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Ölbrenner-Technik und Bauteile im Detail erklärt

Wie funktioniert ein Ölbrenner? Aus welchen Bauteilen besteht ein Öl-Brenner? Wie funktioniert die Ölverbrennung? Welche Brennertypen gibt es?

Ölheizungen sind in Deutschland nach Gasheizungen die am zweithäufigsten eingesetzten Wärmeerzeuger. Im Jahr 2014 waren hierzulande rund 5,2 Millionen Ölheizkessel installiert. Wir erklären Ihnen in diesem Artikel, was ein Ölbrenner ist und welche Rolle er beim Heizen mit Öl spielt. Wir informieren Sie über den typischen Aufbau des Ölbrenners und über seine Funktionsweise.

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Ein- und Zwei-Strangleitungssystme

Mit dem Begriff Ölbrenner bezeichnet man landläufig Heizgeräte, die mit dem Verbrennen von fossilem Heizöl Wärme erzeugen. Man meint also den Ölheizkessel, kurz: Heizkessel damit, der als Wärmeerzeuger wichtigste Komponente einer Heizungsanlage ist. Nimmt man es dagegen ganz genau, ist der Ölbrenner nur ein Teil, wenn auch der wichtigste, des Öl-Heizkessels.

Das zum Heizen benötigte Heizöl lagert üblicherweise in einem Heizöllagerbehälter wie einem Öltank. Der kann, je nach Beschaffenheit, im Haus oder außerhalb aufgestellt sein. Das Heizöl fließt vom Öltank über eine Filteranlage (Ölfilter) in Richtung Ölbrenner. Dabei unterscheidet man zwei Leitungssysteme:

  • Ein-Strang-Leitung
  • und Zwei-Strang-Leitung.

Zwei-Strang-Leitung

Die Zwei-Strang-Leitung ist typisch für Ölheizungssysteme älteren Baujahrs. Diese haben ein Öl-Zuleitungsrohr für den Öltransport vom Tank zum Brenner (Zulaufleitung = erster Strang) und ein namensgebendes zweites Rückleitungsrohr, das vom Ölbrenner zum Tank zurückführt (Rücklaufleitung = zweiter Strang). Die Ölpumpe des Ölbrenners saugt mehr Heizöl an, als dieser tatsächlich verbrennen kann. Sind in dem Öl gasförmige Bestandteile wie Luft enthalten, werden diese über die Ölrücklaufleitung in den Tank zurückgeleitet. Um dabei ein Verwirbeln des Heizöls im Tank zu verhindern, was einen intensiven Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft bedeuten würde, infolgedessen die Alterung des Heizöls künstlich beschleunigt werden würde, ist es vorteilhaft, wenn man das rückgeführte Öl an der Saugleitung entlang führt. Oder aber man lässt es an der Tankinnenwand entlang einfließen. Wichtig: Die Rücklaufleitung muss oberhalb des Heizölspiegels im Tank enden, andernfalls droht eine sogenannte Hebewirkung, die unerwünscht ist. Zudem muss die Rücklaufleitung, so sie denn in der Erde verlegt ist, doppelwandig ausgeführt sein und auf mögliche Leckagen hin überwacht werden. Alternativ verlegt man sie in einem dichten, aber zugleich einsehbaren Schutzrohr.

Ein-Strang-Leitung

Modernere Ölbrenner arbeiten meist ohne die Rücklaufleitung vom Brenner zum Öltank. Das somit Einstrang genannte System hat sich mittlerweile als Stand der Technik durchgesetzt. Damit es problemlos funktioniert, muss die Ölbrennerpumpe für die einstrangige Betriebsart ausgelegt sein. Zudem braucht das System eine Möglichkeit zur Entlüftung, die Vorrichtung dazu kann entweder an der Pumpe oder am Ölfilter positioniert sein. Häufig kommen dazu Spezialfilter zum Einsatz, die eine automatische Entlüftungsvorrichtung integriert haben. Die Entlüftung im Ein-Strang-System ist nötig, weil ohne sie die im Heizöl enthaltenen Gase wie Luft nur über die Düse des Ölbrenners entweichen könnten, was unerwünschte Störungen des Ölbrennerbetriebs zur Folge hätte. Das ist ein Grund dafür, dass man das Ein-Strang-System nur bei kleineren Ölheizungsanlagen einsetzt, die mit einem geringen Unterdruck (nach DIN 4755 kleiner gleich 0,4 bar bei Neuinstallationen, praktisch meist: 0,3 bar) innerhalb der Saugleitung arbeiten sowie bei Anlagen mit Ölzulauf, sprich: Anlagen mit höher als die Ölpumpe liegendem Tank, so dass das Heizöl der Schwerkraft folgend zuläuft oder dank Zubringerpumpe zugeführt wird. Das Entlüftungssystem kann für den manuellen oder automatischen Betrieb ausgelegt sein.

Schnittbild eines Öl-Brenners (WL5) mit Standard Flammkopf und einer Leistung von 16,5 bis 55 kW (Abb.: Max Weishaupt GmbH)
Schnittbild eines Öl-Brenners (WL5) mit Standard Flammkopf und einer Leistung von 16,5 bis 55 kW (Abb.: Max Weishaupt GmbH)

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Technische Brenner-Bauteile im Überblick

Der Ölbrenner selbst besteht aus einer Reihe Einzelteile, die seine Funktionalität begründen. Die wichtigsten, haben wir im folgenden kurz zusammengefasst:

Ölpumpe

Dank der Ölpumpe des Ölbrenners, häufig auch Brennerpumpe genannt, gelangt das Heizöl unter Druck in die Versprühdüse des Ölbrenners. Dabei passiert es ein Magnetventil und einen Vorwärmer, der das Öl erhitzt. Bei kleineren und mittleren Brennern wird als Ölpumpe häufig eine Zahnradpumpe eingesetzt, die das Öl aus dem Heizöltank über das Ein- oder Zweistrangsystem ansaugt und unter Druck durch die Öldüse drückt. Der Ölpumpendruck wird dabei durch Veränderungen der Federspannung des Druckregulierventils eingestellt. Um einen konstanten Druck aufrecht zu erhalten, fördert die Ölpumpe mehr Öl als für die Düse notwendig wäre. Angetrieben wird die Ölpumpen in der Regel über das Lüftergebläse mithilfe einer Motorkupplung.

Magnetventil

Das Magnetventil hat die Aufgabe, die Zufuhr des Heizöls zur Versprühdüse des Ölbrenners zu regeln. Es muss in perfektem Einklang mit den Zündelektroden arbeiten, die den Zündfunken produzieren. Das Magnet-Antiheberventil basiert auf einer elektrischen Verbindung mit dem Brenner. Bei einer Brennerstörung wird die Stromzufuhr unterbrochen und das Magnetventil sperrt die Ölzufuhr. Verläuft die Rohrleitung vom Heizöltank zum Ölbrenner streckenweise unterhalb des höchstmöglichen Flüssigkeitsstandes im Tank, kann ein Membran- oder Magnet-Antiheberventil im Vorlauf installiert werden. Dieses Ventil arbeitet mit einer federbelasteten Membran und unterbricht bei zu geringem Unterdruck in der Rohrleitung die Ölzufuhr. So wird verhindert, dass im Falle einer Undichtigkeit in der tief liegenden Rohrleitung Öl aus dem Tank herausgesaugt wird ("Aushebern").

Ölvorwärmer

Ein Vorwärmer kommt meistens bei Brennern mit geringem Öldurchsatz zum Einsatz und wird elektrisch betrieben. Er ist im Düsenstock integriert und heizt das durch ihn strömende Heizöl innerhalb von 1 bis 2 Minuten auf ungefähr 70 Grad Celsius auf. Das ist nötig, weil das meist verwendete Heizöl extraleicht (EL) einen Flammpunkt hat, der bei etwa 55 Grad Celsius liegt. Das heißt, dass das Heizöl zum Verbrennen auf jeden Fall vorgeheizt werden muss. Zudem verringert das Vorwärmen die Viskosität des Heizöls. So kann eine Zerstäubung mit kleinerem Tropfendurchmessern, eine zuverlässigere Zündung und ein besseres Brennverhalten im unteren Leistungsbereich erzielt werden. Über einen eingebauten Thermostaten, der erst nach der Aufheizung den Strom zum Steuergerät frei gibt, wird eine Kaltstartverriegelung realisiert. Wenn der Ölbrenner nicht zündet, dann ist der Vorwärmer übrigens eine häufige Störungsursache. Ist er defekt, muss dieser ausgetauscht werden. Um trotzdem den Brenner starten zu können, kann der Vorwärmer am Sockel des Steuergerätes überbrückt werden. Dann sollte der Öl-Brenner sofort anfahren.

Ölbrennerdüse

Schnitt durch eine Ölbrennerdüse mit Rücklauf (Grafik: Fluidics Instruments B.V.)
Schnitt durch eine Ölbrennerdüse mit Rücklauf (Grafik: Fluidics Instruments B.V.)

Dank der höheren Temperatur ist das Heizöl, das in der Ölbrennerdüse in zum Versprühen optimaler Beschaffenheit (Öl-Luft-Gemisch, sogenannter Ölnebel) gelandet ist, entflammbar. Die Versprühdüse ist so im Ölbrenner platziert, dass ihre Ölflamme direkt in Richtung Kesselraum zielt, wo sie das dort enthaltene Kesselwasser aufheizt. In der Düse selbst wird das von der Ölbrennerpumpe unter Druck gesetzte Heizöl im Düsenfilter filtriert und in der Wirbelkammer zum Rotieren gebracht bevor das Heizöl die Düse verlässt und in viele feine Öltröpfchen zerfällt. Über den Bohrungsdurchmesser und die Anordnung der Tangentialschlitze lassen sich die Sprüheigenschaften der Ölbrennerdüse variieren. Diese Eigenschaften sind in der Düsenmarkierung beschrieben und müssen immer entsprechend der europäischen Norm EN 293 und EN 299 zum jeweiligen Brenner und Brennkammer des Kessels passen.

Zündelektroden

Das Zünden erfolgt mittels eines Hochspannungsfunken. Der wiederum entzündet das von der sehr feinen Düse versprühte Heizöl. Das An- und Ausmachen der Zündflamme nennt man Takten des Ölbrenners. Es ist abhängig von der Temperatur des Heizungswassers in der Heizungsanlage. Gemäß der Abkühlung des Heizungswassers in den Heizkörpern muss der Ölbrenner regelmäßig neu zünden. Die Intervalle der Taktung steuert ein Heizkesselthermostat. Auch die Zündung ist anfällig für Störungen. Meist hilft eine fachmännische Einstellung der Zündelektroden. Sind die Zündelektroden nicht richtig eingestellt erfolgt die Zündung von einer Elektrode zur Düse. Dies lässt sich dann an Brandspuren oder - sofern dieser Fehler häufiger vorkommt - an Vertiefungen in der Düse erkennen.

Flammenwächter

Die weitere Verbrennung geht dann ohne neuerliche Zündungen vonstatten. Wie sie voranschreitet, überwachen sogenannte Flammenwächter (auch als Flammenfühler bezeichnet), die insbesondere die Ausbildung der Flamme prüfen. Je nach der Flammenart unterscheidet man zwischen einer fotoelektrischen Flammenüberwachung oder einem Infrarot-Flackerlicht-Detektor. In besonderen Anwendungen kommen auch die Ionisationsüberwachung und ein UV-Flammenwächter zum Einsatz. Der Flammenwächter wird an den Feuerungsautomat angeschlossen, der bei Ausfall der Flamme innerhalb einer vorgegebenen Sicherheitszeit die Sicherheits-Schnellschlussventile für den Brennstoff schließt.

Feuerungsautomat

Der sogenannte Feuerungsautomat steuert die sichere Befeuerung des Ölbrenners und gewährleistet so eine vollständige und kontrollierte Verbrennung des Heizöls. Dazu überwacht der Feuerungsautomat während des Brennerbetriebs vor allem das Vorhandensein der Flamme, die Frischluftzufuhr und die Funktion der angeschlossenen Sensoren. Zudem übernimmt der Feuerungsautomat sicherheitsrelevante Aufgaben wie z.B. das Schließen der Sicherheits-Schnellschlussventile bei Ansprechen eines sicherheitsrelevanten Begrenzers oder Betätigung des Notaus-Tasters. Aufgrund dieser Aufgaben muss der Feuerungsautomat bauteilgeprüft sein oder einer Einzelprüfung unterzogen werden.

Ölbrenner mit und ohne Hilfsenergie

Das eben beschrieben Funktionsprinzip ist das eines Ölbrenners mit Hilfsenergie. Wobei mit der Hilfsenergie die elektrische Energie gemeint ist, die zum Vorwärmen des Heizöls zum Einsatz kommt. Dieses Verbrennungs-Prinzip unterstützt die rußarme Verbrennung. Im Vergleich zum Ölbrenner ohne Hilfsenergie ist der Ölbrenner mit Hilfsenergie viel häufiger im Einsatz.

Der Ölbrenner ohne Hilfsenergie ist ein sogenannter Verdunstungsbrenner, den man häufig als einzelne Feuerstätte in Wohnräumen installiert. Der Ölbrenner kommt mit eingebautem Öltank daher, der mit einer Spezialölkanne manuell aufgefüllt werden muss.

Alternativ gibt es Modelle mit einer motorbetriebenen Ölnachspeiseanlage. Die bringen eine Pumpe mit, die das Öl in den Ölbrenner befördert. Die nennt man auch zentrale Ölversorgung. Die Vorerwärmung des Öls übernimmt in diesen Ölbrennern ohne Hilfsenergie die Verbrennungswärme, die der Brenner erzeugt. Gezündet wird per Zündflamme oder mit Hilfe eines Spezialdochts beziehungsweise eines Spezialanzünders.

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"Ölbrenner-Technik und Bauteile im Detail erklärt" wurde am 08.07.2016 das letzte Mal aktualisiert.