Kompakt, leise und energiesparend

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.

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 %, bezogen auf H_i). Um die Effizienz zu erhöhen und gleichzeitig den Schadstoffgehalt in den Abgasen zu minimieren, 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 natürlichen Kaminzug. Damit trägt das Gebläse entscheidend zu einer hochwertigen und sauberen Verbrennung bei.­

Außenläuferprinzip sorgt für kompakte Abmessungen
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.
Bewährt haben sich die Saugzuggebläse der neuesten Generation (Bild 2) in Außenläuferbauweise. Hier befindet sich der statische 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 sind die Außenläufermotoren bei gleicher Leistung deutlich kompakter. Zusammen mit dem Ventilator ergibt sich so eine kompakte und dazu robuste, langlebige Einheit.

AC- oder EC-Motor?
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
Beim EC-Motor dreht sich der mit Permanentmagneten bestückte Rotor synchron mit dem Drehfeld des Stators. 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. Die Leerlaufdrehzahl ist von der angelegten Spannung und der Windungszahl der Statorwicklung abhängig. 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 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 und arbeiten im Gegensatz zu drehzahlgeregelten Asynchronmotoren ausgesprochen leise, da deren Triac-Regelung störende Geräusche erzeugen kann.

Neuer mechanischer Aufbau mit Zusatznutzen
Mechanisch können die neuen Saugzuggebläse modular aufgebaut sein, sodass sich sowohl konventionelle AC- als auch die energieeffizienten EC-Motoren bei gleichen Außenabmessungen einsetzen lassen (Bild 3). Die in den Motor integrierte Elektronik sollte möglichst weit vom heißen Brennraum entfernt im kühlen Bereich angeordnet sein, damit sie gegen die zwangsläufig recht hohen Temperaturen geschützt werden. Eine wärmedämmende Montageplatte mit dahinterliegendem Kühlrad trägt dazu bei. Langzeittests bestätigen, dass Temperaturen von 250 °C auf Dauer die Funktion nicht beeinträchtigen. Die Saugzuggebläse vertragen sogar kurzzeitige Temperaturspitzen bis 300 °C.
Nicht zu vernachlässigen ist die Wellendichtung. Sie muss verhindern, 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 Heizgeräte sind hier obligatorisch.
Für Anwendungen mit einer vorhandenen externen Spannungsaufbereitung soll es zukünftig auch Niedervolt-DC-Motoren geben. Ziel ist es, bei gleichen Leis­tungsdaten eine identische Bauform zu realisieren.

Autor: Thomas Heli, Abteilungsleiter Entwicklung bei ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG, Mulfingen, und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

Bilder: ebm-papst
 
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