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OldBo
29.01.2011
Die Verbrennung von Holz und Holzpellets ist auf Grund der schwankenden Eigenschaften der Brennstoffe schwierig und nicht gleichbleibend. Diese schwankenden Verbrennungsabläufe müssen durch eine technische Einrichtung, der Lambdasonde, unterstützt werden.
Lambdasonde
 Lambdasonde
Quelle: RegeTec
Bauteile der Lambdasonde
 Bauteile der Lambdasonde
Quelle: RegeTec
Prinzip der Lambdasonde
 Prinzip der Lambdasonde
Quelle: RegeTec
Die Verbrennung von Holz und Holzpellets ist auf Grund der schwankenden Eigenschaften der Brennstoffe schwierig und nicht gleichbleibend. Diese schwankenden Verbrennungsabläufe müssen durch eine technische Einrichtung, der Lambdasonde, unterstützt werden. Diese mischt über die Messung des Restsauerstoffs im Abgas die optimale Primär- und Sekundärluftmenge zur Verbrennung bei. Bei der Verbrennung von Erdgas und Heizöl ist eine solche Einrichtung nicht notwendig, da diese Brennstoffe immer die gleichen Eigenschaften haben und sie arbeitet, ein einmal richtig eingestellt, bis zur nächsten Wartung (einmal jährlich) einwandfrei.
Da die Abgastemperatur ist kein Maßstab für die Qualität der Verbrennung ist, wird eine Lambdasonde eingesetzt. Diese misst in den Abgas-/Rauchgasen den Restsauerstoff und baut eine elektrische Spannung auf, die über eine Elektronik auswertet, und die Lüftermotoren oder Lüfterklappen steuert. Durch diese Regelungsart kann der Wirkungsgrad auch bei wechselnden Brennstoffen (Scheitholz, Pellets, Hackschnitzel, Industriepellets) gleichmäßig hoch gehalten werden.

Der von der Lambdasonde ermittelte Messwert gibt an, wie vollständig bzw. unvollständig das Holz in der Reaktionszone des Heizkessels verbrennt. Der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft wird mit dem Restsauerstoff im Abgas verglichen. An den Elektroden entsteht eine elektrische Spannung (Millivoltbereich), wenn eine Differenz besteht. Diese wird über ein Spannungssignal an das Steuergerät weitergegeben. Das Steuergerät korrigiert dann Lüfterdrehzahl und Luftklappenstellung.

Die Luftzahl bzw. der Lambdawert ist das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zum theoretischen Luftbedarf.  Also ist  λ = 1 die zugeführte Luftmenge entspricht dem theoretischen Luftbedarf.

Eine Lambdasonde besteht aus einem Spezialkeramikkörper, dessen Oberflächen mit gasdurchlässigen Platinelektroden versehen sind. Der Festelektrolyt ist in einem Stahlgehäuse eingebracht. Der äußere Teil des Keramikkörpers befindet sich im Abgasstrom, der innere Teil steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Wirkung der Sonde baut auf folgendende physikalischen Faktoren auf:
  •  das keramische Material ist porös und lässt so eine Diffusion des Luftsauerstoffs zu
  •  die Keramik wird bei Temperaturen von ca. 300° leitend

Die Lambdasonde arbeitet prinzipiell wie ein galvanisches Element, nur dass sie nicht mit flüssigen, sondern einen festen Elektrolyten (Zirkondioxyd [ZrO2]), arbeitet. Dieser lässt ab 300 °C Sauerstoffionen durch, sperrt jedoch gegen Durchlass für Elektronen. Die Sauerstoffionen wandern von innen (Außenluft) nach außen (Abgas), weil im Abgas eine geringere Konzentration (geringerer Partialdruck) von Sauerstoff besteht. Die vorher abgestreiften Elektronen, werden von einer elektrisch leitenden Schicht aufgefangen. So bildet sich auf der Innenseite der Sonde ein Elektronenüberschuss und auf der Außenseite, wo die Sauerstoffionen ankommen, ein Elektronenmangel (elektrische Spannung). Diese wird über Leitungen zur Auswertung zum Steuergerät geleitet. Die Ionenwanderung verursacht ein sprunghaften Anstieg der Sondenspannung, was zur Lambdaregelung (Spannungssprungsonden) benutzt wird.

Damit die Sonde schnell auf Betriebstemperatur kommt, werden beheizte Sonden eingesetzt. Diese weisen nicht nur einen, sondern drei bzw. vier elektrische Anschlüsse auf. Bei Sonden mit drei elektrischen Anschlüssen wird die Masse für das Heizelement herausgeführt. Bei Sonden mit vier Anschlüssen sind Signalmasse und Heizelementmasse getrennt. Dadurch werden Störungen vermieden, die durch Korrosion und Dichtungen an den Masseverbindungen auftreten können. Quelle: RegeTec
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