DE3026787A1

DE3026787A1 - Eigensicherer flammenwaechter

Info

Publication number: DE3026787A1
Application number: DE19803026787
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Ing.(grad.) 7550 Rastatt Haupenthal
Original assignee: Landis and Gyr AG; LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Landis and Gyr AG
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1981-12-24
Also published as: SE8103825L; FR2485164B1; SE454018B; FR2485164A1; GB2078415A; JPS5728916A; GB2078415B; DE3026787C2

Description

Pattntanwälte BipL Ing. Hans-Jürgem ΜβΗ«
Dr! r«r. nat. Thomas Be«**t

I Hns LeyM ο η ο ß 7 Q ¹^

i·**-· . 3026/87

/—~Π LGZ LANDIS & GYR ZUG AG

C LANDIS & GYR) _CH__{6301 ZUGj}

Eigensicherer Flammenwächter

PA 2108

130052/0369

30267a?

Eigensicherer FlammenwMchter

Die Erfindung bezieht sich auf einen eigensicheren Flammenwächter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 . 5

Für die vollautomatische Inbetriebsetzung und Ueberwachung von OeI- oder Gasbrennern werden Flammenwächter benötigt, deren Aufgabe es ist, das Vorhandensein einer Flamme jederzeit anzuzeigen. Diese Flammenwächter müssen zusammen mit deren Flammenfühler weitgehend eigensicher sein, das heisst, jeder mögliche Defekt eines Bauteiles muss durch das Signal "Flamme erloschen" angezeigt werden. Es kann dies durch eine jeweilige Ueberprüfung des Flammenfühlers auf dessen Funktionsfähigkeit hin vor jeder Inbetriebsetzung der Anlage erfolgen. Ferner sind auch Anlagen mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Flammenwächtern verwendet und auf dauernd gleichsinnige Signalgabe überwacht worden. Dies bedeutet einen grossen Aufwand. Ausserdem sind Flammenwächter mit insbesondere auf Ultraviolett-Strahlung ansprechenden Fühlern, fortan UV-Zellen genannt, bekannt geworden, bei denen die Strahlung zum Fühler mindestens einmal pro Sekunde im gleichen Takt und konstantem Taktverhältnis abgedeckt und so die Löschfähigkeit der UV-Zelle innerhalb der zulässigen Abmeldezeit überwacht wird. Ein konstantes Taktverhältnis führt jedoch zu spürbaren Empfindlichkeitseinbussen.

Ferner ist es nach der DE-OS 2 809 993 bekannt, die von einem Ionisationsfühler beeinflusste Spannung über einem Kondensator zur Aussteuerung eines Verstärkers zu verwenden und dieser Gleichspannung mit einem zusätzlichen Transistor ein von der Netzfrequenz diktiertes Wechselsignal zu überlagern. Eine Reihenschaltung zweier Transistoren mit einem Flammenrelais und zwei Kondensatoren halten das Flammenrelais nur dann in erregtem Zustand, wenn dem Flammensignal das Wechselsignal überlagert ist und damit bewiesen wird, dass der Verstärker funktionsfähig ist. Diese Schaltung ist aber noch nicht eigensicher, weil deren Schaltelemente nicht alle überwacht sind: Weist zum Beispiel

PA 2108

130052/0369

3026797

der eine Transistor einen Kurzschluss auf, dann wird dies nicht erkannt und jeder weitere Kurzschluss eines der übrigen Bauteile ist dann nicht mehr getestet und kann zur Vortäuschung einer Flamme führen.
5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flammenwächter anzugeben, der bei geringem Aufwand eine eigensichere Flammenüberwachung gestattet und darüber hinaus wahlweise sowohl mit Ionisationselektroden als auch mit einer UV-Zelle arbeiten kann. 10

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert:
15

Es zeigen: Fig. 1 eine eigensichere Flammenwächterschaltung

mit einem ersten UV-Fühler-Schaltkreis und Fig. 2 eine ähnliche Flammenwächterschaltung mit

einem zweiten UV-Fühler-Schaltkreis. 20

Die nachfolgend beschriebenen Schattungen, von denen vorerst diejenige nach der Fig. 1 näher beschrieben wird, bestehen im wesentlichen aus folgenden, nach deren Funktionsaufgabe

gegliederten Schaltungsteilen:
25

Einem Fühlerkreis 1 mit Impulserzeugung, der entweder mit einem Ionisationsfühler 2 oder mit einem UV-Fühler 3 betrieben werden kann,

einem Flammenrelais-Kreis 4 sowie

einem Schaltkreis 5 (Fig. 1) bzw. 6 (Fig, 2) zur alternativen Verwendung beim Betrieb mit einem UV-Fühler.

Der Fühlerkreis 1, im folgenden an Hand der Fig. 1 erläutert, besteht aus einer von einer Wechselspannung U. gespeisten Reihen-

130052/0369

schaltung eines Flammenfühlers, sei dies der Ionisationsfühler oder der UV-Fühler 3, mit einem ersten Kondensator 7. Die Wechselspannung U. wird einer ersten Wicklung 8 eines Netztransformators. 9 entnommen und mit einer ersten Leitung 10 an Erde und zu den beiden Fühlern 2 und 3 geführt, während als zweite Leitung eine Sammelleitung 11 dient. Der Kondensator 7 verbindet die Sammelleitung 11 einerseits über einen Schutzwiderstand mit dem Ionisationsfühler 2 und andererseits über eine Zenerdiode 13 und einen Widerstand 14 mit dem UV-Fühler 3. Die weitere Beschreibung der Fig. 1 erfolgt vorerst zusammen mit der Verwendung des Ionisationsfühlers 2.

Durch die Gleichrichterwirkung einer Flamme entsteht über dem Kondensator 7 eine Gleichspannung, deren Polarität auf der Seite der Sammelleitung 11 positiv ist.

An der Sammelleitung 11 ist ein zweiter Kondensator 15 an einer gegenüber der Sammelleitung 11 positiven und weiter unten beschriebenen Gleichspannungsquelle über zwei Ladewiderstände 16 und 17 angeschlossen. Dem Kondensator 15 ist eine Diode parallel geschaltet, die gegenüber der erwähnten Gleichspannung sperrt. Der Verbindungspunkt der Diode 18 mit dem zweiten Kondensator 15 und dem Ladewiderstand 16 bildet einen Eingang 19 zum Flammenrelaiskreis 4.

Die Spannung über dem ersten Kondensator 7 ist durch einen zur Hauptsache aus zwei Transistoren 20 und 21 sowie einer Zenerdiode 22 gebildeten kippenden Schwellenschalter 74 überwacht. Die Kollektor-Emitterstrecke des ersten Transistors 20 ist in Reihe mit zwei Widerständen 23 und 24 dem ersten Kondensator 7 parallel geschaltet, während dessen Basis über die Zenerdiode 22 an die Sammelleitung 11 angeschlossen ist. Ferner besteht, ausgehend vom Verbindungspunkt 25 der beiden Widerstände 23 und 24, eine Reihenschaltung der Emitter-Kollektorstrecke des zweiten Transistors 21 und eines Widerstandes 26 zur negativen Seite des Kondensators 7. Die Basis des ersten

130052/0369

Transistors 20 liegt ferner an der mit dem zweiten Transistor verbundenen Seite des Widerstandes 26, während die Basis des zweiten Transistors 21 an die Verbindung des Widerstandes 23 mit dem ersten Transistor 20 angeschlossen ist. Zwischen dem Verbindungspunkt 25 und dem Eingang 19 zum Flammenrelais-Kreis 4 besteht ferner eine Reihenschaltung einer weiteren Zenerdiode mit einem Widerstand 28.

Bevor auf die Wirkungsweise der beschriebenen Fühlerkreis-Schaltung eingegangen wird, erfolgt eine Erläuterung des Flammenrelais-Kreises 4. Dessen Speisung erfolgt von der vorangehend bereits erwähnten Gleichspannungsquelle aus, die aus einer zweiten Wicklung 29 des Netztransformators 9, einer Diode 30 und einem Glättungskondensator 31 besteht und deren negatives Potential mit der Sammelleitung 11 verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle speist den Flammenrelais-Kreis 4 über einen Lastwiderstand 32 und eine Speiseleitung 33. Zwischen der Speiseleitung und der Sammelleitung 11 besteht ein ein Flammenrelais 34 enthaltender Stromkreis, der aus zwei einander entgegengesetzt gepolten Strompfaden gebildet ist, die beide einen gemeinsamen Kondensator 35 aufweisen. Der erste Strompfad, welcher der Stromflussrichtung der Gleichspannungsquelle entspricht, besteht aus der Reihenschaltung einer ersten Diode 36, einer ersten Wicklung 37 des Flammenrelais 34, einer zweiten Diode 38 und des Kondensators 35. Der zweite Strompfad umfasst wiederum den Kondensator 35, eine dritte Diode 39, eine zweite Wicklung 40 des Flammenrelais 34 und eine vierte Diode 41, die alle miteinander in Reihe geschaltet sind.

Das Flammenrelais 34 weist in den Figuren nicht dargestellte Schaltkontakte auf, mit denen es in erregtem Zustand das Vorhandensein einer Flamme anzeigt. Seine je einem der beiden Strompfade zugeordneten Wicklungen 37 und 40 sind so ausgelegt, dass nur der eine der beiden Strompfade das Flammenrelais 34 zum Anziehen bringen kann, während der andere Strompfad lediglich einen Haltestrom für das Flammenrelais 34 liefert.

130052/0369

30267a?

Im vorliegenden Beispiel kann nur der im zweiten Strompfad 35, 39, 40, 41 fliessende Entladestrom des Kondensators 35 das Flammenrelais 34 zum Anziehen bringen, während der im ersten Strompfad 36, 37, 38, 35 durch die erste Wicklung 37 fliessende Ladestrom des Kondensators 35 das Flammenrelais 34 nur für eine beschränkte Zeitdauer erregt halten kann.

Zum Flammenrelais-Kreis 4 gehört ferner eine Schalteinrichtung, bestehend aus einer Kippstufe aus drei Transistoren 42, 43, 44, deren Eingang 19 die mit den Widerständen 16 und 17 an die Gleichspannungsquelle 29, 30, 31 angeschlossene Seite des Kondensators 15 bildet. Der Ausgangs-Transistor 44 der Kippstufe ist mit seiner Kollektor-Emitterstrecke an die Speiseleitung 33 und an die Sammelleitung 11 angeschlossen und schliesst in leitendem Zustand den das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis kurz.

Der Ausgangs-Transistor 44 ist so gepolt, dass er die Speisespannung über dem ersten Strompfad 36, 37, 38, 35 wegnimmt und an den Lastwiderstand 32 legt, und gleichzeitig den zweiten Strompfad 35, 39, 40, 41 für die Entladung des Kondensators 35 schliesst.

Der zweite Transistor 43 ist mit seiner Kollektor-Emitterstrecke der Kollektor-Basisstrecke des Ausgangs-Transistors 44 parallel geschaltet. Die Basis des zweiten Transistors 43 ist über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 45 und 46 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 16 und 17 und damit an die Gleichspannungsquelle 29, 30, 31 angeschlossen. Der erste Transistor 42 verbindet in leitendem Zustand mit seiner Kollektor-Emitterstrecke den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 45 und 46 des Spannungsteilers mit der Sammelleitung 11. Seine Basis bildet den Eingang 19.

In der beschriebenen Anordnung bestimmt die Polarität der Spannung über dem zweiten Kondensator 15 den momentanen Schaltzustand der drei Transistoren 42, 43, 44.

130052/0369

Unter Verwendung des Ionisationsfühlers 2 arbeitet die beschriebene Einrichtung wie folgt:

Beim Anschliessen des Transformators 9 an eine Netzspannung laden sich die Kondensatoren 15 und 35 auf. Der Kondensator am Eingang 19 der Kippstufe 42, 43, 44 ist innerhalb etwa 25 ms aufgeladen und bewirkt in diesem Zustand, dass der Ausgangs-Transistor 44 sperrt. Der Kondensator 35 im Stromkreis des Flammenrelais 34 kann sich daher über die Dioden 36 und 38 sowie die erste Wicklung 37 des Flammenrelais 34 aufladen. Der dabei durch die Wicklung 37 fliessende Strom genügt nicht, um das Flammenrelais 34 zu erregen.

Sobald am Ionisationsfühler eine Flamme auftrifft, lädt sich der erste Kondensator 7 innerhalb von etwa 0,5 Sekunden bis zur oberen Schwellenspannung des Schwellenschalters 74 auf, das heisst, bis über der Zenerdiode 22 die Durchbruchspannung erreicht ist. Dann wird der erste Transistor 20 leitend und durch die Mitkopplungsschaltung schlagartig auch der zweite Transistor 21. Beide aktivieren einen ersten und einen zweiten Entladestromkreis des ersten Kondensators 7.

Der erste Entladestromkreis dient zur Umladung des zweiten Kondensators 15, wobei ein Entladestrom vom ersten Kondensator 7 über den zweiten Kondensator 15, den Widerstand 28, die Zenerdiode 27, den Widerstand 23 und den Transistor 20 zurück zum Kondensator 7 fliesst. Die Durchflussspannung der Diode 18 begrenzt die Ladespannung des zweiten Kondensators 15. Sobald der Kondensator 7 soweit entladen ist, dass die Spannung über der als spannungsabhängiger Schalter dienenden Zenerdiode 27 unter deren Durchbruchspannung sinkt, beginnt wieder die Umladung des Kondensators 15 in seinen ursprünglichen Zustand.

Der zweite, langer aktivierte Entladestromkreis des ersten Kondensators 7 verläuft über den zur Hauptsache die Restentladedauer bestimmenden Widerstand 24, den Widerstand 23 und den

130052/0369

Transistor 20. Sobald der Spannungsabfall über dem Widerstand die den Transistor 21 leitend haltende Emitter-Basis-Spannung unterschreitet, kippen infolge der Mitkopplung beide Transistoren 21 und 20 zurück und machen den Entladekreis wieder hochohmig. Die Grosse des Widerstandes 24 ist dabei nicht kritisch, sie muss nur genügend tief liegen, um den ersten Kondensator 7 bis zum Rückkippen der Transistoren 20 und 21 genügend entladen zu können·

Sobald die Transistoren 20 und 21 wieder sperren und unter der Voraussetzung, dass die Flamme noch vorhanden ist, lädt sich der Kondensator 7 erneut auf, und das Spiel beginnt von neuem.

Die beschriebene Umladung des zweiten Kondensators 15 bewirkt, dass der Eingangstransistor 42 zum Flammenrelais-Kreis 4 sperrt. Damit werden der zweite sowie der Ausgangs-Transistor 43 bzw. leitend, der Kondensator 35 entlädt sich über die Dioden 39 und 41 und die zweite Wicklung 40. Das Flammenrelais 34 zieht an und wird nun während den folgenden ca. 50 ms vom Entladestrom erregt gehalten. Mit Beendigung der Umladung des zweiten Kondensators 15 bildet sich am Eingang 19 die von der Spannungsquelle 29, 30, 31 erzwungene Polarität innerhalb von etwa 50 ms wieder zurück, was mit dem Widerstand 16 einstellbar ist. Der Eingangs-Transistor 42 wird wieder leitend und damit der Ausgangs-Transistor 44 gesperrt. Der den Kondensator 35 ladende erste Strompfad wird wieder aktiviert und hält das Flammenrelais 34 erregt.

Der vom Flammenfühler 2 beeinflusste Ladezustand des Kondensa-, tors 7 erzeugt, wie vorangehend beschrieben, ein in einem bestimmten vom Flammenfühler beeinflussten Takt erfolgendes Umladen des Kondensators 15. Der sich dauernd ändernde Ladezustand des Kondensators 15 bewirkt seinerseits im Flammenrelais-Kreis 4 ein im gleichen Takt erfolgendes Schalten des Ausgangs-Transistors 44, wodurch das Flammenrelais 34 erregt gehalten werden kann. Um dies zu gewährleisten, darf die Zeit zwischen zwei

130052/0369

Entladungen des Kondensators 35 max. etwa 900 ms betragen, andernfalls der Haltestrom für das Flammenrelais 34 unterschritten wird. Ebenfalls darf die Entladezeit des Kondensators 35 nicht wesentlich kleiner als 50 ms sein, weil sonst der Kondensator für die nachfolgende Wiederaufladung zu wenig entladen ist.

Zur Gewährleistung des nötigen Taktes ist es vorteilhaft, wenn die Zeit des Stromflusses im ersten Entladestromkreis des Kondensators 7 im Vergleich zur Zeit des Stromflusses im zweiten Entladestromkreis klein ist und deren Wirkungsdauer-Verhältnis mindestens 1 : 10 beträgt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Umladung des Kondensators 15, erzeugt durch den ersten Entladestromkreis innerhalb etwa 2 ms, während die Entladung des Kondensators 7 nach etwa 30 ms durch Unterschreiten der unteren Schwellenspannung des Schwellenschalters 74 gestoppt wird.

Da jedes Bauteil der Schaltung am Zustandekommen der beschriebenen Lade- und Entladezyklen beteiligt ist, wird jeder Ausfall durch eine Störung dieses Zyklus und damit durch ein Abfallen des Flammenrelais 34 angezeigt. Daraus ergibt sich die geforderte E igen sicherheit.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass der Flammenfühler ein Ionisationsfühler ist. Das Folgende bezieht sich auf die Verwendung eines UV-Fühlers 3. Dieser besteht aus einer UV-Zelle 47, mit der eine Diode 48 und ein Schutzwiderstand 49 in Reihe geschaltet sind. Da die Reihenschaltung des UV-Fühlers 3 mit dem verhältnismässig hochohmigen Fühlerkreis keine eindeutige Glimmentladung der UV-Zelle 47 gewährleistet,

3Q ist der Kondensator 7 und der dem Kondensator 7 parallel geschaltete Schwellenschalter 74 durch einen Shunt-Widerstand 50 überbrückt.

Die Zenerdiode 13 in der Zuleitung zum UV-Fühler 3 verhindert einerseits eine Entladung des Kondensators 7 über die Widerstände 13, 14 und 50 während den Strompausen und verunmög-

130052/0369

licht andererseits eine Flammenvortäuschung durch eingestreute Wechselspannung in eine allenfalls sehr lange Fühlerleitung. Solche Spannungen überschreiten die Zenerspannung bei weitem und werden daher abgeleitet.
5

Bei vorhandener Flamme ist der durch die UV-Zelle 47 gesteuerte Ladestrom des Fühlerkreises 1 allenfalls trotz des Shunt-Widerstandes 50 noch grosser als der Haltestrom des Schwellenschalters 74. In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass nach erfolgter Aufladung des ersten Kondensators 7 keine weiteren Stromimpulse mehr zum Kondensator 7 gelangen. Diesem Zweck dient der Schaltkreis 5 bzw. 6, der zur zeitweiligen Unterdrückung des von der UV-Zelle 47 gesteuerten Ladestromes zum ersten Kondensator 7 im Takte der Transistoren 42, 43, 44 des Flammenrelais-Kreises 4 wirksam ist.

Im Beispiel der Fig. 1 dient zusammen mit dem durch eine gestrichelte Linie abgegrenzten Schaltkreis 5 eine die Strahlung zur UV-Zelle 47 unterbrechende Vorrichtung 51 zur zeitweiligen Unterdrückung des Ladestromes zum ersten Kondensator 7. Im Strahlengang befinden sich eine feste Blende 52 und eine bewegliche Klappe 53, die durch einen Elektromagneten 54 verschiebbar die Blendenöffnung abdecken kann. Die erwähnten Teile der Vorrichtung 51 sind alle in einem den UV-Fühler 3 bildenden Gehäuse untergebracht. Die eine Zuleitung des Elektromagneten ist mit dem Pluspol der Gleichstromquelle 29, 30, 31 verbunden. In einer zweiten Zuleitung zum Elektromagneten 54, die an den Minuspol, das heisst, an die Sammelleitung 11 angeschlossen ist, befindet sich die Kollektor-Emitterstrecke eines Ausgangs-Transistors 55 einer aus zwei Transistoren 55 und 56 bestehenden Kippschaltung. In dieser ist die Basis-Emitterstrecke des Ausgangs-Transistors 55 der Kollektor-Emitterstrecke des Eingangs-Transistors 56 parallel geschaltet, wobei beide Emitter an der Sammelleitung 11 angeschlossen sind. Die Basis des Ausgangs-Transistors 55 ist zusammen mit dem Kollektor des Eingangs-Transistors 56 über einen gemeinsamen Widerstand 57 mit dem Plus-

PA 2108

130052/0369

pol der Gleichstromquelle 29, 30, 31 verbunden. Die Basis des Eingangs-Transistors 56 ist durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 58 mit einer Zenerdiode 59 und einem Kondensator an die Sammelleitung 11 angeschlossen. Durch einen Abgriff zwisehen dem Kondensator 60 und der Zenerdiode 59 ist der Kondensator 60 ferner mit einem Ladewiderstand 61 und einer den Ladewiderstand 61 überbrückenden Diode 62 zwischen die Speiseleitung 33 und die Sammelleitung 11 und daher mit dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis 35 bis 41 parallel geschaltet. Die Reihenschaltung des Kondensators 60 mit dem Ladewiderstand 61 bzw. der Diode 62 ist daher zusammen mit dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis 35 bis 41 vom Ausgangstransistor 44 kurzschliessbar.

Der Schaltzustand der Kippschaltung 55, 56, und damit auch die Stellung der Klappe 53 im UV-Fühler 3, ist von der Spannung über dem Kondensator 60 abhängig. Im Ruhezustand, das heisst vorerst ohne UV-Strahlung, lädt sich der Kondensator 60 in etwa 300 ms auf die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 59 und dem Spannungsabfall über der Basis-Emitterstrecke des Transistors 56 auf, wodurch der Eingangs-Transistor 56 leitet und der Ausgangstransistor 55 sperrt. Die Blende 52 ist dann offen. Eine dem Elektromagneten 54 parallel geschaltete Diode schützt den Transistor 55 vor Ueberspannungen.

Sobald in der UV-Zelle 47 Stromimpulse auftreten, beginnt sich der Kondensator 7 aufzuladen, wozu die Impulse dreier Halbwellen der Speise-Wechselspannung bereits genügen. Die Impulse müssen nicht zusammenhängend auftreten, sie können im Falle einer schwachen Strahlungsquelle auch einzeln innerhalb 600 ms auftreten und trotzdem noch als 5ignal für die Meldung einer Flamme, wie nachfolgend erläutert, ausgewertet werden. Daraus ist erkennbar, dass von den während 600 ms bei einer Frequenz von 50 Hz auftretenden 30 Halbwellen nur 10 % bereits zu einer Flammenerkennung genügen. Dies bedeutet einen entscheidenden Vorteil des beschriebenen Flammenwächters, dessen UV-Fühlerempfindlichkeit daher sehr hoch liegt.

^{PA 2108} 130052/0369

Sobald die Spannung über dem Kondensator 7 im Fühlerkreis 1 die Triggerspannung seines Schwellenschalters 74 erreicht, wird die bereits vorangehend beschriebene Umladung des Kondensators 15 eingeleitet. Damit kommt die Kippstufe im Flammenrelais-Kreis zum Ansprechen und deren Ausgangs-Transistor 44 wird leitend und bewirkt zweierlei: Erstens lässt der entstehende Entladestromkreis des Kondensators 35 im einen Strompfad über die Wicklung 40 das Flammenrelais 34 anziehen, und zweitens entlädt sich der Kondensator 60 im Schaltkreis 5. Dessen Kippschaltung spricht an, der Elektromagnet 54 wird erregt und die Klappe 53 unterbricht die UV-Strahlung. Eine weitere Ladungszuführung zum Kondensator 7 entfällt und dessen Entladung wird nach etwa 30 ms durch Zurückkippen des Schwellenschalters 74 beendet. Dabei ist die Schaltung so ausgelegt, dass auch von guten UV-ZeI-len 47 unmittelbar nach Fortfall der UV-Strahlung noch ein oder zwei Stromimpulse auftreten können, ohne dass die Umladung zum Kondensator 15 und damit der gesamte Zyklus gestört wird. Demgegenüber wird der Lade- und Entladezyklus im Flammenrelais-Kreis 4 gestört, wenn während der ca. 300 ms dauernden Zellenabdeckung durch die Klappe 53 die UV-Zelle 47 trotzdem unregelmässig auftretende Stromimpulse liefert, eine Erscheinung, die bei alternden UV-Zellen auftritt. Dann fällt das Flammenrelais ab, auch wenn die Flamme korrekt brennt.

Bei störungsfreiem Betrieb bleibt das Flammenrelais 34 innerhalb einer Wiederholungszeit der Entladung des Kondensators 35 zwischen ca. 350 und 950 ms angezogen. Sobald diese Zeiten unter- bzw. überschritten werden, fällt es ab. Dank dem beschriebenen Schaltkreis 5 besteht ein weiterer Vorteil der Einrichtung darin,-dass trotz grosser Fühlerempfindlichkeit jeder Defekt sowohl im Schaltkreis 5 als auch in der UV-Zelle 47 selbst jederzeit, also auch während des Betriebes sehr rasch, das heisst innert weniger als einer Sekunde nach dessen Auftreten angezeigt wird. Daher eignet sich die beschriebene Einrichtung insbesondere für eine im Dauerbetrieb stehende Anlage.

^PA2108 130052/0369

302678?

Demgegenüber ist der Flammenwächter nach der Fig. 2 bezüglich der UV-Ueberwachung nur in Anlagen mit intermittierendem Betrieb eigensicher, da keine sich wiederholende Abdeckung der UV-Zelle 47 erfolgt. Der UV-Fühler 3 kann jedoch im Aufbau einfacher gestaltet werden. Die Schaltung ist bis auf das für den UV-Fühler 3 Gesagte und mit Ausnahme des mit einer unterbrochenen Linie eingefassten Schaltkreises 6 genau gleich wie in der Fig. Der Schaltkreis 6 dient analog dem Schaltkreis 5 der Fig. 1 der zeitweiligen Unterdrückung des weiteren Ladestromes zum Kondensator 7, was jedoch rein elektrisch erfolgt. Bewegliche Teile fallen daher weg.

Der Schaltkreis 6 besteht aus einem mit seiner Emitter-Kollektorstrecke dem ersten Kondensator 7 parallel geschalteten Transistör 64, dessen Kollektor an der Verbindung zwischen der Zenerdiode 13 und dem Widerstand 14 abgegriffen und dessen Emitter an der Sammelleitung 11 angeschlossen ist. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors 64 ist ein Kondensator 65 parallel geschaltet. Zu diesem Zweck ist der Kondensator 65 einerseits an der Sammelleitung 11 angeschlossen und andererseits über eine Zenerdiode 66 und einen Widerstand 67 mit der Basis des Transistors 64 verbunden. Der Basis-Emitterstrecke ist ferner eine dieser Strecke entgegengesetzt gepolte Diode 73 parallel geschaltet. Ausserdem ist der Kondensator 65 in Reihe mit einem Widerstand 68, dem eine Diode 69 parallel geschaltet ist, sowie einem weiteren Widerstand 70 auch dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis parallel geschaltet. Der Kondensator 65 kann daher ebenfalls zusammen mit dem Stromkreis des Flammenrelais 34 vom Ausgangs-Transistor 44 des Flammenrelais-Kreises 4 kurz- ' geschlossen werden. Von der Basis des Transistors 64 aus besteht eine weitere Reihenschaltung eines Widerstandes 71 und einer Diode 72 zu dem die Sammelleitung 33 speisenden Anschluss der Wicklung 29. Dabei ist die Diode 72 so gepolt, dass die an der Basis des Transistors 64 wirkenden Halbwellen phasengleich mit den die UV-Zelle 47 durchfliessenden Halbwellen sind.

^{PA 2108} 130052/0369

^4g>

Der beschriebene Schaltkreis 6 arbeitet wie folgt: In der Betriebsbereitschaft, das heisst wenn noch keine Flamme vorhanden ist, lädt sich der Kondensator 65 über die Widerstände 68 und 70 von der Spannungsquelle 29, 30, 31 her auf. Die Ladespannung wird begrenzt durch den Spannungsabfall über der Zenerdiode 66, dem Widerstand 67 und der Diode 73. Während den negativen Halbwellen an der Diode 72 fliesst nur ein Teil des in die Diode 73 eingeprägten Stromes durch den Widerstand 71 und die Diode ab, so dass der Transistor 64 immer sperrt. Nach dem Entstehen einer Flamme beeinträchtigt daher der dem Fühlerkreis 1 parallel geschaltete Transistor 64 vorerst die Aufladung des Kondensators 7 nicht. Es spielt sich der gleiche Vorgang, wie dies für Fig. 1 beschrieben wurde, ab. Der Kondensator 15 wird umgeladen und der Ausgangs-Transistor 44 schliesst einerseits den Entladestromkreis für den Kondensator 35, und das Flammenrelais 34 zieht an. Andererseits entlädt der Transistor 44 den Kondensator 65 über die Diode 69 und den Widerstand 70. Dadurch kann jetzt jede Halbwelle, für welche die Diode 72 leitend ist, einen Basisstrom im Transistor 64 erzeugen, so dass dieser periodisch leitend wird. Diese Basisstromhalbwellen sind phasengleich mit den Stromimpulsen der UV-Zelle 47. Der UV-Zellen-Strom fliesst daher nicht mehr zum Kondensator 7, sondern wird über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 64 direkt abgeleitet. Damit kann der Kondensator 7 entladen werden, sein Schwellenschalter 74 kippt zurück und der ganze Vorgang läuft von neuem ab.

Der beschriebene Flammenwächter schliesst den Vorteil ein, nur aus einer einzigen, eigensicheren Verstärkerschaltung mit nur einem Relais zu bestehen, die sowohl für Ionisationsfühler als auch für UV-Fühler verwendbar ist, und bei der auch mit einem durch eine periodische Abdeckung eigensicher gemachten UV-Fühler noch hohe Fühlerempfindlichkeiten erreichbar sind. Dank der beschriebenen, dauernd erfolgenden Zustandsänderung der Baugruppen ergibt sich die auf alle Bauteile bezogene Eigensicherheit. Jeder Ausfall eines Bauteiles lässt das Flammenrelais abfallen.

^PA2108 130052/0369

Durch die bewusst gross gewählten Taktverhältnisse der Lade- und Entladezyklen der verschiedenen Kreise, und weil deren Taktfrequenzen überall weit ausserhalb der 50 Hz-Netzfrequenzen liegen, wird die Gefahr einer Flammenvortäuschung infolge der in der Praxis meist unvermeidlichen Wechselspannungseinstreuung auf den Verstärkereingang gänzlich ausgeschlossen.

Die zweckmässige Verwendung der beschriebenen Schaltungen mit UV-Fühlern ist nicht auf diese Fühlertype allein beschränkt, sie könnten entsprechend angepasst auch mit einem Photowiderstand betrieben werden.

130052/0369

ZUSAMMENFASSUNG

Flammenwächter zur wahlweisen Verwendung mit einem Ionisationsfühler (2) oder einem UV-Fühler (3), die in Reihe mit einem ersten Kondensator (7) an eine Wechselspannung (U ) angeschlossen sind. Der Fühlerstrom lädt den Kondensator (7) auf. Ein Schwellenschalter (74) entlädt den Kondensator (7) spannungsabhängig und überträgt dessen Ladung zum Teil auf einen zweiten Kondensator (15) und ladet diesen um. Dessen Spannung beeinflusst den Eingang (19) einer Kippstufe (42, 43, 44). Deren Ausgangsschalter (44) schliesst in zeitlich beschränkt zulässigem Takt den Speisestromkreis eines Flammenrelais (34) kurz. Beim Kurzschliessen entlädt sich ein Kondensator (35) über das Flammenrelais (34), das dann anzieht, der folgende Ladestrom hält das

'5 Flammenrelais (34) erregt. Ferner schliesst der Ausgangsschalter (44) einen weiteren Kondensator (60) kurz und beeinflusst über eine Kippschaltung (56, 55) eine Klappe (53) zur zeitlich begrenzten Abdeckung der UV-Strahlung. Nur die begrenzte Strahlung ermöglicht die Entstehung des zulässigen Schalttaktes, damit das Flammenrelais (34) erregt bleibt.

(Fig. 1) 25

HS/ku

130052/0369

■m.

Leerseite

Claims

■ ·

PATENTANSPRUECHE

MJ Flammenwächter für die Ueberwachung von Flammen an OeI- oder Gasbrennern mit einer an Wechselspannung angeschlossenen Reihenschaltung eines Kondensators (7) und eines Flammenfühlers (2, 3), einem von der Spannung über dem Kondensator (7) beeinflussten Schwellenschalter (74), der beim Erreichen seiner Schaltschwelle ein Signal zum Anziehen des Flammenrelais (34) bewirkt, mit einer Schalteinrichtung (42, 43, 44) zum periodischen Sperren des Signals zum Flammenrelais (34) und gleichzeitiger Entladung des mit dem Flammenfühler (2, 3) in Reihe geschalteten Kondensators (7) sowie mit einem Flammenrelais-Stromkreis (35 bis 41), der das Flammenrelais (34) nur von einem Wechselsignal in seiner eine Flamme anzeigenden Stellung halten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an einem zweiten Kondensator (15), der mit wenigstens einem Ladewiderstand (16, 17) an einer Gleichstromquelle (29, 30, 31) angeschlossen ist, den Schaltzustand der Schalteinrichtung (42, 43, 44) bestimmt, dass der Schwellenschalter (74) zur Entladung des mit dem Flammenfühler (2, 3) in Reihe geschalteten ersten Kondensators (7) einen ersten und einen zweiten Entladestromkreis (15, 18, 28, 27, 23, 20 bzw. 24, 23, 20) aktiviert, wobei der erste Entladestromkreis (15, 18, 28, 27, 23, 20) zur Umladung des zweiten Kondensators (15) dient und aus einer Parallelschaltung des zweiten Kondensators (15) mit einer die Grosse der umgepolten Spannung über dem zweiten Kondensator (15) begrenzenden Diode (18), einem Widerstand (28) und einem den Umladevorgang unterbrechenden spannungsabhängigen Schalter (27) besteht, während im zweiten Entladestromkreis (24, 23, 20) ein die Restentladedauer des ersten Kondensators (7) bestimmender Widerstand (24) angeordnet ist.
2. Flammenwächter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit des Stromflusses im ersten Entladestromkreis (15, 18, 28, 27, 23, 20) im Vergleich zur Zeit des Stromflusses im zweiten Entladestromkreis (24, 23, 20) klein ist und deren Wirkungsdauer-Verhältnis mindestens 1 : 10 beträgt.

130052/0369

3026797
3. Flammenwächter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' dass die von der Polarität der Spannung am zweiten Kondensator (15) beeinflusste Schalteinrichtung eine Kippstufe (42, 43, 44) ist, deren Eingang (19) der mit der Gleichspannungsquelle (29, 30, 31) verbundene Anschluss des Kondensators (15) bildet und deren Ausgangsschalter (44) in leitendem Zustand den das Flammenrelais (34) enthaltenden Stromkreis (34 bis 41) kurzschliesst, während in dem von der Gleichstromquelle (29, 30, 31) vermittelten Ladezustand des Kondensators (15) der Ausgangsschalter (44) offen ist.
4. Flammenwächter nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der das Flammenrelais (34) enthaltende Stromkreis (34 bis 41) aus zwei einander entgegengesetzt gepolten, einen gemeinsamen Kondensator (35) aufweisenden Strompfaden (36, 37, 38, 35; 35, 39, 40, 41) gebildet ist, von denen der erste, der Stromflussrichtung der Gleichspannungsquelle (29, 30, 31) entsprechende Strompfad (36, 37, 38, 35) aus der Reihenschaltung einer ersten Wicklung (37) des Flammenrelais (34), wenigstens einer Diode (36, 38) und des Kondensators (35) besteht, während im zweiten Strompfad (35, 39, 40, 41) der Kondensator (35), wenigstens eine weitere Diode (39, 41) und eine zweite Wicklung (40) des Flammenrelais (34) in Reihe geschaltet sind und dass nur der eine der beiden Strompfade das Flammenrelais (34) zum Anziehen bringen kann, während der andere Strompfad lediglich einen Haltestrom für das Flammenrelais (34) liefert.
5. Flammenwächter nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur der bei geschlossenem Ausgangsschalter (44) im zweiten Strompfad (35, 39, 40, 41) fliessende Entladestrom des Kondensators (35) das Flammenrelais (34) zum Anziehen bringt, während der im ersten Strompfad (36, 37, 38, 35) durch die erste Wicklung (37) fliessende Ladestrom des Kondensators (35) das Flammenrelais (34) nur für eine beschränkte Zeitdauer erregt halten kann.

130052/0369

3026797
6. Flammenwächter nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenfühler (2) ein Ionisationsfühler ist.
7. Flammenwächter nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenfühler eine UV-Zelle (47) ist, dass ein Shunt-Widerstand (50) den ersten Kondensator (7) und den dem Kondensator (7) parallel geschalteten Schwellenschalter (74) überbrückt und dass ausserdem ein im Takt d,er Kippstufe (42, 43, 44) des Flammenrelais-Kreises (4) wirksamer Schaltkreis (5, 6) zur zeitweiligen Unterdrückung des von der UV-Zelle (47) gesteuerten Ladestromes zum ersten Kondensator (7) vorhanden ist.
8. Flammenwächter nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (5) eine die Strahlung zur UV-Zelle (47) unterbrechende Vorrichtung (51) enthält, die mittels einer Kippschaltung (56, 55) von der Spannung über einem Kondensator (60) abhängig gesteuert ist, dass der Kondensator (60) in

Reihe mit wenigstens einem Ladewiderstand (61) und einer den Ladewiderstand (61 ) überbrückenden Diode (62) dem das Flammenrelais (34) enthaltenden Stromkreis (34 bis 41) parallel geschaltet und damit vom Ausgangsschalter (44) im Flammenrelais-Kreis (4) zusammen mit dem das Flammenrelais (34) enthaltenden Stromkreis (34 bis 41) kurzschliessbar ist.
9. Flammenwächter nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass der Schaltkreis (6) aus einem mit seiner Em it ter-Ko I lektorstrecke dem ersten Kondensator (7) des Fühlerkreises (1) parallel geschalteten Transistor (64) sowie einem Kondensator (65) besteht, welcher der Basis-Emitterstrecke des Transistors (64) in Reihe mit einer Zenerdiode (66) parallel geschaltet ist, dass ferner der Kondensator (65) in Reihe mit wenigstens einem Widerstand (68, 70) und einer den Widerstand (68) überbrückenden Diode (69) auch dem das Flammenrelais (34) enthaltenden, vom Ausgangs-Transistor (44) des Flammenrelafs-KreJses (4) kurz-

130052/0369

3026797 t

schliessbaren Stromkreis parallel geschaltet ist, und dass ausserdem an der Basis-Emitterstrecke des Transistors (64) eine dieser Strecke entgegengesetzt gepolte Diode (73) angeschlossen ist und in Reihe mit einer weiteren Diode (72) an der Basis des Transistors (64) eine Wechselspannung so einwirkt, dass deren Halbwellen phasengleich mit den die UV-Zelle (47) durchfliessenden Halbwellen sind.
10. Flammenwächter nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reihenschaltung des Kondensators (7) mit dem UV-Fühler (3) eine Zenerdiode (13) angeordnet ist.

^{PA 2108} 130052/0369