Repair and share #4 Gasklappensteuerung eines Flächenbrenners
Vorgeschichte:
Eigentlich ist dieser Beitrag eine Mischung aus Job Projekte und Repair an share da es sich um eine Reparatur in der Firma handelt. Die Geschichte dazu ist wie folgt, bei unseren Lackieranlagen in der Firma gibt es auch Trockenöfen welche über Flächenbrenner mit Wärme versorgt werden. Vielleicht sollte ich mal vor ab erklären wie diese alten Brenner funktionieren. Gasseitig haben wir zuerst das Sicherheitsgasventil vom Brenner . Dieses Ventil ist 2 stufig ausgeführt und wird von dem Feuerungsautomaten gesteuert. Bevor der der Zündvorgang überhaupt Startet durchläuft dieses Ventil einen Sicherheitstest. Der sieht im Grunde so aus, dass sich das Erste der zwei Ventile öffnet (dieses befindet sich Zuleitungsseitig) und wieder schließt. Nun läuft eine gewisse Prüfzeit ab in der Sich der Druck zwischen den Ventilen nicht ändern darf, was eine Dichtheitskontrolle des Ventils darstellt. Nach diesem Ventil sitzt in unserem Fall eine Gasregelklappe welche die Leistungssteuerung übernimmt, man könnte auch sagen es ist ein Kugelhahn mit Stellmotor. Dieser liefert eigentlich nur 2 Signale an den Feuerungsautomaten zurück, minimal und maximal geöffnet. Hat das Gasventil die Prüfung überstanden und ist die Regelklappe in der richtigen Stellung beginnt der Zündvorgang. Der Lichtbogen der Hochspannungszündung entzündet das Gas und die Flamme wird von einem Flammwächter kontrolliert. Bei uns ist das noch eine gute alte Flammwächterröhre die auf UV Strahlung reagiert. Sollte der Brenner nicht zünden würde der Feuerungsautomat die Ventile wieder schließen und auf Störung gehen. Läuft der Brenner stabil werden die Steuersignale für die Gasregelklappe vom Feuerungsautomaten auf die externe Regelung geschaltet.
Das Problem:
Leider ist das ganze schon etwas in die Jahre gekommen und es häuften sich die Störungen bei denen die Temperatur unkontrolliert anstieg obwohl die Temperaturregelung immer das „Leistung Minus“ Signal an den Brenner schickte. Bis zu dem Punkt an dem die Regelung dem Brenner die Freigabe entzog. Zuerst konnte sich keiner einen Reim drauf machen weil sich der Stellantrieb doch bewegte. Nach genauerer Kontrolle habe ich festgestellt das sich der Stellmotor gelegentlich entgegengesetzt der Ansteuerrichtung bewegte.
Die Ursache des Übels:
Im Grunde funktioniert der Stellantrieb wie ein Scheibenwischermotor. Er hat 2 Endschalter welche die Richtung begrenzen. Diese Bestehen aus Mikroschaltern welche von einer Nockenscheibe betätigt werden. Nun war das Ganze nach 22 Jahren Betrieb unter hoher Temperatur etwas „knusprig“ geworden, bedeutet die Schalter wollen manchmal nicht mehr und die Nockenscheiben sind auch schon am wegbröseln. Wenn nun der Nockenschalter nicht auslöste drehte der Motor über den höchsten Punkt drüber, was dann die ganze Ventilbewegung invertiert laufen lies.
Behebung des Problems:
Eigentlich haben wir eine Brennerfirma die wir solche Sachen erledigen lassen, nur leider sind die nicht immer ganz so kompetent. Es hat etwas gedauert bis er unserer Diagnose Glauben schenkte. Das nächste Problem war, das es keine Ersatzeile mehr für den Brenner gibt und ein Ersatzmodell das er noch anpassen müsste hatte 8 Wochen Lieferzeit. Natürlich können wir die Anlage keine 8 Wochen abstellen, nicht mal 24h wären eigentlich drinnen. Also musste ich mir etwas einfallen lassen. Ich dachte dabei an eine Servo-Antrieb für das Ventil, aber dank der Materialkriese und der Kosten war das nicht möglich. Also beschloss ich selber einen zu entwerfen und zu bauen. Elektrisch war das kein großes Hexenwerk, als Stellantrieb verwendete ich einen Belimo-Motor der eigentlich als Stellantrieb für Lüftungsklappen gedacht ist. Leider waren auch da kaum welche verfügbar, deshalb musste ich mit einem Model arbeiten das grad lieferbar war. Was bei einem Servoantrieb ein wichtiger Bestandteil ist, ist die Positionsrückmeldung, denn wir müssen ja immer Wissen wo der Antrieb gerade steht.
Anstelle da wieder mit Endschaltern oder ähnliches zu verwenden habe ich als Positionsrückmeldung ein Präzisionspotentiometer gewählt (mehr als 120 Grad kann der Antrieb ohnehin nicht fahren). Damit ich den Positionswert von 0-10V erhalte habe ich das Poti als Spannungsteiler benutzt und es mit 10V von einem LM317 versorgt.
Als „Sevoregler“ habe ich eine Siemens Logo benutzt die ich da hatte. Über das Display sind die Endlagen und der Stellbereich für Min. und Max. einstellbar.
Die Software habe ich bewusst einfach gehalten da es nur eine Überganglösung ist bis der Antrieb geliefert und eingebaut werden kann. Die Logo übernimmt dann auch noch den Signalaustausch mit dem Feuerungsautomaten und der Brennerregelung, dafür sind u.a. die beiden Relais zuständig. Mein Schlosserkollege Matthias übernahm den mechanischen Teil der Konstruktion wie das Gehäuse, die Anpassung der Stellmechanik, Montages des Potis usw. . Er ist eine echte Koryphäe was die Mechanik angeht. Um das Ganze vor der Hitzestrahlung des Brenners zu schützen gibt es natürlich noch einen Schutzdeckel.
Nach der Montage und der Beseitigung kleinerer Bugs war dann an der Brennersteuerung nur noch die neu Stellzeit des Antriebs anzupassen. Da wie gesagt die Regeltechnik des Brenners alt ist bekommt diese keine aktuelle Position rückgemeldet, das passiert rein über die Stellzeit. Blieb nur noch zu sagen: Houston we have ignition!
Fazit:
Das Ganze ist natürlich nur eine Notlösung gewesen und wegen der anhaltenden Materialknappheit werden kreative Lösungen immer mehr gefragt. Somit ist das nicht wirklich zur Nachahmung geeignet. Ob diese Lösung von unseren Vorgesetzten wirklich wertgeschätzt werden steht auf einem anderen Blatt, meistens wird das doch eher als selbstverständlich betrachtet. Vielleicht sollte ich meine Einstellung dazu ändern und mir einfach selber auf die Schulter klopfen. Also immer schön kreativ bleiben und nach den Regeln der Technik arbeiten.