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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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