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Gas­ventile für Brenn­wert­thermen: Das ent­scheidende Binde­glied

In einer Brenn­wert­therme ist das Gasventil eine Schlüssel­komponente bei der Verbrennungs­regelung: es sorgt für einen sicheren Betrieb und ist entschei­dend für das opti­male Brenn­ge­misch. Das Gasventil­programm von ebm-papst bietet sowohl für pneu­ma­ti­sche als auch elek­tro­ni­sche Verbund­systeme die passende Lösung.


Gäbe es auf dieser Welt nur eine Gassorte, hätten es die Hersteller von Heiz­ge­räten deut­lich einfa­cher. Sie könnten ihr Verbren­nungs­system einmal für das opti­male Mischungs­ver­hältnis von Gas und Luft konfi­gu­rieren und schon würde die so einge­stellte Brenn­wert­therme in allen Erdteilen gleich effi­zient Wärme liefern. Wenn man Umge­bungs­pa­ra­meter wie Tempe­ratur oder Luft­druck einmal außer Acht lässt.

Doch Erdgas ist ein Natur­pro­dukt und je nachdem aus welcher Quelle es kommt, hat es einen unter­schied­li­chen Brenn­wert. In den Nieder­landen und Deutsch­land zum Beispiel wird tradi­tio­nell L-Gas geför­dert, das so heißt, weil es nied­rig­ka­lo­risch ist (L = low). Im Gegen­satz zum H-Gas aus Russ­land, das einen höheren Methan- und damit Ener­gie­ge­halt hat, und deshalb hoch­ka­lo­risch (H = High) ist. Da Quellen versiegen und der Markt sich wandelt, kommen noch neue Brenn­stoffe wie Flüs­siggas aus den USA sowie synthe­ti­sches Gas oder Wasser­stoff aus Power-to-Gas Anlagen dazu. Es sind also fein austa­rierte Systeme notwendig, um das opti­male Brenn­ge­misch einzu­stellen.

Bild 1a: Das Zusam­men­spiel aller Kompo­nenten ist sowohl im elek­tro­ni­schen als auch im pneu­ma­ti­schen Verbund entschei­dend. Das Gasventil nimmt dabei eine wich­tige Rolle für das rich­tige Brenn­ge­misch ein. (Grafik | ebm-papst)

Schlüs­sel­funk­tion im Verbund

In der Praxis hat sich dafür die pneu­ma­ti­sche Verbren­nungs­re­ge­lung schon seit vielen Jahren bewährt. Als Alter­na­tive gewinnt die elek­tro­ni­sche Verbren­nungs­reg­lung ange­sichts schwan­kender Gasqua­li­täten an Bedeu­tung. Beide Vari­anten bietet ebm-papst als Komplett­lö­sung unter den Namen CleanEco (pneu­ma­tisch, Bild 1a) und Clean­Vario (elek­tro­nisch, Bild 1b) an.

Inner­halb dieser Systeme kommt dem Gasventil eine Schlüs­sel­rolle zu. Auf der einen Seite verhin­dert es, dass das Gas unkon­trol­liert ausströmt, auf der anderen Seite lässt es nur genau die Menge durch, die der Luft beigemischt werden muss. Wichtig ist, dass das Zusam­men­spiel mit Gebläse, Venturi und Steu­er­ein­heit harmo­niert. Und das funk­tio­niert am besten, wenn alle Kompo­nenten aus einer Hand kommen. Deshalb hat ebm-papst seit 2011 auch Gasven­tile mit ins Programm aufge­nommen und diese konti­nu­ier­lich erwei­tert und verfei­nert, sodass inzwi­schen vier Leis­tungs­klassen (Bild 2 und 3) im Bereich von 1,5 – 762 kW bedient werden können.

Bild 1b: Das Zusam­men­spiel aller Kompo­nenten ist sowohl im elek­tro­ni­schen als auch im pneu­ma­ti­schen Verbund entschei­dend. Das Gasventil nimmt dabei eine wich­tige Rolle für das rich­tige Brenn­ge­misch ein. (Grafik | ebm-papst)

Der Klas­siker: das Ventil D01

Im pneu­ma­ti­schen Verbund kommen mecha­ni­sche Ventile zum Einsatz. Die Funk­ti­ons­weise: Springt der Ther­mo­stat in der Wohnung an oder wird der Warm­was­ser­hahn geöffnet, beginnt der Heiz­kessel zu arbeiten. Das Gebläse dreht sich gemäß der gefor­derten Leis­tung, das Gasventil wird geöffnet und über die Verjün­gung im Venturi kommt es zu einem Unter­druck, der das Gas ansaugt. Verein­facht gesagt: Je schneller das Gebläse dreht, desto mehr Gas wird ange­saugt. Das darf nicht unkon­trol­liert geschehen. Das Ventil soll also nur so weit öffnen, dass es die für das Brenn­ge­misch exakte Menge durch­lässt.

Wie das funk­tio­niert? Ein Blick in das Innere des Ventils D01 von ebm-papst macht dies deut­lich (Bild 4). Auf der Gasein­gangs­seite befinden sich zwei Sicher­heits­ven­tile. Wenn eines ausfällt, kann das andere immer noch eine unkon­trol­lierte Zufuhr verhin­dern. Über elek­tro­ma­gne­ti­sche Spulen werden die Sicher­heits­ven­tile ange­hoben und das Gas kann einströmen. Auf der Ausgangs­seite, die mit dem Venturi verbunden ist, befindet sich das Arbeits­ventil. Der durch das Gebläse erzeugte Unter­druck übt über eine Arbeits­mem­bran eine Kraft aus, die das Arbeits­ventil mecha­nisch hebt.

Wie weit es das macht, lässt sich über zwei Stell­schrauben regeln: die Offset- und die Haupt­men­gendros­sel­ein­stel­lung. Der Offset (Null­punkt-Verschie­bung) lässt sich am Servo­regler einstellen. Unab­hängig vom erzeugten Saug­druck des Vormisch­ge­bläses wird der Offset­druck stets auf null gere­gelt. Darüber hinaus lassen sich so Druck­schwan­kungen im Versor­gungs­netz kompen­sieren. Das Dros­sel­ele­ment justiert passend zur Gasqua­lität die gewünschte Gasmenge. Bei L-Gas kommt dann beispiels­weise eine größere Menge durch als bei H-Gas. Beide Einstel­lungen sind somit entschei­dend dafür verant­wort­lich, dass über die gesamte Modu­la­ti­ons­breite, das Gas-Luft-Gemisch das rich­tige Verhältnis hat.

Das D01-Ventil ist das erste, das ebm-papst in sein Programm aufge­nommen hat und eignet sich für einen sehr breiten Leis­tungs­be­reich von 8 bis 120 kW. Durch seine kompakten Maße lässt sich das D01 platz­spa­rend in die Therme inte­grieren.

Bild 2: Das Gasven­til­pro­gramm von ebm-papst für den pneu­ma­ti­schen Verbund.

Für kleine Leis­tungen ganz groß: die Ventile E01

Für nied­ri­gere Leis­tungs­klassen bis 81 kW haben die Inge­nieure von ebm-papst das Prinzip des D01 weiter verfei­nert und mit dem Ventil E01 eine noch kompak­tere Lösung reali­siert. Der entschei­dende Unter­schied ist die Ausle­gung der Sicher­heits­ven­tile. Statt auf zwei Spulen verteilt, sind sie in einem Modul zusam­men­ge­fasst. Das spart Mate­rial und ist auch strom­spa­render, da es nur noch eine Spule gibt, an die Span­nung ange­legt werden muss. Das E01 gibt es in zwei Vari­anten: für die Leis­tungs­be­reiche von 1,5 bis 57 kW und 3 bis 81 kW.

Mehr Flexi­bi­lität: das Ventil F01

Im elek­tro­ni­schen Verbund gewinnt das Gasventil enorm an Bedeu­tung. Das Misch­ver­hältnis wird hier nicht über den Unter­druck gesteuert, sondern durch die elek­tro­ni­sche Ansteue­rung des Gasven­tils. Statt passiv zu reagieren, steuert es somit aktiv die Zufuhr des Gases. Anders als beim pneu­ma­ti­schen Verbund muss das Ventil also nicht vorab für die jewei­lige Gassorte und -qualität manuell einge­stellt werden, da das System gasad­aptiv ist.

Damit das Ventil weiß, wie viel Gas es für die Mischung mit der Luft zur Verfü­gung stellen soll, benö­tigt es eine Kenn­größe. Dabei setzt ebm-papst auf die soge­nannte Ioni­sa­ti­ons­tech­no­logie, die sich die elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit der Flamme zu Nutze macht. Wenn eine Span­nung ange­legt wird, kann über eine Elek­trode direkt in der Flamme der soge­nannte Ioni­sa­ti­ons­strom gemessen werden. Daraus lassen sich Rück­schlüsse auf die Verbren­nungs­qua­lität ziehen: Ist der Strom zu schwach, bekommt das Ventil das Signal, mehr Gas zu liefern, ist er zu hoch, dros­selt es.

Bild 3: Das Gasven­til­pro­gramm von ebm-papst für den elek­tro­ni­schen Verbund. (Grafik | ebm-papst)

Damit das Gasventil aktiv die Gaszu­fuhr steuern kann, muss es anders konstru­iert sein als im pneu­ma­ti­schen Verbund. Mit der Baureihe F01 bietet ebm-papst für alle Leis­tungs­klassen im Bereich von 1,8 bis 762 kW die dafür passenden Ventile (siehe Bild 3). Was die Sicher­heits­technik angeht, setzten die Entwickler auf dasselbe System wie beim E01. Auf der Ausgangs­seite jedoch kommt ein Schritt­motor mit inte­griertem Druck­regler zum Einsatz, der präzise den Durch­fluss und damit die Gasdosis vari­ieren kann.

Wenn von der Flamme das Signal kommt, dass die Verbren­nung nicht optimal ist, kann die paten­tierte Lösung also flexibel dagegen steuern. Somit ist es im elek­tro­ni­schen Verbund fast egal, welcher Brenn­stoff durch die Leitungen strömt und die Hersteller müssen sich über unter­schied­liche Gassorten und -quali­täten deut­lich weniger Gedanken machen – die Verbren­nung läuft immer optimal, effi­zient und umwelt­freund­lich ab.

Bild 4: Alle drei Gasven­til­typen von ebm-papst im Quer­schnitt. Das Gas strömt von links (1) ein. Die beiden Sicher­heits­ven­tile (2) werden durch eine (E01, F01) oder zwei (D01) elek­tro­ma­gne­ti­sche Spule(n) geöffnet. Beim D01 und E01 wird über das Arbeits­ventil (3) Druck und Menge gere­gelt. (Grafik | ebm-papst)

Drei Ventile mit vielen Vorzügen

Das D01-Ventil

• Seit vielen Jahren im Einsatz bewährt
• Kompakte Maße erhöhen Flexi­bi­lität der Hersteller
• Einfa­cher Zugang zu elek­tri­schen Anschlüssen und Einstel­lungen
• Präzise Einstel­lung des Gas-Luft-Verhält­nisses über die Offset- und Haupt­men­gendros­sel­ein­stel­lung

Das E01-Ventil

• Gasventil mit einer Spule mit koaxialem Doppel­si­cher­heits­ventil und einem Druck­guss­ge­häuse
• Dadurch nochmal kompakter und nied­rige elek­tri­sche Leis­tung
• Wird seit 2014 in immer stei­genden Stück­zahlen produ­ziert
• Einfa­cher Zugang zu den Anschlüssen
• Hohe Offset-Genau­ig­keit und damit opti­male Kompen­sa­tion von Druck­schwan­kungen im Versor­gungs­netz

Das F01-Ventil

• Dank elek­tro­ni­scher Steue­rung sind keine manu­ellen Einstel­lungen mehr nötig
• Paten­tierte Lösung aus Schritt­motor und inte­griertem Druck­regler
• Opti­mierte Konstruk­tion ermög­lich die voll­au­to­ma­ti­sche Montage
• Sehr präzise Reglung in einem Leis­tungs­be­reich von 1,8-762 kW
• Modu­larer Aufbau ermög­licht opti­male Kombi­na­tion mit anderen System­kom­po­nenten

Die perfekte Kombi­na­tion

Ob pneu­ma­ti­scher oder elek­tro­ni­scher Verbund – in den Verbren­nungs­sys­temen ist es entschei­dend, dass alle Kompo­nenten bestens aufein­ander abge­stimmt sind. Gebläse und Ventil müssen daher gut zusam­men­passen. ebm-papst bietet folgende Kombi­na­ti­ons­mög­lich­keiten an.

Gebläse Gasventil
RadiMix VG 71 & VG 100 E01 und G15 F01
RadiMix VG 108 G20 D01 und G32 F01
VG 145 G20 D01 und G32 F01
RG 175 G32 F01 und G40 F01
G1G 170 G40 F01
G3G 200 G40 F01

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