[0001] Die Erfindung betrifft einen Gas-Feuerungsautomat mit einem Steuergerät, einer in
den Gasbrenner eingebauten Zündelektrode, welche zusammen mit einem benachbarten Teil
des Gasbrenners oder einer entsprechenden Masseelektrode eine Funkenstrecke bildet,
die zu der Sekundärwicklung eines Zündübertragers parallel geschaltet ist, und mit
einem die Funkenstrecke mit dem Steuergerät verbindenden Kabel.
[0002] Bei solchen Gas-Feuerungsautomaten, die in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt
sind, bereitet die Anordnung des die Zündelektrode mit dem Steuergerät verbindenden
Kabels erhebliche Schwierigkeiten, weil es sich um ein hochspannungsfestes Kabel handeln
muß, das in der Lage ist, die Zündspannung von dem im Steuergerät enthaltenen Zündübertrager
auf die Funkenstrecke zu übertragen. Da für ein sicheres Zünden des Gasbrenners ein
kräftiger Zündfunke benötigt wird, überschreitet die Zündspannung in aller Regel 10kV
erheblich. Die auftretenden Schwierigkeiten bestehen einerseits darin, einwandfrei
zugentlastete Anschlüsse des Hochspannungskabels vorzusehen, wie sie für einen sicheren
Betrieb erwünscht sind, und andererseits in den Energieverlusten, die insbesondere
durch die Kabelkapazität bedingt sind und eine erhebliche Schwächung des Ziindfunkens
verursachen können. Diese Schwierigkeiten nehmen mit zunehmender Länge des Kabels
zu und haben zur Folge, daß das Steuergerät relativ nah zum Brenner angeordnet werden
muß, obwohl insbesondere bei größeren Anlagen die Anordnung des Steuergerätes in einer
Zentrale erwünscht sein könnte, die relativ weit vom Brenner entfernt ist, so daß
die Länge des Kabels einige zehn Meter betragen müßte.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Feuerungsautomat der eingangs
beschriebenen Art so auszubilden, daß die durch die Verwendung eines Hochspannungskabels
zwischen Steuergerät und Elektrode bedingten Schwierigkeiten vermieden werden.
[0004] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zündübertrager am Brenner
angeordnet ist.
[0005] Durch die erfindungsgemäße Herausnahme des Zündübertragers aus dem Steuergerät und
seine Anordnung am Brenner entfällt die Notwendigkeit, den zur Erzeugung des Zündfunkens
dienenden Hochspannungsimpuls über das das Steuergerät mit der Funkenstrecke verbindende
Kabel zu übertragen, sondern es genügt die Übertragung des Impulses zur Primärwicklung
des Zündübertragers, dessen Spannung einige 100V nicht überschreitet. Zur Übertragung
dieses Impulses kann ein normales Kabel verwendet werden, dessen Anschluß und Verlegung
keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
[0006] Während, wie oben erwähnt, der eigentliche Zündimpuls durch ein langes Kabel übermäßig
belastet und geschwächt werden könnte, ist die Belastung des der Primärwicklung des
Zündübertrager zugeführten Impulses durch das Kabel eher erwünscht als schädlich,
weil Induktivität und Kapazität des Kabels Anstieg und Abfall des der Primärwicklung
zugeführten Impulses verzögern und auf diese Weise eine Verlängerung des Zündimpulses
bewirken, die für ein sicheres Zünden des Gases erwünscht ist. Daher können auch ohne
weiteres zwischen Steuergerät und Zündelektrode sehr viel längere Kabel verwendet
werden als es bisher möglich war.
[0007] Es versteht sich, daß durch die Erfindung auch sonstige Probleme, die sich bisher
aus der Übertragung von IIochspannungs-Impulsen und der Verlegung von HochspannungsKabeln
ergeben haben, bedeutend reduziert werden, wie beispielsweise der Aufwand für Entstörungsmaßnahmen.
Weiterhin kann das Steuergerät selbst erheblich kleiner ausgebildet werden als bisher,
da es den Zündtrafo nicht mehr enthält und auch keine Abschirmmaßnahmen für den Zündtrafo
im Steuergerät getroffen werden müssen. Andererseits steht am Brenner ausreichend
Platz zur Unterbringung des Zündtrafos zur Verfügung, der im Hinblick auf den Fortfall
von Energieverlusten im Kabel ggf. auch kleiner dimensioniert werden kann als bisher.
Dabei bereitet es keine Schwierigkeiten, den Zündübertrager so auszubilden, daß er
ohne weiteres der Wärme standhalt, der er nahe am Brenner ausgesetzt ist.
[0008] Bei herkömmlichen Gas-Feuerungsautomaten weist das das Steuergerät mit der Elektrode
verbindende Kabel an seinem mit der Elektrode verbundenen Ende einen Stecker auf,
der im Betrieb mit einem elektrischen Anschluß der Zündelektrode gekuppelt ist. Eine
entsprechende Bauweise kann auch bei dem erfindungsgemäßen Gas-Feuerungsautomat angewendet
werden. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Zündübertrager im Stecker
des Kabels angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau,
ohne daß der den Zündübertrager enthaltende Stecker erheblich größer ausgebildet werden
müßte als der bisher verwendete Hochspannungsstecker. Hierfür ist es besonders zweckmäßig,
wenn der Zündübertrager zwei zueinander konzentrische Wicklungen aufweist, die koaxial
zum zylindrischen Steckergehäuse angeordnet sind.
[0009] Gas-Feuerungsautomaten der eingangs genannten Art weisen gewöhnlich nicht nur Einrichtungen
zum Zünden des Gasbrenners auf, sondern auch zur Flammenüberwachung. Ein herkömmliches
Mittel zur Flammenüberwachung ist die Einrichtung eines Stromkreises, der eine Plasma-Strecke
enthält, in der das Plasma von dem ionisierten Gas der Flamme gebildet wird. Die erfindungsgemäße
Ausbildung des Feuerungsautomaten gestattet es, als Plasma-Strecke nach abgeschlossenem
Zündvorgang die Strecke zwischen Zündelektrode und Gasbrenner zu verwenden. Zu diesem
Zweck wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in dem die Funkenstrecke und die
Sekundärwicklung des Ziindiibertragers enthaltenden Stromkreis ein gesteuerter Schalter
angeordnet, der im wesentlichen für die Dauer eines Zündvorganges schließbar ist,
und diesem Schalter eine im Steuergerät angeordnete Überwachungsschaltung parallelgeschaltet,
die auf den bei brennender Flamme über die Funkenstrecke fließenden Ionisationsstrom
anspricht.
[0010] Bei einem solchen Schalter kann es sich um beliebige elektromechanische oder elektronische
Schalter handeln, denen vom Steuergerät Steuersignale zugeführt werden, welche vor
Auslösen eines Zündimpulses den Schalter schließen und nach einem oder mehreren Zündimpulsen
wieder öffnen, damit geprüft werden kann, ob eine Flamme entzündet worden ist oder
nicht. Die Anwendung solcher Schalter und die Erzeugung der für ihre Betätigung benötigten
Steuersignale erfordert einen nicht unbeträchi lichen Aufwand. Dieser Aufwand kann
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden werden, daß als gesteuerter
Schalter ein Überspannungsableiter verwendet wird. Solche Überspannungsableiter stehen
in unterschied. lichen Ausführungsformen zur Verfügung, beispielsweise in Form eines
Varistors oder von Gasentladungsstrecken. Dabei können die Betriebsdaten des Überspannungsableiters
ohne weiteres so gewählt werden, daß er einerseits einen sicheren Betrieb des Flammenwächters
mit den dort auftretenden Betriebsspannungen gewährleistet, die einige hundert Volt
betragen können, und hierbei einen praktisch unendlich großen Widerstand besitzt,
während die Ansprechspannung noch so niedrig ist, daß der Überspannungsableiter einen
vernachläßigbar kleinen Widerstand annimmt, lange bevor die Zündspannung ihren Wert
erreicht hat, bei dem der Zündfunke iiberschlägt.
[0011] Die Anwendung eines Überspannungsableiters hat nicht nur den Vorteil, daß der gewünschte
Schaltvorgang abhängig von der am Überspannungsschalter anliegenden Spannung selbsttätig
erfolgt, so daß Steuereinrichtungen für diesen Schalter eingespart werden, sondern
es besteht auch die Möglichkeit, einen solchen Überspannungsableiter unmittelbar am
Zündtrafo, also insbesondere innerhalb des den Zündtrafo enthaltenden Steckers anzuordnen.
In diesem Falle entfällt auch die Übertragung des Zündstromes durch das die Elektrode
mit dem Steuergerät ver. bindende Kabel, auch wenn die Übertragung des Ziindstromes
keine kritischen Probleme aufwirft, weil die beiden den Zündstrom führenden Leitungen
für die Dauer des Zündfunkens durch den gesteuerten Schalter kurzgeschlossen sind
und daher auf gleichem Potential liegen. Dabei versteht es sich, daß der Schalter
in der Leitung angeordnet ist, welche die Sekundärwicklung des Zündübertragers mit
der auf Massepotential liegenden Brennerdüse oder besonderen Masseelektrode verbindet,
so daß in jedem Fall das Auftreten hoher Spannungen im Kabel vermieden ist.
[0012] Wie bereits erwähnt, besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die
Verwendung langer Kabel zwischen Brenner und Steuergerät möglich ist.Lange Kabel können
jedoch den Ionisationsstrom so weit schwächen, daß eine einwandfreie Funktion der
Überwachungsschaltung nicht mehr gewährleistet ist. Dem kann jedoch dadurch begegnet
werden, daß auch Bauelemente der Überwachungsschaltung, insbesondere Vorverstärker
und/oder Filter,unmittelbar am Zündtrafo angeordnet werden.
[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden
Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder
zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen
Fig. 1 das Schaltbild der für die Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Gas-Feuerungsautomaten
und
Fig. 2 die Ansicht eines Kabels zur Verbindung des Steuergerätes eines Gas-Feuerungsautomaten
mit der am Brenner angeordneten Elektrode, welches einen den Zündübertrager enthaltenden
Stecker aufweist.
[0014] Der in Fig. 1 dargestellte Gas-Feuerungsautomat umfaßt ein Steuergerät 1, das über
ein Kabel 2 mit einem Zündübertrager 3 verbunden ist, dessen Sekundärwicklung 4 über
eine Steckverbindung 5 mit einer an einem Gasbrenner angeordneten Elektrode 6 elektrisch
leitend verbunden ist, die der Düse 7 eines Gasbrenners oder, wenn es sich um eine
nicht leitende Keramikdüse handeln sollte, einer entsprechenden Masseelektrode dicht
gegenübersteht, so daß zwischen der Elektrode 6 und der Düse 7 eine Funkenstrecke
8 gebildet wird, die sich in dem aus der Düse 7 austretenden Gasstrom befindet. Die
Düse 7 ist über im Kabel 2 enthaltene Leitungen 9, 10 und einem im Steuergerät 1 enthaltenen
Überspannungsableiter 11 mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 4 des Zündübertragers
3 verbunden.
[0015] Die zum Auslösen eines Zündfunkens benötigte, elektrische Energie wird von einem
Kondensator 12 geliefert, der über einen Gleichrichter 13 mit der Sekundärwicklung
14 eines Transformators 15 verbunden ist. Die Spannung an der Sekundärwicklung des
Transformators 15 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 250V. Die Kapazität
des Kondensators 12 beträgt 1
/uF. Anstelle des in der Zeichnung dargestellten Einweg-Gleichrichters 13 kann selbstverständlich
auch ein Zweiweg-Gleichrichter Verwendung finden. Der Kondensator 12 ist über die
Leitung 16 des Kabels 2 mit dem einen Ende der Primärwicklung 17 des Zündübertragers
3 verbunden, deren anderes Ende über die Leitung 18 über einen Thyristor 19 mit dem
anderen Anschluß des Kondensators 12 verbunden ist, so daß der Kondensator 12 über
die Primärwicklung 17 des Zündübertragers 3 entladen wird, sobald der Thyristor 19
in den leitenden Zustand versetzt wird. Hierzu kann der Steuerelektrode 20 des Thyristors
20 über eine Leitung 21 von einer nicht näher dargestellten Steuerschaltung ein Zündsignal
zugeführt werden. Durch das Entladen des Kondensators 12 über die Primärwicklung 17
des Zündübertragers 3 wird dem Zündübertrager ein Zündimpuls mit relativ niedriger
Spannung zugeführt, der von dem Zündübertrager in einen Hochspannungsimpuls umgesetzt
wird. Der an der Sekundärwicklung 4 des Zündübertragers 3 erscheinende Hochspannungsimpuls
führt zum Durchschalten des Überspannungsableiters 11 und zur Ausbildung eines Zündfunkens
zwischen Elektrode 6 und Düse 7, der ein Zünden des aud der Düse ? austretenden Gases
bewirken soll. Es versteht sich, daß bei Betrieb des Steuergerätes mit Gleichstrom
anstelle des Transformators 15 mit Gleichrichter 13 ein Spannungswandler zum Aufladen
des Kondensators 12 treten würde.
[0016] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Zündübertrager 3 in unmittelbarer Nähe der Elektrode
6 angeordnet, so daß die an der Sekundärwicklung 4 des Zündübertragers 3 anstehende
Zündspannung nicht über das Kabel 2 übertragen zu werden braucht. An den mit dem einen
Ende der Sekundärwicklung 4 und der Brennerdüse 7 verbundenen Leitungen 9 und 10 des
Kabels 2 steht nur kurzzeitig die zum Durchschalten des Überspannungsableiters 11
benötigte Spannung an, während nach dessen Durchschalten beide Leitungen praktisch
auf Massepotential liegen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die kurzzeitig am
Überspannungsableiter 11 anstehende Spannung auf den Leitungen 9, 10 des Kabels 2
zu vermeiden, indem auch der Überspannungsableiter 11 unmittelbar zwischen der Sekundärwicklung
4 des Zündübertragers 3 und der Düse 7 angeordnet wird, wie es in Fig. 1 bei 11' strichpunktiert
angedeutet ist.
[0017] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Funkenstrecke 8 zwischen der Elektrode
6 und der Brennerdüse 7 zugleich zur Flammenüberwachung ausgenutzt. Bei brennender
Flamme 22 ist der Raum zwischen Elektrode 6 und Düse 7 von einem ionisierten Gas,
also von einem Plasma ausgefüllt, das eine gewisse Leitfähigkeit und darüber hinaus
eine Gleichrichterwirkung besitzt. Die von der Sekundärwicklung 14 des Transformators
15 erzeugte Spannung wird einerseits über die Leitung 10 des Kabels 2 und die Sekundärwicklung
4 des Zündübertragers 3 an die Elektrode 6 und andererseits über einen Widerstand
23, eine Diode 24, einen weiteren Widerstand 25 und die Leitung 9 des Kabels 2 an
die Brennerdüse 7 angelegt. Bei einem Stromfluß über die gleichrichtende Strecke 8
zwischen Elektrode 6 und Düse 7 baut sich an einem zum Widerstand 25 und der Diode
24 parallel geschalteten Kondensator 26 eine Spannung auf, die über eine Leitung 27
einer nicht näher dargestellten Überwachungseinrichtung zugeführt wird. Ggf. kann
das zur Flammenüberwachung dienende Signal über einen Vorverstärker 28 geleitet werden,
wenn die Länge der Leitungen 9, 10 eine solche Schwächung des Flammensignals befürchten
läßt, daß eine einwandfreie Funktion der Flammenüberwachung ohne Vorverstärkung nicht
mehr gewährleistet ist. In jedem Fall ist jedoch die an der Schaltungsanordnung zur
Flammenüberwachung anstehende Spannung nicht so groß, daß der zwischen den Leitungen
9 und 10 angeordnete Überspannungsableiter 11 durchgeschaltet wird. Dagegen wird,
wie oben beschrieben, bei Auftreten eines Zündfunkens 11 der Überspannungsableiter
11 durchgeschaltet, so daß einerseits die Erzeugung des Zündfunkens stattfinden kann
und andererseits die zur Flammenüberwachung dienende Anordnung gegen Überspannungen
geschützt ist.
[0018] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Zündübertrager 3 in unmittelbarer Nähe der Elektrode
6 angeordnet und über das Kabel 2 mit dem Steuergerät 1 verbunden, das ohne weiteres
in großer Entfernung vom Brenner installiert werden kann. Dabei kann das Kabel 2 eine
übliche Ausbildung haben, da es keine Hochspannungsimpulse führt. Der Anschluß und
die Verlegung des Kabels 2 bedeutet daher keinerlei Schwierigkeiten. Daher ist es
auch von untergeordneter Bedeutung, in welcher Weise der Zündübertrager 3 nahe der
Elektrode 6 angeordnet und befestigt ist. Da ein Zündübertrager relativ temperaturunempfindlich
ist, bestehen auch keine besonderen Probleme, den Zündübertrager ausreichend gegen
die in Nähe des Brenners herrschende Wärme zu schützen.
[0019] Bei einer besonders einfachen und daher bevorzugten Ausfiihrungsform ist der Zündübertrager
3 in dem Stecker angeordnet, der ohnehin vorhanden sein muß, um die elektrische Verbindung
zur Elektrode 6 herzustellen. Fig. 2 veranschaulicht eine geeignete Ausbildung eines
solchen Steckers. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht der Stecker aus einem im wesentlichen
zylindrischen Körper 31, der an seiner Stirnfläche 32 mit einer zylindrischen Hochspannungs-Steckerbuchse
33 versehen ist, die mit Abstand von einer Schutzhülse 34 umgeben ist. Die Ausbildung
der Buchse 33 und der Schutzhülse 34 entspricht üblichen Hochspannungssteckern.
[0020] Der zylindrische Körper 31 des Steckers weist an seinem anderen Ende eine kegelförmige
Verjüngung 35 auf, an die sich wiederum ein zylindrischer Abschnitt 36 anschließt,
der das Kabel 2 aufnimmt. Innerhalb des zylindrischen Körpers 31 befindet sich der
Zündübertrager 3, dessen Wicklungen von zueinander konzentrischen Spulen gebildet
werden. Dabei kann die Primärwicklung aus einer einlagigen Spule mit 30 bis 40 Windungen
bestehen, während die Sekundärwicklung 1500 bis 2000 Windungen aufweisen kann. Dabei
ist eine Wicklungsart zu wählen, welche die notwendige Spannungsfestigkeit von 10
bis 15kV ergibt. Die beiden zueinander konzentrischen Spulen werden zweckmäßig auf
einem Ferritkern angeordnet. Ein solcher Zündübertrager nimmt keinen großen Platz
in Anspruch, so daß er in einem Stecker Platz findet, dessen zylindrischer Abschnitt
31 einen Durchmesser von etwa 30mm und eine Länge von etwa 25mm aufweist. Dabei ist
die Sekundärwicklung des Zündübertragers einerseits mit der Buchse 33 und andererseits
mit einer im Kabel 2 enthaltenen Leitung 10 verbunden. Die beiden Enden der Primärwicklung
sind an im Kabel enthaltenen Leitungen 16 und 18 angeschlossen, während die vierte
im Kabel 2 enthaltene Leitung 9 eine Masseleitung bildet, deren steckerseitiges Ende
37 aus einer Bohrung im kegelförmigen Abschnitt 35 des Steckers herausgeführt und
mit einem Kabelschuh 38 versehen ist, der es ermöglicht, eine elektrisch leitende
Verbindung zu den Metallteilen des Brenners und damit zu der Brennerdüse 7 herzustellen.
Es versteht sich, daß die im Brenner angeordnete Elektrode 6 so ausgebildet ist, daß
sie das Aufstecken des Steckers mit der Buchse 3 und der Schutzhülse 34 ermöglicht.
Insofern besteht kein Unterschied zu der bekannten Anordnung von Elektroden an Brennern,
die auch bisher schon das Aufstecken des Kabels mit ähnlichen Steckern ermöglicht
haben.
[0021] Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Stecker auch so ausgebildet werden kann,
daß er außer dem Zündtrafo auch unmittelbar am Zündtrafo angeordnete Bauelemente aufnimmt,
wie den oben erwähnten Überspannungsableiter 11' und/oder den Vorverstärker 28. Wenn
die Flammenüberwachung anstatt auf die Gleichrichterwirkung der Flamme auf deren Flackerfrequenz
anspricht, kann im Stecker auch ein entsprechender Filter vorgesehen bzw. mit dem
Vorverstärker kombiniert sein.
Gas-Feuerungsautomat mit einem Steuergerät, einer in den Gasbrenner eingebauten Zündelektrode,
welche zusammen mit einem benachbarten Teil des Gasbrenners oder einer entsprechenden
Masseelektrode eine Funkenstrecke bildet, die zu der Sekundärwicklung eines Zündübertragers
parallel geschaltet ist, und mit einem die Funkenstrecke mit dem Steuergerät verbindenden
Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündübertrager (3) am Brenner angeordnet ist.
2. Gas-Feuerungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (2)
einen mit einem elektrischen Anschluß der Zündelektrode (6) gekoppelten Stecker (5)
aufweist und der Zündübertrager (3) im Stecker des Kabels angeordnet ist.
3. Gas-Feuerungsautomat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündübertrager
(3) zwei zueinander konzentrische Wicklungen aufweist, die koaxial zu einem zylindrischen
Teil (31) des Steckergehäuses angeordnet sind.
4. Gas-Feuerungsautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem die Funkenstrecke (8) und die Sekundärwicklung (4) des Zündübertragers
(3) enthaltenden Stromkreis ein gesteuerter Schalter (11) angeordnet ist, der im wesentlichen
für die Dauer eines Zündvorganges schließbar ist, und daß diesem Schalter (11) eine
im Steuergerät (1) angeordnete Überwachungsschaltung parallel geschaltet ist, die
auf den bei brennender Flamme über die Funkenstrecke fließenden Ionisationsstrom anspricht.
5. Gas-Feuerungsautomat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte
Schalter (11) von einem Überspannungsableiter gebildet wird.
6. Gas-Feuerungsautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter
(11') unmittelbar am Zündtrafo (3) angeordnet ist.
7. Gas-Feuerungsautomat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Bauelemente der Überwachungsschaltung, insbesondere ein Vorverstärker (28) und/oder
ein Filter unmittelbar am Zündtrafo (3) angeordnet sind.