Kompakt, leise und zuver­lässig

Spar­samer Umgang mit Heiz­energie, umwelt­freund­liche Feue­rungs­technik und hoher Komfort beim Betrieb sind heute Haupt­an­for­de­rungen an die Wärme­quellen im Eigen­heim. Holz­pel­lets-, Hack­schnitzel- oder Scheit­holz­hei­zungen haben aus diesen Gründen ein breites Einsatz­feld. Sie eignen sich als Wohn­zim­mer­ge­räte oder für Zentral­hei­zungen in Ein- oder Mehr­fa­mi­li­en­häu­sern sowie öffent­li­chen Gebäuden. Kompakte Abmes­sungen und leiser Betrieb sind dabei wich­tige Forde­rungen. Schließ­lich will niemand, dass das Wohn­klima unter der umwelt­scho­nenden Heiz­technik leidet. Venti­la­toren für Zu- und Abluft spielen dabei eine wich­tige Rolle. Sie müssen im Hinblick auf Ener­gie­ef­fi­zienz, Geräusch, Betriebs­si­cher­heit und Kompakt­heit über­zeugen.

Bild 1: Sche­ma­ti­sche Funk­ti­ons­weise einer Biomasse-Fest­stoff­hei­zung mit dreh­zahl­ge­re­geltem Saug­zug­ge­bläse, das den Kaminzug unter­stützt und so die Verbren­nung opti­miert.

Moderne Biomas­se­hei­zungen erfreuen sich zuneh­mender Beliebt­heit. Sie können mit Holz­pel­lets, Hack­schnit­zeln oder Scheit­holz als erneu­er­bare und beim Verbren­nungs­pro­zess CO₂-neu­trale Ener­gie­quellen befeuert werden. Die Anlagen sind hinsicht­lich Betrieb und Wartung mit Öl- und Gashei­zungen vergleichbar, sind emis­si­onsarm und errei­chen einen Wirkungs­grad von über 90 % (bei Brenn­wert­ge­räten sogar bis zu 105 % Hi). Um die Effi­zienz und gleich­zeitig den Schad­stoff­ge­halt der Abluft zu opti­mieren, steuern moderne Geräte die Verbren­nung entweder über einen Tempe­ratur- bzw. Flamm­raum­fühler oder eine Lambda-Sonde, übli­cher­weise in Verbin­dung mit einem Saug­zug­ge­bläse (Bild 1). Dieses wird entspre­chend der Mess­werte oder gemäß eines vorge­ge­benen Kenn­felds in der Dreh­zahl gere­gelt und unter­stützt so den Kaminzug bedarfs­ge­recht. Damit trägt das Gebläse entschei­dend zu einer hoch­wer­tigen und sauberen Verbren­nung bei.

Außen­läu­fer­prinzip sorgt für kompakte Abmes­sungen

Bild 2: Saug­zug­ge­bläse der neuen Gene­ra­tion mit ener­gie­ef­fi­zi­enter EC-Tech­no­logie

Die Anfor­de­rungen an die Saug­zug­ge­bläse sind beacht­lich. Sie müssen hohen Tempe­ra­turen wider­stehen, ener­gie­ef­fi­zient und leise sein und sich gut inte­grieren lassen. Das gilt beson­ders für den Einsatz in Wohn­zim­mer­hei­zungen, aber auch beim Anbau an Zentral­hei­zungen sollten die Saug­zug­ge­bläse möglichst wenig Einbau­platz benö­tigen.
Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst Mulfingen verwendet deshalb auch bei den Saug­zug­ge­bläsen der neuesten Gene­ra­tion (Bild 2) die bewährte Außen­läufer­bauweise. Hier befindet sich der stehende Teil des Motors, der Stator, im Innern und ist vom rotie­renden Teil, dem Rotor oder Läufer, umschlossen. Allein durch diese Anord­nung kann mit dem Außen­läufer­prinzip ein höheres Dreh­mo­ment erreicht werden als bei einem Innen­läufer mit glei­cher Baulänge und glei­chem Magnet­system. Dadurch bauen Außen­läufer­motoren bei glei­cher Leis­tung deut­lich kompakter. Zusammen mit dem Venti­lator ergibt sich so eine kompakte und dazu robuste, lang­le­bige Einheit.

AC- oder EC-Motor?

Bild 3: Mecha­ni­scher Aufbau mit dem Außen­läu­fer­prinzip, wobei die Kommu­tie­rungs­elek­tronik entfernt von Brenn­raum im kühlen Bereich ange­ordnet ist

Prin­zi­piell kann der Anwender bei den neuen Saug­zug­ge­bläsen zwischen konven­tio­nellen Asyn­chron­mo­toren (AC) und elek­tro­nisch kommu­tierten Synchron­mo­toren (EC) wählen. Bei gere­gelten Gebläsen dürfte jedoch die Wahl fast immer auf die ener­gie­spa­rende EC-Tech­no­logie fallen. Bei Asyn­chron­mo­toren ist die maxi­male Dreh­zahl durch die Netz­fre­quenz begrenzt. Abhängig von den Last­ver­hält­nissen passt sich die Rotor­dreh­zahl über den Schlupf der Dreh­feld­fre­quenz an. Alter­nativ ist eine Dreh­zahl­re­ge­lung über Frequenz­än­de­rung oder Phasen­ab­schnitt­steue­rung möglich. Dazu sind aller­dings eine externe Steu­er­elek­tronik (Triac) und ein zusätz­li­cher Hall-Sensor zur Dreh­zah­l­er­fas­sung im Motor erfor­der­lich. Da sich vor allem im gere­gelten Betrieb bei AC-Motoren der Wirkungs­grad stark redu­ziert, lassen sich mit EC-Motoren wesent­lich effi­zi­en­tere Saug­zug­ge­bläse reali­sieren. Das heißt, die EC-Gebläse verbrau­chen um bis zu 70 % weniger Energie im Teil­last­be­trieb, wodurch Betriebs­kosten und Umwelt­be­las­tungen sinken. Umwelt­freund­liche Heiz­technik und ener­gie­spa­rende Venti­la­toren ergänzen sich hier hervor­ra­gend.

EC-Tech­no­logie: ener­gie­ef­fi­zient und leise

Bild 4: EC-Venti­la­toren haben einen deut­lich höheren Wirkungs­grad als konven­tio­nelle AC-Ausfüh­rungen vor allem im Teil­last­be­reich

Beim EC-Motor dreht sich der mit Perma­nent­ma­gneten bestückte Rotor synchron mit dem Dreh­feld des Stators (Bild 3). Im Unter­schied zum netz­ge­speisten Asyn­chron­motor ist die Rotor­dreh­zahl dabei nicht auto­ma­tisch an die Frequenz der Versor­gungs­span­nung gekop­pelt, sondern sie wird durch die Kommu­tie­rungs­elek­tronik vorge­geben. Sie bestimmt die Winkel­ge­schwin­dig­keit des Stator­dreh­feldes, mit dem sich der Rotor synchron dreht.
Die Kommu­tie­rungs­elek­tronik ermit­telt die Rotor­lage teil­weise sensorlos über die Betriebs­größen Polrad­span­nung bzw. Motor­ströme. Dadurch lassen sich nahezu belie­bige Betriebs­dreh­zahlen schlupf­frei (synchron mit dem Stator­dreh­feld) reali­sieren, die im Gegen­satz zum netz­ge­speisten Asyn­chron­motor auch ober­halb der Netz­fre­quenz liegen können. Darüber hinaus liegt die minimal erreich­bare Dreh­zahl beim EC-Motor tiefer als beim AC-Motor. Somit kann die Dreh­zahl immer bedarfs­ge­recht durch Vorgabe eines PWM- oder 0-10-V-Signals an die aktu­ellen Anfor­de­rungen ange­passt werden und bietet einen größeren Regel­be­reich. Außerdem haben die EC-Motoren vor allem im Teil­last­be­trieb aber auch bei Voll­last einen deut­lich höheren Wirkungs­grad als netz­ge­speiste AC-Motoren (Bild 4) und arbeiten im Gegen­satz zu dreh­zahl­ge­re­gelten Asyn­chron­mo­toren ausge­spro­chen leise, da deren Triac-Rege­lung störende Geräu­sche erzeugen kann.

Neuer mecha­ni­scher Aufbau mit Zusatz­nutzen

Bild 5: Modu­larer Aufbau der neuen Saug­zug­ge­bläse: Bei glei­chen Abmes­sungen kann sowohl ein konven­tio­neller AC Antrieb als auch ein elek­tro­nisch kommu­tierter Synchron­motor mit direkter Netz­ver­sor­gung (EC) oder alter­nativ Gleich­span­nungs­ver­sor­gung (DC) verwendet werden

Mecha­nisch sind die neuen Saug­zug­ge­bläse modular aufge­baut, sodass sich sowohl konven­tio­nelle AC- als auch die ener­gie­ef­fi­zi­enten EC-Motoren bei glei­chen Außen­ab­mes­sungen einsetzen lassen (Bild 5). Der Aufbau des EC-Motors wurde dazu so konzi­piert, dass die im Motor inte­grierte Elek­tronik möglichst weit vom heißen Brenn­raum entfernt im kühlen Bereich ange­ordnet ist, wodurch die elek­tro­ni­schen Bauteile gegen die zwangs­läufig recht hohen Tempe­ra­turen geschützt werden. Dazu trägt auch die wärme­däm­mende kunden­spe­zi­fi­sche Monta­ge­platte mit dem dahin­ter­lie­genden Kühlrad bei. Lang­zeit­tests bestä­tigen, dass Tempe­ra­turen von 250 °C auf Dauer die Funk­tion nicht beein­träch­tigen; die Saug­zug­ge­bläse sind sogar für kurz­zei­tige Tempe­ra­tur­spitzen bis 300 °C ausge­legt. Die Edel­stahl-Lauf­räder stehen in unter­schied­li­chen Ausfüh­rungen von Durch­messer 120 mm bis 250 mm zur Verfü­gung. Eine optio­nale für diesen Anwen­dungs­fall entwi­ckelte Wellen­dich­tung verhin­dert, dass Rauchgas durch den Wellen­spalt entwei­chen kann. Dies ist wichtig, weil in Wohn­räumen mit Lüftungs­an­lagen ein Luft­un­ter­druck entstehen kann, der durch die Spalte Rauch­gase in den Wohn­raum saugt. Abge­dich­tete, raum­luft­un­ab­hän­gige Öfen sind hier obli­ga­to­risch.
Der mecha­ni­sche Aufbau hat aber noch weitere Vorteile. So besteht die Haube der Saug­zug­ge­bläse aus einem sehr wider­stands­fä­higen, tempe­ra­tur­be­stän­digen und flamm­ge­schützten Kunst­stoff­ma­te­rial mit Glas­fa­ser­ver­stär­kung. Ihre torsi­ons­sta­bilen Hohl­rippen sorgen für eine robuste Trag­struktur. Wird ein AC-Motor verwendet, lässt sich der Klemm­kasten einfach zusätz­lich an der Trag­haube befes­tigen. Für Anwen­dungen mit einer vorhan­denen externen Span­nungs­auf­be­rei­tung wird es zukünftig auch Nieder­volt-DC-Motoren mit den glei­chen Leis­tungs­daten und in iden­ti­scher Bauform geben.