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Steuer- und Ueberwachungsgerst für Gasbrenner
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Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Ueberwachungsgerät für Gasbrenner
der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art.
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Es sind bereits Steuer- und Ueberwachungsgeräte bekannt, die nur ein
Bimetallrelais und ein Flammenrelais enthalten, welche beide auf gemeinsame Schaltkontakte
einwirken. Die CH-PS 562 994 beschreibt ein solches Steuergerät mit einer zusätzlichen
Hemmvorrichtung zum Verzögern des Ankeranzuges durch ein Betätigungsglied des Bimetallrelais,
womit eine über die Flammenbildung hinausdauernde Nachzündung erreicht wird. In
einer solchen Anordnung ergeben sich für den Anker des Flammenrelais drei verschiedene
Stellungen: Anker abgefallen, Anker halb angezogen und Anker ganz angezogen, Für
die Steuerung grösserer Brenner mit Vorlüftung, kurzer Zündung und mit Betätigung
von zwei bis drei Brennstoffventilen sind bisher aufwendige Steuergeräte mit mehreren
Relais oder einem motorgetriebenen Programmgeber verwendet worden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuer- und Ueberwachungsgerät
der eingangs genannten Art so zu ergänzen, dass die für Gasbrenner geforderte kurzzeitige
Ziindung und die zeitlich gestaffelte Betätigung von bis zu drei Brennstoffventilen
durch Ausnutzung der Ankerstellungen des Flammenrelais und ohne die Verwendung eines
aufwendigen motorgetriebenen Programmgebers erreicht wird.
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Diese Aufgcbe ist erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruches
bezeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der zugehörigen Beschreibung.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnungen näher erläutert: Es bedeuten: Fig. 1 ein schematisch dargestelltes
Steuer-und Ueberwachungsgerät für einen Gasbrenner mit drei Gasventilen und in der
Betriebsstellung brennender Zündflamme, Fig. 2 ein zweites Anwendungsbeispiel mit
erweitertem Schaltprogramm, in perspektivischer, in der Mitte um 90 ° aufgeklappter
Darstellung und
| Fig. 3 verschiedene schematisch dargestellte |
| bis 6J Schaltzustände von Kontaktsätzen des |
Ausführungsbeispieles nach Fig. 2.
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In der Fig. 1 bedeutet 1 ein in der Startstellung dargestelltes Steuer-
und Ueberwachungsgerät, das als wesentliche Bestandteile einen Verstärker 2, ein
von diesem angesteuertes Flammenrelais 3 und ein Bimetallrelais 4 mit einem Betätigungselement
5 enthält. Weiter sind vorhanden: Eine Hemmvorrichtung 6, ein Verklinkungsmechanismus
7 und ein Auslösemechanismus 8 für die Störabschaltung mit einer Rückstelltaste
9. Das Bimetallrelais 4 besitzt ein Arbeitsbimetall 10 mit einer ersten Heizwicklung
11 und ein Kompensationsbimetall 12 zum Ausgleich der Umgebungstemperaturschwankungen.
Das Kompensationsbimetall
trägt eine zweite Heizwicklung 13.
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Eine Erwärmung der ersten Heizwicklung 11 bewegt das Betätigungsglied
5 in Richtung eines Pfeiles 14, wogegen eine Erwärmung der zweiten Heizwicklung
13 eine gegenläufige Bewegung erzielt. Dadurch wird es möglich, wie weiter unten
dargelegt, die Rückstellzeit des Bimetallrelais zu verkleinern, wie dies durch die
DT-PS 896 226 an sich bereits bekannt ist.
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Das Betätigungsglied 5 wirkt über eine Omegafeder 15 auf eine Kontaktwippe
16,die ein erstes äusseres Kontaktglied eines ersten Umschalters 17 bildet. Die
Kontaktwippe 16 ist mit der ersten Heizwicklung 11 elektrisch verbunden. In der
in der Fig. 1 dargestellten Startstellung liegt die Kontaktwippe 16 an einem Anschlag
einer zwischen die Kontaktglieder eingreifenden Führung 18 mit Vorspannung an. Die
Führung 18 umschliesst die Kontaktglieder ein- oder beidseitig, dringt zwischen
diese ein und wirkt so als Schaltwegbegrenzung bzw.
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Anschlag für die Kontaktglieder. Die Führung 18 ist am feststehenden
Teil des Flammenrelais 3 gelagert. Ein mittleres Kontaktglied 19 des Umschalters
17 liegt auf der Kontaktwippe 16 mit Vorspannung auf und folgt beim Kippen der Kontaktwippe
deren Bewegung. Das mittlere Kontaktglied 19 bildet an seinem freien Ende einen
Mitnehmer 20 und ist über die Schaltkontakte des Auslösemechanismus 8 und einen
Thermostatschalter 21 mit einer Phasenzuleitung 22 einer Spannungsquelle elektrisch
verbunden.
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Ein zweites äusseres Kontaktglied 23 des ersten Umschalters 17 ist
mit einem Zündventil 24 elektrisch verbunden und trägt neben einem Umschaltkontakt
25 noch einen weiteren Schaltkontakt 26 für die Betätigung eines zusätzlichen Kontaktgliedes
27. Dieses ist elektrisch mit einer Zündeinrichtung 28 verbunden und bildet mit
seinem Schaltkontakt 29 einen festen Anschlag für das mit Vorspannung auf dem Schaltkontakt
29 aufliegende zweite äussere Kontaktglied 23 des ersten Umschalters 17.
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Das Flammenrelais 3 besitzt einen Anker 30 mit einer Klinke 31, die
zusammen mit dem Mitnehmer 20 den Verklinkungsmechanismus 7 bildet. Ferner weist
der Anker 30 eine Hemmfeder 32 auf, die mit einem Hemmglied 33 am Betätigungsglied
5 zusammen die Hemmvorrichtung 6 ergibt.
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Der Verklinkungsmechanismus 7 und die Hemmvorrichtung 6 wirken in
der gleichen Weise, wie dies von der CH-PS 562 994 her bereits bekannt ist.
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Die über die Omegafeder 15 mit dem Betätigungsglied 5 verbundene Kontaktwippe
16 weist auf ihrer dem ersten Umschalter 17 gegenüberliegenden Seite auf einem Isolierstück
34 einen weiteren Schaltkontakt 35 mit einer flexiblen Zuleitung 36 zu einem Hauptventil
37 auf. Der Schaltkontakt 35 bildet zusammen mit zwei weiteren, Schaltkontakte 38
und 39 tragenden Kontaktgliedern 40 bzw. 41 einen zweiten Umschalter 42. Dessen
mittleres Kontaktglied 40 liegt in der Startstellung mit seinem Schaltkontakt 38
auf dem auf dem Isolierstück 34 angeordneten Schaltkontakt 35 auf und steht so in
Wirkverbindung mit der vom Bimetallrelais 4 betätigten Kontaktwippe 16 des ersten
Umschalters 17. Bei ausgelenktem Bimetallrelais, doch noch nicht ganz angezogenem
Anker 30, liegt das mittlere Kontaktglied 40 am äusseren Ende der Führung 18 an,
während es bei ganz angezogenem Anker 30 und ausgelenktem Bimetallrelais 4 mit dem
Anker 30 in Wirkverbindung steht. Zu diesem Zweck weist der Anker 30 eine Verlängerung
43 zur Betätigung eines Schiebers 44 auf,der in der Führung 18 seitlich der Kontaktglieder
des ersten Umschalters 17 gelagert ist. Das gegen das mittlere Kontaktglied 40 des
zweiten Umschalters 42 gerichtete Ende des Schiebers 44 steht bei angezogenem Anker
30 des Flammenrelais 3 über das äussere Ende der Führung 18 soweit vor, dass sich
bei gleichzeitig erregtem Bimetallrelais 4 das mittlere und das äussere Kontaktglied
40 und 41 mit ihren Schaltkontakten 38 bzw. 39 berühren. In dieser Stellung ist
das äussere Kontaktglied 41 von einem am Isolierteil 34 der Kontaktwippe 16 angeformten
Anschlag 45 abgehoben. Der Anschlag 45 durchdringt
das mittlere
Kontaktglied 40 in einer entsprechenden Oeffnung ohne dieses zu berühren. Damit
wird die Heizwicklung 13 auf dem Kompensationsbimetall 12 und gleichzeitig ein Zusatzventil
46 über die Kontaktglieder 41, 40, 23 und 19 an Spannung gelegt.
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Das Zusatzventil 46 kann für die Speisung einer von einer zuerst brennenden
kleinen Zündflamme entzündeten Zündfackel für das folgende Anzünden der Hauptflamme
eines räumlich grossen Brennerrostes dienen, wobei die Zündfackel mit dem Zünden
der Hauptflamme wieder erlöschen soll.
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Die vollständige Schaltung weist ausserdem noch folgende Teile auf:
Ein Gebläse 47 ist gemeinsam mit dem Verstärker 2 am Ausgang der Schaltkontakte
des Auslösemechanismus und damit über den Thermostatschalter 21 an die Phasenzuleitung
22 angeschlossen. Ein Nulleiter 48 der Spannungsquelle ist mit dem Verstärker 2,
mit den beiden Heizwicklungen 11 und 13, mit den drei Brennstoffventilen 24, 37,
46 sowie mit dem Gebläse 47 und der Zündeinrichtung 28 verbunden. Ein Lichtfühler
49 wirkt auf den Verstärker 2, in dessen Ausgangsstromkreis eine Wicklung 50 des
Flammenrelais 3 liegt.
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Die Wirkungsweise des Steuer- und Ueberwachungsgerätes ist die folgende:
Wenn der Thermostatschalter 21 schliesst, fliesst ein Strom über den Ruhekontakt
des Auslösemechanismus 8 zum Gebläse 47, zum Verstärker 2 und über das mittlere
Kontaktglied 19 und die Kontaktwippe 16 des ersten Umschalters 17 zur ersten Heizwicklung
11 des Arb-eitsbimetalls 10 (Vorlüftung ohne Zündung). Das Betätigungselement 5
des Bimetallrelais 4 wird in Richtung des Pfeiles 14 ausgelenkt, bis die Omegafeder
15 ihren Totpunkt überschritten hat. Dann kippt die Kontaktwippe 16 bei der gewählten
Darstellung nach links und schliesst zusätzlich den Umschaltkontakt 25. Die Schaltkontakte
der beiden Kontaktglieder 23 und 19 und der Kontaktwippe 16, sowie die Schaltkontakte
26 und 29 zum Kontaktglied 27 sind alle miteinander leitend verbunden. Gleichzeitig
sind alle Schaltkontakte 35,
38 und 39 des zweiten Umschalters
42 offen. Das Zündventil 24 und die Zündeinrichtung 28 erhalten gleichzeitig Spannung
und es wird Brennstoff frei gegeben. Sobald eine Flamme gebildet ist, versucht der
Anker 30 des Flammenrelais 3 aufzuziehen. Die Hemmvorrichtung 6 hindert ihn vorerst
daran (Nachzündzeit).
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Das Betätigungsglied 5 bewegt sich weiter in Richtung des Pfeiles
14 und die Hemmvorrichtung 6 gibt den Anker 30 frei.
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Dieser erfasst mit seiner Klinke 31 den Mitnehmer 20 des mittleren
Kontaktgliedes 19, bewegt dieses nach links und hebt über den jetzt geschlossenen
Umschaltkontakt 25 den Schaltkontakt 26 des zweiten äusseren Kontaktgliedes 23 vom
Kontaktglied 27 ab. Gleichzeitig öffnet sich die Verbindung zur Kontaktwippe 16.
Dadurch werden die Zündeinrichtung 28 und die Heizwicklung 11 des Arbeitsbimetalls
10 abgeschaltet.
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Gleichzeitig stösst die Verlängerung 43 des Ankers 30 den Schieber
44 gegen das Kontaktglied 40 des zweiten Umschalters 42 und verbindet die Schaltkontakte
38 und 39. Dadurch erhält jetzt über das vom Flammenrelais 3 festgehaltene mittlere
Kontaktglied 19 und das zweite äussere Kontaktglied 23 des ersten Umschalters 17
und über die beiden Schaltkontakte 38 und 39 des zweiten Umschalters 42 einerseits
die Heizwicklung 13 des Kompensationsbimetalles 12 und andererseits das Zusatzventil
46 Spannung. Es bildet sich eine vergrösserte Zündflamme.
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Die Beheizung der Heizwicklung 13 verkleinert die Rückstellzeit des
Bimetallrelais 4, dessen Betätigungselement 5 sich jetzt entgegen der Richtung des
Pfeiles 14 soweit bewegt, bis die mit der Omegafeder 15 verbundene Kontaktwippe
16 wieder in ihre Ausgangslage kippt. Dabei stösst der auf dem Isolierstück 34 angeordnete
Schaltkontakt 35 gegen den Schaltkontakt 38 des Kontaktgliedes 40 und gleichzeitig
öffnet der Anschlag 45 die Verbindung zum Kontakt 39 des äusseren Kontaktgliedes
41. Das Hauptventil 37 erhält Spannung, und zwar
ebenfalls über
das vom Flammenrelais 3 kontrollierte mittlere Kontaktglied 19 des ersten Umschalters
17, während die Heizwicklung 13 des Kompensationsbimetalls 12 und das Zusatzventil
46 spannungslos werden. Damit ist die Betriebsstellung erreicht.
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Wenn beim Start keine Flamme entsteht, wird die Heizwicklung 11 des
Arbeitsbimetalls 10 nicht ausgeschaltet und der Auslösemechanismus 8 schaltet mit
seinem Ruhekontakt alles ab.
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Nach dem Abkühlen des Bimetalles kann das Gerät nur mit der Rückstelltaste
9 von Hand wieder in Betrieb genommen werden.
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Bei Fremdlicht zieht der in der Kaltstellung des Bimetalles von der
Hemmvorrichtung 6 nicht behinderte Anker 30 sofort an und blockiert mit seiner Klinke
31 eine Bewegung des mittleren Kontaktgliedes 19, womit die Heizwicklung 11 an Spannung
bleibt und der Auslösemechanismus 8 ebenfalls zum Ansprechen kommt.
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Das durch die Hemmvorrichtung 6 gegebene Aufziehen des Flammenrelais-Ankers
in zwei Schritten löst im Programmablauf des beschriebenen Ausführungsbeispieles
keine eigenen Schaltfunktionen aus. Es wird lediglich ein verzögertes Abschalten
der Zündeinrichtung erreicht, was bei einem Flackern des Ankers zufolge einer bei
erschwerten Zündbedingungen erst wieder erlöschenden Zündflamme ohne diese Verzögerung
zu einer Störabschaltung führen kann. Im Gegensatz dazu wird beim nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Fig. 226 das in zwei Schritten erfolgende Aufziehen des
Flammenrelais zur Betätigung von weiteren Schaltkontakten ausgenutzt.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind für funktionell gleiche Teile
wie im Beispiel der Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen verwendet, auch wenn deren
Darstellung zum Teil etwas anders erfolgt ist. Die Hemmvorrichtung 6 zur zeitweiligen
Begrenzung des Aufzuges des Ankers 30 des Flammenrelais 3 ist zur besseren Uebersichtlichkeit
nicht eingezeichnet, ebenso ist
vom Bimetallrelais 4 nur das Betätigungselement
5 dargestellt.
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Das im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als Führung 18 für den Schieber
44 verwendete Teil ist im Beispiel der Fig. 2 lediglich in seiner Aufgabe als zwischen
die Kontaktglieder eingreifende Anschläge dargestellt.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise des in der rechten Bildhälfte dargestellten
zweiten Umschalters 42 ist in beiden Ausführungsbeispielen gleich. Dagegen unterscheidet
sich der Aufbau des ersten Umschalters 17 auf der linken Bildhälfte der Fig. 2 gegenüber
der Fig. 1, wie nachfolgend erläutert ist: Das dem Flammenrelais 3 zugekehrte äussere
Kontaktglied des ersten Umschalters 17 besteht aus drei einzelnen Kontaktfedern
51, 52 und 53, deren Stellung untereinander und bezüglich des mittleren Kontaktgliedes
19 des ersten Umschalters 17 von drei möglichen Stellungen des Ankers 30 des Flammenrelais
3 abhängig ist. Die dem Kontaktglied 23 des Ausführungsbeispie les der Fig. 1 entsprechende
erste und zweite Kontaktfeder 51 und 52 sind nebeneinander in einer Ebene senkrecht
zur Bewegungsrichtung der Kontaktglieder 19, 16 angeordnet und tragen je einen Schaltkontakt
54 und 55, die beide mit je einem von zwei auf dem mittleren Kontaktglied 19 des
ersten Umschalters 17 angeordneten Schaltkontakt 56 bzw. 57 zusammenarbeiten.
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Die dritte Kontaktfeder 53 ist auf der dem Flammenrelais 3 zugekehrten
Seite der ersten Kontaktfeder 51 angeordnet und liegt mit ihrem Schaltkontakt 58
auf dem Schaltkontakt 54 der ersten Kontaktfeder 51 mit Vorspannung auf. Ein mit
der Verlängerung 43 des Ankers 30 des Flammenrelais 3 gekoppelter und an einem räumlich
feststehenden Drehlager 59 gelagerter zweiarmiger Hebel 60, dessen Drehlagerachse
in einer durch die Mittellinien der einzelnen Kontaktglieder 16, 19, 40, 41 gebildeten
Ebene liegt, wirkt in Abhängigkeit von der Stellung des Ankers 30 auf alle drei
Kontaktfedern 51, 52 und 53.
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Der zweiarmige Hebel 60 ist in einer in den Figuren nicht dargestellten,
an der Führung 18 angeformten Lagerstelle befestigt.
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In der in der Fig. 2 gezeichneten Ausgangsstellung drückt die dritte
Kontaktfeder 53 auf den die zweite Kontaktfeder 51 durchdringenden, am Hebel 60
angeformten Hebelarm 61 und schwenkt den Hebel 60 so aus, dass sein zweiter Hebelarm
62 die zweite Kontaktfeder 52 im Vergleich mit der ersten Kontaktfeder 51 in der
Richtung des Flammenrelais 3 wegdrückt.
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Die beschriebene Anordnung des Hebels 60 bewirkt, dass ein Ausschwenken
des Hebels 60 der ersten und der dritten Kontaktfeder 51 bzw. 53 eine der zweiten
Kontaktfeder 52 gegenläufige Bewegung erteilt. Zur Uebertragung der Stellung des
Ankers 30 auf die drei Kontakt federn 51, 52 und 53 weist der von der Verlängerung
43 des Ankers 30 betätigte Schieber 44 einen Schlitz 63 auf, in den ein Nocken 64
des zweiarmigen Hebels 60 eingreift.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 liegt der Hebel 60 zwischen den
Kontaktfedern 51, 52 , 53 und dem mittleren Kontaktglied 19. Er könnte ebensogut
am feststehenden Teil des Flammenrelais 3 gelagert und damit zwischen diesem und
den drei Kontqktfedern angeordnet sein.
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Die drei Kontaktfedern 53, 51 und 52 sind elektrisch mit der Zündeinrichtung
28 bzw. dem Zündventil 24 bzw. dem Zusatzventil 46 verbunden. Die restlichen elektrischen
Verbindungen sind die Gleichen wie beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1.
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Die Wirkungsweise des Steuergerätes nach der Fig. 2 wird nachfolgend,soweit
sie sich von derjenigen des Gerätes nach Fig. 1 unterscheidet, beschrieben. Dazu
dienen die Fig. 3 bis 6. In diesen sind oben die verschiedenen Stellungen des Schiebers
44 mit seinem Schlitz 63, dem Nocken 64 und damit die Stellung des zweiarmigen Hebels
60 dargestellt, wobei unten die zugehörige Lage der in der Beschreibung der Wirkungsweise
aufgeführten Teile angedeutet ist.
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Die Fig. 3 entspricht der Startstellung. Wie im Beispiel der Fig.
1 erhält beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 beim Schliessen des Thermostatschalters
21 das Gebläse 47 und die erste Heizwicklung 11 des Bimetallrelais 4 sofort Spannung
(Vorlüftung ohne Zündung). Die Schaltkontakte 56 und 57 des mittleren Kontaktgliedes
19 sind offen. Nach dem Kippen der Kontaktwippe 16 (Fig. 4), durch das Bimetallrelais
4 verursacht, berührt der Schaltkontakt 56 des mittleren Kontaktgliedes 19 den Schaltkontakt
54 der Kontaktfeder 51. Dadurch erhalten über die Kontaktfedern 53 und 51 die Zündeinrichtung
28 bzw. das Zündventil 24 gleichzeitig Spannung. Vorausgesetzt, dass sich eine Flamme
bildet, versucht der Anker 30 des Flammenrelais 3 aufzuziehen und löst einen ersten
Schaltungsschritt (Fig. 5) aus. Dieser ergibt sich durch die Hemmvorrichtung 6 (Fig.
1).
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Der Hebel 60 wird von seinem in den Schlitz 63 des Schiebers 44 eingreifenden
Nocken 64 soweit gedreht, dass sein erster Hebelarm 61 die Kontaktfeder 53 mit ihrem
Schaltkontakt: 58 vom Schaltkontakt 54 abhebt. Die Zündeinrichtung 28 wird damit
spannungslos. Die Heizung des Bimetallrelais 4 ist weiter in Betrieb, bis die Hemmvorrichtung
6 den Anker 30 ganz frei gibt. Der Hebel 60 bewegt sich dann in die Stellung gemäss
Fig. 6. Die dabei von der Klinke 31 des Ankers 30 über den Mitnehmer 20 zusätzlich
auf das mittlere Kontaktglied 19 ausgeübte Bewegung öffnet die Schaltkontakte zwischen
dem Kontaktglied 19 und der Kontaktwippe 16, so dass die erste Heizwicklung 11 auf
dem Arbeitsbimetall des Bimetallrelais 4 spannungslos wird (wie beim Beispiel der
Fig. 1). Ferner berührt durch die Bewegung des zweiten Hebelarms 62 des Hebels 60
der Schaltkontakt 55 der zweiten Kontaktfeder 52 den Schaltkontakt 57 des mittleren
Kontaktgliedes 19. Dadurch erhält das Zusatzventil 46, sowie über das Kontaktglied
40 (Fig. 2), über dessen Schaltkontakt 38 und über den Schaltkontakt 39 des Kontaktgliedes
41 die zweite Heizwicklung 13 auf dem Kompensationsbimetall des Bimetallrelais 4
Spannung. Gleichzeitig stösst der erste Hebelarm 61 des Hebels 60 mit einem Ansatz
65 auch die erste Kontakt feder 51 mit ihrem Schaltkontakt 54
vom
Schaltkontakt 56 des mittleren Kontaktgliedes 19 weg und öffnet damit den Stromkreis
zum Zündventil 24. Die Kontaktfedern 51, 52, 53 sind so eingestellt, dass das Zuschalten
des Zusatzventiles 46 vor dem Abschalten des Zündventiles 24 erfolgt.
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Die Beheizung des Kompensationsbimetalles durch die zweite Heizwicklung
13 bewirkt ein baldiges Zurückkippen der Kontaktwippe 16 und damit das Zuschalten
des Hauptventiles 37, wie dies bereits beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargelegt
wurde.
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Durch die beschriebene Anordnung gelingt es, die für grössere Gasbrenner
gestellte Forderung nach einer Vorlüftung ohne Zündung, einer Zündung nur bis zur
ersten Zündflammenbildung, einem Abschalten der ersten Zündflamme mit dem Entzünden
der Zusatzzündflamme und wiederum einem Erlöschen derselben beim Brennen der Hauptflamme
zu erfüllen. Mit sinngemäss anderen Kontaktanordnungen wären auch weitere Programme
denkbar.