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Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanordnung für
einen Ölbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
sowie auf ein Verfahren zur Kapazitätsregelung eines
Ölbrenners nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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Die bekannten Ölbrenner, wie sie für Heizzwecke auf dem
Markt sind, arbeiten mit einer vorgegebenen
Leistungsstufe, bei der die Pumpenanordnung das Öl mit
konstantem und in der Regel einstellbaren Druck an die
Zerstäubungseinheit, insbesondere eine Düse, abgibt. Eine
Anpassung der Pumpenleistung an die geforderte
Heizleistung des Kessels o. dgl. erfolgt durch Ein- und
Ausschalten des Ölbrenners. Hierbei ergeben sich aber eine
Umweltverschmutzung durch unvollständige Verbrennung,
Ablagerungen an der Düse und in der Brennkammer u. dgl.
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Eine Pumpenanordnung dieser Art it schon bekannt (US
4,391,580 A), die, außer dem druckseitigen Ausgang,
einen Modulationsausgang hat, der abwechselnd mit dem
Ausgang der Druckseite und der Saug- bzw. der
Rücklaufseite der Ölpumpe verbunden ist. Zu diesem Zweck
ist eine teilzirkelförmige Nut im Pumpengehäuse mit
zwei Ventilöffnungen versehen, die mit mehreren
Ventilöffnungen in dem Zahnring zusammenwirken, der als
Drehschieber in einer Zahnradpumpe dient. Dies ergibt
sehr kurze Druckimpulse, während der die Druckaufbau-
und Druckabbauphasen verhältnismäßig lange dauern. Das
Ergebnis ist eine unerwünschte Umweltverschmutzung.
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Aus DE 41 13 067 A1 ist es bekannt, der
Zerstäubungseinheit das Öl impulsweise zuzuführen und die
gewünschte Leistung durch eine Beeinflussung der Impulse,
beispielsweise durch die Impulsfrequenz, einzustellen. Zu
diesem Zweck ist der druckseitige Ausgang der
kontinuierlich arbeitenden Förderpumpe über ein
Rückschlag
ventil, das nur öffnet, wenn der Öldruck über 2 bar
liegt, mit der Zerstäubungseinheit und über ein
taktmäßig steuerbares Magnetventil mit dem
Ölvorratsbehälter verbunden. Bei geschlossenem Magnetventil baut
sich am druckseitigen Ausgang der Pumpe ein Druck auf,
der zum Öffnen des Rückschlagventils führt und
beispielsweise 10 bar betragen kann. Wird das Magnetventil
geöffnet, bricht dieser Druck zusammen, das
Rückschlagventil schließt und die Zerstäubung wird unterbrochen.
Bei einer Impulsfrequenz von 3 Hz und einer Impulsdauer
von 0,03 sek. kann man den Öldurchsatz auf etwa 20%
derjenigen Menge absenken, die bei ständig
geschlossenem Magnetventil abgegeben wird. Die Lebensdauer des
Magnetventils ist aber wegen seiner hohen
Schalthäufigkeit begrenzt. Außerdem ergibt sich ein hoher
Geräuschpegel.
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Aufgabe der Erfindung ist es, neuartige Wege
aufzuzeigen, um die Ölmenge, die der Zerstäubungseinheit eines
Ölbrenners zugeführt wird, dem Bedarf anzupassen.
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Diese Aufgabe wird konstruktiv durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Die Pumpenanordnung besitzt zwei
Betriebszustände, in denen bei laufender Pumpe
unterschiedliche Ölmengen abgegeben werden. Die Anpassung an
den Bedarf kann durch einen üblichen Thermostaten
erfolgen, der durch Betätigen der Umschaltvorrichtung
abwechselnd den ersten oder den zweiten Betriebszustand
an dem zur Zerstäubungseinheit führenden Anschluß
wirksam macht. Da die Pausen bei der Ölförderung mit
moduliertem Druck so kurz sind, daß die Flamme im Brennraum
nicht erlischt, kann man einen kontinuierlichen Betrieb
mit leistungsgerechter Regelung erzielen, ohne daß
durch Ein- oder Ausschalten der Pumpe die eingangs
erwähnten Unzuträglichkeiten auftreten.
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Bei der Ausgestaltung wird die Umschaltvorrichtung
durch das Schaltventil gebildet, das wegen seiner
geringen Schalthäufigkeit auch als Magnetventil eine
hohe Lebensdauer besitzt. Das Modulationsventil bedarf
keiner speziellen Regelung, da für diesen Zweck bereits
die Umschaltvorrichtung zur Verfügung steht. Es kann
daher einen einfachen Aufbau haben, mit konstanter
Schaltfrequenz arbeiten und beispielsweise mechanisch
angetrieben werden.
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Bei der Erfindung werden zwei Ausgänge mit konstantem
bzw. moduliertem Druck versorgt. Die Betriebsweise des
zweiten Ausgangs läßt sich am einfachsten mit einem
Modulationsventil erzielen, das den zweiten Ausgang
abwechselnd mit der Druckseite und der Saug- oder
Rücklaufseite der Pumpe verbindet. Auch hierbei braucht das
Modulationsventil nicht geregelt zu werden. Es genügt,
wenn eine Modulation mit konstanter Frequenz und
Impulsform erfolgt.
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Eine sehr einfache Lösung ergibt sich, die eine
Rotationspumpe mit Drehschieber, der die Funktion des
Modulationsventils übernimmt, vorsieht.
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Die Zahnradpumpe nach Anspruch 2 ist für die Ausbildung
des Drehschiebers besonders günstig. Von Vorteil ist
auch, daß sich eine solche Zahnradpumpe an sich als
Heizölpumpe millionenfach bewährt hat.
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Die Ausführungsformen der Ansprüche 3 bis 5 zeigen, daß
übliche Pumpen mit ganz geringen Abänderungen und daher
entsprechend billig mit einem Modulationsventil
versehen werden können.
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Mit Hilfe eines Druckregelventils gemäß Anspruch 6 kann
der Druck am ersten Ausgang genau konstant gehalten
werden. Bei Verwendung eines zweiten Ausgangs, der
zeitweilig mit der Druckseite und daher mit dem ersten
Ausgang verbunden wird, ist auch die Maximalamplitude
des modulierten Drucks auf den eingestellten Wert
festgelegt. Die Pumpenanordnung kann mit zwei
verschiedenen Druckebenen betrieben werden. Das normalerweise
wirksame Druckregelventil höheren Drucks verliert seine
Funktion, wenn das zweite Druckregelventil geringeren
Drucks durch das Schaltventil wirksam gemacht wird. Auf
diese Weise ergeben sich vier Leistungsstufen, weil die
beiden Druckebenen auf die Verhältnisse sowohl am
ersten Ausgang als auch am zweiten Ausgang Einfluß
nehmen. Durch Ansteuerung des genannten Schaltventils
und der Umschaltvorrichtung läßt sich daher eine
Leistungsbeeinflussung über einen großen Arbeitsbereich
erzielen.
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Wenn die Umschaltvorrichtung gemäß Anspruch 7 aus zwei
Schaltventilen besteht, benötigt man kein zusätzliches
Schaltventil, um die zur Zerstäubungseinheit führende
Leitung vollständig abzuschalten.
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Ein Rückschlagventil sorgt in an sich bekannter Weise
dafür, daß die Zerstäubungseinheit nur dann mit Öl
beaufschlagt wird, wenn dieses einen ausreichend hohen
Zerstäubungsdruck besitzt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung
dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 schematisch das Schaltbild einer
erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,
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Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Pumpenanordnung,
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Fig. 3 in einem Diagramm den Druckverlauf über der
Zeit,
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Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe mit
eingebautem Modulationsventil,
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Fig. 5 eine Draufsicht auf die Zahnradpumpe der Fig. 4
mit durchsichtig angenommener Deckplatte,
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Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform in der
Darstellung der Fig. 4,
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Fig. 7 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der
Fig. 6 mit durchsichtig angenommener Deckplatte,
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Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Pumpenanordnung
und
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Fig. 9 einen Schnitt durch die Antriebswelle bei dieser
Ausführungsform.
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Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 für einen
Ölbrenner, der außer einem nicht veranschaulichten Gebläse
eine Zerstäubungseinheit 2 mit einer Zerstäuberdüse 3
und einem Rückschlagventil 4 aufweist, das nur öffnet,
wenn ein ausreichender Zerstäubungsdruck vorhanden ist.
Eine zugehörige Düsenleitung 5 ist mit einem Anschluß 6
der Pumpenanordnung 1 verbunden.
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Die Pumpenanordnung weist eine Rotationspumpe 7 auf,
die Öl aus einem Vorratsbehälter 8 über eine
Saugleitung 9 und ein Filter 10 ansaugt und dann von der
Saugseite 11 zur Druckseite 12 fördert. Diese Druckseite 12
ist über eine Drossel 13 mit einer zum Vorratsbehälter
8 führenden Rücklaufleitung 14 verbunden. Parallel
hierzu ist ein Druckregelventil 15 angeordnet, das den
Druck der Druckseite 12 auf einem einstellbaren Wert
konstant hält. Des weiteren ist zwischen die Saugseite
11 und die Rücklaufleitung 14 ein Rückschlagventil 16
geschaltet, das wirksam wird, wenn die Anlage im
Ein-Strang-Betrieb arbeitet. Die Druckseite 12 bildet
einen ersten Ausgang 17.
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Ein Modulationsventil 18 dessen Drehschieber von der
Welle 19 der Rotationspumpe 7 gedreht wird, verbindet
einen zweiten Ausgang 20 abwechselnd mit der Druckseite
12 und der Saugseite 11 der Rotationspumpe 7. Am ersten
Ausgang 17 steht daher ein konstanter Öldruck zur
Verfügung, am zweiten Ausgang 20 ein modulierter Öldruck.
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Eine Umschaltvorrichtung 21 besteht aus einem ersten
Schaltventil 22 und einem zweiten Schaltventil 23, die
beide als Magnetventile ausgebildet sind. Das erste
Schaltventil 22 ist zwischen den ersten Ausgang 17 und
den Anschluß 6, das zweite Schaltventil 23 zwischen den
zweiten Ausgang 20 und den Anschluß 6 gelegt. Daher
wird der Ölbrenner beim Öffnen des Schaltventils 22 mit
einer ersten Leistungsstufe und beim Öffnen des
Schaltventils 23 mit einer zweiten Leistungsstufe mit
reduzierter Heizleistung versorgt.
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Ein Temperaturfühler 24 meldet die Kesseltemperatur,
also die Temperatur des vom beheizten Kessel erwärmten
Wassers, an einen Regler 25, dem ein Temperatursollwert
26 vorgegeben ist. Der Regler steuert über die
Signalleitungen 27 und 28 die Schaltventile 22 und 23. Bei zu
geringer Temperatur wird der erste Ausgang 17 wirksam
gemacht, bei zu hoher Temperatur der zweite Ausgang 20.
Die Einzelimpulse des modulierten Drucks folgen so
rasch aufeinander, daß die Flamme im Brennraum nicht
erloschen ist, sondern das neu zugeführte Öl sofort
entzündet. Auf diese Weise kann der Brenner
quasi-kontinuierlich betrieben werden, so daß die mit dem Ein-
und Ausschalten der Anlage verbundenen Schwierigkeiten
(Umweltverschmutzung u. dgl.) vermieden werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für
entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1
verwendet. Als neu tritt hinzu, daß das Modulationsventil
in die Rotationspumpe 29 eingebaut ist. Ferner kommt
hinzu, daß in einem Parallelzweig zum ersten
Druckregler 15 ein zweiter Druckregler 30, der auf einen
geringeren Druck eingestellt ist als der erste Druckregler
15, in Reihe mit einem Schaltventil 31 angeordnet ist.
Letzteres ist als normalerweise offenes Magnetventil
veranschaulicht und wird über eine Signalleitung 32 vom
Regler 25 betätigt. Ist das Schaltventil 31
geschlossen, ergibt sich auf der Druckseite 12 ein höherer
Druck, ist das Schaltventil 31 dagegen offen, ein
geringerer Druck. Bei geschlossenem Schaltventil 31
ergeben sich die gleichen Betriebsverhältnisse wie in Fig.
1. Bei geöffnetem Schaltventil 31 ergeben sich
ähnliche Verhältnisse, aber auf einem niedrigeren Druck-
bzw. Leistungsniveau.
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In Fig. 3 sind vier Leistungsstufen A, B, C und D
veranschaulicht, wobei die Leistungsstufen A und B für
beide Ausführungsbeispiele gelten. Die größte
Fördermenge und damit die größte Leistung ergibt sich bei der
Leistungsstufe A, bei der der Förderdruck P1 konstant
vorhanden ist. Hierbei ist das Schaltventil 22
geöffnet, während die Schaltventile 23 und 31 geschlossen
sind. Eine geringere Leistung wird in der Stufe B
erzielt, bei der ein modulierter Druck mit der
Maximalamplitude P1 vorhanden ist. Hierbei ist das Schaltventil
23 geöffnet, während die Schaltventile 22 und 31
geschlossen sind. Als nächstes folgt die Leistungsstufe
C, wo der geringere Druck P2 konstant aufrechterhalten
wird. Dies geschieht, wenn die Schaltventile 22 und 31
geöffnet sind und das Schaltventil 23 geschlossen ist.
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Als letztes folgt die Leistungsstufe D, die einen
modulierten Druck mit der Maximalamplitude P2 zur Verfügung
stellt. Zu diesem Zweck müssen die Schaltventile 23 und
31 geöffnet sein, während das Schaltventil 22
geschlossen ist.
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Es ist ersichtlich, daß der Regler 25, der alle drei
Schaltventile 22, 23, 31 steuert, eine
Leistungsanpassung über einen sehr großen Bereich ermöglicht.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Zahnradpumpe mit
eingebautem Modulationsventil. In einem Gehäuse 33 gibt eine
zylindrische Vertiefung 34, die durch eine Deckplatte
35 abgedeckt ist und einen Zahnring 36 mit
Innenverzahnung drehbar aufnimmt. Er bildet Taschen 37 mit einem
außenverzahnten Zahnrad 38, das exzentrisch zum
Zahnring 36 angeordnet ist und über eine Welle 39 von einem
Motor angetrieben wird. In der Deckplatte 35 befindet
sich eine Drucknut 40, die über einen Kanal 41 mit der
Druckseite 12 verbunden ist, und eine Saugnut 42, die
über einen Kanal 43 mit der Saugseite 11 verbunden ist.
Eine solche Pumpe ist als Gerotor-Zahnradpumpe bekannt.
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Am Außenumfang des Zahnringes 36 befindet sich eine
Ringnut 44. Von ihr geht ein Radialkanal aus, der eine
Ventilöffnung 45 bildet. Sie kommt während der Drehung
des Zahnringes 36 abwechselnd mit dem Bereich unterhalb
der Drucknut 40 und unterhalb der Saugnut 42 in
Verbindung. Außerdem steht die Ringnut 44 mit einem Kanal 46
in Verbindung, der zum zweiten Ausgang 20 führt.
Infolgedessen wird dieser zweite Ausgang abwechselnd mit
hohem Druck und mit Saug- oder Rücklaufdruck, also mit
moduliertem Druck beaufschlagt.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 ist die
Zahnradpumpe in gleicher Weise ausgebildet wie in den
Fig. 4 und 5. Daher werden für entsprechende Teile um
100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich
ist im wesentlichen, daß in der Deckplatte 135 eine
Ringnut 144 ausgebildet ist, die sich längs der
Stirnfläche des Zahnrades 138 erstreckt und mit einer zum
zweiten Ausgang 20 führenden Leitung 146 verbunden ist.
Als Ventilöffnung 145 dient eine Vertiefung in der
Stirnfläche des Zahnrades 138. Diese Vertiefung
erstreckt sich radial bis in den Bereich der Drucknut 140
und der Saugnut 142. Bei der Drehung des Zahnrades 138
kommt diese Ventilöffnung 145 abwechselnd mit der
Druckseite und der Saugseite in Verbindung. Folglich
entsteht auch hier am zweiten Ausgang 20 ein
modulierter Druck.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9, bei der
für entsprechende Teile um 200 erhöhte Bezugszeichen
verwendet werden, wird das Modulationsventil 218 mit
Hilfe der Antriebswelle 239 der Rotationspumpe 7
gebildet, die eine als Teilringnut ausgebildete
Ventilöffnung 245 besitzt. Im zugehörigen Gehäuse 233 gibt es
eine als Bohrung ausgeführte Ventilöffnung 240, die mit
der Druckseite 12 der Pumpe verbunden ist, und eine als
Bohrung ausgeführte Ventilöffnung 242, die mit der
Saugseite 11 der Pumpe verbunden ist. Das
Modulationsventil 218 liegt in Reihe mit einem als
Umschaltvorrichtung dienenden Schaltventil 221 zwischen der
Druckseite und der Rücklaufleitung 14. Ist das
Schaltventil 221 geöffnet, steht am Anschluß 6 modulierter
Druck an, ist es geschlossen, ein konstanter Druck.