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Werkstattmessgerät
 
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Werkstattmessgerät
Durch intensive Entwicklungsarbeiten gemeinsam mit unseren Partnern aus Wissenschaft und Praxis werden wir auf Basis eines patentierten Messverfahrens (E.A.S.T-Solutions-Verfahren) ein Messgerät für Rußpartikel anbieten.

Die Entwicklung dieses Gerätes wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert. Mit diesem Gerät können Konzentrationen von Rußpartikeln im Abgas (Rußemissionen) gemessen werden, so dass die Funktion von Rußpartikelfiltern permanent überwacht und Fehlfunktionen signalisiert werden können.

Unser Gerät ist damit in der Lage Werkstätten bei der regelmäßigen Überprüfung von Rußpartikelfiltern im Rahmen der Abgesuntersuchung (AU) zu unterstützen. Zudem ist eine Unterbringung in Serienfahrzeugen im Dauerbetrieb möglich. Die von der E.A.S.T Solutions entwickelten Geräte sind die einzigen kostengünstig zu erwerbenden und einfach zu bedienenden Geräte mittels dessen die Oberflächen der Rußpartikel gemessen und somit auch kleinste und besonders schädigende Rußpartikel erfasst werden können.

Grundsätzlich steht das Messsignal in einem funktionalen Zusammenhang mit der Abgasgeschwindigkeit, wie nachfolgendes Diagramm zeigt.

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Bei konstanter Abgasgeschwindigkeit ist das Messsignal in Bezug zur Rußkonzentration linear. Das Diagramm zeigt, dass mit kleiner werdender Abgasgeschwindigkeit eine starke Zunahme des Messsignals verbunden ist. In dem Werkstattmessgerät wird eine Abgasgeschwindigkeit von 2 [m/s] vorgesehen, mit der eine Steigerung der Messempfindlichkeit um 450 % entsteht. Deshalb ist es möglich, Rußkonzentrationen von 10 [µg/m³] zu messen.

Nachfolgend die Funktionsgruppen des Versuchsgerätes, das an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel von Prof. Dr.- Ing. G. Hauser entwickelt wurde.

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Die Abgasentnahme aus dem Pkw erfolgt mit einem geheizten Schlauch, um Wasserkondensat im Sensor zu verhindern. Wenn Wasserkondensat auftritt, werden auch Rußpartikel in dem Kondensat schwimmen, die der Messung verloren gehen.

Um Kondensat zu vermeiden, wird bei einigen Russmessverfahren alternativ die Verdünnung des Abgases in einem „Verdünnungstunnel“ durchgeführt. Solche Einrichtungen sind aufwendig und für den robusten Werkstatteinsatz wenig geeignet.

Der Heizschlauch besteht aus einem Niro-Wellrohr, das mit einem Strom von 50 A durchflutet wird und als Widerstandsheizung wirkt. Die Regelung erfolgt über die Temperaturmessung im Sensor, um bei unterschiedlichen Abgastemperaturen eine konstante Temperatur des Messgases von 130 °C zu halten.

Der Sensor wurde für eine höhere Ausbeute an Messsignal optimiert, indem der Strömungskanal an die Anordnung der Kondensatorplatten angepasst worden ist.

Das Flowmeter wird durch einen Hitzdrahtanemometer verwirklicht, das erforderlich ist, um unterschiedliche Abgasdrücke in der Abgasanlage des Fahrzeuges, die zu geringen Unterschieden des Messgasvolumenstroms führen, zu kompensieren.

Das mehrfach erprobte Versuchsmessgerät, das an der FH Braunschweig/Wolfenbüttel entwickelt wurde, ist nachfolgend abgebildet.

Werkstattmessgerät

Bei einer konstanten Geschwindigkeit folgt das Messsignal unmittelbar der Rußkonzentration und wurde mit einem Vergleichsmessverfahren kalibriert. Die Skalierung des Anzeigegerätes wird durch Vorwahlschalter in die folgenden Messbereiche aufgeteilt: 20 mg/m³, 10 mg/m³, 5 mg/m³, 2 mg/m³, 1 mg/m³, 500 µg/m³, 200 µg/m³ und 100 µg/m³. Das Eigenrauschen beträgt bei dieser Ausführung 1 µg/m³.

Ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit des Gerätes kann mit folgender Messung gezeigt werden.

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Es ist deutlich erkennbar, dass für die Überprüfung von Partikelfiltern Messgeräte mit hoher Empfindlichkeit eingesetzt werden müssen, die einen Bereich von 10 bis 200 [µg/m³] sicher erfassen können.

Das nachfolgende Diagramm zeigt die Emissionen eines ca. 20 % defekten Partikelfilters bei konstanten Leerlaufdrehzahlen desselben Fahrzeuges.

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Zwischen Leerlauf bei 700 [1/min] und erhöhter Leerlaufdrehzahl von 3000 [1/min] schwanken die Emissionen nur zwischen 200 und 300 [µg/m³]. Bei einem Vollgasstoß für ca. 10 [s] Dauer, wie z.Z. bei der AU-Messung üblich, werden höhere Emissionen bis 35 [mg/m³] bei diesem defekten Partikelfilter gemessen (eingelagertes Diagramm).

Zusammenfassung
Dieses neue, patentierte Messverfahren (erteiltes Patent Nr.: DE 198 17 402 und weitere Anmeldungen: DE 10 3004 039 647, DE 198 17 402 C1, DE 195 36 705 A1, DE 20 2007 013 735.4) hat sich bisher bei zahlreichen Untersuchungen und Vergleichsmessungen, die durch die FH Braunschweig/Wolfenbüttel an verschiedenen Hochschulen als auch beim TÜV-Nord und im Forschungszentrum der DEKRA durchgeführt wurden, bewährt und als eine preiswerte Alternative zu den sehr kompliziert zu bedienenden, kostspieligen Vergleichsmessgeräten herausgestellt.

Gegenwärtig erfolgt die Umsetzung des Messverfahrens und des bestehenden Versuchsgerätes in eine serientaugliche Produktion, gefördert durch die Bundesstiftung Umwelt (DBU).

   

Technische Daten:

 

Eigenschaften

Daten

Messbereiche:

0 bis 50/ -20/- 10/ - 1 [mg/m³] / - 200 [µg/m³] / 100 [µg/m³]
für 10 [V] Ausgangsspannung

Auswertung:

Anzeige, Drucker,

Verstärkungsfaktoren

2,  4,  10,  20,  40,  80

Betriebsspannung:

230 V, 250 W (Heizung des Schlauches)

Umgebungsbedingung:

- 10 °C - + 40 °C (Elektronik)

Temperaturbereich Sensor:

450 [°C]

Sicherheitseinrichtungen:

Hochspannung, -1500 [V], dauerkurzschlussfest, Schutzschaltung des Verstärkereingangs gegen Funkenüberschlag, Messung des Isolationswiderstandes der Hochspan­nungselektrode,

Zusätzliche Messungen:

Messung von Abgastemperatur und Motordrehzahl

Aufheizzeit Sensor:

2 - 5 Min. bei Kaltstart des Motors

Messdynamik des Sensors

1:1000

Messgenauigkeit:

10 % bezogen auf Messbereich

Nullpunktdrift:

± 15 [mV] bei max. Verstärkung, rel. 10 [V] Ausgang

Eigenrauschen:

± 5 [mV] bei max. Verstärkung = 1 [µg/m³]

Anstiegszeit 10%-90%-10%:

0,5 [s] (Gaslaufzeit durch Entnahmeschlauch)

Anstiegszeit 10%-90%-10%:

Sensor: 0,4 ms/ Vorwahl: 30 ms / 70 ms / 200 ms

Keine Querempfindlichkeit:

CO, CO2, H2O, HC, NOx, NO2 (kein Kondensat)

Bestimmtheitsgrad:

Partikelmasse: 97 %, Rußzahl FSN: 95 %, Opazität: 93 %

Abmessung Gehäuse:

noch nicht festgelegt

Verbindung zum Sensor:

NIRO- Wellschlauch, 1500 [mm] geheizt auf 135 °C

Gewicht komplett:

Angestrebt: 10 [kg]

 

 

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