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UV-Flammenwächter Die Erfindung betrifft einen UV-Flammenwächter mit
zwei die Flamme überwachenden UV-Photozellen, denen Relaiskreise mit je einem einen
Wechselkontakt aufweisenden Ausgangsrelais nachgeschaltet sind.
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Zur überwachung von Gasflammen können nur Flammenindikatoren verwendet
Werden, die auf das im Spektrum dieser Flammen enthaltene ultraviolette Licht ansprechen.
Darauf abgestimmte Photozellen, die im Spektralbereich von 190 bis 260 nm arbeiten,
sind bekannt. Die Photozellen, die aus zwei sich gegenüberstehenden Elektroden gebildet
sind, sind mit einem Quarzglaskolben umgeben, der mit einem Gasgemisch gefüllt ist.
über einen Arbeitswiderstand wird Betriebsspannung an die Photozelle gelegt. Fällt
durch den Quarzglaskolben Strahlung auf die Elektroden, die einen UV-Anteil enthält,
so wird der Raum zwischen den Elektroden ionisiert, und die Röhre zündet bei jeder
Halbwelle der angelegten Betriebswechselspannung.
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Es sind auch bereits Geräte bekannt, bei denen ultraviolettes Licht
aussendende Flammen mit Hilfe dieser Photozellen abgetastet werden. In der praktischen
Ausführung derartiger Geräte wird mit einer Betriebsspannungsquelle und einer UV-Photozelle
ein Relais in Reihe geschaltet, dessen Kontakte bei Vorliegen der UV-Strahlung durch
den durch die Röhre fließenden Strom betätigt werden.
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Dabei kann die Möglichkeit eines »Durchzündens« nicht ausgeschlossen
werden, insbesondere sobald das Ende der Lebensdauer der Röhre erreicht wird. Als
»Durchzünden« wird dabei ein bei Nennspannung durch die Röhre fließender Strom verstanden,
der auftritt, obwohl die Photozelle nicht einer UV-Strahlung ausgesetzt ist. Da
von den Herstellern der UV-Photozellen keine Angaben über die Lebensdauer gemacht
werden, ergibt sich die Notwendigkeit, die mit diesen Photozellen ausgerüsteten
Geräte einer Selbstkontrolle zu unterwerfen. Ohne eine derartige Kontrolle besteht
die Gefahr, daß durch das Durchzünden einer UV-Photozelle eine in Wirklichkeit nicht
vorhandene Flammenbildung in dem überwachten Feuerungsraum vorgetäuscht und die
Gaszufuhr trotz erloschener Flamme aufrechterhalten wird, was zu Explosionen führen
kann.
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Es ist auch bekannt, bei Flammenwächtern, die finit einer UV-Photozelle
ausgerüstet sind, eine Selbstüberwachung mit Hilfe einer elektronischen überwachungsschaltung
durchzuführen. Dabei führt aber eine nicht mehr einwandfreie Photozelle zu Störabschaltungen
des Gerätes. Außerdem sind die bekannten überwachungsschaltungen aufwendig und daher
nicht billig in der Herstellung sowie nicht einfach in der Wartung.
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Ferner ist eine Hell-Dunkel-Schaltung mit zwei Photozellen bekannt,
die von derselben Lichtquelle beaufschlagt sind, wobei die beiden Photozellen mit
dem Gittereingang je einer Verstärkerröhre verbunden sind, deren Ausgänge an je
ein Relais gelegt sind. Dabei hat jede Photozelle einen anderen Zustand der Lichtquelle
anzuzeigen.
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Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin,
die überwachungsschaltung für Flammenwächter so auszubilden, daß das einwandfreie
Arbeiten der beiden Photozellen gegenseitig überwacht wird und daß eine Störung
einer Photozelle angezeigt wird, ohne daß eine Abschaltung des Flammenwächters erfolgt.
Diese Aufgabe wird bei einem UV-Flammenwächter der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in Reihe mit dem durch Äquivalenz verknüpften Wechselkontakten
ein Relais geschaltet ist, mit dem der durch die Verknüpfung gebildete Wert gespeichert
und angezeigt wird.
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Es kommt also nur dann ein Signal zustande, wenn bei der Verknüpfung
der beiden Veränderlichen durch Äquivalenz die beiden Veränderlichen den gleichen
Wert aufweisen. Mit Hilfe des Flammenwächters nach der Erfindung ist es möglich,
jeden Zustand zu erfassen und anzuzeigen, bei dem die beiden Photozellen unterschiedliche
Ausgangswerte liefern. In diesem Fall liefert nämlich das Speicherglied einen von
dem bei ordnungsgemäßem Betrieb abgegebenen Wert unterschiedlichen Wert. Dies ist
besonders wichtig, wenn eine Photozelle kurzgeschlossen ist, sei es durch »Durchzünden«
oder durch Kurzschluß auf den Zuleitungen, so daß sie das Vorhandensein einer Flamme
vortäuscht. Ist in diesem Augenblick tatsächlich keine Flamme vorhanden, so
zeigt
die zweite Photozelle das Nichtvorhandensein der Flamme an, so daß die Äquivalenz
der Verknüpfung in eine Antivalenz übergeht, wodurch das Ausgangssignal sich ändert.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können die Relaiskreise
mit Wechselstrom betrieben und das Relais ,und,@-die Ausgangsrelais als Gleichstromrelais
ausgebildet und vom Wechselstrom über Gleichrichter betrieben sein. Dadurch kann
das Gerät in einfacher'-Weise an das übliche Wechselstromnetz angeschlossen werden,
während als Relais die bekannten und bewährten Gleichstromrelais Verwendung finden.
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Ferner ist in Weiterbildung der Erfindung das Relais abfallverzögert
ausgeführt. Dadurch wird beim Umschalten der Wechselkontakte ein Flattern oder Abfallen
des Relais vermieden. In zweckmäßiger Ausgestaltung kann ein Kondensator über einen
vom Relais betätigten Arbeitskontakt parallel zu dem Relais geschaltet sein. Dadurch
ist in einfacher Weise die Abfallverzögerung des Relais vermittelt. ' Es ist möglich,
-die Anordnung nach der Erfindung mit beliebigen,-- an sich bekannten Schaltelementen
für logische Verknüpfungen auszubauen. Genannt seien Relaisschaltungen, Diodenschaltungen,
Transistorschaltungen, Röhrenschaltkreise und magnetische Schaltkreise. Der Speicher
kann als Relais ausgebildet sein oder auch als bistabile Kippstufe.
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In der Zeichnung ist die Schaltung für ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Als Ausführungsbeispiel ist eine Relaisschaltung gewählt,
die für einen Flammenwächter zur Überwachung einer Gasflamme, also einer Flamme
mit ulträ-@i_olettem Lichtanteil,' bestimmt ist.
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' Vom Netz wird eine Wechselspannung der Primärwicklung 1 eines Transformators
zugeführt, der zwei Sekundärwicklungen 11 und 21 besitzt. Jede dieser Sekundärwicklungen
11 und 21 ist mit einem überwachungsstromkreis verbunden, der eine Photozelle 12
oder 22 und einen zugehörigen Relaiskreis 13 bis 15 oder 23 bis 25 enthält. Zu jedem
Relaiskreis gehören je ein Gleichrichter 13, 23, je ein Relais 14, 24 sowie parallel
-zu dem Gleichstromausgang des Gleichrichters 13, 23 und dem Relais 14, 24 je ein
Kondensator 15, 25, der als Glättungskondensator für den pulsierenden Gleichstrom
wirkt. Es ist möglich, den Photozellen Verstärkerröhren nachzuschalten, wenn der
Strom zum direkten Anzug der Relais nicht ausreicht: Die Relaisind dann im Anodenkreis
der Röhren angeordnet.-In den Stromkreis der Photozellen 12 und 22 sind in üblicher
Weise Vorschaltwiderstände 17, 27 sowie ein Kondensator 18, 28 geschaltet. Entsprechend
dem Anwendungszweck, für den das Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, sind die Photozellen
12, 22 UV-Photozellen, die auf Licht einer Wellenlänge im ultravioletten Wellenbereich
ansprechen.
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Ist die von den ÜV-Photozellen 12, 22 zu überwachende Flamme nicht
vorhanden, dann fließt in dem überwachungssfrömkreis kein Strom, die Relais 14 und
24 sind in spannungslosem Zustand. Wenn dagegen eine Flamme vorhanden ist, werden
die UV-Photozellen 12 und 22 belichtet, es fließt durch die überwachungsstromkreise
ein Strom, der die Relais 14 und 24 zum Ansprechen bringt.
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Mit dem Netz verbunden ist weiterhin ein Kontrollkreis, der aus.eiiiem
Gleichrichter 3, welcher die Netzspannung in Gleichspannung umwandelt, und
aus einem Relais 4 besteht. Dem Relais 4 vorgeschaltet ist ein Begrenzungswiderstand
6. Der Kontrollstromkreis ist immer dann und nur dann eingeschaltet, wenn beide
UV-Photozellen 12 und 22 denselben Zustand besitzen, d. h. entweder nicht belichtet
sind oder- aber belichtet sind. Im ersteren Fall schließen die von den Relais 14
und 24 betätigten Wechselkontakte 14.1 und 24.1 beispielsweise den in der Zeichnung
links dargestellten Stromkreis, im anderen Fall den rechten Stromkreis. Die Wechselkontakte
14.1 und 24.1 bilden somit im Sinne der Informationsverarbeitung eine logische Verknüpfungsschaltung,
nämlich eine Äquivalenz: Es müssen beide Relais 14 und 24 denselben Zustand der
Anordnung anzeigen, damit ein Strom für das Kontrollrelais 4 fließen kann. Wenn
der Überwachungsstromkreis keinen Defekt aufweist, ist das Relais 4 immer angezogen.
Es ist möglich, die Wechselkontakte statt in Äquivalenz in Antivalenz zu betreiben.
In diesem Fall sind im Normalbetrieb die Wechselkontakte 14.1 und 14.2 jeweils mit
einem anderen Leitungsteil verbunden. Erst im Störungsfall sind beide mit demselben
Leitungsteil verbunden und schließen den Stromkreis für das Relais 4. Um bei Äquivalenz
beim Übergang vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand der Relais 14,
24, und umgekehrt, bei dem die Wechselkontakte 14.1 und 24.1 von der einen Lage
in die andere Lage wechseln, ein Flattern oder Abfallen des Relais 4 zu vermeiden,
ist das Relais 4 abfallverzögert ausgeführt;' im Ausführungsbeispiel ist parallel
zu dem Relais 4 ein Kondensator- geschaltet, der über einen in Reihe mit dem Kondensator
5 liegenden vom Relais 4 betätigten Arbeitskontakt 4.3 eingeschaltet wird, wenn
das Relais 4 anzieht. Es ist möglich, die Abfallverzögerung durch eine parallelgeschaltete
Diode oder durch mechanische Mittel zu erreichen. Bei Schaltung der Wechselkontakte
14.1, 24.1 in -Antivalenz wäre das Relais 4 anzugsverzögert auszuführen, um eine
Störungsanzeige infolge unterschiedlicher Ansprechzeiten der _Überwachungsstromkreise
zu vermeiden.
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Die Relais 14 und 24 besitzen weiterhin je einen Arbeitskontakt 14.2
und 24.2, die durch UND-Verknüpfung miteinander verbunden sind. Diese beiden Arbeitskontakte
14.2 und 24.2 sind verbunden mit einem Ausgang A, über den bei Nichtvorhandensein
einer Flamme die Gaszufuhr abgeschaltet ist.
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Das Relais 4 besitzt weiterhin einen Arbeitskontakt 4.2, der mit einem
Ausgang B verbunden ist, über den ein Defekt in der Überwachungseinrichtung angezeigt
wird, da dieser Arbeitskontakt 4.2 nur öffnet, wenn die Umschalter 14.1 und 24.1
sich nicht in derselben Stellung befinden. Bei Verknüpfung der Wechselkontakte 14.1
und 24.1 durch Antivalenä wäre dieser Arbeitskontakt 4.2 als Ruhekontakt-auszuführen;
damit bei ordnungsgemäßem Betrieb der Anlage eine Anzeige erfolgt.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebeüen Überwachung ist folgende:
Es sei angenommen, daß die zu überwachende Gasflamme nicht vorhanden ist. Dann fließt
durch die Photozellen 12 und 22 kein Strom, die Relais 14 und 24 befinden sich in
ihrer Ruhelage, die zugehörigen Wechselkontakte 14.1 und 24.1 sind in der in der
Zeichnung dargestellten Lage. Das Relais 4 zieht an, er Schlieer 4:2 ist geschlossen,
über eine an den- Ausgang- B angeschlossene Kontrolleinrichtung ist festzustellen;
däß die Anläge betriebsbereit ist.
Bei Vorhandensein einer Gasflamme
fließt bei ordnungsgemäß arbeitenden Photozellen 12 und 22 ein Strom in den Überwachungsstromkreisen,
die Relais 14 und 24 ziehen an, wodurch die Wechselkontakte 14.1 und 24.1 umschalten
in die andere Stellung. Nach wie vor bleibt somit das Relais 4 mit dem Netz verbunden.
Das kurzzeitig infolge des Umschaltens der Wechselkontakte 14.1 und 24.1 in den
anderen Zustand vom Netz getrennte Relais bleibt infolge der dann stattfindenden
Entladung des Kondensators 5 angezogen. Die mit dem Ausgang B verbundene Anzeigeeinrichtung
zeigt weiterhin das ordnungsgemäße Arbeiten der Anlage an; über Aus-gang A
ist jetzt weiterhin die Einrichtung für die Gaszufuhr eingeschaltet, da die durch
UND-Verknüpfung verbundenen Arbeitskontakte 14.2 und 24.2 eingeschaltet sind.
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Für den Fall, daß eine der Photozellen 12 oder 22 durchzündet, d.
h. für den Fall, daß in einer der Photozellen ein Kurzschluß auftritt - es handele
sich z. B. um die Photozelle 12 -, wird bei vorhandener Gasflamme der Betrieb der
Anordnung nicht unterbrochen, da die andere Photozelle 22 nach wie vor ordnungsgemäß
das Vorhandensein der Gasflamme anzeigt und das zugehörige Relais 24 angezogen ist,
während in der defekten Photozelle 12 ein Wechselstrom fließt, der auch das dazugehörige
Relais 14 angezogen hält. Ist dagegen die Gasflamme nicht mehr vorhanden, so wird
sofort der defekte Zustand der Photozelle 12 angezeigt: Wärend durch die ordungsgemäß
arbeitende Photozelle 22 kein Strom mehr fließt und damit das dazugehörige Relais
24 abfällt, wonach der Wechselkontakt 24.1 in seinen Ruhestand zurückkehrt, fließt
durch die defekte Photozelle 12 nach wie vor ein Wechselstrom. Das Relais
14 bleibt daher angezogen, der Wechselkontakt 24.1 in der Arbeitsstellung.
Es befindet sich somit der Wechselkontakt 14.1 in einer anderen Stellung als der
Wechselkontakt 24.1, die Kontrollvorrichtung mit dem Relais 4 ist nicht mehr mit
dem Netz verbunden, nach Entladen des Kondensators 5 fällt das Relais
4 ab und öffnet den Arbeitskontakt 4.2. Am Ausgang B erfolgt daher die Anzeige
für ein nicht mehr ordnungsgemäßes Arbeiten der Kontrollvorrichtung.
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Derselbe Effekt tritt auf, wenn nicht die Photozelle durchzündet,
sondern wenn ein Kurzschluß auf einer der Zuleitungen zu einer Photozelle auftritt.
Auch dann bleibt nach Erlöschen der Gasflamme der zugehörige Überwachungsstromkreis
eingeschaltet, während der andere Überwachungsstromkreis ausgeschaltet ist, so daß
über die unterschiedlichen Stellungen der Wechselkontakte 14.1 und 24.1 und das
Relais 4 eine Anzeige des defekten Zustandes erfolgt.
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Die Anordnung nach der Erfindung kann, ohne von der Grundidee der
Verwendung zweier Photozellen zur Überwachung und der logischen Verknüpfung der
den Photozellen zugeordneten Schaltelemente, wodurch der gleiche Schaltzustand beider
Photozellen angezeigt wird, abzuweichen, ganz allgemein zur Überwachung optischer
Signale verwendet werden.
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Weiterhin können die Schaltkreise außer als Relaisschaltkreise auch
als Diodenschaltkreise, Transistorschaltkreise, Röhrenschaltkreise und magnetische
Schaltkreise in an sich bekannter Weise ausgeführt werden. Auch der im Ausführungsbeispiel
als Relais 4 ausgebildete Speicher kann elektronisch als bistabile Kippstufe ausgeführt
sein. Beispielsweise können den UV-Photozellen-Impedanzwandler in Form von Nuvistorröhren
oder Gastrioden nachgeschaltet sein, wobei dann die nachfolgende logische Verknüpfung
außer mit Kontakten, kontaktlos mit Halbleiterbauelementen ausgeführt sein kann.