereits durchgeschalteten Transistors T1 hat dies jedoch keinen Einfluß auf die weitere Betriebsweise. Das im Zeitpunkt t1 geöffnete Gasventil V bleibt offen.
  • Sollte jedoch während der Sicherheitsperiode SP keine Flamme entstehen, so würde wie zuvor geschildert, am Ende der Sicherheitsperiode SP zum Zeitpunkt t3 das Ausgangssignal VOP des Operationsverstärkers verschwinden. Da der Transistor T1 in diesem Falle noch immer gesperrt ist, entsteht ein positiver Stromimpuls IP durch das Sicherheitsrelais SR, so daß dieses im Zeitpunkt t₃ in seine Sicherheitslage umschaltet und dort auf Grund seiner bistabilen Arbeitsweise verharrt. Mit dem Umschalten des Sicherheitsrelais werden die Stromversorgungsschaltung PS, die Erregerwicklung VG des Gasventils V und der Zündtransformator ZT stromlos. Durch die Erregerwicklung GR des Einschaltrelais fließt lediglich noch ein geringer Ladestrom Io von der Leitung L über die Kontakte sr und s2 sowie den Widerstand R13 und die Diode D8 der wiederum zu einer Aufladung des Kondensators C2 und damit zu einem Anstieg der Spannung VT2 am Kollektor des Transistors T2 führt. Erst, wenn nach Betätigung des Rückstellschalters RS das Sicherheitsrelais SR in seine Betriebslage zurückgebracht ist, kann ein neuer Betriebszyklus eingeleitet werden.
  • Der gleiche Schaltzustand ergibt sich, wenn ausgehend vom Normalbetrieb gemäß Figur 2 zu einer beliebigen Zeit die Flamme erlischt und folglich die Spannung VFT verschwindet. Damit sperrt der Transistor T1 und das Sicherheitsrelais SR geht in die Ruhestellung, wodurch die gesamte Zünd- und Sicherheitsschaltung stromlos wird.

Claims (15)

  1. Aus einer Wechselspannungsquelle (L, N), vorzugsweise der Netzwechselspannung, gespeiste Zünd- und Sicherheitsschaltung für einen über ein Magnetventil (V) mit Gas versorgten, einen elektrischen Funkenzünder (ZT) sowie einen Flammenfühler (FL, FS) aufweisenden Gasbrenner, wobei
    a) ein erster Ladekondensator (C2) über eine erste Gleichrichterdiode (D1) und die Reihenschaltung der Erregerwicklungen eines Einschaltrelais (GR) für das Magnetventil (V) und eines bistabilen Sicherheitsrelais (SR) aus der Wechselspannungsquelle (L, N) aufladbar ist, ohne dabei die Relais zum Ansprechen zu bringen;
    b) von einem ersten Verbindungspunkt (P1) der beiden Erregerwicklungen (GR, SR) ein erster und ein zweiter elektronischer Schalter (T1, T2) parallel nach Masse (N) geschaltet sind;
    c) beim Erreichen eines vorgegebenen Wertes der eine Vorspülzeit (VSP) bestimmenden Spannung am ersten Ladekondensator (C2) der erste elektronische Schalter (T2) durchschaltet und das Einschaltrelais (GR) zum Ansprechen bringt;
    d) beim Feststellen der Flamme durch den Flammenfühler (FL, FS) der zweite elektronische Schalter (T1) durchschaltet und einen Haltestromkreis für das Einschaltventil (GR) schließt;
    e) beim Ablauf einer durch eine Verzögerungsschaltung (C4, R7, R8, OP) bestimmten Sicherheitsperiode (SP) der erste elektronische Schalter (T2) wieder sperrt; und
    f) die Verzögerungsschaltung einen aus dem ersten Ladekondensator (C2) aufladbaren zweiten Ladekondensator (C4) geringerer Kapazität sowie einen Operationsverstärker (OP) aufweist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Erregerwicklung (VG) des Magnetventils (V) über einen Arbeitskontakt (g1) des Einschaltrelais (GR) und einen Arbeitskontakt (s1) des Sicherheitsrelais (SR) sowie einen Wärmebedarfsschalter (TH) einerseits an eine stromführende Klemme (L) der Wechselspannungsquelle anschließbar ist;
    b) ein Ruhekontakt (g2) des Einschaltrelais (GR) über eine Reihenschaltung eines Widerstands (R1) mit der ersten Gleichrichterdiode (D1) an eine Reihenschaltung (GR, SR, C2) angeschlossen ist, welche die Erregerwicklungen des Einschaltrelais (GR) und des bistabilen Sicherheitsrelais (SR) sowie den ersten Ladekondensator (C2) umfaßt, dessen andere Belegung an Masse (N) liegt;
    c) zwischen einen zweiten Verbindungspunkt (P2) von Sicherheitsrelais (SR) und erstem Ladekondensator (C2) einerseits und einem dritten Verbindungspunkt (P5) von Einschaltrelais (GR) und erster Gleichrichterdiode (D1) andererseits wenigstens eine zweite Diode (D2) in Sperrichtung des Ladestroms der Gleichrichterdiode (D1) eingeschaltet ist;
    d) die dem Sicherheitsrelais (SR) abgewandte Elektrode der zweiten Diode (D2) über einen ersten Kondensator (C1) an den Arbeitskontakt (g1) des Einschaltrelais (GR) angeschlossen ist;
    e) der zweite Ladekondensator (C4) über eine Rückstromsperrdiode (D4) dem ersten Ladekondensator (C2) parallelgeschaltet ist;
    f) ein an den Flammenfühler (FL) angeschlossener Flammenfühlerschaltkreis (FS) bei fehlender Flamme an einem ersten Ausgang (FZ) Steuerimpulse für den Funkenzünder (ZT, TY1) und bei vorhandener Flamme an einem zweiten Ausgang (FT) eine den ersten elektronischen Schalter (T1) durchschaltende Spannung liefert;
    g) der Operationsverstärker (OP) mit seinem invertierenden Eingang (-) an einen eine positive Schwellwertspannung liefernden ersten Spannungsteiler (R4, R5) angeschlossen ist;
    h) der nichtinvertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers (OP) mit einem Verbindungspunkt (P3) von zweitem Ladekondensator (C4) und Rückstromsperrdiode (D4) in Verbindung steht;
    i) der Ausgang des Operationsverstärkers (OP) mit der Steuerelektrode des zweiten elektronischen Schalters (T2) verbunden ist und diesen durchschaltet, sobald die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers die Spannung am invertierenden Eingang (-) übersteigt;
    j) der ohmsche Widerstand des Ladestromkreises für den ersten Ladekondensators (C2) über die Erregerwicklungen von Sicherheitsrelais (SR) und Einschaltrelais (GR) so bemessen ist, daß beim Aufladen des ersten Ladekondensators (C2) über diese Reihenschaltung keines der beiden Relais anspricht und beim Durchschalten des zweiten elektronischen Schalters (T2) der Entladestromstoß des ersten Ladekondensators (C2) das Einschaltrelais (GR) in die Betriebslage umschaltet.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (P7) des ersten Spannungsteilers (R4, R5) über eine Diode (D5) und einen Widerstand (R6) an den ersten Verbindungspunkt (P1) angeschlossen ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sicherheitsrelais (SR) abgewandte Elektrode der zweiten Diode (D2) über eine dritte Diode (D3) an den dritten Verbindungspunkt (P5) angeschlossen ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladekondensator (C2) eine wesentliche größere Kapazität (z.B. 47 uF) als der zweite Ladekondensator (C4) (z.B. 1 uF) hat.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerwicklung des Einschaltrelais (GR) ein Glättungskondensator (C3) parallelgeschaltet ist.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung von zweiter Diode (D2) und erstem Ladekondensator (C2) eine Zenerdiode (ZD) parallelgeschaltet ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Ladekondensator (C4) ein zweiter Spannungsteiler (R7, R8) parallelgeschaltet und sein Abgriff (P6) an den nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OP) angeschlossen ist.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diode (D3) in Reihe mit einem Widerstand (R3) zwischen den vierten Verbindungspunkt (P4) und den dritten Verbindungspunkt (P5) eingeschaltet ist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ruhekontakt (g2) des Einschaltrelais (GR) und die erste Diode (D1) ein erster Widerstand (R1) und zwischen den Arbeitskontakt (g1) des Einschaltrelais und der dem ersten Ladekondensator (C1) abgewandten Elektrode der zweiten Diode (D2) die Reihenschaltung des ersten Kondensators (C1) mit einem zweiten Widerstand (R2) eingeschaltet ist.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R1) wesentlich hochohmiger ist (z.B. 100kOhm) als die Impedanz (z.B. 1kOhm) der Reihenschaltung aus erstem Kondensator (C1) und zweitem Widerstand (R2).
  12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ruhekontakt (s2) des Sicherheitsrelais (SR) und Masse (N) die Reihenschaltung eines dritten Widerstands (R13), einer Diode (D8) und eines von Hand betätigbaren Schließkontakts (RS) eingeschaltet ist.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Relaiskontakten (s2, g2) abgewandten Elektroden der ersten (D1) und der letztgenannten Diode (D8) miteinander verbunden sind und am massefreien Anschluß des Schließkontakts (RS) liegen.
  14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang (FZ) des Flammenfühlerschaltkreises (FS) an die Steuerelektrode eines Schaltthyristors (TY1) in einem über eine Diode (D6) aus der Wechselspannung (L, N) gespeisten Zündfunkengenerators (ZT, R11, C5, D7) angeschlossen ist.
  15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Versorgungsgleichspannungen (+22V, -5V) für den Operationsverstärker (OP) und den Flammenfühlerschaltkreis (FS) liefernde Stromversorgungseinrichtung (PS) zwischen Masse (M) und einen Verbindungspunkt (P8) von Arbeitskontakt (s1) des Sicherheitsrelais (SR) und Schaltkontakt (gr) des Einschaltrelais (GR) eingeschaltet ist.
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