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