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Feuerungsautomat für eine Heizungsanlage Die Aufgaben bekannter Feuerungsautomaten für mit beliebigen Brennstoffen betriebene Heizungsanlagen sind dic betriebsmässige überwachung des Verbrennungsvorganges unter extremen Umgebungsbedingungen und das nach einem bestimmten Zeitplan gesteuerte Ein- und Ausschalten der zur Heizungsanlage gehörenden Förden-, Absperr- und Zündeinrichtungen. Demgemäss setzt sich der Automat aus einem überwa- chungsteil mit einem Flammendetektor und einem Steuerteil zusammen.
Extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzte Feue- rungsautomaten verlangen hinsichtlich Aufbau und Auswahl der einzelnen Elemente grösste Sorgfalt. Neben erhöhten Anforderungen an die zeitliche Konstanz der Schaltbefehle werden auch an die Selbstüberwachung des Gerätes und an die Entriegelungsmöglichkeit desselben nach einem fehlerhaften Start wesentlich erhöhte Anforderungen gestellt. So schliesst beispielsweise das Intervall der zulässigen Umgebungstemperatur die Verwendung einfacher Feuerungsautomaten in solchen Anlagen aus.
Eine bekannte Schalteinrichtung besteht aus einer Schaltwalze, einem die Schaltwalze treibenden Motor und speziell dazu notwendigen Schaltern. Die zeitliche Konstanz des Schaltprogramms sowie die auch bei tiefen Temperaturen noch betriebsfähige Selbstüberwachung des Gerätes werden hier durch eine Vielzahl mechanischer Teile gewährleistet, was neben einer aufwendigen Bauweise zusätzlich eine Verringerung der Zuverlässigkeit zur Folge hat. Da solche Geräte des Aufwandes wegen in vielen Fällen nicht anwendbar sind, wurde versucht, anstelle der Schaltwalze thermische Zeitglieder einzusetzen.
Solche Zeitglieder, die hintereinandergeschaltet das Schaltprogramm bestimmen, müssen sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, Es gilt bei einer solchen Einrichtung nicht nur die Zeiten während der Aufheizperiode innerhalb bestimmter Toleranzen zu halten, sondern auch diejenigen der Abkühl- zeit. Die sich dabei ergebenden Schwierigkeiten können darauf zurückgeführt werden, dass mittels des Leistungs- verbrauches der einzelnen Heizwiderstände und der Justierung der Kontakte der Aufheizvorgang beeinflussbar ist, die Abkühlzeiten aber für sämtliche Zeitglieder nicht beeinflusst werden können.
Aus solchen Gründen wurden Einrichtungen bekannt, die mit nur einem thermischen Antriebsglied verschiedene Schalter für die Förden-, Absperr- und Zündeinrichtungen zu gegebenen Zeiten betätigen. Solche Einrichtungen haben den Vorteil einer absolut zuverlässigen Programmgabe während der Aufheiz- und Abkühlzeit des Antriebsgliedes mit minimalem Aufwand an mechanischen Einzelheiten. Der entscheidende Nachteil solcher Feuerungsautomaten liegt jedoch darin, dass die Eigenüberwachung bei genügend tiefen Umgebungstemperaturen unzuverlässig wird und eine selbständige Entriegelung nach einer Störabschaltung möglich ist.
Eine solche selbständige Entriegelung erfolgt, da für diesen Schaltzustand die vollständige Entkopplung des Antriebselementes von dem entsprechenden Schalter fehlt. Ein weiterer Nachteil solcher bekannter Einrichtungen liegt in der fehlenden Fremdlicht Sicherheit. Solche Geräte können bei einer vorgetäuschten Flamme die Heizungsanlage in die Betriebsstellung führen, wodurch Brennstoff unverbrannt in den Feuerraum gelangen kann.
Die Erfindung befasst sich mit einem Feuerungs- automaten mit thermisch gesteuertem Schaltprogramm für die Verwendung in Heizungsanlagen unter extremen Umgebungsbedingungen. Sie verfolgt den Zweck, hinsichtlich des Aufwandes den allereinfachsten Geräten zu entsprechen, dabei aber die Betriebssicherheit und die Eigen- und Fremdlichtüberwachung komplizierter Geräte zu erreichen.
Demgemäss betrifft die Erfindung einen Feuerungsautomaten für eine Heizungsanlage zur Verfeuerung beliebiger Brennstoffe mit einem Flammendetektor, einem Betätigungselement, einem Antriebselement, einer Mehrzahl von Kontakten zur Betätigung einer Förden-, einer Absperr-, einer Zünd- und einer Störmeldeeinrichtung der Heizungsanlage, des Antriebselementes und zur Abschaltung der Heizungsanlage im Störungsfalle sowie mit Mitteln zur Ent-
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riegelung der Anlage nach einer Störabschaltung und ist dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzielung einer auch unter extremen Umgebungsbedingungen einwandfreien Arbeitsweise der für die Abschaltung der Anlage bei einem erfolglosen Inbetriebsetzungsversuch verantwortliche Kontakt im Störungsfalle vom Antriebselement mechanisch entkoppelt ist und dass die früheste Wiedereinschaltmöglichkeit des Störkontaktes von der durch die Lage des Antriebselementes gegebenen Stellung von Hilfseinrichtungen abhängig ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematisierte Seitenansicht einer Steuereinrichtung, wobei der hintere Teil des Kontaktsatzes nicht mit dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 nicht dargestellten Teil des Kontaktsatzes.
Fig. 3 zeigt eine Variante zur mechanischen Ent- riegelung des Störschalters.
Fig. 4 zeigt ein Schaltschema der Erfindung.
In Fig. 1 und 2 ist ein Isolierkörper 43 dargestellt, der ein Antriebselement 13, eine Mehrzahl von Kontakten 34-35, 36-37, 38-39 und 94-86-85 mit einem Betätigungselement 17 zu einer Einheit zusammenfasst. Das Antriebselement 13 besteht aus dem Bimetall 14, einem Heizkörper 15 und einem Koppelelement 16. Das Bimetall 14 bewegt sich bei Erwärmung in Pfeilrichtung. Das Betätigungselement 17 setzt sich aus einer Erregerspule 18, einem Joch 19 und einem drehbaren Anker 20 zusammen. Die Erregung der Spule 18 erfolgt gemäss Fig. 4 über den Flammendetektor 45.
Das Antriebselement 13 wirkt über das Koppelglied 16 und das Isolierstück 25 auf den Schnappschalter 36-37 zur Betätigung der Brennstoffabsperreinrichtung 47 mittels der Federn 33 und 30 so ein, dass dieser je nach Erwärmungsgrad des Bimetalls 14 ein- oder ausgeschaltet wird. Über die Isolierstücke 22 und 23 sowie die Feder 35 besteht weiter die Möglichkeit, auch vom Anker 20 auf die Schaltstellung des Schnappschalters 36-37 einzuwirken. Der Anschlag 87 dient der Feder 37 als Halt und wird zugleich als Hilfskontakt zur Überwachung der Schaltstellung verwendet. Der Kontakt 34-35 zur Ein- und Ausschaltung der Heizung 15 kann über das Isolierstück 22 nur vom Anker 20 betätigt werden.
Weiter kann über das Isolierstück 24 der Kontakt 38-39 zur Betätigung der Zündeinrichtung 48 und über den Fortsatz 82 die Arretierung 83 betätigt werden. Der Kontakt 38-39 wird mittels der Federn 29 und 32 zum Umkippen gebracht. Der Anschlag 88 dient der Feder 38 als Halt und zugleich als Hilfskontakt zu deren Lageüberwachung. Die Arretierung 83 ist an der Achse 84 gelenkig oder biegsam gelagert und hält an einer geeigneten Stelle die Feder 86 so gegen die Feder 85 gedrückt, dass der Kontakt 85-86 dauernd geschlossen bleibt. Nach Freigabe der Arretierung 83 nach einer entsprechenden Bewegung des Isolierstückes 24 schliesst der Kontakt 94-86, wodurch eine Störmeldeeinrichtung 49 eingeschaltet wird. Durch eine Drehung des Ankers 20 kann über das Isolierstück 95 die Feder 86 wieder in ihre ursprüngliche Lage gebracht werden.
Der Thermostat 50 schaltet die Fördereinrichtung 46 in Abhängigkeit des Wärmebedarfs ein und aus. Mittels der Kontakte 89-90-91 und 92-93 besteht die Möglichkeit, im Störungsfalle das Betätigungselement 17 zu erregen. Die Erregung erfolgt über einen Gleichrichter 44 zur Erreichung geeigneter An- Sprechzeiten und verfolgt den Zweck, nach einem fehlerhaften Start das Gerät zu entstören.
Die Arbeitsweise des Feuerungsautomaten ist folgende: Vor einer neuen Regelschaltung ist die Schaltstellung so wie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt. Das Antriebselement 13 ist abgekühlt und der Flammendetektor 45 hochohmig. Schliesst nun der Thermostat 50, so wird der Feuerungsautomat über den Kontakt 85-86 an Spannung gelegt. Der Motor 46 für die Brennstoff- und Luftförderung läuft an. Über den geschlossenen Kontakt 34-35 wird die Heizwicklung 15 an Spannung gelegt. Da der Flammendetektor 45 noch keine Flamme registrieren kann, bleibt er hochohmig, und die Erregung der Spule 18 reicht nicht zum Anziehen dies Ankers 20 aus.
Hat sich das Bimetall 14 durch die Einwirkung der Wärme des Heizelementes 15 genügend in Pfeilrichtung durchgebogen, so hat sich auch die Feder 29 über das Isolierstück 24 und das Koppelglied 16 in gleicher Richtung so verschoben, dass unter der Wirkung der sich plötzlich entspannenden Feder 32 die Feder 39 gegen die Feder 38 kippt. Die Bewegung der Feder 29, das Entspannen der Feder 32 und das Umkippen der Feder 39 entsprechen der Funktionsweise eines normalen Schnappschalters mit einem definierten Schaltweg und einem Schaltintervall. Durch den Kontakt 38-39 wird die Zündeinrichtung 48 eingeschaltet.
Nachdem das Bimetall 14 während einer bestimmten Zeit, der sogenannten Vorzündzeit, weiter erwärmt wurde, hat sich über das Koppelglied 16 und das Isolierstück 25 auch die Feder 30 so weit in Pfeilrichtung verschoben, dass die Feder 37 unter der Wirkung der sich entspannenden Feder 33 gegen die Feder 36 kippt. Die Brennstoffabsperreinrichtung 47 öffnet sich, und der Brennstoff kann mit der vom Motorgebläse 46 geförderten Luft ein zündfähiges Gemisch bilden. Dieses Gemisch entzündet sich an der schon eingeschalteten Zündeinrichtung 48. Der Flammendetektor 45 wird niederohmig, und das Betätigungselement 17 erhält so viel Spannung, dass der Anker 20 betätigt wird.
Durch die Drehung des Ankers 20 um seine Auflage auf dem Joch 19 wird über das Isolierstück 22 der Kontakt 34-35 geöffnet und die Heizung 15 unterbrochen. Das Bimetall 14 kühlt sich ab. Durch die Erregung des Betätigungselementes 17 und die dadurch bedingte Drehung des Ankers 20 wird über die Isolier- stücke 22 und 23 die Feder 30 daran gehindert, dem sich abkühlenden Bimetall 14 zu folgen. Das Isolier- stück 25 hebt sich von der Feder 30 ab und verliert jeden Einfluss auf diese. Von diesem Zeitpunkt an übernimmt das schnell reagierende Betätigungselement 17 die alleinige Überwachung der Brennstoffabsperrein- richtung 47.
Kühlt sich das Bimetall während der restlichen Dauer der sogenannten Nachzündzeit weiter ab, erreicht die Feder 29 eine Lage, die der Feder 39 das Zurückkippen in die Ausgangslage ermöglicht. Der Kontakt 38-39 öffnet sich, und die Zündeinrichtung 48 wird abgeschaltet. Von diesem Zeitpunkt an ist der Normalbefiriebszustand der Anlage erreicht. Der Kontakt 85-86 bleibt während einer solchen fehlerfreien Inbetriebsetzung dauernd geschlossen.
Kann beispielsweise durch einen Defekt in der Zündeinrichtung 48 bei einer normalen Inbetriebsetzung der Anlage der freigegebene Brennstoff nicht gezündet werden, bleibt durch die Hochohmigkeit des Flammendetektors 45 die Erregung des Betätigungselementes 17 aus, und die Heizung 15 des Bimetalls 14 wird durch den Kontakt 34-35 nicht abgeschaltet. Das Bimetall 14
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wird so lange weiter aufgeheizt, bis über das Koppelglied 16 und das Isolierstück 24 der Fortsatz 82 und mit ihm die Arretierung 83 sich so weit um die Achse 84 gedreht haben, dass die Feder 86 unter der Arretierung 83 hinweg sich gegen die Pfeilrichtung entspannen kann, wodurch der Kontakt 85-86 geöffnet wird.
Sämtliche Einrichtungen der Anlage werden dadurch von der Speisespannung getrennt. Über den nun geschlossenen Kontakt 94-86 wird eine Störmeldeeinrich- tung eingeschaltet. Das Bimetall kühlt sich ab. Die Arretierung 83 kann der Bewegung des federnd ausgebildeten Fortsatzes 82 und dem Isolierstück 24 nur teilweise folgen, da sie auf der Stirnseite der Feder 86 aufliegt. Durch das Festhalten der Arretierung 83 wird der Fortsatz 82 vorgespannt. Irgendwelche weiteren Bewegungen des Bimetalls 14 haben also keinen Einfluss mehr auf die Stellung des Kontaktes 85-86. Öffnen die Kontakte 36-37 und 38-39 während der Abkühlung des Bimetalls 14, werden durch die Federn 37 und 39 die Hilfskontakte 37-87 und 39-88 geschlossen.
Bei der nun vorliegenden Kontaktstellung des Feue- rungsautomaten kann durch Umschalten des Kontaktes 89-90-91 und durch Schliessen des Kontaktes 92-93 das Betätigungselement 17 über den Störmeldekontakt 94-86 erregt werden. Bei dieser Erregungsart des Betätigungselementes 17 kann der Flammendetektor 45 keinen Einiluss ausüben. Der sich drehende Anker 20 öffnet über das Isolierstück 22 den Kontakt 34-35 für die Heizung 15 des Bimetalls 14. Dadurch wird ein Programmablauf bis zum Zurückschalten der Kontakte 92-93 und 89-90-91 in jedem Falle verhindert.
Ebenso wird über das Isolierstück 95 die Feder 86 so weit in Pfeilrichtung verschoben, dass der Kontakt 85-86 sich schliesst, der Kontakt 94-86 sich öffnet und die Arretierung 83 unter der Wirkung des vorgespannten Fortsatzes 82 sich so weit hinter die Kontaktfeder 86 schiebt, dass der Kontakt 85-86 auch bei Abschalten der Erregung des Betätigungselementes 17 geschlossen bleibt.
Der Zweck dieser Einrichtung ist, dass der Kontakt 85-86 nur mittels des Antriebselementes 13 ge- öffnet werden kann, im geöffneten Zustand von diesem restlos entkoppelt ist und von neuem nur über das Betätigungselement 17 in die geschlossene Stellung gelangen kann. Weiter wird durch die Ausnützung der Stellung der Hilfskontakte 37-87 und 39-88 erreicht, dass der Kontakt 85-86 nur geschlossen werden kann, wenn die Brennstoffabsperreinrichtung 47 und die Zünd- einrichtung 48 vom Netz getrennt sind.
Setzt beim Betrieb der Heizungsanlage die Flamme infolge einer Störung aus, wird der Flammendetektor 45 hochohmig, und der Anker 20 fällt ab. Der Kontakt 36-37 öffnet sich und sperrt augenblicklich die Brennstoffzufuhr 47. Gleichzeitig wird über den Kontakt 34- 35 das Heizelement 15 von neuem an Spannung gelegt. In diesem Zustand haben sämtliche Kontakte des Feue- rungsautomaten, das Betätigungselement 17 und das Antriebselement 13 ihre ursprüngliche Stellung wieder eingenommen, und das Schaltprogramm kann in der schon beschriebenen Art von neuem ablaufen.
Sollte bei einer solchen Repetitionsschaltung oder bei einer normalen Regelschaltung während der sogenannten Vorbereitungszeit des Feuerraumes Fremdstrahlung in denselben einfallen, muss aus Sicherheitsgründen ein weiterer Programmablauf verhindert werden. Durch das durch die Fremdstrahlung erregte Betätigungselement 17 wird in einem solchen Falle der Kontakt 34-35 der Heizung 15 geöffnet und dadurch eine Inbetriebsetzung der Anlage verhindert.
Um für das Schliessen des Kontaktes 85-86 nicht die Erregung des Betätigungselementes 17 mittels der Kontakte 92-93 und 89-90-91 ausnützen zu müssen, kann eine Verschiebung der Feder 86 in Pfeilrichtung auch über eine Drucktaste erfolgen. Dazu dient die in Fig. 3 dargestellte Taste 97, die in den Lagern 98 und einem Schlitz der Verlängerung 101 des Isolierstückes 24 geführt ist. Die Verlängerung 101 wird zur Vermeidung starker mechanischer Beanspruchung durch die Führung 100 gehalten.
Durch die Abkühlung des Bimetalls 14 verschiebt sich das Isolierstück 24 mit der Verlängerung 101 so weit in Pfeilrichtung, bis die Schulter 99 der Taste 97 über die in Fig. 3 schematisch als Loch angedeutete Erweiterung 102 des Schlitzes in der Verlängerung 101 zu liegen kommt. Wird bei dieser gegenseitigen Lage der einzelnen Teile auf die Taste 97 gedrückt, wird der Kontakt 86 mittels des Fort- Satzes 96 durch den schräg gestellten untern Teil der Taste 97 in Pfeilrichtung verschoben. Erfolgt die Verschiebung so weit, dass die Arretierung 83 hinter der Feder 86 abfällt, kann durch die Taste 97 kein Einfluss mehr auf die Stellung des Kontaktes 85-86 ausgeübt werden.
Durch den Schlitz und die Erweiterung 102 in der Verlängerung 101 und die Schulter 99 wird erreicht, dass die Feder 86 erst nach einer bestimmten Abkühlung des Bimetalls 14 betätigt werden kann. Im weitern wird durch die Hilfseinrichtungen 103, 104 und 105 bezweckt, dass die Schulter 99 nur mit einer bestimmten Kraft auf die Verlängerung 101 drückt, so dass eine Betätigung der Taste 97 den Abkühlvorgang des Antriebselementes 13 nicht beeinilusst. Dadurch wird eine Gefährdung der Anlage durch das Betätigen der Taste 97 während irgendeines Betriebszustandes verhindert. Diese Hilfseinrichtungen 103, 104 und 105 bestehen beispielsweise aus zwei Stäben 103,
die mit rückstellenden Gelenken 104 unter sich und mit der Taste 97 verbunden sind oder einer auf Druck beanspruchten Feder 105. In jedem Falle wird durch eine solche Einrichtung eine Anpassung irgendeiner Kraft auf die Taste 97 der gewählten Entstörkonstruktion bewirkt. Durch eine entsprechende Ausbildung des schräggestellten unteren Teiles der Taste 97 kann beim Schliessen des Kontaktes 85-86 der Kontakt 34-35 geöffnet werden. Die Feder 35 wird dabei in Pfeilrichtung verschoben. Dadurch kann bei einer Fixierung der Taste 97 in der Entstör- stellung das Beheizen des Bimetalls 14 verhindert werden. Ein Anlauf wird demzufolge nicht möglich sein.
Es sind verschiedene Varianten der beschriebenen Einrichtung möglich. So lässt sich beispielsweise die Arretierung 83 als exzentrisch gelagerte Scheibe, als starrer Teil mit einem Gelenk 84 oder einer federnden Aufhängung im Punkte 84, als Feder, als Zahnstange, usw. ausführen. Auch der Fortsatz 82 kann je nach Ausführung der Arretierung 83 starr oder als bewegliche Verbindung der Arretierung 83 mit dem Isolier- stück 24 ausgeführt sein. Auch kann die Wahl der Kontaktkombinationen innerhalb des Kontaktsatzes beliebig erfolgen.