Kurz gesagt: Ich messe mit PN-PEMS die Anzahl fester Partikel direkt am Fahrzeug im Straßenbetrieb oder im Stand. Dafür prüfe ich zuerst Gerät und Fahrzeug, baue Sonde und beheizte Leitung dicht ein, lasse das System 30 bis 40 Minuten warmlaufen, starte die Aufzeichnung vor dem Motorstart und werte die Daten danach mit Nullcheck, Zeitabgleich und Prüfprotokoll aus.

Wenn ich es auf das Wesentliche runterbreche, zählt vor allem das hier:

  • PN meint die Partikelzahl, nicht die Partikelmasse
  • PEMS ist ein mobiles Messsystem am Fahrzeug
  • die Leitung muss durchgehend auf mindestens 100 °C beheizt sein
  • die Verweilzeit in der Leitung darf unter 3 s liegen
  • bei einer RDE-Fahrt gilt meist: Stadt → Landstraße → Autobahn
  • jedes Streckensegment braucht mindestens 16 km
  • die Messdaten laufen durchgehend mit 1 Hz
  • der Nach-Nullcheck darf 5.000 Partikel/cm³ nicht überschreiten
  • ohne saubere Dichtheit, Kalibrierung und Doku ist das Ergebnis nicht belastbar

Für mich ist der Ablauf damit einfach aufgebaut: vorbereiten, anbauen, messen, prüfen, berichten. Genau das zeigt der Beitrag Schritt für Schritt - knapp, technisch sauber und mit den Punkten, auf die ich in der Praxis zuerst achte.

PN-PEMS Messablauf: Schritt-für-Schritt vom Aufbau zum Bericht

PN-PEMS Messablauf: Schritt-für-Schritt vom Aufbau zum Bericht

Vorbereitung: Ausrüstung, Fahrzeugzustand und Vorprüfungen

Bevor gemessen wird, muss der ganze Aufbau stimmen. Das betrifft die Geräte selbst, den Leitungsweg, die Stromversorgung und die Doku. Erst danach kommt der Einbau von Sonde und Leitungen am Fahrzeug.

Benötigte Ausrüstung für ein normgerechtes PN-PEMS-Setup

Ein vollständiges PN-PEMS-System besteht aus mehreren Bausteinen, die sauber zusammenspielen müssen. Dazu gehören ein PN-Analysator mit Vorkonditionierungseinheit und Partikeldetektor zur Zählung der Partikel, eine beheizte Probenahmeleitung, eine Probenahmesonde, GPS, Sensoren für Temperatur, Druck und Feuchte sowie ein Datenlogger. In der Praxis kommen meist beheizte Leitungen aus Edelstahl oder PTFE mit Temperaturkontrolle zum Einsatz. Ohne einen dichten und beheizten Messaufbau sind die PN-Werte nicht brauchbar.

Komponente Funktion Mindestanforderung
PN-Analysator Partikelzählung fester Partikel Vorkonditionierung ≥ 300 °C; 50 % Effizienz ab ca. 23 nm
Beheizte Probenahmeleitung Transport des Abgases ohne unnötige Verluste ≥ 100 °C; Verweilzeit < 3 s
Probenahmesonde Entnahme am Abgasauslass Zentrierung im Abgasstrom; dichte Verbindung
GPS-Einheit Strecken- und Geschwindigkeitsdokumentation Kontinuierliche Aufzeichnung im Messsystem
Sensoren für Temperatur, Druck und Feuchte Umgebungsbedingungen Temperatur, Druck und Feuchte
Datenlogger Aufzeichnung aller Messkanäle Mindestens 1 Hz, synchron für alle Kanäle

Vor dem Start der Messung stehen außerdem Null- und Span-Check an. Für den Null-Check wird HEPA-gefilterte Luft genutzt. Dabei werden Nullwert, Kalibrierung und Soll-Ist-Werte im Protokoll festgehalten.

Fahrzeugcheck vor der Installation

Auch das Fahrzeug selbst muss prüfbereit sein. Der Kraftstoffstand muss über 50 % liegen. Dazu kommt ein Fehlerspeicher ohne aktive Meldungen und ein Emissionssystem ohne Defekte. Das ist kein Detail am Rand: Fehlerspeicher, Leckagen und der Fahrzeugzustand können die PN-Werte direkt verfälschen.

Die Leckage darf höchstens 0,5 % des Betriebsdurchflusses betragen. Liegt der Wert darüber, müssen Leitungen und Verbindungen vor der Messung abgedichtet werden.

Im Bericht muss außerdem klar stehen, in welchem Ausgangszustand die Messung begonnen hat, also ob als Kalt- oder Warmstart. Sind diese Prüfungen erledigt, geht es an den Anschluss an den Abgasweg.

Installation am Fahrzeug: Sonde, Leitungsführung und Systemaufbau

Sind alle Vorprüfungen erledigt, startet der Einbau am Fahrzeug. Das Hauptgerät wird im Innenraum oder gut gesichert im Kofferraum montiert. Wichtig ist eine feste Fixierung mit Gurten oder einem Halterahmen, damit bei einer Notbremsung nichts verrutscht. Die GPS-Antenne gehört möglichst weit nach oben, mit freier Sicht zum Himmel und sicherer Befestigung. Die Wetterstation sitzt außen an einer Stelle, die den Luftstrom gut abbildet. Kabel laufen entlang bestehender Leitungswege und werden so gesichert, dass Pedale, Lenkung und Sitzverstellung frei bleiben. Danach geht es an den Anschluss am Abgasweg.

Anschluss der Probenahmesonde am Abgasauslass

Nach dem Fahrzeugcheck folgt der eigentliche Abgasanschluss. Die Sonde wird gasdicht am Endrohr befestigt, meist mit einer Klemme oder einem Flansch samt hitzebeständiger Dichtung. Worauf es hier ankommt: Die Probe muss aus der Mitte des Abgasstroms kommen, nicht aus dem Randbereich. Bei runden Endrohren heißt das: Das Entnahmerohr wird gerade bis zum geometrischen Mittelpunkt des Querschnitts geführt.

Der Mindestabstand beträgt 200 mm oder das Dreifache des Innendurchmessers, je nachdem, welcher Wert größer ist. Wenn ein Abgasmassenstromsensor (EFM) verbaut ist, sitzt die Sonde mindestens 150 mm stromabwärts davon. Sind mehrere Sonden im Einsatz, wird die PN-Sonde am weitesten stromaufwärts platziert. Der Querschnitt darf durch den Einbau nicht verengt werden, und es darf kein unzulässiger Gegendruck entstehen.

Die beheizte Leitung wird so kurz und direkt wie möglich verlegt. Sie muss durchgehend auf mindestens 373 K (100 °C) beheizt sein. Kaltstellen sind tabu, vor allem an Übergängen zwischen Sonde, Leitung und Analysator. Dazu kommt ein weiterer Punkt: Die Verweilzeit des Abgases in der Leitung darf 3 s nicht überschreiten. Wenn die Leitung länger werden soll, muss das mit dem Gerätehersteller abgestimmt werden. Außen wird die Leitung kurz, geschützt und fern von beweglichen Teilen geführt.

Dokumentation der Installationsdetails für den Bericht

Nach dem Einbau folgt ein Dichtheitscheck. Dafür wird die Sonde vom Abgassystem getrennt, die Leitung verschlossen, die Pumpe eingeschaltet und geprüft, ob die Durchflussmesser fast null anzeigen.

Für Gutachten und technische Prüfberichte muss der Aufbau sauber nachprüfbar dokumentiert werden. Die Tabelle unten zeigt, welche Konfigurationen meist genutzt werden und wo in der Praxis die Grenzen liegen.

Konfiguration Vorteil Praktische Grenze
Hauptgerät im Innenraum/Kofferraum Schutz vor Vibrationen, Spritzwasser, Staub und Stößen Muss sicher befestigt sein und darf die Fahrzeugbedienung nicht behindern
GPS-Antenne auf dem Dach bzw. an der höchsten praktikablen Stelle Gute Sicht zum Himmel und stabile Satellitenverbindung Befestigung muss während der Fahrt sicher bleiben
Wetterstation außen an der Karosserie Repräsentative Umgebungsdaten Nicht in direktem Abgasstrom oder stark gestörter Luft anbringen
PN-Sonde in der Strömungsmitte, vor weiteren Sonden Repräsentative Partikelentnahme aus ungestörtem Abgasstrom Präzise Positionierung und gasdichte Anbindung erforderlich

Zur Dokumentation gehören mindestens:

  • genaue Sondenposition, also Abstand vom Austritt, Durchmesser und Mittellage
  • Leitungslänge und Leitungsführung
  • Sollwert der Heiztemperatur
  • berechnete oder geschätzte Verweilzeit
  • Positionen von GPS-Antenne und Sensoren
  • Zeitpunkte von Installation, Nullabgleich und Kalibrierung
  • Abweichungen vom Standardaufbau mit Begründung

Mit dem dokumentierten Aufbau startet dann die eigentliche Messung.

Messablauf: Straßenfahrt oder stationäre PN-Prüfung

Vor der eigentlichen Messung läuft das PN-PEMS-System erst einmal 30 bis 40 Minuten warm. Danach kommt ein Zero-Check mit HEPA-gefilterter Luft für mindestens 2 Minuten. Erst dann startet die Aufzeichnung - und zwar noch vor dem Motorstart. Anschließend geht es je nach Prüfauftrag entweder auf die Straße oder in die stationäre Kurzprüfung.

PN-PEMS-Messfahrt auf der Straße

Eine RDE-Fahrt folgt der festen Reihenfolge Stadt → Landstraße → Autobahn. Jedes dieser Segmente muss mindestens 16 km lang sein. Die gesamte Fahrt dauert meist 90 bis 120 Minuten. Die Vorgaben je Abschnitt zeigt die folgende Tabelle.

Segment Geschwindigkeitsbereich Mindestdistanz Anteil an Gesamtstrecke Zweck
Stadt ≤ 60 km/h, durchschnittlich 15–40 km/h inkl. Stopps ≥ 16 km 29–44 % Stop-and-go, Kaltstart, häufige Lastwechsel
Landstraße > 60–90 km/h ≥ 16 km 23–43 % Mittlere Dauerlast
Autobahn > 90 km/h, mindestens 5 min über 100 km/h ≥ 16 km 23–43 % Hochlastemissionen

Während der Fahrt zeichnet das System alle Mess- und Fahrzeugdaten durchgehend mit 1 Hz auf. Das klingt erstmal unspektakulär, ist aber wichtig: Schon Datenlücken können die Auswertung einzelner Abschnitte verfälschen.

Nach dem Fahrtende folgt ein weiterer Zero-Check. Wenn die Nullwerte dann deutlich abweichen, spricht das für einen Gerätefehler oder für eine Kontamination im Probenpfad. Die aufgezeichneten Rohdaten sind später die Basis für die Plausibilitätsprüfung.

Kurze stationäre PN-Messung in der Werkstatt

Nicht jede Prüfung braucht eine komplette Straßenfahrt. In der Werkstatt, nach Reparaturen oder bei der Kontrolle der Partikelfilter-Funktion reicht oft eine kurze stationäre Messung. Der Ablauf ist simpel: System aufwärmen, Zero-Check durchführen, Sonde am Auspuff anschließen, Datenaufzeichnung starten, Motor anlassen und die PN-Werte im Leerlauf messen. Teilweise kommen noch kurze, festgelegte Laststufen dazu.

Damit liefert die Kurzprüfung einen schnellen Messbefund für die Dokumentation.

Datenauswertung: Von Rohdaten zum verwertbaren Bericht

Nach einer Fahrt oder Standmessung liegen erst einmal Rohdaten, Fahrzeugsignale und Protokolle vor. Direkt nach der Messung werden die Rohdaten - also Fahrzeugsignale, GPS und PN-Kanal - aus dem PEMS exportiert und sofort auf einem zweiten Medium gesichert. Die Dateien sollten klar benannt sein, zum Beispiel mit Fahrzeug-ID, Datum/Uhrzeit und Testtyp, damit sie später im Gutachten sauber zugeordnet werden können.

Unmittelbar nach Testende folgt der Nach-Nullcheck. Der Nulltest darf 5.000 Partikel/cm³ nicht überschreiten. Liegt der Wert darüber, sind die Testergebnisse ungültig und die Messung muss wiederholt werden. Anschließend werden die PN-Werte auf 273 K und 101,3 kPa normiert und mit dem Abgasmassestrom verknüpft.

Ein Punkt wird dabei oft unterschätzt: der Zeitabgleich. PN-Sensor und Fahrzeugsignale wie Drehzahl, Last oder GPS-Geschwindigkeit laufen auf getrennten Uhren. Wenn diese Daten nicht sauber synchronisiert sind, lassen sich Emissionsspitzen keinem klaren Betriebszustand zuordnen. Genau dann wird aus einer Messung schnell ein Datensatz mit Fragezeichen. Danach folgt die Prüfung auf Vollständigkeit und Plausibilität.

Qualitätsprüfung und Berichtsaufbau

Die folgenden Prüfungen zeigen, ob die Daten belastbar sind:

Qualitätsprüfung Zweck Zeitpunkt Dokumentation
Datenvollständigkeit Alle Kanäle und Pflichtparameter vorhanden Nach Export Checkliste im Prüfprotokoll
Nach-Null-/Span-Check Drift erkennen, Messgültigkeit bestätigen Nach Testende, vor PEMS-Abschaltung Pre-/Post-Vergleich, Bestanden/Nicht bestanden
Gerätediagnose Fehlercodes, Durchfluss- und Druckabweichungen prüfen Auswertung Diagnose-Log im QA-Abschnitt
Zeitabgleich und Plausibilität PN-Werte korrekt mit Fahrzeugsignalen verknüpfen Analyse Beschreibung der Methode, ggf. Beispielplot im Anhang
Routenprüfung Testbedingungen entsprechen dem Prüfauftrag Nach Streckenrekonstruktion Karte oder Protokollübersicht im Methodenteil
Datenverarbeitungstransparenz Korrekturen und Filter nachvollziehbar machen Durchgehend Liste aller Filterungen und Korrekturen im Bericht

Ein vollständiger Bericht enthält mindestens:

  • Fahrzeugdaten
  • Messaufbau
  • Kalibrierung
  • Routen- oder Stationärprotokoll
  • Ergebnisse
  • fachliche Bewertung

Wichtige Punkte für Fahrzeughalter und technische Dokumentation

Fehler bei Vorbereitung oder Montage können Messwerte unbrauchbar machen. Dann helfen auch viele Daten nicht mehr weiter. Nur technisch einwandfreie Messungen eignen sich für Aussagen zur Partikelfilter-Funktion und zur Emissionskonformität.

Genauso wichtig ist die Dokumentation. Fehlt sie oder ist sie lückenhaft, verliert der Befund seine Beweiskraft. Für Fahrzeughalter, Werkstätten und Gutachter heißt das ganz praktisch: Messung und Dokumentation gehören untrennbar zusammen. Nur dann lässt sich ein Befund technisch sauber festhalten und später auch verwerten.

FAQs

Wann ist eine PN-PEMS-Messung ungültig?

Eine PN-PEMS-Messung ist ungültig, wenn sie die Vorgaben für rechtssichere Ergebnisse nicht erfüllt oder technische Störungen das Messergebnis verfälschen. Das gilt vor allem dann, wenn die Kalibrierung auf anerkannte Referenzstandards fehlt. Auch Effekte wie Corona Quenching oder Rückkorona können die Messung unbrauchbar machen.

Dazu kommt der Ablauf der Messung selbst. Schon kleine Abweichungen vom vorgeschriebenen Verfahren können dazu führen, dass die Ergebnisse nicht gelten. Das betrifft zum Beispiel eine fehlende Konditionierung des Abgassystems oder Messphasen, die nicht korrekt durchgeführt wurden.

Warum muss die Probenahmeleitung beheizt sein?

Die beheizte Probenahmeleitung sorgt dafür, dass das heiße Abgas auf dem Weg zum Sensor nicht abkühlt und kondensiert. Denn sobald die Temperatur fällt, können Feuchtigkeit oder schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe auskondensieren.

Genau das würde die Partikelzahlmessung verfälschen, zum Beispiel durch Tropfenbildung oder Ablagerungen an den Innenwänden. Mit der Beheizung kommt das Abgas in einem repräsentativen und unveränderten Zustand am Sensor an.

Welche Fehler verfälschen die PN-Messung am häufigsten?

Am häufigsten verfälschen zwei Effekte die PN-Messung: Corona Quenching bei sehr hohen Partikelkonzentrationen und Rückkorona-Effekte durch hochohmige Staubschichten auf der Elektrode.

Damit die Ergebnisse brauchbar sind, braucht es außerdem eine klare, standardisierte Prozedur. Das Abgassystem muss vor der Messung durch Anhebung der Drehzahl konditioniert werden. Und die Messgeräte müssen auf anerkannte Referenzstandards kalibriert sein.

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