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Smartpump: Klein, aber leistungsstark

Smartphone misst Umweltbelastung durch Feinstaub

Feinstaub schädigt Herz und Lunge. Vor einer hohen Belastung könnte in Zukunft ein Smartphone mit eingebautem Gassensor warnen. Damit der Sensor schnell anspricht und genaue Messwerte liefern kann, haben Fraunhofer-Forscher eine leistungsstarke Mikromembranpumpe entwickelt, die die Umgebungsluft zuführt.

«Unsere Smartpump ist nur fünfundzwanzig Quadratmillimeter gross und damit die kleinste Pumpe der Welt. Trotzdem hat sie ein hohes Kompressionsverhältnis», sagt Dr. Martin Richter, der die Abteilung Mikrodosiersysteme an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT in München leitet.
Um in der Pumpkammer Druck zu erzeugen nutzen Richter und sein Team den piezoelektrischen Effekt, der elektrische Spannung in mechanische umwandelt: Mit Hilfe von Wechselspannung wird die Silizium-Membran nach oben oder unten bewegt, dadurch Umgebungsluft durch ein Ventil eingesaugt, in der Pumpkammer verdichtet und wieder herausgepresst.

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SICK öffnet die Schnittstelle HIPERFACE DSL®

Der digitale Anschluss an die Zukunft

SICK öffnet die Schnittstelle HIPERFACE DSL® und macht dadurch die bewährte Technologie allen Anwendern zugänglich. Dem Markt sollen damit noch umfangreichere Lösungen zur Verfügung gestellt werden. Hersteller von Servoantriebstechnik profitieren von einem erweiterten Produktportfolio und bekommen die Sicherheit, eine offene und etablierte Schnittstelle einzusetzen. HIPERFACE DSL® als offene Schnittstelle verbindet zudem alle Vorteile einer digitalen Echtzeit-Schnittstelle: Einkabeltechnologie, kontinuierliches Condition Monitoring und damit enorme wirtschaftliche Effizienzpotenziale.

SICK als Erfinder der Einkabellösung in der Servoantriebstechnik und der dazu passenden Schnittstelle geht damit konsequent den nächsten Schritt in seinem Innovationsprozess. Mit der Öffnung möchte der Experte für Motor-Feedback-Systeme seine Entwicklung und die Erfolgsstory von HIPERFACE DSL® vorantreiben und insbesondere im Umfeld von Industrie 4.0 optimale Lösungen für Motoren- und Reglerhersteller anbieten. Durch die Öffnung antizipiert SICK Kundenwünsche nach einem breiten Portfolio an Motor-Feedback-Systemen. Die zu unterstützenden Schnittstellen im Servoregler werden minimiert und SICK kreiert so mit der Öffnung der bisher proprietären Schnittstelle einen offenen Standard auf dem Markt.

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Schnelle und zuverlässige TOC-Bestimmung

Der TOC (Total Organic Carbon) ist neben dem CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und dem BSB5 (biochemischer Sauerstoffbedarf) ein wichtiger Summenparameter für die Beurteilung der organischen Belastung eines Gewässers. Er umfasst die Summe der gelösten und ungelösten organischen Kohlenstoffverbindungen. Der gesamt-Kohlenstoff (TC) einer Probe setzt sich aus dem gesamt-anorganischen Kohlenstoff (TIC) und dem gesamt-organischen Kohlenstoff (TOC) zusammen. Zur effizienten Probenvorbehandlung und zuverlässigen Bestimmung des TOC-Gehaltes von Gewässern hat MACHEREY-NAGEL
ein neuartiges Messsystem entwickelt.
Mit den brandneuen Rundküvettentesten NANOCOLOR® TOC 30 und NANOCOLOR® TOC 300 lässt sich der TOC-Gehalt innerhalb von zwei Stunden in nur drei Arbeitsschritten bestimmen. Der Rundküvettentest NANOCOLOR® TOC 30 deckt einen hochempfindlichen Messbereich von 2–30 mg/L C ab, der NANOCOLOR® TOC 300 den Bereich von 20–300 mg/L C. Diese Messbereiche eignen sich perfekt für die Anwendung im Kläranlagen-Ablauf und -Zulauf.

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Sauberere Diesel in Sicht

Neue Abgasvorschriften für PW seit 1. September 2017

Christian Bach

Am 1. September 2017 traten in der EU sowie in der Schweiz neue Abgasvorschriften für Personenwagen in Kraft. Diese schliessen Lücken in der bisherigen Abgasgesetzgebung und werden dafür sorgen, dass insbesondere Dieselfahrzeuge merklich sauberer werden, vor allem, was deren Stickoxidausstoss angeht – sie erlauben allerdings auch, bisherige Fahrzeuge noch eine Zeit lang weiter zu verkaufen. Die Empa empfiehlt, Diesel-Personenwagen nur dann zu kaufen, wenn sie nach Euro 6d-TEMP oder Euro 6d zugelassen sind.

Ende 2016 waren in der Schweiz rund 3.1 Millionen Personenwagen mit Benzin- und 1.3 Millionen mit Dieselmotor zugelassen. Trotz eines Anteils von nur 30% an der gesamten Schweizer Personenwagenflotte verursachen Dieselfahrzeuge allerdings 80% der Stickoxid-Emissionen (NOx). Es waren denn auch diese NOx-Emissionen, die den jüngsten «Dieselskandal» ins Rollen brachten und deren Verminderung seither im Zentrum der Debatte steht.

Veraltete Messverfahren als Ursache für realitätsferne Emissionswerte

Das aktuelle Abgasmessverfahren für die Typenprüfung von Personenwagen stammt aus den 1970er-Jahren und wurde in den 1990er-Jahren angepasst. Es ist also hochgradig veraltet und berücksichtigt beispielsweise kaum elektronische Regelungssysteme, die die Abgastricksereien überhaupt erst ermöglicht haben. Zwischen 2009 und 2011 wurden deshalb unter dem Dach der Europäischen Wirtschaftskommission der UNO verschiedene Arbeitsgruppen gebildet, um ein neues Abgasmessverfahren namens «World-wide Light Duty Vehicle Test Procedure» (WLTP) zu entwickeln. Daran haben unter anderem Experten des Schweizer Bundesamts für Umwelt (BAFU), des Bundesamts für Strassen (ASTRA), der Berner Fachhochschule sowie der Empa mitgearbeitet.
Die neuen Vorschriften für Personenwagen traten nun per 1. September 2017 in Kraft und beinhalten im Wesentlichen drei Änderungen: Erstens wird das veraltete Messverfahren ersetzt; zweitens müssen die Abgasemissionen zusätzlich beim Fahren auf der Strasse ermittelt werden, und drittens müssen die Hersteller die Funktionen der Motorsteuerung offenlegen, die mit der Abgasreinigung zusammenhängen.
Der anspruchsvollste Teil der neuen Abgasgesetzgebung ist die Strassenmessung, die eine mindestens 90-minütige Fahrt mit vorgegebenen Anteilen an Stadt-, Ausserorts- und Autobahnfahrten umfasst. Dazu wird am Fahrzeug ein mobiles Abgasmessgerät installiert.
Wie üblich erfolgt die Einführung neuer Abgasvorschriften für Personenwagen und leichte Nutzfahrzeuge gestaffelt; Fahrzeuge, die bereits über eine Typengenehmigung verfügen, dürfen in der Regel noch ein Jahr über das Einführungsdatum der neuen Abgasstufe hinaus zugelassen werden. Konkret bedeutet dies: Personenwagen, die nach der bisherigen Abgasnorm Euro 6b typengenehmigt wurden, können noch bis Ende August 2018 zugelassen werden. Dieselfahrzeuge, die nach dieser Stufe typengenehmigt wurden, weisen auf der Strasse in der Regel sehr viel höhere NOx-Emissionen auf als im Labor. Deshalb empfiehlt die Empa, solche Fahrzeuge nicht mehr zu kaufen.
Die neuen Abgasvorschriften werden in drei Stufen eingeführt. Die erste Stufe der neuen Abgasvorschriften, Euro 6c, beinhaltet für die Strassenmessung noch keine Grenzwerte. Aufgrund der neuen Regelungen zur Offenlegung der Funktionen zur Abgasreinigung in der Motorsteuerung dürften die NOx-Emissionen gegenüber den bisherigen Euro 6b-Fahrzeugen trotzdem deutlich sinken. Diese Euro 6c-Personenwagen dürfen bis Ende August 2019 zugelassen werden und stellen eine Zwischenstufe zum sauberen Diesel dar.

Ein Audi A3 mit dem Messrucksack für RDE-Messungen (Real Driving Emissions): Diese Emissionsmessung im realen Strassenverkehr ist für die Zulassung neuer Fahrzeugtypen ab 1. September 2017 verbindlich. Bild: Empa



Empa-Empfehlung: für Benziner mindestens Euro 6c, für Diesel mindestens Euro 6d-TEMP

Aber auch Benziner werden von den neuen Vorschriften «bedacht»: Für Benzinfahrzeuge mit Direkteinspritzung gilt ab der Stufe Euro 6c der gleiche Partikelanzahl-Grenzwert wie bei Dieselfahrzeugen, weshalb die meisten Benziner künftig kaum mehr ohne Partikelfilter auskommen werden. Lediglich Erdgasfahrzeuge erfüllen die neuen Abgasvorschriften ohne zusätzliche technische Massnahmen.
Die Abgasnorm Euro 6d schliesslich wird in zwei Stufen eingeführt: Die erste, mit Euro 6d-TEMP bezeichnete Stufe gilt von September 2019 bis Ende 2020. Sie beinhaltet erstmals sowohl NOx- als auch Partikelanzahl-Grenzwerte für die Strassenmessung – die aber noch bis zu 2.1-mal höher liegen dürfen als die entsprechenden Laborgrenzwerte. Bei der zweiten Stufe, der Abgasnorm Euro 6d, sinkt dann der Faktor für die Abweichung zwischen Strassen- und Laborgrenzwerte auf 1.5. Die Empa empfiehlt aus lufthygienischen Gründen, Dieselfahrzeuge nur nach Abgasnorm Euro 6d-TEMP oder Euro 6d zu kaufen.
Die neue Abgasgesetzgebung schliesst zudem verschiedene Schlupflöcher: Bisher konnten Fahrzeuge im Labortest mit teilweise wesentlich geringerem Gewicht geprüft werden, als sie in der Praxis auf unseren Strassen umherfahren. Mit den neuen Vorschriften muss sowohl die leichteste wie auch die schwerste Version des Fahrzeugs geprüft werden. Bisher mussten Fahrzeughersteller keinerlei Details über die Steuerung ihrer Abgasreinigung angeben und konnten die Abgasreinigung ausserhalb des Labors einschränken. Mit den neuen Bestimmungen zur Offenlegung der Funktionen zur Abgasreinigung in der Motorsteuerung ist dies nicht mehr möglich. Die wichtigste Neuerung ist jedoch die Einführung realitätsnaher Strassenmessungen. Damit wird sichergestellt, dass sich die Diskrepanz zwischen Labormesswerten und realen Emissionen wesentlich verringert.

 

Christian Bach
Abteilungsleiter Fahrzeugantriebssysteme
Tel. 058 765 41 37
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Dr. Patrik Soltic
Leiter Antriebssysteme
Tel. 058 765 42 64
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Dr. Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler
Leiter Abgasnachbehandlungssysteme
Tel. 058 765 43 37
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Thomas Bütler
Leiter Fahrzeugsysteme
Tel. 058 765 48 69
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PPCP3-M1: Kapazitiver MEMS Drucksensor mit 0.5%FS

Pewatron lanciert mit der PPCP3 Serie eine neue Drucksensoren-Generation basierend auf dem kapazitiven Messprinzip.
Der kapazitive MEMS Drucksensor brilliert mit einer sehr hohen Auflösung (<15μbar). Der PPCP3-M1 ist eine Differenzdrucksensor mit einer SPI oder TWI Schnittstelle. Intern besitzt er einen kapazitiven Sensorchip sowie eine Signalkonditionierungs Elektronik mit einem hochauflösenden ΣΔ ADC für die Digitalisierung.
Das kapazitive Messsystem hat im Gegensatz zum weit verbreiteten resistiven vor allem Vorteile in der Genauigkeit, Auflösung und im Stromverbrauch (<50μA @ 1Hz Ausgangsrate). Auch die Lageunabhängigkeit ist ein weiterer Pulspunkt,  welche bei herkömmlichen piezo-resistiven Sensoren vor allem im Niederduck Bereich ein Problem ist. Bisher werden vor allem im Bereich der hochgenauen Füllstandmessung keramische Drucksensoren auf dem kapazitiven Messprinzip realisiert. Durch den rasanten und sprunghaften technologischen Fortschritt der letzten Jahre im Bereich der Kapazitätsmessung – getrieben durch die Touchscreens – ist die Zeit nun reif für einen kapazitiven MEMS Drucksensor.

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