-
Die Erfindung betrifft ein Zündsicherungsventil zum Steuern des Zuflusses von Medien bzw. von Brenngas zu einer Gasheizung.
-
Gasheizungen können zum Beheizen von mobilen und stationären Räumen (Immobilien) genutzt werden. Zum Beheizen von mobilen Räumen, zum Beispiel Wohnwagen, Reisemobilen, Containern, Booten etc., haben sich in der Vergangenheit vor allem Flüssiggasheizungen bewährt. Bei einer derartigen Gasheizung wird Brenngas, wie zum Beispiel Erdgas oder Flüssiggas, einem Brenner zugeführt und dort zusammen mit Verbrennungsluft verbrannt.
-
Für die Zuführung des brennbaren Mediums, also des Gases, ist es erforderlich, die Gasmenge an den aktuellen Wärmebedarf anzupassen, um die Heizung bzw. Heizleistung bedarfsgerecht regeln zu können. Darüber hinaus ist es bekannt, die Gasheizung mit einem Flammfühler auszustatten, der auf ein Sicherheitsventil einwirkt, um die Gaszufuhr zu unterbrechen, wenn keine Flamme am Brenner festgestellt wird. So soll das unerwünschte und gefährliche Austreten von nicht verbranntem Gas vermieden werden.
-
Für die letztere Sicherheitsfunktion hat sich zum Beispiel ein sogenannter Minimagneteinsatz bewährt, wie er in der
DE 20 2005 021 724 U1 beschrieben ist.
-
Die Funktionen der Leistungsregelung, der Sicherheitsabschaltung und einer vom Bediener veranlassten Totalabschaltung des ganzen Systems wird mit Hilfe von Ventilen realisiert, die in einem sogenannten Zündsicherungsventil zusammen gefasst sein können. Die Ansteuerung und das Zusammenwirken dieser Ventile im Zündsicherungsventil ist komplex und erfordert einen hohen baulichen Aufwand.
-
Aus der
DE 24 32 740 A1 ist eine Zündsicherungsvorrichtung für Gasgeräte bekannt, mit einer Regeleinrichtung, einer Sicherheitseinrichtung und einem zwischen mehreren Stellungen bewegbaren Steuerelement zum Betätigen der Regeleinrichtung und der Sicherheitseinrichtung.
-
DE 19 18 386 A zeigt eine thermoelektrische Zündsicherungsvorrichtung mit einer elektrischen Zündeinrichtung.
-
Aus der
EP 1 387 126 A1 ist ein elektromotorisch betriebenes Gasventil mit einem Sicherheitsventil bekannt.
-
Die
EP 2 154 595 B1 offenbart einen Steuerkopf für ein thermostatisches Ventil.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zündsicherungsventil anzugeben, das einen besonders kompakten, einfachen Aufbau ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zündsicherungsventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein Zündsicherungsventil weist ein Gehäuse auf, mit einem Gaseinlass, einer Gaszuführung, die mit dem Gaseinlass gekoppelt und als Gasleitung ausgebildet ist, einem Pilotbrenner-Gasauslass, an dem ein Pilotbrenner anschließbar ist, und einem Hauptbrenner-Gasauslass, an dem ein Hauptbrenner anschließbar ist. Darüber hinaus ist eine Regeleinrichtung zum Regeln des Gasstroms von der Gaszuführung zu dem Hauptbrenner-Gasauslass vorgesehen. Eine Sicherheitseinrichtung ist mit einer Flammüberwachungseinrichtung koppelbar und dient zum Verschließen der Gaszuführung zwischen dem Gaseinlass und der Regeleinrichtung, um einen Gasstrom zu dem Hauptbrenner-Gasauslass zu unterbinden, wenn durch die Flammüberwachungseinrichtung keine Flamme erkannt wird. Schließlich ist ein zwischen mehreren Stellungen bewegbares Steuerelement zum Betätigen der Regeleinrichtung und der Sicherheitseinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerelements vorgesehen.
-
Das Zündsicherungsventil umfasst somit das Gehäuse, an dem die jeweiligen Gasanschlüsse vorgesehen sind, über die Gas in das Gehäuse eingeleitet und von dem Gehäuse weggeführt werden kann. Insbesondere ist der Pilotbrenner-Gasauslass vorgesehen, über den Gas zu einem Pilot- bzw. Zündbrenner geführt werden kann. Der Pilotbrenner bzw. Zündbrenner dient zum Aufrechterhalten einer kleinen, üblicherweise nicht zum Heizen genutzten Flamme, die in der Lage ist, den eigentlichen Hauptbrenner zu entzünden, wenn Wärmeleistung verlangt wird.
-
Der eigentliche Hauptbrenner wird über den Hauptbrenner-Gasauslass mit Gas versorgt. Die Regeleinrichtung dient zum Regeln der Brenngaszufuhr und damit zum Regeln des Hauptbrenners. Insbesondere ist sie - wie später noch erläutert wird - in der Lage, aufgrund der vorhandenen Ist-Temperatur und einem - z.B. durch die Stellung des Steuerelements - vorgegebenen Sollwert die Stärke des Gasstroms zum Hauptbrenner zu regulieren, sodass sich die gewünschte, voreingestellte Temperatur einstellt.
-
Die Sicherheitseinrichtung gewährleistet, dass die Gaszufuhr sehr schnell unterbrochen werden kann, wenn die mit dem Zündsicherungsventil verbindbare Flammüberwachungseinrichtung feststellt, dass keine Flamme am Hauptbrenner und/oder am Pilotbrenner vorhanden ist. Das Fehlen einer Flamme könnte unter Umständen dann gefährlich werden, wenn der Gasstrom unvermindert anhält und das noch unverbrannte Gas an einem Brenner austritt, ohne verbrannt zu werden. Mit Hilfe der Sicherheitseinrichtung kann dieser Zustand jedoch verhindert werden, sodass die Gaszuführung vollständig unterbunden wird.
-
Das Steuerelement ist in der Lage, als alleiniges Element gleichzeitig die Regeleinrichtung und die Sicherheitseinrichtung zu betätigen. Dazu kann das Steuerelement gedreht oder linear bewegt werden. Je nach Stellung des Steuerelements werden die Regeleinrichtung und die Sicherheitseinrichtung in geeigneter, später noch erläuterter Weise angesteuert, sodass sie stets ihre Funktionen erfüllen können.
-
Das Steuerelement stellt insoweit den Kern des Zündsicherungsventils dar. Mit Hilfe des Steuerelements können die meisten oder gar alle Funktionen des Zündsicherungsventils angesteuert werden. Dementsprechend kann das Steuerelement Wirk- oder Steuerflächen aufweisen, die die jeweiligen Steuerwirkungen erzielen.
-
Bei einer Variante des Zündsicherungsventils kann das Steuerelement einteilig ausgeführt sein und so in besonders einfacher Weise zur Erfüllung der Funktionen geeignet sein.
-
Das Steuerelement kann mit einem Bedienelement zum manuellen Bewegen des Steuerelements gekoppelt sein. Ergänzend oder alternativ kann das Steuerelement auch mit einem Antrieb zum motorischen Bewegen des Steuerelements gekoppelt sein. Somit werden Varianten beschrieben, bei denen ausschließlich ein manuell bewegbares Steuerelement oder ausschließlich ein motorisch bewegbares Steuerelement vorgesehen ist. Bei einer weiteren Variante ist sowohl die manuelle als auch die motorische Bewegung des Steuerelements möglich, sodass eine entsprechende Kopplung zwischen dem Bedienelement, dem Steuerelement und dem Antrieb vorgesehen sein muss.
-
Insbesondere bei dem motorischen Bewegen des Steuerelements kann es zweckmäßig sein, eine elektrische Steuerung vorzusehen, die den Antrieb in geeigneter Weise ansteuert, um das Steuerelement zu bewegen.
-
Bei einer Ausführungsform ist eine mit dem Bedienelement und/oder dem Steuerelement gekoppelte Energiegewinnungseinrichtung vorgesehen, zum Gewinnen von elektrischer Energie aus einer bei manueller Betätigung des Bedienelements resultierenden Bewegung. Somit ist es möglich, die zum Beispiel von einem Bediener über das Bedienelement eingebrachte mechanische Energie zu nutzen und in elektrische Energie zu wandeln. Die dafür nötige Technik bzw. die erforderlichen Komponenten sind an sich bekannt („Energy Harvesting“).
-
Zusätzlich kann eine mit der Energiegewinnungseinrichtung gekoppelte Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein, zum Speichern der von der Energiegewinnungseinrichtung gewonnenen Energie, wobei die Energie z.B. zum Versorgen einer elektronischen Schaltung nutzbar ist, die in dem Zündsicherungsventil vorgesehen ist. Die Energie kann somit auch für einen kürzeren oder längeren Zeitraum zwischengespeichert werden, bevor sie in der vorgesehenen Weise genutzt wird. Insbesondere kann die Energie auch zum Überbrücken eines Zeitraums genutzt werden, bis über andere Quellen Energie für das Zündsicherungsventil oder die im Zündsicherungsventil vorgesehene elektrische Schaltung bereitgestellt wird. Diese Energie kann zum Beispiel aus der Flammüberwachungseinrichtung stammen, die - wie später noch erläutert wird - einen sogenannten Thermostrom liefert, wenn eine Flamme am Pilotbrenner oder am Hauptbrenner brennt.
-
Die zum Regeln der Heizleistung der an das Zündsicherungsventil anschließbaren Gasheizung dienende Regeleinrichtung weist auf: einen von dem Steuerelement gegen die Wirkung einer Regel-Federeinrichtung bewegbaren Leistungskolben, einen axial zu dem Leistungskolben angeordneten und relativ zu dem Leistungskolben bewegbaren Regelkolben, gegen den die Regel-Federeinrichtung abgestützt ist und durch den ein Regel-Durchlass zu dem Hauptbrenner-Gasauslass offen- und schließbar ist, eine Temperatur-Steuereinrichtung zum Bewegen des Regelkolbens in Abhängigkeit von einer auf die Temperatur-Steuereinrichtung einwirkenden Temperatur, und eine zwischen dem Leistungskolben und dem Regelkolben vorgesehene, in Abhängigkeit von der Relativstellung von Leistungskolben und Regelkolben offen- und schließbare Regel-Öffnung. Bei geöffneter Regel-Öffnung und geöffnetem Regel-Durchlass besteht eine Strömungsverbindung zwischen der Gaszuführung und dem Hauptbrenner-Gasauslass, sodass Gas aus der Gaszuführung zu dem Hauptbrenner-Gasauslass führbar ist. Dabei ist der Querschnitt der Regel-Öffnung in Abhängigkeit von der Relativstellung zwischen dem Leistungskolben und dem Regelkolben veränderbar.
-
Der Leistungskolben wird somit durch das Steuerelement in eine bestimmte Position gebracht, wodurch ein Sollwert für die Regeleinrichtung vorgegeben wird. Der Regelkolben stützt sich über die Regel-Federeinrichtung gegen den Leistungskolben ab. Somit wird auch die Position des Regelkolbens indirekt durch die von dem Steuerelement vorgegebene Position des Leistungskolbens bestimmt.
-
Auf der anderen Seite wirkt die einen Istwert für die Regeleinrichtung widerspiegelnde Temperatur-Steuereinrichtung gegen den Regelkolben und bewirkt eine Relativbewegung des Regelkolbens relativ zu dem (im Normalfall feststehenden, da positionsmäßig durch das Steuerelement festgelegten) Leistungskolben. Die Regel-Federeinrichtung muss entsprechend ausgelegt sein, um die Bewegung zuzulassen.
-
Bei der Temperatur-Steuereinrichtung kann es sich zum Beispiel um einen Metallbalg handeln, dessen axiale Länge sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert. Wenn sich der Balg erwärmt, dehnt er sich aus und kann auf diese Weise den Regelkolben verschieben, sodass der Regelkolben zum Beispiel den Querschnitt der Regel-Öffnung verkleinert, sodass weniger Gas hindurchtreten und zum Hauptbrenner gelangen kann. Daraufhin verkleinert sich die Flamme am Hauptbrenner, sodass weniger Wärme in das System eingebracht wird. Daraufhin kühlt sich die zum Beispiel als Balg ausgeführte Temperatur-Steuereinrichtung wieder ab und verkürzt sich, sodass sich der Regelkolben in die entgegengesetzte Richtung bewegen kann. Diese Bewegung kann durch die Regel-Federeinrichtung unterstützt werden. Auf diese Weise wird der Querschnitt der Regel-Öffnung vergrößert, sodass mehr Gas durch die Regel-Öffnung zum Hauptbrenner strömt und wieder mehr Wärme erzeugt wird.
-
Mit Hilfe der durch die Regeleinrichtung realisierten Regelung ist es möglich, die Ist-Temperatur auf einem bestimmten Wert zu halten. Dieser Wert wird als Sollwert durch die Stellung des Leistungskolbens und damit durch das Steuerelement vorgegeben. Durch entsprechendes Bewegen des Steuerelements kann somit der Sollwert für die nachgeschaltete Gasheizung eingestellt werden.
-
Eine von dem Leistungskolben über die Regel-Federeinrichtung auf den Regelkolben wirkende Kraft und eine von der Temperatur-Steuereinrichtung auf den Regelkolben wirkende Kraft können einander entgegengesetzt wirken, sodass sich bei einem Kräftegleichgewicht die Relativstellung zwischen dem Leistungskolben und dem Regelkolben über die Regel-Federeinrichtung einstellt. Wie oben bereits erläutert, wirkt somit der Leistungskolben über die Regel-Federeinrichtung von einer Seite auf den Regelkolben, während die Temperatur-Steuereinrichtung von der anderen Seite auf den Regelkolben einwirkt. Mit Hilfe des Leistungskolbens kann der Temperatur-Sollwert eingestellt werden, der mit der von der Temperatur-Steuereinrichtung erfassten Ist-Temperatur abgeglichen wird, wobei Abweichungen zwischen Soll- und Istwert zu einer Verlagerung des Regelkolbens und damit einer Veränderung des Gasstroms führen.
-
Es kann eine Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung vorgesehen sein, zum Bewegen des Regelkolbens wenigstens dann, wenn eine vorgegebene Sicherheits-Temperatur überschritten ist. Der Regelkolben kann dann durch die Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung in eine Stellung bewegt werden, in der der Regelkolben den Regel-Durchlass verschließt. Die Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung kann Teil der Regeleinrichtung sein. Dies macht vor allem deswegen auch Sinn, will die Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung auf den Regelkolben einwirkt.
-
Die Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung zwingt den Regelkolben in eine Stellung, bei der der Regel-Durchlass verschlossen und somit die Gaszuführung vollkommen unterbrochen ist. Diese Maßnahme wird dann ergriffen, wenn die vorgegebene Sicherheits-Temperatur überschritten wird, also die Anlage in einen kritischen Zustand gerät.
-
Die Sicherheitseinrichtung kann einen von dem Steuerelement betätigbaren Pushkolben und einen von dem Pushkolben betätigbaren Minimagneteinsatz (MME) aufweisen. Ein Minimagneteinsatz ist als solcher zum Beispiel aus der
DE 20 2005 021 724 U1 bekannt. Er weist einen federbeaufschlagten Ventilanker auf, der in einer ersten Stellung durch einen Elektromagneten gehalten wird, wenn der Elektromagnet durch einen von der Flammüberwachungseinrichtung lieferbaren Haltestrom erregt ist, und der durch eine Federeinrichtung in eine zweite Stellung zwingbar ist, wenn der Elektromagnet nicht erregt ist. In der zweiten Stellung kann der Ventilanker die Gaszuführung zu der Regeleinrichtung unterbrechen.
-
Die Sicherheitseinrichtung dient somit dazu sicherzustellen, dass ein Gasfluss nur dann möglich ist, wenn am Brenner (Pilotbrenner oder Hauptbrenner) eine Flamme brennt. Nur dann ist die Flammüberwachungseinrichtung in der Lage, den erforderlichen Haltestrom zu generieren, der den Elektromagnet im Minimagneteinsatz erregt und somit den Ventilanker in der Offenstellung (erste Stellung) hält. Wenn hingegen die Flamme erlischt, kann die Flammüberwachungseinrichtung keinen Haltestrom mehr erzeugen, sodass der Elektromagnet seine Wirkung verliert. Daraufhin wird der federbeaufschlagte Ventilanker in seine Schließstellung (zweite Stellung) bewegt und unterbricht die Gaszufuhr.
-
Ein Starten des Systems und Öffnen des Minimagnetseinsatzes ist mit Hilfe des Pushkolbens möglich, der durch das Stellelement gegen den Minimagneteinsatz bewegt wird. Mit Hilfe des Pushkolbens wird der Ventilanker aus der zweiten Stellung (Schließstellung) in die erste Stellung (Offenstellung) bewegt, sodass Gas strömen kann. Nach Entzünden der Flamme mit einer ebenfalls durch das Steuerelement angesteuerten Zündeinrichtung kann die Flammüberwachungseinrichtung den erforderlichen Haltestrom liefern, sodass der Elektromagnet des Minimagneteinsatzes den Ventilanker in der Offenstellung hält.
-
Die Flammüberwachungseinrichtung kann einen Thermowiderstand aufweisen, der bei Erwärmen einen geringen Strom erzeugt. Dieser geringe Strom reicht aus, um den Elektromagneten des Minimagneteinsatzes in der gewünschten Weise zu erregen.
-
Stromauf von der Sicherheitseinrichtung kann eine Schließeinrichtung vorgesehen sein, zum Verschließen der Gaszuführung zwischen dem Gaseinlass und der Sicherheitseinrichtung. Dabei kann die Schließeinrichtung einen Schließkolben aufweisen, der durch das Steuerelement betätigbar ist. Es wird auf diese Weise am Systemeingang ein zusätzliches Ventil vorgesehen, das zwischen einer Offen- und einer Schließstellung schaltbar ist. Die Umschaltung erfolgt mit Hilfe des Steuerelements, welches auf den Schließkolben einwirkt und dadurch das Öffnen oder Verschließen der Gaszuführung veranlasst. Durch Betätigen des Steuerelements kann auf diese Weise die Gaszufuhr sehr einfach und schnell unterbrochen werden.
-
Der Hauptbrenner-Gasauslass kann ein erster Hauptbrenner-Gasauslass sein, wobei zusätzlich ein zweiter Hauptbrenner-Gasauslass vorgesehen sein kann, der ebenfalls durch die Regeleinrichtung regelbar ist. Bei entsprechender Stellung kann der Regelkolben den ersten und den zweiten Hauptbrenner-Gasauslass freigeben. In einer anderen Stellung kann der Regelkolben den ersten Hauptbrenner-Gasauslass freigeben und den zweiten Hauptbrenner-Gasauslass verschließen, während er in wiederum einer anderen Stellung den ersten und zweiten Hauptbrenner-Gasauslass verschließen kann. Dabei sind selbstverständlich auch Zwischenstellungen möglich, in denen die Gaszuführung zu einem der Gasauslässe lediglich vermindert oder vergrößert wird.
-
Auf diese Weise kann das Zündsicherungsventil dazu genutzt werden, auch mehrere Hauptbrenner in einer Gasheizung zu versorgen und zu regeln. Zum Beispiel kann die Gasheizung mit zwei Leistungsstufen (nur ein Hauptbrenner oder beide Hauptbrenner in Betrieb) betrieben werden.
-
Das Steuerelement, die Schließeinrichtung, die Pusheinrichtung (Sicherheitseinrichtung) und die Regeleinrichtung können in dem Ventilgehäuse gemeinsam angeordnet sein. Dadurch ist ein sehr kompakter Aufbau möglich.
-
In dem Ventilgehäuse kann eine elektronische Schaltung vorgesehen sein, wobei die elektronische Schaltung zum Bereitstellen von wenigstens einer Funktion dient, ausgewählt aus der Gruppe Temperaturregelung, Steuerung des Antriebs für das Steuerelement, Energieversorgung des Zündsicherungsventils, Sicherheitsmaßnahmen, Steuermaßnahmen bei Überschreiten der vorgegebenen Sicherheits- Temperatur.
-
Das Steuerelement kann zum Ansteuern der Regeleinrichtung, der Sicherheitseinrichtung und der Schließeinrichtung ausgebildet sein. Das bedeutet, dass mit Hilfe des einzigen Steuerelements alle relevanten Funktionen des Zündsicherungsventils angesteuert werden können. Das Steuerelement bildet somit das zentrale Element des Zündsicherungsventils und ist in der Lage, die verschiedenen Einrichtungen in geeigneter Weise anzusteuern. Der Wunsch des Bedieners kann dabei vom Bediener durch das manuelle Bewegen oder motorische Bewegen auf das Steuerelement übertragen werden.
-
Die von dem Steuerelement bewegten Kolben, nämlich der Schließkolben, der Pushkolben und/oder der Leistungskolben können einseitig durch das Steuerelement gegen die Wirkung einer Feder bewegt werden, wobei an dem Steuerelement für jeden der von dem Steuerelement bewegten Kolben jeweils eine entsprechende Steuerkurve ausgebildet ist. Die Steuerkurve kann insoweit auch als Steuerkulisse oder Steuernocken dienen. Mit Hilfe der Steuerkurve wird die Position des jeweils beaufschlagten Kolbens in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerelements eindeutig definiert.
-
Bei einer Variante können die von dem Steuerelement bewegten Kolben, nämlich der Schließkolben, der Pushkolben und der Leistungskolben mit dem Steuerelement formschlüssig gekoppelt sein, wobei an dem Steuerelement jeweils eine entsprechende Steuerkurve ausgebildet ist. Die Kolben können dann durch das Steuerelement zwangsgeführt werden, derart, dass die Kolben durch das Steuerelement in eine erste Richtung und in eine entgegengesetzte zweite Richtung bewegbar sind, ohne dass es einer Feder für die Bewegung in eine der Richtungen bedarf.
-
Bei dieser Variante drückt das Steuerelement nicht nur gegen die Kolben, zum Beispiel auch gegen die Wirkung einer Rückholfeder. Vielmehr führt das Steuerelement die Kolben formschlüssig, sodass die Kolben zwangsweise dem Verlauf der jeweiligen Steuerkurve folgen, und zwar unabhängig davon, in welche Richtung die Kolbenbewegung erfolgen muss.
-
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine aufgebrochene Perspektivdarstellung eines Zündsicherungsventils;
- 2 eine Schnittdarstellung des Zündsicherungsventils von 1;
- 3 eine Schnittdarstellung durch eine Regeleinrichtung des Zündsicherungsventils in der Draufsicht;
- 4 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform des Zündsicherungsventils;
- 5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform;
- 6 wiederum eine andere Ausführungsform in Schnittdarstellung;
- 7 das Zündsicherungsventil von 6 in Perspektivdarstellung.
-
Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform des Zündsicherungsventils.
-
Ein Zündsicherungsventil weist ein Gehäuse 1 auf, das unter anderem einen Ventilblock 2, ein Steuerelement 3, verschiedene in dem Ventilblock 2 vorgesehene Einrichtungen sowie einen elektromotorischen Antrieb 4 umschließt. Weiterhin können in dem Gehäuse 1 - je nach Ausführungsform - eine elektronische Schaltung 5 und eine elektrische Energieversorgung 6 untergebracht sein.
-
Das Steuerelement 3 ist in dem gezeigten Beispiel als Steuertrommel ausgebildet, die um ihre Hochachse drehbar gelagert ist. Das Steuerelement 3 kann mit Hilfe eines als Bedienelement dienenden Drehknopfes 7 von einem Bediener in verschiedene Stellungen gedreht werden. Zusätzlich ist der Antrieb 4 vorgesehen, zum Beispiel ein elektrischer Getriebemotor, der über eine Stirnradverzahnung 8 ebenfalls das Steuerelement 3 verdrehen und in eine gewünschte Stellung bringen kann. Die Steuerung des Antriebs 4 erfolgt zum Beispiel mit Hilfe der elektronischen Schaltung 5, die den Antrieb 4 derart betätigt, dass das Steuerelement 3 die gewünschte Stellung einnimmt.
-
An der Außenkontur des Steuerelements 3 sind mehrere Steuerkurven ausgebildet, die jeweils gegen federbeaufschlagte Kolben wirken. Im Einzelnen sind dies (in 1 von oben nach unten) eine Steuerkurve 9 für einen zu einer Schließeinrichtung gehörenden Schließkolben 10, eine Steuerkurve 11 für einen zu einer Sicherheitseinrichtung gehörenden Pushkolben 12 sowie eine Steuerkurve 13 für einen zu einer Regeleinrichtung gehörenden Leistungskolben 14. Sämtliche Kolben 10, 12, 14 werden durch entsprechende Federn gegen die zugeordneten Steuerkurven 9, 11, 13 gedrückt, sodass die Kolben ihre durch die jeweilige Steuerkurve 9, 11, 13 vorgegebene Position exakt einhalten können.
-
Die Kolben 10, 12, 14 sind in dem Ventilblock 2 beweglich untergebracht und steuern dort unterschiedliche Funktionen, wie später noch erläutert wird.
-
An dem Ventilblock 2 ist ein Gaseinlass 15 ausgebildet, über den ein brennbares Medium, zum Beispiel Flüssiggas oder ein anderes brennbares Gas von einem Vorratsbehälter zugeführt werden kann. Des Weiteren sind an dem Ventilblock 2 Gasauslässe vorgesehen, an denen Verbraucher, insbesondere Brenner angeschlossen werden können. Dies ist ein erster Hauptbrenner-Gasauslass 16 sowie ein zweiter Hauptbrenner-Gasauslass 17 (3). Zudem ist an dem Ventilblock 2 ein Pilotbrenner-Gasauslass 17a vorgesehen. An diesem Gasauslass 17a ist ein Pilot- oder Zündbrenner anschließbar, der in einer anzuschließenden Gasheizung eine kleine Flamme permanent bereitstellt, die zum Entzünden des eigentlichen Hauptbrenners dient.
-
An den Gasauslässen 16, 17 kann jeweils ein Hauptbrenner angeschlossen werden, der in einer Gasheizung untergebracht ist. Über die beiden Gasauslässe ist so zumindest ein zweistufiges Gasheizverfahren möglich.
-
Selbstverständlich können anstelle der beiden Gasauslässe 16, 17 auch nur ein Gasauslass oder auch mehrere Gasauslässe vorgesehen werden. Ebenso ist es möglich, auch mehrere Regeleinrichtungen durch das Steuerelement 3 ansteuern und auf diese Weise auch mehrere Gasheizungen oder mehrere Brenner in einer gemeinsamen Gasheizung zu regeln.
-
In dem Ventilblock 2 ist zwischen dem Gaseinlass 15 und den Hauptbrenner-Gasauslässen 16, 17 eine Gaszuführung 18 vorgesehen, die als Gasleitung durch den Ventilblock 2 ausgebildet ist. In dem Verlauf der Gaszuführung 18 sind verschiedene Ventileinrichtungen vorgesehen, die jeweils durch das Steuerelement 3 über die Kolben 10, 12, 14 gesteuert werden können.
-
Unmittelbar nach dem Gaseinlass 15 ist die bereits genannte Schließeinrichtung vorgesehen, die den Schließkolben 10 umfasst. Der Schließkolben 10 kann durch die zugeordnete Steuerkurve 9 am Steuerelement 3 in wenigstens zwei Stellungen, nämlich eine Offenstellung und eine Schließstellung gegen die Wirkung einer Feder 19 bewegt werden. Dadurch kann ein Dichtsitz 20 geöffnet oder geschlossen werden.
-
Wenn der Dichtsitz 20 geöffnet ist, kann Gas vom Gaseinlass 15 über die Gaszuführung 18 in eine Kammer 21 gelangen, die Teil der bereits genannten Sicherheitseinrichtung ist. Dabei kann das Gas auch zu dem Pilotbrenner-Gasauslass 17a strömen, an dem der Pilot- bzw. Zündbrenner angeschlossen werden kann. So ist es möglich, den Zündbrenner zu entzünden, wie später nach erläutert wird.
-
Die Sicherheitseinrichtung, zu der auch die Kammer 21 gehört, umfasst unter anderem den Pushkolben 12 sowie einen axial zu dem Pushkolben 12 eingebauten Minimagneteinsatz 22. Die Funktion eines Minimagneteinsatzes ist im Prinzip bekannt und zum Beispiel in der
DE 20 2005 021 724 U1 beschrieben. Der Minimagneteinsatz weist einen Ventilanker 23 auf, der durch einen im Inneren des Minimagneteinsatzes 22 vorhandenen, in den Figuren nicht gezeigten Elektromagneten in Offenstellung gehalten werden kann, wenn er durch den Pushkolben 12 gedrückt und über eine Leitung 24 ein entsprechender Thermostrom von einer Flammüberwachungseinrichtung geliefert wird.
-
Wenn der Ventilanker 23 in der in 1 gezeigten Offenstellung steht, ist ein zu der Sicherheitseinrichtung gehörender Dichtsitz 25 geöffnet, sodass Gas weiter entlang der Gaszuführung 18 zu der Regeleinrichtung und dem dort vorgesehenen Leistungskolben 14 gelangen kann.
-
Die Aufgabe des Pushkolbens 12 besteht darin, den Ventilanker 23 gegen die Wirkung einer Feder 26 des Minimagneteinsatzes 22 zu bewegen und in dieser Position so lange zu halten, bis der über die Leitung 24 zugeführte Thermostrom ausreicht, um den Ventilanker 23 in der Offenstellung zu halten. Übliche Zeiträume sind dabei 10 bis 30 Sekunden.
-
Der Pushkolben 12 wird zu diesem Zweck mit Hilfe des Steuerelements 3 und der ihm zugeordneten Steuerkurve 11 gegen die Wirkung der Feder 26 gedrückt.
-
Stromauf von dem Dichtsitz 25 und dem Ventilanker 23 ist der Pilotbrenner-Gasauslass 17a vorgesehen, an dem der Pilot- bzw. Zündbrenner angeschlossen werden kann.
-
Die unterhalb der Sicherheitseinrichtung vorgesehene Regeleinrichtung weist außer dem Leistungskolben 14 einen Regelkolben 27, eine zwischen dem Leistungskolben 14 und dem Regelkolben 27 wirksame Regelfeder 28, einen als Temperatur-Steuereinrichtung dienenden Metallbalg 29 sowie eine Balgfeder 30 auf.
-
Die Funktionsweise der Regeleinrichtung ist besonders aus 3 ersichtlich. Dort ist gezeigt, wie die Steuerkurve 13 am Steuerelement 3 gegen den Leistungskolben 14 wirkt und seine Position verlagert. Zum Öffnen der Gaszuführung und damit Ermöglichen eines Gasstroms zu den Gasauslässen 16, 17 wird der Leistungskolben 14 aufgrund der zugehörigen Steuerkurve 13 (in 3) nach links verlagert. Dadurch öffnet sich eine zwischen dem Leistungskolben 14 und dem Regelkolben 27 vorgesehene, als Dichtsitz ausgebildete Regel-Öffnung 31. In der Folge strömt Gas durch den Regelkolben 18 zu den beiden Auslässen 16, 17.
-
Wenn aufgrund der daraus resultierenden starken Brennertätigkeit eine Erwärmung des Systems stattfindet, kann sich der mit dem System gekoppelte Metallbalg 29 ausdehnen und drückt in der Folge den mit dem Metallbalg 29 formschlüssig gekoppelten Regelkolben 27 zurück, also in den 1 und 3 nach links. Dementsprechend wird der Querschnitt der Regelöffnung 31 verringert, sodass weniger Gas durch die Regelöffnung 31, den Regelkolben 27 und den am Regelkolben vorgesehenen Regel-Durchlass 32 strömen kann. In der Folge wird die Flamme an den Brennern verringert, sodass auch die Heizwirkung geringer wird. Die daraus resultierende Abkühlung bewirkt, dass sich der Metallbalg 29 ebenfalls abkühlt und somit wieder verkürzt. Durch die Druckwirkung der Regelfeder 28 wird der Regelkolben 27 nachgeschoben, sodass er der Verkürzungsbewegung des Metallbalgs 29 folgen kann. Da der Leistungskolben 14 unverändert in seiner Position verbleibt, öffnet sich die Regel-Öffnung 31 wieder etwas, sodass mehr Gas zu den Gasauslässen 16, 17 und damit zu den Brennern gelangen kann. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Regelung der nachgeschalteten Gasheizung möglich.
-
Zusätzlich ist an der Regeleinrichtung eine Sicherheits-Temperatur-Steuereinrichtung vorgesehen, die einen Sicherheits-Metallbalg 33 aufweist. Der Sicherheits-Metallbalg 33 funktioniert analog zu dem Metallbalg 29 der Regeleinrichtung. Er wirkt jedoch erst dann, wenn eine vorgegebene Sicherheits-Temperatur überschritten ist. Wenn also in dem System, zum Beispiel in der Gasheizung oder an einem Wärmetauscher der Gasheizung die vorgegebene Sicherheits-Temperatur überschritten wird, dehnt sich der Sicherheits-Metallbalg 33 aus und verschiebt den Regelkolben 27 gegen die Wirkung der Regelfeder 28 in Richtung des Leistungskolbens 14, also in den 1 und 3 nach links.
-
Dabei überfährt der Regelkolben 27 den Regeldurchlass 32 und verschließt so die Gasauslässe 16, 17, um einen Gasstrom zu den Brennern zu unterbinden. Auf diese Weise können die Brenner wirkungsvoll abgeschaltet werden, wenn sich die Heizung aufgrund der unzulässig hohen Temperatur in einen kritischen Zustand befindet.
-
Für die elektronische oder automatisierte Ansteuerung der Stellung des Steuerelements 3 ist es notwendig, jeweils die exakte Position des Steuerelements 3 zu kennen. Zu diesem Zweck ist am Antrieb ein Winkelsensor 34 vorgesehen. Aufgrund der formschlüssigen Kopplung über die Stirnradverzahnung 8 kann somit jederzeit exakt bestimmt werden, in welcher Stellung sich das Steuerelement 3 befindet.
-
Zudem kann an dem Steuerelement 3 ein Steuernocken 35 vorgesehen sein, der einen Mikroschalter 36 betätigt. Auch diese Anordnung kann dazu genutzt werden, exakt die Position des Steuerelements 3 zu bestimmen. Ebenso ist es aber auch möglich, mit Hilfe des Steuernockens 35 und des Mikroschalters 36 eine nicht gezeigte Zündeinrichtung zu betätigen, nämlich insbesondere dann, wenn der Pushkolben 12 den Ventilanker 23 offen hält und die Anlage gezündet werden soll. Während dieser Phase von einigen Sekunden kann durch die Ansteuerung über den Steuernocken 35 und den Mikroschalter 36 ein Zündfunke an dem Pilotbrenner oder dem Hauptbrenner generiert werden, der das dort austretende Gas entzündet. Bei Weiterdrehen des Steuerelements 3 wird die Zündung wieder unterbrochen, weil dann das System in der Lage sein sollte, eigenständig den Minimagneteinsatz 22 in Offenstellung zu halten, wie oben bereits beschrieben.
-
Die für das Erzeugen des Zündfunkens notwendige Energie kann zum Beispiel in der Energieversorgung 6 gespeichert werden. Die dort vorhandene Energie dient auch zum Betreiben der elektronischen Schaltung 5 oder zum Betreiben der PushElektronik zum Halten des Minimagneteinsatzes 22 in der Startphase, wenn noch kein Haltestrom von der Flammüberwachungseinrichtung geliefert wird. Selbstverständlich kann die Energieversorgung auch von anderen, hier nicht gezeigten Komponenten stammen.
-
Nachfolgend werden charakteristische Stellungen der einzelnen Elemente in dem Zündsicherungsventil in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen erläutert.
-
Die Nullstellung soll einer Stellung entsprechen, bei der das Ventil geschlossen und alle Funktionen außer Kraft sein sollen. In diesem Fall bewirkt die Steuerkurve 9, dass der Schließkolben 10 den Dichtsitz 20 verschließt, sodass kein Gas über die Gaszuführung 18 gefördert werden kann. In den 1 und 2 ist der Schließkolben 10 nach rechts gedrückt. Nachfolgend wird bei der Angabe von „rechts“ und „links“ stets von der In den 1 und 2 gezeigten Orientierung ausgegangen.
-
Der Pushkolben 12 ist aufgrund der ihm zugeordneten Steuerkurve 11 nach links verlagert und wirkt somit nicht auf den Ventilanker 23 des Minimagneteinsatzes 22.
-
Der Leistungskolben 14 hingegen ist nach rechts verlagert, um die Regelöffnung 31 zu verschließen.
-
Bei Drehen des Steuerelements 3, zum Beispiel um 30° kann die Zündstellung erreicht werden. In dieser Stellung betätigt der Steuernocken 35 den Mikroschalter 36, sodass die Zündung betätigt und ein Zündfunke generiert wird. Auf diese Weise kann auch die sogenannte „Pushelektronik“ gestartet werden. Der Schließkolben verschließt immer noch den Dichtsitz 20, während jedoch der Pushkolben 12 nach rechts verlagert wird und den Ventilanker 23 in den Minimagneteinsatz 22 drückt, sodass der Dichtsitz 25 geöffnet ist. Der Leistungskolben 14 verbleibt immer noch in der Schließstellung und ist also nach rechts verlagert.
-
Bei weiterem Drehen des Steuerelements 3, zum Beispiel um weitere 30°, kann die Pilotflammen-Stellung erreicht werden. In dieser Stellung bewegt die Steuerkurve 9 den Schließkolben 10 nach links und öffnet so den Dichtsitz 20, so dass Gas zu dem Pilotbrenner gelangen und dort durch die Zündung entzündet werden kann. Dadurch wird mit Hilfe der Flammerkennungseinrichtung das Vorhandensein der Pilot- bzw. Zündflamme detektiert, sodass ein Haltestrom an den Minimagneteinsatz 22 geliefert werden kann, um den Ventilanker 23 in der geöffneten Stellung zu halten.
-
Der Pushkolben 12 kann sich schon wieder nach links bewegt haben, da das Halten des Ventilankers 23 in der Offenstellung auch durch die Elektronik (Peak-Hold Schaltung) wenigstens für einen gewissen Sicherheitszeitraum gewährleistet sein kann.
-
In dieser Situation kann auch die Zündung abgeschaltet werden. Der Leistungskolben 14 befindet sich dabei nach wie vor in Schließstellung.
-
Als Ergebnis aller Stellungen brennt die kleine Pilotflamme zuverlässig, während die eigentlichen Hauptbrenner noch nicht in Betrieb sind.
-
Bei weiterer Drehung des Steuerelements 3, zum Beispiel um 15°, also in die 75°-Stellung, bleibt der Schließkolben 10 nach wie vor offen und der Pushkolben 12 nach links ausgerückt, sodass er nicht auf den Ventilanker 23 wirkt. Jetzt öffnet der Leistungskolben 14 die Regelöffnung 31 dadurch, dass er aufgrund der ihm zugeordneten Steuerkurve 13 nach links verlagert wird. Das zu dem oder den Hauptbrennern gelangende Gas wird durch die Pilotflamme entzündet, sodass die Hauptbrenner ihren Betrieb auf geringer Leistungsstufe aufnehmen.
-
Die Steuerkurve 13 für den Leistungskolben 14 kann spiralförmig ausgebildet sein, sodass sich der Radialabstand zur Drehachse mit zunehmender Verdrehung des Steuerelements 3 verringert. Das bedeutet, dass mit einem weiteren Verdrehen des Steuerelements 3 der Leistungskolben 14 immer mehr nach links verschoben werden kann, sodass der Querschnitt der Regelöffnung 31 vergrößert wird. In der Folge kann die Gasströmung durch die Regelöffnung 31 vergrößert und damit die Heizleistung der Hauptbrenner erhöht werden.
-
In der Stellung „größte Leistung“ ist der Schließkolben 10 selbstverständlich nach wie vor in Offenstellung. Auch der Pushkolben 12 ist außer Funktion, also nach links ausgerückt.
-
Insbesondere in dieser Leistungsstellung besteht die Gefahr, dass die Temperatur im System zu stark zunimmt. Mit Hilfe des Metallbalgs 29 und - nötigenfalls - des Sicherheits-Metallbalgs 33 kann der Regelkolben 27 nach links verlagert werden, um einerseits die Regelöffnung 31 zu verschließen und andererseits - bei sehr starker Erwärmung - den Regeldurchlass 32 zu überfahren und so die Gasauslässe 16, 17 vollkommen zu verschließen. So kann der Betrieb der Hauptbrenner eingeschränkt oder gar ganz unterbunden werden.
-
4 zeigt eine Variante zu dem Zündsicherungsventil der 1 bis 3.
-
Die Funktionen der einzelnen Einrichtungen, nämlich der Schließeinrichtung, der Sicherheitseinrichtung und der Regeleinrichtung sind im Prinzip identisch. Jedoch wurde die Kopplung zwischen dem Steuerelement 3 und den von diesem bewegten Kolben anders gelöst. Zu Vereinfachung werden die Bezugszeichen der oben anhand der 1 bis 3 erläuterten Einrichtungen beibehalten, wobei bei den variierten Komponenten Jetzt der Buchstabe „a“ angefügt wird.
-
Das Steuerelement 3a weist an seiner Außenseite Steuerkurven 9a, 11a und 13a auf, die so ausgebildet sind, dass sie Kolbenköpfe 40, 41, 42 aufnehmen können, die jeweils an dem Schließkolben 10a, an dem Pushkolben 12a und an dem Leistungskolben 14a ausgebildet sind.
-
Die Kolbenköpfe 40, 41, 42 sind in nutartigen Ausnehmungen der Steuerkurven 9a, 11a, 13a formschlüssig geführt, sodass die Kolben 10a, 12a, 14a zwangsweise dem Verlauf der Steuerkurven 9a, 11a, 13a folgen, und zwar in beide Kolbenbewegungsrichtungen. Auf diese Weise kann bei dieser Lösung auf die Rückholfedern der oben beschriebenen Variante (Federn 19, 25) verzichtet werden.
-
5 zeigt eine andere Variante der Regeleinrichtung. Dabei ist das Steuerelement (jetzt mit Bezugszeichen 3b gekennzeichnet) nicht nur drehbar, sondern auch axial bewegbar. Die Axialbewegung des Steuerelements 3b wird durch einen Metallbalg 50 bewirkt, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnt oder zusammen zieht und so die Axialstellung des Steuerelements 3b bestimmt.
-
Zudem ist das Steuerelement 3b mit Hilfe des Bedienelements 7 oder des Antriebs 4 - wie zuvor beschrieben - drehbar, um die gewünschte Leistungsstellung der Kolben zu erreichen.
-
In der Seitenwand des Steuerelements 3b sind Ausnehmungen mit Steuerschrägen 51 vorgesehen, die die Bewegung der jeweils zugeordneten Kolben steuern.
-
Die 6 und 7 zeigen eine weitere Variante, insbesondere eine Variante zu 4.
-
Während bei der Ausführungsform von 4 die verschiedenen Kolben 10a, 12a, 14a parallel zueinander angeordnet sind, können sie sich bei der Variante von 6, 7 in verschiedene Raumrichtungen erstrecken. Auch hier sind dann in dem Steuerelement 3c entsprechende Steuerkurven 9c, 11c und 13c ausgebildet.
