DE3013281A1

DE3013281A1 - Brenner-steuerschaltkreis

Info

Publication number: DE3013281A1
Application number: DE19803013281
Authority: DE
Inventors: Gregory M Miles
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-04-09
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1980-10-23
Also published as: CA1132680A; IT8048333A0; US4235587A; DK150680A; IT1127425B; FR2454055A1; JPS55137422A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschaltkreis nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. In der vergangenen Jahren hat sich die Betriebsweise von Brennern auf Grund der gestiegenen Brennstoffkosten verändert. Zuvor wurden Brenner und insbesondere ölbrenner mit einer intermittierend arbeitenden Zündeinrichtung und einem Verbrennungsluftstrom betrieben, wobei eine Flamme durch einen Fühler kontinuierlich überwacht wurde. Als Fühler wurde normalerweise eine Cadmiumsulfidzelle verwendet.

Bei älteren Ölbrennersteuerungen wurde die Zündeinrichtung immer dann betätigt, wenn Brennstoff der Verbrennungskammer zugeführt wurde. Diese Betriebsart wurde als sehr sicher betrachtet, da kaum die Möglichkeit bestand, daß die Flamme ausging und keine Zündeinrichtung zum Wiederanzünden des Brennstoffes vorhanden war. Ausßerdem ergab sich kaum ein Problem bezüglich der Photozelle und der irrtümlichen Signalisierung einer Flamme auf Grund einer heißen feuerfesten Wand des ölbrenners. Die Gesamtüberwachung der Betriebsweise des Systems beruhte auf der Photozelle und einem Sicherheitsschalter, der sofort die Ölzufuhr und die Zündung im Falle eines Verlustes der Flamme abschaltete. Der Verlust der Flamme wurde normalerweise durch die Photozelle erfaßt und da die Photozelle ein relativ langsames Ansprechverhalten aufwies, blieb die Zündeinrichtung noch eine Weile eingeschaltet, wodurch die Ansammlung von Brennstoff verhindert wurde.

Zur Anpassung an die höheren Betriebskosten werden ölbrenner nunmehr allgemein mit einer unterbrochenen Zündeinrichtung betrieben. Die Qualität des Brennstoffes unterliegt heute gegenüber früher beträchtlichen Veränderungen. Diese Veränderung in der Brennstoffqualität und der unterbrochene Betrieb der Zündeinrichtung führt zu einer unstabilen Flamme und kann sehr viel leichter zu einem Verlust der Flamme führen. Im Falle eines Flammenverlustes und bei ausgeschalteter Zündeinrichtung benötigt die Photozelle eine kurze Zeitdauer, um anzusprechen. Diese Ansprechzeit kann durch eine heiße Brennerwand noch ausgedehnt werden. Während eines solchen Flammenverlustes und bei einer

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heißen Brennerwand kann bei nicht eingeschalteter Zündeinrichtung der ölbrenner noch öl zuführen, welches nicht in der richtigen Weise gezündet wird und einen unsicheren Zustand hervorruft, bevor ein Sicherheitsschalter das Abschalten des ganzen Brenners bewirkt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Steuerschaltkreis der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf Grund eines verbesserten Ansprechverhaltens ein derartiger unsicherer Zustand nicht auftreten kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Halbleiter-ölbrenner-Zündsteuerung mit einem verbesserten Ansprechverhalten im Falle eines Erlöschens der Flainme im Brenner. Der auf die Flamme ansprechende Steuerschaltkreis ist daher beispielsweise an eine Cadmiumsulfid-Photozelle angeschlossen. Der Steuerschaltkreis spricht sehr schnell auf das Erlöschen der Flamme in einem Brenner an, indem die Änderungsgeschwindigkeit hinsichtlich des Widerstandes der Photozelle erfaßt wird. Dies ermöglicht dem Steuerschaltkreis eine Reaktion lange bevor der Widerstand der Photozelle einen Pegel erreicht hat, dessen absolutes Potential für die Betätigung des Schaltkreises ausreichend ist.

Es hat sich beim Studium des Antwortverhaltens von auf Flammen ! ansprechenden Photozellen herausgestellt, daß/ sobald die Hauptflamme in einem Brenner erloschen ist, der Zellenwiderstand so- : fort scharf ansteigt. Um ein falsches Ansprechen zu vermeiden, | wurde in bekannten Steuerschaltkreisen ein absoluter Potential- j pegel zur Auslösung des Schaltkreises benutzt, wobei dieser Pegel beträchtlich über dem Wert liegt, der auf Grund der sofortigen Widerstandsreaktion sich beim Erlöschen einer Flamme einstellt. Bei Brennern mit einer großen Rückspiegelung auf Grund der hocherhitzten Wände kann die Veränderung auf den absoluten Potentialpegel einige Sekunden in Anspruch nehmen, da die Photozelle von

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der heißen Wand auch nach dem Erlöschen der Flamme noch Strahlung aufnimmt.

Der erfindungsgemäße Steuerschaltkreis erfaßt die plötzliche Widerstandsänderung der Photozelle, um anzuzeigen, daß eine Flamme erloschen ist. Ein derartiger Steuerschaltkreis spricht nicht auf die Strahlung der heißen Wände an, die ansonsten die Sicherheitsabschaltung eines zugeordneten ölbrenners verzögert. Das Erlöschen einer Flamme wird sofort erfaßt und durch den Steuerschal tkreis ausgewertet. Durch das sofortige Ansprechen beim Erlöschen der Flamme kann die Zündeinrichtung, die mit Unterbrechungen betrieben wird, sofort eingeschaltet werden, um entweder eine Flamme wieder zu bilden oder die Zündung eingeschaltet zu halten, bis ein zugeordneter Sicherheitsschaltkreis die gesamte Brenneranordnung in sicherer Weise abschaltet.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltkreis für einen Teil einer verbesserten Ölbrennersteuerung; und

Fig. 2 einen Schaltkreis einer vollständigen ölbrennersteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerschaltkreises ist in Fig. 1 dargestellt. Der Schaltkreis gemäß Fig. 1 wird im Zusammenhang mit einem Brenner und insbesondere mit einem Ölbrenner verwendet. Teile eines ölbrenners sind dargestellt, wobei jedoch nicht alle für einen Brenner erforderlichen Komponenten berücksichtigt worden sind.

Eine Gleichstromquelle ist an ein Paar von Anschlüssen 10 und 11 des Steuerschaltkreises angeschlossen. Die Spannung zwischen den Anschlüssen 10 und 11 stellt eine geregelte und gefilterte Gleichspannung dar. Der Anschluß 10 ist über einen Ruhekontakt 12 mit einem Anschluß 13 verbunden. Der Anschluß 13 kann an eine Steuereinrichtung angeschlossen werden, wie beispielsweise einen

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Thermostaten 14, der mit seinem anderen Kontakt an einen Anschluß 15 angeschlossen ist. Durch das Schließen des Thermostaten 14 wird das Gleichspannungspotential am Anschluß 13 an den Anschluß 15 angelegt, von wo es wiederum auf eine gemeinsame Leitung geschaltet wird, die die Betriebsspannung für einen flammenempfindlichen Steuerschaltkreis 17 führt. Der mit dem negativen Potential verbundene Anschluß 11 ist an eine Leitung 18 angeschlossen, die das Bezugspotential für den Steuerschaltkreis 17 vorgibt.

Ein Brückenschaltkreis 20 besteht aus einer Reihe von Widerständen 21, 22, 23 und 24 und aus einem Kondensator 25. Der Widerstand 22 ist zwischen zwei Anschlüsse 26 und 27 geschaltet, zwischen denen ebenfalls eine Photozelle 30 angeordnet ist. Die Photozelle 30 erfaßt eine Flamme und verändert ihren Widerstand, wenn sie dem Licht einer Flamme ausgesetzt ist. Typischerweise besteht die Photozelle 30 aus einer Cadmiumsulfidzelle, die ihren Widerstand von einem relativ hohen Wert bei dunkler Umgebung in einen relativ geringen Wert von ungefähr 200 Ω. beim Vorhandensein einer Flamme verändert. Der Widerstand der Photozelle 30 kann bei Beleuchtung auf ungefähr 1000£u ansteigen, wobei dieser Wert als der höchste in der Praxis vorkommende Wert für eine beleuchtete Cadmiumsulfidzelle darstellt. Der der Photozelle 30 parallelgeschaltete Widerstand 22 besitzt typischerweise einen Wert in der Größenordnung von 2000 Si oder höher, wobei der Wert in Abhängigkeit vom Installationstyp veränderlich ist. Der Wert des Widerstandes 22 muß größer als der Wert des Widerstandes der Photozelle 30 sein, wenn diese einer Flamme in einem ölbrenner ausgesetzt ist.

Die Widerstände 21, 22 und 24 besitzen einen gemeinsamen Schaltungspunkt 31, während die Widerstände 23 und 24 zusammen mit dem Kondensator 25 exnen gemeinsamen Schaltungspunkt 32 besitzen. Der Schaltungspunkt 31 ist mit dem invertierenden Eingang 33 eines Operationsverstärkers 34 verbunden. Der Operationsverstärker 34 besitzt einen nicht invertierenden Eingang 35, der an den Schaltungspunkt 32 angeschlossen ist. Der Operationsverstärker 34 besitzt ferner einen Ausgang 36, der über einen

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Rückkopplungswiderstand 3 7 mit dem nicht invertierenden Eingang 35 verbunden ist, um eine positive Rückkopplung für den Operationsverstärker 34 vorzugeben, so daß dieser als Schalter arbeitet.

Der Ausgang 36 des Operationsverstärkers 34 ist über eine Diode 40 und eine Leitung 41 mit dem invertierenden Eingang 4 2 eines weiteren Operationsverstärkers 43 verbunden. Der Operationsverstärker 4 3 ist mit einem nicht invertierenden Eingang 44 an einen Schaltungspunkt 45 zwischen einem Paar von Widerständen und 4 7 angeschlossen, die einen Spannungsteiler zur Vorgabe einer Schaltspannung für den Operationsverstärker 43 bilden. Zwischen die Leitung 41 und die Leitung 16 ist ferner ein Kondensator 50 und hierzu parallel ein Widerstand 51 geschaltet, wodurch eine Zeitverzögerungsfunktion vorgegeben wird, wie dies noch im Zusammenhang mit der Betriebsweise der Schaltungsanordnung erläutert wird. Der Operationsverstärker 4 3 besitzt einen Ausgang 52, der über einen Widerstand 53 auf den nicht invertierenden Eingang 44 des Operationsverstärkers 43 zurückgeführt ist, um erneut über eine positive Rückkopplung dem Operationsverstärker 43 ein Schaltverhalten vorzugeben.

Der Ausgang 52 des Operationsverstärkers 43 ist ferner über ein Relais 54 an die Leitung 18 angeschlossen. Bei Betätigung des Relais 54 wird ein Arbeitskontakt 55 geschlossen, wodurch eine Zündeinrichtung 56 eingeschaltet wird. Die Zündeinrichtung 56 ist bei einem ölbrenner normalerweise ein Zündtransformator oder eine Halbleiter-Zündfunkenerzeugungseinrichtung. Die Art der Zündeinrichtung 56 ist für die vorliegende Erfindung ohne Interesse. Es liegt jedenfalls auf der Hand, daß immer dann, wenn das Relais 54 durch eine positive Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 43 erregt wird, der Relaiskontakt 55 geschlossen wird und die Zündeinrichtung 56 an Spannung legt.

Der Steuerschaltkreis 17 besitzt ferner einen Brennstoffzufuhr-Steuerkreis 60 mit einem Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 61 und 62, deren gemeinsamer Schaltungspunkt 63 an den

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nicht invertierenden Eingang 64 eines Operationsverstärkers 65 angeschlossen ist. Der Eingang 64 ist ferner über einen Widerstand 66 mit dem Ausgang 67 des Operationsverstärkers 65 verbunden, um erneut mittels einer positiven Rückkopplung ein Schaltverhalten für den Operationsverstärker 6 5 vorzugeben. Der Operationsverstärker 65 ist ferner mit seinem invertierenden Eingang 68 über eine Leitung 70 an den Schaltungspunkt 31 angeschlossen, der mit dem Anschlußpunkt 26 der Photozelle 30 zusammenfällt. Es ist somit erkennbar, daß der Operationsverstärker 65 ein direktes Eingangssignal von der Photozelle 30 empfängt, das in keiner Beziehung zu dem Signal steht, das durch die Brückenschaltung 20 der Operationsverstärkeranordnung 34 und 43 zugeführt wird.

Der Ausgang 67 des Operationsverstärkers 6 5 ist über einen Widerstand 71 an die Basis 72 eines Transistors 73 angeschlossen. Der Transistor 73 ist mit seinem Emitter über ein Sicherheitsschalter-Heizelement 74 an die Leitung 16 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 73 ist über ein Relais 65 mit der Leitung 18 verbunden und das Relais 75 wirkt über eine mechanische Verbindung 76 auf einen Arbeitskontakt 77 ein, der die Brennstoffzufuhr aus einer Brennstoffquelle 78 steuert. Die Brennstoffquelle 78 besteht typischerweise aus einem ölsteuerventil und einem durch einen Motor erzeugten Verbrennungsluftstrom. Immer, wenn der Kontakt 77 geschlossen ist, wird Brennstoff und Luft durch die Brennstoffquelle 78 zugeführt und durch die Zündeinrichtung 56 gezündet, wie dies bei einem ölbrenner üblicherweise der Fall ist.

Das Relais 75 besitzt einen weiteren Arbeitskontakt 80, der den Kollektor des Transistors 73 über eine Zenerdiode 81 mit der Leitung 16 verbindet. Beim Schließen des Kontaktes 80 durch das erregte Relais 75 wird direkt das Potential auf der Leitung 16 über die Zenerdiode 81 dem Relais 75 zugeführt, um dieses in seinem erregten Zustand zu halten. Der Grund für diese Selbsthaltung wird nachfolgend bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Steuerschaltkreises beschrieben.

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- ίο -

Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltkreises sei nunmehr dessen Wirkungsweise beschrieben:

Zunächst sei die normale Betriebsweise des Steuerschaltkreises 17 beschrieben, bevor auf die neue Funktion näher eingegangen wird. Bei geschlossenem Sicherheitsschalter 12 wird bei einer Wärmeanforderung durch den Thermostaten 14 das Gleichsspannungspotential zwischen den Leitungen 16 und 18 angelegt und der gesamte Schaltkreis mit Spannung versorgt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Photozelle 30 einer dunklen Brennerumgebung ausgesetzt und besitzt einen sehr hohen Widerstand, normalerweise in der Größenordnung von einigen Tausend Ohm. An die Brückenschaltung 20 wird hierbei ebenfalls unmittelbar die Spannung angelegt, wobei der Kondensator 25 anfänglich vollständig entladen ist. Da der Kondensator 25 entladen ist, stellt sich eine sehr niedrige Spannung an dem gemeinsamen Schaltungspunkt 32 ein und die sich unmittelbar an dem Schaltungspunkt 31 aufbauende Spannung besitzt einen höheren Wert. Diese Differenzspannung wird den Eingängen 33 und 35 des Operationsverstärkers 34 zugeführt, wodurch dieser auf einen niedrigen Ausgangswert umschaltet und der Ausgang 36 in etwa auf das Potential auf der Leitung 18 gebracht wird. Hierdurch fließt ein Strom durch den Widerstand 51 und der Kondensator 50 wird aufgeladen. Die Spannung auf der Leitung 41 wird am invertierenden Eingang 42 mit der unmittelbar in dem Schaltungspunkt 45 und damit an dem nicht invertierenden Eingang 44 auftretenden Spannung verglichen. Da der Ausgang 36 des Operationsverstärkers 34 sich etwa auf dem Potential der Leitung 18 befindet, entspricht die Spannung auf der Leitung 41 im wesentlichen der negativen Spannung auf der Leitung 18. Der Operationsverstärker 43 besitzt eine relativ hohe zugeführte Differenzspannung, so daß sein Ausgang 52 auf die positive Spannung auf der Leitung 16 umschaltet. Durch diese relativ positive Spannung wird das Relais 54 sofort erregt und schließt den Kontakt 55, um die Zündeinrichtung 56 zu betätigen.

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Zu diesem Zeitpunkt wird die in dem Schaltungspunkt 31 auftretende relativ positive Spannung über die Leitung 70 dem invertierenden Eingang 68 des Operationsverstärkers 6 5 zugeführt. Die relativ positive Spannung an dem invertierenden Eingang 68 veranlaßt den Operationsverstärker 6 5 zur Umschaltung seines Ausganges 67 auf etwa die Spannung der Leitung 18. Hierdurch wird die Basis 72 des Transistors 73 auf ein relativ negatives Potential heruntergezogen und der Transistor 73 gelangt in den stromführenden Zustand. Somit fließt ein Strom über den Sicherheitsschalter-Heizwiderstand 74, den Transistor 73 und das Relais 75. Das Relais 75 zieht an und schließt den Kontakt 77, um die Brennstoffzufuhr 78 zu betätigen, wodurch Luft und Öl dem Brenner zugeführt wird. Da die Zündeinrichtung ebenfalls eingeschaltet worden ist, wird durch die Zuführung des Brennstoffes ein normaler Zündzyklus unmittelbar ausgelöst. Diese Betriebsweise wird aufrechterhalten, indem das Relais 75 ebenfalls den Kontakt 80 schließt, wodurch das Relais 75 verriegelt wird, so daß es nur noch durch Entfernung des Potentials zum Abfall gebracht werden kann. Während dieser Zeit beginnt sich die Sicherheitsschalter-Heizeinrichtung 74 aufzuheizen, während die Zündung des Brenners versucht wird.

Sobald eine Flamme erscheint, verändert die Photozelle 30 ihren Widerstandswert auf einen sehr geringen Wert und das Potential in dem Schaltungspunkt 32 ist auf Grund der Aufladung des Kondensators 25 auf einen relativ positiven Wert angestiegen. Der relativ geringe Widerstand der Photozelle 30 zusammen mit dem parallel geschalteten Widerstand 22 ruft nunmehr eine Umschaltung des Operationsverstärkers 34 an seinem Ausgang 36 auf ein hohes positives Potential hervor, wodurch die Diode 40 in Sperrrichtung vorgespannt wird. Diese Vorspannung in Sperrichtung der Diode 40 erlaubt dem Kondensator 50 eine Entladung über dem Widerstand 51, wodurch eine Zeitverzögerung vorgegeben wird, während der die Zündeinrichtung 56 weiterhin betätigt wird. Sobald der Zeitverzögerungseffekt auf Grund der Entladung des Kondensators 50 über den Widerstand 51 abgeklungen ist, steuert die Spannung an dem invertierenden Eingang 4 2 nicht mehr länger

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den Operationsverstärker 4 3 und die Spannung des Spannungsteilers aus den Widerständen 46 und 4 7 verursacht am nicht invertierenden Eingang 44 die Umschaltung des Operationsverstärkers auf ein niedriges negatives Potential am Ausgang 52. Die Umschaltung auf das niedrige Potential nach der Zeitverzögerung ruft eine Öffnung des Kontaktes 55 hervor, wodurch die Zündeinrichtung 56 abgetrennt und ein unterbrochenes Zündsystem für den Ölbrenner gebildet wird. Der Operationsverstärker 6 5 hat an seinem Ausgang das hohe positive Potential eingenommen und schaltet über den Transistor das Heizelement 74 ab.

Die bis hierhin beschriebene VJirkungsweise stellt die normale Schaltfolge bei einer ölbrennersteuerung dar, wenn kein Flammenausfall aufgetreten ist. Wenn ein Flammenausfall in dem Brenner auftritt, so beginnt die Photozelle 30 ihren Widerstandswert anzuheben. Der Widerstandsanstieg ist anfänglich sehr scharf ausgeprägt und geht in einen allmählichen Anstieg über, wenn sich die heißen Wände des Brenners abzukühlen beginnen. Wenn das System auf Grund des absoluten Widerstandswertes der Photozelle 30 betrieben wird, so verstreicht eine beträchtliche Zeit, ausgehend von dem Erlöschen der Flamme bis zu dem Zeitpunkt, wo die Zündeinrichtung wieder eingeschaltet wird. Durch die vorliegende Erfindung wird dieses Problem der verzögerten Einschaltung der Zündung vermieden. Der plötzliche Anstieg des Widerstandes der Photozelle 30 wird unmittelbar von dem Anschluß 26 bzw. dem Anschluß 31 auf den invertierenden Eingang 33 des Operationsverstärkers 34 gegeben. Der plötzliche Widerstandsanstieg wird durch die Widerstands/Kondensatoranordnung der Brücke 20 erfaßt und ruft eine sofortige Umschaltung des Operationsverstärkers 34 auf ein niedriges negatives Potential an seinem Ausgang 36 hervor. Hierdurch wird andererseits der invertierende Eingang 4 2 des Operationsverstärkers 43 unmittelbar auf das niedrige negative Potential heruntergezogen, so daß dieser an seinem Ausgang 52 auf das hohe positive Potential umschaltet und über das angezogene Relais 54 und den zugeordneten Arbeitskontakt 55 erneut die Zündeinrichtung 56 betätigt. Die die Widerstandsänderung erfassende Schaltungsanordnung am Eingang des

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Operationsverstärkers 34 hält das Relais 54 für eine ausreichend lange Zeit erregt, so daß zwei Dinge geschehen können. Entweder wird eine Flamme neu gebildet und die Photozelle 30 nimmt einen niedrigen Widerstandswert ein oder die durch die Photozelle 30 erfaßte Umgebung der Brennkammer gestattet einen Anstieg des Widerstandes der Photozelle auf einen ausreichend hohen Wert, so daß der Operationsverstärker die Zündeinrichtung 56 weiter betätigt. Wenn die Flamme nicht wieder gebildet wird, so verursacht der relativ hohe absolute Potentialwert des Schaltungspunktes 31 auf der Leitung 70 die Umschaltung des Ausganges 67 des Operationsverstärkers 65 auf ein niedriges negatives Potential, wodurch der Transistor 73 wieder Strom zu führen beginnt. Wenn der Transistor fortfährt, beliebig lange Strom zu führen, so wird die Sicherheitsschalter-Heizeinrichtung 74 aktiviert und öffnet den Kontakt 12, wodurch der gesamte Steuerschaltkreis von der Spannung abgetrennt wird. Der Sicherheits-Schaltmechanismus erfordert eine Rückstellung von Hand und verweist auf einen Fehler, der den Eingriff einer Bedienungsperson erfordert.

Es ist somit erkennbar, daß das vorliegende System eine die Änderungsgeschwindigkeit des Photozellenwiderstandes erfassende Einrichtung verwendet, die die Zündung steuert und die mit einer auf den absoluten Widerstandswert ansprechenden Pegelsteuerung für die Brennstoffsteuereinrichtung 60 kombiniert ist. Das vorliegende System erkennt das Erlöschen der Flamme durch den unmittelbaren scharfen Anstieg des Widerstandes der Photozelle und es verwendet diese Änderungsgeschwindigkeit zur unmittelbaren Wiedereinschaltung der Zündeinrichtung.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerschaltkreises dargestellt, wobei soweit möglich, gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet wurden.

Ein Paar Anschlüsse 100 und 101 sind an eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise an die Netzspannung angeschlossen. Die j Anschlüsse 100 und 101 sind mit der Primärwicklung 102 eines Transformators 103 verbunden. Zwischen die von den Anschlüssen 100 und 101 zu der Primärwicklung 102 führenden Leitungen sind

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Relaiskontakte 77 und 55 geschaltet, über die die Zündeinrichtung 56 und die Brennstoffquelle 78 an Spannung gelegt werden. Die Relaiskontakte und die ölbrennerelemente sind die gleichen wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1

Eine Sekundärwicklung 104 des Transformators 103 ist über eine Leitung 105 an einen Sicherheits-Schaltkontakt 12 angeschlossen. Die andere Seite des Sicherheitsschalters 12 ist an einen Anschluß 13 angeschlossen, der über einen Thermostaten 14 mit einem Anschluß 15 verbunden werden kann. Von dem Anschluß 15 wird die Spannungsversorgung für einen Steuerschaltkreis 106 abgenommen. Die Sekundärwicklung 104 besitzt einen Abgriff 107 und einen weiteren Leitungsanschluß 108. Der Transformator 103 benutzt eine heruntertransformierende Sekundärwicklung 104, um eine niedrige Spannung für den Betrieb des Steuerschaltkreises 106 aus Sicherheitsgründen vorzugeben.

Der auf die Flamme ansprechende Steuerschaltkreis 106 weist zwei Anschlüsse 26 und 27 auf, zwischen denen eine Photozelle 30 angeordnet ist. Die Photozelle 30 ist erneut eine Zelle mit veränderlichem Widerstand und kann wie in Fig. 1 durch eine Cadmiumsulfidzelle vorgegeben sein. Zwischen den Anschlüssen 26 und 27 ist ferner ein Parallelwiderstand 22 angeordnet, dessen Widerstandswert wiederum in dem Bereich von 2000 Ohm liegen kann. Das Gesamtpotential für den Flammenüberwachungs-Steuerschaltkreis 106 wird von dem Anschluß 15 über eine Leitung 110 und eine Diode 111 einem Kondensator 112 zugeführt, wordurch die Versorgungsspannung für den Steuerschaltkreis 106 gleichgerichtet wird. Der Kondensator 112 ist in üblicher Weise an die Bezugsleitung 108 angeschlossen. Eine Spannungsregelanordnung 113 besteht aus einem Transistor 114, einer Zenerdiode 115 und einem Widerstand 116, wobei der Transistor 114 so angeordnet ist, daß er als veränderlicher Widerstand arbeitet und eine gut geregelte Spannung auf einer Leitung 120 bezogen auf die Leitung 108 für die Speisung der elektronischen Komponenten des Schaltkreises 106 ausgibt.

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Die Spannung auf der Leitung 120 wird über die Kollektor/Emitterstrecke eines Transistors 119 und einen Widerstand 121 auf den Widerstand 22 geschaltet. Ein weiterer Widerstand 122 und ein
Kondensator 123 sind zwischen die Versorgungsspannung geschaltet, wobei ein weiterer Widerstand 124 die Leitung 120 mit dem Widerstand 122 bzw. dem Kollektor des Transistors 119 verbindet. Bei stromführendem Transistor 119 tritt eine Spannung im gemeinsamen Schaltungspunkt 31 auf, die für die Photozelle 30 und den Widerstand 22 maßgebend ist. Der Schaltungspunkt 31 dient in
etwa der gleichen Funktion wie dies in Fig. 1 der Fall war, was noch näher im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Schaltkreises gemäß Fig. 2 beschrieben wird.

Der Schaltungspunkt 31 ist über einen Kondensator 125 und eine Leitung 126 mit dem nicht invertierenden Eingang 127 eines
Operationsverstärkers 130 verbunden. Der nicht invertierende
Eingang 127 und ein invertierender Eingang 131 des Operationsverstärkers 130 sind direkt an zwei Widerstände 132 und 133 angeschlossen, die den gleichen Wert aufweisen. Beide Widerstände 132 und 133 sind andererseits an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 134 zwischen zwei zwischen der Betriebsspannung angeordneten Widerständen 135 und 136 angeschlossen. Wenn der Schaltkreis 106 an Spannung gelegt wird, so wird eine in dem Schaltungspunkt 134 auftretende Spannung direkt sowohl dem nicht
invertierenden Eingang 127 als auch dem invertierenden Eingang 131 des Operationsverstärkers 130 zugeführt. Eine Klemmdiode ist zwischen dem nicht invertierenden Eingang 127 und der Bezugsleitung 108 angeordnet. Der Operationsverstärker 130 besitzt einen Ausgang 137, der über einen Widerstand 138 auf den nicht invertierenden Eingang 127 zurückgeführt ist, um dem Operationsverstärker ein Schaltverhalten vorzugeben.

Der Ausgang 137 des Operationsverstärkers 130 ist über einen
Widerstand 140 und eine Leitung 141 an die Steuerelektrode 142 eines Triacs 143 angeschlossen. Der Triac 143 ist in Reihe mit dem Relais 54 geschaltet, das mit demjenigen gemäß Fig. 1 übereinstimmt. Es liegt auf der Hand, daß immer, wenn der Triac 143
stromführend ist, das Relais 54 erregt wird und den Kontakt 55

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für die Zündeinrichtung 56 schließt.

Der Schaltkreis wird durch eine Brennstoff-Steuereinrichtung 60" vervollständigt. Die Steuereinrichtung 60' besteht aus einem Schaltkreis, der demjenigen gemäß Fig. 1 sehr ähnlich ist. Ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 145 und 146 bildet mit seinem gemeinsamen Schaltungspunkt den Anschluß mit dem invertierenden Eingang 147 eines Operationsverstärkers 150. Der Operationsverstärker 150 ist mit einem nicht invertierenden Eingang 151 über eine Leitung 152 und einen Widerstand 153 an den Schaltungspunkt 31 angeschlossen, so daß ihm das an der Photozelle 30 auftretende absolute Potential zugeführt wird. Der Operationsverstärker 150 ist mit seinem Ausgang 154 über einen Rückführungswiderstand 155 auf den nicht invertierenden Eingang zurückgeführt, um dem Operationsverstärker 150 ein Schaltverhalten vorzugeben. Andererseits ist der Ausgang 154 über einen Widerstand 156 auf die Steuerelektrode eines zweiten Triacs 160 geschaltet. Der Triac 160 ist über eine Leitung 161 an das Sicherheitsschalter-Heizelement 74 und das Relais 75 angeschlossen. Das Relais 75 besitzt erneut einen Arbeitskontakt 80, der es mit dem Abgriff 107 der Sekundärwicklung 104 verbindet, um es im angezogenen Zustand zu verriegeln.

Im folgenden sei die Wirkungsweise des Schaltkreises gemäß Fig. 2 beschrieben:

Im Prinzip arbeitet der Schaltkreis gemäß Fig. 2 in gleicher Weise wie der Schaltkreis gemäß Fig. 1, so daß nur eine kurze Beschreibung dieser übereinstimmenden Funktionen gegeben werden muß. Der Thermostat 14 schließt bei einer Wärmeanforderung und es wird eine geregelte Spannung auf die Leitung auf Grund der Spannungsregeleinrichtung 113 geschaltet. Zu dem Zeitpunkt, wo diese Spannung angelegt wird, ist der Kondensator 123 entladen und der Schaltungspunkt 31 befindet sich auf einem sehr niedrigen Potential. Bei entladenem Kondensator 123 befindet sich auch die Basis des Transistors 119 auf niedrigem Potential

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und der Transistor ist daher nicht stromführend solange der Kondensator- 123 sich nicht auf eine bestimmte Ladung aufgeladen hat. Der aus dem Transistor 119, dem Widerstand 122, dem Kondensator 123 und dem Widerstand 121 bestehende Schaltkreis unterdrückt jegliche Welligkeit der an die Photozelle 30 angelegten Spannung. Dieser Schaltkreis wird nur wahlweise bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendet. Die eventuelle Stromführung des Transistors 119 führt zu einem Spannungsabfall über den Widerständen 121 und 122 und zu einer ansteigenden Spannung im Schaltungspunkt 31. Diese ansteigende Spannung beruht auf der Tatsache, daß der Widerstand der Photozelle 30 bei dunkler Umgebung einen hohen Wert besitzt. Die ansteigende Spannung im Schaltungspunkt 31 wird über den Kondensator 125 auf den nicht invertierenden Anschluß 127 des Operationsverstärkers 130 geschaltet. Wenn das System anfänglich an Spannung gelegt wird, so liefern die zwei einander gleichen Widerstände 132 und 133 die gleichen Spannungspegel an dem invertierenden Eingang 131 und an dem nicht invertierenden Eingang 127. Infolgedessen reagiert am Anfang der Operationsverstärker 130 auf den durch den Kondensator 125 gezogenen Strom, der über den Widerstand 132 zu der Bezugsleitung 108 fließt. Hierdurch wird ein positiveres Potential an dem nicht invertierenden Eingang 127 gegenüber dem invertierenden Eingang 131 erzeugt und der Operationsverstärker 130 schaltet an seinem Ausgang 137 auf einen hohen Spannungspegel um. Dieser hohe Spannungspegel wird über die Leitung 141 auf die Steuerelektrode 142 des Triacs 143 geschaltet. Der Triac 143 wird sodann stromführend und der durch das Relais 54 fließende Strom bringt den Kontakt 55 zum Anziehen, wodurch die Zündeinrichtung 56 betätigt wird. Es ist somit ersichtlich, daß die anfängliche Wirkungsweise des Schaltkreises auf Grund des Stromflusses durch den Kondensator 125 und durch den Widerstand 132 und das positive Potential an dem nicht invertierenden Eingang 27 zu einer Einschaltung der Zündeinrichtung 56 führt.

Zur gleichen Zeit, wo diese Vorgänge ablaufen, wird das absolute Potential im Schaltungspunkt 31 direkt über die Leitung 152 und den Widerstand 153 dem nicht invertierenden Eingang 151 des Operationsverstärkers 150 zugeführt. Diese Spannung, bezogen

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auf die Spannung an dem invertierenden Eingang 147 genügt, um den Ausgang 154 des Operationsverstärkers 150 auf das hohe Potential umzuschalten. Dieses hohe Potential wird über den Widerstand 156 der Steuerelektrode des Triacs 160 zugeführt, wodurch dieser in den stromführenden Zustand gelangt. Der Strom fließt hierbei durch die Relaisspule 75 und den Sicherheitsschalter-Heizwiderstand 74. Das Relais 75 geht über den Kontakt 80 sofort in die Selbsthaltung und beginnt den Heizwiderstand 74 aufzuheizen. Durch die Betätigung des Relais 75 wird ebenfalls der Kontakt 77 geschlossen, wodurch die Brennstoffzufuhr 78 zusammen mit der Zündeinrichtung 56 betätigt wird. Bei einem normalbetrieb des Brenners wird eine Flamme gebildet und die Photozelle 30 vermindert daraufhin abrupt ihren Widerstand.

Der Widerstandscijfall der Photozelle 30 verursacht einen Strom über den Kondensator 125, der im Gegensatz zu der anfänglichen Aufladung in umgekehrter Richtung fließt. Die Entladung des Kondensators 125 auf Grund des verringerten Widerstandes der Photozelle 30 ruft einen Stromfluß über den Widerstand 132 hervor und durch den Spannungsabfall gelangt der nicht invertierende Eingang 127 gegenüber dem invertierenden Eingang 131 auf ein niedrigeres Potential und der Operationsverstärker 130 schaltet seinen Ausgang 137 auf ein niedriges Potential um. Hierdurch wird das positive Ansteuerpotential an der Steuerelektrode des Triacs 143 entfernt und das Relais 54 fällt ab, wodurch die Zündeinrichtung ausgeschaltet wird. Soweit stellt sich der normale Betriebsablauf der Brennersteuerung dar.

Erneut spricht der vorliegende Schaltkreis auf die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung der Photozelle 30 im Falle eines Erlöschens der Flamme an. Für den Fall, daß die Flamme erlischt, besitzt die Photozelle 30 einen scharfen anfänglichen Anstieg hinsichtlich ihres Widerstandswertes. Dieser anfängliche scharfe Anstieg ist demjenigen Anstieg sehr ähnlich, der beim Einschalten des Schaltkreises auftritt und dieser Anstieg hat zur Folge, daß die Spannung im Schaltungspunkt 31 gegenüber der Spannung plötzlich ansteigt, die vorlag, als der Schaltkreis noch eine

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existierende Flamme fühlte. Der Anstieg der Spannung im Schaltungspunkt 31 erzeugt einen Ladestrom für den Kondensator 125 und der hierbei über dem Widerstand 132 auftretende Spannungsabfall hebt das Potential an dem nicht invertierenden Eingang 127 auf einen positiven Wert gegenüber dem invertierenden Eingang 131. Hierauf schaltet der Operationsverstärker 130 unmittelbar seinen Ausgang 137 auf das hohe Potential um und es wird erneut über den Widerstand 140 der Steuerelektrode des Triacs 143 eine Spannung zugeführt, die diesen durchschaltet und das Relais 54 zum Anziehen bringt. Hierdurch wird der Arbeitskontakt 55 der Zündeinrichtung 56 betätigt.

Wenn die Flamme erneut gebildet wird, so geht das System in seinen normalen Betriebszustand über. Wird die Flamme nicht wieder gebildet, so steigt der Widerstand der Photozelle 30 weiter an und der Absolutwert der Spannung im Schaltungspunkt 31 wird direkt dem nicht invertierenden Eingang 151 des Operationsverstärkers 150 zugeführt, der seinerseits sofort den Triac 160 durchschaltet, so daß ein Stromfluß nicht nur über das sich in Selbsthaltung befindliche Relais 75, sondern auch über den Sicherheitsschalter-Heizwiderstand 74 stattfindet. Die Aufheizung dieses Widerstandes 74 führt zu einer Öffnung des normalerweise geschlossenen Kontaktes 12, wodurch jegliche Spannung von dem Steuerschaltkreis 106 weggenommen und der Brenner in sicherer Weise abgeschaltet wird.

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Claims

HONEYWELL INC. 2. April 1980

Honeywell Plaza 1007876 Ge, Sz

Minneapolis, Minnesota, USA Hz/de

Brenner-Steuerschaltkreis

Patentansprüche:

ί 1.)Steuerschaltkreis zur Betätigung einer Brenner-Zündeinrichtung und der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der durch einen Flammenfühler erfaßten Flamme, wobei der Flammenfühler seinen Widerstandswert beim Ausfall der Flamme und umgekehrt ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd-Steuerschaltkreis (17;21-53) auf die Änderungsgeschwindigkeit des Flammenfühler-Widerstandes (30) anspricht.
2. Steuerschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der die Änderungsgeschwindigkeit erfassende Zünd-Steuerschaltkreis (21-53) an den Flammenfühler (30) angeschlossen ist und eine Verstärkeranordnung (34, 32; 130) aufweist, die mit ihrem Ausgang auf einen Schalter (54, 55) für die Zündeinrichtung (56) einwirkt, um diese beim Anlegen der Betriebsspannung an den Schaltkreis (17) zunächst einzuschalten und nach erfolgter Abschaltung auf Grund einer vorhandenen Flamme erneut einzuschalten, wenn beim Verlust der Flamme eine bestimmte Widerstands-Änderungsgeschwindigkeit von dem Schaltkreis (17) erfaßt wird, während eine Brennstoffzufuhr (78) in Abhängigkeit von dem absoluten Widerstand des Flammenfühlers (30) von einem Brennstoff-Steuerschaltkreis (60) gesteuert wird.

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3. Steuerschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff-Steuerschaltkreis (60) einen Ausgangskreis mit einem Halbleiterschalter (73), einem Relais (75) und einem Sicherheitsschalter-Heizelement (74) aufweist, die in Reihe zwischen die Betriebsspannung geschaltet sind, so daß bei stromführendem Halbleiterschalter das Relais und das Heizelement vom Strom durchflossen werden und daß das Relais (75) einen Arbeitskontakt (80) aufweist, um sich nach seiner Betätigung selbst zu halten.
4. Steuerschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß dem Flammenfühler (30) ein Widerstand (22) parallelgeschaltet ist, dessen Wert größer als der Widerstandswert des von der Flamme beleuchteten Flammenfühlers ist.
5. Steuerschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangskreis der Verstärkeranordnung (34,43;130) eine Brückenschaltung (20) angeordnet ist, wobei der Flammenfühler (30) und ein Kondensator (25) in verschiedenen Zweigen der Brückenschaltung angeordnet sind.
6. Steuerschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung (34,43) zeitverzögernde Komponenten (50,51) aufweist, um die Abschaltung der Zündeinrichtung (56) beim Erfassen der Flamme durch den Flammenfühler zu verzögern.
7. Steuerschaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter zur Betätigung der Zündeinrichtung (56) aus einem Relais (54) mit Arbeitskontakt (55) besteht.
8. Steuerschaltkreis nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Cadmiumsulfid-Photozelle (30) als Flammenfühler.

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9. Steuerschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Koppelkondensator (125) zwischen dem Flammenfühler (30) und einem Eingang der Verstärkeranordnung (130) angeordnet ist, so daß bei einer
Widerstandsänderung des Flammenfühlers (30) auf Grund des
eingekoppelten Stromes das Ausgangssignal der Verstärkeranordnung (130) eine Änderung erfährt.

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