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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln einer mit Impulsbrennern ausgerüsteten
Ölheizung insbesondere für keramische Brennöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine zu dessen Durchführung dienende Vorrichtung zum Regeln einer mit Impulsbrennern
ausgerüsteten Ölheizung insbesondere für keramische Brennöfen. Solche Ölheizungen
weisen häufig sogenannte Impulsbrenner auf, die mittels einer Pumpe von einem Vorratsbehälter
Heizöl erhalten und dieses in Abhängigkeit von auf sie einwirkenden Impulsen in
den Brennraum der Ölheizung einspritzen. Die auf die ölbrenner einwir# kenden Impulse
werden üblicherweise so eingestellt, daß die von den Brennem während einer Zeiteinheit
eingespritzte öhnenge gerade ausreicht, um im Brennraum der Heizung eine bestimmte
Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Impulsbrenner, die ihre Stromimpulse von einem
Schalt-Transduktor erhalten, stehen meist unter der Einwirkung eines Temperaturfühlers,
der auf eine wählbare Soll-Temperatur einstellbar und an irgendeiner Meßstelle angeordnet
ist, z. 18. in der Brennkammer des keramischen Ofens.
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Bei den üblichen Regelvorrichtungen der vorerwähnten Bauart betätigt
der Temperaturfühler ein Relais, das den Schalt-Transduktor und damit die Impulsbrenner
schlagartig ein- und ausschaltet. Das Ausschalten erfolgt, sobald die Ist-Temperatur
im Brennraum der Heizung aus irgendeinem Grunde die gewünschte Soll-Temperatur überschreitet,
Wenn daraufhin die Ist-Temperatur wieder unter den Soll-Wert absinkt, betätigt der
Temperaturfühler das Schaltrelais im Sinne eines Einschaltens des Transduktors.
Dieses Spiel wiederholt sich dauernd, so daß die Ist-Temperatur im Brennraum ständig
mit recht erheblichen Ausschlägen nach oben und nach unten um den Soll-Wert pendelt,
Bei dieser Art des Einregelns bleibt während der Einschaltperioden des Transduktors
die Gesamtmenge der von ihm in der Zeiteinheit an die Ölbrenner abgegebenen Impulse
unverändert. Sowohl die einzelnen Impulse behalten ihre durch die Auslegung des
Impulsgebers bestimmte Dauer als auch werden die Pausenzeiten zwischen
je zwei aufeinanderfolgenden Impulsen nicht geändert, solange der Schalt-Transduktor
überhaupt Impulse liefert. Es liegt auf der Hand, daß man mit den beiden einzigen
Regelmöglichkeiten »ein« und »aus« nur eine recht grobe Einregelung der Ölheizung
erreichen kann.
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Zur Verfeinerung der Heizungsregelung hat man schon seit längerer
Zeit mit mehreren Stufen arbeitende und meist auf drei Stufen ausgelegte, Regelvorrichtungen
vorgesehen, bei denen die Dauer der einzelnen vom Schalt-Transduktor an die ölbrenner
abgegebenen Impulse selbsttätig regelbar ist. In der ersten Regel-Stufe erhalten
die Ölbrenner Impulse von langer Dauer, so daß sie in der Zeiteinheit eine entm
sprechend große Öhnenge in den Brennraum der Heizung einspritzen, Diese erste Stufe
arbeitet, solange die vom Temperaturfühler ermittelte Ist-Temperatur der Meßstelle
noch verhältnismäßig weit unter dem eingestellten Soll-Wert liegt. Wenn sich die
Ist-Teinperatur der Meßstelle bis auf einen kleinen Abstand dem Soll-Wert genähert
hat, schaltet sich selbsttätig die zweite Stufe des Reglers ein. In dieser erhalten
die ölbrenner vom Schalt-Transduktor Stronlimpulse von geringerer Dauer, so daß
sich das weitere Ansteigen der Ist-Temperatur im Brennraum der Ölheizung verlangsamt.
Wenn die Ist-Temperatur im Brennraum den gewüngchten Soll-Wert uni einige Grade
überschritten hat, schaltet sich der unter dem Einfluß des Temperaturfühlers stehende
Transduktor selbsttätig aus. In dieser dritten Stufe des Mehrstufen-Reglers sinkt
die Igt-Temperatur im Brennraum verhältnismäßig schnell wieder ab. Trotzdem vergeht
stets eine gewisse Zeitspanne, bis die Ist-Temperatur wieder den Soll-Wert unterschreitet
und die Heizölzufuhr zum Breiinraum durch das dann selbsttätig erfolgende Einschalten
der zweiten Reglerstufe wieder aufgenommen wird. Während dieser Zeitspanne fehlt
die küW lende Wirkung, welche das verhältnismäßig kalte Heizöl beim Durchfließen
durch die Brenner insbesondere auf die Brennerdüsen ausübt, Infolgedessen besteht
während jeder Ausschalt-Periode des Transduktors die Gefahr, daß die dann von der'ölzufuhr
abgeschnittenen Brennerdüsen unter dem Einfluß der hohen Brennraumtemperatur verschmoren
und brüchig worden oder bleibende Deformationen erleiden.
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Die Erfindung bezweckt, die vorerwähriten Nachteile, der bekannten
Regelverfahren und -vorrichtungen für Ölheizungen in einfacher und betriebssicherer
Weise
zu beheben. Dem Verfahren nach der Erfmdung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits
die Ist-Temperatur an der Meßstelle des TemperaturfüWers, nachdem dieser einmal
auf einen wählbaren Soll-Wert eingestellt ist, möglichst konstant zu halten und-
andererseits Abweichungen der Ist-Tein#eratur 'vom SoH-Wert innerhalb kürzester
Zeit und ohne ständiges Pendeln der Ist-Temperatur um den Soll-Wert selbsttätig
zu beseitigen. Die erfmdungsgemäße Lösung dieser Doppelaufgabe beruht auf der Erkenntnis'
daß man zum Aufrechterhalten einer konstanten Heizleistung die Dauer der einzelnen
auf die ölbrenner einwirkenden Impulse unverändert lassen muß, nachdem man einmal
diese Impulsdauer nach früheren Erfahrungswerten und empirischen Ermittlungen an
der vorhandenen Heizuno, auf einen bestimmten Wert eingestellt hat. Solange die
Heizung unter normalen Betriebsverhältnissen arbeitet, liefern die ölbrenner ständig
eine Heizölmenge, die zum Aufrechterhalten der normalen Brennraum-Temperatur ausreicht.
Die bei einem Absinken oder Ansteigen der Brennraum-Temperatur erforderliche mengenmäßige
Änderung des eingespritzten Heizöls wird erfmdungsgemäß dadurch vorgenommen, daß
der Impulsgeber der ölbrenner die Pausenzeiten zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen selbsttätig verkürzt oder verlängert. Des weiteren sieht die Erfindung
in Anlehnung an den bekannten Mehrstufen-Regler vor, bei einem Ansteigen der Ist-Temperatur
im Brennraum über den SoR-Wert die vorgenannten Pausenzeiten schlagartig auf das
höchste Maß zu verlängern, bis die Ist-Temperatur den Soll-Wert wieder erreicht,
und dann ebenso schlagartig den Impulsgeber auf den normalen Betriebszustand zurückzuschalten.
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Erfindungsgemäß, ist der zur Steuerung der Impuls-
brenner dienende
vorerwähnte Schalt-Transduktor an einen astabilen Multivibrator angeschlossen, der
Rechteck-Impulse erzeugt und zwei aus Kondensator und Entladewiderstand bestehende
Steuerkreise aufweist. Von diesen dient der eine Steuerkreis zur Einregelung der
Impulsdauer und der andere Steuerkreis zur Einregelung der Pausendauer zwischen
aufeinanderfolgenden Impulsen. Der astabile Multivibrator steht mit dem Temperaturfühler
der Regelvorrichtung in solcher Verbindung, daß dieser Fühler über einen Widerstandsregler
ständig auf den die Pausendauer regelnden Steuerkreis des Multivibrators einwirkt,
während für den ersten Steuerkreis des Multivibrators eine Handeinstellung genügt.
Der vorgenannte, mit seinem Eingang an das vom Temperaturfühler betätigte Meßsystem
angeschlossene Widerstandsregler liegt m# _seinem Ausgang am Kondensator des zweiten
Steuerkreises des astabilen Multivibrators an. Der mit Hilfe des Te m-peraturfühlers
selbsttätig in seinem Widerstandswert verstellbare Widerstandsregler bildet den
Entlädewiderstand dieses Kondensators. Man kann nun ohne weiteres mit bekannten
und üblichen technischen Mitteln zwischen dem Meßsystem des Teniperaturfühl.ers
und- dem Widerstandsregler eine solche Verbindung schaffen, daß dieser Widerstand
sich bei Annäherung der Ist-Temperatur der Meßstelle an den eingestellten Soll-Wert
von unten her zuerst schnell und dann immer langsamer erhöht. und bei überschreiten
des Soll-Wertes durch die Ist-Temperatur schlagartig aufeinen noch zulässigen Höchstwert
ansteigt.
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Der die Impulsdauer regelnde erste Steuerkreis des astabilen Multivibrators
läßt sich in der bereits erwähnten Weise so von Hand einstellen, daß beim Normalbetrieb
der Ölheizung deren Brenner gerade die zum Konstanthalten der Brennraum-Temperatur
erforderliche Ö1menge ständig in den Brennraum einspritzen. Solange die Ist-Temperatur
im Brennraum noch verhältnismäßig weit unterhalb dieses dem Sollwert des Temperaturfühlers
entsprechenden Normalwertes liegt, wird der vorerwähnte Widerstandsregler mit Hilfe
des Temperaturfühlers selbsttätig auf geringsten Widerstandswert eingestellt. Infolgedessen
kann sich der zugehörige Kondensator des Multivibrators sehr schnell entladen und
bringt die Pausen zwischen den einzelnen Rechteck-Impulsen, die der Multivibrator
über den angeschlossenen Schalt-Transduktor an die Impulsbrenner der Ölheizung abgibt,
auf einen Mindestwert.
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Je mehr sich die Temperatur -dem Soll-Wert nähert, um so mehr erhöht
der Temperaturfühler den Widerstandswert des vorgenannten Reglers selbsttätig, so
daß sich dementsprechend die Pausen zwischen den einzelnen Rechteck-Impulsen verlängern
und die in der Zeiteinheit in den Brennraum eingespritzte Heizölnienge kleiner wird.
Stimmen Ist-Temperatur und Soll-Wert überein, so hat der Widerstandsregler denjenigen
Widerstandswert erreicht, der eine für den Normalbetrieb der Ölheizung gerade ausreichende
Pausenlänge zwischen den einzelnen Rechteck-Impulsen im Multivibrator erzeugt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Ist-Temperatur
an der Meßstelle des Temperaturfühlers dem im Meßsystem eingestellten Soll-Wert
von unten her zuerst schnell und dann stufenlos immer langsamer angenähert, bis
der normale Betriebszustand der Heizung erreicht ist, wo Ist-Temperatur und Soll-Wertübereinstimmen.
Dann bleibendieBetriebsverhältnisse der Ölheizung konstant, so daß die Ist-Temperatur
an der Meßstelle nicht wie bei den bekannten Regelverfahren und -vorrichtungen ständig
um den Soll-Wert herumpendelt.
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Wenn nun aus irgendeinem Grund, z. B. bei einer Betriebsstörung der
Anlage, die Ist-Temperatur an der Meßstelle des Temperaturfühlers den wählbaren
Soll-Wert -überschreitet, wird erfliidungsgemäß der Widerstandswert des vom Temperaturfühler
ständig beeinflußten Widerstandsreglers schlagartig auf -ein vorgegebenes noch zulässiges
Höchstmaß vergrößert. Der astabile Multivibrator arbeitet dementsprechend mit langen
Pausen zwischen den einzelnen von ihm abgegebenen Rechteck-Impulsen und die von
den Brennern in der Zeiteinheit in den Brennraum der Heizung eingespritzte Ö1menge
wird zu einem Mindestwert. Wesentlich ist dabei, daß die Brenner auch in diesem
Fall eine wenn auch geringe öhnenge erhalten und dementsprechend noch ausreichend
gekühlt werden. Da die Mindest-ölinenge erheblich kleiner ist als die zur Aufrechterhaltung
des Normalbetriebes erforderliche ölmenge, sinkt die Ist-Temperatur im Brennraum
der Heizung verhältnismäßig schnell ab, bis sie von oben her den eingestellten Soll-Wert
ganz oder auf einen wählbaren kleinen Differenzbetrag erreicht hat. Dann schaltet
der Temperaturfühler selbsttätig die vorerwähnte Unterbrechung aus, also den Widerstandsregler
wieder auf Normalbetrieb um.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist an Hand des
in der Zeichnung veranschaulichten Schaltschemas einer Regelvorrichtung für
Öl-
heizungen näher erläutert, ohne daß jedoch die Erfindung
auf
dieses Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll.
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Ein üblicher (nicht gezeichneter) Temperaturfühler, der an einer beliebigen
Meßstelle wie beispielsweise in der Brennkammer eines keramischen Ofens eingebaut
werden kann, beeinflußt ständig ein auf einen Soll-Wert der Meßstellen-Temperatur
einstellbares Meßsystem 1. Dieses Meßsystem weist einen unter dem Einfluß
des Temperaturfühlers schwenkbaren Zeiger 17 auf, der an einer Meßskala
1 a entlanggleitet und zwei Leichtmetallfähnchen 2 und 12 trägt. Je höher
die vom Temperaturfühler ermittelte Ist-Temperatur an der Meßstelle ist, um so weiter
schwenkt der Zeiger 17 in Richtung auf zwei Induktionsspulen 3 und
13 aus. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß zuerst das sich nach vorn
zu konisch verjüngende Fähnchen 2 in die zugehörige Spule 3
und erst bei weiterem
Ausschwenken des Zeigers 17
das Fähnchen 1.2, das einen rechteckigen Umriß
aufweist, in die zugehörige Spule 13 eintaucht. Solange die Ist-Temperatur
an der Meßstelle noch verhältnismäßig weit unterhalb des im Meßsystem
1 eingestellten Soll-Wertes liegt, nimmt der Zeiger 17 eine Schwenklage
ein, bei welcher die Fähnchen 2 und 12 außer Eingriff mit den zugehörigen Induktionsspulen
3 und 13 stehen.
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An die Induktionsspule 3 ist über einen Verstärker 4 mit Netzteil
5 ein im ganzen mit 6 bezeichneter Widerstandsregler und an diesen
ein astabiler Multivibrator 7 mit Netzteil 8 angeschlossen. Der Rechteck-Impulse
erzeugende Multivibrator 7 steht über einen Schalt-Transduktor
9 mit Netzteil 10 mit einer wählbaren Anzahl von ölbrennern
11 der Heizung in Verbindung. Da dem Schalt-Transduktor 9 lediglich
die Aufgabe zufällt, durch den Multivibrator 7 erzeugte Rechteck-Impulse
zu verstärken, können bis zu fünfzehn Impulsbrenner von 30 V und
30 W an einen Multivibrator angeschlossen sein.
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Der astabile Multivibrator 7 weist zwei Steuerkreise auf, von
denen der eine die Dauer der einzelnen Rechteck-Impulse und der andere die Dauer
der zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Impulsen hegenden Pausen regelt.
Durch Handeinstellung des ersten Steuerkreises wird die Impulsdauer so bemessen,
daß im Normalbetrieb der Anlage, wo also die Ist-Temperatur an der Meßstelle mit
dem eingestellten Soll-Wert des Meßsystems 1 übereinstimmt, die von den Brennern
11 in den Brennraum der Heizung eingespritzte öhnenge zur Aufrechterhaltung
dieses Betriebszustandes gerade ausreicht. Der zweite Steuerkreis des Multivibrators
7, der die Pausenlänge zwischen den einzelnen Rechteckimpulsen regelt, wird
durch den Regler 6 in der Weise beeinflußt, daß dessen Widerstand den Entladewiderstand
für den Kondensator dieses Steuerkreises bildet.
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Die von der Induktionsspule 3 gelieferte, über den Verstärker
4 im Eingang A des Widerstandsreglers 6
ankommende Spannung hat ihren
Höchstwert von beispielsweise 15 V, solange das Zeigerfähnchen 2 nicht in
das Induktionsfeld der Spule 3 eintaucht. Vom Eingang A aus gelangt
die Spannung innerhalb des Reglers 6 über einen Spannungsteiler 22 und ein
Potentiometer 21 zur Basis eines Transistors 20, der in Parallelschaltung zu einem
Fest-Widerstand 18 an den Punkten C und D des Reglerausganges
B anliegt. Zwischen Punkt C und Transistor 20 befindet sich ein Kontakt
19, der mittels eines Schaltrelais 16 selbsttätig zu öffnen und zu
schließen ist. Das Schaltrelais 16 steht über einen Verstärker 14 mit Netzteil
15 in Verbindung mit der Induktionsspule 13, die mit dem Fähnchen
12 des Zeigers 17 vom Meßsystem 1 zusammenarbeitet. Wenn das Fähnchen
12 in die Spule 13 eintaucht, wird deren Feld wegen ödes rechteckigen Umrisses
von Fähnchen 12 schlagartig unterbrochen, so daß das Schaltrelais 16 ausfällt
und der Kontakt 19 sich öffnet. Das ist, wie bereits erwähnt, dann der Fall,
wenn die Ist-Temperatur an der Meßstelle den eingestellten Soll-Wert des Meßsystems
1
aus irgendeinem Grunde überschreitet. Dann liegt zwischen den Punkten
C und D des Regler-Ausganges B nur der Fest-Widerstand 18 von
vorgegebener Größe.
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So lange der Kontakt 19 offensteht, beeinflußt der Fest-Widerstand
18 des Reglers 6, der dann als Entladewiderstand für den zugehörigen
Kondensator des Multivibrators 7 dient, den die Pausenlängen regelnden Steuerkreis
des Multivibrator so, daß beispielsweise die ölbrenner 11 dreißig Impulse
je Minute erhalten. Ein weiteres Absinken der Impulszahl ist wegen der Anordnung
des Fest-Widerstandes 18 im Regler 6 nicht möglich. Die vorgenannte
Impulszahl reicht zwar für eine hinreichende Kühlung der Brennerdüsen aus, nicht
aber für eine Aufrechterhaltung der Ist-Temperatur im Brennraum der Heizung. Dafür
wären beispielsweise fünfundsiebenzig Impulse je
Minute erforderlich. Diese
nach vorliegenden Erfahrungen ermittelte Irnpulszahl läßt sich mit Hilfe des Potentiometers
21, das je nach Einstellung den Widerstand zwischen den Punkten
C und D des Reglers 6
bei eingerücktem Kontakt 19 entsprechend
ändert, von Fall zu Fall fein einregeln. Beim Probebetrieb der ölheizung werden
die normale Impulszahl mit Hilfe des Potentiometers 21 und die normale Dauer der
einzelnen Rechteck-Impulse empirisch ermittelt und die Regelvorrichtung der Heizung
entsprechend eingestellt. Die normale Impulszahl entspricht einer gewissen Eintauchtiefe
des Zeigerfähnchens 2 in die zugehörige Induktionsspule 3.
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Solange sich das Zeigerfähnchen 2 außerhalb der Spule 3 befindet,
und diese mit voller Spannung auf den Regler 6 einwirkt, erhält der Transistor
20 dieses Reglers an seiner Basis volle negative Spannung und ruft infolgedessen
zwischen den Punkten C und D des Reglerausganges B einen kleinstmöglichen
Widerstand hervor. Der mit entsprechend kleinem Entladungswiderstand arbeitende
astabile Multivibrator 7 gibt dabei beispielsweise einhundertdreißig Impulse
je Minute an die ölbrenner 11 ab. Sobald jedoch beim Ansteigen der Ist-Temperatur
an der Meßstelle der Zeiger 17 des Meßsystems 1 so weit ausschwenkt,
daß sein Fähnchen 2 in die Induktionsspule 3 eintaucht, verringert sich deren
Spannung wegender konischen Umrißform des Fähnchens 2 nur allmählich. Dementsprechend
erhöht sich der Widerstandswert des Reglers 6, bis bei übereinstimmung zwischen
Ist-Temperatur an der Meßstelle und eingestelltem Soll-Wert des Meßsystems
1 der für die Aufrechterhaltung des Normalbetriebes erforderlich empirisch
ermittelte Widerstandswert erreicht ist.
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Bei dem vorbesehriebenen Ausführungsbeispiel sind sämtliche zwischen
dem Temperaturfühler und den Impulsbrennem 11 vorgesehenen Steuer- und Regelglieder
als Elektrogeräte ausgebildet. Wie es keiner weiteren Erläuterungbedarf, kann man
gegebenenfalls an Stelle des Schalt-Transduktors 9 auch gesteuerte Gleichrichter
vorsehen und/oder die elektromechanische
Steuerung des Multivibrators
7 mit Hilfe der Steuerungsgfieder 2 bis 5 durch eine Photozellen-Steuerung
ersetzen ugw. Maßgeblich für die Verwirklichung der Erfindung ist nur, daß
die Einspritzperioden der Impulsbrenner 11 nach einmal erfolgter Grundeinstellung
unverändert bleiben und lediglich die Pausenzeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen selbsttätig verkürzt oder verlängert werden. Und zwar in dem vorbeschriebenen
Sinne derart, daß die Ist-Temperatur an der Meßstelle des Temperaturfühlers mit
dem eingestellten Soll-Wert selbsttätig zur übereinstimmung gebracht und dann ohne
Pendeln um den Soll-Wert auf der betreffenden Höhe gehalten wird.