GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Biomassefeuerungen und insbesondere
auf eine Biomassefeuerung, wie bspw. einen Scheitholzofen, mit einer Luftstellelementsicherung
und auf ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Biomassefeuerung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0002] Es sind allgemein Biomassefeuerungen bekannt, wie bspw. Biomassefeuerungen, in denen
Holz verbrannt wird. So sind insbesondere Kaminöfen zum Verbrennen von Stückholz oder
Pellets bekannt, die auch in einem Wohnraum aufgestellt werden.
[0003] Bekannte Biomassefeuerungen haben typischerweise eine Steuerung, die u.a. die Luftzufuhr
für die Verbrennung regelt, um die Verbrennung zu optimieren.
[0004] Für die Steuerung der Luftzufuhr sind bspw. Luftklappen bekannt, die in Abhängigkeit
von Verbrennungsparametern, wie Flammtemperatur oder Kohlenmonoxid- oder Kohlendioxidgehalt
im Rauchgas von der Steuerung elektrisch gesteuert werden, um für eine optimale Verbrennung
eine bestimmte Luftmenge bzw. Sauerstoffmenge zuzuführen.
[0005] Zum Beispiel kann es im Falle eines Bedienungsfehlers, eines Stromausfalls bzw. einer
Stromunterbrechung oder einem Fehler in der Steuerung konstruktionsbedingt passieren,
dass die Luftklappen schließen und dadurch die Luftzufuhr für eine in der Biomassefeuerung
stattfindende Verbrennung unterbrechen.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Biomassefeuerung und
ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Biomassefeuerung zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0007] Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Biomassefeuerung,
insbesondere einen Scheitholzofen, bereit, die einen Feuerraum, eine Luftzufuhr für
den Feuerraum und eine Luftsteuereinrichtung, die in der Luftzufuhr angeordnet ist
umfasst. Die Luftsteuereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine durch die Luftzufuhr geleitete
Luftmenge zu steuern. Weiterhin umfasst die Biomassefeuerung eine Luftstellelementsicherung,
die dazu ausgelegt ist, die Luftsteuereinrichtung derart zu sichern, dass sie eine
vorgegeben Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr leitet.
[0008] Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern
einer Biomassefeuerung, insbesondere einer Biomassefeuerung bzw. einem Scheitholzofen
nach dem ersten Aspekt bereit, wobei die Biomassefeuerung einen Feuerraum, eine Luftzufuhr
zum Feuerraum und eine Luftsteuereinrichtung in der Luftzufuhr aufweist, wobei die
Luftsteuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Luftzufuhr zum Feuerraum zu unterbrechen
bzw. offen zu lassen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Steuern der Luftsteuereinrichtung
derart, dass Luft in den Feuerraum zugeführt wird, wenn in dem Feuerraum eine Verbrennung
stattfindet; und Sichern der Luftsteuereinrichtung derart während des Betriebes der
Biomassefeuerung, dass die Luftsteuereinrichtung eine vorgegebene Mindestluftmenge
durch die Luftzufuhr in den Feuerraum leitet.
[0009] Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung beschreiben, in der:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kaminofens in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Luftsteuereinheit mit einer Luftstellelementsicherung
in Sicherungsstellung veranschaulicht;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Luftsteuereinheit mit der Luftstelielementsicherung
in Verrieglungsstellung zeigt;
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht der Luftsteuereinheit mit der Luftstelleiementsicherung
in Verrieglungsstellung zeigt;
Fig. 5 einen Ausschnitt der in Fig. 4 gezeigten dreidimensionalen Ansicht der Luftsteuereinheit
mit der Luftstellelementsicherung in Verrieglungsstellung zeigt;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Luftsteuereinheit mit einer Luftstellelementsicherung
in Freigabestellung veranschaulicht;
Fig. 7 eine Seitenansicht der Luftsteuereinheit mit der Luftstelielementsicherung
in Freigabestellung zeigt;
Fig. 8 eine dreidimensionale Ansicht der Luftsteuereinheit mit der Luftstellelementsicherung
in Freigabestellung zeigt;
Fig. 9 einen Ausschnitt der in Fig. 8 gezeigten dreidimensionalen Ansicht der Luftsteuereinheit
mit der Luftstellelementsicherung in Freigabestellung zeigt;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Steuerung für den Kaminofen von Fig. 1
zeigt; und
Fig. 11 ein Ablaufschema für die Steuerung von Fig. 10 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[0011] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Scheitholzofens bzw. Kaminofens 1 in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Vor einer detaillierten
Beschreibung folgen allerdings zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen
und deren Vorteilen.
[0012] Wie eingangs erwähnt, hat eine Biomassefeuerung, insbesondere ein Scheitholzofen,
typischerweise einen Feuerraum, in dem Biomasse verbrannt wird. Außerdem hat die Biomassefeuerung
typischerweise eine elektrische betriebene Steuerung für die Luftzufuhr der Verbrennung.
Die Ausführungsbeispiele sind allerdings nicht auf Biomassefeuerungen mit einer Steuerung
beschränkt, sondern es sind auch bspw. Biomassefeuerungen mit Naturzug und ohne elektrische
Steuerung der Luftzufuhr umfasst.
[0013] Für die Steuerung der Luftzufuhr ist eine Luftsteuereinrichtung vorgesehen, die wenigstens
ein Luftstellelement wie bspw. eine Luftklappe oder dergleichen umfasst.
[0014] Die Luftsteuereinrichtung unterteilt bei manchen Ausführungsbeispielen die einströmende
Frischluft in Primär- und Sekundärluft. Die Primärluft dient dabei zur primären
[0015] Verbrennung der Biomasse, die in der Biomassefeuerung verwendet wird.
[0016] Die Sekundärluft dient zur Verbrennung von brennbaren Gasen, die im Rauchgas enthalten
sind, das bei der Verbrennung der Biomasse im Feuerraum entsteht. Als Biomasse kommen
bspw. Stückholz bzw. Scheitholz, Pellets, Hackschnitzel oder dergleichen zum Einsatz.
[0017] Eine Steuerung der Biomassefeuerung kann bspw. die zugeführte Luft in Abhängigkeit
von Verbrennungsparametern steuern, wie dem Kohlendioxid- oder dem Kohlenmonoxidgehalt
im Rauchgas der Flammtemperatur oder anderer steuerungstechnisch relevanter Parameter,
wie sie dem Fachmann bekannt sind.
[0018] Da sowohl die Steuerung selbst als auch die Luftsteuereinrichtung typischerweise
elektrisch betrieben sind, kann bspw. ein Stromausfall dazu führen, dass das Luftstellelement,
wie bspw. die Luftklappen der Luftsteuereinrichtung durch eine entsprechende Sogwirkung
(vollständig) schließen und somit die Luftzufuhr (vollständig) unterbinden. Gleiches
kann bspw. passieren, wenn die Steuerung einen Software- und/oder Hardwarefehler hat
oder ein Sensorsignal, das für die Steuerung der Luftzufuhr verwendet wird, fehlerhaft
ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann auch eine falsche Bedienung der Biomassefeuerung
dazu führen, dass die Luftzufuhr vollständig unterbunden wird oder zu gering eingestellt
wird.
[0019] Durch das vollständige Schließen oder zu starke Schließen der Luftstellelemente,
wie bspw. der Luftklappen, fehlt der im Feuerraum stattfindenden Verbrennung der benötigte
Sauerstoff. Folglich erstickt die Verbrennung im Feuerraum langsam.
[0020] Dies kann bspw. zu einer höheren Schadstoffbelastung in den Rauchgasen führen, da
die Biomasse aufgrund des Sauerstoffmangels nur noch unvollständig verbrennt. Die
unvollständige Verbrennung führt außerdem zu einer starken Rußbildung, die folglich
die Biomassefeuerung verschmutzt. Außerdem ist die starke Rußbildung insbesondere
bei Kaminöfen, die typischerweise im Wohnraum angeordnet sind, störend, da dadurch
bspw. eine Sichtscheibe stark verschmutzt.
[0021] Ferner kann das Schließen der Luftzufuhr während des Betriebes der Biomassefeuerung
bei Niedrigenergiehäusern dazu führen, dass Sauerstoff aus der die Biomassefeuerung
umgebenden Luft genommen wird. Da Niedrigenergiehäuser typischerweise nahezu luftdicht
gebaut sind, kann dadurch der Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft der Biomassefeuerung
bei dem oben skizzierten Szenario sinken.
[0022] Außerdem kann die Unterversorgung der Verbrennung mit Sauerstoff beim Öffnen des
Feuerraums der Biomassefeuerung dazu führen, dass Flammen aus der Öffnung bspw. aufgrund
einer Verpuffung schlagen, was unter Umständen für den Benutzer gefährlich sein kann.
[0023] Der Erfinder hat nun erkannt, dass mit einer Luftstellelementsicherung die Luftzufuhr
für eine Verbrennung in der Biomassefeuerung erhalten bleiben kann, insbesondere auch
in Fällen einer Stromunterbrechung oder eines Software- oder Hardwarefehlers der Steuerung
oder Fehlfunktionen anderer Elemente der Biomassefeuerung, die zu einem Schließen
der Luftsteuereinrichtung bzw. des Luftstellelements der Luftsteuereinrichtung führen
könnten.
[0024] Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung umfasst die Biomassefeuerung einen Feuerraum,
eine Luftzufuhr für den Feuerraum und eine Luftsteuereinrichtung, die zur Steuerung
der zugeführten Luftmenge in der Luftzufuhr angeordnet ist. Die Luftsteuereinrichtung
ist bei manchen Ausführungsbeispielen elektrisch betrieben.
[0025] Die Luftzufuhr kann dabei eine Frischluftöffnung aufweisen, durch die entweder Umgebungsluft
der Biomassefeuerung einströmt oder Frischluft bspw. von außerhalb des Gebäudes in
dem die Biomassefeuerung angeordnet ist zugeführt wird.
[0026] Die Luftsteuereinrichtung befindet sich dann zwischen dem Feuerraum und der Frischluftöffnung,
sodass die Luftsteuereinrichtung in der Lage ist, die in den Feuerraum geführt Luftmenge
zu steuern.
[0027] Außerdem umfasst die Biomassefeuerung in den Ausführungsbeispielen eine Luftstellelementsicherung,
die dazu ausgelegt ist, die Luftsteuereinrichtung derart zu sichern, dass sie eine
vorgegeben Luftmenge durch die Luftzufuhr in den Feuerraum leitet. Die Luftstelleiementsicherung
sichert die Luftsteuereinrichtung auch dann, eine vorgegebene Luftmenge durch die
Luftzufuhr in den Feuerraum zu leiten, wenn bspw. der Strom unterbrochen ist oder
ein Software- oder Hardwarefehler in der Steuerung oder einem anderen für die Steuerung
der Biomassefeuerung verwendeten Element auftritt.
[0028] Wie oben erwähnt, dient der Feuerraum dazu, Biomasse in ihm zu verbrennen, wie es
dem Fachmann wohlbekannt ist. Mit Biomassefeuerung ist in den Ausführungsbeispielen
jede Art von Feuerung gemeint, die dazu ausgelegt ist, Biomasse zu verbrennen. Biomasse
besteht zumindest teilweise aus organischen Materialien, die typischerweise für die
Verbrennung eingesetzt werden, wie bspw. Stückholz (Scheitholz), Hackschnitzelgut,
Pellets und dergleichen. Insbesondere betreffen die Ausführungsbeispiele einen Scheitholzofen,
der typischerweise über Luftstellelemente, wie Luftklappen gesteuert wird. Die hierein
beschriebene Luftstellelementsicherung kann aber auch bei den anderen beispielhaft
genannten Biomassefeuerungen zum Einsatz kommen.
[0029] Die Biomassefeuerungen sind in den Ausführungsbeispielen für unterschiedliche Leistungen
und Zwecke ausgelegt. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Biomassefeuerung als
Zentralheizung für ein normales Wohnhaus ausgelegt. Bei anderen Ausführungsbeispielen
ist die Biomassefeuerung als Kaminofen ausgelegt, der bspw. in einem Wohnraum aufgestellt
wird. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen ist die Biomassefeuerung als Heizung
für Industrieanlagen ausgelegt usw.
[0030] Die Biomassefeuerung kann bei manchen Ausführungsbeispielen wasserführend sein, um
Warmwasser bereitzustellen. Außerdem kann die Biomassefeuerung einen Latentwärmespeicher
aufweisen, um Wärme für eine spätere Wärmeabgabe zu speichern.
[0031] Die Biomassefeuerung umfasst bei manchen Ausführungsbeispielen eine zentrale Steuerung.
Zusätzlich kann die Biomassefeuerung auch Sensoren aufweisen, die bspw. die Verbrennungsgüte
messen. Dazu weist die Biomassefeuerung bspw. Sensoren auf, die den Kohlendioxidgehalt
im Rauchgas ermitteln. Dies geschieht bei manchen Ausführungsbeispielen durch eine
sogenannte Lambdasonde. Bei manchen Ausführungsbeispielen ermittelt ein Sensor die
Kohlenmonoxidkonzentration im Rauchgas und/oder die Flammtemperatur. Grundsätzlich
ist dem Fachmann bekannt, wie die Verbrennungsgüte bei Biomassefeuerungen ermittelt
werden kann und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beispielhaft genannten
Techniken beschränkt.
[0032] Die Steuerung der Biomassefeuerung steuert typischerweise die Luftsteuereinheit entsprechend
der ermittelten Verbrennungsgüte, um die genau für die Verbrennung benötigte Sauerstoffmenge
der Verbrennung über die Luftzufuhr zuzuführen.
[0033] Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Steuerung auch in der Luftsteuereinrichtung
integriert, sodass die Luftsteuereinrichtung selbst die Steuerung der Luftmenge übernimmt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Luftsteuereinrichtung in erster Linie
nur die mechanischen Elemente, wie bspw. ein oder mehrere Luftstellelemente, die für
die physikalische Steuerung der zugeführten Luftmenge notwendig sind und eine entsprechende
Elektronik, um von der zentralen Steuerung Steuersignale zu empfangen, die die entsprechende
durchzuleitende Luftmenge angeben. Dementsprechend stellt die Luftsteuereinrichtung
dann das oder die Luftstellelemente ein, um die von der zentralen Steuerung vorgegeben
Luftmenge einzustellen.
[0034] Die Luftsteuereinrichtung ist entsprechend dazu ausgelegt, die durch sie hindurchströmende
Luftmenge zu begrenzen. Dazu weist die Luftsteuereinrichtung wenigstens ein Luftstellelement
auf, das oben allgemein und beispielhaft als Luftklappe bezeichnet wurde. Das Luftstellelement
kann aber auch jede andere Art von Luftbegrenzung umfassen, die geeignet ist, den
Strömungsquerschnitt für die durchströmende Luft zu begrenzen.
[0035] Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Luftsteuereinrichtung bzw. das wenigstens
eine Luftstelleiement wenigstens eine Stellung auf, in der keine Luft durch die Luftzufuhr
geleitet wird, und eine Stellung, in der Luft durch die Luftzufuhr geleitet wird.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Luftsteuereinrichtung bzw. das wenigstens
eine Luftstellelement allerdings auch eine oder mehrere Zwischenstellung zwischen
den Extremstellungen "vollständig geschlossen" und "vollständig offen" auf.
[0036] Die Luftstellelementsicherung ist entsprechend dazu ausgelegt, die Luftsteuereinrichtung
in einer Stellung zu halten bzw. zu sichern, in der eine bestimmte Mindestluftmenge
durch die Luftzufuhr gleitet wird. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Luftsteuereinrichtung
aber mehr als die Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr leiten. Die Luftstellelementsicherung
stellt dabei folglich nur sicher, dass die Luftsteuereinrichtung die Mindestluftmenge
durch die Luftzufuhr leitet. Die Luftstellelementsicherung ist folglich bei manchen
Ausführungsbeispielen dazu ausgelegt, eine Untergrenze für die durchgeleite Luftmenge
festzulegen, die auch im Falle einer Stromunterbrechung oder einer sonstigen Fehlfunktion
oder Fehlbedingung der Biomassefeuerung erhalten bleibt.
[0037] Wie oben erwähnt, kann sich bei manchen Ausführungsbeispielen die Luftsteuereinrichtung
selbsttätig oder durch Fehlbetätigung vollständig schließen, sodass der im Feuerraum
stattfindenden Verbrennung gar keine Luft oder zu wenig Luft zugeführt wird.
[0038] Dadurch, dass die Luftstellelementsicherung die Luftsteuereinrichtung in einer Stellung
hält, in der eine bestimmte oder vorgegebene Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
geleitet wird, stellt sie sicher, dass die Verbrennung noch ausreichend mit Luft bzw.
Sauerstoff versorgt wird. Dabei kann die Mindestluftmenge fest vorgegeben sein, bspw.
durch entsprechende mechanische Randbedingungen. Die vorgegeben Mindestluftmenge reicht
bei manchen Ausführungsbeispielen aus, eine Verbrennung in der Biomassefeuerung so
ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen, dass eine Verpuffung vermieden werden kann.
[0039] Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Luftstellelementsicherung wenigstens zwei
Zustände einnehmen. In einem ersten Zustand verriegelt oder sichert die Luftstellelementsicherung
eine Stellung der Luftsteuereinrichtung in der sie eine bestimmte Mindestluftmenge
durchlässt und in einem zweiten Zustand gibt sie die Luftsteuereinrichtung frei, sodass
diese bspw. vollständig schließen kann.
[0040] Die Luftstelleiementsicherung ist bei manchen Ausführungsbeispielen dazu ausgelegt,
einen Fahrweg des wenigstens einen Luftstellelements derart zu begrenzen, dass es
in einer Stellung stehen bleibt, in der die Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
geleitet wird.
[0041] Wie oben beschrieben, hängt die zugeführte Luftmenge bei manchen Ausführungsbeispielen
von dem momentanen Sauerstoffbedarf für eine optimale Verbrennung ab. Dementsprechend
steuert die Luftsteuereinrichtung die Luftmenge, die über die Luftzufuhr in den Feuerraum
für die Verbrennung geleitet wird. Fällt nun bspw. während des Betriebs der Biomassefeuerung
der Strom aus oder gibt es einen Fehler in der Steuerung, stellt folglich die Luftstellelementsicherung
sicher, dass die Luftsteuereinrichtung trotzdem eine Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
leitet, auch wenn bspw. durch eine Sogwirkung die Luftstellelemente der Luftsteuereinrichtung
zu schließen drohen.
[0042] Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Luftstellelementsicherung ein Sicherungsmittel,
wie bspw. einen Bolzen auf, der wenigstens zwei Positionen einnehmen kann. In einer
ersten Position des Sicherungsmittels sichert es die Luftsteuereinrichtung derart,
dass sie auf jeden Fall die Mindestluftmenge durchleitet, und in einer zweiten Position
gibt es die Luftsteuereinrichtung frei.
[0043] Das Sicherungsmittel kann dementsprechend in der ersten Position den Fahrweg des
wenigstens einen Luftstellemittels mechanisch begrenzen, sodass es nicht schließen
kann, sondern eine Mindestluftmenge durchlässt.
[0044] Bei manchen Ausführungsbeispielen befindet sich das Sicherungsmittel der Luftstellelementsicherung
normalerweise in der ersten Position, d.h. der Sicherungsposition, während des Betriebes
der Biomassefeuerung und auch, wenn die Biomassefeuerung nicht betrieben wird. Dies
kann bspw. dadurch geschehen, dass das Sicherungsmittel nur dann in die zweite Position
bewegt wird, wenn bspw. die Luftsteuereinrichtung vollständig schließen soll. Ansonsten
ist das Sicherungsmittel in der ersten Position und die Luftstellelementsicherung
stellt somit generell sicher, dass die Luftsteuereinrichtung die Mindestluftmenge
durchleitet. Sollte nun irgendein Fehler auftreten, wie bspw. eine Stromunterbrechung
oder ein Fehler in der Steuerung der Biomassefeuerung bzw. in der Steuerung der Luftsteuereinrichtung,
so verbleibt das Sicherungsmittel auch in solchen Fällen in der ersten Position und
stellt sicher, dass die Luftsteuereinrichtung die Mindestluftmenge durch lässt und
nicht vollständig schließen kann.
[0045] Die Luftstellelementsicherung ist bei manchen Ausführungsbeispielen dazu ausgelegt,
ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Durch das elektromagnetische Feld kann die
Luftstellelementsicherung bspw. in den zweiten Zustand überführt werden, indem das
Sicherungsmittel, bspw. der Bolzen, in die zweite Stellung bewegt wird, in der es
die Luftsteuereinrichtung bzw. das wenigstens eine Luftstellelement freigibt. Dazu
kann die Luftstelielementsicherung bspw. einen Elektromagneten aufweisen, der bei
Anlegen eines elektrischen Stromes ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das ausreicht,
um das Sicherungsmittel, wie den Bolzen, in die zweite Position zu bringen. Ist der
Elektromagnet stromlos, so befindet sich die Luftstellelementsicherung im ersten Zustand,
in dem das Sicherungsmittel in der ersten Position die Luftsteuereinrichtung sichert.
[0046] Um das Sicherungsmittel im stromlosen Zustand in die erste Position zu bringen und
dort zu halten, weist die Luftstellelementsicherung bei manchen Ausführungsbeispielen
ein elastisches Federmittel auf, wie bspw. eine Feder. Das Federmittel ist bei manchen
Ausführungsbeispielen derart angeordnet, dass es in der zweiten Position von dem Sicherungsmittel,
das von dem elektromagnetischen Feld bewegt wird, zusammengedrückt wird. Sobald das
elektromagnetische Feld abgeschaltet ist, entspannt sich das Federmittel wieder und
bringt das Sicherungsmittel in die erste Position zurück, in der es wiederum die Luftsteuereinrichtung
bzw. das wenigstens eine Luftstellelement der Luftsteuereinrichtung so sichert, dass
die Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr geleitet wird.
[0047] Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Verriegelung bzw. Sicherung durch die
Luftstellelementsicherung in Reaktion auf einen bestimmten Befehl bzw. ein vorgegebenes
Steuersignal deaktiviert werden, sodass sie die Luftsteuereinheit freigibt und die
Luftsteuereinheit kann in Reaktion auf diesen Befehl bzw. dieses Steuersignal die
Luftzufuhr vollständig schließen. Dies ist bspw. dann nützlich, wenn die Biomassefeuerung
nicht verwendet wird, da bei geöffneter Luftsteuereinrichtung die durchströmende Mindestluftmenge
die Biomassefeuerung auskühlen kann, wodurch die Biomassefeuerung zu einer Art Kühlkörper
im Aufstellungsraum wird. Dies kann dazu führen, dass sich der Raum, in dem die Biomassefeuerung
aufgestellt ist, abkühlt. Dies kann durch das vollständige Schließen der Luftsteuereinrichtung
bei manchen Ausführungsbeispielen verhindert werden.
[0048] Der Steuerbefehl, der die Luftstellelementsicherung in die zweite Position bringt
und damit die Luftsteuereinrichtung freigibt und schließt, kann dabei bei manchen
Ausführungsbeispielen durch Betätigen eines entsprechenden Schaltelements oder einer
Kombination von Schaltelementen erzeugt werden. Um zu verhindern, dass die Luftsteuereinrichtung
unbeabsichtigt geschlossen wird, kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine Kombination
von Schaltelementen den Steuerbefehl erzeugen, bei der ein unbeabsichtigtes Betätigen
nahezu ausgeschlossen ist. So kann bspw. durch das Öffnen einer Feuerraumtür und das
Betätigen eines vorgegebenen Schaltelements der entsprechende Steuerbefehl zum Freigeben
und schließen der Luftsteuereinheit erzeugt werden.
[0049] Zurückkommend zu Fig. 1, veranschaulicht diese schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Scheitholzofens bzw. Kaminofens 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
[0050] Der Kaminofen 1 weist einen Feuerraum 2 auf und einen durch eine Trennwand 4 abgetrennten
Raum 3 für eine zentrale Steuerung 17 und eine elektrisch betriebene Luftsteuereinrichtung
12. In dem Brennmittelraum 3 befindet sich Scheitholz 7, das auf einem Brennrost 8
im Feuerraum 2 liegt und dort verbrennt. Der Feuerraum 2 kann durch eine Feuerraumtür
5 mit dem Scheitholz 7 bestückt werden.
[0051] Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Luftsteuereinrichtung 12 und/oder die
zentrale Steuerung 17 auch bspw. unterhalb des Feuerraums 2 angeordnet sein, wodurch
der Raum 3 auch entfallen kann.
[0052] Eine Luftzufuhr 9 leitet Frischluft 10 von außen durch eine Frischluftöffnung 11
in den Feuerraum 2, um die Verbrennung des Scheitholzes 7 in dem Feuerraum 2 mit Sauerstoff
zu versorgen.
[0053] Rauchgase, die bei der Verbrennung in der Brennschale 8 im Feuerraum 2 entstehen,
gelangen durch einen Rauchgasabzug 11 als Rauchgas 13 nach außen in einen Kamin.
[0054] Die elektrisch betriebene Luftsteuereinrichtung 12, die in der Luftzufuhr 9 angeordnet
ist, teilt die Frischluft 10 in Primärluft und Sekundärluft auf. Die Primärluft strömt
über einen Primärluftkanal 13 in der Luftzufuhr 9 und durch eine Öffnung 15 von unten
durch den Brennrost 8 in den Feuerraum 2 und versorgt die Verbrennung des Scheitholzes
8 mit Primärluft 6.
[0055] Die Sekundärluft gelangt über einen Sekundärluftkanal 14 in einen oberen Bereich
des Feuerraums 2 in dem die Rauchgase verbrannt werden und liefert als Sekundärluft
16 Sauerstoff für die Verbrennung der Rauchgase. Der Sekundärluftkanal 14 kann grundsätzlich
beliebig angeordnet sein, wie es auch dem Fachmann bekannt ist.
[0056] Die Luftsteuereinheit 12 weist jeweils als Luftsteuerelement eine Luftklappe für
die Primärluft und die Sekundärluft auf, mit der die entsprechende Primärluftmenge
und Sekundärluftmenge gesteuert werden kann.
[0057] Die Gesamtsteuerung des Kaminofens 1 übernimmt die zentrale Steuerung 17 (siehe auch
Fig. 10), die im Raum 3 angeordnet ist. Die Steuerung 17 empfängt dabei Sensorsignale
von Sensoren 26, wie bspw. Rauchgas- und Temperatursensoren, verarbeitet diese und
steuert entsprechend die Luftsteuereinrichtung 12, um eine optimale
[0058] Verbrennung zu gewährleisten.
[0059] Um während des Betriebs des Kaminofens 1 die Sauerstoffversorgung der im Brennraum
2 stattfindenden Verbrennung zu gewährleisten, hat die Luftsteuereinheit 12 eine Luftstellelementsicherung
18, die nun im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 9 erläutert wird.
[0060] Die Luftstellelementsicherung 18 weist zwei Stellungen auf, nämliche eine Sicherungsstellung,
die in den Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, und eine Freigabestellung, wie sie in den Fig.
6 bis 9 gezeigt ist.
[0061] Die Luftsteuereinrichtung 12 hat zwei Zahnräder 21, 22, die von einem Antriebsrad
20 angetrieben werden. Ein Motor der Luftsteuereinrichtung 12 treibt das Antriebsrad
20 an, um die beiden Zahnräder 21 und 22 zu bewegen. Dabei ist das erste, obere Zahnrad
21 mit einer Primärluftklappe zum Steuern der Primärluft verbunden, während das zweite,
untere Zahnrad 22 mit einer Sekundärluftklappe zum Steuern der Sekundärluft verbunden
ist. Durch entsprechendes Drehen des Antriebsrades 20 drehen sich auch die beiden
Zahnräder 21, 22 und stellen entsprechend die Luftklappen für die Primär- und Sekundärluft
ein, sodass die Primärluftmenge und Sekundärluftmenge, die in dem Feuerraum 2 geleitet
wird, entsprechend gesteuert werden kann.
[0062] Die Luftstellelementsicherung 18 weist im Inneren einen Elektrohubmagneten mit einem
Bolzen 19 auf. Die Luftstellelementsicherung 18 ist derart vor dem oberen Zahnrad
21, d.h. horizontal zum Zahnrad 21 beabstandet positioniert, dass der Bolzen 19 in
Richtung der flachen Seite des Zahnrades 21 bewegt werden kann.
[0063] Der Bolzen 19 ist Teil eines Elektrohubmagneten, der in der Luftstellelementsicherung
18 vorhanden ist. Wird die Luftstellelementsicherung 18 mit einem Strom beaufschlagt,
so zieht der Elektrohubmagnet den Bolzen 19 an, sodass dieser sich von dem oberen
Zahnrad 21 wegbewegt. Ist die Luftstellelementsicherung 18 stromlos, so drückt eine
Feder im Inneren der Luftstellelementsicherung 18 den Bolzen 19 in Richtung und gegen
das obere Zahnrad 21.
[0064] Auf dem Zahnrad 21 ist ein Vorsprung 23 vorhanden, in den der Bolzen 19 eingreifen
kann. Der Vorsprung 23 ist an dem Ende 24, an dem der Bolzen 19 eingreifen kann, entsprechend
rund ausgebildet, sodass der Bolzen 19 mit seinem runden Querschnitt passend in das
runde Ende 24 des Vorsprungs 23 eingreifen kann. Der Bolzen 19 ist für einen optimalen
Eingriff am runden Ende 24 des Vorsprungs 23 mit einem entsprechend zylinderförmigen
Abschnitt 25 versehen. Der zylinderförmige Abschnitt 25 des Bolzens 19 ist in den
Fig. 7 und 8 zu sehen, in denen der Bolzen 19 in eingefahrener Position, das heißt
in der Freigabestellung, gezeigt ist.
[0065] Im Betrieb des Kaminofens 1 sind das obere 21 und das untere Zahnrad 22 durch das
Antriebsrad 20 in einer Stellung, in der die durch die Zahnräder 21, 22 gesteuerten
Luftklappen in einer offenen Stellung sind und entsprechend Primär- und Sekundärluft
durch die Luftzufuhr 9 in den Feuerraum 2 strömen lassen. Dabei befindet sich der
Vorsprung 23 bspw. in einer bezüglich des Bolzens 19 entfernten Position. Der Bolzen
19 bildet einen Anschlag, gegen den der Vorsprung 23 stoßen kann, wenn sich das obere
Zahnrad 21 gegen den Uhrzeigersinn und damit in Richtung des Bolzens 19 dreht.
[0066] Sollte also im Betrieb des Kaminofens 1 bspw. ein Fehler auftreten, der dazu führen
könnte, dass sich die Luftklappen schließen, so stößt das obere Zahnrad 21 mit dem
Vorsprung 23 am Ende 24 gegen den Bolzen 19, wenn es sich gegen den Uhrzeigersinn
verdrehen möchte und dadurch die mit ihm verbunden Luftklappe schließen möchte. Der
Bolzen 19 verhindert demnach die Drehung des oberen 21 und damit auch des unteren
Zahnrads 22, das über das Antriebsrad 20 mit dem oberen Zahnrad 21 verbunden ist.
Dadurch schließt die Luftsteuereinrichtung 12 bei Stromausfall nicht, sondern lässt
immer noch eine bestimmte Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr 9 durch.
[0067] Die Mindestluftmenge hängt dabei von der Stellung des Bolzens 19 im Verhältnis zum
Vorsprung 23 und der zugehörigen Luftklappenstellung ab. Dadurch ist die Luftmenge,
die bei Stromunterbrechung durch die Luftsteuereinrichtung 12 strömen kann fest vorgegeben.
Die Mindestluftmenge ist dabei so bemessen, dass eine Verbrennung im Feuerraum ausreichend
mit Sauerstoff versorgt wird und somit eine Verpuffung bei Öffnen des Feuerraums 2
vermieden wird.
[0068] Wie oben ausgeführt, sind Fehler, die ein Schließen der Luftklappen bewirken können,
bspw. eine Stromunterbrechung, ein Softwarefehler in der Steuerung, ein Hardwarefehler
in der Steuerung oder Fehler in anderen für die Steuerung benötigten Elementen, wie
bspw. in den Sensoren 26. Bspw. kann ein Fehler in einem Rauchgassensor, wie einer
Lambdasonde, zu falschen Ergebnissen führen und bspw. eine
[0069] Überversorgung mit Sauerstoff vortäuschen. Das vollständige Schließen der Luftsteuereinrichtung
12 wird aber durch den Bolzen 19, der einen Anschlag für den Vorsprung 23 bildet,
verhindert.
[0070] Zwar könnte man auch daran denken, einfach generell den Stellweg für die Luftklappen
bspw. in der Steuerung oder mechanisch zu begrenzen. Allerdings würde dies bei den
Ausführungsbeispielen dazu führen, dass die Luftsteuereinrichtung 12 nie vollständig
schließen könnte und somit das oben beschrieben Auskühlen der Biomassefeuerung nicht
vermeidbar wäre.
[0071] In den Fig. 6 bis 9 ist die Freigabestellung der Luftstellelementsicherung 18 gezeigt,
die nun erläutert wird.
[0072] Wird die Luftstellelementsicherung 18 mit einem Strom beaufschlagt, so zieht der
Elektrohubmagnet den Bolzen 19 von dem Zahnrad 21 weg in die Freigabestellung. In
der Freigabestellung ist es möglich, das Zahnrad 21 soweit zu drehen, dass sich der
Bolzen 19 in Richtung des oberen Zahnrads 21 vor dem Vorsprung 23 befindet. In dieser
Stellung kann folglich der Vorsprung 23 unter dem Bolzen 19 entlanggleiten, sodass
das Zahnrad 21 weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden kann, bis die Luftsteuereinrichtung
12 bzw. die zugehörigen Luftklappen vollständig geschlossen sind.
[0073] Wird die Luftstelielementsicherung 18 in dieser Stellung stromlos geschaltet, so
stößt der Bolzen 19 in Richtung des oberen Zahnrads 21 gegen den Vorsprung 23, sodass
das Zahnrad 21 nicht blockiert ist, da der Bolzen 19 in diesem Fall keinen Anschlag
für den Vorsprung 23 bildet und damit die Rotation des oberen Zahnrads 21 nicht blockieren
kann. Folglich ist es möglich bei Inbetriebnahme des Kaminofens 1 das Zahnrad 21 in
den Uhrzeigersinn zu drehen und die Luftklappen zu öffnen bzw. auf ein entsprechendes
Steuersignal hin, die Luftsteuereinrichtung 12 vollständig zu schließen. Sobald der
Vorsprung 23 durch Drehung des oberen Zahnrads 21 im Uhrzeigersinn unter dem Bolzen
19 weggeglitten ist, drückt die Feder in der Luftstellelementsicherung 18 den Bolzen
wieder gegen die Flache Seite des oberen Zahnrads 21 und der Bolzen gelangt wieder
in die Sicherungsstellung, in der er einen Anschlag für den Vorsprung 23 bildet.
[0074] Sollten nun eine Fehlersituation, wie oben beschrieben, auftreten, so kann der Vorsprung
23 an seinem Ende 24 wieder gegen den Bolzen 19 stoßen, wodurch folglich die Luftsteuereinrichtung
12 nicht vollständig schließt und damit die Luftversorgung mit der Mindestluftmenge
sichergestellt ist.
[0075] Weiterhin weist die Luftsteuereinrichtung 12 zwei mechanische Steueranschlüsse 30,
31 auf, durch die die durch Luftzufuhr 9 geleitete Luftmenge 10 gesteuert werden kann.
Ein erster Steueranschluss 30 befindet sich an dem oberen Zahnrad 21 und ein zweiter
Steueranschluss 31 befindet sich an dem unteren Zahnrad 22. Die beiden Steueranschlüsse
30, 31 sind als rohrförmige Fortätze ausgebildet, die sich senkrecht von der Mittelachse
der beiden Zahnräder 20, 21 an einer Seite weg nach außen erstrecken. In der Mitte
weisen beide mechanischen Steueranschlüsse 30, 31 einen Hohlraum auf, der sechskantförmig
ausgebildet ist. In diesen sechskantförmigen Hohlraum der Steueranschlüsse 30, 31
kann bspw. von außen ein entsprechender Sechskantschlüssel eingeführt werden. Mit
dem Sechskantschlüssel kann dann die Luftsteuereinheit mechanisch von Hand betrieben
werden und die Primär- und Sekundärluftmenge eingestellt werden, wenn bspw. der Strom
ausgefallen ist oder bei einer anderen Fehlfunktion der Biomassefeuerung, bei der
die automatische Luftsteuerung nicht mehr funktioniert.
[0076] Ein Teil des Steuerablaufs, der bspw. in der Steuerung 17 abläuft, ist in Fig. 11
veranschaulicht und wird nachfolgend erläutert.
[0077] Die Steuerung 17 steuert, wie oben bereits angedeutet, während des Betriebs des Kaminofens
1, d.h. während eine Verbrennung in der Brennschale 8 stattfindet, die Luftsteuereinrichtung
12, um die Verbrennung optimal mit Sauerstoff zu versorgen (Schritt 27). Die Luftstellelementsicherung
18 wird dabei nur dann mit Strom beaufschlagt, wenn die Luftsteuereinrichtung 12,
wie oben beschrieben, so freigegeben werden soll, dass sie vollständig schließen kann
(Schritt 28). Ansonsten wird die Luftstellelementsicherung 18 stromlos geschaltet
und sichert in der oben beschriebenen Art und Weise die Luftsteuereinrichtung 12 (Schritt
29).
[0078] Bei diesem Ausführungsbeispiel muss also die Luftstellelementsicherung 18 nur dann
mit Strom beaufschlagt werden, wenn die Luftsteuereinrichtung 12 vollständig schließen
soll, wobei die Luftstellelementsicherung 18 wieder stromlos geschaltet wird, sobald
die Luftsteuereinrichtung geschlossen ist. Dadurch benötigt die Luftstellelementsicherung
18 nur sehr wenig Strom. Außerdem ist die Luftstellelementsicherung 18 sehr sicher,
da sie bei Stromunterbrechung während des Betriebes des Kaminofens 1 gewährleistet,
dass die Luftsteuereinrichtung 12 nicht vollständig schließt und somit immer eine
Mindestluftversorgung gewährleistet.
[0079] Wie auch schon weiter oben erwähnt, kann auf ein bestimmtes Steuersignal hin, die
Sicherung der Luftsteuereinrichtung 12 gelöst werden und die Luftsteuereinrichtung
12 wird derart gesteuert, dass sie schließt und die Luftzufuhr zum Feuerraum 2 unterbricht.
Dabei wird der Elektromagnet der Luftsteuereinrichtung 12 mit Strom beaufschlagt,
sodass sich der Bolzen 19 in die Freigabestellung bewegt und dadurch die Luftsteuereinheit
12, wie oben beschrieben, vollständig schließen kann. Das Steuersignal kann dabei
durch Betätigen eines entsprechenden Schaltelements oder einer Kombination von Schaltelementen
durch einen Benutzer, wie oben ausgeführt, erzeugt werden.
1. Biomassefeuerung, insbesondere Scheitholzofen, umfassend einen Feuerraum (2);
eine Luftzufuhr (9) für den Feuerraum (2);
eine Luftsteuereinrichtung (12), die in der Luftzufuhr angeordnet ist, wobei die Luftsteuereinrichtung
(12) dazu ausgelegt ist, eine durch die Luftzufuhr (9) geleitete Luftmenge (10) zu
steuern, und
eine Luftstellelementsicherung (18), die dazu ausgelegt ist, die Luftsteuereinrichtung
(12) derart zu sichern, dass sie eine vorgegebene Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
(9) leitet.
2. Biomassefeuerung nach Anspruch 1, bei welcher die Luftsteuereinrichtung (12) wenigstens
eine erste Stellung aufweist, in der wenigstens die Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
(9) geleitet wird und eine zweite Stellung aufweist, in der keine Luft durch die Luftzufuhr
(9) geleitet wird und bei welcher die Luftstellelementsicherung (18) dazu ausgelegt
ist, die Luftsteuereinrichtung (12) in der ersten Stellung zu halten, in der die Mindestluftmenge
durch die Luftzufuhr (9) gleitet wird.
3. Biomassefeuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Luftstellelementsicherung
(18) wenigstens zwei Zustände einnehmen kann, wobei in einem ersten Zustand die Luftsteuereinrichtung
(12) in der ersten Stellung gesichert ist und in einem zweiten Zustand die Luftsteuereinrichtung
(12) so freigegeben ist, dass sie in die zweite Stellung übergehen kann, in der keine
Luft durch die Luftzufuhr (9) geleitet wird.
4. Biomassefeuerung nach Anspruch 3, bei welcher die Luftstellelementsicherung (18) einen
Bolzen (19) aufweist, der wenigstens zwei Positionen einnehmen kann, wobei in einer
ersten Position des Bolzens (19) die Luftsteuereinrichtung (12) in der ersten Stellung
gesichert ist und in einer zweiten Position die Luftsteuereinrichtung (12) freigegeben
ist.
5. Biomassefeuerung nach Anspruch 4, bei welcher bei einer Stromunterbrechung und/oder
bei einer Fehlfunktion der Biomassefeuerung der Bolzen (19) in der ersten Position
ist.
6. Biomassefeuerung nach Anspruch 5, bei welcher die Luftstellelementsicherung (18) dazu
ausgelegt ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, um den Bolzen (19) in die
zweite Position zu bringen.
7. Biomassefeuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Luftstelielementsicherung
(18) dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf einen vorgegebenen Steuerbefehl die Luftsteuereinrichtung
(12) freizugeben und die Luftsteuereinrichtung (12) dazu eingerichtet ist in Reaktion
auf den vorgegeben Steuerbefehl die Luftzufuhr (9) zu unterbrechen.
8. Biomassefeuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Luftsteuereinrichtung
(12) wenigstens einen mechanischen Steueranschluss (30, 31) aufweist, durch den die
durch Luftzufuhr (9) geleitete Luftmenge (10) gesteuert werden kann.
9. Verfahren zum Steuern einer Biomassefeuerung, insbesondere einer Biomassefeuerung
bzw. einem Scheitholzofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biomassefeuerung
einen Feuerraum (2), eine Luftzufuhr (9) zum Feuerraum (2) und eine Luftsteuereinrichtung
(12) in der Luftzufuhr (9) aufweist, wobei die Luftsteuereinrichtung (12) dazu ausgelegt
ist, die Luftzufuhr zum Feuerraum (2) zu unterbrechen bzw. offen zu lassen, wobei
das Verfahren die Schritte umfasst:
Steuern der Luftsteuereinrichtung (12) derart, dass Luft in den Feuerraum (2) zugeführt
wird, wenn in dem Feuerraum (2) eine Verbrennung stattfindet; und
Sichern der Luftsteuereinrichtung (12) derart während des Betriebes der Biomassefeuerung,
dass die Luftsteuereinrichtung (12) eine vorgegebene Mindestluftmenge durch die Luftzufuhr
(9) in den Feuerraum (2) leitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, zusätzlich die Schritte umfassend:
Lösen der Sicherung der Luftsteuereinrichtung (12); und
Steuern der Luftsteuereinrichtung (12) derart, dass die Luftzufuhr zum Feuerraum (2)
unterbrochen wird.