27.06.2007
Im Auftrag der Hella Fahrzeugkomponenten GmbH, Bremen wurden Messungen der Ulltraschallausbreitungsgeschwindigkeit in Motorölen als Funktion der Temperatur im Bereich von 8°C bis 153°C durchgeführt. Die erhaltenen Daten sind wichtig für die Einschätzung der Unsicherheit bei der kürzlich entwickelten ultraschallgestützten Ölfüllstandsmessung in Automobilmotoren.
Neu entwickelte Sensoren für die automatische Überwachung des Ölstandes in Automobilmotoren basieren auf Ultraschallmessungen. Um die Genauigkeit dieser Technik zu bestimmen, waren grundlegende Untersuchungen der Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit in Motorölen als Funktion der Temperatur notwendig.
Es wurde ein Messaufbau zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit über einem großen Temperaturbereich von 8°C bis 153°C entwickelt und aufgebaut. Insbesondere die Tatsache, dass nur kleine Volumina von ca. 200 ml der speziellen Ölproben zur Verfügung standen, mußte dabei berücksichtigt werden. Um Drifteffekte durch Materialdehnungen beim Durchfahren des großen Temperaturbereichs aus den Messungen und den Unsicherheitsbetrachtungen zu eliminieren, wurde eine differentielle Messtechnik gewählt. Bei jeder Messtemperatur wurden Ultraschalllaufzeiten bestimmt, indem zwei Echos von einem Reflektor aufgezeichnet wurden, der zwischen diesen Aufzeichnungen um eine genau vorgegebene Strecke verfahren wurde. Die Laufzeitdifferenz wurde dann durch Kreuzkorrelationsanalyse dieser beiden Signale bestimmt. Die Schallgeschwindigkeit wurde für 10 Motorölproben mit unterschiedlichen Viskositätsspezifikationen, von verschiedenen Herstellern und unterschiedlichen Gebrauchsalters einschließlich unbenutzter Proben ermittelt.
Die Ergebnisse zeigen einen qualitativ ähnlichen Verlauf für alle untersuchten Ölproben. Die Schallgeschwindigkeit fällt monoton von etwa 1485 m/s bei 8°C bis etwa 1025 m/s bei 150°C ab. Es wurden nur kleine Unterschiede in der absoluten Höhe der Kurven beobachtet. Die maximalen Abweichungen vom mittleren Verlauf aller Ölproben betrugen -0,52% und +0,66% bei 8°C und -0,94% und +1,33% bei 150°C. Die Ergebnisse werden für die Verbesserung der im Ölfüllstandssensor integrierten Temperaturabhängigkeitskompensation und für eine verbesserte Abschätzung der Unsicherheit bei der ultraschallgestützten Ölfüllstandsmessung in Automobilmotoren Verwendung finden. Die Untersuchungen wurden im Auftrag der Hella Fahrzeugkomponenten GmbH, Bremen durchgeführt.
Ansprechpartner:
V. Wilkens, AG 1.62, Email: Volker.Wilkens@ptb.de