Schmierölanalytik

Projekt POSSEIDON

Kompakte und günstige Sensoren für die Online-Zustandsüberwachung

Labor-Farbzahlmessgerät
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Labor-Farbzahlmessgerät

Motoren großer Schiffe benötigen typischerweise einige tausend Liter eines hochwertigen Schmieröls, dessen Wechsel mit hohen Kosten verbunden ist. Schiffseigner lassen daher in regelmäßigen Abständen Laboranalysen des Öls durchführen, um dessen Zustand zu überwachen und den Betrieb des Schiffes zu gewährleisten. Damit sind aber unter Umständen Betriebsausfallzeiten von einigen Tagen bis zu einer Woche verbunden. Unsere Online-Sensoren helfen den Betreibern, eine Entscheidung über den Schmierölzustand direkt vor Ort zu treffen. Die Überwachung der Betriebsfähigkeit des Schiffsmotors erfolgt anhand der wichtigsten Parameter Wassergehalt, Viskosität und TBN-Wert.

Das Funktionsprinzip

Ein kompakter, kostengünstiger, optischer Durchflusssensor kontrolliert online den Wassergehalt und den TBN-Wert, basierend auf nicht-dispersiver MIR-Transmissionsspektroskopie. Er besteht aus zwei ZnSe-Fenstern, einem thermischen Strahler und einem Vierfeld-Thermopile-Detektor zum Nachweis der relevanten Wellenlängen­bereiche. Zur Ermittlung der Viskosität wurde ein dedizierter Sensor basierend auf einem longitudinal schwingenden, magnetostriktiven Pin realisiert.

Eigenschaften und Einsatzbereiche

Durch Referenzmessungen mit einem Laborspektrometer im mittleren Infrarotbereich konnte gezeigt, werden, dass sowohl der Wassergehalt, wie auch der TBN-Wert mit ausreichend guter Genauigkeit ermittelt werden können. Messungen werden im Sekundentakt für alle Parameter gleichzeitig durchgeführt, mit Genauigkeiten von < 100 ppm für Wasser, < 4 mgKOH/g für TBN und < 0,01 % für Ruß/Abrieb. Die Auslesung erfolgt über einen externen PC, auf dem die entsprechenden Kalibrierfunktionen hinterlegt werden. Dieser PC steuert auch die Ausleseelektronik für die Viskositätsmessung. Für Öle SAE 30-50 konnten im Temperaturbereich zwischen 10-100 °C Genauigkeiten von 5-10 % erzielt werden. Im Viskositätsbereich zwischen 200-1600 mm²/s ist die Empfindlichkeit besonders hoch, unterhalb von 200 mm²/s nimmt diese ab. Die Charakteristik der Viskositäts-Messkurve lässt sich durch Modifikation der Pingeometrie an andere Viskositätsbereiche anpassen.

Unser F&E Angebot

Wir entwickeln basierend auf unterschiedlichen spektroskopischen, chemischen und physikalischen Verfahren miniaturisierte Online-Sensoren, die sich durch einen hohen Integrationsgrad, große Robustheit und geringe Kosten auszeichnen. Darüber hinaus realisieren wir aber auch Laborgeräte für spezielle Messaufgaben.

Weitere Sensorentwicklungen in diesem Anwendungsumfeld sind z. B.:

  • Labor-Farbzahlmessgerät für die automatisierte Farbzahlbestimmung
  • Online-Titrationschip für die TAN-Bestimmung
  • Messgerät zur Bestimmung des Asphaltengehalts in Rohölen
  • MEMS-basierter Dichtesensor

 

Teilweise gefördert durch: 6. Rahmenprogramm der EU, Contract No. 031473.