Genaue Druckmessung ist für die Entwicklung einer elektrischen Ölpumpe entscheidend

Genaue Druckmessung ist für die Entwicklung einer elektrischen Ölpumpe entscheidend

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Industrie

Angetrieben durch die steigenden weltweiten Emissionsziele, setzen OEMs zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen in zunehmendem Maße auf die Elektrifizierung. Die Wahl fällt in diesem Zusammenhang häufig auf das Hybrid-Elektrofahrzeug, welches oft von einem stark verkleinerten Motor angetrieben wird.

Das Problem dieser Downsizing-Motoren besteht darin, dass Fahrbarkeit und Leistung durch Energieraubende Hilfssysteme stark beeinträchtigt werden. Glücklicherweise können diese parasitären Verluste deutlich reduziert werden, indem traditionell mechanische Komponenten durch elektrisch angetriebene Einheiten ersetzt werden. Aus diesem Grund gelangen elektrisch angetriebene Pumpen, insbesondere für den Antrieb von Öl- und Wasserpumpen, sehr schnell in die Serienproduktion.

Abbildung 1: Beispiel für eine elektrische Ölpumpe
Bildquelle: Rheinmetall Automotive

Aber auch wenn die Vorteile offensichtlich sind, ist die Elektrifizierung, insbesondere der Ölpumpe, technisch komplex: Ingenieure wollen das Öl nicht nur mit einem bestimmten Volumenstrom und Druck verteilen, sondern möchten diese Variablen auch intelligent an die Motoranforderungen anpassen.

Um die Leistung zu optimieren, ist es wichtig, dass Reibungs- und Pumpverluste durch die sorgfältige Steuerung des Ölstroms in die verschiedenen Zweige des Ölkreislaufs minimiert werden und gleichzeitig stets der richtige Druck herrscht.

Die Simulation beruht auf genauen Messdaten von Öldruck und Volumenstrom auf dem Prüfstand

Eine elektrisch angetriebene Ölpumpe besteht aus drei Teilsystemen – Pumpe, Motor und elektronische Steuerung. Daher ist die primäre Herausforderung jeder neuen Anwendungsentwicklung die effiziente Integration dieser Teilsysteme, um Gesamtgröße und -gewicht sowie die Anzahl der Komponenten zu verringern und gleichzeitig die Leistung zu optimieren.

Die wichtigste Aufgabe der Ölpumpe besteht darin, bei optimalem Druck eine bestimmte Ölmenge zu liefern. Aus diesem Grund beginnt der iterative Designprozess mit dem „Pumpengetriebe”. In den meisten Anwendungsfällen muss die Pumpe einen Druck von mehr als 1 bis 2 bar, oftmals bis zu 10 bar erzeugen.

Wie auch sonst üblich in der Motorenentwicklung, kommt eine Kombination aus Simulation und Prüfung unter realen Bedingungen zum Einsatz, um das Design zu beschleunigen.

Die Entwurfsiterationen beginnen mit der Erstbewertung des volumetrischen Wirkungsgrades anhand von Versuchsergebnissen, die von ähnlichen Pumpen und Anwendungen gesammelt wurden. Dazu gehören Pumpengeschwindigkeit, Öltemperatur, Druck und Volumenstrom.

Da es wichtig ist, dass die für die Schätzung herangezogenen Daten akkurat sind, muss die Datenerhebung mit sehr zuverlässigen, präzisen Messgeräten durchgeführt werden, die unter den im Motorraum herrschenden extremen Bedingungen genaue Messwerte liefern können.

Um die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, ist es von zentraler Bedeutung, dass zur Druckmessung nur die besten Qualitätssensoren verwendet werden. Diese Drucksensoren müssen nicht nur in einem großen Druck- und Temperaturbereich zuverlässige Messwerte liefern, sondern auch Vibrationen standhalten können.

STS hat im Laufe der Jahre Sensoren entwickelt, die den Anforderungen von Produzenten (OEM), Teilelieferanten und Motordesignexperten in der Motorenentwicklung gerecht werden.

Die Entwicklung einer elektrischen Ölpumpe, die die mechanische Variante übertrifft 

Auf der Grundlage der Daten zu den hydraulischen Anforderungen bei verschiedenen Volumenströmen, Förderdrücken und Öltemperaturen wird ein erster Entwurf des Getriebes angefertigt. Mithilfe der MatlabSimulink-Software können die Informationen bezüglich des Verhaltens des physikalischen Systems in einen eindimensionalen Code umgewandelt werden.

In diesem Stadium ist zu beachten, dass zur Erzeugung des erforderlichen Durchflusses bei einem bestimmten Druck eine Drehzahl gewählt werden sollte, die die beste Bauform von Motor und Pumpe ohne Kavitationsprobleme oder Strömungsgeräusche ermöglicht: Demnach liegt ein typischer Drehzahlbereich für den Dauerbetrieb in der Regel zwischen 1500 und 3500 U/min.

Im nächsten Schritt können mit der Simulationssoftware LMS Imagine verschiedene Designs erzeugt werden. Mithilfe der Lab Amesim-Software werden die Designparameter – zum Beispiel die Anzahl der Zähne und die Exzentrizität – optimiert, während gleichzeitig alle Randbedingungen für Druck, Durchfluss und Temperatur erfüllt werden.

Nachdem die geometrischen Merkmale der berechneten Hydraulik implementiert und das vorläufige Design abgeschlossen wurden, kann das erforderliche Gesamtdrehmoment, um die Pumpe in kritischen Betriebspunkten anzutreiben, wie folgt berechnet werden:

Mgesamt = MH + MCL + Mη

Wobei:

  • MH für das hydraulische Drehmoment steht, das für die Erzeugung des Drucks und Durchflusses erforderlich ist
  • MCL für die Coulombsche Reibung steht, die dort entsteht, wo sich trockene oder geschmierte Kontakte zwischen Gleitteilen befinden
  • Mη für die viskose Reibung steht, die durch die Fließbewegung in Freiräumen entsteht

Im Anschluss an die Designphase werden Prototypen gebaut, um diese auf einem Motorprüfstand unter realen Bedingungen zu testen.

Nochmals werden Öldruck, Volumenstrom und Temperatur bei verschiedenen Motor- und Pumpgeschwindigkeiten gemessen, um die durch die Simulation gewonnenen Ergebnisse zu bestätigen. Wenn die Ergebnisse den Spezifikationen entsprechen, ist das Entwicklungsprogramm abgeschlossen und das Projekt geht in die Produktionsphase.

Es liegt auf der Hand, dass für eine optimale Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit alle Messungen genau aufgezeichnet werden müssen; aber die Relevanz der durch die Drucksensoren erzeugten Messdaten überwiegt möglicherweise alles andere – zu geringer Druck an jedem beliebigen Punkt kann zu einem katastrophalen Fehler führen, während Überdruck Energie verschwendet und zu Problemen mit den Öldichtungen führen kann.

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Druck entriegelt das Potenzial von verdichtetem Erdgas

Druck entriegelt das Potenzial von verdichtetem Erdgas

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Öl & Gas

Dank seiner sehr hohen Energiedichte ist verdichtetes Erdgas für den Einsatz als Fahrzeugkraftstoff gut geeignet. Erdgas hat eine Oktanzahl von etwa 120 und eine Verbrennungswärme von 9.000 bis 11.000 kcal/kg oder 38 bis 47 MJ/kg.

Darüber hinaus produziert die Verbrennung von Erdgas deutlich weniger CO2-Emissionen, als es z. B. bei der Verbrennung von Benzin der Fall ist. Und da Erdgas in vielen Märkten einen besonders kostengünstigen Kraftstoff darstellt, zeigen Hersteller ein wachsendes Interesse an der Entwicklung von Fahrzeugen, die mit dieser alternativen Energiequelle angetrieben werden können.

Die größte Herausforderung bei der Optimierung des Erdgas-Antriebs für einen Verbrennungsmotor ist die Regulierung des Einblasdrucks in den Kraftstoffverteiler.

Abbildung 1: Beispiel für ein Zwei-Kraftstoffsystem für Benzin und Erdgas
Bildquelle: Bosch Mobility Solutions

Erdgas wird bei etwa 200 bar gespeichert und wird je nach Motoranforderung üblicherweise in einem Druckbereich von zwei bis neun bar eingeblasen– Niederdruck für sparsames Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich und höhere Drücke für mehr Leistung und ein höheres Drehmoment.

Der Wirkungsgrad der Verbrennung im Motorzylinder hängt stark von der Temperatur und dem Druck des Erdgases ab: Eine Druckerhöhung bei konstantem Volumen führt zu einer höheren Dichte des Gases, wodurch auch der Heizwert ansteigt.

Aber obwohl die Ausgangstemperatur und der anfängliche Injektionsdruck variiert werden können, weisen mit verdichtetem Erdgas angetriebene Fahrzeuge Leistungsverluste und ein schlechtes Fahrverhalten auf, wenn in der Entwicklung keine präzise Kalibrierung erfolgt.

Injektion von Erdgas unter Druck

Erdgas wird dem Kraftstoffverteiler in der Regel aus einem Hochdrucktank über einen Druckregler zugeführt. Für eine effiziente Kraftstoffverbrennung muss die Menge an injiziertem Erdgas immer an den Luftbedarf des Motors angepasst werden. Um das zu erreichen, bedient sich die elektronische Motorsteuerung in der Regel eines Luftmengenmessers, um den genauen Luftbedarf und anschließend die zu injizierende Menge an Erdgas zu bestimmen.

Durch die Zentraleinblasung (Central Point Injection – CPI) wird das Erdgas von einem Erdgas-Einblasmodul (Natural Gas Distributor – NGD) in den Ansaugkrümmer eingeblasen. Ein Mitteldrucksensor misst den Druck und die Temperatur im Einblasmodul, damit die Einblasventile exakt die benötigte Menge an Kraftstoff zur Verfügung stellen.

Alternativ kann die Injektion auch ohne das Einblasmodul erfolgen, indem jedem Einblasventil ein entsprechender Zylinder zugeordnet wird. Bei der Mehrpunktinjektion (Multi Point Injection – MPI) wird das Gas dezentral an den jeweiligen Saugrohr-Einzelenden vor dem Zylindereinlassventil eingeblasen.

Da Druckänderungen bei einem Erdgas-Antrieb einen erheblichen Einfluss auf die Motorleistung, das Motordrehmoment und die Abgasemissionen (CO, CO2, NOx und Kohlenwasserstoffe) haben, müssen all diese Werte während eines Motorentests aufgezeichnet werden.

Optimierung des Raildrucks für alle Fahrbedingungen

Zur Optimierung des Erdgas-Systems ist es wichtig, dass während der Konzeptions- und Testphasen der Innendruck des Rails bei verschiedenen Drosselklappenstellungen präzise gemessen und auf das Drehmoment und die entsprechenden Abgasemissionen bezogen wird. Folglich verlangen die meisten Entwicklungsingenieure nach qualitativ hochwertigen Drucksensoren.

Es ist wichtig, dass diese Sensoren in einem großen Druckbereich genaue Messwerte liefern und auch bei höheren Temperaturen stabil bleiben.

Obwohl eine Erhöhung des Erdgas-Drucks zu einer Reduzierung von CO2, HC und NOx führt, steigt der CO-Anteil im Abgas: Darum ist es entscheidend, die Auswirkungen der Modulation des Erdgas-Einblasdrucks genau zu erfassen.

In der Testphase wird ein Druckregler zur Steuerung des Injektionsdrucks verwendet; dessen Wirkungsgrad wird durch einen im Rail angebrachten präzise kalibrierten Drucksensor gemessen, während ein analoger Durchflussmesser mit einem typischen Messbereich von 2,5 m3/h zur Messung und Kontrolle der Durchflussrate der Ansaugluft dient. Ein Rollenprüfstand wird verwendet, um das Drehmoment des Motors zu erfassen.

Für die Dauer des Tests liegen die Gastemperatur und die Durchflussrate konstant bei 22° C beziehungsweise 0,1 SCFM.  Für den Test wird die Motortemperatur mittels eines Hochleistungsgebläses konstant gehalten und ein Emissionsprüfgerät an den Auspuff angeschlossen, um die CO-, CO2-, Kohlenwasserstoff- und NOx-Werte im Abgas aufzuzeichnen.

Der Prozess ist sehr komplex und erfordert, dass Raildruck, Drehmoment und Emissionen bei Hunderten unterschiedlicher Drosselklappenstellungen gemessen werden, damit alle notwendigen Daten für die Anforderungen des Motors an das Motorsteuergerät abgebildet werden können.

Das Messen, Aufzeichnen und die Eingabe dieser Daten in die entsprechenden Tabellen ist eine zeitintensive Aufgabe, weshalb Entwicklungsingenieure oft auf Modellierungstools zurückgreifen, um die Entwicklung zu beschleunigen. Diese Tools bieten häufig eine Umgebung für die Simulation und das modellbasierte Design von dynamischen und eingebetteten Systemen, wodurch die erforderliche Anzahl von Hardwareversionen zum Design des Systems reduziert wird.

Das Simulationsmodell wird mit den Informationen aus den Echtzeittests programmiert; daraus wird eine ausführbare Datei erzeugt, die mittels C-Compiler in einem Echtzeit-Betriebssystem verwendet werden kann.

Sobald die Ausgangsdaten erfasst wurden, kann für jeden Aspekt des Designzyklus eine unendliche Anzahl von Echtzeitsimulationen generiert werden – vom ersten Konzept über den Entwurf des Reglers bis hin zu Test und Validierung mithilfe von Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulationen.

Im Rahmen eines ausgefeilten Testprogramms mit Drucktransmitter in Laborqualitätund Prüfgeräten weisen Fahrzeuge mit Erdgas-Antrieb eine Leistungsfähigkeit und Fahrbarkeit auf, die mit der von Fahrzeugen vergleichbar ist, die von fossilen Brennstoffen angetrieben werden; gleichzeitig bieten Erdgas-Fahrzeuge Kosten-und Emissionsvorteile.

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Gesicherte Dichtheitsprüfung mit Relativ- und Absolutdruckverfahren

Gesicherte Dichtheitsprüfung mit Relativ- und Absolutdruckverfahren

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Dichtigkeitsprüfung

Leckagen können fatale Folgen haben: Um Produktionsprozesse effizient zu gestalten und kostspielige sowie imageschädigende Rückrufaktionen zu verhindern, müssen Teile schon früh im Herstellungsprozess geprüft werden. Die Dichtheitsprüfung spielt somit eine wichtige Rolle im Qualitätsmanagement.

Der Nachweis der Dichtheit und die Ortung von Leckagen ist in verschiedenen Branchen ein fester Bestandteil der Qualitätssicherung. Zudem lassen sich durch frühzeitiges Erkennen fehlerhafter Teile im Herstellungsprozess unnötige Kosten vermeiden. Zu den Einsatzgebieten zählen sowohl die Überprüfung einzelner Komponenten als auch von kompletten Systemen in Serienproduktion oder Laborumgebungen. Die Branchen reichen von der Automobilindustrie (Zylinderköpfe, Getriebe, Ventile etc.) über die Medizintechnik bis hin zu den Kunststoff-, Verpackungs- und Kosmetikindustrien.

Das deutsche Unternehmen ZELTWANGER Dichtheits- und Funktionsprüfsysteme GmbH zählt zu den angesehensten Herstellern leistungsstarker Dichtheitsprüfgeräte. Je nach Anwendungsfall stehen eine Reihe Dichtheitsprüfmethoden zur Wahl, darunter das Relativdruck- und Absolutdruckverfahren.

Dichtheitsprüfung mittels Relativ- oder Absolutdruckverfahren

Die Relativ- oder Absolutdruckverfahren haben die folgenden entscheidenden Vorteile:

  • kompakter Prüfaufbau mit kleinem Eigenvolumen
  • hohe Betriebssicherheit
  • grosser Messbereich
  • Möglichkeit zur Automatisierung

Bei diesen Verfahren wird der Prüfling mit einem definierten Druck beaufschlagt. Gemessen und analysiert wird die durch eine eventuelle Leckage entstehende Veränderung des Drucks über der Zeit. Beim Relativdruck ist die Differenz zum Umgebungsdruck entscheidend. Ist der Prüfdruck grösser als der Umgebungsdruck, spricht man von einer Überdruckprüfung. Als Unterdruckprüfung beziehungsweise Vakuumprüfung gilt, wenn der Druck geringer als der Umgebungsdruck ist. Beim Absolutdruckverfahren wird der Druck in Bezug auf das absolute Vakuum ermittelt.

Bei der Dichtheitsprüfung mittels des Relativ- oder Absolutdruckverfahrens setzt ZELTWANGER auch Druckmesszellen aus dem Hause STS ein. Die Anforderungen an die eingesetzte Technik sind hoch. Gefordert sind:

  • hervorragende Signalverarbeitung
  • variable Druckmessbereiche
  • variable Messverfahren (Differenz-, Relativ- und Absolutdruck)
  • hohe Zuverlässigkeit

Der Drucksensor ATM von STS erfüllt die geforderten Spezifikationen mit einem weiten Druckmessbereich von 100 mbar bis 1000 bar und einer Kennlinie von ≤ ± 0.10 %FS. Abgesehen von diesen Werten sind die Störungssicherheit und die sehr gute Signalverarbeitung entscheidende Merkmale. Die Modularität der STS Sensoren gibt Herstellern die Möglichkeit, sie unkompliziert in ihre Anwendungen zu integrieren.

Die STS Drucktransmitter kommen neben von ZELTWANGER selbst entwickelten Sensoren in den Geräten der ZED-Reihe zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch ihre Vielseitigkeit und Genauigkeit aus. Das Gerät ZEDbase+ misst beispielsweise zuverlässig Relativ-, Differenzdruck und Massefluss. Die erfassten Prüfdrücke reichen je nach Methode von Vakuum bis 16 bar. Beim Relativdruck können kleinste Druckänderungen von 0,5 Pa bis 4 Pa registriert werden. Neben den technischen Voraussetzungen sind auch die zuverlässige Liefersituation sowie die flexible und unkomplizierte Kundenbetreuung durch STS entscheidende Argumente – übrigens eine grosse Gemeinsamkeit beider Unternehmen: Ziel ist stets, Kunden bedürfnisrechte Lösungen zur Verfügung zu stellen, die den geforderten Spezifikationen genau entsprechen.

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Könnte ein Wasserstoffmotor mit Hochdruck-Direkteinspritzung den Turbodiesel ersetzen?

Könnte ein Wasserstoffmotor mit Hochdruck-Direkteinspritzung den Turbodiesel ersetzen?

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Wasserstoffanwendungen

In Ungnade gefallen, scheint die Zeit des einst legendären Dieseltriebwerks abgelaufen zu sein. Selbst Städte wie Paris, die einst Anreize für die Verwendung von Dieselmotoren schufen, fordern OEMs jetzt auf, die Produktion bis zum Jahr 2025 zu stoppen. Obwohl dies äußerst unwahrscheinlich ist, zeigt es, dass man sich weltweit wegen der globalen Erwärmung und der Luftverschmutzung im allgemeinen Sorgen macht.

Um die immer strenger werdenden Emissionsvorschriften einhalten zu können, untersuchen OEMs neue und oft unerprobte Arten des Antriebs: Die ganze Bandbreite von Vollelektrifizierung bis hin zu Hybriden und sogar Wasserstoff-Brennstoffzellen werden als mögliche Lösungen getestet.

Insbesondere Wasserstoff weckt das Interesse von Forschern auf der ganzen Welt – er wird als ein sauberer Brennstoff gefeiert, der durchaus den Verkehr der Zukunft antreiben könnte.

Der Unterschied zwischen Wasserstoff und konventionellen Kohlenwasserstoffen besteht in seinem großen stöchiometrischen Bereich von 4 bis 75 Volumenprozent Wasserstoff zu Luft, und unter idealen Bedingungen kann die Verbrennungsgeschwindigkeit von Wasserstoff einige Hundert Meter pro Sekunde erreichen. Diese Eigenschaften machen ihn sehr effizient bei der Verbrennung von mageren Gemischen mit niedrigen NOx-Emissionen.

Vierzig Jahre Wasserstoffmotoren

Die Wasserstoffeinspritzung gibt es schon seit den 1970er Jahren; dabei wird Wasserstoff in einen modifizierten Verbrennungsmotor eingespritzt, wodurch es zu einer saubereren Verbrennung, mehr Leistung und geringeren Emissionen kommt.

Frühere Niederdrucksysteme, die noch heute verwendet werden, spritzten den Wasserstoff in die Luft ein, bevor diese in den Brennraum eintrat. Allerdings traten dabei einige Probleme auf, da Wasserstoff zehnmal schneller verbrennt als Diesel und er, sobald er im Brennraum mit dem Diesel vermischt wird, die Abbrandgeschwindigkeit erhöht. Die wichtigsten Probleme sind:

  • Der Flammenrückschlag des Gases im Verteiler.
  • Frühzündung und/oder Selbstentzündung.

Der beste Weg, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist der Einbau eines Systems zur Hochdruck-Direkteinspritzung, bei dem die Kraftstoffeinspritzung zu einem späteren Zeitpunkt des Kompressionsvorgangs erfolgt.

Optimierung des Verbrennungsprozesses durch genaue Druckmessung

Hierfür muss die Einspritzung ganz genau auf den Motor abgestimmt werden. Dies kann nur durch die Erhebung von Testdaten bezüglich der Temperatur (Verteiler, Abgas und Kühlmittel), des Drucks (Zylinder/Druckverstärker, Leitung und Einspritzer), der Verwirbelung in Verteiler und Brennkammer sowie der Gaszusammensetzung erreicht werden.

Die Gemischbildungs-, Zündungs- und Verbrennungsprozesse werden häufig mit zwei verschiedenen Arten von Experimenten untersucht. Das erste Experiment soll Informationen über die schnell veränderliche Konzentration und Verteilung von Wasserstoff während des Einspritzvorgangs liefern.

Bei diesem Test dient eine laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) auf Markermolekülen als das primäre Messverfahren zur Untersuchung des Verhaltens von Wasserstoff während der Kompression und bei der Zündung. Unter Verwendung einer Brennkammer mit einem konstanten Volumen und denselben Abmessungen wie der eigentliche Dieselmotor, was bedeutet, dass das Volumen in der Brennkammer dem Volumen im Zylinder am oberen Totpunkt entspricht, wird komprimierter Wasserstoff durch ein hydraulisch gesteuertes Nadelventil in die kalte Druckluft eingespritzt.

Mit qualitativ hochwertigen Drucksensoren kann die Wirkung der verschiedenen Einspritzdrücke auf den Verbrennungsprozess untersucht werden. Durch die Beobachtung des Verhaltens und des Volumens des unverbrannten Gases kann der Zeitaufwand für die Optimierung des Einspritzdrucks für eine bestimmte Anzahl von und Position der Einspritzdüsenöffnung und auch der Einspritzrichtung drastisch reduziert werden.

Durch den Einsatz einer einzigartigen Software kann die Zündverzögerung ermittelt werden, die von der Temperatur und der Konzentration von Wasserstoff in der Luft bei einem gegebenen Druck abhängig ist. Auch hier ist es wichtig, dass die Druckwerte in einem Druckbereich zwischen 10 bis 30 MPa genau aufgezeichnet werden.

Darüber hinaus ermöglicht diese Methode die Bestimmung der Bereiche des Einspritzstrahls, in denen Bedingungen für eine Selbstentzündung herrschen; das ist hilfreich bei der Entwicklung eines optimierten Einspritzsystems für Motoren, die von Dieselkraftstoff auf Wasserstoff umgerüstet werden sollen.

Bei – von einem OEM im Premiumsegment – jüngst durchgeführten Tests zeigte der optimierte Hochdruck-Wasserstoffeinspritzmotor eine vielversprechende spezifische Leistungssteigerung bei gleichzeitig reduziertem Kraftstoffverbrauch und einen Wirkungsgrad von 42 %; Werte, die denen der besten Turbodieselmotoren entsprechen.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen scheint es so, als ob durch die stetige Optimierung des Drucks dieser 30 MPa-Systeme tatsächlich eine weitere Quelle für saubere Energie für den Verkehr der Zukunft geschaffen werden kann.

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Mit effizienter Druckmesstechnik Schadstoffemissionen minimieren

Mit effizienter Druckmesstechnik Schadstoffemissionen minimieren

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Automobil

Rückrufaktionen in der Automobilindustrie haben umfangreiche Folgen. Hersteller müssen neben hohen Kosten mit einem immensen Imageverlust rechnen. Autobesitzer reagieren verärgert und verunsichert. Besonders grosse Wellen hat der Skandal um manipulierte Abgaswerte im letzten Jahr geschlagen. Die Politik hat reagiert und neue Testverfahren angekündigt.

Eine wahre Rückruf-Krise hat die Automobilindustrie in den vergangenen zwei Jahren erfasst. Allein in den USA wurden 51 Millionen Autos durch die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) 2015 zum Rückruf beordert. Das sind weitaus mehr als im selben Jahr verkauft wurden, auch wenn nicht alle dieser zurückgerufenen Fahrzeuge im Zusammenhang mit manipulierten Abgaswerten stehen. Allein auf den „Dieselgate“ Skandal des Herstellers Volkswagen fallen 11 Millionen Autos. Der Schaden ist enorm.

Kostendruck und die zunehmende Komplexität der in den Autos verbauten Systeme werden für die erhöhte Fehleranfälligkeit und der damit verbundenen Rückrufaktionen in Zusammenhang gebracht. Dieser Herausforderung ist in erster Linie mit verbesserten, noch zuverlässigeren Kontrollsystemen beizukommen – sowohl auf Seiten der Hersteller und Zulieferer als auch durch staatliche Kontrollinstanzen, die die Einhaltung vorgeschriebener Normen überprüfen. Es braucht hochwertige Messmittel, die unter unterschiedlichen Bedingungen genaueste Ergebnisse liefern und somit eine optimale (Nach-) Qualifizierung sichern. Hier hat sich ein grosser Nachholbedarf offenbart.

Beste Druckmesstechnik für beste Verbrennungsmotoren

Bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren braucht es hochpräzise Drucksensoren, welche bei der Verbrennungsanalyse die exakte Messung der Zylinderdrücke sowie der Ansaug- und Abgasdrücke ermöglichen. Ebenso hochwertig müssen die Absolutdrucksensoren (Gaswechsel) und Hochdrucksensoren (Einspritzdruckmessung) sein, schliesslich ist gerade bei Letzteren das Potential für eine Schadstoffminimierung enorm. So können bei Benzinern auch durch die Erhöhung des Einspritzdrucks Partikel reduziert werden. Einige Zulieferer arbeiten ja bereits daran, den Einspritzdruck auf 350 bar oder mehr zu erhöhen.

Die mobile Emissionsmessung kommt

Bei der Abgas- und Verbrauchsmessung durch staatliche Zulassungsbehörden wird aktuell der standardisierte „Neue Europäische Fahrzyklus (NEFZ)“ eingesetzt. Wie sich gezeigt hat, gibt die Testprozedur Herstellern allerlei Freiräume, die Messungen zu ihrem Vorteil zu beeinflussen, da das Fahrzeug nicht unter realen Bedingungen, sondern allein am Prüfstand untersucht wird.

Nach Bekanntwerden der Manipulationen beschloss der Fachausschuss der Europäischen Union im Mai 2015, dass Emissionen bei der Typgenehmigung ab Herbst 2017 im praktischen Fahrbetrieb geprüft werden sollen – bekannt als Real Driving Emissions (RDE). Die Laborbedingungen herkömmlicher Kontrollen werden so durch ein Verfahren ergänzt, das die Verwendung von Abschaltvorrichtungen während des Tests verhindert. Das zu prüfende Fahrzeug wird auf freier Strecke untersucht und ist somit schwankender Bedingungen ausgesetzt. Darüber hinaus wird zufällig abgebremst und beschleunigt.

Neue Herausforderungen meistern – mit modularen Druck-Sensorik-Lösungen

Das RDE-Verfahren stellt selbstverständlich auch besondere Herausforderungen an die eingesetzte Messtechnik. Bei der Optimierung der Emissionswerte von Verbrennungsmotoren kommen in erster Linie Absolut- und Relativdruckmessung zum Einsatz. In Anbetracht der neuen Messmethoden müssen diese zuverlässig über einen weiten Temperaturbereich arbeiten. Ob im tiefsten Winter oder im Hochsommer: Die Messwerte müssen absolut zuverlässig sein, um ein realistisches Bild der tatsächlichen Abgaswerte geben zu können. Darüber hinaus zeigt sich, dass die Arbeit mit höheren Drücken signifikante Einsparungen erzielen kann. Deshalb sollten auch hohe Drücke abgebildet werden können. Dass die eingesetzte Messtechnik in mobilen Anwendungen störungssicher arbeitet, versteht sich angesichts der neuen Methoden von selbst.

Mit Standard-Lösungen lässt sich das nicht leisten. Vielmehr sind sie Teil des Problems. Individuelle Herausforderungen fordern individuelle Lösungen. Zudem braucht es Instrumente, die sowohl präzise als auch flexibel sind, um in verschiedenen Anwendungen zuverlässig zu arbeiten. Nur so können Wirtschaftlichkeit und Genauigkeiten in Einklang gebracht werden. Es zeigt sich, dass modulare Systeme in diesem Zusammenhang ideal sind. In Abstimmung mit dem Hersteller können sie an die Erfordernisse angepasst werden und somit verlässliche Ergebnisse liefern. Das ist besonders bei der Entwicklung neuer Motoren ein Pluspunkt, da Anpassungen unkompliziert und zeitnah vorgenommen werden können.

Eine Erfahrung, die unsere Kunden täglich machen – seit mittlerweile fast 30 Jahren. Als führender Hersteller von kundenspezifischen, modularen Messsystemenkönnen wir in kurzer Zeit und in kompetenter Zusammenarbeit mit den Herstellern passgenaue Messlösungen bereitstellen. Der Entwicklung neuer kraftstoffeffizienter Motoren sowie deren Überprüfung in der Praxis steht aus messtechnischer Sicht somit nichts mehr im Weg.

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