DE2109226A1

DE2109226A1 - Steuerschaltung

Info

Publication number: DE2109226A1
Application number: DE19712109226
Authority: DE
Inventors: Phillip Joseph Winchester Mass Cade (V St A ) P
Original assignee: Electronics Corp of America
Current assignee: Electronics Corp of America
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-26
Publication date: 1971-09-09
Also published as: FR2080800A1; US3644074A; DE2109226B2; BE762136A; GB1337302A; DE2109226C3; FR2080800B1; CA934048A

Description

8428-71/Sch/Ba

Oase 554

U.S. Ser. No. 15,014

Jj'iled: February 27, 1970

Electronics Corporation of America Cambridge, Mass., (V.St.A.)

Steuerschaltung

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung mit einem Zustandsfühler und einem von diesem gesteuerten ersten Relais, welches bei Fehlen eines Ausgangssignals des Zustandsfühlers einen ersten Schaltzustand und bei Vorhandensein eines Ausgangssignals einen zweiter. Schaltzustand einnimmt, ferner mit einem Steuerrelais und einer auf einen Einschaltbefehl ansprechenden Startschaltung, welche das Steuerrelais nach einem vorbestimmten Zeitintervall von einem ersten in einen zweiten Zustand umschaltet.

Derartige Steuerschaltungen werden beispielsweise bei Brenneranlagen verwendet. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung einer Steuerschaltung, welche einmal den Betrieb der Anlage steuert, zweitens für ein sicheres Betriebsverhalten sorgt und schließlich die Brenneranlage bei einer fehlerhaften Betriebsweise eines fflammenfühlers in einen sicheren Zustand schaltet.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine Verriegelungsschaltung gelöst, welche, wenn sie innerhalb des erwähnten Zeitintervalls eine Einstellung des ersten Heiais in seinem zweiten Schaltzustand feststellt, das erste Relais unter Ausschaltung des

109*37/114b

21Q9226

Einflusses des Zustandefühlers auf dieses Relais im zweiten Schaltzustand und das zweite Relais in seinem ersten Schaltzustand verriegelt.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Steuerung von Brenneranlagen und enthält in bevorzugten Ausführungsformen: einen "jj'lammenfühlerstab, dessen Ausgangssignal einem elektronischen Verstärker zugeführt wird, der seinerseits ein i'lammenrelais ansteuert, welches bei Pehlen einer Hamme einen ersten Schaltzustand und bei .Torhand ens ein einer Flamme einen zweiten Schaltzustand einnimmt, ferner Steuerschalter, welche einen Zündzustand einstellen, wenn das i'lammenrelais sich in seinem ersten Schaltzustand befindet, und einen Betriebszustand einstellen, wenn sich das Flaminenrelais in seinem zweiten Zustand befindet, ferner ein Steuerrelais, welches die Brennstoffzufuhr zum Brenner veranlaßt, wenn es erregt ist, im abgefallenen Zustand dagegen die Brennstoffzufuhr unterbricht, ferner einen Betriebsschalter, mit Hilfe dessen der Steuerschaltung Strom zugeführt wird, ferner ein erstes Zeitglied, welches einen aktiven Zustand einnimmt, wenn einer der folgenden Zustände auftritt: 1) Das i'lammenrelais befindet sich in einem Zustand und das Steuerrelais ist erregt oder 2) das JPlammenrelais befindet sich in seinem zweiten Zustand und das Brennstoff relais ist ausgeschaltet; das erste Zeitglied steuert elektrische Schaltungen, welche die Stromzufuhr zur Steuerschaltung unterbrechen, wenn das erste Zeitglied während eines vorbestimmten Zeitintervalls in seinem aktiven Zustand verbleibt, ferner ein zweites Zeitglied, welches dem ersten Zeitglied nach einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Einschalten des Stromes für die Steuerschaltung Spannung zuführt, und schließlich eine Verriegelungsschaltung, welche, wenn das fflaromenrelais seinen zweiten Zustand und das Steuerrelais seinen Ruhezustand einnimmt, das i'lammenrelais und das Steuerrelais in diesen Zuständen ohne Rücksicht auf das Ausgan^ssignal des jflammenfühlers verriegelt, wobei die Verriegelungs-

109837/1145

schaltung einen vom fflammenrelais gesteuerten Schalter aufweist, welcher eine Verbindung von einer Klemme zu dem Verstärker herstellt, welche durch einen vom Steuerrelais gesteuerten Schalter geerdet ist, wenn das Steuerrelais erregt ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Steuerschaltung; und

Pig. 2 ein Funktionsdiagramm der in Pig. 1 veranschaulichten Schaltung.

G-emä3 Pig. 1 läßt sich die Steuerschaltung über Stromklemmen 10 und 12 an eine geeignete Spannungsquelle anschließen. Mit Hilfe eines Betriebssteuerschalters 14 wird die Spannung an die Klemme 15 angelegt. Über verschiedene Relaisschalter lassen sich eine Alarmvorrichtung 16, ein Gebläse 18, eine Zündvorrichtung 20, eine Pilotventilsteuereinrichtung 22, eine Hauptventilsteuereinrichtung 24 für den Brennstoff und die Primärwicklung 28 eines Transformators 26 an die Klemmen 12 und 15 anschließen. Die Sekundärwicklung 29 des Transformators 26 ist mit einer geerdeten Mittelanzapfung 30, einer Anzapfung 32, welche 17 Volt liefert, und einer Anzapfung 34 am gegenüberliegenden Ende, welche 7 Volt liefert, versehen. Eine zweite Sekundärwicklung 36 liefert 303 Volt, und eine dritte Sekundärwicklung 38 0,2 Volt. Die Schaltung hat auch einen Sicherheitsstartheizer 40, der über die Sekundärwicklung 38 geschaltet ist und einen Sehaltkontakt 40-1 hat, ferner einen Sicherheitsthermoschalter mit einem Heizer 50, einem Ruhekontakt 50-1 und einem Arbeitskositakt 50-2. Eine Steuerrelaisspule 60 liegt im Brückenzweig einer Gleichrichterschaltung mit den Gleichrichtern 61a₅ 61Tb, €1e und S1ü_s welche zwischen die Anschlüsse und 62 [email protected]'3t Ist., Bas Heiais hat einen Arbeitskontakt 60-1, einen Bu&aroüt&ri 60-2 πηά einen weiteren ^^beitskontakt 60-3

103*37/1145

für die Brennstoffzufuhr. Die Schaltung enthält ferner einen Flammenfühler, der bei einer bevorzugten Ausführungsform als Flammenfühlerstab 70 mit einer zugehörigen Flammenfühlerschaltung 72 ausgebildet ist, welche mit einem Feldeffekttransistor 76 arbeitet, Ferner enthält die Schaltung einen zweistufigen Verstärker mit den Transistoren 80 und 82, welcher das Flanimenrelais 90 mit den Arbeitskontakten 90-1, 90-4 und 90-5 und den Ruhekontakten 90-2 und 90-3 ansteuert.

Beim normalen Betriebsanlauf wird der Betriebssteuerschalter 14 geschlossen und schaltet die Spannung auf die Klemme 15, wo sie über den Ruhekontakt 50-1 an das Gebläse 18 und die Primärwicklung 28 des Transformators 26 gelangt. Liegt die Primärwicklung 28 an Spannung, dann gelangen die Sekundärspannungen von der Wicklung 29 über die Anzapfung 32 und eine Diode 42 zu den elektronischen Steuerkreisen, von der Wicklung 28 zum Sicherheitsstartheizer und von der Sekundärwicklung 36 zum Flammenfühlerstab 70. Brennt keine Flamme, dann wird der Feldeffekttransistor 76 leitend gehalten und erdet dadurch die Klemme 74, so daß der Basis des Transistors 80 eine niedrige Spannung zugeführt wird. Der Transistor 80 leitet daher nicht, so daß die Spannung an der Basis des Transistors 32 relativ hoch ist und diesen Transistor sperrt, wobei die Spule des Flammenrelais 90 nicht erregt wird.

Nach einem kurzen Zeitintervall, welches typischerweise wenige Sekunden dauert, hat sich der Sicherheitsstartheizer 40 aufgewärmt und schließt seinen Kontakt 40-1, so daß der Spule des Steuerrelais 60 durch einen Stromkreis Strom zugeführt wird, welcher von der Anzapfung 32 der Sekundärwicklung 29 über den Schalter 40-1, den Heizer des Sicherheitsschalters 50, den Schaltkontakt 90-2, den Anschluß 62, die Erregerspule des Steuerrelais 60 und zur Anzapfung 34 der Sekundärwicklung 29 führt. Die Spule des Relais 60 wird dadurch erregt und schaltet die Schaltkontakte 60-1, 60-2 und 60-3 um. Der Schaltkon-

109837/1145

takt 60-1 verbindet den Anschluß 62 mit der Anzapfung 30 der Transformatorwicklung 29, wodurch das Steuerrelais 60 unabhängig von irgendwelchen .Änderungen des Schaltkontaktes 90-2 in seiner Lage verriegelt wird; der Kontakt 60-2 öffnet einen nachstehend noch erläuterten Prüfkreis; der Kontakt 60-3 schließt den Stromkreis zur Zündeinrichtung 20 und öffnet das Pilotventil 22. Sobald die Pilotflamme brennt, stellt der Flam-* menfühlerstab 70 dies fest und bringt den Feldeffekttransistor 76 über die Schaltung 72 in den Sperrzustand. Die Spannung am Anschluß 74 steigt danach an, so daß die Transistoren 80 und, 82 eingeschaltet und das Flammenrelais 90 erregt werden, wodurch dessen Kontakte 90-1 bis 90-5 umgeschaltet werden. Dabei öffnet sich der Schalter 90-2 und unterbricht den Strom zum Sicherheitsheizer 50. Der sich öffnende Kontakt 90-3 stellt die Zündeinrichtung ab, der sich schließende Kontakt 90-4 betätigt das Hauptbrennstoffventil, so daß Brennstoff zum Brenner fließt. Die Kontakte 90-1 und 90-5 üben nachstehend noch erläuterte Funktionen in Sicherheitsschaltkreisen aus.

Die Steuerschaltung sorgt für einen sicheren Betrieb bei einer Anzahl von Fehlern und ihre Wirkungsweise in solchen Fällen sei nun näher beschrieben. Wenn zunächst die Flamme während des Betriebes erlöscht, dann stellt der Flammenfühlerstab 70 das Fehlen der Flamme fest und steuert den Feldeffekttransistor 76 in seinen leitenden Zustand, wodurch die Transistoren 80 und 82 in den Sperrzustand übergehen und das Flammenrelais 90 abfällt. Wegen des sich dabei öffnenden Kontaktes 90-4 wird das j Hauptbrennstoff ventil 24 gesperrt, und über den Kontakt 90-3 wird die Zündeinrichtung wieder betätigt, so daß die Pilot- ' flamme wieder gezündet werden kann. Gleichzeitig schließt der ; Kontakt 90-2 den Sicherheitsheizer 50 an die Anschlüsse 30 und 32 der Sekundärwicklung 29 an. Führt der Zündvorgang zur Zündung, dann nehmen alle Steuerschaltungen ihren beim Betriebsanlauf erwähnten Zustand wieder ein. Führt der Zündversuch innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls, welches typischerweisή

103*37/1145

2109226 -βίο Sekunden beträgt, nicht zur Zündung, dann erwärmt sich der Sicherheitsheizer 50 genügend weit auf, um seine Kontakte umzuschalten, so daß durch Schließen des Kontaktes 50-2 die Alarmvorrichtung 16 betätigt wird und durch Öffnen des Kontaktes 50-1 die Spannung von allen anderen Teilen der Steuerschaltung abgetrennt wird. Der Sicherheitsschalter ist so ausgebildet, daß er nur von Hand aus dem Alarmzustand zurückgestellt werden kann.

Im Sinne eines sicheren Betriebs prüft die Steuerschaltung weiterhin automatisch die richtige funktion des Flammenfühlers beim Betriebsanlauf. Unmittelbar nach Schließen des Betriebssteuerschalters 14 wird Spannung an den Flammenfühlerstab und die elektronische Schaltung angelegt. Zu dieser Zeit brennt noch keine !"lamme und, wenn der Flammenfühlerstab richtig arbeitet, muß der Feldeffekttransistor 76 bei fehlender Flamme leiten, wobei die !Transistoren 80 und 82 nicht leiten und das Flammenrelais 90 nicht erregt ist. Wenn jedoch zu irgendeinem Zeitpunkt während dieses Prüfintervalls zwischen dem Schließen des Betriebssteuerschalters 14 und dem Schließen des Sicherheitsstartschalters 40-1 eine fehlerhafte Funktion des Flammenfühlerstabes auftritt, dann wird diese als fehlerhafte Flammenanzeige gewertet, und die Transistoren 80 und 82 werden in ihren leitenden Zustand umgeschaltet und das Flammenrelais 90 spricht an. Hierbei schließen sich seine Kontakte 90-5 und führen ein positives Potential über einen Stromkreis zur Basis des Transistors 80, der von dem Anschluß 34 der Sekundärwicklung des Transformators über die Spule des Steuerrelais 60, den Kontakt 90-5 und die Diode 93 verläuft, so daß die Transistoren' 80 und 82 in ihren leitenden Zuständen und das Flammenrelais 90 in seinem erregten Zustand verriegelt werden.

Dieser Zustand dauert ohne Rücksicht auf nachfolgende Änderungen des vom Flammenfühlerstab ?0 oder dem Feldeffekttransistor 76 gelieferten Signals an. Der zur Basis des Transistors 80 fließende Verriegelungsstrom ist jedoch zu klein, um das Steuer-

109*37/1145

relais 60 zu erregen, welches daher in seinem abgefallenen Zustand verbleibt. Diese Wirkung der Verriegelungsschaltung verriegelt das Flammenrelais 90 in seinem erregten Zustand, selbst wenn nur eine momentane Flamme aufgetreten ist. Zur gleichen Zeit schließt der Kontakt 90-1 und öffnet der Kontakt 90-2. Am Ende der Priifperiode schließt der Kontakt 40-1 des Sicherheitsstartschalters, so daß Spannung an das obere Ende des Sicherheitsschalters 50 gelangt. Da der Kontakt 90-1 nun offen ist (immer noch unter Annahme der oben erwähnten Fehlfunktion)» gelangt keine Spannung vom Sicherheitsschalter zum Anschluß 62, so daß das Steuerrelais 60 unerregt bleibt. Der Kontakt 60-3 schließt daher nicht und die Zündfolge wird nicht eingeleitet. Der Sicherheitsheizer 50 wird jedoch über den nun geschlossenen Kontakt 90-1 und dem Kontakt 60-2 erregt und öffnet nach einer kurzen Verzögerung seinen Kontakt 50-1 und schließt seinen Kontakt 50-2, so daß die Alarmvorrichtung betätigt wird und die ganze Steuerschaltung von der Spannung abgeschaltet wird, wie es zuvor bei einem falschen Auftreten von Flammen erläutert worden war. So führt auch eine momentane Fehlfunktion des FlammenfühlerStabes (etwa infolge eines intermittierenden Kurzschlusses) zu einer sicheren Unterbrechung der Startfolge und zur Auslösung des Alarms.

Der vom Anschluß 62 über den Kontakt 90-5 und die Diode 93 zur Basis des Transistors 80 führende Kreis hat nach dem Erregen des Steuerrelais 60 und Schließen des Kontaktes 60-1 keine Wirkung mehr, da dann der Anschluß 62 auf einem niedrigeren j Potential als die Basis des Transistors 80 liegt, und ein Stromfluß durch die Diode 93 unabhängig vom Zustand des Schalters 90-5 unterbunden ist.

Die Funktionsweise der Schaltung ist in Fig. 2 in einem Diagramm dargestellt. Der Heizer 50 des Verriegelungsschalters steht unter Spannung, wenn die Schaltung entweder im Betrieb "Zündung" oder "vereinzelte Flammen" sich befindet, so daß bei ^j

109837/1U5

eiiiem Verbleiben in einem dieser Zustände die Anlage abgeschaltet wird. Beim normalen Betriebsanlauf werden nacheinander die Zustände "Aus", "Zünden" und "Betrieb" durchlaufen, lä'in i'lammenfehler schaltet die Anlage von "Betrieb" auf "Zündung" um. Infolge der Verknüpfung der einzelnen Elemente wird ein unmittelbares Umschalten vom Zustand "Aus" in den Zustand "Betrieb" ausgeschlossen. Befindet sich das System wegen einer ii'ehlfunktion im Zustand "vereinzelte Flammen" (etwa wenn eine l^?lamme festgestellt wird, aber kein öl zugeführt wird), dann halten die Verriegelungen, selbst bei einem nur momentanen Auftreten eines solchen Zustandes, das System im Zustand "vereinzelte ITlammen", wobei die Wirkung nachfolgender iinderungen des IPlammenfühlerausgangssignals unberücksichtigt bleiben, bis schließlich der Sicherheitsschalter die Anlage abschaltet.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise können auch andere Typen von !Flammendetektoren, wie beispielsweise Ultraviölettstrahlungsfühler, verwendet werden. Auch können andere Zeitglieder und eine andere Verriegelungsschaltung im Hahmen der zahlreichen As;pekte der Erfindung verwendet werden.

1OS037/1U5

Claims

. -9-Patentansprüche

ΓΐΛ Steuerschaltung mit einem Zustandsfühler und einem von diesem gesteuerten ersten Relais, welches bei Fehlen eines Ausgangssignals des Zustandsfühlers einen ersten Schaltzustand und bei Vorhandensein eines Ausgangssignals einen zweiten Schaltzustand einnimmt, ferner mit einem Steuerrelais und einer auf einen Einschaltbefehl ansprechenden Startschaltung, welche das Steuerrelais nach einem vorbestimmten Zeitintervall von einem ersten in einen zweiten Zustand umschaltet, gekennzeichnet durch eine Verriegelungsschaltung (6Id, 60,61b,90-5,93), welche, wenn sie innerhalb des Zeitintervalls eine Einstellung des ersten Relais (Flammenrelais 90) in seinem zweiten Schaltzustand (erregter Zustand) feststellt, das erste Relais unter Ausschaltung des Einflusses des Zustandsfühlers (Flammenfühler 70) auf dieses Relais in seinem zweiten Schaltzustand und das zweite Relais (Steuerrelais 60) in seinem ersten Schaltzustand (abgefallener Zustand) verriegelt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die JDrregerspule des Steuerrelais (60) in Reihe mit einem Arbeitskontakt (60-1) des Steuerrelais an einer Spannungsquelle (30,34) liegt und daß zwischen der Erregerspule des Steuerrelais (60) und dem Eingang des ersten Relais (Flammenrelais 90) ein Arbeitskontakt (90-5) des ersten Relais geschaltet ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-* net, daß sie eine Brenneranlage steuert und daß der Zustands-Liihler ei in Flammendetektor (70,72) ist, welcher beim Auftreten einer Flamme α In Flaiiimensignal liefert, daß das er.ste nel-iLii ein FLammen.r.*elaLü (90) iat, v/elches beim Fehlen einen Flammenau'naLs seinen ersten (unerregten) Zustand und beim Vorhamlenuijin eino.'j iri.nriiuenui^naL-j an Lim α ^weiten (erregten)

Zustand einnimmt, daß das Steuerrelais (60) so geschaltet ist,- daß es in seinem zweiten (erregten) Zustand Brennstoff zum Brenner gelangen läßt und in seinem ersten (unerregten) Zustand die Brennstoffzufuhr unterbricht, und daß die Schaltung ferner ein erstes Zeitglied (Sicherheitsschalter 50), welches einen aktiven Zustand einnimmt, wenn sich das llammenrelais (90) in seinem ersten Zustand und das Steuerrelais (60) in seinem zweiten Zustand befindet (Kontakte 90-2,60-1) oder wenn sich das ]?lammenrelais (90) in seinem zweiten Zustand und das Steuerrelais (60) in seinem ersten Zustand befindet (Kontakte 90-1,60-2), und Steuerkreise (Kontakt 50-1) beeinflußt, welche die Steuerschaltung ausschalten, wenn das erste Zeitglied für ein bestimmtes Zeitintervall in seinem aktiven Zustand geblieben ist und schließlich ein zweites Zeitglied zur Lieferung eines Ausgangssignals nach dem vorbestimmten Zeitintervall aufweist.

4. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Plammenfühler (60,72) einen i'lammenfühlerstab (70) enthält.

5. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsschaltung einen vom Plammenrelais (90) gesteuerten Verriegelungskontakt (90-5) enthält.

6. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Plammenrelais (90) von einem Verstärker (80,82) angesteuert wird, dessen Eingang das Aus gangs signal des JTlaminenfühlers (70,72) zugeführt wird.

7. Steuerschaltung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dex* Verstärker (öO,82) über den Verriegelungskontakt (90-5) an einen geerdebun Anschluß (30) gelegt wird,

109*37/1145

wenn sich das Steuerrelais (60) in seinem zweiten Zustand befindet.

ο. ,3teuersehaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, uciiä der Anschluß (50) über einen Arbeitskontakt (60-1) ues Steuerrelais (60) an Hasse liegt.

9. Steuerschaltung nach den Ansprüchen 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine S clialtungs schleife, welche in der folgenden •Reihenfolge einen Ruhekontakt (60-2) des Steuerrelais, einen Arbeitskontakt (90-1) des Flammenrelais, einen Ruhekontakt (90-2) des iTlammenrelais und einen Arbeitskontakt (60-1) des Steuerrelais enthält und am Verbindungspunkt zwischen dem Arbeitskontakt (60-1) und dem Ruhekontakt (60-2) des Steuerrelais geerdet ist und mit einem Punkt (62) zwischen dem Arbeitskontakt (60-1) des Steuerrelais und dem Ruhekontakt (90-2) des Plammenrelais an ein Ende des Steuerrelais angeschlossen ist, und durch eine Schaltverbindung, welche den Schaltungspunkt (62) zwischen dem Arbeitskontakt (60-1) des Steuerrelais und dem Ruhekontakt (90-2) des Plammenrelais über einen Arbeitskontakt (90-5) des Flammenrelais und einen Gleichrichter (93) an einen Steuer.eingang des Verstärkers (80-82) verbindet, derart, daß das Plammenrelais (90) in seinem erregten Zustand verriegelt wird, wenn eine Fehlfunktion des Flammendetektors (70,72) ein vereinzeltes Auftreten von Flammen während der Prüfperiode anzeigt.

BAD GffiQfNAt

109037/1145

Leerseite