DE2230939A1 - Flammenueberwachungsvorrichtung an einem feuerungsautomaten - Google Patents

Description

Flammenüberwachungsvorrichtung an einem Feuerungsautomaten

Praktisch alle handelsüblichen Feuerungsautomaten sind mit einer Einrichtung versehen, die der Flammenüberwachung dient. Dabei wird mittels eines lichtempfindlichen elektrischen Elementes, im folgenden Lichtdetektor genannt, festgestellt, ob genügend Flammenlicht vorhanden ist, so dass normaler Betrieb vorliegt. Erlischt die Flamme, so fällt nur noch die restliche Umgebungs-Fremdhelligkeit des Brennraumes auf den Lichtdetektor. Das entstehende elektrische Signal muss nun imstande sein, eine Störung festzustellen. Normalerweise reicht der Unterschied Fremdhelligkeit - Flammenhelligkeit dazu aus, ein elektrisches Schaltelement via den Lichtdetektor zu schalten.

Eine Einschränkung dieses Schaltbereiches erfolgt nun einerseits durch die unvermeidliche Hysterese der elektrischen Schaltelemente und andererseits durch mögliche Schwankungen der Betriebsspannung.

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Dadurch kann die sichere Funktionsweise der Schaltuno soweit beeinträchtigt werden, aass durch die eng benachbarten Schaltpunkta der Flammenübcrv.'achungs-Schaltung je nach Betriebsspannung Undefinierte Zustande auftreten oder z.B. der Lichtdetektor einen eventuellen Jrlammenausfall nicht registriert* so dass weiterhin Brannstoff eingespritzt wird, was zu Schäden führt und die Explosionsgefahr erhöht.

Zur Vermeidung dieser Machteile kann nun einerseits der Lichtdetektor empfindlicher gemacht werden, was meist auf Kosten der Lebensdauer und der Anfälligkeit gegenüber anderen Störungen, "z.B. mechanischen, geschieht, oder aber die Betriebsspannung wird stabilisiert, was den Apparat verteuert.

Andererseits ist es bekannt, den Fremdhelligkeitstest und die Flammenüberwachung im Betrieb mit verschiedenen Empfindlichkeiten des Lichtdetektors durchzuführen, so dass Schwankungen der Betriebsspannung keinen nennenswerten Einfluss auf das Schaltverhalten der Flammenüberwachungseinrichtung haben. Die dazu notwendigen Einrichtungen verteuern und vergrössern den Feuerungsautomaten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flammenüberwachungs-Schaltung für Einrelaisautomaten mit umschaltbarer Empfindlichkeit des Lichtdetektors zu schaffen, die den geschilderten Nachteil des zusätzlichen Aufwandes vermeidet und ein Maximum an Betriebssicherheit für jeden Betriebszustand liefert und es gestattet, auf einfache Weise, durch geeignete Wahl eines einzigen Elementes, die Vorrichtung allen Umständen anzupassen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Schaltpunkt des Schaltverstärkers durch einen veränderbaren Spannungsteiler beeinflusst wird, wobei der Spannungsteiler während des Fremdlichttests aus der Parallelschaltung eines Fotowiderstandes und eines in Serie mit der Ventil- oder Motorwicklung geschalteten Widerstandes einerseits und eines weiteren Widerstandes andererseits und im Bereich durch den Fotowiderstand einerseits und die Parallelschaltung dieser Widerstände andererseits gebildet ist.

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Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Flammenüberwachungsvorrichtung erfolgt anhand der Zeichnungen. Es zeigt:

Figur 1 eine Charakteristik über das Schaltverhalten eines Lichtdetektors in Funktion von Betriebsspannung und Helligkeit,

Figur 2 die Charakteristiken für die eriindungsgema'sse Flammenüberwachungsvorrichtung,

Figur 3 eine Schaltungsausführung der Erfindung und

Figur A eine Aufsicht auf die mechanische Ausführung eines Gerätes, für welches die Erfindung geeignet ist.

In den Diagrammen der Figuren 1 und 2 ist die Ebene aller möglichen Betriebspunkte für eine gegebene Betriebsspannung und Helligkeit durch die Kurven 5 (Ausschalten) und 6 (Einschalten) bzw. 5', 6¹; 5'¹, 6^!l in drei Flächen unterteilt, von denen A dem zulässigen Bereich für Fremdhelligkeit, B dem zulässigen Bereich für die Flammenhelligkeit und C der Sicherheitszone entspricht. Der Funktionsablauf bei einem bekannten Gerat ist dabei der folgende:

Beim Einschalten wird in der Regel zuerst ein Fremdhelligkeitstest durchgeführt. Hat diese z.B. den Wert H-, , so spricht die Schaltung für einen Betriebsspannungswert bis U, nicht an. Für eine Betriebsspannung grosser U, z.B. Up erfolgt Anzeige und Störungsmeldung. Für Betriebsspannungswerte oberhalb U₃ erfolgt sicher keine Störungsmeldung, nach ordnungsgemässen Inbetriebsetzen und spaterem Flammenausfall. Für andere Fremdhelligkeitswerte ändern sich lediglich die entsprechenden Betriebsspannungswerte. Ergibt der Test, z.B. den Betriebspunkt 7, so kann die Anlage in Betrieb gesetzt werden. Beim Auftreten der Flamme mit der Flammenhelligkeit H₉ verschiebt sich der Betriebspunkt nach 8. Spannungsschwankungen haben keinen weiteren Einfluss auf den Zustand der'Schaltung. Bei einer Zunahme auf den Wert Up wird lediglich der Betriebspunkt " nach 9 verschoben. Erfolgt nun aber ein Flammenausfall, so fällt der Betriebspunkt auf den Fremdhelligkeitswert H, zurück. Je nach Betriebsspannung wird der Flammenausfall nun registriert (Punkt 7)

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oder nicht (Punkt 10). Diese· Unzulä'ssiokeit vermeidet die er-1indungsgemässe Schaltung nach Figur 3, indem durch die Schaltkontakte al, a2 trl eine Umschaltung der Charakteristiken der SchaltempiLndlichkeit erreicht wird, wodurch eine Sicherheitszone C im Diagramm der Figur 2 ein Ueberlappen der Bereiche A und 3 für die der Zone C entsprechenden Helligkeitswerte innerhalb des zulässigen .Spannungsbereiches verhindert. Der Fremdhelligkeitstest verläuft ähnlich wie oben beschrieben, wobei eine Fremdhelligkeit Η·, mit einer vorhandenen Betriebsspannung U₃ den Betriebspunkt 7' ergibt, der keine Störungsmeldung verursacht, i.'it der Brennstofffreigabe wird durch einen meist thermisch verzögerten Kontakt trl die Charakteristik umgeschaltet, so dass nun wesentlich grössere Helligkeiten notwendig sind, um die Schaltröhre Rö und damit das Relais R zu aktivieren, entsprechend dem Bereich B^f. Die Flammenhelligkeit H'ο bewirkt dies und durch den Relaiskontakt al wird für Erhaltung der Betriebscharakteristik gesorgt, wenn der thermisch verzögerte Kontakt tr, wieder öffnet.

Spannungsschwankungen verschieben auch hier den Betriebspunkt lediglich zwischen 8¹¹ und 9¹¹. Erfolgt jedoch ein Flammenausfall, so wird unter allen Umständen die Ausschaltkurve 5^f' unterschritten und das Relais R fällt ab, womit Kontakt al geöffnet wird, so dass auch auf die Fremdhelligkeitstest-Charakteristik geschaltet wird. Je nach Betriebsspannung und Fremdhelligkeitspegel erfolgt nun ein erneuter Startzyklus (Punkt 7¹) oder Störungsmeldung (Punkt 10'). Auf keinen Fall aber bleibt eine Störung der Flamme unentdeckt. Die meisten bekannten Feuerungsautomaten weisen funktionell ähnliche oder gleiche Bestandteile auf. Die Beschreibung der Erfindung erfolgt daher anhand eines aus dem Schaltschema der Figur 3 ersichtlichen Feuerungsautomaten. Hier stellen die Kontakte al und a2 vom Relais R zu betätigende Kontakte für die Speisung eines Thermorelais TR, resp. für die Speisung des Brennstoffventils V-, oder der Zündeinrichtung ZT je nach Stellung des Thermokontaktes trl dar, der Kontakt trl wird über eine Sprungfeder von einem Bimetallelement betätigt. Der Ruhekontakt a2 wird geöffnet, sobald das Relais R stromführend wird, d.h. wenn entweder zuviel Fremdhelligkeit vorliegt, oder eine Flamme vorliegt. Der Kontakt al kann nur dann umschalten, wann durxh Genügend weite Ausbieauna des Thermo-

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relais TR entsprechend einem Umschalten des Thermokontaktes trl, eine damit verbundene mechanische Verriegelungseinrichtung den Kontakt al freigibt.

Beim Einschalten befinden sich alle Schaltkontakte in der durch Figur 3 dargestellten Lage. Durch Schliessen des Kontaktes th eines Thermostaten werden der Lüftermotor M und die Zündung ZT, diase via Ruhekontakt a2, eingeschaltet. Der Ruhekontakt a2 und Kontakt al bleiben vorerst in der gezeichneten Lage, sofern nicht eine Fremdhelligkeit auftritt, welche ausreichend ist, um den Schaltverstärker S und damit das Relais R zu schalten. Dies entspricht der Vorventilations- und Vorzündzeit.

Mit dem vorher erwähnten Schliessen des Kontaktes Th des Thermostats beginnt sich die Heizwicklung TR des Thermorelais, 13 über den Kontakt al aufzuheizen und die Anordnung mit dem Verbindungsteil 19 in Figur 4 nach recht auszubiegen, und die Verriegelungsplatte 33 unter Freigabe der Ankerfeder 39 um einen Punkt O auszudrehen. Wenn der durch die Lage einer Kippfeder gegebene Umschaltpunkt des Kontaktes tri erreicht wird, schaltet dieser und gibt durch Betätigung des Ventils Vl die Brennstoffzufuhr frei.

Bei Erscheinen der Flamme schaltet das Relais R. Damit wird die Funktion des Ruhekontaktes a2 vom umgeschalteten Kontakt al übernommen und gleichzeitig wird die Heizwicklung TR des Thermorelais 13 abgeschaltet. Bis durch Abkühlung der Bimetallfeder 15 der Rückschaltpunkt des Kontaktsatzes trl erreicht ist, bleibt die Zündung eingeschaltet. Dies entspricht der Nachzündzeit. Durch Umschaltung dieses Kontaktes trl wird die Zündung ausgeschaltet, und bei Bedarf wird über den freien Kontaktanschluss 49 des Kontaktsatzes trl ein weiteres Ventil für einen Zweistufenbetrieb eingeschaltet. Damit ist der Normalbetrieb erreicht. Erfolgt ein Flammenausfall, fällt das Relais R ab. Damit ist schaltungsmässig der anfängliche Betriebszustand erreicht und es erfolgt ein erneuter vollständiger Startzyklus wie vorstehend beschrieben wurde. Hs besteht somit die gewünschte Repetition,

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Wenn durch einen zu hohen Fremdhelligkeitspegel das Relais R sofort nach Schliessen des Thermostatkontakts Th anzieht, wird der Ruhekontakt a2 geöffnet, womit Zündung ZT und Brennstoffventil Vl sofort abgeschaltet werden, Kontakt al bleibt aber in seiner ursprünglichen Lage, da die Ankerfeder 39 wie · vorgängig beschrieben wurde, durch die Nase 43 der Verriegelungsplatte 33 in der Einbuchtung 41 auf dar' den Kontaktsatz al tragenden Heilfte derAnkerfeder 39 festgehalten wird. Diese Situation bleibt solange bestehen, bis durch die überweita Ausbiegung der Bimetallfeder 15 die Schaltplatte 25 zurückgezogen und damit der Störabschaltkontaktsatz tr2 das Gerät abschaltet. Eine Störabschaltung findet auch statt, wenn der Anlauf ordnungsgemäss verläuft, die Verriegelungsplatte 33 die Ankerfeder 39 freigibt aber durch Ausbleiben dar Flamme das Relais R nicht aufzieht und deshalb der Kontaktsatz al in dar gleichen Lage bleibt. Es erfolgt also auch in diesem Falle eine Heizung der Bimetallfeder 15 bis zur Störabschaltung.

Das Umschalten der Charakteristiken erfolgt nun so, dass durch eine sinnreiche Ausnutzung der in bisherigen Automaten in ihrer Funktion beschriebenen Kontakte al, a2 und tr,, der Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen R2, R3, der Magnetventil- oder Motorwicklung RVl und dem Lichtdetektor, zweckmässigerweise ein Fotowiderstand F, des ebenfalls bereits vorhandenen Schaltverstärkers S und Schaltelemente, geändert wird. Damit ändert sich auch die notwendige Helligkeit für den Fotowiderstand F, damit dieser einen Widerstandswert erreicht, der an der Schaltelektrode Z der Schaltröhre Rö die Zündspannung erzielen lasst. Beim Fremdhelligkeitstest sind Widerstand R3 und Magnetventil- oder Motorwicklung RVL in Serie dem Fotowiderstand F parallel geschaltet, so dass der Spannungsteiler mit Widerstand R2 an der Zündelektrode Z gegenüber der Kathode K eine relativ grosse Spannung entstehen lässt, so dass eine kleine Verringerung des Fotowiderstandswertes durch Beleuchten genügt, um die Rohre Rö zu zünden. Damit ist die grosse Empfindlichkeit gegeben. Im Betrieb ist Widerstand R3 via Schalter al, parallel zu R2 geschaltet, so dass der Spannungsteiler mit dem Fotowiderstand F

eine kleinere Spannung an Z gegenüber der Kathode K ergibt, und somit

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eine grössere Helligkeit am Fotowiderstand F notwendig ist, um die Röhre Ro zu zünden. Die Lage der Schaltcharakteristiken 5¹, 6', 5", fa¹¹ in Figur 2 in Bezug auf die schaltenden Helligkeitswerte hangt von der Grosse von R3 ab, so dass es möglich ist, durch geeignete Wahl dieses einzigen Widerstandes R3 die Flammenüberwachungsvorrichtung allen praktisch auftretenden Einsatzbedingungen anzupassen.

Die einfache Ausführung der beschriebenen Funktionen wird wesentlich dadurch ermöglicht, dass ausserhalb des eigentlichen Gerätes (hier des Feuerungsautomaten) anzubringende, von diesem aber betriebene, Apparate, wie hier das Magnetventil oder ein Motor, zur Erfüllung der notwendigen Schaltfunktionen mit herangezogen werden«

Bedingung für Unabhängigkeit in Bezug auf Unterschiede in den elektrischen Daten dieser Apparate, wie Wicklungswiderstand, Induktivität und Streukapazität, ist, dass ihre Werte (praktisch stets niederohmig) den Spannungsteiler nicht wesentlich beeinflussen, was durch eine hochohmige Ausführung desselben ermöglicht wird. Praktische Werte für die beschriebene Ausführungsform für einen Betrieb an einem 220 V-Einphasennetz sind für

R„ 1 M Ohm
R₃ 2,7 M Ohm

Für den Fotowiderstand F gelangt vorzugsweise ebenfalls eine hochohmige Ausführung zur Anwendung«

Diese Ueberlegungen bedingen grundsätzlich ebenfalls die Verwendung eines hochohrnigen Schaltverstärkers S, wie er mit einer Kaltkathodenröhre Rö gegeben ist. Es könnenaber auch andere empfindliche Schaltelemente oder ein sehr empfindliches Relais mit der erfindungsgemässen Anordnung kombiniert werden.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die Idee der Umschaltung der Charakteristiken, sondern gewinnt an Bedeutung dadurch, dass die Verbesserungen ohne zusätzlichen Mehrauf-

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wand erreicht werden. Ijie Schaltkontakte al, a2, trl sind Be-" stanoteiie der übrioen .'.ilemente des Feuerungsautomaten und in den rneisten bekannten leuerungsautcmeten vorhanden, da sie noch weiteren Steucriunktionen dienen. Feiner wild der Schaltverstärker S auch scnst vcr^cs-ehan zur Erhöhung der Ansprechorrpfindlichkeit des Fotowiderstand^ 1-.

Somit wird dm cn sinnreiche Verknüpfung dei bestehenden Funktionen erhöhte B.-tiisbssicherhcit des Feuerungsautomaten und grüssere 'Unabhanciukeit von Petriebsspannungsschwankungen erreicht, d.h. es kann ein grosserer Bereich für die Betriebsspannung zugelassen werden.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   il?\ F lammenüberwachungsvorrichtung an 'einem Feuerungsautornatan mit einem Lichtdetektor, der vor jedem Einschalten einen Frerndhelligkeitstest durchführt, und bei dem der Fremdhelligkeitstest und die Flammenüberwachung im Betrieb mit verschiedenen Empfindlichkeiten des Lichtdetektors erfolgen und der über einen Schaltverstärker (S) für den Lichtdetektor verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltpunkt des Schaltverstärkers (S) durch einen veränderbaren Spannungsteiler (T) (R₉, Ro, RVl, F) beeinflusst wird, wobei der Spannungsteiler (T) während des Fremdlichttestes aus der Parallelschaltung eines Fotowiderstandes,(F) und des in Serie mit der Ventil- oder Motorwicklunc (RVl) geschalteten Widerstandes (R₃) einerseits und Widerstand (R₉) andererseits, und im Betrieb durch den Fotowiderstand (F) einerseits und die Parallelschaltung der Widerstände (R₂ und R₃) andererseits gebildet ist.
2. 2. Flammenüberwachungsvorrichtung gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltverhalten der Flammenüberwachungsvorrichtung durch geeignete Wahl eines einzigen Widerstandes (Rq) bestimmt wird, wobei dieser Widerstand so gewählt wird, dass sämtliche praktisch vorkommenden Fremdhelligkeits- und Flammenhelligkeitspegel erfasst werden, und eine möglichst grosse Sicherheitszone (C) resultiert unter Berücksichtigung einer definierten Ueber- und Unterspannung des Versorgungsnetzes.
3. 3. Flammenüberwachungsvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (R₃) in Bezug auf die· Ventiloder Motorwicklung hochohmig ist.

   10,2.72

   FAS/mc

   E-23-673

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