Die Formel für das Verbrennungsluftverhältnis

Das Verbrennungsluftverhältnis λ ist entscheidend für die effiziente Verbrennung in Gas-Brennwertgeräten. Doch wenn die Gasqualität schwankt, kommt die weit verbreitete pneumatische Gemischregelung an ihre Grenzen. Die Lösung: ein elektronischer Verbund.


Jeder, der schon mal einen Grill angeheizt hat, weiß, dass ohne ausreichende Luftzufuhr die Flamme schnell erlischt. So ist es auch in einem Gas-Brennwertgerät. Steht zu wenig Sauerstoff zur Verfügung, verbrennt das Gas nur unvollständig, es entstehen Ruß und Kohlenstoffmonoxid.

Hartmut Henrich, Produktmanagement Verbrennungssysteme in Osnabrück (Foto | ebm-papst)

Bei der Verbrennung werden Elektronen frei. Legt man die elektrische Spannung U an, fließt durch die Flamme ein kleiner elektrischer Strom I – der sogenannte Ionisationsstrom.

In Gas-Brennwertgeräten hat sich für die Gemischregelung ein System aus Venturi, Verbrennungsluftgebläse und Gasventil bewährt — der sogenannte pneumatische Verbund: Je nach geförderter Luftmenge entsteht in einem Venturi ein Saugdruck, der aus dem Gasregelventil die entsprechende Gasmenge dazudosiert.

Der stößt aber an seine Grenzen, wenn die Versorger neue Gasquellen und alternative Brennstoffe flexibel in die Netze einspeisen müssen.

Gasadaptive Systeme werden also notwendig, die sich selbstständig an den Brennstoff anpassen. Das funktioniert nur mit einem elektronischen Verbund. Er kommt ohne druckverlustproduzierendes Venturi aus, da die Gaszufuhr nur über die Ansteuerung eines elektronisch angesteuerten Gasventils erfolgt.

Möglich ist das, weil beim elektronischen Verbund die Regelung des Gas-Luft-Gemischs ganz allein vom Ergebnis der Verbrennung abhängig ist: der Flamme. Der Hintergrund: Bei einer Verbrennung handelt es sich um eine chemische Reaktion, die Elektronen freisetzt. Die Flamme ist damit elektrisch leitfähig.

Der Zusammenhang zwischen Ionisationsstrom und λ-Wert ist nahezu linear. Das macht die Regelung im elektronischen Verbund weniger komplex.

Legt man von außen eine Spannung an, fließt durch die Flamme ein kleiner elektrischer Strom, der sogenannte Ionisationsstrom. Erreicht der Strom sein Maximum, ist die Verbrennung perfekt, der λ-Wert liegt dann bei eins. ­Dieses Maximum soll aber nicht erreicht werden, da, wie beim pneumatischen Verbund auch, ein Sicherheitspuffer einkalkuliert ist.

Der Ziel-λ-Wert liegt beispielhaft bei 1,3, ein Bereich, in dem der Zusammenhang zwischen dem Ionisationsstrom und dem λ-Wert nahezu linear ist.

Die Regelung des Verbrennungsgemisches ist allein vom Ionisationsstrom abhängig. Die Formel zeigt, wie einfach der Zusammenhang ist: Wenn der Ionisationsstrom zu klein ist, wird die Gaszufuhr erhöht, ist er zu hoch, wird sie gedrosselt.

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  • Guten Tag,
    mit Interesse habe ich Ihren Artikel „Formel für das Verbrennungsluftverhältnis“ gelesen.
    Die Firma First Sensor arbeitet derzeit an einem sogenannten Gas Property Sensor der Gaszusammensetzungen erkennt um – wie in Ihrem Fall durch Anpassungen die bestmögliche Verbrennung oder auch Abrechnungstechnisch nach Brennwert abzurechnen….
    Bei Interesse würde ich mich gerne mit den zuständigen Personen austauschen.
    Mit freundlichen Grüßen
    Andreas Jäger