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Padlet

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Wie liest man einen Schaltplan?

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Was ist der Unterschied zwischen Sensoren und Aktoren?

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Was gibt es überhaupt für Sensoren?

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Warum müssen wir den Sensor prüfen und um welche Art von Sensor handelt es sich beim Nockenwellen- und Kurbelwellensensor? Sind das die gleichen?

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Wie misst man das denn?

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Was ist das für ein Sensor?

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Was ist das für ein Fehler?

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Kurbelwellensensoren haben die Aufgabe, die Drehzahl und die Kurbelwellenposition zu ermitteln. Sie werden am häufigsten in der Nähe des Schwungradzahnkranzes eingebaut. Es gibt zwei Bauarten: Induktivgeber und Hallgeber. Vor einer Kurbelwellensensor-Prüfung muss unbedingt ermittelt werden, um welche Art von Geber es sich handelt.

Die Drehbewegung des Zahnkranzes bewirkt Magnetfeldänderungen. Diese erzeugen im Kurbelwellensensor unterschiedliche Spannungssignale, die an das Steuergerät geleitet werden. Aus den Signalen errechnet das Steuergerät Drehzahl und Position der Kurbelwelle, um wichtige Grunddaten für die Einspritzung und Zündverstellung zu erhalten.

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Kurbelwellensensor - prüfen & defekt | HELLA

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Kurbelwellensensoren haben die Aufgabe, die Drehzahl und die Kurbelwellenposition zu ermitteln. Sie werden am häufigsten in der Nähe des Schwungradzahnkranzes eingebaut. Es gibt zwei Bauarten: Induktivgeber und Hallgeber. Vor einer Kurbelwellensensor-Prüfung muss unbedingt ermittelt werden, um welche Art von Geber es sich handelt. Die Drehbewegung des Zahnkranzes bewirkt Magnetfeldänderungen.

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Nockenwellensensoren haben die Aufgabe, gemeinsam mit dem Kurbelwellensensor die exakte Position des Kurbeltriebs zu definieren. Dank der Kombination beider Sensorsignale weiß das Motorsteuergerät, wann sich der erste Zylinder im oberen Totopunkt befindet.

Diese Information wird dreifach benötigt:

1. Für den Einspritzbeginn bei der sequentiellen Einspritzung,

2. für das Ansteuerungssignal des Magnetventils beim Pumpe-Düse-Einspritzsystem und

3. für die zylinderselektive Klopfregelung.

Der Nockenwellensensor arbeitet nach dem Hall-Prinzip. Er tastet einen Zahnkranz ab, der sich auf der Nockenwelle befindet. Durch die Rotation des Zahnkranzes ändert sich die Hall-Spannung des im Sensorkopf befindlichen Hall-IC. Diese sich ändernde Spannung wird an das Steuergerät geleitet und dort ausgewertet, um die erforderlichen Daten festzustellen.

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Nockenwellensensor - Funktion & Fehlersuche | HELLA

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Nockenwellensensoren haben die Aufgabe, gemeinsam mit dem Kurbelwellensensor die exakte Position des Kurbeltriebs zu definieren. Dank der Kombination beider Sensorsignale weiß das Motorsteuergerät, wann sich der erste Zylinder im oberen Totopunkt befindet. Diese Information wird dreifach benötigt: Für den Einspritzbeginn bei der sequentiellen Einspritzung, für das Ansteuerungssignal des Magnetventils beim Pumpe-Düse-Einspritzsystem und für die zylinderselektive Klopfregelung.

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Induktivgeber / Kurbelwellensensor / Passiver Drehzahlsensor

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How to Test Crankshaft and Camshaft sensors 1

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How to Test Crankshaft and Camshaft Position Sensors

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Kurbelwellensensor OTGeber genau erklärt - eflose #579

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Wo findest Du das Signal für die NW bzw. KW?

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Wo findest Du das Signal für die NW bzw. KW?

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Was ist das für ein Ergebnis? Beschreibe...

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Was ist das für ein Ergebnis? Beschreibe...

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Das haben Michael und Timo gemessen: Ergebnisse mit Oszilloskop

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Das haben Michael und Timo gemessen: Ergebnisse mit Oszilloskop

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z.B. Nockenwellensensor

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Einsatzmöglichkeiten von Hallgebern

als Nockenwellensensor in Koordination mit dem Kurbelwellensensor den ersten Zylinder genau definieren (Einspritzbeginnberechnung Otto oder Pumpe-Düse, Klopfregelung)

Zündanlagen TSZ-h und TZ-h

Getriebeausgangsdrehzahl

aktiver Drehzahlsensor in ABS-Bremsanlagen

Radlöseerkennung/ -warnung (Audi)

Funktion am Beispiel des Nockenwellensensors

Mit der Nockenwelle dreht sich ein Rotor aus ferromagnetischem Material. Der Hall-IC befindet sich zwischen Rotor und einem Dauermagneten, der ein Magnetfeld senkrecht zum Hall-Element liefert. Passiert nun z.B. ein Zahn (Schranke) das stromdurchflossene Sensorelement (Halbleiterplättchen) des Stabsensors, verändert er die Feldstärke des Magnetfeldes senkrecht zum Hall-Element.

Somit werden die Elektronen, die von einer an das Element angelegten Längsspannung U R getrieben werden, senkrecht zur Stromrichtung stärker abgelenkt. Dadurch entsteht die Hall-Spannung, die im Millivoltbereich liegt.

Sie ist unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sensor und dem Rotor. Die integrierte Auswerteelektronik im Hall-IC bereitet das Signal auf und gibt es als Rechtecksignal aus. Oder einfacher formuliert: durch die Rotation des Zahnkranzes ändert sich die Hall-Spannung des im Sensorkopf befindlichen Hall-IC.

Diese sich ändernde Spannung wird an das Steuergerät geleitet und dort ausgewertet, um die erforderlichen Daten festzuhalten.

IPlättchenstrom

I H Hall-Strom

I V Versorgungsstrom

U H Hall-Spannung

U R Längsspannung

Bmagnetische Induktion

aAblenkung der Elektronen
durch das Magnetfeld

aPositionierung von Sensor und Einspurimpulsrad

bAusgangssignalverlauf UA

1Elektrischer Anschluss

2Sensorgehäuse

3Motorgehäuse

4Dichtring

5Dauermagnet

6Hall-IC

7Impulsrad mit Zahn/Segment (Z) und Lücke (L)

a Luftspalt

j Drehwinkel

Der Geber für die Nockenwellendrehzahl bei der PumpeDüse von VW ist ein Hallgeber.

Er tastet sieben Zähne bei einem Vierzylinder-Motor ab, das am Nockenwellenzahnrad befestigt ist.

Jedes Mal, wenn ein Zahn am Hallgeber vorbeidreht, entsteht eine Hallspannung, die an das Motorsteuergerät weitergeleitet wird.

Das Signal vom Hallgeber dient dem Motorsteuergerät zur Erkennung der Zylinder. Bei Signalausfall benutzt das Steuergerät das Signal des Gebers für Motordrehzahl .

Signalbild Hallgeber

Weil die Zähne in unterschiedlichen Abständen voneinander entfernt sind, treten die Hallspannungen in verschiedenen Zeitabständen auf. Daraus erkennt das Motorsteuergerät die Zylinder und kann das richtige Ventil für Pumpe-Düse ansteuern.

Auswirkungen bei Ausfall

Ein defekter NW-Sensor könnte sich so bemerkbar machen:

ein Fehlercode wird gesetzt

die Motorkontrolleuchte (MIL) leuchtet

das Steuergerät befindet sich im Notlaufprogramm

Ursachen :

mechanische Beschädigung

Geberrad gebrochen, Zähne beschädigt

Kurzschluss

Unterbrochene Verbindung

Fehlersuche :

Fehlerspeicher auslesen

Sensor Sichtprüfung

Anschlüsse auf Bruch, Korrosion und richtige Verbindung prüfen

Elektrische Prüfungen:

Anschlussleitung mit dem Ohmmeter auf Durchgang prüfen (Stecker an Steuergerät und Sensor abgezogen) Schaltplan erforderlich! Sollwert: nahe 0 Ohm

Anschlussleitung mit dem Ohmmeter auf Masseschluss prüfen (Steuergerätstecker abgezogen) zwischen Sensorstecker und Masse; Sollwert > 30 MOhm

Versorgungsspannung des Hallsensors prüfen (Steuergerät angesteckt, Zündung ein) Sollwert: 5V

Signalspannung prüfen mit dem Oszilloskop (Motor läuft)

mehr zum aktiven Radrehzahlsensor

Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 29.12.2022

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Einsatzmöglichkeiten von Hallgebern als Nockenwellensensor in Koordination mit dem Kurbelwellensensor den ersten Zylinder genau definieren (Einspritzbeginnberechnung Otto oder Pumpe-Düse, Klopfregelung) Zündanlagen TSZ-h und TZ-h Getriebeausgangsdrehzahl aktiver Drehzahlsensor in ABS-Bremsanlagen Radlöseerkennung/ -warnung (Audi) Mit der Nockenwelle dreht sich ein Rotor aus ferromagnetischem Material. Der Hall-IC befindet sich zwischen Rotor und einem Dauermagneten, der ein Magnetfeld senkrecht zum Hall-Element liefert.

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Kurbelwellensensor

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Induktive Sensoren (Induktivgeber)

arbeiten, wie es der Name bereits verrät, nach dem Induktionsgesetz. Dazu ist grundsätzlich eine Spule (Wicklung), ein Magnetfeld und "Bewegung" erforderlich. Durch dieses Messprinzip lassen sich berührungslos und somit verschleißfrei Winkel , Wege und Geschwindigkeiten messen.

Induktivgeber werden in den Schaltplänen der Hersteller recht uneinheitlich dargestellt. Ich verzichte deshalb hier auf eine Skizze des Schaltzeichens.

Einsatzmöglichkeiten des Induktivgebers

Drehzahlerfassung - z.B. an Kurbelwelle oder Getriebe

Kurbelwellenstellung

Impulsgeber für die Zündauslösung

Drosselklappenstellung - Lastsignal

Erfassung des Lenkwinkels - z.B. für ESP, "steer by wire"

Fahrpedalgeber - E-Gas, Fahrerwunsch,

Bremspedalsensor - elektrisch betätigte Bremse

Niveausensor - z.B. Fahrwerksregelung, Leuchtweitenregelung

Erklärung am Beispiel des Kurbelwellensensors

Der Kurbelwellensensor misst die Motordrehzahl.

Er besteht aus einem Dauermagneten und einer Induktionsspule mit Weicheisenkern. Als Impulsgeber (Bewegung!) wird ein Zahnkranz am Schwungrad angebracht. Zwischen Induktivgeber und Zahnkranz befindet sich nur ein kleiner Luftspalt.

Der magnetische Fluss durch die Spule hängt davon ab, ob dem Sensor eine Lücke oder ein Zahn gegenübersteht. Ein Zahn bündelt den Streufluss des Magneten, eine Lücke dagegen schwächt den Magnetfluss.

Wenn sich das Schwungrad und somit der Zahnkranz dreht, wird durch jeden einzelnen Zahn eine Magnetfeldänderung bewirkt. Die Änderung des Magnetfeldes erzeugt in der Spule eine Induktionsspannung.

Die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit sind ein Maß für die Drehzahl des Schwungrades. Durch bewusste Zahnlücken im Zahnkranz kann das Steuergerät auch die momentane Stellung (Position) des Motors erkennen.

Bei Magnetventil gesteuerten Motormanagement-Systemen werden Impulsräder mit 60er-Teilung verwendet, wobei ein oder zwei fehlende Zähne die Bezugsmarke definieren.

Die Drehzahl des Motors ist eine Hauptsteuergröße für die Gemischberechnung und für die Zündverstellung.

1 Dauermagnet, 2 Induktivgebergehäuse, 3 Motorgehäuse, 4 Weicheisenkern, 5 Induktionswicklung 6 Luftspalt, 7 Zahnlücken

1 Zahn, 2 Zahnlücke, 3 Bezugsmarke

Bei
Ausfall des Sensors

kann der Motor aussetzen

kann der Motor stillstehen

wird ein Fehlercode abgespeichert

mögliche Ursachen:

Kurzschluss der Wicklung

Leitungsunterbrechung oder Kurzschluss

Mechanische Beschädigung des Zahnkranzes

starke Verschmutzungen

Luftspalt zu groß

Fehlersuche Induktivgeber

durch Auslesen des Fehlerspeichers

Anschlüsse prüfen

auf Verschmutzung oder Beschädigung prüfen

Messung mit Ohmmeter

Wichtig: Die direkte Überprüfung des Kurbelwellensensors mit einem Ohmmeter sollte nur dann vorgenommen werden, wenn man sich auch wirklich sicher ist, dass es sich um einen Induktivgeber und nicht um einen Hallgeber handelt. Das Ohmmeter könnte die Elektronik des Hallgebers zerstören! Die Gefahr beseht bei Gebern mit 3 Anschlüssen und selbst bei 2-poligen Steckern kann man nicht ganz sicher sein, dass es kein Hallgeber ist. Aktive Raddrehzahlsensoren (Hallgeber) des ABS haben auch nur einen 2-poligen Stecker. Auch hier ist Vorsicht geboten.

Innenwiderstand: 200 - 1000 Ohm (je nach Sollwert)

Kurzschluss bei 0 Ohm, Unterbrechung bei sehr hohen Werten

Masseschluss (Anschlusspin gegen Masse) Soll: > 30 M Ohm

Messung des Signalbildes

ein deutliches Signalbild (Sinusform) muss vorhanden sein. Ist ein Signal vorhanden, aber zu schwach, so deutet dies auf einen zu großen Luftspalt (Abstand Zahnkranz/Sensor).

links: Signalbild i.O. rechts: Luftspalt zu groß

Die Schüler der Klasse Karo 10 vom OSZ Lausitz zeigen die Überprüfung passiver und aktiver Raddrehzahlsensoren am Opel Corsa B und Mercedes CLK 320. Die Arbeitsschritte werden durch die Schüler selbst erklärt. Das Video zeigt ein nichtkommerzielles Medienprojekt der Abteilung 3 des OSZ Lausitz in Lauchhammer.

Einsatz des Induktivgebers in der Zündanlage der TSZ-i
Im Zündverteiler befindet sich ein Stator (stillstehender Teil), aufgebaut aus Dauermagneten, Kern und Induktionswicklungen, sowie ein umlaufender Rotor. Häufig besitzen Stator und Rotor ebensoviele Finger, wie der Motor Zylinder hat. Der Rotor sitzt auf der Zündverteilerwelle, d.h. er dreht mit halber Kurbelwellendrehzahl.

Der magnetische Fluss der Magnete ändert sich je nach Stellung des Rotors. Die Magnetfeldänderung induziert in der Wicklung ein Wechselspannungssignal, das vom Steuergerät ausgewertet wird.

Die Spannung steigt an, wenn sich der Rotorfinger dem Statorfinger nähert. Vergrößert sich der Abstand wieder, wechselt die Spannung schlagartig ihr Vorzeichen. Je schneller die Verteilerwelle sich dreht, desto mehr Impulse entstehen im vorgegebenen Zeitraum und desto höher werden sie.

Impulsrad

Die Drehzahlfühler an den Vorderrädern sind axial zu den Impulsrädern angeordnet.

Impulsrad

Die Drehzahlfühler an den Hinterrädern sind radial zu den Impulsrädern angeordnet.

Durch die Drehbewegung des Rades wird das Impulsrad am Drehzahlfühler vorbeibewegt. Zwischen Zahn und Lücke werden die magnetischen Feldlinien verändert. Es wird eine sinusförmige Wechselspannung induziert. Ihre Frequenz ist abhängig von der Drehzahl. Wichtig ist auch die richtige Einstellung des Luftspaltes.

Johannes Wiesinger
bearbeitet: 12.08.2020

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Induktive Sensoren (Induktivgeber) Induktivgeber werden in den Schaltplänen der Hersteller recht uneinheitlich dargestellt. Ich verzichte deshalb hier auf eine Skizze des Schaltzeichens. Drehzahlerfassung - z.B. an Kurbelwelle oder Getriebe Kurbelwellenstellung Impulsgeber für die Zündauslösung Drosselklappenstellung - Lastsignal Erfassung des Lenkwinkels - z.B.

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Mehr zu den Begriffen Steuern und Regeln gesucht?

Jeder Kfz-Mechatroniker wird in seiner Ausbildung mit dem EVA-Prinzip konfrontiert:

Allen elektronischen Systemen gemeinsam ist, dass sie nach dem EVA-Prinzip der Informationsverarbeitung arbeiten.

So auch die elektronischen Systeme im Kraftfahrzeug.

Übersicht EVA-Prinzip:

Eingabe Verarbeitung Ausbgabe

Information Ansteuerung

Bei der Eingabe handelt es sich um Signalglieder (Sensoren), die auch als Geber oder Fühler bezeichnet werden.

Die Verarbeitung der elektrischen Signale erfolgt üblicherweise durch Steuerglieder (Steuergerät), also einen zentralen Mikrocomputerder (CPU), der mit Hilfe von einprogrammierten mathematischen Formeln und Kennfeldern (Datenbanken) die Entscheidungen trifft und die Aktoren ansteuert.

Auf der Ausgabe befinden sich die Stellglieder (Aktoren), die die Befehle des Steuergerätes umsetzen.

Sensoren und Aktoren können, je nach Einsatz analog, binär oder digital arbeiten. Bei den Sensoren unterscheidet man aktive und passive Sensoren.

Da hier von Eingabe (E), Verarbeitung (V) und Ausgabe (A) gesprochen wird, nennt man dieses Prinzip auch E-V-A Prinzip.

EVA-Prinzip am Beispiel der Leerlaufregelung

Begriff

Signalglied

Steuerglied

Stellglied

gehört zu

Eingabe

Verarbeitung

Ausgabe

Bauteil

Sensor, Geber, Fühler

Steuergerät (ECU, CPU)

Aktor, Aktuator, Steller

Kurz-

beschreibung

Die Sensoren erfassen aktuelle Prozessdaten. Dies können analoge Daten (z.B. Temperaturfühler), digitale Daten (z.B. Türschalter) oder Frequenzen (z.B. Drehzahlfühler) sein.

Das Steuergerät wertet die Daten aus. Wenn erforderlich, veranlasst es aufgrund der eingegangenen Daten eine Anpassung der angeschlossenen Aktoren.

Die Aktorik nimmt digitale (z.B. Glühlampe) oder analoge Steuerbefehle (z.B. Stellmotor) entgegen.

am Beispiel Leerlaufregelung

Drehzahlgeber Kurbelwelle, Temperaturfühler

Motorsteuergerät

Leerlaufstellmotor

Die Signalglieder (Sensoren) Temperaturfühler (NTC) des Kühlwassers und Induktivgeber der Kurbelwelle nehmen die physikalische Größen Temperatur und Drehzahl auf und wandeln diese in brauchbare Eingangssignale für die Steuerglieder in Form von Spannungen um.

Da diese Signale in das Steuergerät hineingehen, spricht man auch von der Eingabe .

Vergleichbar mit einem Computer wäre das die Tastatur oder die Maus.

Im Steuergerät müssen diese Informationen zunächst aufbereitet und verstärkt werden, d.h. aus den analogen Drehzahl- und Temperatursignalen müssen digitale Signale geformt werden. Danach werden diese Signale (Istwerte) auf Plausibilität geprüft und mit abgespeicherten Sollwerten verglichen ( Verarbeitung ). Die Werte für die Drehzahl und die Temperatur sind in sogenannten Kennfeldern abgelegt, was einer Datenbank gleichkommt. Aus den beiden Informationen Drehzahl und Temperatur wird nun die richtige Drehzahl mit Hilfe des Kennfeldes ermittelt.

Das Steuergerät gibt ein Signal an das Stellglied oder anders gesagt an den Aktor ( Ausgabe ). In unserem Fall ist dies ein Leerlaufsteller. Das Motorsteuergerät taktet diesen Schrittmotor in einem bestimmten prozentualen Verhältnis an (einschalten und ausschalten). Der Motor lässt nun ein bisschen mehr Luft um die Drosselklappe herum strömen, was eine höhere Drehzahl bewirkt.

Grundsätzlicher Aufbau des EVA-Prinzips mit Busanbindung

E-V-A Prinzip Busanbindung

In den Fahrzeugen erfolgt die Verarbeitung der Daten im Prinzip nur noch digital. Ein Mikroprozessor (CPU = Central Processing Unit) arbeitet die eingehenden Daten ab und schaltet die angeschlossenen Aktoren.

Damit der Mikrocontroller die Eingangssignale richtig verstehen kann, müssen diese in digitale Spannungen und/oder Frequenzen übersetzt werden. Diese Aufgabe übernimmt ein vorgeschalteter Signalwandler.

Genauso müssen die von der CPU veranlassten Steuerbefehle zu Signalen aufbereitet werden, die von den Aktoren verstanden werden können.

Dazu dient eine Endstufe, die zwischen CPU und Aktorik geschaltet ist. Diese muss genügend Leistung für die angeschlossenen Aktoren (z.B. Stellmotoren) liefern können.

Moderne Kraftfahrzeuge besitzen ein Vielzahl an Steuergeräten für die unterschiedlichsten Zwecke (z.B. für ABS, Zentralverriegelung, Motormanagement usw.). Der Einsatz von Bussystemen wurde erforderlich. Auf diese Weise kann ein Steuergerät mit jedem anderen angeschlossenen Steuergerät bedarfsgerecht über nur einen Bus mit zwei Leitungen kommunizieren.
>>weitere Infos zum CAN-Bus

Der Informationsfluss geht meist wie folgt vonstatten:

näher erklärt:

Sensoren erfassen Informationen wie z.B. Kühlwassertemperatur, Kurbelwellendrehzahl, Drosselklappenstellung und erzeugen elektrische Signale (häufig in analoger oder binärer Form)

Datenaustausch zwischen verschiedenen Steuergeräten über CAN-Bus und Multiplexer; Datentransport zur Leistungsstufe über normale Leitungen

CAN-Bus (Controller Area Network)

Eine Bus-Verbindung ist eine Verdrahtung, bei der Daten übertragen werden. Alle Stationen sind gleichzeitig über eine Leitung angeschlossen und gleichberechtigt. Der Aufwand an Kontakten und Kabeln wird erheblich reduziert. Zusätzlich können die Funktionen ohne wesentliche Mehrkosten umfassend überwacht und neue Systemkonfigurationen gestaltet werden.

Das Buskonzept ermöglicht die serielle Verbindung von Komponenten der Karosserie-, Komfort-, Getriebe- und Motorelektronik. Diese Komponenten können zu einem Gesamtsystem verdrahtet werden. Es können aber auch Teilsysteme realisiert werden, die lediglich kritische Bereiche wie lnstrumententafel oder Türen umfassen. Bus-Systeme lassen sich in ihrem Datenaustausch sehr leistungsfähig und flexibel gestalten.

Außerdem bieten seriell aufgebaute Bus-Systeme gegenüber konventioneller Verdrahtung zwei wesentliche Vorteile höhere Übertragungssicherheit und geringere Kosten.

mehr bei:

CAN-Bus Grundlagen

Datenübertragung

Sensoren

Bits und Bytes

Dazu gibt es 2 Erklärvideos, die auch sehr schön im Unterricht eingesetzt werden können. Die Basis ist jeweils eine Flash Animation von Harald Huppertz ( www.kfz-tech.de).

Video 1: Was ist Steuern?

Video 2: Was ist Regeln?

Quellen: Fachbuch, Günter Hensel (Opel)

Johannes Wiesinger
bearbeitet: 06.05.2020

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Mehr zu den Begriffen Steuern und Regeln gesucht? Jeder Kfz-Mechatroniker wird in seiner Ausbildung mit dem EVA-Prinzip konfrontiert: So auch die elektronischen Systeme im Kraftfahrzeug. Eingabe Verarbeitung Ausbgabe Information Ansteuerung Bei der Eingabe handelt es sich um Signalglieder (Sensoren), die auch als Geber oder Fühler bezeichnet werden.