Messverfahren vor der Zulassung 07.01.2014, 11:41 Uhr

100 Mal genauere Dieselrußmessung im Abgas von Kraftfahrzeugen

Die heute noch gängigen Messverfahren in den Kfz-Werkstätten für die Abgasuntersuchung stoßen an ihre Grenzen. Denn zu gering ist inzwischen der Ausstoß an Dieselruß. Vor allem aber sind die ausgestoßenen Partikel immer kleiner und damit immer lungengängiger geworden. Ein neues Messverfahren steht vor der Zulassung, das bis zu 100 Mal genauer ist. 

Bei der regelmäßigen Abgasuntersuchung wird auch der Anteil an Rußpartikeln ermittelt. Das soll jetzt bis zu einhundertmal empfindlicher geschehen, wenn das neue Laser-Streulichtverfahren zugelassen ist.

Bei der regelmäßigen Abgasuntersuchung wird auch der Anteil an Rußpartikeln ermittelt. Das soll jetzt bis zu einhundertmal empfindlicher geschehen, wenn das neue Laser-Streulichtverfahren zugelassen ist.

Foto: Joint Research Center

Unglaubliche 40 Mal weniger an Dieselruß pusten heutige Kraftfahrzeuge in die Atemluft als noch vor 20 Jahren. Der Ausstoß sank von 180 Milligramm pro gefahrenen Kilometer zu Zeiten der Euro-Norm 1 im Jahr 1993 auf heute 4,5 Milligramm pro Kilometer in der Euro-Norm 5b von 2013. Eine Erfolgsgeschichte, in der politischer Wille der Gesundheit zuliebe zu immer strengeren Grenzwerten führte.

Und diese Erfolgsgeschichte ist so groß, dass die im Rahmen der Abgasuntersuchung eingesetzten Messgeräte der Autowerkstätten längst an ihre Grenzen stoßen. Denn der Anteil grober Rußpartikel – und damit die Gesamtmasse – in Dieselabgasen, hat sich zwar drastisch verringert. Allerdings hat durch neue Techniken der Dieseleinspritzung die Menge der allerkleinsten Rußteilchen zugenommen. Und genau diese sind gefährlich, weil sie gut lungengängig sind und damit sehr gefährlich. Sie können Lungenkrebs und andere schwere Erkrankungen verursachen.

Das Auslaufmodell Opazimeter wurde vor 20 Jahren eingeführt

1993 wurden in den Werkstätten für die Abgasuntersuchung die Opazimeter eingeführt. Diese arbeiten nach dem sogenannten Transmissionsverfahren. Dabei wird die Gasprobe in eine Messzelle geführt und von einer Lichtquelle durchleuchtet. Der Sensor ermittelt dann, wie viel Licht die Gasprobe absorbiert. Aus diesen Messdaten berechnet sich der Trübungsgrad beziehungsweise der Trübungskoeffizient.

Wesentlich empfindlicher sind Streulichtverfahren. Dabei bestrahlt ein Laserstrahl die Aerosolprobe in der Messzelle. Mehrere seitlich angeordnete Detektoren erfassen die Lichtstreuung durch die Rußpartikel in der Messzelle. Teilweise erfassen diese Detektoren die Lichtstreuung unter verschiedenen Raumwinkeln. Alle diese Informationen wandeln diese Detektoren in ein elektrisches Signal um. Daraus berechnet das Messgerät schließlich den Trübungskoeffizienten sowie auch die Partikelmassenkonzentration.

Laser-Streulichtverfahren sind bis zu 100-fach empfindlicher

Mit solchen Partikelmessgeräten, die neben dem Trübungskoeffizienten auch die Partikelmassenkonzentration erfassen, lässt sich Dieselabgas mit einer bis zu 100-fach höheren Empfindlichkeit bestimmen, als mit den Opazimetern von 1993. Diese neuentwickelten Laser-Streulichtverfahren müssen aber fit gemacht werden für den Alltag in einer Werkstatt unter dem strengen Auge der Euro-Norm. Es ist dabei besonders wichtig, die Vergleichbarkeit der alten physikalischen Messmethode mit einem Opazimeter und der neuen physikalischen Messmethode mit einem Laser-Streulicht-Verfahren herstellen zu können.

Der von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig entwickelte neue Rußgenerator besitzt eine speziell entwickelte Konditioniereinheit zur Verdünnung und Vermischung des Rußaerosols sowie ein weiterführendes Rohrsystem zur Verteilung des Aerosols auf die Messgeräte.

Der von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig entwickelte neue Rußgenerator besitzt eine speziell entwickelte Konditioniereinheit zur Verdünnung und Vermischung des Rußaerosols sowie ein weiterführendes Rohrsystem zur Verteilung des Aerosols auf die Messgeräte.

Foto: PTB

Die Abgasuntersuchung ist eine hoheitliche Aufgabe, die nur mit zugelassenen Messgeräten durchgeführt werden darf. Diese Zulassung regelt eine Anforderung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, die PTB-A 18.9, die sich mit Abgasmessgeräten im Straßenverkehr auseinandersetzt. Diese Anforderung wurde von der Vollversammlung des Eichwesens im Jahre 2003 verabschiedet und regelt seitdem die Anforderungen an Abgasmessgeräte entsprechend den anerkannten Regeln der Technik. Es gilt, zu prüfen und zu garantieren, dass das Laser-Streulichtverfahren nach PTB-A 18.9 zugelassen werden kann. Die PTB bereitet daher die Bauartzulassung dieser neuartigen Partikelmessgeräte vor. Dann könnten die neuen Messverfahren in den Werkstätten eingesetzt werden.

Um diese wissenschaftlichen Grundlagen für eine Bauartzulassung für die Partikelmessung zu schaffen, haben die PTB und der Bundesverband der Hersteller und Importeure von Automobil-Service-Ausrüstungen mit Sitz in Wiesbaden schon 2010 ein gemeinsames Forschungsprojekt mit dem Ziel gestartet, die Beziehung zwischen Abgastrübung und Partikelmassenkonzentration zu ermitteln.

Weltweit einmalige Prüfanlage entwickelt

Hierfür hat die PTB eine weltweit bisher einmalige Prüfanlage entwickelt, mit der sich die verschiedenen Messprinzipien unter hochstabilen und präzise einstellbaren Bedingungen sehr genau vergleichen lassen. Kernstück dieser Prüfanlage ist ein mit Propangas betriebener Rußgenerator, der exakt definierte und sehr stabile Rußaerosole erzeugen kann. Die Bandbreite der erzeugbaren Rußaerosole deckt Trübungskoeffizienzen von 0,003 Meter hoch minus eins bis 3 Meter hoch minus eins und mittlere Rußpartikeldurchmesser von 60 Nanometer bis 220 Nanometer ab. Das ist für die strenge PTB-A 18.9 vollkommen ausreichend.

Dieser hochgenaue Rußgenerator wird aber auch eingesetzt, um vor der Markteinführung der neuen Sensoren letzte wissenschaftliche Grundlagen zu klären, die für die Eichfähigkeit benötigt werden. In den kommenden Monaten sollen noch die letzten offenen Fragen hinsichtlich der Verschmutzungsanzeige und der Reinigung der Messtechnik geklärt werden. Denn Werkstatteinsatz ist Alltagseinsatz, da ist vor allem Schnelligkeit und Robustheit gefragt. Denn Mechaniker-Hände können recht grob sein. Laut der PTB gibt es aber für alle diese Fragen bereits Lösungsansätze von Seiten der Gerätehersteller.

PTB macht abschließende Untersuchungen zur Bauartzulassung

Die PTB hat sich für die abschließenden Untersuchungen zur Bauartzulassung Partikelmessgeräte der namhaften Anbieter solcher Geräte gesichert. Die Partikelmessgeräte der AVL Ditest Fahrzeugdiagnose GmbH mit Sitz in Graz, der Robert Bosch GmbH aus Gerlingen, Saxon-Junkalor GmbH aus Dessau und MAHA GmbH & Co. KG aus Haldenwang werden jetzt von der PTB untersucht. Wenn diese Messgeräte die Bauartzulassung erreichen, können sie schon bald in Werkstätten zur Abgasuntersuchung  verwendet werden. 

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