DE102006023841A1

DE102006023841A1 - Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE102006023841A1
Application number: DE200610023841
Authority: DE
Inventors: Bjoern Kluge; Heinz-Gerd Specht
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Generations Group GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-22
Also published as: EP1857740A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung, umfassend mindestens eine mit einem Halteelement (8) an einem Brenner befestigte Elektrode (3), wobei der Brenner eine eine Brennerumgebung (1) von einer Brennkammer (2) trennende Wandung (4) mit einer Durchstecköffnung (5) für die Elektrode (3) aufweist und wobei die Elektrode (3) aus einem Elektrodendraht (6) und einer diesen mindestens im Bereich der Durchstecköffnung (5) umschließenden Keramikhülse (7) gebildet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchstecköffnung (5) einen ersten, größeren, brennerumgebungsseitigen (D1) und einen zweiten, kleineren, brennkammerseitigen (D2) Durchmesser aufweist, dass die Wandung (4) einen stetigen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser (D1, D2) aufweist, dass die Keramikhülse (7) mindestens im Bereich zwischen den beiden Durchmessern (D1, D2) eine stetige, zur Durchstecköffnung (5) formangepasste Außenkontur aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Elektrodenanordnung der eingangs genannte Art ist bei einem Heizkessel (Produktname: VITODENS^®) der Anmelderin realisiert (siehe 3). Diese umfasst mindestens eine mit einem Halteelement an einem Brenner (Gasbrenner) befestigte Elektrode, wobei der Brenner eine eine Brennerumgebung von einer Brennkammer trennende Wandung mit einer Durchstecköffnung für die Elektrode aufweist und wobei die Elektrode aus einem Elektrodendraht und einer diesen mindestens im Bereich der Durchstecköffnung umschließenden Keramikhülse gebildet ist. Die genannte Elektrode wird in an sich bekannter Weise entweder als Zündelektrode oder zur Zündüberwachung verwendet.
Bei dieser bekannten Lösung weist die Durchstecköffnung eine zylindrische Form auf. Die Keramikhülse, die mit Spiel die Durchstecköffnung durchgreift, ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet. An der Keramikhülse ist das bereits erwähnte, als Halteblech ausgebildete Halteelement befestigt (Klemmverbindung), welches seinerseits mit Zwischenlage eines Dichtelements an der umgebungsseitigen Wandung des Brenners angeschraubt ist.
Diese Lösung weist folgende Probleme auf:

– Der Kraftschluß zwischen Halteblech und Keramik kann zur Schädigung der Keramik führen (Haarrisse mit der Folge von Spannungsüberschlägen oder Kriechströmen);
– Durch die Schraubverbindung erfolgt indirekt auch eine Krafteinwirkung auf die Elektrode, welche insbesondere über die lange Hebelwirkung an der Spitze des Elektrodendrahtes zu unzulässigen Positionsabweichungen führen kann;
– Bei Brennwertgeräten mit Überdruck in der Brennkammer läßt sich die Verbindung Halteblech zur Keramik kaum zufriedenstellend abdichten;
– Bei Brennwertgeräten tritt permanent Kondensatanfall in der Brennkammer auf; dieser wirkt an den oftmals nur mit einem Oberflächenschutz versehenen (und durch die Elektrodenmontage teilweise zerstörten) Halteblechen stark korrosiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroden anordnung der eingangs genannten Art bezüglich der genannten Nachteile zu verbessern. Insbesondere soll der Fertigungsaufwand bei gleichzeitig verbesserter Dichtheit verringert werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Elektrodenanordnung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Durchstecköffnung einen ersten, größeren, brennerumgebungsseitigen und einen zweiten, kleineren, brennkammerseitigen Durchmesser aufweist, dass die Wandung einen (im mathematischen Sinne) stetigen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser aufweist, dass die Keramikhülse mindestens im Bereich zwischen den beiden Durchmessern eine (im mathematischen Sinne) stetige, zur Durchstecköffnung formangepaßte Außenkontur aufweist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die Keramikhülse im Bereich der Durchstecköffnung beispielsweise eine konusförmige Außenkontur auf, die genau zur entsprechend ausgebildeten Kontur der Durchstecköffnung passt. Auf diese Weise ist ein passgenauer (Führungs-) Sitz der Hülse in der Öffnung gewährleistet, der darüber hinaus einen Verzicht auf weitere Dichtelemente (wie bisher erforderlich) ermöglicht. Erfindungsgemäß muss hierzu lediglich eine sich in Richtung Brenner umgebung stetig aufweitende Durchstecköffnung vorgesehen sein, die zusammen mit der entsprechend ausgebildeten Keramikhülse einen guten Sitz der Elektrode an der Wandung gewährleistet.
Die Axialfixierung erfolgt mit dem oben erwähnten Halte element, vorzugsweise in Form einer Spannfeder, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf den weiter abliegenden Stand der Technik gemäß der DE 195 05 218 C1 und EP 1 605 206 A1 verwiesen.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 im Schnitt die erfindungsgemäße Anordnung von zwei Elektroden an einer Brennerwand;
2 perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform des Halteelements gemäß 1 zur Fixierung der erfindungsgemäßen Elektroden; und
3 im Schnitt eine nach dem Stand der Technik bekannte Elektrodenanordnung.
Zunächst wird auf 3 verwiesen. Dort ist die eingangs genannte, nach dem Stand der Technik bekannte Elektroden anordnung der Anmelderin dargestellt. Diese umfasst genau wie die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung mindestens eine (dargestellt sind in beiden Fällen zwei) mit einem Halteelement 8 an einem Brenner befestigte Elektrode 3, wobei der Brenner eine eine Brennerumgebung BU von einer Brennkammer BK trennende Wandung 4 mit einer Durchstecköffnung 5 für die Elektrode 3 aufweist und wobei die Elektrode 3 aus einem Elektrodendraht 6 und einer diesen mindestens im Bereich der Durchstecköffnung 5 umschließenden Keramikhülse 7 gebildet ist.
Wie aus 3 ersichtlich, ist beim bekannten Stand der Technik zwischen der Halterung 8 und der Wandung 4 eine Dichtung eingelegt bzw. erforderlich. Die Halterung 8 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Durchgangsöffnungen 10 auf, wobei die Keramikhülsen 7 jeweils im Presssitz in den Durchgangsöffnungen 10 angeordnet sind. Wie eingangs erwähnt, kann dies zu Beschädigungen der Keramikhülsen 7 und dementsprechend zu Spannungsüberschlägen bzw. Kriechströmen führen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist nun erfindungsgemäß mit Verweis auf 1 und 2 vorgesehen, dass die Durchstecköffnung 5 einen ersten, größeren, brennerumgebungsseitigen und einen zweiten, kleineren, brennkammerseitigen Durchmesser D1, D2 aufweist, dass die Wandung 4 einen stetigen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser D1, D2 aufweist und dass die Keramikhülse 7 mindestens im Bereich zwischen den beiden Durchmessern D1, D2 eine stetige, zur Durchstecköffnung 5 formangepaßte Außenkontur aufweist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, sind einerseits die Außenkontur der Keramikhülse 7 und andererseits die Innenkontur der Durchstecköffnung 5 so aneinander formangepaßt, dass sich automatisch ein Passsitz ergibt, der eine Dichtung entbehrlich macht (sogenannte "dichtmittelfreie" Anordnung).
Wie aus 1 ersichtlich, ist dabei vorgesehen, dass die Außenkontur der Keramikhülse 7 zwischen den beiden Durchmessern D1, D2 konusförmig ausgebildet ist. Natürlich kommen auch andere Außenkonturen in Betracht; wesentlich ist lediglich die stetige Steigung vom kleineren zum größeren Durchmesser, die einerseits die Dichtheit gewährleistet und andererseits die Montierbarkeit der Elektrode ermöglicht: Zwischen den beiden Durchmessern D1 und D2 darf jedenfalls wandungsseitig kein Durchmesser kleiner sein als der brennkammerseitige Durchmesser D2 sein, da andernfalls eine Hinterschneidung auftreten würde und die Elektrode dann nicht mehr durch die Durchstecköffnung 5 durchsteckbar wäre.
Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Außenkontur zwischen den beiden Durchmessern D1, D2 der Keramikhülse 7 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Diese Maßgabe gewährleistet beispielsweise im Vergleich zu einer pyramidenstumpfförmigen Ausbildung eine besonders gute Dichtheit, wobei bei einer solchen, eher abseitigen pyramidenstumpfförmigen Ausbildung die genannten Durchmesser D1, D2 natürlich nicht wörtlich, sondern im übertragenen Sinne zu verstehen sind (ähnlich dem sogenannten hydraulischen Durchmesser bei einer Kanalströmung [Beispiel aus der Strömungslehre]).
Wiederum mit Verweis auf 1 ist vorgesehen, dass die Keramikhülse 7 einen Abstützbund 9 für das Halteelement 8 aufweist. Dieser besteht im Prinzip aus einer Durchmessererweiterung der im wesentlichen (hierauf wird weiter unten noch eingegangen) zylindrischen Keramikhülse, und zwar genau an der Stelle, an der das Halteelement 8 von hinten (also brennerumgebungsseitig) auf die Elektrode 3 einwirkt, wobei hierzu das Halteelement 8 eine in Brennkammerrichtung weisende, auf die Elektrode 3 wirkende Federkraft aufweist. Diese Federwirkung kann dadurch erreicht werden, dass das Halteelement 8 wie 2 zeigt als elastischer Bleichstreifen ausgebildet ist. Die Ausführungsform gemäß 1 und 2 zeigt dabei ein Halteelement 8 zur Fixierung von zwei Elektroden. Alternativ ist auf diese Weise natürlich auch eine Einzelfixierung oder eine Mehrfachfixierung von Elektroden möglich.
Um sich am erwähnten Abstützbund 9 abstützen zu können, ist am Halteelement 8 eine Durchgangsöffnung 10 pro Elektrode 3 vorgesehen, wobei das Halteelement 8 im Bereich dieser Durchgangsöffnung 10 ebenflächig ausgebildet ist, um die Federkraft gleichmäßig in den Abstützbund 9 einbringen zu können.
Damit die Elektrode 3 nicht nur axial gut an der Wandung 4 fixiert ist, ist ferner vorgesehen, dass wahlweise an der Durchstecköffnung 5 oder im Bereich der Durch gangsöffnung 10 des Halteelements 8 eine Verdrehsicherung angeordnet ist. Wie aus 2 ersichtlich, ist diese bevorzugt aus einer sowohl an der Durchgangsöffnung 10 als auch an der Keramikhülse 7 vorgesehenen, geradlinig erstreckten Anlagefläche 11 bzw. Anlagekante gebildet ist (insoweit ist die Keramikhülse, wie oben erwähnt, nicht über ihre gesamte Länge zylindrisch, sondern weist an dieser Stelle eine entsprechend ausgebildete Singularität auf).
Zur Befestigung des Halteelements 8 an der Wandung 4 ist schließlich vorgesehen, dass dieses mindestens einen (dargestellt sind zwei) klammerartigen Fortsatz 12 aufweist. Dieser Fortsatz greift in eine an der Wandung 4 vorgesehene Ausnehmung 13 ein, wobei Widerhaken 14 am Fortsatz 12 ein ungewolltes Lösen des Fortsates 12 aus der Ausnehmung 13 ausschliessen. Wie dargestellt, wird der klammerartige Fortsatz 12 durch mehrfaches Knicken des Blechstreifens in unterschiedliche Richtungen hergestellt; die Widerhaken 14 ergeben sich durch geeignetes Ausstanzen bzw. -brechen bestimmter Bereiche an den Fortsätzen 12.

BU: Brennerumgebung
BK: Brennkammer
3: Elektrode
4: Wandung
5: Durchstecköffnung
6: Elektrodendraht
7: Keramikhülse
8: Halteelement
9: Abstützbund
10: Durchgangsöffnung
11: Anlagefläche
12: Fortsatz
13: Ausnehmung
14: Widerhaken
D1: erster, größerer Durchmesser
D2: zweiter, kleinerer Durchmesser

Claims

Elektrodenanordnung, umfassend mindestens eine mit einem Halteelement (8) an einem Brenner befestigte Elektrode (3), wobei der Brenner eine eine Brennerumgebung (BU) von einer Brennkammer (BK) trennende Wandung (4) mit einer Durchstecköffnung (5) für die Elektrode (3) aufweist und wobei die Elektrode (3) aus einem Elektrodendraht (6) und einer diesen mindestens im Bereich der Durchstecköffnung (5) umschließenden Keramikhülse (7) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstecköffnung (5) einen ersten, größeren, brennerumgebungsseitigen (D1) und einen zweiten, kleineren, brennkammerseitigen (D2) Durchmesser aufweist, dass die Wandung (4) einen stetigen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser (D1, D2) aufweist, dass die Keramikhülse (7) mindestens im Bereich zwischen den beiden Durchmessern (D1, D2) eine stetige, zur Durchstecköffnung (5) formangepaßte Außenkontur aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Keramikhülse (7) zwischen den beiden Durchmessern (D1, D2) konusförmig ausgebildet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur zwischen den beiden Durchmessern (D1, D2) der Keramikhülse (7) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhülse (7) dichtmittelfrei in der Durchstecköffnung (5) angeordnet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikhülse (7) einen Abstützbund (9) für das Halteelement (8) aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) aus einem Blechstreifen gebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) zur Fixierung von mehr als einer Elektrode (3) ausgebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) eine in Brennkammerrichtung weisende, auf die Elektrode (3) wirkende Federkraft aufweist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) für die Elektrode (3) eine Durchgangsöffnung (10) aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) im Bereich der Durchgangsöffnung (10) ebenflächig ausgebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Durchstecköffnung (5) eine Verdrehsicherung angeordnet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Durchgangsöffnung (10) des Halteelements (8) eine Verdrehsicherung angeordnet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung aus einer sowohl an der Durchgangsöffnung (10) als auch an der Keramikhülse (7) vorgesehenen, geradlinig erstreckten Anlagefläche (11) gebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (8) zur Verbindung mit der Wandung (4) mindestens einen klammerartigen Fortsatz (12) aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wandung (4) eine Ausnehmung (13) für den klammerartigen Fortsatz (12) vorgesehen ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der klammerartige Fortsatz (12) mindestens einen Widerhaken (14) zur Verankerung in der Ausnehmung (13) aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der klammerartige Fortsatz (12) durch mehrfaches Knicken des Blechstreifens in unterschiedliche Richtungen gebildet ist.