Test bei laufendem Betrieb 07.07.2014, 15:21 Uhr

Elektronischer Sensor warnt bei überaltertem Motoröl

Motoröl so lange nutzen, wie es noch ausreichend Schmierung hat, das ermöglicht ein neuartiger Sensor, den Ingenieure der TU Wien entwickelt haben. Ein schwingender Minibalken aus Silizium schwimmt im Öl und ermittelt im laufenden Betrieb die Güte des Öls. Langwierige Analysen im Labor werden damit überflüssig, der vorzeitige Austausch des teuren Schmiermittels ebenfalls.

Motoröl altert. Dabei verliert es seine Fähigkeiten, Reibung zwischen Metallteilen zu minimieren. Im Extremfall entsteht durch verbrauchtes Öl so viel Reibungswärme, dass das Metall aufschmilzt und sich schlagartig fest miteinander verbindet. Kolbenfresser ist der Fachbegriff.

Um das zu vermeiden wird vor allem Motoröl regelmäßig ausgetauscht, auch wenn es seine Schmierfähigkeit noch nicht verloren hat. In modernen Fahrzeugen ermittelt der Bordrechner den richtigen Zeitpunkt für einen Ölwechsel aus dem Fahrbetrieb. Autos, die vor allem auf Kurzstrecken bewegt werden, brauchen früher neues Öl als die, die schonend über längere Strecken gefahren werden.

Siliziumbalken schwingt im Motoröl

Diese indirekte Methode zur Bestimmung der Notwendigkeit, das Öl zu wechseln, haben Wiener Wissenschaftler hetzt durch eine direkte ersetzt. Sie haben einen Sensor entwickelt, der ständig die Viskosität, also die Zähigkeit des Öls, und dessen Dichte misst. Bei großen Maschinen müssen dazu Proben gezogen und im Labor zeitaufwändig analysiert werden. Oder das teure Öl wird auf Verdacht ausgetauscht.

Der Sensor, den Forscher am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien entwickelt haben, basiert auf Mikroelektronik. Als Messgerät fungiert ein 2,5 Millimeter langer Balken aus Silizium, auf den eine hauchdünne Schicht Aluminiumnitrid aufgedampft wurde.

Der neue Flüssigkeitssensor der TU Wien wird direkt in den Motor eingebaut und kann die Schmierfähigkeit des Motoröls anzeigen.

Der neue Flüssigkeitssensor der TU Wien wird direkt in den Motor eingebaut und kann die Schmierfähigkeit des Motoröls anzeigen.

Foto: TU Wien/Georg Pfusterschmied

Die keramische Hülle hat piezoelektrische Eigenschaften: Sie verformt sich, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, biegt also den Siliziumbalken durch. Wenn der Strom abgeschaltet ist, versucht der Balken, seine Ruhestellung wieder zu erreichen. Wie federnder Stahl beginnt er zu schwingen, gebremst vom umgebenden Öl. Je älter es ist, desto schneller sind die Schwingungen.

Schwingfrequenz wird elektronisch ermittelt

Diese Frequenz zu messen, war die zweite Herausforderung. Gelungen ist das mit einem Rasterkraftmikroskop. Dessen hauchfeine Spitze, die am Ende eines ähnlichen Siliziumbalkens aufgebracht ist, schwingt im Rhythmus einer Sinus-Kurve auf und ab und scannt Oberflächen. Üblicherweise werden die Bewegungen per Laser erfasst, was aber in der trüben Ölbrühe nicht funktioniert. Deshalb tüftelten die Wiener Forscher eine elektronische Lösung aus.

Dabei nutzen sie eine andere Eigenschaft von Aluminiumnitrid. Es ist ein Halbleiter, dessen Leitfähigkeit sich beim Schwingen ändert. Außerdem bilden sich freie Ladungsträger. Beide Veränderungen sind ein Maß für die Güte des Öls. Der Sensor lässt sich mit den Produktionstechniken der Mikroelektronik herstellen und kann sogar in bestehende Motoren integriert werden.

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