Rußzahlermittlungsgerät und Verfahren zur Ermittlung einer Rußzahl

Die Erfindung betrifft ein Rußzahlermittlungsgerät. Derartige Rußzahlermittlungsgeräte werden verwendet, um die Rußzahl eines Gases zu bestimmen.

Dazu wird üblicherweise ein definiertes Gasvolumen durch ein Filterpapier hindurch angesaugt, so dass auf diesem ein Ruß- fleck zurückbleibt. Die Schwärzung des Filterpapiers im Bereich des Rußflecks hängt dabei insbesondere vom Rußgehalt des Gases ab. Anhand des Grauwertes des Rußflecks wird als Maß für den Rußgehalt des Gases eine sogenannte „Rußzahl" ermittelt.

Eine Möglichkeit, die Schwärzung des Rußflecks zu bestimmen, besteht nach der Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (Erste Bundesimmissionsschutzverordnung vom 13. Februar 1996, Anlage III, Abschnitt: "Anforderungen an die Durchführung der Mes- sung im Betrieb") in einem Vergleich mit einer Grauwerttabel- Ie. üblicherweise wird hierzu das Filterpapier in die Ansaugleitung des Gerätes eingeklemmt und nach der Erzeugung des Rußflecks wieder entnommen. Je nach zugrunde liegender Vorschrift kann es dabei erforderlich sein, mehrere derartige Messungen vorzunehmen und einen Mittelwert der anhand der

Einzelmessungen bestimmten Rußzahlen zu ermitteln. Die Verwendung eines solchen Geräts ist jedoch wegen des erforderlichen Einlegens und Entnehmens des Filterpapiers sehr zeitintensiv. Darüber hinaus ist die Handhabung infolge vieler Ein- zelelemente erschwert, da das Rußzahlermittlungsgerät zum

Vergleich des entnommenen Filterpapiers mit der Grauwerttabelle beiseite gelegt oder unergonomisch gehalten werden muss. Außerdem wird üblicherweise die nach jeder Einzelmessung ermittelte Rußzahl schriftlich handschriftlich notiert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes Rußzahlermittlungsgerät sowie ein Verfahren be-

reitzustellen, bei dem eine Rußzahl auf einfache Weise ermittelt und weiterverarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Rußzahlermittlungsgerät gemäß Anspruch 1 sowie durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 20 und 22 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Rußzahlermittlungsgerät umfasst eine An- saugleitung, mittels der ein potentiell Ruß enthaltenes Gas durch ein in die Ansaugleitung eingebrachtes Filterpapier angesaugt wird. In einer Ansaugposition wird dabei auf dem Filterpapier ein Rußfleck erzeugt. Mittels einer manuell oder automatisch betätigbaren Transportvorrichtung (beispielsweise mit einem Schrittmotor) wird dann der Abschnitt des Filterpapiers, auf dem sich der Rußfleck befindet, in eine Auswerteposition transportiert .

Zur Bestimmung der Rußzahl des Rußflecks ist eine Vorrichtung zur Messung der Schwärzung des Filterpapiers vorgesehen. Diese Messung kann entweder vollautomatisch mit Hilfe eines Fotodetektors oder manuell bzw. halbautomatisch durch Vergleichen mit einer verschiebbaren Rußbildvergleichsskala erfolgen.

Zur manuellen bzw. halbautomatischen Bestimmung der Rußzahl des Rußflecks ist eine drehbare oder linear verschiebbare Rußbildvergleichsskala vorgesehen, die mehrere Rußbildver- gleichsflachen umfasst. Jede der Rußbildvergleichsflachen weist einen vorgegebenen Grauwert sowie eine öffnung auf.

Durch Drehen oder Verschieben der Rußbildvergleichsskala können der Reihe nach die einzelnen öffnungen in die Auswerteposition gebracht werden, so dass der Rußfleck durch die betreffende öffnung hindurch sichtbar ist.

Die Rußbildvergleichsskala wird nun in eine Stellung gedreht oder verschoben, in der die beste übereinstimmung zwischen

dem Grauwert des Rußflecks und dem Grauwert der in der Auswerteposition befindlichen Rußbildvergleichsflache gegeben ist.

Alternativ zu einem Drehen oder Verschieben der Rußbildver- gleichsskala kann auch das Filterpapier in Bezug auf die Ruß- bildvergleichsskala gedreht und/oder verschoben werden. Entscheidend ist lediglich, dass der Rußfleck, dessen Rußzahl zu ermitteln ist, und jede der Rußbildvergleichsflachen derart zueinander positionierbar sind, dass ein Vergleich des Grauwertes des Rußflecks mit dem Grauwert jeweils einer der Rußbildvergleichsflachen durch augenscheinliche Betrachtung möglich ist. über die Stellung der Rußbildvergleichsskala in Bezug auf die Auswerteposition kann jetzt die zugeordnete Ruß- zahl ermittelt werden.

Bei der vollautomatischen Bestimmung der Rußzahl mit Hilfe einer Fotodiode wird das Filterpapier unter einem bestimmten Winkel (Einfallswinkel) zur Normalen auf das Filterpapier z. B. mit Hilfe einer Leuchtdiode beleuchtet. Symmetrisch zur Normalen wird unter dem gleichen Winkel (Ausfallswinkel = Einfallswinkel) das vom Filterpapier reflektierte Licht mit Hilfe eines Fotodetektors (z. B. einer Fotodiode) gemessen. Das Messprinzip entspricht dabei dem eines Reflexopto- kopplers, der beispielsweise aus der erwähnten Leuchtdiode und der Fotodiode aufgebaut ist .

Ein spezielles Problem bei der Verwendung einer optischen Messung ist die exakte Positionierung des Filterpapiers rela- tiv zu dem Reflexoptokoppler. In einer optimalen Positionierung bilden der Rußfleck auf dem Filterpapier, die Leuchtdiode und der Fotodetektor exakt ein gleichschenkeliges Dreieck. Dies wird als Sollposition des Rußflecks bezeichnet. Zur Auswertung wird das Filterpapier mit dem Rußfleck in eine Aus- werteposition bewegt, die noch knapp vor der Sollposition liegt. Anschließend wird eine ganze Messreihe von Intensitätswerten des reflektierten Lichtes aufgenommen. Das Filter-

papier wird dabei schrittweise jeweils ein Stück weiterbewegt (in Richtung Sollposition) und je ein Messwert aufgenommen. In jedem Schritt kommt der Rußfleck der Sollposition näher und die Intensität des reflektierten Lichtes sinkt. Die SoIl- position ist erreicht, wenn die Intensität des reflektierten Lichtes ein Minimum erreicht hat. Wird der Rußfleck noch weiter bewegt, steigt die Intensität des reflektierten Lichtes wieder. Die korrekte Rußzahl wird dann aus dem minimalen Intensitätswert der Messreihe ermittelt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Figur Ia einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes

Rußzahlermittlungsgerät ,

Figur Ib eine Draufsicht auf die Anzeigeeinheit des Ruß- zahlermittlungsgerätes gemäß Figur Ia,

Figur 2a-c eine Draufsicht auf eine drehbare Rußbildver- gleichsskala, unter der ein mit einem Rußfleck versehener Filterpapierstreifen durchgeführt ist,

Figur 3 eine Draufsicht auf eine drehbare Rußbildver- gleichsskala gemäß den Figuren 2a-2c, unter der ein mit Rußflecken versehenes, kreisscheibenförmiges Filterpapier angeordnet ist,

Figur 4 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Rußzahler- mittlungsgerätes, und

Figur 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Rußzahlermittlungsgerätes .

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Figur Ia zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rußzahlermittlungsgerät . Das Gerät weist eine vorzugsweise flexible Ansaugleitung 10 zum Ansaugen eines Gases mit einer Knickschutzfeder 15 auf. Abweichend von der vorliegenden Darstellung kann die Ansaugleitung auch vom Gerät abnehmbar ausgeführt sein.

Die Ansaugleitung 10 kann beispielsweise durch eine Messöffnung in eine Abgasleitung eingeführt werden. Das Ansaugen von Gas aus der Abgasleitung erfolgt mittels einer Ansaugvorrichtung 12, die an die Ansaugleitung 10 angeschlossen ist. Bei der Ansaugvorrichtung 12 kann es sich beispielsweise um eine elektrisch betriebene Kolben- oder Membranpumpe handeln. Einfachere Ausführungsformen eines Rußzahlermittlungsgerätes können auch eine handbetriebene Ansaugvorrichtung 12 aufweisen.

In die Ansaugleitung 10 ist ein Filterpapier 23 eingebracht, so dass das angesaugte Gas durch das Filterpapier 23 hindurchtreten muss. Enthält das angesaugte Gas Rußbestandteile, so entsteht in einem Bereich 21, an dem das Gas durch das Filterpapier 23 hindurchtritt, ein Rußfleck. Diese Stelle im Bereich der Ansaugleitung wird nachfolgend auch als Ansaugposition 21 bezeichnet.

Um zu erreichen, dass beim Ansaugen des Gases nur das zu mes- sende Gas, jedoch keine Fremdluft angesaugt wird, ist eine Abdichtvorrichtung 11 vorgesehen. Die Abdichtvorrichtung 11 kann beispielsweise als Schraub- oder Klemmdichtung ausgebildet sein und wird vorzugsweise - veranlasst durch eine Elektronikeinheit 51 - elektromechanisch oder manuell mittels ei- ner Schnellspannvorrichtung betätigt.

Das Einspannen des Filterpapiers 23 kann beispielsweise mittels zweier einander gegenüberliegender Flansche 11 erfolgen. Dabei wird das Filterpapier 23 zunächst zwischen die beiden Flansche 11 eingeführt. Anschließend werden die beiden Flan- sehe 11 so aneinandergepresst , dass das zwischen ihnen befindliche Filterpapier 23 im wesentlichen gasdicht eingespannt ist.

Zur Erzeugung eines Rußflecks ist es erforderlich, dass eine definierte Menge des zu messenden Gases, im Fall der DIN

51402 beispielsweise 1,63 I _N ± 0,07 I _N , angesaugt wird (I _N := Normliter) .

Bei einer elektrisch betriebenen Ansaugvorrichtung 12 lässt sich das angesaugte Volumen beispielsweise über eine vorgegebene Laufzeit der Ansaugvorrichtung 12 bestimmen. Ebenso ist es, insbesondere bei manuell betriebenen Ansaugvorrichtungen 12 wie z.B. einer Kolbenpumpe möglich, die Anzahl der Kolbenhübe zu zählen und aus dem Kolbenvolumen auf das insgesamt angesaugte Gasvolumen zu schließen. Ebenso kann das angesaugte Volumen unter Verwendung eines vorzugsweise kalorimetrischen Durchflussmessers 13 oder mittels einer Differenzdruckmessung, beispielsweise nach dem Venturi- oder Staudruckprinzip, eingestellt werden.

Je höher der Rußanteil des. Gases ist, desto stärker ist die Schwärzung des Filterpapiers 23 durch den Rußfleck im Bereich der Ansaugposition, d.h. desto dunkler ist der erzeugte Rußfleck. Zur halbautomatischen bzw. manuellen Auswertung des Rußflecks umfasst die Vorrichtung zur Messung des Schwärzungsgrades des Filterpapiers 23 eine Graustufenskala. Dabei wird der Schwärzungsgrad des Filterpapiers 23 durch Gegenüberstellung mit der Graustufenskala verglichen. Diese Graustufenskala wird nachfolgend als Rußbildvergleichsskala be- zeichnet. Um den Rußfleck mit den Rußbildvergleichsflachen der Rußbildvergleichsskala vergleichen zu können, muss die Abdichtvorrichtung 11 zunächst entspannt werden, so dass der

mit dem Rußfleck versehene Abschnitt des Filterpapiers 23 aus der Ansaugposition 21 befördert werden kann.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Filterpapier 23 streifenförmig ausgebildet und auf einer im Griff des Ruß- zahlermittlungsgerätes angeordneten Vorratsrolle 44 aufgewickelt. Von dort wird es über eine Papierführung 43, die durch einen geeignet geformten Abschnitt des Gehäuses 40 gebildet ist, sowie über eine Umlenkrolle 45 der Ansaugposition 21 zu- geführt. Im weiteren Verlauf ist das Filterpapier 23 durch eine erste öffnung 41 des Gehäuses 40 nach außen geführt und verläuft vorzugsweise parallel zu einem Abschnitt des Gehäuses 40 bis zu einer zweiten öffnung 42 des Gehäuses 40, durch die es wieder in das Gehäuse 40 eintritt und von einer Trans- portVorrichtung 25 aufgewickelt wird.

Selbstverständlich kann das Filterpapier 23 bei anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen eines Rußzahlermitt- lungsgerätes auch im Gehäuse 40 verbleiben. Dabei ist es je- doch erforderlich, zur Betrachtung des zu vermessenden Rußflecks eine öffnung oder ein Fenster in dem Gehäuse 40 vorzusehen.

Das Gehäuses 40 weist eine drehbare oder verschiebbare Ruß- bildvergleichsskala 30 auf, unter der das Filterpapier 23 hindurchgeführt ist. Die drehbare oder verschiebbare Rußbild- vergleichsskala 30 ist vorzugsweise an der Außenseite Gehäuses 40 angeordnet. Alternativ dazu kann sich die drehbare o- der verschiebbare Rußbildvergleichsskala 30 jedoch auch im Innenraum des Gehäuses befinden.

Um den Grauwert des Rußflecks mit der Rußbildvergleichsskala 30 vergleichen zu können, muss der Rußfleck von der Ansaugposition 21 in eine Auswerteposition 22 transportiert werden.

Figur 2a zeigt eine Draufsicht auf die Rußbildvergleichsskala 30 und das unter ihr hindurchgeführte Filterpapier 23. Auf

die Darstellung des Gehäuses 40 gemäß Figur Ia wurde hierbei verzichtet .

Die Rußbildvergleichsskala 30 umfasst eine Anzahl von Ruß- bildvergleichsflachen 27, die jeweils einen unterschiedlichen Grauwert aufweisen. Die Rußbildvergleichsflachen 27 sind vorzugsweise kreisförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser von beispielsweise etwa 20 mm auf. In der Mitte jeder Rußbildvergleichsflache 27 ist eine kreisförmige öffnung 28 mit einem Durchmesser von z. B. 6 mm angeordnet.

Jeder Rußbildvergleichsflache 27 ist eine „Rußzahl" zugeordnet, die mit dem Grauwert der betreffenden Rußbildvergleichs- flache 27 korrespondiert. Bei dem vorliegenden Ausführungs- beispiel ist der Rußbildvergleichsflache mit dem geringsten Grauwert die Rußzahl 0, und der Rußbildvergleichsflache mit dem höchsten Grauwert die Rußzahl 9 zugeordnet. Das Filterpapier 23, auf der sich ein Rußfleck 24 befindet, ist unter der Rußbildvergleichsskala 30 hindurchgeführt. Zum Vergleich des Grauwerts des Rußflecks 24 wird das Filterpapier 23 in einer Transportrichtung r weitertransportiert, so dass sich der Rußfleck 24 in einer Auswerteposition 22 befindet, wie dies in Figur 2b dargestellt ist.

Die Auswerteposition 22 ist in Bezug auf das Gehäuse 40 des Rußzahlermittlungsgerätes festgelegt. Die Rußbildvergleichs - flächen 27 sind derart auf der Rußbildvergleichsskala 30 angeordnet, dass ihre öffnungen 28 durch eine entsprechende Drehung der Rußbildvergleichsskala 30 in die Auswerteposition 22 gebracht werden können, so dass ein in der Auswerteposition 22 befindlicher Rußfleck 24 durch die öffnung 28 hindurch sichtbar ist und diese bei senkrechter Betrachtung vollständig verdeckt. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen dem Grauwert des Rußflecks 24 und dem Grauwert der in der Auswerteposition 22 befindlichen Rußbildvergleichsflache 27.

Zur Ermittlung der dem Rußfleck 24 zuzuordnenden Rußzahl wird die Rußbildvergleichsskala 30 durch eine Drehung an ihrem Griffstück 31 so weit gedreht, bis sich diejenige Rußbildver- gleichsflache 27, deren Grauwert am wenigstens vom Grauwert des Rußflecks 24 abweicht, in der Auswerteposition 22 befindet. Eine derartige Position ist in Figur 2c dargestellt. Die dem Rußfleck 24 zugeordnete Rußzahl ist nun diejenige Rußzahl, die mit der in der Auswerteposition 22 befindlichen Rußbildvergleichsflache 27 korrespondiert. Bei dem Beispiel gemäß Figur 2c weist der Rußfleck 24 die Rußzahl 5 auf.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2a bis 2c ist das Filterpapier 23 als Streifen ausgebildet. Prinzipiell sind jedoch beliebige andere Ausführungsformen möglich. Ein weiteres Ausführungsbeispiel hierzu ist in Figur 3 gezeigt. Der Aufbau der Rußbildvergleichsskala 30 entspricht dem der Figuren 2a bis 2c. Das Filterpapier 23 ist jedoch nicht wie bei den Figuren Ia, 2a-2c streifen-, sondern als kreisscheibenförmiges Filterblatt ausgebildet und teilweise unterhalb der Rußbildvergleichsskala 30 in einer zu dieser parallelen Ebene angeordnet .

Durch eine Drehung des Filterpapiers 23 in einer Drehrichtung φ kann ein in einer Ansaugposition 21 erzeugter Rußfleck 24 in eine Auswerteposition 22 gebracht werden. Das weitere Vorgehen zur Ermittlung der Rußzahl dieses Rußflecks 24 erfolgt nun auf dieselbe Weise anhand von Figur 2c beschrieben.

Wie erläutert, korrespondiert die für einen bestimmten Ruß- fleck 24 ermittelte Rußzahl mit der Stellung der Rußbildvergleichsskala 30 in Bezug auf das Gehäuse 40. Diese Stellung kann durch augenscheinlichen Vergleich oder durch geeignete Maßnahmen elektronisch ausgewertet und weiterverarbeitet werden.

In Figur Ia ist hierzu eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehposition 33, im vorliegenden Beispiel ein Mehrfachum-

Schalter, vorgesehen, auf deren Achse die Rußbildvergleichs- skala 30 befestigt ist. Der Mehrfachumschalter 33 ist mittels einer Verbindungsleitung 55 mit einer Elektronikeinheit 51 verbunden. Diese umfasst einen Mikrokontroller 52 sowie wei- tere elektronische Bauteile 53. Die Elektronikeinheit 51 kann sowohl eine Steuerungselektronik, als auch eine Auswerteelektronik umfassen, je nachdem, welche Funktionen in einem bestimmten Rußzahlermittlungsgerät benötigt werden.

Nachdem der Anwender die Rußbildvergleichsskala 30 in die Position mit der besten übereinstimmung der Grauwerte gebracht hat, kann er eine nicht dargestellte Eingabevorrichtung, beispielsweise eine Taste, betätigen, um die Elektronikeinheit 51 zu veranlassen, die Stellung des Mehrfachumschalters 33 und damit einhergehend die dem Rußfleck 24 zugeordnete Rußzahl zu ermitteln. Die Stellung des Schalters 33 und/oder die ermittelte Rußzahl können jetzt gespeichert, auf einer Anzeigeeinheit angezeigt oder auf beliebige andere Weise weiterverarbeitet werden.

Alternativ oder zusätzlich zu einer elektronischen Auswertung der Position des Mehrfachumschalters 33 besteht die Möglichkeit, bei einer in der Position der besten übereinstimmung der Grauwerte befindlichen Stellung der Rußbildvergleichsska- Ia die Rußzahl des Rußflecks 24 durch einfaches Ablesen eines Rußzahlwertes ermitteln, der mit der Rußbildvergleichsflache 27 der besten Grauwert-übereinstimmung korrespondiert. Vorzugsweise ist hierzu neben jeder Rußbildvergleichsflache 27 der Rußbildvergleichsskala 30 die entsprechende Rußzahl ange- geben.

Anstelle eines Mehrfachumschalters können beliebige andere Drehgeber oder lineare Positionsgeber zur Ermittlung diskreter, kontinuierlicher oder quasi-konitinuierlicher Drehposi- tionen verwendet werden. Wird z.B. ein Potentiometer in Verbindung mit einer Rußbildvergleichsskala eingesetzt, die eine kontinuierliche Graustufenskala aufweist, so kann damit an-

stelle einer diskreten Rußzahl auch eine kontinuierliche Rußzahl ermittelt werden.

Optional kann zum Vergleich des Rußflecks mit der Rußbildver- gleichsskala eine Hinterleuchtung des Filterpapiers im Be- reich des auszuwertenden Rußflecks vorgesehen sein. Ebenso ist optional eine Vorrichtung zur Beheizung der Messstellen, an denen der Rußfleck erzeugt wird, vorgesehen.

Nach dem der Grauwert eines oder mehrerer Rußflecke bestimmt wurde, kann in einem optionalen Schritt eine Untersuchung des Rußflecks/der Rußflecke hinsichtlich des Vorhandenseins von ölderivaten untersucht werden. Hierzu wird auf den Rußfleck ein geeignetes Lösungsmittel wie z.B. Aceton vorzugsweise als Tropen aufgebracht. Kommt es dabei zu einem Verlaufen in Ver- bindung mit bräunlicher Verfärbung des Filterpapiers, so ist dies ein Hinweis, dass in dem Ruß ölderivate vorliegen.

Das Lösungsmittel zur Untersuchung im Hinblick auf ölderivate kann manuell, beispielsweise mit einer Pipette, durch Betäti- gen eines Bedienelementes am Rußzahlermittlungsgerät oder automatisch durch eine Elektronikeinheit des Rußzahlermittlungsgerät auf den Rußfleck und das Filterpapier aufgebracht werden.

Zur vollautomatischen Auswertung des Rußflecks umfasst die Vorrichtung zur Messung des Schwärzungsgrades des Filterpapiers 23 statt einer Rußbildvergleichsskala 30 eine Lichtquelle 37 und einen Fotodetektor 36, die gemeinsam einen Reflexoptokoppler 35 bilden. Ein entsprechendes Asuführungs- beispiel ist in den Figuren 4a und 4b dargestellt. Bei einer nur geringen Schwärzung (wenig Ruß) des Filterpapiers 23 ist der Anteil des reflektierten Lichts groß und die von der Fotodiode gemessene Intensität hoch. Bei starker Schwärzung (viel Ruß) wird nur ein kleiner Anteil des Lichts reflektiert und der Rest absorbiert. Die gemessene Intensität ist gering.

Entsprechend dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) muss der Rußfleck derart mit Hilfe der Transportvorrichtung 25 positioniert werden, dass die Lichtquelle (z. B. eine Leuchtdiode) den Rußfleck unter einem bestimmten Winkel beleuchtet und die Fotodiode den Rußfleck unter demselben

Winkel (symmetrisch zur Normalen auf das Filterpapier 23) beobachtet. Fotodiode, Lichtquelle und Rußfleck müssen also ein gleichschenkeliges Dreieck bilden, wie dies in Figur 4a skizziert ist. Diese Position wird nachfolgend als Sollposition bezeichnet.

Problematisch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die exakte Positionierung des Rußflecks relativ zu dem Reflexoptokoppler 35, denn auch nur geringe Fehlpositionierungen können zu nicht zu vernachlässigenden Messfehlern führen. Aus diesem

Grund wird der Abschnitt 21 des Filterpapiers 23 mit dem Rußfleck in eine Auswerteposition knapp vor der Sollposition transportiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel eignet sich ein Schrittmotor gut zum Antrieb der Transportvorrichtung 25. An- schließend wird das Filterpapier in kleinen Schritten weitertransportiert bis der Rußfleck knapp nach der Sollposition zu liegen kommt. Nach jedem dieser Schritte wird mit Hilfe des Fotodetektors 36 ein Intensitätswert des reflektierten Lichts aufgenommen, sodass nach dem letzten Schritt eine ganze Mess- reihe von Intensitätswerten zur Verfügung steht. Jener Messpunkt der Messreihe, der den geringsten Intensitätswert aufweist entspricht jenem Intensitätswert, der gemessen wurde als sich der Rußfleck gerade an der Sollposition befand. Dieser Vorgang ist in Figur 4b illustriert.

Somit wird eine genaue Positionsmessung des Filterpapiers ü- berflüssig. Die Intensität (und damit der Schwärzungsgrad) kann dennoch mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden. Tatsächlich gemessen wird klarerweise nicht die Intensität des reflektierten Lichts sondern ein dazu proportionaler Fotostrom I _F . Die Strommessung und die Umrechnung in eine Rußzahl findet in der Elektronikeinheit 51 statt, welche mit dem

Reflexoptokoppler verbunden ist. Die Ansteuerung der Transportvorrichtung 25 kann ebenfalls durch die Elektronikeinheit 25 erfolgen.

Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise wenn eine Messung nach DIN 51402 Teil 1 erforderlich ist, müssen mehrere Rußflecken erzeugt, deren jeweilige Rußzahl bestimmt und daraus eine mittlere Rußzahl ermittelt werden, was ebenfalls (bei sämtlichen der oben beschriebenen Varianten) durch die Elekt- ronikeinheit 51 vorgenommen werden kann.

Alle von der Elektronikeinheit 51 erfassten bzw. ermittelten Daten können gespeichert oder auf beliebige andere Weise verarbeitet werden.

Insbesondere ist hierzu eine Datenschnittstelle 60 vorgesehen, die über eine Verbindungsleitung 57 an die Elektronikeinheit 51 angeschlossen ist. Als Datenschnittstelle 60 können beliebige Schnittstellen verwendet werden, bevorzugt sind jedoch serielle Schnittstellen, vorzugsweise Infrarot- Schnittstellen (z.B. IrDA) oder Funkverbindungen (z.B. Bluetooth) . über die Datenschnittstelle 60 können die relevanten Daten, insbesondere die ermittelten Rußzahlen, deren Mittelwerte, Datum, Uhrzeit, Seriennummer des Rußzahlermittlungsge- rätes, beispielsweise an einen Drucker, einen Rechner wie z.B. einen PDA (Personal Data Assistance) oder an ein Rauchgasanalysegerät übertragen und dort abgespeichert, ausgedruckt, angezeigt oder anderweitig weiterverarbeitet werden.

Eine wesentliche Vereinfachung für den Anwender beim Betrieb des Gerätes ergibt sich dann, wenn der in der Ansaugposition 21 erzeugte Rußfleck zur Durchführung des Grauwertvergleichs korrekt an der Auswerteposition 22 positioniert wird. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Trans- portvorrichtung 25 das Filterpapier 23 um eine vorgegebene

Strecke transportiert, die dem Abstand zwischen der Ansaugpo-

sition 21 und der Auswerteposition 22 - gemessen entlang des Papierwegs des Filterpapiers 23 - entspricht.

Die überwachung der korrekten Transportstrecke kann bei- spielsweise mittels eines Messrades erfolgen, das an die E- lektronikeinheit 51 angeschlossen ist und das durch den Transport des Filterpapiers 23 mitbewegt wird. Das Messrad kann beispielsweise in die in Figur Ia dargestellte Umlenkrolle 45 integriert sein.

Die Transportvorrichtung 25 und das Messrad 45 sind dann vorzugsweise an die Elektronikeinheit 51 angeschlossen, so dass diese die Transportvorrichtung 25 abschaltet, sobald das Filterpapier 23 um die für die ordnungsgemäße Platzierung des zuletzt erzeugten Rußflecks an der Auswerteposition 22 erforderliche Länge des Filterpapierstreifens 23 weitertransportiert wurde. Um einen Schlupf zwischen dem Messrad und dem Filterpapierstreifen 23 zu vermeiden, kann dieser eine Perforation aufweisen, in die Zähne des Messrades eingreifen.

Zur elektronischen Versorgung des Rußzahlermittlungsgerätes ist die Verwendung einer oder mehrerer Batterien 70 oder Akkus 70 vorgesehen, die bevorzugt im Griffteil des Geräts untergebracht sind. Daneben kann auch ein vorzugsweise als Schaltnetzteil ausgebildetes Netzteil 71 vorgesehen sein, mit dem das Rußzahlermittlungsgerät extern versorgt und gegebenenfalls dessen Akkus 70 aufgeladen werden können.

Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Gerätes ist es erfor- derlich, dass im Bereich der Abdichtvorrichtung keine Fremdluft angesaugt wird. Hierzu kann beispielsweise der Durchflussmesser 13 oder ein nicht dargestellter Druckaufnehmer verwendet werden. Der Durchflussmesser 13 und/oder der Druckaufnehmer müssen hierzu zwischen der Ansaugposition 21 und der Ansaugvorrichtung 12 an die Ansaugleitung 10 angeschlossen sein.

Zur überprüfung der Dichtigkeit wird das Ende der Ansaugleitung 10 gasdicht verschlossen, das Rußzahlermittlungsgerät in einen Testmodus versetzt und die Ansaugvorrichtung 12 aktiviert. Kommt es im Bereich der Abdichtvorrichtung 11 zu einem Zustrom von Fremdluft, so kann dies mittels des Durchfluss- messers 13 bzw. mittels des Druckaufnehmers von der Auswerte- und Steuerungselektronik 51 festgestellt werden.

Alle ermittelten Werte, insbesondere Rußzahlen, deren Mittel- werte, Datum, Uhrzeit, eine Seriennummer des Rußzahlermitt- lungsgerätes, Batterie- oder Akkustatus können auf der in Figur Ia gezeigten Anzeigeeinheit 50, beispielsweise einem LC- Display, dargestellt werden.

Figur Ib zeigt eine Draufsicht auf eine solche Anzeigeeinheit 50. Darauf sind neben Datum und Uhrzeit die sich aus drei vorangehend bestimmte Rußzahlen "6", "6" und "5" (RZl, RZ2 , RZ3) sowie deren durch die Elektronikeinheit 51 gemäß Figur Ib errechneter und auf eine Nachkommastelle gerundeter Mit- telwert "5,7" (RZM) angezeigt.

Die Anzeigeeinheit 50 kann auch zur Anzeige von Betriebszu- ständen wie z.B. Ladezustand der Batterien/Akkus 70, zur Anzeige von Anweisungen wie z.B. eine Aufforderung zum Einstel- len der Rußbildvergleichsskala oder zum Durchführen einer

Dichtigkeitsmessung oder zur Anzeige weiterer Größen genutzt werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Rußzahlermittlungsgerät sind ins- besondere die Form der Rußbildvergleichsskala 30, die Form, die Anordnung und die Anzahl der Rußbildvergleichsflachen 27, die Form und die Anordnung der öffnungen 28 der Rußbildvergleichsflachen 27 sowie die Form des Filterpapiers 23 nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und deren Abmessungen beschränkt, sondern können je nach Einsatzzweck und gegebenenfalls damit in Verbindung stehenden gesetzlichen Normen entsprechend angepasst werden.

Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild eines beispielhaften Ruß- zahlermittlungsgerätes . An eine Elektronikeinheit 51 sind eingangsseitig eine Vorrichtung 33 zur Ermittlung der Drehpo- sition einer Rußbildvergleichsskala 30, eine Abdichtvorrichtung 11, eine Ansaugvorrichtung 12, ein Durchflussmesser 13, ein Messrad 45 sowie eine Eingabevorrichtung 54, ausgangssei- tig eine Anzeigeeinheit 50, eine Ansaugvorrichtung 12, eine Datenschnittstelle 60 und eine Transportvorrichtung 25 ange- schlössen. Die Spannungsversorgung der Elektronikeinheit 51 erfolgt über Akkus 70 bzw. Batterien 70 und/oder über ein Netzteil mit optionaler Ladefunktion für die Akkus 70.

Ausgehend von einem Rußzahlermittlungsgerät mit einem Block- Schaltbild gemäß Figur 5 wird nachfolgend ein erfindungsgemäßer Ablauf einer Rußzahlbestimmung stichpunktartig beschrieben :

1. Einschalten des Rauchzahlermittlungsgerätes; 2. Bestimmen einer ersten Rußzahl für einen ersten Rußfleck;

3. Bestimmen einer zweiten Rußzahl für einen zweiten Rußfleck;

4. Bestimmen einer dritten Rußzahl für einen dritten Rußfleck; 5. Untersuchung des ersten Rußflecks im Hinblick auf das Vorhandensein eines ölderivats;

6. Untersuchung des zweiten Rußflecks im Hinblick auf das Vorhandensein eines ölderivats;

7. Untersuchung des dritten Rußflecks im Hinblick auf das Vorhandensein eines ölderivats;

8. Bestimmen des Mittelwerts der ersten, der zweiten und der dritten Rußzahl;

9. Anzeigen der ersten, der zweiten, der dritten Rußzahl sowie des Mittelwerts sowie von Datum und Uhrzeit auf der Anzeigeeinheit 50;

10. Speichern der ersten, der zweiten, der dritten Rußzahl, des Mittelwerts, des Datum sowie Uhrzeit in der Elektronikeinheit 51;

11. Bereitstellen der ersten, der zweiten, der dritten Ruß- zahl, des Mittelwerts, des Datum sowie Uhrzeit an der Datenschnittstelle 60.

Die Reihenfolge der voranstehend genannte Schritte kann, soweit dies technisch sinnvoll ist, in beliebiger Reihenfolge vertauscht werden.

Der 2. Schritt (Bestimmen einer ersten Rußzahl) sowie in entsprechender Weise Schritte zum Bestimmen weiterer Rußzahlen wie z.B. die Schritte 2 und 3 können bei der Ausführungsform zur halbautomatischen bzw. manuellen Messung (vgl. Figuren 1 und 2) dabei jeweils insbesondere folgende Teilschritte aufweisen:

2.1. Schließen der Abdichtvorrichtung 11; 2.2. Durchführen einer Dichtigkeitsmessung;

2.3. Einschalten der Ansaugvorrichtung 12 zum Erzeugen eines Rußflecks 24;

2.4. Fortwährendes Ermitteln des angesaugten Volumens basierend auf dem Signal des Durchflussmessers 13, der Laufzeit der Ansaugvorrichtung 12 oder der Anzahl der Hübe eines Kolbens der Ansaugvorrichtung;

2.5. Abschalten der Ansaugvorrichtung 12, sobald das angesaugte Volumen einen vorgegebenen Wert erreicht hat; 2.6. öffnen der Abdichtvorrichtung 11;

2.7. Weitertransportieren des Filterpapiers 23 durch Einschalten der Transportvorrichtung 25;

2.8. Fortwährendes Ermitteln der Transportstrecke des Filterpapiers 23 mittels des Messrades 45; 2.9. Abschalten der Transportvorrichtung 25, sobald die

Transportstrecke des Filterpapiers 23 einen vorgegebenen Wert erreicht hat;

2.10. Manuelles Einstellen der Rußbildvergleichsskala 30, abhängig vom Grauwert des Rußflecks 24; und

2.11. Betätigen der Eingabevorrichtung 54, um die Auswertung der mit der Rußbildvergleichsskala 30 gekoppel- ten Vorrichtung 33 zur Ermittlung der Drehposition einzuleiten.

Im Falle der vollautomatischen optoelektronischen Messung wie sie in der Beschreibung zur Figur 4 erläutert wurde kann der Schritt 2 folgende Teilschritte umfassen:

2.1. Schließen der Abdichtvorrichtung 11;

2.2. Durchführen einer Dichtigkeitsmessung;

2.3. Einschalten der Ansaugvorrichtung 12 zum Erzeugen eines Rußflecks 24;

2.4. Fortwährendes Ermitteln des angesaugten Volumens basierend auf dem Signal des Durchflussmessers 13 oder der Laufzeit der Ansaugvorrichtung;

2.5. Abschalten der Ansaugvorrichtung 12, sobald das an- gesaugte Volumen einen vorgegebenen Wert erreicht hat;

2.6. öffnen der Abdichtvorrichtung 11;

2.7. Weitertransportieren des Filterpapiers 23 durch Einschalten der Transportvorrichtung 25 zu einer Aus- Werteposition unter dem Reflexoptokoppler 35;

2.8. Aufnehmen einer Messreihe von Intensitätswerten durch wiederholtes schrittweises Weitertransportieren des Filterpapieres 23 mit anschließender Messung der Intensität des reflektierten, von der Fotodiode 36 empfangenen Lichtes;

2.9. Ermitteln des minimalen Intensitätswertes der Messreihe;

2.10. Berechnung der zu dem gemessenen minimalen Intensitätswert korrespondierenden Rußzahl. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Rußzahlermitt- lungsgerätes ist in Figur 6 gezeigt. Das Rußzahlermittlungs- gerät weist eine lineare, in Längsrichtung des Gehäuses 40

verlaufende Rußbildvergleichsskala 30 mit fünf Rußbildver- gleichsflachen 27 auf. Die Anzahl der Rußbildvergleichsflachen 27 ist nur beispielhaft gewählt, sie kann grundsätzlich beliebig je nach Anwendungsbereich und zugrunde liegenden Vorschriften angepasst werden.

Unterhalb der Rußbildvergleichsskala 30 ist verläuft ein streifenförmiges Filterpapier 23 ebenfalls in Längsrichtung des Gehäuses 40.

Das Filterpapier 23 und die Rußbildvergleichsskala 30 sind gegeneinander verschiebbar. Vorzugsweise ist dabei entweder das Filterpapier 23 gegenüber dem Gehäuse 40 fest und die Rußbildvergleichsskala 30 gegenüber dem Gehäuse 40 verschieb- bar oder umgekehrt die Rußbildvergleichsskala 30 gegenüber dem Gehäuse 40 fest und das Filterpapier 23 gegenüber dem Gehäuse 40 verschiebbar.

Zur elektronischen Weiterverarbeitung der ermittelten Daten können die Positionen der Rußbildvergleichsskala bzw. des Filterpapiers elektronisch ermittelt werden.

Die bereits anhand des Rußzahlermittlungsgerätes gemäß Figur Ia sowie den anderen Figuren beschriebenen Ausgestaltungen können auch auf das Rußzahlermittlungsgerät gemäß Figur 6 angewendet werden .

Figur 7 zeigt noch einen Ablaufplan für die Bedienung eines erfindungsgemäßen Rußzahlermittlungsgerätes .

Bezugszeichenliste

10 Ansaugleitung

11 Abdichtvorrichtung 12 Ansaugvorrichtung

13 Durchflussmesser

15 Knickschutzfeder

21 Ansaugposition

22 Auswerteposition 23 Filterpapier

24 Rußfleck

25 Transportvorrichtung

27 Rußbildvergleichsflache

28 öffnung 30 Rußbildvergleichsskala

31 Griffstück

33 Vorrichtung zur Ermittlung der Drehposition

35 Reflexoptokoppler

36 Fotodetektor 37 Lichtquelle (Leuchtdiode)

40 Gehäuse

41 erste Gehäuseöffnung

42 zweite Gehäuseöffnung

43 Papierführung 44 Vorratsrolle

45 Umlenkrolle/Messrad

46 Vorderseite des Gehäuses

50 Anzeigeeinheit

51 Elektronikeinheit 52 Mikrokontroller

53 Bauteile

54 Eingabevorrichtung

55 Verbindungsleitung

56 Verbindungsleitung 57 Verbindungsleitung

60 Datenschnittstelle

70 Akku/Batterie

71 Netzteil/Ladegerät r Papiertransportrichtung

I _F Fotostrom des Fotodetektors 36