EP2295863A2 - Verbrennungssystem, Gasfeuerungsautomat, sowie Vorrichtung und Verfahren zur Unterbrechnung einer Brennstoffzufuhr hierfür - Google Patents

Verbrennungssystem, Gasfeuerungsautomat, sowie Vorrichtung und Verfahren zur Unterbrechnung einer Brennstoffzufuhr hierfür Download PDF

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EP2295863A2
EP2295863A2 EP10172195A EP10172195A EP2295863A2 EP 2295863 A2 EP2295863 A2 EP 2295863A2 EP 10172195 A EP10172195 A EP 10172195A EP 10172195 A EP10172195 A EP 10172195A EP 2295863 A2 EP2295863 A2 EP 2295863A2
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EP
European Patent Office
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independent
abschaltweg
paths
fuel supply
switch
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EP10172195A
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EP2295863A3 (de
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Klaus Krieger
Hartmut Birr
Michael Wenz
Arne Deseyve
Juergen Grossmann
Hanspeter Leutz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2295863A3 publication Critical patent/EP2295863A3/de
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    • 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
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for interrupting a fuel supply to a combustion system by means of valves controlled by a gas burner control device, in the presence of a safety concern and / or a fault according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention relates to a device for interrupting a fuel supply to a combustion system by means of controlled by a gas burner control valves, in the presence of a safety concern and / or a fault, according to the preamble of claim 5.
  • the invention also relates to a gas burner control unit for safe operation of a combustion system, according to the preamble of claim 10.
  • the invention relates to a combustion system, in particular a combustion system with a gas burner, according to the preamble of claim 11.
  • overvoltage protection is provided on a power supply unit supplying the automatic gas burner.
  • the overvoltage protection is usually achieved with Zener diodes or suppressor diodes connected in parallel with the logic supply.
  • this overvoltage protection is very inaccurate, which can be damaged very easily to be supplied logic components such as microcontroller, so-called watchdogs, etc., thereby reducing the safety of the automatic burner control.
  • GFA automatic gas burner control
  • Third or multiple static errors are: In the event of such an error, it happens that e.g. several ports of a microcontroller keep their state permanently or that a microcontroller or the like by overvoltage, EMC pulse. permanently persisted in a current state, without leaving it again. This error consideration should be taken into account when revising the EN 298 standard.
  • the invention has for its object to provide a combustion system, a gas burner control, a device and a method for interrupting a fuel supply, in which the logic and / or switching parts are securely protected and unintentional opening of a fuel supply (gas valves) is reliably prevented.
  • the inventive method for interrupting a fuel supply to a combustion system by means of controlled by a gas burner control valves, in the presence of a safety concern and / or a fault, wherein the interruption is performed via at least two independent Abschaltwege is characterized in that at least one independent monitoring at least one of independent Abschaltwege via a third, coupled to at least one of the independent Abschaltwege shutdown is performed to ensure a fault in at least one of the shutdown a safe interruption of the fuel supply.
  • the at least two switch-off paths are respectively monitored via at least one independent monitoring device.
  • the third shutdown path is triggered with at least the first and / or the second shutdown path.
  • Yet another embodiment of the present invention contemplates that the third shutdown path discontinues fueling when a dynamic signal generated by the at least one coupled independent shutdown path fails.
  • the device according to the invention for interrupting a fuel supply to a combustion system by means of valves controlled by a gas burner control, in the presence of a safety concern and / or a fault, wherein at least two independent shutdown paths are provided for interrupting the fuel supply, characterized in that means for carrying out a method according to the invention are provided, wherein the means comprise at least one coupled to at least one of the independent Abschaltwege, a dependent, in particular third Abschaltweg controlling safety device to ensure a reliable interruption of the fuel supply in the presence of a fault in the at least one independent Abschaltweg.
  • the dependent Abschaltweg coupled via a dynamic signal with at least one of the independent Abschaltwege, in particular triggered.
  • the third switch-off path comprises a switch for interrupting the voltage and / or current supply of the valves, the switch being switchable as a function of a trigger signal.
  • the dependent shutdown path comprises at least one system base chip, in particular a watchdog IC or guard dog IC, for monitoring the coupled independent shutdown path (IC: integrated circuit).
  • the safety device has at least two independent shutdown paths each a power failure protection, in particular an overvoltage protection.
  • the automatic gas burner control unit according to the invention for safe operation of a combustion system, with switching means, is characterized in that the switching means comprise at least one device according to the invention.
  • the combustion system according to the invention is characterized in that at least one gas burner control device according to the invention is provided.
  • This safety device or controlled by her third Abschaltweg interrupt the voltage or power supply of the fuel valves by means of a separate switch as soon as a normal operating conditions of at least one of the two shutdown regularly emitted trigger signal now in case of failure of these no longer sent and therefore no longer received by the third shutdown. This reliably shuts off the fuel supply and reliably precludes an unsafe operating state.
  • Fig. 1 schematically shows in a block diagram a circuit arrangement of a device 1 for a gas fire engine.
  • a gas supply takes place in accordance with the position of two safety solenoid valves 14, which are fed by a power supply 12.
  • the safety solenoid valves 14 close and thus interrupt a gas supply.
  • the device 1 comprises a safety device 4 having a first shut-off path 2, a second shut-off path 3 and a third shut-off path 5 according to the invention.
  • the shut-off paths 2, 3, 5 each comprise a logic circuit or a microcontroller 17, 10, 6, wherein each microcontroller with at least one switch 16, 11, 19 for interrupting a power supply of the safety solenoid valves 14 cooperates.
  • the microcontroller 6, 10 and 17 are each supplied in the illustrated embodiment by its own power source. For redundant design of the safety device 4, this at least for at least two independent shutdown paths 2, 3 depending on a power failure protection 7, in particular an overvoltage protection, on, here only one is shown schematically.
  • the first shut-off path 2 and the second shut-off path 3 are connected via corresponding lines 8 to an ionization detection circuit 9.
  • a heat demand as shown by the arrow P, also sent to the microcontroller 17, which switches the coupled components accordingly. ever After heat demand, the microcontroller 17 switches the safety solenoid valves 14, whereby the fuel supply is regulated or adjusted according to a safety solenoid valve position 14.
  • the first shut-off path 2 and the second shut-off path 3 are connected via corresponding lines 8 to an ionization detection circuit 9.
  • the second shutdown 3 includes according to the embodiment of Fig. 1 an ASIC, microcontroller or watchdog logic device 10 (ASIC: application specific integrated circuit). This is in turn coupled to a so-called high-side switch 11, which switches or interrupts a power supply 12 for safety solenoid valves 14. Downstream of the highside switch 11 is a gas fitting 13.
  • the gas fitting 13 comprises the two safety solenoid valves 14, which regulate a corresponding switching of the fuel supply.
  • the safety solenoid valves 14 may be connected in parallel, as shown.
  • the safety solenoid valves 14 are coupled via a safety temperature limiter 15 to the highside switch 11. Downstream of the safety solenoid valves 14 is a respective switch 16 of the first Abschaltweges 2.
  • the switches 16 are controlled by a microcontroller or short microcontroller 17, which is included in the first Abschaltweg 2.
  • the microcontroller 17 controls via a corresponding circuit 18, here a logical AND circuit, the power supply to the safety solenoid valves 14 so that a fuel supply according to the first Abschaltweg 2 by switching the switch 11 and thus the power supply to the safety solenoid valves 14 is switchable.
  • a heat demand as shown by the arrow P, also sent to the microcontroller 17, which switches the coupled components accordingly.
  • the microcontroller 17 switches the safety solenoid valves 14, whereby the fuel supply is regulated or adjusted according to a safety solenoid valve position 14.
  • the microcontroller 17 thus processes the heat requirements and operates the burner.
  • the microcontroller 17 is the watchdog, ASIC or microcontroller 10 of the second shutdown 3, which in the embodiment according to Fig. 1 the flame of a burner monitored by a flame signal (ionization).
  • the safety device 4 With the first shutdown 2, the safety device 4, more precisely, the third shutdown 5 of the safety device 4 is coupled.
  • the third shutdown path 5 includes the system base chip 6, which is designed here as a watchdog.
  • the watchdog 6 is triggered by the microcontroller 17 regularly, for example via a dynamic signal. If the watchdog 6 is not triggered, it opens a low-side switch 19, whereby the magnetic safety valves 14 are closed. Thus, the system is brought into a safe state even in the case of third static errors.
  • the watchdog 6 of the third shutdown can be configured as a time-out watchdog, a time-window watchdog or a smart watchdog with question-answer protocol.
  • the low-side switch 19 preferably comprises an N-channel power MOSFET (MOSFET: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).
  • the safety device 4 also includes a power failure protection 7, which is integrated here as overvoltage protection in the logic module 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystems mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung. Weiter betrifft die Erfindung einen Gasfeuerungsautomat zum sicheren Betreiben eines Verbrennungssystems und ein Verbrennungssystem Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verbrennungssystem, einen Gasfeuerungsautomaten, eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu schaffen, bei denen die Logik- und/oder Schaltteile sicher geschützt sind und ein unbeabsichtigtes Öffnen einer Brennstoffzufuhr sicher verhindert ist. Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass mindestens eine unabhängige Überwachung mindestens eines der unabhängigen Abschaltwege über einen dritten, mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege (2, 3) gekoppelten Abschaltweg (5) durchgeführt wird, um bei Störung in mindestens einem der Abschaltwege eine sichere Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu gewährleisten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystems mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystems mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
  • Auch betrifft die Erfindung einen Gasfeuerungsautomat zum sicheren Betreiben eines Verbrennungssystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Zudem betrifft die Erfindung ein Verbrennungssystem, insbesondere ein Verbrennungssystem mit einem Gasbrenner, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Verbrennungssysteme, Gasfeuerungsautomaten sowie Verfahren und Vorrichtungen zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Bei diesen bekannten Lösungen sind zwei unabhängige Abschaltwege vorgesehen. Hierbei weisen nur wenige Lösungen einen Überspannungsschutz auf, welche bei einer fehlerhaften oder unterbochenen Stromzufuhr ein ungewolltes Öffnen einer Gaszufuhrunterbrechung verhindern. In einer bekannten Lösung ist ein Überspannungsschutz an einem den Gasfeuerungsautomaten versorgenden Netzteil vorgesehen.
  • Der Überspannungsschutz wird in der Regel mit Z-Dioden oder Suppressor-Dioden, die parallel zur Logikversorgung geschaltet sind, erreicht. Dieser Überspannungsschutz ist jedoch sehr ungenau, wodurch zu versorgende Logikteile wie Mikrocontroller, sogenannte Watchdogs etc. sehr leicht beschädigt werden können und dadurch die Sicherheit des Gasfeuerungsautomaten verringern.
  • Auch sind Gasfeuerungsautomaten (GFA) bekannt, die nur einen ihrer Abschaltwege, z.B. mit Hilfe einer internen Spannungsregelung, vor Überspannung schützen. Hier versagt der Gasfeuerungsautomat bei einer weitergehenden Betrachtung nach Europäischer Norm EN 298 (9.1.6.2), wenn dieser Abschaltweg bereits als defekt angenommen wird und eine Überspannung auftritt die den Rest der GFA-Schaltung gefährdet. Häufig ist der Überspannungsschutz nur eine redundante Maßnahme, die nicht prüfbar ist. Wird der Überspannungsschutz innerhalb der Lebensdauer des GFA aus irgendeinem Grund unwirksam, ist die Sicherheit des GFA gefährdet.
  • Bei Versagen lässt sich ein dritt- und mehrfach statischer Fehler nicht ausschließen. Bei dritt- oder mehrfach statischen Fehlern handelt es sich um Folgendes: Bei einem derartigen Fehlerfall kommt es vor, dass z.B. mehrere Ports eines Mikrocontrollers ihren Zustand dauerhaft behalten oder dass ein Mikrocontroller durch Überspannung, EMV-Puls o.ä. in einem aktuellen Zustand dauerhaft verharrt, ohne diesen wieder zu verlassen. Diese Fehlerbetrachtung soll bei einer Überarbeitung der Norm EN 298 berücksichtigt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbrennungssystem, einen Gasfeuerungsautomaten, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu schaffen, bei denen die Logik- und/oder Schaltteile sicher geschützt sind und ein unbeabsichtigtes Öffnen einer Brennstoffzufuhr (Gasventile) sicher verhindert ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, des Patentanspruchs 5, des Patentanspruchs 10 und des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystem mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung, wobei das Unterbrechen über mindestens zwei unabhängige Abschaltwege durchgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine unabhängige Überwachung mindestens eines der unabhängigen Abschaltwege über einen dritten, mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege gekoppelten Abschaltweg durchgeführt wird, um bei Störung in mindestens einem der Abschaltwege eine sichere Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu gewährleisten.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Abschaltwege jeweils über mindestens eine unabhängige Überwachungseinrichtung überwacht werden.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Abschaltweg mit bzw. von mindestens dem ersten und/oder dem zweiten Abschaltweg getriggert wird.
  • Wiederum eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der dritte Abschaltweg die Brennstoffzufuhr unterbricht, wenn ein von dem mindestens einen gekoppelten unabhängigen Abschaltweg generiertes dynamisches Signal ausbleibt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystems mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung, wobei mindestens zwei unabhängige Abschaltwege zum Unterbrechen der Brennstoffzufuhr vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sind, wobei die Mittel mindestens eine, mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege gekoppelte, einen abhängigen, insbesondere dritten Abschaltweg beherrschende Sicherheitseinrichtung umfassen, um bei Vorliegen einer Störung in dem mindestens einen unabhängigen Abschaltweg eine sichere Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu gewährleisten.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der abhängige Abschaltweg über ein dynamisches Signal mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege gekoppelt, insbesondere getriggert, ist.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Abschaltweg einen Schalter zum Unterbrechen der Spannungs- und/oder Stromversorgung der Ventile umfasst, wobei der Schalter in Abhängigkeit eines Triggersignales schaltbar ist.
  • Wiederum eine weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der abhängige Abschaltweg mindestens einen System-Basis-Chip, insbesondere einen Watchdog-IC oder Wachhund-IC, zum Überwachen des gekoppelten unabhängigen Abschaltweges umfasst (IC: integrierter Schaltkreis, englisch integrated circuit).
  • Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Sicherheitseinrichtung mindestens für mindestens zwei unabhängige Abschaltwege je einen Stromausfallschutz, insbesondere einen Überspannungsschutz, aufweist.
  • Der erfindungsgemäße Gasfeuerungsautomat zum sicheren Betreiben eines Verbrennungssystems, mit Schaltmitteln, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassen.
  • Das erfindungsgemäße Verbrennungssystem, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erfindungsgemäßer Gasfeuerungsautomat vorgesehen ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dem erfindungsgemäßen Gasfeuerungsautomaten und dem erfindungsgemäßen Verbrennungssystem werden insbesondere die folgenden Vorteile realisiert:
    • Durch den dritten Abschaltweg lassen sich gefährliche Betriebszustände, wie sie bei Vorliegen von dritt- und/oder mehrfach statischen Fehlern verursacht werden können, vermeiden, was sonst zu einem ungewollten Öffnen oder Offenhalten von Stellgliedern wie Ventilen sowie zu einer ungewollten Brennstoffzufuhr führen würde. Durch die Kopplung der Abschaltwege ist ein redundantes System geschaffen, welches sicher ausgebildet ist. Durch die Redundanz ist ein sicheres Gesamtsystem auf einfache Weise realisiert.
  • Nach dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen zwei unabhängige Abschaltwege sich gegenseitig überwachen und bei Feststellung eines Defekts des jeweils anderen überwachten Abschaltweges die Brennstoffzufuhr unterbrechen. Hier besteht die Gefahr, dass bei Vorliegen eines Defekts bei einem ersten Abschaltweg (beispielsweise fest durchgeschaltete Schalter der Magnetventile, verschweißte Kontakte, durchlegierte Transistoren) ein weiterer Defekt bei einem zweiten Abschaltweg zwar erkannt, auf diesen Defekt aber nicht mehr durch Abschalten mittels des ersten Abschaltweges reagiert werden könnte. Diese Unsicherheit soll in absehbarer Zeit durch eine überarbeitete Norm EN 298 ausgeschlossen werden. Die hier vorgestellte Erfindung löst dieses Problem, indem mindestens einer der beiden herkömmlichen Abschaltwege von einer zusätzlichen Sicherheitseinrichtung überwacht wird. Diese Sicherheitseinrichtung bzw. ein von ihr beherrschter dritter Abschaltweg unterbrechen die Spannungs- bzw. Stromversorgung der Brennstoffventile mittels eines eigenen Schalters, sobald ein unter normalen Betriebsumständen von mindestens einem der beiden Abschaltwege regelmäßig ausgesandtes Triggersignal nun im Störungsfall von diesen nicht mehr ausgesandt und daher vom dritten Abschaltweg auch nicht mehr empfangen wird. Damit wird die Brennstoffversorgung sicher unterbrochen und ein unsicherer Betriebszustand sicher ausgeschlossen.
  • Die Zeichnungen stellen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in den Figuren:
    • Fig. 1
    schematisch in einem Blockdiagramm ein Schaltungsanordnung einer Vorrichtung für einen Gasfeuerautomaten und
    Fig. 2
    schematisch in einem Blockdiagramm eine andere Schaltungsanordnung einer Vorrichtung für einen Gasfeuerautomaten.
  • Fig. 1 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm eine Schaltungsanordnung einer Vorrichtung 1 für einen Gasfeuerautomaten. Eine Gasversorgung erfolgt entsprechend der Stellung zweier Sicherheitsmagnetventile 14, welche von einer Stromversorgung 12 gespeist werden. Bei einer Unterbrechung der Stromversorgung schließen die Sicherheitsmagnetventile 14 und unterbrechen so eine Gaszufuhr.
  • Um sicherzustellen, dass bei Störungen und/oder Vorliegen von Sicherheitsbedenken eine Gaszufuhr unterbrochen wird, umfasst die Vorrichtung 1 eine Sicherheitseinrichtung 4 mit einem ersten Abschaltweg 2, einem zweiten Abschaltweg 3 und einem erfindungsgemäßen dritten Abschaltweg 5. Die Abschaltwege 2, 3, 5 umfassen jeweils eine Logikschaltung oder einen Microcontroller 17, 10, 6, wobei jeder Mikrocontroller mit mindestens einem Schalter 16, 11, 19 zur Unterbrechung einer Stromversorgung der Sicherheitsmagnetventile 14 zusammenwirkt. Die Microcontroller 6, 10 und 17 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils von einer eigenen Spannungsquelle versorgt. Zur redundanten Ausbildung der Sicherheitseinrichtung 4 weist diese mindestens für mindestens zwei unabhängige Abschaltwege 2, 3 je einen Stromausfallschutz 7, insbesondere einen Überspannungsschutz, auf, wobei hier nur einer schematisch dargestellt ist.
  • Der erste Abschaltweg 2 und der zweite Abschaltweg 3 sind über entsprechende Leitungen 8 mit einer lonisationsdetektionsschaltung 9 verbunden.
  • Eine Wärmeforderung wird, wie durch den Pfeil P dargestellt, ebenfalls an den Mikrocontroller 17 gesendet, der entsprechend die gekoppelten Komponenten schaltet. Je nach Wärmeforderung schaltet der Mikrocontroller 17 die Sicherheitsmagnetventile 14, wodurch die Brennstoffzufuhr entsprechend einer Sicherheitsmagnetventilstellung 14 geregelt oder eingestellt wird.
  • Im Folgenden ist der Aufbau detaillierter beschrieben. Der erste Abschaltweg 2 und der zweite Abschaltweg 3 sind über entsprechende Leitungen 8 mit einer lonisationsdetektionsschaltung 9 verbunden. Der zweite Abschaltweg 3 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einen ASIC, Mikrocontroller oder Watchdog-Logikbaustein 10 (ASIC: anwendungsspezifische integrierte Schaltung, englisch: application specific integrated circuit). Dieser ist wiederum mit einem sogenannten Highside-Schalter 11 gekoppelt, der eine Spannungsversorgung 12 für Sicherheitsmagnetventile 14 schaltet oder unterbricht. Nachgeschaltet zu dem Highside-Schalter 11 ist eine Gasarmatur 13. Die Gasarmatur 13 umfasst die zwei Sicherheitsmagnetventile 14, welche ein entsprechendes Schalten der Brennstoffzufuhr regeln. Die Sicherheitsmagnetventile 14 können, wie dargestellt, parallel geschaltet sein. Eingangsseitig sind die Sicherheitsmagnetventile 14 über einen Sicherheitstemperaturbegrenzer 15 mit dem Highside-Schalter 11 gekoppelt. Nachgeschaltet zu den Sicherheitsmagnetventilen 14 ist jeweils ein Schalter 16 des ersten Abschaltweges 2. Die Schalter 16 werden über einen Mikrocontroller oder kurz Mikrocontroller 17 gesteuert, der in dem ersten Abschaltweg 2 umfasst ist. Je nach Stellung der Schalter wird die Stromzufuhr zu den Sicherheitsmagnetventilen 14 geschaltet oder unterbrochen. Der Mikrocontroller 17 steuert über eine entsprechende Schaltung 18, hier eine logische UND-Schaltung, die Stromzufuhr zu den Sicherheitsmagnetventilen 14, sodass eine Brennstoffzufuhr entsprechend auch über den ersten Abschaltweg 2 durch Schalten des Schalters 11 und damit der Stromzufuhr zu den Sicherheitsmagnetventilen 14 schaltbar ist. Eine Wärmeforderung wird, wie durch den Pfeil P dargestellt, ebenfalls an den Mikrocontroller 17 gesendet, der entsprechend die gekoppelten Komponenten schaltet. Je nach Wärmeforderung schaltet der Mikrocontroller 17 die Sicherheitsmagnetventile 14, wodurch die Brennstoffzufuhr entsprechend einer Sicherheitsmagnetventilstellung 14 geregelt oder eingestellt wird.
  • Der Mikrocontroller 17 bearbeitet somit die Wärmeforderungen und betreibt den Brenner. Demgegenüber steht dem Mikrocontroller 17 der Watchdog, ASIC oder Mikrocontroller 10 des zweiten Abschaltweges 3, der in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Flamme eines Brenners anhand eines Flammsignals (Ionisation) überwacht. Mit dem ersten Abschaltweg 2 ist die Sicherheitseinrichtung 4, genauer der dritte Abschaltweg 5 der Sicherheitseinrichtung 4 gekoppelt. Der dritte Abschaltweg 5 umfasst den System-Basis-Chip 6, der vorliegend als Watchdog ausgebildt ist. Der Watchdog 6 wird durch den Mikrocontroller 17 regelmäßig getriggert, etwa über ein dynamisches Signal. Wird der Watchdog 6 nicht getriggert, öffnet er einen Lowside-Schalter 19, wodurch die Magnetsicherheitsventile 14 geschlossen werden. Damit wird das System auch im Falle von dritt statischen Fehlern in einen sicheren Zustand gebracht. Über den System-Basis-Chip 6 wird der der Gasarmatur 13 nachgeschaltete Schalter 19 geschaltet, sodass auch über den dritten Abschaltweg 5 eine Brennstoffzuführungsunterbrechung realisierbar ist. Der Watchdog 6 des dritten Abschaltwegs kann als Time-Out-Watchdog, ein Zeitfenster-Watchdog oder einen intelligenten Watchdog mit Frage-Antwort-Protokoll ausgebildet sein. Der Lowside-Schalter 19 umfasst bevorzugt einen N-Kanal-Power-MOSFET (MOSFET: Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor).
  • Die Sicherheitseinrichtung 4 umfasst zudem einen Stromausfallschutz 7, der hier als Überspannungsschutz in dem Logikbaustein 10 integriert ist.
  • Fig. 2 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm eine andere Schaltungsanordnung einer Vorrichtung 1 für einen Gasfeuerautomaten. Die Funktionsweise entspricht im Wesentlichen der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Sicherheitseinrichtung 4 umfasst dabei ebenfalls drei Abschaltwege 2, 3, 5. Der erste Abschaltweg 2 umfasst den Mikrocontroller 17, der die eingehende Wärmeforderung bearbeitet und den Brenner betreibt. Zwei der Abschaltwege 2, 3, 5 sind vor Überspannung geschützt. Im vorliegenden Beispiel ist es der zweite und der dritte Abschaltweg 3, 5. Sie lassen sich, aufgrund einer geringeren Pinanzahl, weniger aufwändig, an allen Pins gegen Überspannungen schützen. Der zweite Abschaltweg 3 umfasst einen ASIC 10, das einen internen Spannungsregler besitzt und damit die integrierte Logik vor Überspannung schützt. Auch sind sämtliche Pins des ASIC bis zu 42 V spannungsfest. Eine Ausnahme bilden die Eingänge eines Resonators, der keine Verbindung zu anderen Schaltungsteilen hat. Der dritte Abschaltweg 5 umfasst einen Watchdog oder Timer-IC. Er wird über eine Schutzbeschaltung 20 mit einer Ventilversorgungsspannung versorgt. Ein Triggereingang B ist über einen hochohmigen Vorwiderstand vor Überspannung seitens Mikrocontroller 17 (erster Abschaltweg 2) geschützt. Beide spannungsgeschützten Abschaltwege 3, 5 steuern je einen Schalter 16, 19, der die Stromversorgung für die Sicherheitsmagnetventile 14 im Fehlerfall unterbricht. Die Schalter 16 und 19 liegen bezüglich ihrer Spannungsfestigkeit oberhalb der maximal ("worst case") auftretenden Ventil-Versorgungsspannung und tragen ihrerseits zum Überspannungsschutz bei. Der dritte Abschaltweg 5 ist in Fig. 2 genauer dargestellt und im Folgenden detailliert beschrieben:
    • Der Watchdog 6 des dritten Abschaltwegs 5 baut auf ein retriggerbares Monoflop 6a auf. Der Mikrocontroller 17 muss das Monoflop 6a regelmäßig durch einen Puls triggern. Tut er das nicht, schaltet das Monoflop 6a über seinen Ausgang Q ein MOSFET 19 ab und sperrt die Stromversorgung der Gasventile 14. Das Monoflop 6a wird über die Kombination von Widerstand Rv und Spannung Uz vor Überspannungen auf der Ventilversorgung geschützt und stellt somit eine Abschaltung sicher, insbesondere wenn die anderen Abschaltwege 2, 3 durch Überspannung der 5V Logikversorgung 21 bereits zerstört wurden. Eine Fehlerbetrachtung nach Norm EN 298 in dieser Kombination führt zum Erkennen des Fehlers. Der Widerstand Rp schützt zusätzlich den Monoflop Eingang A vor Überspannung seitens des Mikrocontrollers 17. Der Widerstand Ra verhindert ein schwebendes Signal bei defektem Mikrocontroller 17.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystem mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung, wobei das Unterbrechen über mindestens zwei unabhängige Abschaltwege (2, 3) durchgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine unabhängige Überwachung mindestens eines der unabhängigen Abschaltwege (2; 3) über einen dritten, mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege (2, 3) gekoppelten Abschaltweg (5) durchgeführt wird, um bei Störung in mindestens einem der Abschaltwege (2, 3) eine sichere Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu gewährleisten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Abschaltwege (2, 3) jeweils über mindestens eine unabhängige Überwachungseinrichtung überwacht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abschaltweg (5) mit mindestens dem ersten und/oder dem zweiten Abschaltweg (2, 3) getriggert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abschaltweg (5) die Brennstoffzufuhr unterbricht, wenn ein von dem mindestens einen gekoppelten unabhängigen Abschaltweg (2, 3) generiertes dynamisches Signal ausbleibt.
  5. Vorrichtung (1) zum Unterbrechen einer Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungssystems bei Vorliegen eines Sicherheitsbedenkens und/oder einer Störung mittels von einem Gasfeuerungsautomaten gesteuerten Ventilen, wobei mindestens zwei unabhängige Abschaltwege (2, 3) zum Unterbrechen der Brennstoffzufuhr vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen sind, wobei die Mittel mindestens eine, mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege (2, 3) gekoppelte, einen abhängigen, insbesondere dritten Abschaltweg beherrschende Sicherheitseinrichtung (4) umfassen, um bei Vorliegen einer Störung in dem mindestens einen unabhängigen Abschaltweg (2, 3) eine sichere Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu gewährleisten.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der abhängige Abschaltweg (5) über ein dynamisches Signal mit mindestens einem der unabhängigen Abschaltwege (2, 3) gekoppelt, insbesondere getriggert, ist.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abschaltweg (5) einen Schalter (19) zum Unterbrechen der Spannungs- und/oder Stromversorgung der Ventile umfasst, wobei der Schalter (19) in Abhängigkeit eines Triggersignales schaltbar ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der abhängige Abschaltweg (5) mindestens einen System-Basis-Chip (6), insbesondere einen Watchdog-IC oder Wachhund-IC, zum Überwachen des gekoppelten unabhängigen Abschaltweges (2, 3) umfasst.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (4) mindestens für mindestens zwei unabhängige Abschaltwege (2,3) je einen Stromausfallschutz (7), insbesondere einen Überspannungsschutz, aufweist.
  10. Gasfeuerungsautomat zum sicheren Betreiben eines Verbrennungssystems, mit Schaltmitteln,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel mindestens eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 umfassen.
  11. Verbrennungssystem,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gasfeuerungsautomat nach Anspruch 10 vorgesehen ist.
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