DE19737191A1

DE19737191A1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE19737191A1
Application number: DE19737191A
Authority: DE
Inventors: Christian Welte; Arne Deseyve; Herbert Rehfuss; Juergen Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-07-30

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der Installationsanleitung für die Gas-Kesseltherme CERASTAR der Fa. Junkers von 6/94, Seite 5 ist eine Gasarmatur bekannt, die die Gaszufuhr für eine Kesseltherme über ein Regelventil und zwei Magnetventile steuert. Über eine Bypassleitung läßt sich das Regelventil umgehen. Mit Hilfe einer Einstellschraube läßt sich der Durchfluß durch diese Bypassleitung justieren. Zum Zünden der Kesseltherme bleibt das Regelventil geschlossen. Die Startgasmenge wird der Kesseltherme über den Bypass zugeführt. Um beim Brennerstart eine schlagartige Flammenbildung zu vermeiden, muß über die Einstellschraube die Startgasmenge genau auf die jeweilige Kesseltherme abgestimmt werden. Dieser Abgleich ist für jedes Gerät von Hand durchzuführen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage umfaßt einen Brenner, in dessen Brennstoffzufuhr zumindest ein Ventil angeordnet ist. Eine Signalverarbeitung erzeugt eine Stellgröße für das Ventil. Die Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage zeichnet sich dadurch aus, daß zum Zünden des Brenners die Stellgröße das Ventil im Sinne einer zunehmenden Brennstoffzufuhr ansteuert. Zeitaufwendige mechanische Einstellvorgänge können unterbleiben. Unabhängig von der Art des jeweiligen Brenners lassen sich alle Zündvorgänge in der beschriebenen Weise steuern. Eine brennerabhängige Parametrierung kann unterbleiben. Die die Brennstoffzufuhr steuernde Armatur vereinfacht sich, da eine Bypassleitung zur Einstellung der Zündmenge nicht mehr erforderlich ist. Die einfache Konstruktion der Armatur reduziert sowohl Materialkosten als auch den Aufwand der Herstellung.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung erfolgt die Zunahme der Brennstoffzufuhr kontinuierlich. Damit ist sichergestellt, daß die minimal notwendige Brennstoffmenge dem Brenner zur Verfügung gestellt wird. Ein Überzünden der Flamme läßt sich so vermeiden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Zunahme der Brennstoffzufuhr in Stufen. Dank der diskreten Ansteuerung des die Brennstoffzufuhr beeinflussenden Ventils reduzieren sich sowohl Ansteuerschaltungen als auch die Anforderungen an das Ventil.

In einer weiteren Ausführung ist zum Zünden des Brenners der zeitliche Verlauf der Stellgröße so gewählt, daß das Ventil intermittierend angesteuert ist. Bei einer hochfrequenten Ansteuerung eines Magnetventils stellt sich ein mittlerer Öffnungswinkel ein, der von dem Puls-Pausenverhältnis abhängt. Die mittlere Stellung des Ventils läßt sich dadurch kontinuierlich verändern, obwohl die Ansteuerung lediglich binär erfolgt. Während einer ersten Zeitspanne ist das Ventil im Sinne eines Öffnens und während einer zweiten Zeitspanne im Sinne eines Schließens angesteuert. Mit zunehmender Dauer des Zündvorgangs nimmt die erste Zeitspanne zu. Dadurch wird eine kontinuierliche Brennstoffzufuhr auf einfache Weise erreicht. Der gleiche Effekt stellt sich ein, wenn die zweite Zeitspanne mit zunehmender Dauer des Zündvorgangs abnimmt. Es kommt zu keiner schlagartigen Flammenbildung beim Zünden des Brenners. Bleibt die Summe von erster und zweiter Zeitspanne konstant, kommt es zu keinen unerwünschten Pfeifgeräuschen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung endet die Ansteuerung des Ventils im Sinne einer Zunahme der Brennstoffzufuhr mit Zünden des Brenners. Anschließend erfolgt die Regelung der Heizleistung in Abhängigkeit von bestimmten Temperaturparametern. Der Wechsel in den Normalbetrieb erfolgt automatisch.

In einer vorteilhaften Weiterbildung endet die Ansteuerung des Ventils im Sinne einer Zunahme der Brennstoffzufuhr nach einer dritten Zeitspanne. Damit ist sichergestellt, daß bei einer bekannten Zunahme der Brennstoffzufuhr eine bestimmte Brennstoffmenge nicht überschritten wird, bei der es bekanntermaßen zu einer unerwünschten schlagartigen Flammenbildung kommt.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen aus weiteren abhängigen Ansprüchen ergeben sich aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Aufbau der Vorrichtung, Fig. 2 und 3 mögliche zeitliche Verläufe einer Brennstoffzufuhr sowie Fig. 4 und 5 mögliche zeitliche Verläufe einer Stellgröße.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Ventil 14 steuert eine Brennstoffzufuhr 12 für einen Brenner 10. Das Ventil 14 wird von einer Stellgröße 18 angesteuert, die von einer Signalverarbeitung 16 bereitgestellt wird.

Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Brennstoffzufuhr 12 zu entnehmen. Er nimmt linear bis zu einem dritten Zeitpunkt tmax auf eine maximale Brennstoffzufuhr Pmax zu und bleibt anschließend konstant. Der zeitliche Verlauf der Brennstoffzufuhr 12 gemäß Fig. 3 ist stufenförmig.

Die Stellgröße 18 gemäß Fig. 4 ist binär ausgebildet. Während einer ersten Zeitspanne Ta ist das Ventil 14 im Sinne eines Öffnens angesteuert, während einer zweiten Zeitspanne Tz im Sinne eines Schließens. In Fig. 4 nimmt die erste Zeitspanne Ta erst nach dreimaliger Ansteuerung des Ventils 14 im Sinne eines Öffnens zu, während bei Fig. 5 die Zunahme quasi kontinuierlich erfolgt, wobei die zweite Zeitspanne Tz abnimmt.

Die Signalverarbeitung generiert für den Zündvorgang eine entsprechende Stellgröße 18, mit der das Ventil 14 angesteuert wird. Als Ventil 14 kommt ein Magnetventil zum Einsatz. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar, als Ventil 14 ein über einen Verstellantrieb kontinuierlich bezüglich des Öffnungsverhaltens veränderbares Steuerventil einzusetzen. Der Signalverarbeitung 16 wird eine Wärmeanforderung an den Brenner 10 mitgeteilt. Daraufhin startet sie den Zündvorgang. Das bislang geschlossene Ventil 14 wird nun von einer Stellgröße 18 im Sinne einer zunehmenden Brennstoffzufuhr 12 beaufschlagt. Das als Regelventil arbeitende Magnetventil wird mit einer Regelgleichspannung beaufschlagt, die proportional ist zu dem Öffnungswinkel des Ventils 14. Der Minimalwert der Regelspannung wird mit einer vorgebbaren Rampe kontinuierlich erhöht. Eine Flammenüberwachung erkennt den Zeitpunkt der Zündung des Brenners 10. Beim Zünden wechselt die Signalverarbeitung 16 die Betriebsart und steuert das Ventil 14 im Normalbetrieb an.

Neben einer kontinuierlichen Verstellung der Brennstoffzufuhr 12 läßt sich der Öffnungswinkel des Ventils 14 auch in Stufen beeinflussen, Fig. 3. Für eine bestimmte Dauer ist das Magnetventil mit einer bestimmten Gleichspannung beaufschlagt, die proportional ist zur Brennstoffzufuhr 12. Diese Gleichspannung nimmt erst nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne zu.

Die zunehmende Brennstoffzufuhr 12 kann auch durch eine intermittierende Ansteuerung des Ventils 14 durchführt werden. Die Stellgröße 18 besitzt ein binäres Format, wobei während der ersten Zeitspanne Ta das Ventil 14 im Sinne eines Öffnens, während der zweiten Zeitspanne Tz im Sinne eines Schließens angesteuert ist. Die Stellgröße 18 weist eine Schaltfrequenz beispielsweise von 16 kHz auf. Wegen der Trägheit des Magnetventils stellt sich eine mittlere Ventilstellung ein, die proportional ist zu dem Verhältnis von erster Zeitspanne Ta zu zweiter Zeitspanne Tz. Die Brennstoffzufuhr 12 steigt an, indem die Signalverarbeitung 16 eine Stellgröße 18 mit steigendem Verhältnis von erster Zeitspanne Ta zu zweiter Zeitspanne Tz generiert. Die Zunahme dieses Verhältnisses kann erfolgen, indem entweder bei konstanter zweiter Zeitspanne Tz die erste Zeitspanne Ta kontinuierlich zunimmt, oder bei konstanter erster Zeitspanne Ta die zweite Zeitspanne Tz abnimmt oder die erste Zeitspanne Ta zunimmt und zugleich die zweite Zeitspanne Tz abnimmt. Neben einer kontinuierlichen Veränderung des Verhältnisses von erster Zeitspanne Ta zu zweiter Zeitspanne Tz kann diese auch in Stufen erfolgen. Für eine bestimmte Anzahl von Auf-Zu-Ansteuervorgängen des Ventils 14 bleibt das Verhältnis von erster Zeitspanne Ta zu zweiter Zeitspanne Tz konstant, woran sich eine Zunahme dieses Verhältnisses anschließt. Vorzugsweise werden erste Zeitspanne Ta und zweite Zeitspanne Tz so verändert, daß ihre Summe für eine Ansteuerperiode konstant bleibt, um durch Frequenzänderungen hervorgerufene Pfeifgeräusche zu vermeiden.

Um eine schlagartige Flammenbildung unabhängig davon zu verhindern, ob die Zündung erfolgt ist, wird die Brennstoffzufuhr 12 auf einen maximal zulässigen Wert Pmax begrenzt. Die Stellgröße 18 ist hierbei entsprechend zu wählen. Im Falle der kontinuierlichen Sollwertvorgabe darf die Stellgröße 18 nicht denjenigen Wert überschreiten, der mit der Ventilstellung korrespondiert, die die maximal zulässige Brennstoffzufuhr Pmax hervorruft. Ist die Rampe der Brennstoffzufuhr 12 bekannt, so genügt eine zeitliche Begrenzung dieses Anstiegs auf den dritten Zeitpunkt tmax. Der maximale dritte Zeitpunkt tmax ist auch bei der intermittierenden Betriebsweise des Ventils 14 realisierbar. Das Verhältnis von erster Zeitspanne Ta zu zweiter Zeitspanne Tz wird nur so lange entweder kontinuierlich oder in Stufen erhöht, solange seit Beginn der Zündansteuerung noch nicht der dritte Zeitpunkt tmax überschritten ist. Das sich zu diesem Zeitpunkt einstellende Verhältnis wird für die folgenden Ansteuervorgänge des Ventils 14 beibehalten, bis eine Zündung des Brenners 10 erreicht ist.

Es ist nicht notwendig, die Brennstoffzufuhr 12 vom Wert Null an kontinuierlich oder in Stufen zu erhöhen. Zu Beginn des gewünschten Zündvorgangs wird das Ventil 14 im Sinne einer von Null verschiedenen Brennstoffzufuhr angesteuert. Von diesem Niveau aus erfolgt die Zunahme. Die Zunahme der Brennstoffzufuhr 12 muß zudem nicht linear erfolgen, denkbar wäre auch beispielsweise ein Verlauf nach einer Exponential- Funktion.

Die Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage findet bevorzugte Verwendung für gasbefeuerte Brenner 10. Sie ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage, mit einem Brenner (10), in dessen Brennstoffzufuhr (12) zumindest ein Ventil (14) angeordnet ist, mit einer Signalverarbeitung (16), die eine Stellgröße (18) für das Ventil (14) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zünden des Brenners (10) die Stellgröße (18) das Ventil (14) im Sinne einer zunehmenden Brennstoffzufuhr (12) ansteuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Brennstoffzufuhr (12) kontinuierlich erfolgt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Brennstoffzufuhr (12) in Stufen erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Stellgröße (18) so gewählt ist, daß das Ventil (14) intermittierend angesteuert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (18) so gewählt ist, daß das Ventil (14) während einer ersten Zeitspanne (Ta) im Sinne eines Öffnens und während einer zweiten Zeitspanne (Tz) im Sinne eines Schließens angesteuert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Dauer des Zündvorgangs des Brenners (10) die erste Zeitspanne (Ta) zunimmt und/oder die zweite Zeitspanne (Tz) abnimmt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von erster Zeitspanne (Ta) zu zweiter Zeitspanne (Tz) kontinuierlich oder in vorgebbaren Stufen ansteigt mit zunehmender Dauer des Zündvorgangs.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Ventils (14) im Sinne einer Zunahme der Brennstoffzufuhr (12) mit Zünden des Brenners (10) endet.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Ventils (14) im Sinne einer Zunahme der Brennstoffzufuhr (12) nach einer dritten Zeitspanne (Tmax) endet.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (18) so gewählt ist, daß eine maximale Brennstoffzufuhr (Pmax) nicht überschritten ist.