DE2752727A1 - Schaltungsanordnung zum feststellen einer flamme oder eines heissen gases - Google Patents
Schaltungsanordnung zum feststellen einer flamme oder eines heissen gasesInfo
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Description
| - | Tctentan walte | G | Dipl -Ing | |
| ΟιμΙ -Ing | Dipl.-Chem | . Leiser | ||
| E. Prinz | Dr. G. Hauser | |||
| p ; | Krnsbergersliasse 19 | 22 | ||
| 8 München 60 | . Noveml | |||
| Unser Zeichen: | ||||
PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
,.63OO Zug, Schweiz
Schaltungsanordnung zum Feststellen einer Flamme oder eines heißen Gases
;hw/Ba
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Feststellen einer Flamme oder eines heißen Gases;
diese Anordnung kann beispielsweise zur Flammenfestetellung in den Brennersystemen von Gaskochern, in Ofensteuerungen und in Heißgas-Strömungsdetektoranordnungen
angewendet werden.
Bekanntlich kann die Anwesenheit einer Flamme an einem Brennstoffbrenner durch Anwendung des Flammenleitungseffekts festgestellt werden, doch ist dieses Verfahren
Inzwischen von Flammendetektoranordnungen abgelöst worden, in denen der Flammengleichrichteffekt ausgenutzt
wird. Die Flammenfeststellung durch Anwendung des Flammengleichrichteffekts hat gegenüber Anordnungen, bei denen
die Flammenleitung ausgenutzt wird, folgende Vorteile:
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"'^GINAL INSPECTED
1) Anordnungen, die unter Anwendung des Flammengleichrichtef fekts arbeiten, erlauben einen wesentlich niedrigeren
Leckwiderstand an der Funkenstrecke einer zugehörigen Zündschaltung ohne Fehlauslösung, da ein an der Funkenstrecke erzeugtes Signal mit asymmetrischem Verlauf
wesentlich leichter unterschieden werden kann, als
ein reiner Widerstand.
2) Bei Anordnungen mit dem Flammengleichrichteffekt
simuliert ein niedriger Widerstand an der Funkenstrecke, wie er beispielsweise auf Grund von Kondensationserscheinungen ^ auftritt, das Fehlen der Flamme,
so daß die Zündung nicht verhindert wird, wie es bei Anordnungen mit dem Flammenleitungseffekt der Fall wäre.
Bisher wurde in Anordnungen, die unter Anwendung des Flammengleichrichteffekts arbeiten, ein Netztrenntransformator benutzt, mit dessen Hilfe ein Wechselspannungssignal an eine Flammenfühlsonde angelegt wurde, die zusätzlich zu den üblichen Funkenelektrodei an einer Stelle vorgesehen war, wo sie von der Flamme eingehüllt wird. Wenn
die Flamme vorhanden ist, wird ein resultierendes gleichgerichtetes Signal erzeugt, das gefiltert wird und eine
Gleichspannungsverschiebung ergibt, die dann festgestellt werden kann.
Nach der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum Feststellen einer Flamme oder eines heißen Gases unter Anwendung des Flammengleichrichteffekts derart ausgebildet,
daß zwischen Elektroden ein Luftspalt gebildet ist, von denen eine an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen
ist, während die andere an ein geeignetes Potential
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ORIGINAL INSPECTED
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gelegt ist, wobei parallel zu dem Luftspalt eine nichtlineare Widerstandsvorrichtung geschaltet ist und zur
Feststellung einer Spannung an der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung ein Spannungsfühler vorgesehen ist.
Die Anordnung ist dabei so ausgestaltet, daß dann, wenn im Luftspalt keine Flamme oder kein heißes Gas vorhanden
ist, der Luftspalt und die nichtlineare Widerstandsvorrichtung praktisch einen unterbrochenen Stromkreis darstellen;
die Wechselspannung kann mit Hilfe einer Filtervorrichtung auf eine Gleichspannung von 0 Volt mit kleiner überlagerter
Welligkeit am Eingang des Spannungsfühlers gedämpft werden, während in Anwesenheit einerFlamme oder eines heißen Gases
im Luftspalt der resultierende Gleichrichteffekt an der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung ein vorherrschend
negatives Signal erzeugt, das nach der Filterung durch die Filtervorrichtung eine negative Spannungsverschiebung
ergibt, wobei ein kleiner prozentualer Anteil einer WelLigkeitsspannung
am Eingang des Spannungsfühlers überlagert ist.
Bei der Ausführung der Erfindung kann der SpannungsfUhler einen Verstärker mit hoher Impedanz oder ein Neonbauelement
enthalten.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist insbesondere für die Verwendung zum Feststellen einer Flamme am Brenner
eines Gasgeräts (beispielsweise eines Gasherds) gedacht, bei dem die Sekundärwicklung eines Funkenerzeugungstransformators
so an den Luftspalt angeschlossen ist, daß dann, wenn die Spannung an der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung
das Fehlen einer Flamme in dem Luftspalt
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anzeigt, der SpannungsfUhler ein Ausgangssignal erzeugt,
das eine Zündanordnung auslöst,damit der Transformator
impulsförmig angesteuert wird und dadurch die Erzeugung
von Funken an dem Luftspalt zur Zündung oder der Wiederzündung des Gases bewirkt.
Die Sekundärwicklung des Funkenerzeugungstransformators kann in Serie mit der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung
parallel zum Luftspalt geschaltet sein.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Flammendetektüranordnung für die Verwendung
in einem Gasherd mit einer Brennstelle, wobei die Anordnung mit elektrischen FunkenzUnd- und WiederzUndeinrichtungen
ausgestattet ist,
Fig.2 einen als SpannungsfUhler von Fig.1 verwendeten
Verstärker mit hoher Impedanz,
Fig.3 ein Ersatzschaltbild der Flammendetektoranordnung
nach den Figuren 1 und 2 bei Feststellen einer Brenne rf lamme ,
Fig.A eine abgeänderte AusfUhrungsform der Anordnung von
Fig.2, bei der der Filterkondensator weggelassen ist,
Fig.5 eine AusfUhrungsform, bei der ale SpannungsfUhler
von Fig.1 ein Neonbauelement verwendet 1st, und
Fig.6 ein Schaltbild einer Flammendetektoranordnung ähnlich
der in Fig.1 dargestellten Anordnung, die Jedoch für einen Betrieb mit mehreren Brennstellen aufgebaut ist.
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In Fig.1 ist eine Flammendetektoranordnung für eine Brennstelle
dargestellt; sie enthält eine nichtlineare Widerstandsvorrichtung NR1, die vorzugsweise ein gasgefülltes
Bauelement mit Funkenstrecke ist, wie es in der britischen Patentanmeldung 20 575/76 beschrieben ist; dieses Bauelemnt
enthält ein mit Gas(beispielsweise Argon) gefülltes Gehäuse, das mit Cäsiumchlorid beschichtete Elektroden aus Nickel
oder Titan aufweist. Diese nichtlineare Widerstandsvorrichtung
ist in Serie mit der Sekundärwicklung SW eines Funkenerzeugungstransformators TR einer Zündschaltung IR
parallel zu einer Brennerfunkenstrecke SP geschaltet. Die Zündschaltung kann herkömmlich ausgebildet sein.
Der Verbindungspunkt zwischen der Widerstandsvorrichtung NR1 und der Sekundärwicklung SW ist über einen Widerstand R1
an das Wechselspannungsnetz angeschlossen; der Widerstand R1 bildet dabei einen Teil einer Filterschaltung aus den Widerständen
RI und R2 mit hohen Widerstandswerten (beispielsweise 27 MOhm ) und einem Kondensator C1,(beispielsweise
0,22 juF), die dazu dient, die auf die Wechselspannung zurückzuführende Welligkeit auszufiltern. Ein Spannungsfühler
VSC stellt die Eingangsgleichspannung fest. Der Ausgang des Spannungsfühlers VSC kann direkt an
die oben erwähnte Zündschaltung angeschlossen sein.
Zum Zünden von Gas an dem Brenner wird die Zündschaltung IR beispielsweise abhängig von der Betätigung eines entsprechenden
Gashahns an der Bedienungsplatte des Herdes
so betätigt, daß an der Sekundärwicklung SW des Transformators TR ein Hochspannungsimpule erzeugt wird, der
seinerseits an der Funkenstrecke SP Funken zum Zünden des Gases am Brenner hervorruft. Damit die Funken auf-
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treten,bricht das gasgefüllte Funkenstreckenbauelement
NR1 durch, und es weist einen niedrigen Widerstandswert auf, wenn die Funkenspannung auftritt, die beträchtlich über der normalerweise an ihm liegenden Netzspannung liegt, wodurch ein Funkenstrom fliessen kann.
Gleichzeitig begrenzt das Bauelement NR1 die Spannung an der Filterschaltung, indem es niederohmig wird.
Aus einer Betrachtung des Schaltbildes von Fig.1 ist zu erkennen,daß vor dem Zünden des Gases am Brenner
die Funkenstrecke SP und das Bauelement NR1 als offener Stromkreis betrachtet werden können, so daß die Spannung
am Eingang des SpannungsfUhlers VSC eine Gleichspannung mit dem Wert 0 ist, der eine kleine Wechselspannungswelligkeit überlagert 1st. Unter diesen Bedingungen kann
ein Ausgangssignal des SpannungsfUhlers VSC dazu benutzt werden, die WiederzUndschaltung in einen solchen Zustand
zu versetzen, daß dem Transformator TR Spannungsimpulse
zugeführt werden.
In Fig.2 ist ein Verstärker AMP mit hoher Impedanz
als Spannungsfühler VSC (Fig.1) dargestellt, dessen Eingang am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2
und dem Kondensator C1 angeschlossen ist. Der Verstärker AMP ist so vorgespannt, daß er bei einer Eingangsgleichspannung mit dem Wert 0, d.h. bei Fehlen einer Flamme
am Brenner, ein Ausgangssignal (beispielsweise -12V) abgibt, das eine Triggervorrichtung TRX zur Inbetriebsetzung der Ziindanordnung IR(Fig.1) betätigt. Wenn am
Brenner eine Flamme vorhanden ist, dann hat die Gleichspannung am Eingang des Verstärkers AMP einen negativen
Wert (beispielsweise -6v), so daß das Ausgangssignal des Verstärkers dann die Triggervorrichtung TRX nicht zur
Inbetriebnahme der Zündanordnung IR (Fig.1) betätigen kann.
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Für den eben beschriebenen Fall,bei dem eine Flamme
am Brenner vorhanden ist, gilt das in Fig.3 dargestellte Ersatzschaltbild der Schaltungen nach den Figuren 1 und
Die Impedanz der Sekundärwicklung SW ist vernachlässigbar, da die Anordnung bei Netzfrequenz (d.h. 50 Hz) betrieben
wird und da die Induktivität der Wicklung SW niedrig istjdas nichtlineare Bauelement NR1 kann als Stromkreisunterbrechung angesehen werden, da die an ihm anliegende
Spannung (die Netzspannung) nicht ausreicht, ein Durchbrechen des Bauelements zu verursachen. Im Ersatzschaltbild von Fig.3 ist die Flammengleichrichtdiode an der
Funkenstrecke GP von Fig.1 als ideale Diode D1 dargestellt, wobei der Widerstand Rf den Durchlaßwiderstand
und der Widerstand Rr den Sperrwiderstand der Diode D1 repräsentieren. Die Widerstände R1 und R2 und der
Kondensator C1 sind iie in den Figuren 1 und 2 dargestellten Bauelemente.
Die Spannung V. repräsentiert die Netzspannung, deren Verlauf bei A dargestellt ist. Diese Spannung wird vom
Widerstand R1 und vom Diodennetzwerk D1, Rf und Rr asymmetrisch gedämpft, damit ein Signal mit dem Verlauf
gemäß B erhalten wird.Dieser vorwiegend negative Signalverlauf
wird mit Hilfe des Filters aus den Bauelementen R2 und C1 so
gefiltert, daß eine negative Gleichspannung entsteht,der mit
einem kleinen prozentualen Anteil eine Welligkeit überlagert ist, wie bei C dargestellt ist. Diese
negative Gleichspannung wird vom SpannungsfUhler VSC (Fig.1) oder AMP (Tig.2) festgestellt, doch hat ein
Ausgangssignal dieses Spannungsfilters keine Betätigung der Wiederzündschaltung zur Folge. Falls jedoch an
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der Herdbrennstelle keine Flamme auftritt, sinkt die
Eingangsspannung am Spannungsfühler VSC oder AMP entsprechend den obigen Ausführungen auf den Gleichspannungswert 0 ab, worauf ein negatives Ausgangssignal des Spannungsfühlers VSC oder AMP (beispielsweise -12V) die Betätigung der WiederzUndschaltung
bewirkt, so daß in der Sekundärwicklung SW Hochspannungsimpulse erzeugt werden, damit an der Funkenstrecke SP zum erneuten Zünden des Gasbrenners Funken
entstehen.
In einer in Fig.'+ dargestellten anderen Ausführungsform der Schaltung ist der Filterkondensator C1 (Fig.1)
weggelassen; in diesem Fall verursachen die Netzwechselspannung V1n und die Gleichspannung mit dem Wert
am Eingang des Verstärkers AMP bei Fehlen der Flamme am Brenner ein impulsförmiges Ausgangssignal V0 für den
Betrieb der Triggervorrichtung TRX. Wenn am Brenner eine Flamme vorhanden ist, weist die Eingangsspannung
Vin Halbzyklen mit niedriger Amplitude auf, die unter
der hohen Impedanzschwelle des Verstärkers AMP liegen, so daß der Verstärker keine Ausgangsimpulse für den
Betrieb der Triggervorrichtung TRX erzeugt.
In Fig.5 ist der Spannungsfühler ein Neonbauelement NE,
das am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C1 angeschlossen ist. Die Ausgangsseite des Neonbauelements NE ist am Verbindungspunkt
zwischen den W^derständenRX und RY angeschlossen, und sie steht über einen Kondensator CX mit dem Eingang der
Triggervorrichtung TRX in Verbindung. Wie der Darstellung
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zu entnehmen ist, wird an das Neonbauelement NE über den V/iderstand I1 1X eine negative Vorspannung angelegt.
Falls am Brenner keine Flamme vorhanden ist, hat die Gleichspannung am Eingang des Neonbauelements NE
den Wert 0, so daß die Spannung an diesem Bauelement ausreicht, sein Durchbrechen zu bewirken, wodurch das
Anlegen eines P'ingangsimpulses an die Triggervorrichtung
TRX über den Kondensator CX bewirkt wird, damit die Zünd- und Wiederzündschaltung betätigt wird. Wenn am Brenner
eine Flamme vorhanden ist, wird die Gleichspannung am Eingang des Neonbauelements NE negativ, so daß die Spannung
an diesem Bauelement nicht ausreicht, sein Durchbrechen für die Betätigung der Triggervorrichtung TRX
zu verursachen.
In einer AlternativausfUhrung der Schaltungsanordnung
von Fig.5 ist der Filterkondensator C1 weggelassen, so
daß bei Fehlen der Flamme die Netzwechselspannung und die Gleichspannung mit dem Wert 0 an den Eingang des
Neonbauelements NE angelegt werden; dadurch bricht das Neonbauelement bei Jedem Halbzyklus der Netzwechselspannung
durch. Wenn dagegen in Anwesenheit der Flamme der Wechselspannung die negative Gleichspannung überlagert
ist, dann reicht die Spannung am Neonbauelement NE nicht aus, seinen Durchbruch zu bewirken und den Gaszündvorgang
auszulösen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Netzwechselspannung mit Hilfe eines Trenntransformators von der
Flammendetektoranordnung getrennt, wobei die Sekundärwicklung dieses Trenntransformators zwischen dem Wider-
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stand R2 und dem Verbindungspunkt zwischen dem nichtlinearen Bauelement NR1 und derWicklung SW liegen kann;
der Widerstand R1 der Figuren 1, 2, U und 5 ist dabei
weggelassen. Die Primärwicklung des Trenntransformators ist an das Netz angeschlossen.
In der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform ist zu
erkennen, daß eine Flammendetektoranordnung, wie sie in Fig.1 dargestellt ist, für jeden von mehreren Brennern
vorgesehen ist, wobei die Detektorschaltungen gemäß der Darstellung miteinander verbunden sind. Die Zünd- und WiederzUndschaltung IR ist für die Mehrbrenneranordnung gemeinsam
vorgesehen, und der Funkenerzeugungstransformator TR weist eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen SW auf.
Die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich zwar auf Flammendetektoranordnungen in einem Gasherd, doch ist zu erkennen, daß
die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist. Beispielsweise könnte die Flammendetektoranordnung
auch für die Steuerung eines mit Gas oder Öl betriebenen Ofens oder auch für die Feststellung eines Heißgasstroms
längs einer Rohrleitung benutzt werden, indem der Luftspalt von Fig.1 innerhalb der Rohrleitung so angebracht
wird, daß der auf Grund des heißen Gases eintretende Gleichrichteffekt der Schaltungsanordnung ermöglicht,
so anzusprechen, daß ein Warnsignal abgegeben wird, wenn beispielsweise die Heißgasströmung unterbrochen
ist.
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Leerseite
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zum Feststellen einer Flamme oder eines heißen Gases in einem Luftspalt unter Anwendung
des Flanmengleichrichteffekts, gekennzeichnet durch eine den Luftspalt bildende Elektrodenvorrichtung, die auf
einer Seite an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und auf der anderen Seite an ein geeignetes Potential
gelegt ist, damit in dem Luftspalt ein Strom fließen kann, wenn in ihm eine Flamme oder ein heißes Gas
vorhanden ist, eine parallel zu dem Luftspalt geschaltete nichtlineare Widerstandsvorrichtung und einen SpannungsfUhler zum Feststellen der Spannung an der nichtlinearen
Widerstandsvorrichtung, die die Anwesenheit oder die Abwesenheit einer Flamme oder eines heißen Gases in
dem Luftspalt anzeigt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsweg des SpannungsfUhlers eine Filtervorrichtung
liegt, so daß die Spannung am Eingang des SpannungsfUhlers eine Gleichspannung mit kleiner überlagerter Welligkeit ist.
Schw/Ba
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3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsfühler einen Verstärker mit hoher
Impedanz enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsfühler ein Neonbauelement enthält.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung bei der Feststellung einer Flamme am
Brenner eines Gasgeräts, dadurch gekennzeichnet, daß an den Luftspalt die Sekundärwicklung eines Funkenerzeugungstransformators
angeschlossen ist, so daß bei der Anzeige des Fehlens einer Flamme im Luftspalt durch
die Spannung an der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung der Spannungsfühler ein Ausgangssignal erzeugt, das die
Zündanordnung auslöst, die den Transformator mit Impulssignalen ansteuert und dadurch Funken an dem Luftspalt
zum Zünden oder Wiederzünden des Gases erzeugt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Funkenerzeugungstransformators
in Serie mit der nichtlinearen Widerstandsvorrichtung parallel zu dem Luftspalt geschaltet ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennung der Wecheelspannungsquelle
von dem Luftspalt mittels eines Trenntransformators erzielt wird, dessen Primärwicklung an das
Wechnelspannungsnetz angeschlossen ist, und dessen Sekundärwicklung
in Serie zu dem Spannungsfühler liegt.
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7"
u
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 in mehrfacher Ausführung zur Verwendung bei einem Gasherd mit
mehreren Brennstellen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Brennstelle des Gasherds jeweils ein Luftspalt
zugeordnet ist, daß die Spannungsfühler an eine für alle Ausführungen gemeinsam vorgesehene Zündanordnung
angeschlossen sind, daß das Auslösen der Zündanordnung durch einen der Spannungsfühler die impulsförmige Ansteuerung des Funkenerzeugungstransformators zur Folge
hat, der eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen aufweist, die jeweils an die Luftspalte angeschlossen sind, so daß an allen Luftspalten Funken erzeugt werden, wenn an einem der Luftspalte das Fehlen
oder der Ausfall der Flamme festgestellt wird.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Widerstandsvorrichtung
ein gasgefülltes Bauelement mit Funkenstrecke ist.
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1977
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