<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Überwachungseinrichtung, insbesondere für mit öl oder Gas betriebene Feuerstätten, bestehend aus einem bei Beaufschlagung mit kurzwelligen Strahlen aus dem sichtbaren bis ultravioletten Bereich in beide Stromrichtungen durchschaltbaren Empfänger und einer mit der gleichen Wechselspannung wie der Empfänger angetriebenen, den Empfänger halbperiodisch mit der anliegenden Wechselstromfrequenz verdunkelnden Blende.
Derartige Einrichtungen müssen wegen der ihnen gestellten Aufgaben eigensicher sein, d. h., sie müssen nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Lichtquelle, z. B. einer Flamme, durch exakt unterscheidbare Signale melden, sondern auch bei irgendeinem Defekt, wie Kurzschluss im Empfänger oder dessen Zuleitung ein Signal abgeben, das sich von dem das bei Vorhandensein der Lichtquelle abgegebenen Signals unterscheidet. Nur bei gut unterscheidbaren Signalen ist ein nachgeschaltetes, nicht zur Erfindung gehörendes Steuergerät in der Lage, auf die entsprechenden Signale mit der richtigen Schaltstellung zu reagieren.
Ausserdem sollten die von dieser Überwachungseinrichtung abgegebenen Signale gleich sein den Signalen, die von den auf lonisationsbasis mit Gleichrichtereffekt arbeitenden Flammenüberwachungssystemen abgegeben werden, um im einfachen Austausch mit dem gleichen Steuergerät beide Uberwachungssysteme verwenden zu können.
Zur Überwachung des ordnungsgemässen Betriebes von Lichtquellen, insbesondere von Feuerungsanlagen, ist es bekannt, den von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl mittels einer rotierenden Lochscheibe in Lichtimpulse umzuwandeln, oder die durch das Flackern einer Flamme hervorgerufenen Lichtimpulse direkt zu verwenden und diese Lichtimpulse in einem lichtempfindlichen Empfänger in elektrische Impulse umzuwandeln, wobei der lichtempfindliche Empfänger nicht nur auf Strahlen aus dem sichtbaren, sondern auch aus dem ultravioletten Wellenbereich anspricht.
Bei einem Teil dieser bekannten Einrichtungen werden Empfänger verwendet, bei denen bei Beaufschlagung von Strahlen Strom in beide Richtungen fliessen könnte. Diese Empfänger sind Photowiderstände, Photozellen, UV-Röhren od. dgl. Die genannten Empfänger werden bei den bekannten Einrichtungen-obwohl Wechselstrom durchlassend-mit mittels Gleichrichter gleichgerichtetem Strom betrieben, um gegenüber dem Fehlerstrom ein eindeutiges Signal bei Vorhandensein einer Flamme und funktionierender Testverdunkelung zu erhalten.
Stellvertretend für diese Gruppe wird die deutsche Patentschrift Nr. 1256828 genannt, bei der eine UV-Röhre mit Gleichstrom betrieben wird und die Testverdunkelung mittels rotierender Blende erfolgt. Die ebenfalls dargestellte Schaltung des Steuergerätes zeigt eine auf Stromimpulse ansprechende Einrichtung. Das am Steuergerät ankommende Signal, bei vorhandener Flamme und rotierender Blende zerhackter Gleichstrom, und bei defekter Röhre glatter Gleichstrom, ist eindeutig. Wenn aber der Gleichrichter defekt ist und Wechselstrom an der UV-Röhre anliegt, bestehen die Unterschiede der Signale, zwischen Durchschalten der Röhre und ordnungsgemässem Zustand, nur noch in der Frequenz, wobei zur Unterscheidung derselben eine aufwendige Schaltung erforderlich ist.
Diese Einrichtung spricht auch auf die Flackerfrequenz der zu überwachenden Flamme an (deutsche Patentschrift Nr. 1280462), wobei Mittel vorgesehen sind, um die auftreffende Strahlung zum Teil zu unterdrücken, damit nicht in jeder Halbwelle der Speisespannung eine Zündung der Röhre erfolgt. Da die zu überwachende Flamme aber nicht immer gleichmässig brennt, muss die eingestellte Flackerfrequenz nahe der Netzfrequenz liegen und die Unterschiedlichkeit der ordnungsgemässen zu den von der defekten Röhre bzw. dem defekten Gleichrichter abgegebenen Signalen ist gering.
Es ist aber auch eine Einrichtung bekannt und in der USA-Patentschrift Nr. 3, 299, 416 beschrieben, bei der am lichtempfindlichen Element-einer UV-Röhre-eine Wechselspannung anliegt und durch eine rotierende Blende Testverdunkelungen vorgenommen werden. Die an der UV-Röhre anliegende Wechselspannung besitzt eine durch einen Oszillator erzeugte höhere Frequenz als die Netzspannung, die dann durch die Testverdunkelung zerhackt wird. Als Diskriminator dient ein auf diese Impulse abgestimmter Schwingkreis mit Rücktransformator und Gleichrichterschaltung. Das Vorhandensein eines Oszillators und eines Schwingkreises, sowie eines ersten und zweiten Transformators kompliziert die Einrichtung und verteuert deren Herstellung.
Alle diese bekannten photoelektrischen Überwachungseinrichtungen geben bei Vorhandensein einer Flamme im ordnungsgemässen Zustand intermittierende Impulse ab, die im nachgeschalteten Diskriminator mittels aufwendiger Siebglieder von denen bei defekten Bauteilen des Empfängers abgegebenen Signalen getrennt werden müssen, wobei diese Siebglieder aus sicherheitstechnischen Gründen meist doppelt ausgeführt sind.
Zur Flammenüberwachung werden im gleichen Umfang wie optische überwachungseinrichtungen aber auch solche auf Ionisationsbasis verwendet. Bei der Ionisationsüberwachung ist das abgegebene Signal ein Gleichstrom und das Kurzschlusssignal ein Wechselstrom. Das nachgeschaltete Steuergerät ist ein einfacher Gleichstromverstärker und muss nur zwischen den eindeutigen Signalen Gleichstrom und Wechselstrom unterscheiden.
Für den Hersteller und Vertreiber ist es nun von Vorteil, wenn mit dem gleichen Steuergerät beide Überwachungssysteme verwendet werden können. Das geht mit den zuvor genannten, bisher bekannten photoelektrischen Überwachungseinrichtungen nicht, da sie bei Normalbetrieb intermittierende Impulse abgeben und dafür ein spezielles Steuergerät benötigen.
<Desc/Clms Page number 2>
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 451, 759 ist eine Flammenüberwachungseinrichtung mit einer UV-Röhre beschrieben, die bei Vorhandensein einer Flamme ein Gleichstromsignal abgibt. Hiebei ist in den Steuerstromkreis der UV-Röhre ein Einweggleichrichter eingeschaltet, so dass an dieser nur in der durchgelassenen Halbwelle eine Spannung anliegt und bei auftreffender Strahlung leitend werden kann. Da aber bekanntlich bei Alterung die UV-Röhre auch ohne Bestrahlung leitend werden kann und somit einen Flammenausfall nicht mehr meldet, ist diese Einrichtung für die Flammenüberwachung ungeeignet.
Eine Flammenüberwachungseinrichtung ist bekannt, bei der an der UV-Röhre und an dem die Blende antreibenden Synchronmotor die gleiche Wechselspannung anliegt und die UV-Röhre gleichlaufend mit der Frequenz der anliegenden Spannung in jeder zweiten Halbwelle verdunkelt wird. Wenn einmal diese Anlage läuft, wird der Synchronlauf eingehalten, d. h. wenn nicht durch Schlupf oder sonstige äussere Bremsung eine Verschiebung eintritt. Das Hauptproblem liegt jedoch darin, dass beim Anlauf nie bestimmt werden kann ob die positiven oder negativen Halbwellen an der UV-Röhre abgedunkelt werden. Dieses ist jedoch von grosser Wichtigkeit, da die sonst mit Ionisationssignalen arbeitenden Steuergeräte je nach Aufbau, nur auf positive oder negative Gleichstromsignale ansprechen können, niemals aber auf beide.
Bei Umkehrung der Stromrichtung des Signals oder bei Wechselstromsignalen reagieren diese Steuergeräte durch Abschalten der gesamten Anlage und melden eine Störung. Die Überwachungseinrichtung mit diesem System der Testverdunkelung ist für den Einsatz mit Ionisationssteuergeräten somit ungeeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine photoelektrische überwachungseinrichtung zu schaffen, die an allen Betriebszuständen ein gut unterscheidbares Signal abgibt, wobei diese Signale den Signalen gleich sind, die von einer auf Ionisationsbasis arbeitenden überwachungseinrichtung in den verschiedenen Betriebszuständen abgegeben werden, um das gleiche Steuergerät im einfachen Austausch verwenden zu können.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass bei einer photoelektrischen überwachungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art, der Antrieb der Blende permanentmagnetisch vorgepolt ist.
Durch das permanentmagnetische Vorpolen des Blendenantriebes wird ein immer phasengleicher Synchronlauf erreicht, d. h., je nach Polung des Permanentmagneten und Stellung der Blende dazu, wird nur-und das auch bei jeder erneuten Inbetriebnahme-entweder die am Empfänger anliegende positive oder negative Halbwelle verdunkelt und somit ein vorbestimmbares nur positives oder nur negatives Gleichstromsignal bei Vorhandensein einer Strahlung und ordnungsgemässem Empfänger, möglich.
Die phasengleich halbperiodische Verdunkelung des Empfängers kann auf verschiedene Wege erfolgen, so nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass bei Verwendung einer rotierenden Blende und einem Antrieb durch einen Synchronmotor der Rotor des Synchronmotors permanentmagnetisch vorgepolt ist, oder nach einer andern Ausgestaltung dadurch, dass bei Verwendung einer aus einem feststehenden und einem transversalbeweglichen Teil bestehenden Blende und Antrieb durch einen Wechselstrommagneten der Magnetanker ein axialgepolter Permanentmagnet ist.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beschrieben, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer rotierenden Blende, Fig. 2 eine Blendenausführung, Fig. 3 verschiedene Strom- und Spannungskurven und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer Doppelblende.
In Fig. 1 ist ein auf Strahlen ansprechender Empfänger mit eine rotierende Blende mit--2--, deren Antriebsmotor mit--3--und eine Lichtquelle mit--4--bezeichnet. Der Empfänger--l--und der Motor--3--werden mit Wechselstrom gespeist, u. zw. von Klemmen--5 und 6--, über einen Schalter - -7-- und Leitungen --S und 9--, sowie einer Abzweigung--10--. Der Ausgang des Empfängers--l--
EMI2.1
phasengleich mit der angelegten Spannung. Wird dieser Motor--3--ohne Untersetzungsgetriebe verwendet und liegt eine Wechselspannung von 50 Hz an, dann dreht sich dessen Welle mit 50 Umdr/sec. In diesem Fall kann eine Blende --2-- nach Fig. 2 verwendet werden.
Die Blende--2--ist zur Hälfte mit einem Fenster - versehen und gibt somit eine halbe Umdrehung hindurch, entsprechend einer halben Periode, den Empfänger--l--zur Bestrahlung durch die Lichtquelle --4-- frei.
In Fig. 3 sind die einzelnen Kurven zueinander dargestellt, u. zw. eine Wechselspannung--14--mit
EMI2.2
Wird der Schalter --7-- geschlossen, liegt der Motor --3-- über die Leitungen--8 und 9--, sowie Klemmen--5 und 6--an Wechselspannung und dreht die mit ihm verbundene Blende--2--frequenz-und phasengleich. Gleichzeitig liegt über die Leitung--10--auch der Empfänger--l--an Wechselspannung - -14--. Von der ebenfalls vorhandenen Lichtquelle --4-- gelangen nun intermittierend Strahlen zum Empfänger --1--, wobei dieser jedesmal stromführend wird, u. zw.
dann, wenn die positive Halbwelle--15--
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
durch den Empfänger --1--, über die Klemme--11--und das nicht dargestellte Steuergerät zu Klemme --12-- fliess. Bei der weiteren Drehung verdeckt die Blende --2-- während der negativen Halbwelle - 16-den Empfänger-l-, wie dargestellt mit-19-, und hält die von der Lichtquelle-4ausgehenden Strahlen dem Empfänger--l--fern, so dass bei ordnungsgemässem Empfänger--l--kein Strom fliesst, bei defektem Empfänger--l--jedoch auch die negative Halbwelle--23--.
Die Einrichtung nach Fig. 4 ist der Fig. 1 schaltungsgemäss identisch, jedoch ist hiebei eine andere Verdunkelungseinrichtung dem Empfänger--l--vorgeschaltet. Die Verdunkelungseinrichtung besteht hier aus einer mit Öffnungen --24-- versehenen feststehenden Blende--25--und einer transversalbeweglichen Blende--26--mit Öffnungen--27--. Der Antrieb der Blende--26--erfolgt durch eine Spule--28-mit Tauchanker--29--. Der Spule--28--ist ein Einweggleichrichter--30-vorgeschaltet. Der Einweggleichrichter--30-kann entfallen, wenn der Tauchanker--29--ein axialgepolter Permanentmagnet ist.
Die bewegliche Blende--26--wird durch eine nicht dargestellte Feder in die gezeichnete Ruhestellung zurückgeholt. In dieser Stellung verdecken die Blenden--25 und 26--gegenseitig ihre Öffnungen--24 und 27--. Die Funktion ist gleich der wie bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben. Gleichzeitig liegt auch hier die positive Halbowelle --15-- der Wechselspannung --14-- am Empfänger --1-- und über den Einweggleichrichter--30--an der Spule--28--. Mit deren Erregung wird der Tauchanker--29--
EMI3.1
Ruhestellung zurück und hält sie dort über die ganze Halbwelle--16--.
Die von der Lichtquelle--4-ausgehenden Strahlen gelangen nicht mehr zum Empfänger --1--. Der Empfänger--l--bleibt bei ordnungsgemässem Betrieb unerregt und sperrt seinerseits den Stromdurchgang.
Die Klemmen--11 und 12--können mit dem Steuereingang jedes mit Ionisationsstrom ansteuerbaren Steuergerätes verbunden werden, weil dieses unterscheidet zwischen Gleichstrom (ordnungsgemässer Betrieb), sowie Wechselstrom und stromlos (fehlerhafter Betrieb).
Die Erfindung ist nicht auf die Überwachung von Flammen beschränkt, wobei auch zahlreiche Variationen im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich sind. Insbesondere kann die erfindungsgemässe Einrichtung auch als Lichtschranke mit einer andern Lichtquelle zur Überwachung an Werkzeugmaschinen oder Prozessabläufen dienen, wo sie wegen ihrer extrem kurzen Verdunkelungszeit besonders schnell und sicher zu arbeiten vermag.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Photoelektrische Überwachungseinrichtung, insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Feuerstätten, bestehend aus einem bei Beaufschlagung mit kurzwelligen Strahlen aus dem sichtbaren bis ultravioletten Bereich in beide Stromrichtungen durchschaltbaren Empfänger und einer mit der gleichen Wechselspannung wie der Empfänger angetriebenen, den Empfänger halbperiodisch mit der anliegenden Wechselstromfrequenz
EMI3.2