Fahrwerk

Stoßdämpfer

Funktion

Die  Weiterentwicklung moderner Automobile und vor allem die zunehmende Motorleistung und Geschwindigkeit machte die Fahrwerkstechnik in den letzten Jahren zu einem wichtigen Entwicklungsschwerpunkt. Der Stoßdämpfer ist ein wichtiges Bauteil des Fahrwerks. Eigentlich ist seine handelsübliche Bezeichnung „Stoßdämpfer“ irreführend. Denn er dämpft nicht die Stöße, sondern hat die Aufgabe, die Schwingungen der Fahrzeugfeder zu reduzieren und abzubremsen. Die Federn und die Stoßdämpfer bilden gemeinsam das Verbindungsglied zwischen Radaufhängung und Karosserie und gleichen in Teamarbeit die Fahrbahnunebenheiten aus. Vom Rad ausgehende Schwingungen sind in ihrer Frequenz etwa zehn Mal so hoch wie die Schwingungen der Karosserie – im Fachjargon: gefederte Masse. Der Stoßdämpfer bewirkt, dass diese Schwingungen gedämpft werden. Fachlich handelt es sich also nicht um einen Stoß- sondern um einen Schwingungsdämpfer.
 
Energieumwandler
Der Schwingungsdämpfer ist im Prinzip ein Energieumwandler. Er transformiert die Bewegungsenergie der Feder durch Flüssigkeitsreibung in Wärme. Dies geschieht, indem der Dämpferkolben in einem mit Öl gefüllten Zylinder auf und ab bewegt wird. Genau definierte Ventildurchgänge im Dämpferkolben und/oder ein Bodenventil bremsen dabei die Bewegung des Dämpferkolbens so stark ab, dass die Federschwingung direkt im Ansatz reduziert wird.

Beim Überfahren eines Hindernisses ist zunächst die Feder gefordert. Sie darf beim Einfedern vom Dämpfer – der in dieser Phase zusammengedrückt wird (Druckstufe) – nicht behindert werden. Nachdem die Feder das Hindernis ausgeglichen hat, muss der Stoßdämpfer, die sich mit großer Kraft entspannende Feder in der Bewegung abbremsen. Bei diesem Vorgang wird er auseinandergezogen (Zugstufe). In der Zugstufe hat der Schwingungsdämpfer eine höhere Dämpfkraft als in der Druckstufe. Bei dieser Dämpfungsarbeit kann sich der Dämpfer je nach Straßenzustand, gefahrener Geschwindigkeit und Außentemperatur auf bis zu 120 °C erwärmen. Gute Schwingungsdämpfer sind auf diese thermische Belastung ausgelegt.

Gasdruckdämpfer
Die Einführung aufwendiger Fahrwerksysteme erfordert die präzise Abstimmung der Schwingungsdämpfer. Schraubenfedern haben eine geringe Eigenreibung, so dass der Schwingungsabbau der Dämpfer für die Fahrsicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Automobile, die in Großserie produziert werden, haben heute Gasdruckstoßdämpfer in der einfacheren Zweirohrtechnik oder der aufwändigeren Einrohrtechnik an Bord.

Früher wurden Fahrzeuge teilweise serienmäßig mit Ölstoßdämpfern ausgerüstet. Dadurch ergab sich ein systembedingter Nachteil: Die Kavitationsneigung (Ölverschäumung), die bei der Dämpfungsarbeit auftritt. Im Dämpferöl sind ca. zehn Prozent Gasanteile molekular gebunden. Durch die Bewegungen des Dämpferkolbens innerhalb des Öls kommt es zu Druckdifferenzen oberhalb und unterhalb des Dämpferkolbens. Diese führen dazu, dass sich das Gas aus der Flüssigkeit löst und kleine Bläschen bildet. Auf längeren Fahrstrecken wird die Verschäumung des Dämpferöls so groß, dass die Dämpfkraft messbar abnimmt. Bei längeren Fahrtstrecken auf Landstraßen oder Autobahnen ist ein Dämpfkraftverlust von bis zu 35 Prozent möglich. Das heißt, die Fahrt wurde mit voller Dämpfleistung begonnen. Diese nimmt aber bei zunehmender Belastung des Dämpfers langsam ab und in Folge die Bodenhaftung der Räder. Bei längeren Pausen bzw. im Ruhezustand des Fahrzeugs wird die volle Dämpfkraft durch den Rückgang der Ölverschäumung wieder erreicht.

Diese ständigen Dämpfkraftänderungen gibt es beim Gasdruckstoßdämpfer nicht. Das mit dem Öl zusammen im Dämpfer befindliche Gas (Stickstoff) hält das Öl unter Druck und verhindert damit ein Freiwerden der im Dämpferöl gebundenen Gasmoleküle. Bei Gasdruckstoßdämpfern kann die Ölverschäumung im Fahrbetrieb also mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Da Feder- und Dämpfercharakteristik auch auf längeren Fahrtstrecken und unter höchster Belastung konstant bleiben, ist es möglich, mit Gasdruckstoßdämpfern das Fahrwerk exakt abzustimmen. Besonders beim Fahrwerktuning (tiefergelegte Fahrzeuge) ist es wichtig, dass bei dem verbleibenden Restfederweg eine exakte Schwingungsdämpfung erfolgt.

Fahrwerk

Fahrwerksfeder

Funktion

Fahrwerksfedern stellen das Bindeglied zwischen Räder und Karosserie dar. Sie haben einerseits die Aufgabe, Fahrbahnunebenheiten auszugleichen und somit einen hohen Fahrkomfort zu gewährleisten. Andererseits sind sie dafür verantwortlich, dass die Räder unabhängig der Fahrbahnbeschaffenheit stets einen sicheren Bodenkontakt haben. Nur so lassen sich Antriebs-, Brems- und Querkräfte sicher übertragen. Damit zählen die Fahrwerksfedern zu den sicherheitskritischsten Komponenten eines modernen Fahrzeugs. Sie beeinflussen das Handling, die Straßenlage und das Bremsverhalten.

Von der konstruktiven Seite her betrachtet gibt es Fahrwerksfedern mit linearer und progressiver Federrate. Bei linearen Federn steigt die Federkraft im gleichen Verhältnis wie der Weg, um den sie zusammengedrückt wird. Progressive Federn haben Anfangs eine weiche Kennlinie und werden dann mit zunehmendem Weg härter. Je nach Vorgabe der Fahrzeughersteller werden Fahrwerksfedern aus konstantem Draht (gleicher Drahtdurchmesser über die gesamte Federlänge) oder inkonstantem Draht (wechselnder Drahtdurchmesser über die Federlänge) hergestellt.

Bei der Feder aus inkonstantem Draht existieren sozusagen zwei Federn in einer: Eine weiche und eine starke. So bieten beispielsweise die progressiven Miniblock-Federn einen hohen Fahrkomfort wenn das Fahrzeug nur leicht beladen ist und geringes Einfedern bei voller Beladung. Die Feder ist also „weich“, wenn das Fahrzeug leicht beladen ist und „stark“, wenn es voll beladen ist.

Bei gängigen Automobilen werden überwiegend folgende Federarten verbaut:

Zylindrische Fahrwerksfedern
Hierbei handelt es sich um konventionelle, zylindrische Fahrwerksfeder mit einer linearen Federrate.

Fahrwerksfedern aus inkonstantem Draht
Bei dieser Federart verringert sich der Durchmesser des verwendeten Drahtes zum Ende der Fahrwerksfeder. Bei normalen Straßenverhältnissen und ebensolcher Belastung gewährleisten die weichen Federenden sehr komfortable Fahreigenschaften. Das wirkt sich entlastend auf die gesamte Radaufhängung und alle Lenkungsteile aus und steigert den Fahrkomfort.

Miniblock-Feder
Miniblock-Federn sind tonnenförmig gebaut und werden aus verjüngtem Federdraht hergestellt. Damit erzeugen sie eine progressive Federrate. Die Gestaltung der Feder-Enden vermeidet einen direkten Kontakt von Windung zu Windung. Das Hauptmerkmal der in den 1970-er Jahren entwickelten Miniblock-Feder aus inkonstantem Draht ist, dass sich die Windungen der Enden unter Last ineinander legen ohne sich zu berühren. Wenn die Enden der Miniblock-Feder zusammengedrückt sind und flach auf den Federtellern aufliegen (die normalerweise aus einem Gummiblock bestehen), reduziert sich die Anzahl der aktiven Windungen und die Federrate steigt.

Bananenförmige „Side load“ Federn
Diese Federvariante steuert die Kräfteverteilung der gesamten Radaufhängung. Damit reduziert sie die Reibung zwischen der Kolbenstange des Stossdämpfers und deren Dichtung. Dies trägt zu einem besseren Stossdämpfer-Ansprechverhalten bei.

 

Details

Lenkung

Lenkung

Funktion

Das Lenksystem hat die Aufgabe, das Fahrzeug in die vom Fahrer gewünschte Richtung zu lenken. Dabei soll es feinfühlig sein und ein präzises Fahren ermöglichen. Die Lenkung ist ein Teil des Fahrgestells, genauer gesagt des Fahrwerks. Dieses wiederum setzt sich außer der Lenkung aus Radaufhängung, Federung, Bremse, Dämpfung, Radträger und Hilfsrahmen zusammen und hat die Aufgabe, einen stabilen Geradeauslauf und dynamische Fahrmanöver zu ermöglichen und gleichzeitig Fahrbahnstöße abzudämpfen.

Die Bewegungen des Lenkrades werden über das Lenkgetriebe, das Lenkgestänge und die Lenkhebel auf die Achsschenkel und somit auf die Vorderräder übertragen und beeinflussen deren Einschlagwinkel. Dieser wiederum bestimmt, in welche Richtung das Fahrzeug fährt. Das Lenkverhalten des Fahrzeugs wird aber nicht nur von der Stellung des Lenkrades bestimmt. Auch Antriebs- und Bremskräfte oder das Einfedern beim Überfahren von Bodenwellen können die vom Fahrer gewünschte Richtung beeinflussen. Um diese Störeinflüsse so gering wie möglich zu halten, haben die Fahrzeughersteller gemeinsam mit der Zulieferindustrie ausgeklügelte Achskonstruktionen entwickelt. Dadurch lassen sich moderne Fahrzeuge selbst bei schlechten Straßen- und Witterungsverhältnissen und unabhängig davon, ob der Autofahrer beschleunigt oder bremst sicher lenken.

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Fahrwerk

Radaufhängung

Funktion

Die Radaufhängung ist ein Teil des Fahrwerks. Dieses wiederum setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Räder, Radträger, Radlager, Bremse, Radaufhängung, Achsträger, Federung (einschließlich Stabilisator), Dämpfung, Lenkgetriebe, Lenksäule, Aggregatelagerung (z.B. Motor- und Getriebelager), Seitenwellen, Achsgetriebe und Fahrwerkregelsysteme. Bei einem Mittelklassefahrzeug machen diese Komponenten circa 20 Prozent des Gesamtgewichtes aus.

Die genannten Funktionsgruppen sind einerseits in sich geschlossene Systeme. Andererseits müssen sie präzise aufeinander abgestimmt sein, damit eine optimale Funktion des Gesamtfahrwerks gewährleistet ist.

Innerhalb des Fahrwerks hat die Radaufhängung die Aufgabe, für eine optimale Radführung zu sorgen. Sie stellt also die Verbindung zwischen der Radaufstandsfläche und der Fahrzeugkarosserie dar und überträgt alle Kräfte und Bewegungen vom Radträger an die Karosserie. Dies muss im Sinne eines sicheren Fahrverhaltens unverzüglich und schnell erfolgen. Dafür werden innerhalb der Radaufhängung Lenker mit Gelenken eingesetzt.

Die Lenker übernehmen sowohl die radführenden Aufgaben als auch häufig die Übertragung von Feder-, Dämpfungs-, und Stabilisatorkräften. Sie werden aus Stahl (geschmiedet, gegossen, Blech) oder Aluminium (geschmiedet, Druckguss) hergestellt. Entsprechend den konstruktiven Anforderungen kommen Zwei-, Drei oder Vierpunktlenker zum Einsatz. Die Anzahl der Punkte bezieht sich dabei auf die Verbindungsstellen, die ein Lenker besitzt.

Für die Verbindung des Radträgers mit der Karosserie an der Vorderachse (VA) werden immer Lenker mit Kugelgelenken eingesetzt. Sie ermöglichen die notwendige Bewegungsfreiheit zum Lenken des Rades. Für die Radführung werden mindestens drei Lenker benötigt: Ein unterer Lenker, ein oberer Lenker und die Spurstange. Bei Achskonstruktionen mit Federbeinen reichen für die Radführung auch zwei Lenker und der Dämpfer. Es gibt aber auch Achsbauweisen, bei denen bis zu fünf Lenker eingesetzt werden. Bei diesen speziellen Konstruktionen werden die eingeleiteten Kräfte auf die Lenker aufgeteilt.

An der Hinterachse (HA) sind Kugelgelenke nicht zwingend notwendig. Deshalb sind hier meist Gummilager oder Hülsengelenke eingebaut. Für eine optimale Hinterachsführung sind fünf Gelenke und fünf Zweipunktlenker notwendig.

Lenkerarten
Entsprechend der Einbaurichtung unterscheidet man Lenker in:

  • Querlenker. Sie sind quer zur Radebene positioniert.
  • Längslenker. Sie sind in Fahrtrichtung eingebaut.
  • Verbundlenker. Hierbei handelt es sich um zwei Längslenker, die mit einer Quertraverse verbunden sind.

Je nach Aufgabe sind die Lenker in drei Kategorien eingeteilt:

  • Führungslenker. Sie übernehmen die Führung des Rades ohne das Fahrzeuggewicht abzustützen. An den Gelenken der Führungslenker werden hauptsächlich waagrechte Kräfte eingeleitet.
  • Traglenker. In diese Kategorie fallen Lenker, die zusätzliche Krafteinleitungspunkte für Feder- und Dämpferkräfte aufweisen, die senkrecht einwirken und größer sind als die waagrechten Kräfte. Die Gelenke – auch Traggelenke genannt – sind deshalb größer und stabiler ausgelegt als die Führungsgelenke. Prinzipiell kann jeder Führungslenker durch entsprechende Auslegung der Krafteinleitungspunkte und Verstärkung als Traglenker eingesetzt werden.
  • Hilfslenker. Sie haben die Aufgabe, die Führungs- und Traglenker untereinander oder bei speziellen Achskonstruktionen auch mit dem Radträger zu verbinden.

 

Die Gelenke der Lenker
Jeder Lenker ist mit mindestens zwei Gelenken ausgestattet. Bei karosserieseitigen Gelenken werden Gummilager verwendet, die in die vorgesehenen Bohrungen des Lenkers eingepresst sind. Die Bewegungen finden im Gummi statt. Dabei dürfen sich sowohl der Außenring als auch die Innenhülse des Gummilagers nicht drehen. Dies setzt eine fehlerfreie Verbindung zwischen dem Gummi (Elastomerkörper) und dem Metall voraus. Bei diesen Gelenken ist die Drehbewegung auf einen Winkel von circa ± 20 Grad und eine Hoch- beziehungsweise Querbewegung auf einen Weg von ±1 Millimeter beschränkt. Die Vorteile dieser Gelenkbauart beruhen vor allem auf den schwingungs- und schalldämpfenden Eigenschaften des Gummis.

Radseitige Gelenke stellen die Verbindung zwischen Lenker zum Radträger über Kugelgelenke her, die am Lenker vernietet, verschraubt oder in ein Topfgehäuse eingepresst sind. Bei angeflanschten Kugelgelenken kann ein Austausch ohne Lenkerwechsel erfolgen. Dadurch werden die Reparaturkosten gesenkt. Gebaute Kugelgelenke sind in die Lenker integriert und müssen deshalb komplett mit dem Lenker ausgetauscht werden. Der Vorteil dieser Bauart liegt in der Gewichtsersparnis, Bauraumreduktion und höheren Funktionssicherheit, da Schnittstellen entfallen.

Kugelgelenke an der Vorderachse ermöglichen die freie Auf- und Abwärtsbewegung des Rades und das Ändern des Nachlaufes. Somit können Zug-, Druck- und Querkräfte aufgenommen und an die Lenker weitergeleitet werden.

Da Kugelgelenke alle auftretenden Radkräfte – außer den Antriebs- und Bremskräften – aufnehmen müssen, werden höchste Anforderungen an sie gestellt.

Diese sind:
-    gleich bleibende Drehmomente
-    kein Spiel (Spiel führt zum „Klappern“)
-    wartungsfrei
-    Übertragen von hohen Kräften
-    kompakt, klein, leicht
-    Sicherheitsvorschriften erfüllen
-    Umwelteinflüssen standhalten, das heißt Temperatur von etwa -40 °C bis +80 °C, Schmutz, Salz, Steinschlag und Rost.

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Fahrwerk

Radlager

Funktion

Radlager haben die Aufgabe, Wellen und Achsen zu führen und abzustützen. Sie sind Teil des Fahrwerks, führen die Räder und nehmen Axial- und Radialkräfte auf. Radialkräfte sind Umfangskräfte, die durch die Drehbewegung entstehen. Sie wirken im rechten Winkel zur Längsachse auf das Radlager. Axialkräfte hingegen sind Kräfte, die in Richtung der Längsachse auf das Radlager einwirken. Sie entstehen beispielsweise durch Kurvenfahrten. Gerade hierbei werden die Radlager in hohem Maße beansprucht.

Radlagerausführungen
In modernen Pkw kommen je nach Anforderung zwei Arten von Radlagern zum Einsatz: Kegelrollen- und Kugellager. Sie werden je nach Anwendung und Belastung in verschiedenen Varianten eingesetzt.

Grundsätzlich bestehen Radlager aus einem Außen- und einem Innenring, den Rollkörpern und einem Käfig, der die Rollkörper umgibt. Die Rollkörper haben je nach Lagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen der beiden Laufringe ab und haben die Aufgabe, die auf das Lager wirkende Kraft von einem Lagerring auf den anderen zu übertragen.

Schmierung
Da beim Drehen des Radlagers eine hohe Reibung entsteht, müssen die Rollkörper geschmiert werden. Dies geschieht mit Schmierstoffen, etwa Schmierfett oder Schmieröl. Ohne Schmierstoff ist das Lager nicht funktionsfähig. Die meisten in modernen Pkw eingesetzten Radlager sind so konstruiert, dass sie absolut wartungsfrei sind. Dies wird mit einer Fettfüllung realisiert, die über die gesamte Lebensdauer des Radlagers eine ausreichende Schmierung der Rollkörper gewährleistet. Aufwändig gestaltete Dichtungen sorgen dafür, dass weder Wasser noch Schmutz in das Radlager eintreten kann. Bei modernen Radlagern sind in den Dichtringen oft magnetische Impulsgeber integriert, die im Raddrehzahlsensor das Drehzahlsignal für das ABS-System erzeugen.

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Bremse

Bremsbelag

Funktion

Die Fahrzeugbremsen haben die Aufgabe, das Fahrzeug sicher und komfortabel zu verzögern und gegebenenfalls zum Stillstand zu bringen. Dies geschieht, indem die Bewegungsenergie durch Reibung zwischen den Bremsbelägen und den Bremsscheiben bzw. –trommeln in Wärmeenergie umgewandelt wird. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs dem Fahrerwunsch entsprechend verringert. Hierbei spielen die Bremsbeläge, auch Reibbeläge genannt, eine sehr wichtige Rolle. Damit die Reibbeläge unter wechselnden Betriebszuständen bestmögliche Bremsergebnisse erzielen, ist ein komplexer Werkstoff erforderlich, der aus unterschiedlichsten Bestandteilen hergestellt wird (Kompositwerkstoff). Er darf unter keinen Umständen versagen. Im Sinne einer hohen Sicherheit müssen Bremsbeläge einen gleichbleibenden Reibwert (Reibungskoeffizient) aufweisen, mechanisch hoch belastbar und temperaturbeständig sein. Neue Bremsbeläge erreichen ihre volle Bremsleistung erst nach einer bestimmten „Einfahrzeit“. Während dieser Phase gleicht sich die Belagoberfläche an die Scheiben-/Trommeloberflächen an. Erst danach wird eine optimale Verbindung zwischen den Reibpaaren (Bremsbelag/Scheibe, Bremsbelag/Trommel) und somit beim Bremsen die maximale Verzögerung erreicht.

Aufbau eines Scheibenbremsbelags
Bremsbeläge sind sandwichartig aufgebaut (siehe Abbildung 1).

Die Belagträgerrückenplatte (blau dargestellt) bildet die Basis des Bremsbelages.  Sie hat die Aufgabe, den Bremsbelag im Bremssattel zu führen und die Temperatur an die angrenzenden Bauteile weiterzuleiten. Die meisten Bremsbeläge verfügen an der Rückseite über eine Dämpfungsmaßnahme (in schwarz dargestellt) Hierbei handelt es sich um Federn, Folien, Bleche oder Lacke, welche die Aufgabe haben, die Geräuschbildung beim Bremsvorgang zu reduzieren. Zur Bremsscheibe hin ist auf der Belagträgerrückenplatte die Bremsbelag-Zwischenschicht (grün dargestellt – auch Underlayer genannt und ca. zwei bis vier Millimeter dick) und das eigentliche Reibmaterial aufgebracht (grau dargestellt). Zwischen Belagträgerrückenplatte und Underlayerbefindet sich zusätzlich eine wenige µm dicke Kleberschicht. Diese gewährleistet eine sichere Verbindung zwischen Trägerplatte und Zwischenschicht/Reibmaterial. Als Zwischenschicht-Alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit bei der Trägerplattenanbindung können Streckmetall, Sinterrauhgrund, eine „gekämmte Platte“ oder Stiftverankerungen zum Einsatz kommen.

Zündung

Zündkerze

Funktion

Betrachtet man die Grundkonstruktion der Zündkerze, so gab es in den vergangenen 50 Jahren keine tiefgreifende Veränderung. Sie besteht nach wie vor aus einem Metallkern, der in einem keramischen Isolator untergebracht ist. Dieser ist wiederum von einem Metallmantel umgeben, der aus einem Gewinde besteht, das in den Zylinderkopf gedreht wird und oben in der Regel einen Sechskantbereich aufweist, der den Zündkerzenstecker aufnimmt und das Ein- oder Ausbauen der Zündkerzen mit einem Zündkerzenschlüssel ermöglicht.

Der Hauptzweck der Konstruktion liegt darin, zu gewährleisten, dass der elektrische Stromkreis bei hoher Spannung an der Zündkerze durch einen Funken geschlossen wird, der von der Mittelelektrode zur Masseelektrode springt.

Entflammung

Die Zündkerze spielt im Ottomotor eine wesentliche Rolle. Sie ist für die Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verantwortlich. Die Güte dieser Entflammung beeinflusst viele Faktoren, die für den Fahrbetrieb und die Umwelt von enormer Bedeutung sind. Hierzu gehören etwa Laufruhe, Leistungsfähigkeit und Effizienz des Motors ebenso wie der Schadstoffausstoss. Bedenkt man, dass sie zwischen 500 und 3500 Mal pro Minute zünden muss, wird klar, wie groß der Beitrag einer modernen Zündkerzentechnik etwa zur Einhaltung aktueller Schadstoffnormen und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist.

Aufbau

Der Anschluss ist als SAE-Anschluss oder als 4 mm-Gewinde ausgeführt. An ihm wird das Zündkabel oder eine Stabzündspule aufgesteckt. In beiden Fällen muss von hier eine anliegende Hochspannung zum anderen Ende der Zündkerze transportiert werden. Der keramische Isolator hat zwei Aufgaben. Er dient im Wesentlichen zur Isolation, verhindert somit einen Überschlag der Hochspannung auf die Fahrzeugmasse (= minus) und leitet Verbrennungswärme an den Zylinderkopf ab. An der Außenseite des Isolators verhindern die wellenförmigen Kriechstrombarrieren den Abfluss der Spannung auf die Fahrzeugmasse. Sie verlängern den hierzu zurückzulegenden Weg und erhöhen so den elektrischen Widerstand. So ist gewährleistet, dass die Energie den Weg mit geringerem Widerstand nimmt - den Weg durch die Mittel-Elektrode.
Um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und damit den störungsfreien Betrieb der Bordelektronik sicherzustellen, kommt im Innern der Zündkerze eine Glasschmelze als Entstörwiderstand zum Einsatz. Die Mittel-Elektrode einer Standardzündkerze besteht meist aus einer Nickellegierung. Vom Ende dieser Elektrode muss der Funke zur Masse-Elektrode überspringen. Das Metallgehäuse ist mittels Gewinde fest mit dem Zylinderkopf verbunden und spielt hierdurch bei der Wärmeableitung eine wichtige Rolle, denn es leitet über diese Verbindung den größten Teil der Verbrennungswärme ab. Der Dichtring verhindert, dass selbst bei hohen Verbrennungsdrücken kein Verbrennungsgas an der Zündkerze vorbei austreten kann. So beugt er Druckverlusten vor. Darüber hinaus leitet er Wärme an den Zylinderkopf ab und gleicht das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Zylinderkopf und Zündkerzengehäuse aus. Die inneren Dichtungen stellen eine gasdichte Verbindung zwischen Isolator und Metallgehäuse her und sorgen so für optimale Abdichtung. Die Masse-Elektrode einer Standard-Zündkerze ist aus einer Nickellegierung gefertigt. Sie stellt bei normaler Funktion den Gegenpol dar.

Temperatur und Wärmefluss

Individuell zugeschnitten auf die unterschiedlichen Motorkonstruktionen und Fahrbedingungen muss eine zeitgemäße Zündkerze sein. So kann es eine Zündkerze, die in allen Motoren problemlos funktioniert, nicht geben. Da die Temperaturentwicklung der jeweiligen Motoren im Brennraum unterschiedlich ist, braucht man Zündkerzen mit unterschiedlichen Wärmewerten. Ausgedrückt wird dieser Wärmewert durch die so genannte Wärmewertkennzahl. Diese Wärmewerte stellen eine auf Elektroden und Isolator gemessene, jeweils der Motorbelastung entsprechende, mittlere Temperatur dar.

Zündkerzen benötigen ein spezielles Temperaturfenster, um optimal arbeiten zu können. Die Untergrenze dieses Fensters liegt bei 450 °C Zündkerzentemperatur, der so genannten Selbstreinigungstemperatur. Ab dieser Temperaturschwelle werden angesammelte Rußpartikel auf der Isolatorspitze verbrannt. Liegt die Betriebstemperatur dauerhaft darunter, können sich elektrisch leitende Rußpartikel ablagern, bis die Zündspannung über die Rußschicht auf die Fahrzeugmasse abfließt, statt einen Funken zu bilden. Ab einer Zündkerzentemperatur von 850 °C erhitzt sich der Isolator so stark, dass es an seiner Oberfläche zu unkontrollierten Zündungen kommen kann, den Glühzündungen. Solche unkontrollierten, abnormalen Verbrennungen können zu Motorschäden führen.

Die Wärmeentwicklung variiert stark von Motor zu Motor. So laufen beispielsweise turbogeladene Aggregate wesentlich heißer als nicht aufgeladene Motoren. Daher gibt es für jeden Motor eine Zündkerze, die ein genau definiertes Maß an Wärme an den Zylinderkopf abgeben kann und gewährleistet, dass das optimale Temperaturfenster eingehalten wird. Auskunft über die Temperaturbelastbarkeit einer Zündkerze gibt der so genannte Wärmewert, dessen Kennzeichnung bei allen Zündkerzenherstellern unterschiedlich ist.

Die Wärmeableitung erfolgt zu annähernd 60 % über das Zündkerzengehäuse und Gewinde. Etwas weniger als 40 % gibt der Dichtring an den Zylinderkopf ab. Die wenigen, zu 100 % fehlenden Anteile fließen über die Mittelelektrode ab. Der Isolator nimmt die Hitze im Brennraum auf und führt sie ins Innere der Zündkerze. Überall dort, wo er Kontakt mit dem Gehäuse hat, wird Wärme abgegeben. Indem man diese Kontaktfläche also vergrößert oder verkleinert, kann man bestimmen, ob die Zündkerze mehr oder weniger Wärme über das Gehäuse abführt.

Bei Zündkerzen mit höherer Temperaturbelastbarkeit ist die Kontaktfläche größer. Bei Zündkerzen mit niedrigerer Temperaturbelastbarkeit ist sie kleiner.

Zündung

Zündmodule

Funktion

Für die Funktion eines Ottomotors ist es notwendig, dass zum Zünden des vom Kolben verdichteten Benzin- Luftgemisches, zum richtigen Zeitpunkt ein Zündfunke zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugt wird. Dieser Zündfunke muss eine ausreichend hohe Energie haben. Um einen Funken zwischen den Elektroden der Zündkerze erzeugen zu können, werden je nach Erfordernis Spannungen zwischen ca. 28.000 Volt und ca. 35.000 Volt benötigt. Da die Fahrzeugbatterie bei einem PKW jedoch nur eine Spannung von 12 Volt hat, muss die erforderliche Hochspannung durch Transformieren erzeugt werden.Diese Funktion des Transformierens von 12V auf die erforderliche Hochspannung übernimmt im Fahrzeug eine Zündspule / ein Zündtransformator.

Für die Steuerung dieses Vorgangs wird z. B. ein Zündmodul benötigt.

Funktion des Zündmoduls

Die Funktion ist relativ einfach. Die Zündspule hat eine Primärwicklung (wenige Windungen) und eine Sekundärwicklung (sehr viele Windungen). Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärwicklung bestimmt die Höhe der am Ausgang entstehenden Hochspannung. Wird über einen Schalter die Primärwicklung der Zündspule auf die 12 V Batteriespannung des Fahrzeuges gelegt, fließt ein Strom durch die Primärwicklung, wodurch ein Magnetfeld in der Zündspule aufgebaut wird, das auch auf die Sekundärwicklung wirkt. Wird nun der Schalter wieder geöffnet, kann über die Primärwicklung kein Strom mehr fließen. Die Energie, die nun aber als Magnetfeld innerhalb der Zündspule gespeichert ist, sucht einen Ausgleich und erzeugt in der Sekundärwicklung eine Hochspannung die hoch genug ist, um die Luftbrücke zwischen den Elektroden der Zündkerze zu überwinden. Dadurch kann die Energie über die Zündkerze abfließen und erzeugt dabei einen Funken (der Funke entsteht also beim Öffnen des Schalters). Dieser Schalter war in älteren Fahrzeugen ein mechanischer Kontakt, der über eine „Nase“ auf der Nockenwelle betätigt wurde (Unterbrecherkontakt). Die Funktion dieses Unterbrecherkontaktes wurde später durch Zündmodule (Zündschaltgeräte) ersetzt.

Innerhalb eines Zündmodules befindet sich u. a. ein Transistor, der die Funktion des Schalters übernimmt. Dieser Transistor ersetzt also den Schalter > er schaltet den Strom durch die Primärwicklung ebenso ein und aus, nur schneller/exakter.

Die Vorteile liegen auf der Hand:

  • Kein mechanischer Verschleiß
  • Keine Kontaktprobleme bei Feuchtigkeit
  • Genauere Steuerung der Zündzeitpunkte

Außerdem haben die meisten Zündmodule eine automatische Strombegrenzung, die verhindert, dass die Zündspule überlastet und dadurch zerstört wird. Der Zeitpunkt, wann die Schaltvorgänge stattfinden sollen, wird natürlich auch beim Einsatz eines Zündmoduls weiterhin von den Vorgängen im Motor, genauer gesagt von der Stellung der Kolben innerhalb der Zylinder, bestimmt. Hierfür benötigt das Zündmodul ein Steuersignal, das von einem Sensor geliefert wird.

Es gibt unterschiedliche Sensoren:

Induktiver Sensor (pick up):

In diesem Sensor befindet sich eine kleine Spule, an der ein Dauermagnet (durch die Drehbewegung der Nockenwelle) vorbeigeführt wird. Dadurch wird in der Spule ein elektrischer Impuls erzeugt, der an das Zündmodul weitergeleitet wird und dieses steuert.

Hall Sensor:

Dieser Sensor beinhaltet einen elektronischen Schalter, der auf Magnetfelder reagiert. Bei diesem Sensor ist ein Dauermagnet an einer festen Position zum Sensor montiert.

Zwischen Sensor und Dauermagnet rotiert eine Schlitzscheibe aus Eisen. Die Schlitzscheibe lässt das Magnetfeld des Dauermagneten entweder bis zum Sensor durch oder sperrt es. Dadurch entsteht am Sensor ein exaktes Rechtecksignal, mit dem das Zündmodul angesteuert wird. Die zeitlichen Abläufe lassen sich mit einem Hall Sensor wesentlich genauer steuern als mit einem „Pick up“.

Zündwinkel / Zündzeitpunktverstellung

Details

Zündung

Zündspule

Funktion

Die Zündspule hat die Aufgabe, die mit 12 Volt relativ niedrige Bordspannung des Fahrzeuges auf die erforderliche hohe Zündspannung zu transformieren – und die in ihr gespeicherte Energie an die Zündkerze abzugeben. Das Funktionsprinzip der Zündspule ist relativ einfach. Sie ist mit einer Primärwicklung (wenige Windungen) und eine Sekundärwicklung (sehr viele Windungen) ausgestattet. Das Verhältnis zwischen der Primär- und Sekundärwicklungszahl bestimmt die Höhe der am Ausgang entstehenden Hochspannung. Wird die Primärwicklung der Zündspule mit Bordspannung beaufschlagt, fließt ein Strom durch die Primärwicklung. Dadurch wird ein Magnetfeld in der Zündspule aufgebaut. Wird der Stromfluss in der Primärwicklung unterbrochen, baut sich das Magnetfeld schlagartig ab und erzeugt gleichzeitig in der Sekundärwicklung die für den Zündfunken erforderliche Hochspannung.

Je nach Zündsystem, Fahrzeuggeneration und Fahrzeugmodell wird die von der Zündspule erzeugte Hochspannung auf unterschiedliche Weise an die Zündkerze übertragen. Bei älteren Fahrzeugen verteilt ein mechanischer Zündverteiler die Hochspannung an die Zündkerzen. Mit der Einführung der vollelektronischen Zündung wurde der Zündverteiler abgelöst und die Zündspule direkt mit der Zündkerze verbunden.

Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde das Zündsystem stetig weiterentwickelt. Dabei können folgende Zündsysteme als Meilensteine betrachtet werden:

Konventionelle Spulenzündung SZ-ROV (rotierende Hochspannungsverteilung)

Die Verteilung der Hochspannung an die jeweilige Zündkerze wird hier durch einen rotierenden Verteilerfinger vorgenommen, der sich im Zündverteiler befindet. Der für die Umsetzung der ROV erforderliche Zündverteiler besteht aus zahlreichen Bauteilen, unter anderem aus einem mechanisch betätigten und dadurch verschleißintensiven Unterbrecherkontakt. Bedingt durch die Mechanik (und der damit verbundenen Trägheit) ist die Kapazität der Schaltvorgänge begrenzt – und die Schaltzeitpunkte können nicht immer exakt eingehalten werden. Dieses Zündsystem ist nur noch bei Old- und Youngtimern vorzufinden.

Transistorzündung TZ-ROV (rotierende Hochspannungsverteilung)

Mit der Einführung der kontaktgesteuerten Transistor-Zündung wurde zunächst die Verschleißanfälligkeit des mechanischen Unterbrecherkontaktes deutlich reduziert. Später wurde dann der Unterbrecherkontakt durch ein Transistorschaltgerät (Zündmodul) ersetzt. Die Ansteuerung des Transistorschaltgerätes erfolgte in der Regel durch einen Hall- oder Induktionsgeber, der sich im Zündverteiler befindet.

Elektronische Zündung EZ-ROV

Die Hochspannungsverteilung erfolgt bei diesem Zündsystem noch mechanisch. Die mechanische Zündwinkelverstellung wird jedoch durch eine elektronische Steuerung ersetzt, so dass keine Unterdruckdose mehr am Zündverteiler benötigt wird. Die erforderlichen Parameter wie Drehzahl und Last werden bereits elektronisch erfasst und mit einem abgelegten Zündwinkelkennfeld verglichen. Die Ansteuerung der Zündspule erfolgt durch ein Zündungssteuergerät.

Vollelektronische Zündung VZ-RUV


Bei der vollelektronischen Zündung ist kein Zündverteiler mehr erforderlich. Die Spannungsverteilung erfolgt auf elektronischem Wege in einem Zündungssteuergerät („ruhende Hochspannungsverteilung“). Dieses Zündsystem hat sich in modernen Fahrzeugen weitestgehend durchgesetzt.

Je nach Zündsystem kommen unterschiedliche Zündspulenbauarten zum Einsatz. Hier ein Überblick:

Becherzündspulen


Becherzündspulen kommen vor allem bei älteren Fahrzeugmodellen zum Einsatz. Diese bieten durch die trockene und damit auslaufsichere Isolierung zwischen Spulenwicklung und Bechergehäuse deutlich mehr Sicherheit. Die von Billiganbietern gefertigten Becherzündspulen sind oftmals mit Öl gefüllt, das bei einem Defekt oder Unfall auslaufen und zu einem Fahrzeugbrand führen kann.

Verteilerzündspulen


Verteilerzündspulen sind mit einem Hochspannungsdom versehen, der durch ein Hochspannungskabel mit dem Zündverteiler verbunden ist. Sie kommen hauptsächlich in Fahrzeugen mit rotierender Hochspannungsverteilung zur Anwendung.

Blockzündspulen

In einer Blockzündspule sind mehrere Zündspulen zusammengefasst und steuern mehrere Zündkerzen über Zündleitungen an. Blockzündspulen gibt es mit und ohne integrierter Endstufe und in Einzel- oder Doppelfunkentechnik.

Kerzenschacht-/Steckerzündspulen


Kerzenschacht- oder Steckerzündspulen (mit Einzel-und Doppelfunkentechnik) werden direkt auf die Zündkerze aufgesteckt. Dadurch kann die Zündenergie praktisch ohne Leistungsverluste direkt an die Zündkerze übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der bereits vorhandene Zündkerzenschacht, je nach Bauform als Montageraum für die Zündspule genutzt werden kann. Kerzenschacht- und Steckerzündspulen werden in Fahrzeugen mit vollelektronischer Zündung eingesetzt, zum Beispiel in Modellen von BMW, Fiat, Mercedes-Benz, Porsche, Renault oder VW.

Zündspulenleisten


In einer Zündspulenleiste sind mehrere Einzelzündspulen zusammengefasst. Diese werden direkt auf die Zündkerzen gesteckt. Für das frühzeitige Erkennen von Fehlzündungen, einer klopfenden Verbrennung und Zündaussetzern können die Spulen außerdem mit einer integrierten Ionenstrommessung ausgestattet sein. Letztere überwacht die Gemischverbrennung und bildet die Basis für einen Zündregelkreis. Solche Zündspulen werden zum Beispiel in Modellen von VW, Opel, Peugoet, Citreon und Skoda verbaut.

Details

Zündung

Zündleitungen (Zündkabel)

Funktion

Die Zündleitungen sind dafür verantwortlich, die benötigte Spannung (U) möglichst verlustfrei zur Zündkerze zu leiten. Dies geschieht - je nach Bauart des Fahrzeugs - unter Verwendung:

– eines mechanischen Zündverteilers und Verteilerkappe,
– eines vollelektronischen Zündmoduls,
– einer vollelektronischen Semi-Direkt-Zündung bzw. Doppelfunkenzündspule.

Da die Zündspannung (U) sich im Hochspannungsbereich mit bis zu 36.000 Volt befindet, müssen die Zündleitungen entsprechend durchschlagssicher sein. Die Zündspannung darf die Ummantelung in keinem Fall durchdringen und auf die Fahrzeugmasse abfließen - sonst kommt es zu Zündaussetzern. Bei allen Zündleitungssystemen werden Widerstände verwendet, obwohl grundsätzlich eine verlustarme Übertragung angestrebt wird. Ein Ausblick in die Elektrotechnik macht deutlich, dass darin kein Widerspruch liegen muss. Alle elektrisch betriebenen Geräte erzeugen mehr oder minder starke elektromagnetische Felder. Diese sind in den meisten Fällen zwar unbedenklich, können unter Umständen aber unerwünscht (z. B. Störung des Rundfunkempfangs) sein. Die Zündanlage erfordert eine optimale Nahentstörung, um den Betrieb von Radios, Kommunikationselektronik, Motor- oder Getriebesteuergeräten störungsfrei zu gewährleisten. Die Annahme, dass Widerstände die Zündenergie und damit die Motorleistung reduzieren, erweist sich als Irrtum. Die verwendeten Widerstände sind so dimensioniert, dass sie vernachlässigt werden können. Die von Markenherstellern angebotenen Zündleitungssysteme bieten beste Entstörung bei optimaler Zündleistung. Die Einheit zur Messung des Widerstands (R) ist Ohm. Bei Zündleitungen liegt dieser Wert im Bereich einiger tausend Ohm oder "Kiloohm". Zweck dieses Widerstands ist es, wie bereits beschrieben, die störende elektromagnetische Strahlung zu verringern. Das wird dadurch erreicht, dass der Strom (I) durch die Zündleitung begrenzt wird, und gleichzeitig dafür gesorgt wird, dass die Zündkerze weiterhin die benötigte Spannung (U) erhält. Die mathematische Formel dafür lautet U = R * I

Vereinfacht kann man sich die Nahentstörung so vorstellen: Die Zündanlage besteht aus einer Spule und Kondensatoren, elektrotechnisch auch "Schwingkreis" genannt. In den Zündkreis integrierte Entstörwiderstände (meistens 1-5 kOhm) reduzieren diese elektromagnetischen Schwingungen und sorgen für das störungsfreie Zusammenwirken der unterschiedlichen Geräte. Dies wird als "elektromagnetische Verträglichkeit" (EMV) bezeichnet. Eine Besonderheit weisen Zündleitungen mit induktivem Blindwiderstand auf: bei dieser Ausführung ändert sich der Widerstand abhängig von der Zündfrequenz (Motordrehzahl). Hier baut sich, bedingt durch die Drahtspule, bei höheren Drehzahlen ein größerer (induktiver) Widerstand auf. Wo Strom fließt, bilden sich elektromagnetische Felder, wie man sie von Mobiltelefonen und Radiowellen kennt. Solche elektromagnetischen Felder entstehen auch bei der Zündung. Ihre Intensität nimmt zum Zeitpunkt eines jeden "Funkenabrisses" an den Mittelelektroden der Zündkerze erheblich zu - es kommt zu starken Spannungsspitzen entlang der Zündleitung. Da zu starke elektromagnetische Felder Störungen in elektronischen Geräten hervorrufen können - z. B. bei Radios, dem ABS, Motor- oder Getriebe-Steuergeräten - müssen sie innerhalb eines nicht schädlichen Bereichs gehalten werden. Hierzu verfügen Zündleitungen über elektrische Widerstände. Diese begrenzen die Spannungsspitzen beim Funkenabriss und bei der Entladung der Zündspule. Dabei wird die Energie aus anliegender Spannung und Stromstärke in ein anderes Energie-Zeitverhältnis gesetzt.

 

 

Motor

Motoren-Dichtungstechnik

Funktion

Dichtungen sind hoch technische und komplexe Motorenbauteile. Sie werden in modernen Verbrennungsmotoren und Aggregaten (Getriebe, Achsen, etc.) in vielen Varianten und in unterschiedlichsten Werkstoffkompositionen eingesetzt.

Die Motordichtung ist eine wichtige Schlüsselkomponente und trägt zu einem effizienten, sicheren und wirtschaftlichen Motorbetrieb bei.


Dichtungen haben hauptsächlich die Aufgabe, die verschiedenen Medien wie Gase, Wasser und Öl im Motor voneinander und nach außen abzudichten. Sie dienen aber auch als Kraftübertragungsglied. Zum Beispiel hat die Zylinderkopfdichtung zwischen Motorblock und Zylinderkopf einen erheblichen Einfluss auf die Kraftverteilung innerhalb des gesamten Verspannungssystems und die dadurch verursachten Bauteilverformungen.

Die modernen Hochleistungs-Dichtungssysteme arbeiten sehr zuverlässig. Die Motorenentwickler und Zulieferunternehmen haben mit hohem Entwicklungsaufwand Produktlösungen geschaffen, die eine sichere Funktion auch unter kritischen Randbedingungen sicherstellen. So halten moderne Dichtsysteme aggressiven Medien, hohen Drücken und ebensolchen Temperaturen ein Autoleben lang stand.

Üblicherweise wird der Autofahrer auf die unscheinbaren Konstruktionselemente der Motoren-Dichtungstechnik erst aufmerksam, wenn ein Leck entsteht. In diesen Fällen ist jedoch nicht das Versagen der Dichtung Ursache für das Leck. Meistens führen Schäden im Umfeld zu einer übermäßigen Belastung des Dichtungselements. So kann beispielsweise das Überhitzen des Motors einen Defekt an einer Dichtung auslösen. Je nach Belastung des Motors kann ein Leck nach einer Vorschädigung des Dichtungselements schlagartig oder erst nach einer gewissen Zeit auftreten.

Motor

Kettentrieb

Funktion

Der Kettentrieb von Verbrennungsmotoren hat die Aufgabe, die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwellen zu übertragen. Damit wird sichergestellt, dass die Ventile zuverlässig und exakt zum richtigen Zeitpunkt öffnen und schließen. Als Übertragungsmedium wird eine Kette verwendet. Sie wird auch Steuerkette genannt.

Steuerketten werden bereits seit Beginn des 20. Jahrhunderts standardmäßig in Verbrennungsmotoren verbaut. Seit den 1980er Jahren hat sich als kostengünstigere Alternative zunehmend der Zahnriementrieb durchgesetzt. Einige Hersteller wie Mercedes und BMW setzen traditionell weiter auf den Kettentrieb. Auch bei anderen Herstellern sind – vor allem bei großvolumigen Motoren ¬–häufig Steuerketten zum Antrieb der Nockenwellen zu finden.

Als Steuerketten kommen je nach Anforderungen des Automobilherstellers einfache (Simplex-) und doppelte (Duplex-) Rollenketten sowie invertierte Zahnketten zum Einsatz. Steuerketten bieten gegenüber Riementrieben den Vorteil, dass sie das Überbrücken großer Abstände zwischen Bauteilen und das Übertragen großer Kräfte ermöglichen.

Allerdings können sich die Steuerketten im Laufe der Zeit längen und müssen nach längerem Betrieb neu gespannt werden. Um dies zu umgehen, werden sie werksseitig in der Produktion bereits vorgelängt. Außerdem sind Steuerketten im Vergleich zum Zahnriementrieb lauter. Die höhere Geräuschentwicklung kann jedoch durch den Einsatz von Gleitschienen und Kettenspannern gemildert werden. Ferner sind Kettentriebe schwerer als Zahnriementriebe und erfordern einen höheren Montageaufwand beim Austausch der Komponenten.

Der Kettentrieb ist während des normalen Betriebs hohen Belastungen ausgesetzt. Typische Verschleißteile des Kettentriebes sind die Steuerketten, die Gleit- und Spannschienen, die Kettenspanner und die Kettenräder. Die Qualität und Verarbeitung dieser Bauteile ist entscheidend für die Sicherheit und Langlebigkeit des Kettentriebs.

Motor

Zahnriemen

Funktion

Der Zahnriemen steuert den präzisen Verbrennungsvorgang im Motor. Er wird von der Kurbelwelle angetrieben und steuert die Nockenwelle, welche die Ventile betätigt. Diese müssen im richtigen Moment geöffnet und wieder geschlossen werden. Über die Ventile erfolgt die Versorgung des Brennraums mit dem Luft-Kraftstoffgemisch, durch dessen Verbrennung die Kolben des Motors angetrieben werden. Da sich die Kolben im Motor auf und ab bewegen, muss das korrekte Ansteuern der Ventile gewährleistet sein, um eine Kollision von Kolben und Ventilen im engen Brennraum zu verhindern. Ferner können Zahnriemen für den Antrieb von Einspritzpumpen und Ausgleichswellen oder auch Wasserpumpen eingesetzt werden. Neben Zahnriemen finden auch Steuerketten Verwendung in PKW-Motoren, seltener Stirnräder oder Königswellen. Im Gegensatz zu Keil- und Keilrippenriemen übertragen Zahnriemen die Kraft über ihre Zähne, das heißt es handelt sich um formschlüssige Antriebselemente.

Motor

Keilriemen

Funktion

Der Keilriemen dient als Treibriemen. Er verbindet die Keilriemenscheiben miteinander und überträgt somit die Kraft vom Motor auf die Nebenaggregate wie z.B. den Generator, die Hydraulikpumpe der Servolenkung, den Klimaanlagenkompressor, den Lüfter und die Wasserpumpen.

In einem Verbrennungsmotor werden durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches Kolben angetrieben, deren geradlinige Bewegung über Pleuel in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Der Keilriemen nutzt die Kraft der Drehbewegung (Drehmoment) der Kurbelwelle und treibt über Keilriemenscheiben zusätzliche Aggregate an. Er sorgt somit für die korrekte Funktion des Motors und einen hohen Fahrkomfort. Ein Keilriemen kann ein bis zwei Zusatzaggregate antreiben.

Motor

Keilrippenriemen

Funktion

Der Keilrippenriemen stellt eine Weiterentwicklung des Keilriemens dar und arbeitet nach dem gleichen Prinzip: Er dient als Treibriemen, verbindet Keilrippenriemenscheiben miteinander und überträgt die Kraft vom Motor auf die Nebenaggregate wie z.B. den Generator, die Hydraulikpumpe der Servolenkung, den Klimaanlagenkompressor, den Lüfter und die Wasserpumpe.

In einem Verbrennungsmotor werden durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches Kolben angetrieben, deren geradlinige Bewegung über Pleuel in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Der Keilriemen nutzt die Kraft der Drehbewegung (Drehmoment) der Kurbelwelle und treibt über Keilrippenriemenscheiben zusätzliche Aggregate an. Er sorgt somit für die korrekte Funktion des Motors und einen hohen Fahrkomfort. Der Keilrippenriemen hat gegenüber dem Keilriemen den Vorteil, dass er das Drehmoment des Motors auf mehrere Aggregate gleichzeitig übertragen kann.

Motor

Riementriebkomponenten

Funktion

Riementriebe sind in jedem modernen Motor zu finden. Sie haben die Aufgabe, die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Motorsteuerung oder auf Nebenaggregate zu übertragen und diese anzutreiben.

Für den Antrieb der Nockenwellen sind in modernen Motoren Zahnriemen sehr weit verbreitet. Im Vergleich zur Steuerkette sind sie leichter und leiser. Der Zahnriementrieb setzt sich aus dem Zahnriemen selbst, einem Riemenspanner, Spann- und Umlenkrollen sowie den Zahnrädern an der Kurbelwelle, an den Nockenwellen und den Nebenaggregaten zusammen. Der Zahnriemen besteht aus Synthesekautschukmischungen und eingebetteten Glascordzugsträngen. Die Kraftübertragung erfolgt ohne Schlupf über die Zähne. Mittlerweile haben sich unterschiedliche Zahnformen etabliert.

Neben Zahnriemen kommen in modernen Motoren Keil- beziehungsweise Keilrippenriemen zum Einsatz, die Nebenaggregate wie Lüfter, Generatoren, Kompressoren oder Hydraulikpumpen antreiben. Durch die zu übertragenden Drehmomente, dynamischen Belastungen und wechselnden Temperaturen werden Keilrippenriemen stark beansprucht.

Von Riementriebkomponenten werden in jedem Fahrzeug Höchstleistungen gefordert. Nur der optimale Lauf der Riementriebkomponenten gewährleistet den einwandfreien Betrieb der Nebenaggregate.

Motor

Steuertrieb

Funktion

Der Steuertrieb hat die Aufgabe, die Nockenwellen anzutreiben und damit das Öffnen und Schließen der Ventile zu steuern. Der Steuertrieb kann mit Hilfe eines Zahnriemens, einer Steuerkette oder mit Stirnräder realisiert werden. Diese Varianten der Steuerung haben alle eines gemeinsam: Sie übertragen die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle(n) in einem Übersetzungsverhältnis von 2:1. Damit koordiniert der Steuertrieb das zeitlich aufeinander abgestimmte Zusammenspiel (Steuerzeiten) zwischen Kolben- und Ventilbewegungen. Im Steuertrieb mit Hilfe eines Zahnriemens werden Spann- und Umlenkrollen benötigt. Die Spannrollen sorgen für eine konstante Spannung des Zahnriemens und übertragen die Kraft vom Zahnriemenspanner auf den Zahnriemen selbst. Umlenkrollen verändern den Verlauf des Zahnriemens entsprechend der Anordnung der anzutreibenden Wellen und dienen oft auch als Beruhigungsrollen, um ein mögliches Flattern des Zahnriemens zu verhindern.

 

Motor

Aggregatetrieb

Funktion

Der Aggregatetrieb hat die Aufgabe, Nebenaggregate wie den Generator, die Lenkhilfepumpe, die Wasserpumpe oder den Klimakompressor anzutreiben. Hierbei kommen Keil- bzw. Keilrippenriemen zum Einsatz, welche die Antriebsenergie von der Kurbelwelle auf die jeweiligen Aggregate übertragen.

Durch den gestiegenen Komfortanspruch an heutige Kraftfahrzeuge ist der Elektronikanteil und damit der Bedarf an elektrischer Energie im Auto stark gestiegen. Ein Keilriemen reicht dadurch oftmals nicht mehr aus, um die stärkeren Generatoren und weiteren Nebenaggregate wie Klimakompressor oder Lenkhilfepumpe, anzutreiben. Deshalb kommen Keilrippenriemen zum Einsatz, mit denen kleinere Umschlingungsradien und damit größere Übersetzungsverhältnisse möglich sind. Zudem lasen sich auf engstem Raum angeordnete Nebenaggregate durch die Vorder- und Rückseite des Keilrippenriemens antreiben.

Spann- und Umlenkrollen

Zu den weiteren Komponenten des Aggregatetriebs gehören die Spannrollen und die Umlenkrollen. Die Spannrollen sorgen für eine konstante Spannung des Riemens und übertragen die Kraft vom Riemenspanner auf den Riemen. Umlenkrollen verändern den Verlauf des Riemens entsprechend der vorhandenen Nebenaggregate und dienen oft auch als Beruhigungsrollen, um ein Flattern des Riemens zu verhindern.

Motor

Freilauf-Riemenscheiben

Funktion

Im Gegensatz zu Elektromotoren haben Verbrennungsmotoren keine gleichmäßige Drehbewegung. Die Kurbelwelle wird bedingt durch das Viertaktprinzip ständig beschleunigt und abgebremst. Diese Schwingungen übertragen sich auch auf den Aggregatetrieb, was sich negativ auf das Geräuschverhalten und die Lebensdauer des Antriebsriemens auswirkt. Aus diesem Grund wird der Generator bei modernen Fahrzeugen mit einer Freilauf-Riemenscheibe (auch Generatorfreilauf genannt) ausgestattet. Sie wird direkt auf die Antriebswelle des Generators montiert und überträgt die Antriebskraft nur in eine Drehrichtung. Damit entkoppelt sie den Generator von den Schwingungen der Kurbelwelle. Dank diesem technischen Trick läuft der Riementrieb ruhiger, leiser und die Lebensdauer des Antriebsriemens wird verlängert.

 

 

Motor

Spann- und Umlenkrolle

Funktion

Bei modernen Motoren werden für den Antrieb der Nebenaggregate wie Generator, Servolenkungspumpe, Wasserpumpe oder Klimakompressor überwiegend Keilrippenriemen eingesetzt. Bei einem großen Teil der Motoren wird der Steuertrieb mit Zahnriemen realisiert. Diese Riementriebe benötigen für eine zuverlässige und geräuscharme Funktion Spannrollen und Umlenkrollen. Sie haben die Aufgabe, den Riemen zu führen, umzulenken und die für den optimalen Betrieb erforderliche Riemenspannung sicherzustellen.

Motor

Motorsteuerung

Funktion

Viertaktmotoren sind für einen sicheren, effizienten und schadstoffarmen Betrieb auf einen ausgeklügelten Gaswechsel angewiesen. Das heißt, im Ansaugtakt muss möglichst viel frische Luft beziehungsweise Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gelangen. Im Ausstoßtakt müssen die Abgase so schnell wie möglich wieder abgeleitet werden. Bei Viertaktmotoren übernehmen die Ventile die Aufgabe, den Gaswechsel zu steuern. Diese wiederum werden von der Nockenwelle betätigt, die ihrerseits von der Kurbelwelle angetrieben wird.

Die Gesamtheit der Bauteile, die an der Regelung des Zustroms der Frischgase und an der Abfuhr der Abgase beteiligt sind, wird als Motorsteuerung bezeichnet.

Die Motorsteuerung hat die Aufgabe, die Ventile in einem exakt definierten Zeitpunkt zu öffnen beziehungsweise zu schließen, so dass in den jeweiligen Betriebszuständen die gewünschten Leistungs- und Drehmomentanforderungen erfüllt werden und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen möglichst niedrig ausfallen.

Im Laufe der Automobilgeschichte gab es zahlreiche konstruktive Lösungen bei der Motorsteuerung, etwa Zahnräder oder die Königswelle. Bei aktuellen Motoren kommen nur noch obenliegende Nockenwellen zum Einsatz, die entweder mit einer Steuerkette oder einem Zahnriemen angetrieben werden.

Je nach Motorenkonstruktion sind in die Motorsteuerung auch weitere Nebenaggregate, etwa die Öl- oder Wasserpumpe integriert. Die Komponenten der Motorsteuerung sind hohen Belastungen ausgesetzt. Typische Verschleißteile in diesem Bereich sind die Nockenwellen, Ölpumpen, Riementriebkomponenten oder die Ventile.

Zubehör

Hörner

Funktion

Hörner und Fanfaren sind in jedem Kraftfahrzeug erforderlich. Dies ist im § 55 der StVZO geregelt.

Sie ermöglichen dem Fahrer besonders in Gefahrensituationen, andere Verkehrsteilnehmer über die Position und Bewegung des Fahrzeugs zu informieren beziehungsweise zu alarmieren.

Für Kraftfahrzeuge gibt es unterschiedlichste Hörner, etwa Normaltonhörner, Starktonhörner und elektropneumatische Fanfaren, sowie Druckluft- und Kompressorfanfaren.

Hörner erzeugen Schall in alle Richtungen – Fanfaren bündeln ihn

Das erste elektrische Signalhorn wurde vor 100 Jahren in Deutschland zum Patent angemeldet. Am Konstruktionsprinzip des Horns hat sich bis heute nichts geändert:

Eine elektrisch angeregte Membran erzeugt den Schall, der in alle Richtungen abstrahlt. Der auf die Tonhöhe abgestimmter Trichter der Fanfaren erzeugt ebenfalls über eine Membran einen besonders angenehmen, weichen Klang, der im Gegensatz zum Horn in eine Richtung gelenkt wird.

Signal-Hörner und Fanfaren sind mit ihrem unverwechselbaren Klang heute auf der ganzen Welt im Straßenverkehr zu hören.

Details

Motor

Abgas-Turbolader

Funktion

Der Abgas-Turbolader hat die Aufgabe, die Verbrennungsluft, die dem Motor zugeführt wird, zu verdichten. Damit wird im Vergleich zu Saugmotoren eine wesentlich bessere Füllung der Zylinder erreicht. Auf diese Weise ergibt sich eine höhere Motorleistung bei gleichzeitig niedrigerem Verbrauch und besseren Emissionswerten.

Bei der Abgasturboaufladung wird ein Teil Abgasenergie, die sonst ungenutzt in die Umwelt entweichen würde, zum Antrieb einer Turbine genutzt. Auf der Welle des Turboladers ist gegenüber der Turbine ein Verdichter montiert. Dieser saugt die Verbrennungsluft an und führt sie in verdichteter Form dem Motor zu. Eine mechanische Kopplung mit dem Motor besteht nicht. 

Der Abgasturbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die durch eine gemeinsame Welle mechanisch fest miteinander verbunden sind. Die Turbine wird von den Abgasen des Motors angetrieben und liefert die Antriebsenergie für den Verdichter. Bei Turboladern werden in den meisten Fällen Zentripetalturbinen und Radialverdichter eingesetzt.

Radialverdichter

Ein Radialverdichter besteht im Wesentlichen aus dem Verdichterrad, dem Diffusor und dem Spiralgehäuse. Wird das Verdichterrad gedreht, saugt es axial (in Richtung der Längsachse) Luft an und beschleunigt sie auf eine hohe Geschwindigkeit. Die Luft verlässt das Verdichterrad in radialer Richtung. Im Diffusor wird die Geschwindigkeit der Luft weitgehend verlustfrei verringert. Die Folge davon ist, dass der Druck und die Temperatur ansteigen. Der Diffusor wird aus der Verdichterrückwand und einem Teil des Spiralgehäuses gebildet. Im Spiralgehäuse wird die Luft gesammelt und die Geschwindigkeit bis zum Verdichteraustritt weiterhin reduziert.

Auf der Antriebsseite werden in Abgasturboladern für Pkw-, Nutzfahrzeug- und Industriemotoren ausschließlich Radialturbinen, die auch als Zentripetalturbine bezeichnet werden, eingesetzt. Sie wandeln den Druck des Abgases innerhalb des Spiralgehäuses in kinetische Energie um und führen das Abgas mit konstanter Geschwindigkeit dem Turbinenrad zu. Im Turbinenrad wird die kinetische Energie des Abgases in Rotationsenergie der Welle umgewandelt. Das Turbinenrad ist so ausgelegt, dass am Austritt nahezu die gesamte kinetische Energie umgesetzt ist.

Ladedruckregelung

Für eine optimale Funktion des Turbomotors muss der Ladedruck des Abgasturboladers an die Motorlast und die Motordrehzahl angepasst werden. Die einfachste Form der Ladedruckregelung ist der turbinenseitige Bypass (Umgehungskanal). Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird. Bei einer solchen Auslegung wird der Turbine kurz vor Erreichen des maximalen Drehmomentes mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedruckes notwendig ist. Deshalb wird nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedruckes ein Teil der Abgasmenge durch einen Bypass um die Turbine herum geleitet. Die Ladedruckregelklappe, die den Bypass öffnet und schließt, wird in Abhängigkeit vom Ladedruck durch eine federbelastete Membrane angesteuert.

Bei modernen Pkw-Dieselmotoren ist für die Ladedruckregelung die verstellbare Turbinengeometrie (VTG) mit drehbaren Leitschaufeln mittlerweile Stand der Technik. Die verstellbare Turbinengeometrie ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt der Turbine in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes zu verstellen. Dadurch wird die gesamte Abgasenergie genutzt und der Strömungsquerschnitt der Turbine kann für jeden Betriebspunkt optimal eingestellt werden, sodass gegenüber der Bypassregelung der Wirkungsgrad des Turboladers und damit der des Motors verbessert wird. Das ständige Anpassen des Turbinenquerschnittes an den Fahrzustand des Motors bewirkt zudem das Senken des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen. Das bereits bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmoment des Motors und eine sorgfältig abgestimmte Regelstrategie bewirken eine spürbare Verbesserung des dynamischen Fahrverhaltens.

Gemischaufbereitung

Abgasrückführung

Funktion

Die Abgasrückführung (AGR) ist eine bewährte und erprobte Methode zur Schadstoffreduzierung. Hierbei wird am Abgaskrümmer eine definierte Menge Abgas entnommen und der Ansaugluft wieder zugemischt. Dadurch wird der Sauerstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch verringert und so die Verbrennungstemperatur in den Zylindern abgesenkt. Da schädliche Stickoxide (NOx) vorwiegend bei hohen Temperaturen und Drücken entstehen, können mit der Abgasrückführung die NOx-Konzentrationen, die in die Umwelt abgegeben werden, um bis zu 50 Prozent reduziert werden.

Bei Dieselmotoren senkt die Abgasrückführung außerdem die Bildung von Rußpartikeln um ca. 10 Prozent.

Die Menge der zurückgeführten Abgase wird von der Motorsteuerung berechnet und je nach Systemauslegung über verschiedene Aktuatoren geregelt. Hierzu zählen:
 
- Das AGR-Ventil
Das AGR-Ventil hat die Aufgabe, die Menge des zurückgeführten Abgases zu dosieren. Es ist entweder am Abgaskrümmer oder am Ansaugtrakt angebaut. Bei einigen Motoren sitzt es in einer hitzebeständigen Abgasleitung, die den Abgaskrümmer mit dem Ansaugtrakt verbindet. AGR-Ventile in Dieselfahrzeugen haben aufgrund der hohen Rückführraten große Öffnungsquerschnitte. Bei AGR-Ventilen im Ottomotor sind die Querschnitte deutlich kleiner. In Pkw-Anwendungen kommen pneumatische und elektromotorische AGR-Ventile zum Einsatz.

Pneumatische AGR-Ventile werden mittels Unterdruck über elektromagnetische Ventile betätigt.Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt. Elektrische oder elektromotorische AGR-Ventile werden direkt vom Steuergerät angesteuert und benötigen keinen Unterdruck und kein Magnetventil.

- Die Regelklappe (Diesel)
Da bei Dieselfahrzeugen die Druckdifferenz zwischen Abgas- und Saugseite für hohe Abgasrückführraten nicht ausreicht, werden "Regelklappen" im Saugrohr eingesetzt, um den nötigen Unterdruck zu erzeugen.
 
- Elektroumschaltventil (EUV)
Bei einfachen Systemen mit einem Elektroumschaltventil (EUV) hat das AGR-Ventil lediglich eine Auf-Zu-Funktion. Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt.
 
- Elektropneumatischer Wandler (EPW)
Bei Systemen mit einem elektropneumatischen Wandler (EPW) kann das AGR-Ventil stufenlos verstellt werden. Der Unterdruck zur Ansteuerung wird aus dem Saugrohr abgegriffen, oder durch eine Vakuumpumpe erzeugt.


- AGR-Leitungen
Zur Abgasrückführung gehören außerdem die AGR-Leitungen. Sie verbinden alle Komponenten der Abgasrückführung von der Abgasentnahmestelle über den AGR-Kühler, das AGR-Ventil bis hin zum Ansaugbereich. Aufgrund enger Platzverhältnisse im Motorraum sind oft komplizierte Verbindungswege erforderlich. AGR-Leitungen gibt es entweder in flexibler oder starrer Ausführung.

An moderne AGR-Leitungen werden hohe Anforderungen gestellt. So müssen sie beispielsweise unterschiedliche und wechselnde Temperaturniveaus an den Befestigungsorten und Montagetoleranzen der beteiligten Bauteile ausgleichen sowie temperatur-, abgas- und korrosionsbeständig sein.

Ungünstige Betriebsbedingungen wie zum Beispiel häufiger Kurzstreckenbetrieb, vernachlässigte Serviceintervalle oder Verbrennungsprobleme des Motors können unter Umständen dazu führen, dass sich AGR-Leitungen mit Ablagerungen zusetzen beziehungsweise verkoken. Gleiches gilt auch für die AGR-Ventile. Das führt zu einer geringeren Rückführrate des Abgases, was wiederum weitere Probleme für einen optimalen Motorlauf nach sich zieht. Sollte ein AGR-Ventil aufgrund einer Zusetzung beziehungsweise Verkokung gewechselt werden müssen, ist in jedem Fall auch die angeschlossene AGR-Leitung zu prüfen und eventuell zu erneuern.


Zubehör

Wischblätter

Funktion

Die Wischerblätter des Fahrzeugs haben die Aufgabe, die gesetzliche Forderung nach stets ausreichender Rundumsicht zu erfüllen und so die Fahrsicherheit bei den verschiedenen Fahrsituationen zu gewährleisten. Daraus ergeben sich folgende Anforderungen an die Wischerblätter:

– Sie müssen die Frontscheibe von Regen, Schnee und Schmutz reinigen. Dabei muss das Wischfeld eine bestimmte, gesetzlich vorgeschriebene Größe haben, um eine ausreichende Sicht bis zum Fahrbahnrand auf Verkehrszeichen und Ampelanlagen zu gewährleisten.

– Die Wischqualität muss sicherstellen, dass Streulicht und die damit verbundene Blendwirkung durch entgegenkommende Fahrzeuge möglichst vermieden wird.

Das sind sehr hohe Anforderungen wenn man bedenkt, dass das Wischerblatt neben der mechanischen Beanspruchung auch extremsten Umwelteinflüssen wie Hitze, Kälte, Chemikalien und Salznebel ausgesetzt ist. Deshalb können nur qualitativ hochwertige Markenprodukte für dauerhaft gute Wischergebnisse und langfristige Sicherheit sorgen.

Der aktuelle Entwicklungstrend geht eindeutig zum gelenkfreien Wischerblatt. Die Verteilung der Auflagekraft auf den Wischgummi übernehmen hier nicht mehr die Krallen der Wischerblattbügel, sondern zwei speziell auf die Scheibe abgestimmte, vorgebogene Federschienen. Sie bewirken einen noch gleichmäßigeren Anpressdruck der Wischlippe gegen die Scheibe. Dies mindert einerseits den Verschleiß der Wischlippe und erhöht die Wischqualität. Mit dem Wegfall des Bügelsystems tritt außerdem kein Gelenkverschleiß mehr auf und es sind wesentlich geringere Bauhöhen realisierbar. Überdies wird das Wischerblatt durch den Verzicht auf die Metallbügel besser gegen Vereisen geschützt und somit eine optimale Wintereignung erreicht. Viele Hersteller bieten für die Befestigung der Wischerblätter einen Universaladapter an, der bis zu vier verschiedene Original-Adapter ersetzt.

Wichtigstes Element der Wischerblätter ist der Wischgummi. Seine Mikro-Doppelkante berührt mit einer Breite von nur 0,01 bis 0,015 mm die Scheibe. Der Wischer ist so aufgebaut, dass die Mikro-Doppelkante im gesamten Wischfeld in einem Winkel von etwa 45° über die Scheibe gezogen wird. Spezielle Wischer mit einem Zwei-Komponenten-Wischgummi aus synthetischem Kautschuk bestehen aus einer besonders harten, abriebfesten Wischlippe, die in einen extraweichen Wischrücken übergeht. Der weiche Rücken sorgt bei jeder Temperatur für optimales Umlegeverhalten und ruhigen Lauf.

 

Details

Motor

Glühzeitrelais

Funktion

Glühkerzen als Zündhilfe

Dieselmotoren sind so genannte Selbstzünder. Das heißt, dass keine zusätzliche Energiequelle benötigt wird, um das Gemisch im Zylinder zu zünden. Das Luft-/Diesel-Gemisch wird im Zylinder hoch verdichtet. Dadurch entsteht eine so hohe Temperatur, dass sich das Gemisch von selbst entzündet und zur Explosion kommt. Dieser Vorgang läuft jedoch nur bei einem heißen Motor problemlos ab. Bei kalten Temperaturen ist das Luft-/Diesel-Gemisch nicht so zündfreudig. Zur sicheren Verbrennung bei kaltem Motor werden als Zündhilfe Glühkerzen (je eine pro Zylinder) eingesetzt. Die Glühkerze erhöht vor dem Starten des Motors die Temperatur im Brennraum des Zylinders. An der Spitze erreicht die Glühkerze eine Temperatur von bis 1.000 °C. Dadurch kann das Luft-/Diesel-Gemisch selbst bei niedrigen Temperaturen sicher zum Explodieren gebracht werden.

Die benötigte Zeit für das „Vorglühen“ sind je nach verwendeter Glühkerze unterschiedlich. Es gibt Schnellglühkerzen, die eine Vorglühzeit von nur wenigen Sekunden benötigen. Andere Glühkerzen müssen bei niedrigen Umgebungstemperaturen bis zu 15 Sekunden vorgeglüht werden. Das Glühzeitrelais hat die Aufgabe, das Ein- und Ausschalten des Stromes für die Glühkerzen und die Zeitsteuerung zu übernehmen.

Steuergerät für die Glühzeit

Für das Ein- und Ausschalten des Stroms für die Glühkerzen sind im Glühzeitrelais (Steuergerät für die Glühzeit) Schalter verbaut – so genannte Leistungsrelais. Glühkerzen benötigen, wenn sie bereits heiß sind, einen Strom von ca. 10 Ampere. In der Einschaltphase (bei kalter Glühwendel) ist der Strom jedoch wesentlich höher. Bei einem 4-Zylinder Motor müssen die Leistungsrelais Ströme von bis zu 80 Ampere schalten können. Bei 6- oder 8-Zylinder Motoren entsprechend mehr. Oft werden deshalb die anzusteuernden Glühkerzen auf zwei Stromkreise aufgeteilt. Entsprechend befinden sich dann innerhalb des Glühzeitrelais zwei Leistungsrelais.

Bei der Zeitsteuerung zu berücksichtigende Phasen

1. Die Vorglühzeit.

Die Vorglühzeit ist abhängig vom Motor-Typ, den verwendeten Glühkerzen und der mit Hilfe eines Sensors gemessenen Umgebungstemperatur. Die Temperatursensoren können sich je nach Relaistyp sowohl im Relais selbst, als auch extern, etwa im Kühlmittelkreislauf befinden. Im Winter, bei Minusgraden, ist die Vorglühzeit wesentlich länger als im Sommer bei z.B. +30 °C. Während der Vorglühzeit leuchtet die Vorglüh-Kontrolllampe im Armaturenbrett. Bei einigen Fahrzeugen beginnt die Vorglühzeit bereits, wenn der Fahrer die Fahrertür öffnet.

2. Die Bereitstellungszeit.

Sie beginnt direkt nach der Vorglühzeit. Die Kontrolllampe geht nun aus, die Glühkerzen bleiben jedoch für ein paar weitere Sekunden eingeschaltet. In dieser Zeit sollte der Motor vom Fahrer gestartet werden.

3. Die Nachglühzeit.

Die Nachglühzeit wurde bei neueren Fahrzeugen eingeführt. Erforderlich wurde dies durch die immer strengeren Abgasnormen und der damit notwendigen Optimierung der Verbrennungsabläufe im Zylinder. Die Glühkerzen bleiben während der Nachglühzeit auch bei laufendem Motor weiter eingeschaltet. Die Länge der Nachglühzeit ist abhängig vom Motor-Typ und der Motortemperatur. Für diese Funktion kommen nur spezielle „nachglühfähige“ Glühkerzen zum Einsatz.

Varianten


Auch wenn die technische Grundfunktion immer die Gleiche ist, gibt es Glühzeitrelais in vielen unterschiedlichen Varianten. Sowohl die Größen der Gehäuse, die Anschlussstecker als auch die Befestigungsart sind unterschiedlich. Allein für die in Europa hergestellten Fahrzeuge gibt es über 100 verschiedene Relaistypen. Es gibt auch Vorglühsysteme, bei denen die Funktion der Zeitsteuerung vom Motorsteuergerät übernommen wird. Das Glühzeitrelais hat dann lediglich die Aufgabe, die erforderlichen hohen Ströme für die Glühkerzen zu schalten.

Vollelektronische Glühzeitrelais


Bei diesen modernen Typen der Glühzeitrelais ist alles anders. Sie sind diagnosefähig und an die On Board Diagnose (OBD) angeschlossen. Vollelektronische Glühzeitrelais sind Steuergeräte, die über einen Daten-Bus mit dem Motorsteuergerät verbunden sind. Das Motorsteuergerät gibt die Befehle für das Ein- und Ausschalten. Außerdem wird gemessen, ob nach dem Einschalten einer Glühkerze tatsächlich ein genügend hoher Strom fließt. Dies wird dann über ein Quittungssignal dem Motorsteuergerät zurückgemeldet. Sollte ein zu hoher Strom (z.B. bei einem Kurzschluss im Kabel oder Glühkerze) erkannt werden, wird der entsprechende Stromzweig abgeschaltet, um eine Zerstörung der Elektronik zu verhindern.

Eine weitere Besonderheit vollelektronischer Glühzeitrelais ist, dass keine Relais mehr zum Ein- und Ausschalten verwendet werden, sondern Leistungstransistoren (elektronische Schalter). Dadurch kann der Strom für die Glühkerzen nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern auch die Stromstärke verändert werden. Dieses geschieht durch ein veränderbares Tastverhältnis. Das heißt, dass der Strom während der Stromregelphase in sehr kurzen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet wird. Ist die Einschaltzeit länger als die  Ausschaltzeit, erhält die Glühkerze mehr Leistung und wird heißer. Umgekehrt wird die Glühkerze weniger heiß, wenn die Einschaltzeiten kürzer sind als die Ausschaltzeiten.

Glühzeitrelais werden an den unterschiedlichsten Stellen im Fahrzeug verbaut. Steckrelais sind vorwiegend im zentralen Relaiskasten zu finden. Relais, die keine Steckkontakte für die Zuleitung zu den Glühkerzen haben, sondern Kabelschuhe die angeschraubt werden, sind im Motorraum zu finden. Diese Relais sind direkt am Spritzblech oder mit speziellen Befestigungswinkeln an der Karosserie angeschraubt.

Gemischaufbereitung

Sekundärluftsystem

Funktion

Die Sekundärlufteinblasung ist bei Fahrzeugen mit Ottomotor eine bewährte Methode, um die Schadstoffemissionen während des Kaltstarts zu reduzieren. Für einen sicheren Kaltstart benötigt der Ottomotors ein „fettes Gemisch“. Das bedeutet, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch einen Kraftstoffüberschuss hat. Dadurch entstehen in der Kaltstartphase große Mengen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Da die Lambdaregelung und der Katalysator in dieser Phase ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht haben, können diese schädlichen Abgasbestandteile ohne Nachbehandlung in die Umwelt entweichen.

Um dies zu vermeiden und die Schadstoffe während der Kaltstartphase zu reduzieren, wird mit Hilfe des Sekundärluftsystems sauerstoffreiche Umgebungsluft ("Sekundärluft") direkt hinter den Auslassventilen in den Abgaskrümmer geblasen.?Dadurch kommt es zu einer Nachoxidation („Nachverbrennung“) der Schadstoffe zu unschädlichem Kohlendioxid und Wasser. Die dabei entstehende Wärme heizt zusätzlich den Katalysator auf und verkürzt die Zeit bis zum Einsetzen der Lambdaregelung. Das Sekundärluftsystem besteht aus der Sekundärluftpumpe und den Sekundärluftventilen.

Sekundärluftpumpe

Die Sekundärluftpumpe hat die Aufgabe, Umgebungsluft anzusaugen und sie in den Abgaskrümmer hinter den Auslassventilen einzublasen. Erfolgt die Luftansaugung nicht aus dem Ansaugtrakt sondern direkt aus dem Motorraum, ist ein eigener Luftfilter in die Sekundärluftpumpe integriert.

Sekundärluftventil

Die Sekundärluftventile sind zwischen Sekundärluftpumpe und Abgaskrümmer eingebaut. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen. Das Sekundärluft-Rückschlagventil beispielsweise verhindert, dass Abgas, Kondenswasser oder Druckspitzen im Abgasstrang (z.B. aufgrund von Fehlzündungen) Schäden an der Sekundärluftpumpe verursachen. Das Sekundärluft-Abschaltventil hingegen sorgt dafür, dass die Sekundärluft nur in der Kaltstartphase zum Abgaskrümmer gelangt.

Sekundärluftventile werden auf unterschiedliche Weise betätigt – entweder durch Unterdruck, der durch ein Elektroumschaltventil gesteuert wird, oder sie öffnen durch den Druck den die Sekundärluftpumpe erzeugt. Bei Sekundärluftventilen neuerer Generation sind Abschalt- und Rückschlagfunktion in einem „abschaltbaren Rückschlagventil“ vereinigt.?Die neuste Entwicklung sind elektrische Sekundärluftventile. Sie verfügen über kürzere Öffnungs- und Schließzeiten als pneumatisch angesteuerte Ventile. Durch höhere Stellkräfte sind sie resistenter gegen Verklebungen durch Ruß oder Schmutz. Zur Überwachung durch die On-Board-Diagnose (OBD) können elektrische Sekundärluftventile mit einem integrierten Drucksensor ausgestattet sein.

Abgasanlage

Lambdasonde

Funktion

Die Lambdasonde ist ein Instrument zur Abgasregelung für Benzin-, Diesel- und Gas-Motoren. Es handelt sich hierbei um einen Sauerstoffkonzentrations-Sensor, der den Restsauerstoffgehalt des Abgases misst und diesen Wert in Form einer elektrischen Spannung an das Motorsteuergerät leitet. Anhand der Lambdasondenspannung erkennt das Steuergerät die Gemischzusammensetzung (mager oder fett). Bei zu fettem Gemisch reduziert das Steuergerät die Kraftstoffmenge im Mischungsverhältnis und erhöht sie bei zu magerem Gemisch.

Durch den Messwert der Lambdasonde ist das Steuergerät in der Lage, die Einspritzmenge so zu regeln, dass eine optimale Gemischzusammensetzung gewährleistet ist, um ideale Voraussetzungen für die Abgasbehandlung im Katalysator zu schaffen. Hierbei wird die Motorlast mit berücksichtigt. Eine mögliche zweite Lambdasonde, die Diagnosesonde (nach dem Katalysator), erkennt ob die Regelsonde (vor dem Katalysator) noch optimal arbeitet. Das Steuergerät kann diese Abweichung dann rechnerisch kompensieren.

Anordnung im Abgassystem

Bei neueren Motoren befindet sich je eine Lambdasonde im Abgassystem vor und eine nach dem Katalysator. Eine Elektrodenseite des Sensorelements wird vom Abgas umspült und die andere steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Außenluft dient dabei als Referenzluft für die Restsauerstoffmessung. Die aktuellste Generation von Lambdasonden vereinfacht das System, indem der anhand der Außenluft gemessene Referenzwert durch eine Referenzspannung ersetzt wird.

Arten von Lambdasonden

Heute gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Sondenarten: Die Sprung- und die Breitbandsonde. Die Sprungsonde erzeugt im betriebswarmen Zustand (ab 350 °C) eine elektrische Spannungsänderung entsprechend dem Sauerstoffgehalt im Abgas. Sie vergleicht den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft und erkennt den Übergang vom fetten Gemisch (Luftmangel) zum mageren Gemisch (Luftüberschuss) und umgekehrt.

Die Breitbandsonde misst sowohl im fetten als auch im mageren Bereich äußerst genau. Sie hat einen größeren Messbereich und ist auch für den Einsatz in Diesel- und Gasmotoren geeignet.

Damit Lambdasonden schneller auf Betriebstemperatur kommen und somit früher in die Abgasregelung eingreifen können, werden heutzutage beheizte Lambdasonden eingesetzt. Beheizte Lambdasonden müssen nicht mehr unbedingt in Motornähe eingebaut werden.

Aufbau der Lambdasonde

Fingersonde

Die Fingersonde enthält als Kernstück eine fingerförmige Sensorkeramik. Sie wird von einem in der Sonde integrierten Heizelement erwärmt, da ein Regelbetrieb erst ab einer Temperatur von 350 °C möglich ist. Eine Elektrodenseite des Sensorelements wird vom Abgas umspült und die andere steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Außenluft dient dabei als Referenzluft für die Restsauerstoffmessung. Um das Sensorelement vor Verbrennungsrückständen und Kondenswasser im Abgas zu schützen, ist am Sondengehäuse abgasseitig ein Schutzrohr angebracht.  

Planarsonde

Die planare Lambdasonde ist eine in Dickschicht-Technologie hergestellte Sonde. Das Sensorelement hat die Form eines lang gestreckten Plättchens. In diesem Plättchen ist außer der Messzelle auch das Heizelement integriert. Damit kann eine schnellere Betriebsbereitschaft erreicht werden. Auch hier wird das Sondenelement durch geeignete Schutzrohre vor Verbrennungsrückständen und Kondenswasser im Abgas geschützt.

Gemischaufbereitung

Diesel-Einspritzsystem

Funktion

An moderne Dieselmotoren werden hohe Anforderungen gestellt. Autofahrer erwarten hohe Leistungs- und Drehmomentwerte, niedrigen Kraftstoffverbrauch und einen leisen Motorlauf. Zudem müssen Dieselmotoren die strengen Emissionswerte aktueller und künftiger Abgasnormen erfüllen. Eine gute Gemischbildung ist die Voraussetzung für eine vollständige und effiziente Verbrennung des Kraftstoffs im Dieselmotor. Um das zu erreichen, muss der Kraftstoff in der richtigen Menge, zum richtigen Zeitpunkt und mit einem möglichst hohen Druck eingespritzt werden. Diese Aufgabe fällt dem Diesel-Einspritzsystem zu. Hier hat sich mittlerweile das Common Rail System (CRS) als beste technologische Lösung etabliert.

CRS2 mit 1.600 bis 2.000 bar und Magnetventil-Injektoren

Steigende Kraftstoffpreise und zunehmend schärfere Abgasgrenzwerte machen moderne, sparsame und umweltfreundliche Dieselmotoren zum Antrieb der Wahl. Die Common Rail Systeme der Serie CRS2 stellen eine kostengünstige und leistungsoptimierte Lösung dar, um den Kraftstoffverbrauch und damit die Betriebskosten der Fahrzeuge weiter zu senken.

Das System besteht jeweils aus einer Hochdruckpumpe, dem Hochdruck-Rail, einem Injektor für jeden Zylinder sowie der elektronischen Steuerung. Die elektronische Dieselregelung EDC regelt sowohl den gesamten Einspritzvorgang als auch den Ladedruck und die Abgasrückführung.

Zentraler Bestandteil dieser Systeme sind ihre schnell schaltenden Magnetventil-Injektoren, die kurze Einspritzabstände ermöglichen. Die leistungsfähigen Magnetventil-Injektoren der zweiten Generation bieten den Motorenentwicklern einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Einspritzverlaufs. In einem engen Zeitfenster werden bis zu acht Einzeleinspritzungen pro Arbeitstakt abgedeckt. Die Fähigkeit zur Mehrfacheinspritzung trägt dazu bei, den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen sowie Schadstoff- und Geräuschemissionen des Triebwerks weiter zu reduzieren.

Die Magnetventil-Injektoren des CRS2 gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. So erreicht beispielsweise der optimierte Magnetkern des Injektors CRI2-16 hohe Kräfte beim Öffnen des Magnetventils. Das zweiteilige Ankermodul ermöglicht eine höhere Dynamik bei der Ansteuerung der Düsennadel und sehr kurze Abstände zwischen den Einspritzungen. Der Injektor des Systems CRS2-18 hat ein druckausgeglichenes Magnetventil. Somit kann eine weitere Erhöhung des Systemdrucks realisiert werden. Der CRI2-20 mit druckausgeglichenem Magnetventil hat ein integriertes zusätzliches Railvolumen, das Druckschwingungen reduziert. Die hydraulische Effizienz wird durch eine verringerte Rücklaufmenge gesteigert.

Die Serie CRS2 ist für Dieselmotoren mit bis zu acht Zylindern und einem weiten Leistungs- und Drehmomentspektrum geeignet. Die modularen Systeme lassen sich an eine Vielzahl von Motorentypen anpassen. Der gesteigerte Druck dieser Systeme und technische Modifikationen erlauben das Erfüllen heutiger und zukünftiger Emissionsziele. Darüber hinaus steigern höhere Einspritzdrücke die Freiheit des Motorenherstellers bei der Konzeption von Basismotor und Abgasnachbehandlung. Das CRS2 gibt es in Varianten für leichte Nutzfahrzeuge und mit entsprechender Anpassung auch für den Off-Highway-Bereich (Land- und Baumaschinen).

CRS3 mit 1800 bis 2000 bar und Piezo-Injektoren

Der Kraftstoffverbrauch ist eine wichtige Größe für die Wirtschaftlichkeit und damit den Markterfolg eines Fahrzeugs, besonders bei hohen Laufleistungen. Weitere wichtige Faktoren sind die Emissionen, das Betriebsgeräusch und die Leistungsabgabe des Motors. Die modernen Common Rail Systeme CRS3-18 mit 1.800 bar und CRS3-20 mit 2.000 bar Systemdruck ermöglichen dank ihrer Piezo-Injektoren die Konstruktion von Motoren mit den idealen Eigenschaftsprofilen.

Das System besteht jeweils aus einer Hochdruckpumpe, dem Hochdruck-Rail, einem Injektor für jeden Zylinder sowie der elektronischen Steuerung. Die Piezo-Injektoren CRS3-18/-20 erreichen mit ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit sehr kleine Voreinspritzmengen. Die reduzierte hydraulische Verlustleistung führt zu einer geringeren Kraftstofftemperatur, so dass keine zusätzliche Kraftstoffkühlung erforderlich ist. Die Common-Rail-Systeme CRS3-18 und CRS3-20 werden im höchsten Leistungsbereich bei Pkw und leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt.

Eine Herausforderung für jedes Einspritzsystem sind die unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten. Dank ihres robusten Piezo-Aktors sind die Injektoren des CRS3-18/-20 dafür bestens vorbereitet. Der Piezo-Aktor entwickelt im Vergleich zu einem Magnetventil eine rund zehnmal höhere Kraft und ist dadurch unempfindlicher gegen kleine Verunreinigungen im Kraftstoff. Die Piezo-Injektoren CRI3-18 und -20 sind bei Mehrfacheinspritzungen führend bezüglich der minimalen Voreinspritzmenge, der schnellen Abfolge der Einspritzungen und der Mengenstabilität über die Laufzeit.

Da der Piezo-Aktor in das Gehäuse integriert ist, sind die Piezo-Injektoren schlank und benötigen deutlich weniger Bauraum als Injektoren mit Magnetventil. Der Piezo-Aktor ermöglicht Mehrfacheinspritzungen mit minimalen zeitlichen Abständen. Da der Aktor die Düsennadel unmittelbar ohne hydraulischen Regelkreis ansteuert, ermöglicht er kürzere Reaktionszeiten. Optimierte Injektorkennlinien ermöglichen Mengenkorrekturen über die Lebensdauer hinweg. Hierfür werden Lernfunktionen genutzt, die als Software im elektronischen Steuergerät hinterlegt sind.

Motor

Hybrid Antrieb

Funktion

Der Hybrid-Antrieb kombiniert den Verbrennungsmotor mit einer elektrischen Antriebsmaschine. Die Serienreife der ersten Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb ist das Resultat aus der perfekten Kombination modernster Technologien. Durch das Zusammenspiel von modernsten Systemkomponenten ist es gelungen, den Hybrid-Antrieb in alltagstaugliche Serienfahrzeuge mit beeindruckender Reichweite und hohem Wirkungsgrad zu integrieren.

Ein Hybrid-Fahrzeug setzt sich generell aus folgenden Systemkomponenten zusammen:

  • E-Maschine,
  • Inverter,
  • Kooperatives Regeneratives Bremssystem und
  • Hochvolt-Batterie.


Die E-Maschine


Herzstück eines modernen Fahrzeuges mit Hybrid-Antrieb ist die so genannte E-Maschine. Sie hat zwei Funktionen:Als Motor treibt sie das Fahrzeug elektrisch an. Als Generator hilft sie, Bewegungsenergie beim Bremsen in elektrische Energie umzuwandeln.

Inverter


Die Leistungselektronik, auch Inverter genannt, ist das Bindeglied zwischen der Batterie und der E-Maschine. Sie wandelt die Gleichspannung der Hochleistungsbatterie in eine Wechselspannung, die zum Betrieb der E-Maschine gebraucht wird, um.

Kooperatives Regeneratives Bremssystem

Beim herkömmlichen Bremsen wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, die vorher aus dem Kraftstoff erzeugt wurde, in Wärme umgewandelt und geht verloren. Das Kooperative Regenerative Bremssystem stellt sicher, dass möglichst viel Bremsenergie zurück gewonnen und als elektrische Energie gespeichert wird. Dazu wird der Generator genutzt, um das Fahrzeug zu verzögern. Erst wenn die Bremsanforderung das Verzögerungspotenzial des Generators übersteigt, kommen die klassischen Radbremsen zum Einsatz.  Dabei erfüllt das Kooperative Regenerative Bremssystem die selben Sicherheitsanforderungen wie konventionelle Bremssysteme.

Hochvolt-Batterie

Die Hochvolt-Batterie versorgt die E-Maschine beim elektrischen Fahren mit elektrischer Energie. Beim Fahren mit Verbrennungsmotor und beim regenerativen Bremsen wird sie von der E-Maschine aufgeladen. Hierzu kommen sichere, leistungsfähige und qualitativ hochwertige Lithium-Ionen-Batterien mit einem Batterie-Management-System zum Einsatz.

Systemarten

Entsprechend der Auslegung der Leistungsstärke werden Hybridantriebe oft wie folgt bezeichnet:

  • Mild Hybrid: nutzt die gemeinsame Leistung von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb als „boost-Funktion“. Das heißt, die E-Maschine unterstützt den Verbrennungsmotor z.B. beim Beschleunigen. Ausschließlich elektrisches Fahren  ist bei dieser Hybrid-Variante nicht möglich.

  • Strong Hybrid: über kurze Strecken ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich.

  • Plug-in Hybrid: hier ist ein elektrischer Fahrbetrieb auch über weitere Strecken möglich.

Antriebsarten

Für Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb bieten sich mehrere Optionen der Antriebsart. Hier die möglichen Antriebsarten auf einen Blick:

Serieller Antrieb

Der Verbrennungsmotor treibt einen Generator an. Der Elektromotor nutzt die elektrische Energie des Generators zum Fahrzeugantrieb. Der Leistungsfluss findet in Serie statt (Verbrennungsmotor, Generator, Motor).

Paralleler Antrieb

Sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor treiben die Antriebsräder an. Es findet eine Leistungsaddition der Antriebsaggregate statt. Der Leistungsfluss erfolgt parallel aus Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor.

Leistungsverzweigter Antrieb

Beim leistungsverzweigten Antrieb werden das serielle und das parallele Konzept kombiniert. Hier kann der Antrieb entweder nur durch Elektromotor (serielle Energiewandlung mittels Verbrennungsmotor und Generator) erfolgen oder durch den Elektromotor mit parallelem Verbrennungsmotor.

Der Range Extender als wertvolle Option

Eine weitere Möglichkeit der Hybrid-Technologie ist der Einsatz eines Range Extenders. Bei Fahrzeugen mit Range Extender ist der Elektro-Antrieb noch leistungsfähiger und ermöglicht rein elektrisches Fahren. Die Reichweite ist dabei groß genug, um den durchschnittlichen täglichen Mobilitätsbedarf zu decken. Im Bedarfsfall kann elektrische Energie onboard durch den Range Extender (kleiner Verbrennungsmotor) generiert werden. Die Reichweite beim rein elektrischen Fahren liegt bei rund 80 km. Auf längeren Strecken sorgt der Range Extender durch Nachladen der Batterie für höhere Reichweite.

Die Komponenten für Elektro-Fahrzeuge mit Range Extender sind:

  • Elektrischer Achsantrieb
  • Inverter
  • Ladegerät
  • Kooperatives Regeneratives Bremssystem
  • Hochvolt-Batterie
  • Range Extender (Verbrennungsmotor – häufig als Wankelmotor ausgelegt)

Der Range Extender bringt folgenden Kundennutzen mit sich:

  • reduziert den Kraftstoffverbrauch um bis zu 90 Prozent
  • reduziert den CO2-Ausstoß um bis zu 90 Prozent
  • Mobilitätsgarantie durch Range Extender
  • mehr Fahrspaß durch den Boost-Effekt des Elektro-Motors
  • Bremsenergie-Rückführung
  • Keine Lärmemission
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Motor

Gleitlager

Funktion

Gleitlager haben die Aufgabe, bewegliche Bauteile innerhalb des Motors zu stützen, zu führen und ihnen vor allem eine nahezu verschleißfreie Drehbewegung zu ermöglichen. Gleitlager bestehen aus einer oder zwei Lagerschalen, die fest im Lagersitz arretiert sind. Die sich drehende Welle wird an den Lagerzapfen von den Lagerschalen umhüllt. Über eine Bohrung wird Motoröl in das Gleitlager gepresst. Im normalen Motorbetrieb gleitet die Welle quasi über den Ölfilm, ohne dass sie die Lagerschale berührt.

Gleitlager nehmen die Axial- und Radialkräfte auf und leiten diese an das Lagergehäuse weiter. Gleitlager werden sowohl bei rotierenden Wellen, zum Beispiel der Kurbelwelle, Nockenwelle, Kipphebelwelle und Ausgleichswelle als auch im Pleuel eingesetzt. Des Weiteren haben sie die wichtige Aufgabe, den Abrieb aufzunehmen und einzubetten. Dieser Abrieb entsteht beim normalen Motorbetrieb. Er besteht aus Metallteilchen die so klein sind, dass sie nicht im Ölfilter hängen bleiben, jedoch groß genug sind, um – wenn sie nicht eingebettet werden – zu erhöhtem Verschleiß zu führen. Diese Schlüsselfunktion des Gleitlagers für Rundlauf und verschleißarmen Betrieb des Motors setzt eine besondere Konstruktion voraus.

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Motor

Ventile

Funktion

Ventile dichten den Brennraum ab und sorgen für optimalen Gaswechsel. Da sie ständig in Bewegung sind und das bei schwierigen tribologischen Verhältnissen und unter der Einwirkung aggressiver Gase bzw. Abgase, sind sie natürlichem Verschleiß unterworfen. Dieser kann beschleunigt werden durch Extremsituationen wie mechanische oder thermische Überlastung. Daher müssen Ventile bei einem sichtbaren Schaden grundsätzlich ausgetauscht werden.

Durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Ventils wird der Verbrennungsraum des Motors geöffnet und geschlossen. Einlassventile öffnen und schließen den Einlass für die Frischluft (oder Luft-Kraftstoffgemisch, je nach Motor). Auslassventile öffnen und schließen den Auslass für die Abgase. Die Ventile werden über die Nockenwelle betätigt, die wiederum von der Kurbelwelle angetrieben wird und somit synchron zur Kolbenbewegung die Ventile öffnet und schließt. Verbrennungstemperaturen werden über die Ventile an den Zylinderkopf und somit an den Kühlmittelkreislauf abgegeben.

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Motor

Zylinder

Funktion

Die Zylinder eines Verbrennungsmotors bilden gemeinsam mit dem Kolben und dem Zylinderkopf den Arbeits- und Brennraum. Außerdem haben Zylinder die Aufgabe, die Kolben bei ihrer Auf- und Abwärtsbewegung zu führen und die beim Verbrennungsvorgang entstehende Wärme an das Kühlsystem weiterzuleiten.

Zylinder sind je nach Bauart aus Grauguss oder Aluminium mit jeweils sehr vielen verschiedenen Legierungen gefertigt. Je nach Motorkonstruktion haben die Zylinder entweder direkten Kontakt zum Kühlwasser, metallischen Kontakt zum Motorblock oder sie werden fest in den Motorblock eingegossen. Durch die Materialauswahl wird sichergestellt, dass ein guter Wärmetransfer an den Motorblock oder an das Kühlwasser stattfinden kann.

Die Zylinderwand wird bei laufendem Motor mit Motoröl benetzt. Damit wird eine ausreichende Schmierung der im Zylinder auf und ab laufenden Kolben und der Kolbenringe sichergestellt.

Details

Antriebsstrang

Antriebswelle

Funktion

Die Aufgabe der Antriebswellen ist es, das Drehmoment des Motors vom Getriebe oder Differenzial auf die Räder zu übertragen. Zudem müssen sie alle Winkel- oder Längenveränderungen aufgrund der Lenkbewegungen und der Aus- oder Einfederbewegungen ausgleichen und dabei einen perfekten Gleichlauf zwischen den Gelenken gewährleisten.

Antriebswellen für frontgetriebene Pkw bestehen aus dem radseitigen Festgelenk, dem getriebeseitigen Gleichlaufgelenk und der Verbindungswelle. Hinzu  kommen Elemente wie der Anti-Blockier-Systemring und der Schwingungsdämpfer. Die grundsätzliche Konstruktion des radseitigen Kugel-Festgelenks, des so genannten Rzeppa-Gelenks, stammt aus den 1930er Jahren.

In den meisten Fällen ist das getriebeseitige Gleichlaufgelenk als Verschiebegelenk ausgeführt, so dass die Antriebswelle der Bewegung der Radaufhängung folgen kann. An der Vorderachse (Lenkachse) muss das radseitige Gelenk das Drehmoment über einen großen Winkel (bis zu 52 Grad) effektiv übertragen. An der Hinterachse sind die Arbeitswinkel der radseitigen Gelenke wesentlich kleiner.

Gleichlauf-Antriebswellen sind im Fahrbetrieb ständig Höchstbelastungen ausgesetzt. Neben den recht hohen Beugewinkeln und Verschiebewegen müssen die Gelenke und Faltenbälge Temperaturen zwischen minus 40 und plus 120 °C sowie Drehzahlen von bis zu 2.800/min standhalten. Damit sie – im Idealfall während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs – in allen Drehzahl- und Geschwindigkeitsbereichen mit einem zuverlässigen Gleichlauf die geforderten Drehmomente übertragen, müssen sämtliche Komponenten wartungsfrei sein.

Beleuchtung

Scheinwerferlampe

Funktion

Seit der Einführung der H1-Lampe im Jahre 1960 sind Halogenlampen aus der Scheinwerferbeleuchtung nicht mehr wegzudenken. Auch wenn in der Zwischenzeit die deutlich lichtstärkere Xenon-Technologie im oberen und mittleren Fahrzeugsegment einen immer größeren Anteil einnimmt und auch LEDs langsam Einzug halten, ist die überwiegende Mehrheit der Autofahrer mit Halogenlampen unterwegs.

Da gute Beleuchtung ein wesentliches Sicherheitselement darstellt, arbeiten die Lampenhersteller auch im Halogenbereich kontinuierlich an Weiterentwicklungen und Verbesserungen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Lampen für den Ersatzteilmarkt, die mehr Licht auf die Straße bringen als die in der Erstausrüstung eingesetzten Standardlampen.

Da die Gesamtlichtmenge in den ECE-Vorschriften für den jeweiligen Lampentyp genau festgelegt ist und nicht über die zulässigen Toleranzgrenzen hinaus erhöht werden darf, muss die höhere Beleuchtungsstärke auf eine andere Art und Weise erreicht werden. Lampen, die mehr Licht auf die Straße bringen, haben eine kompaktere, dafür aber hellere Glühwendel als eine Standardlampe. Damit kann der Scheinwerfer die zur Verfügung stehende Lichtmenge besser und gezielter in den wichtigen Fernbereich auf der Straße lenken.

Die besten Halogenlampen erreichen heute eine bis zu 100 Prozent höhere Beleuchtungsstärke im Fernbereich zwischen 50 und 75 Metern auf der rechten Fahrbahn. Daneben gibt es bläulich beschichtete Lampen, die eine ähnlich hell-weiße Lichtfarbe wie beim Xenon-Licht erzeugen oder spezielle LongerLife-Lampen, die dann eingesetzt werden, wenn die Glühwendel durch eine erhöhte Bordspannung im Fahrzeug besonders stark beansprucht wird.

Antriebsstrang

Kupplung

Funktion

Die Kupplung stellt eine trennbare Verbindung der Kraftübertragung zwischen Motor und Getriebe dar. Sie ermöglicht dadurch das Anfahren und das Wechseln der Gänge.

Die Kupplung wird über das Kupplungspedal und das Ausrücksystem betätigt. Im unbetätigten Zustand presst die Tellerfeder im Kupplungsautomaten die Kupplungsscheibe über die Druckplatte gegen die Schwungscheibe. Damit ist eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt und das Motordrehmoment wird zum Getriebe übertragen.

Betätigt der Autofahrer das Ausrücksystem über das Kupplungspedal, wird die Druckplatte gegen die Federkraft von der Kupplungsscheibe abgehoben. Die kraftschlüssige Verbindung ist unterbrochen und es wird kein Motordrehmoment zum Getriebe übertragen.

Die Abnutzung der Kupplungsscheibe erhöht die Pedalkraft zum Betätigen der Kupplung. Deshalb werden bei modernen Pkw selbstnachstellende, so genannte SAC-Kupplungen (Self Adjusting Clutch) verbaut. Die automatische Verschleißnachstellung in der Kupplungs-Druckplatte gewährleistet gleichbleibende Pedalkräfte über die gesamte Lebensdauer der Kupplung.

Eine weitere Kupplungsbauart ist die Doppelkupplung. Sie vereint zwei in Öl laufende Lamellen- oder zwei trockene Tellerfederkupplungen in einem Modul. Sie wird in Doppelkupplungsgetrieben verbaut, wobei eine Kupplung für die geraden Gänge und eine Kupplung für die ungeraden Gänge genutzt wird. Dies ermöglicht schnelle Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung.

Antriebsstrang

Zweimassenschwungrad

Funktion

Moderne Motoren lassen sich mit extrem niedrigen Drehzahlen fahren. Der Trend geht zu immer höheren Motordrehmomenten. Zudem werden die Karosserien leiser und viele Bauteile immer leichter, um Gewicht und somit Kraftstoff zu sparen. Weitere technische Optimierungen führen dazu, dass die Geräuschquellen zunehmen, die natürliche Dämpfung aber geringer wird. Geblieben ist das Prinzip des Hubkolbenmotors, der mit seinen periodischen Verbrennungsvorgängen Drehschwingungen im Antriebsstrang anregt – Getrieberasseln und Karosseriedröhnen sind die unangenehmen Folgen. Mit dem Zweimassenschwungrad (ZMS) ist es gelungen, die Schwingungen des Motors wirkungsvoll vom Getriebe und Antriebsstrang zu isolieren und diese Nachteile auszugleichen.

Das Zweimassenschwungrad ist ein Schwungrad mit integriertem Drehschwingungsdämpfer. Es verhindert, dass Drehschwingungen des Hubkolbenmotors auf den Antriebsstrang übertragen werden. Das ZMS entkoppelt die motorseitige primäre Schwungmasse und die getriebeseitige sekundäre Schwungmasse über ein Feder-Dämpfungssystem. Dadurch werden Drehschwingungen und die daraus resultierenden Geräusche im Antriebsstrang fast vollständig absorbiert. Fahrzeuge mit ZMS haben einen größeren Geräusch- und Fahrkomfort. Zudem lässt sich das Getriebe bei Fahrzeugen mit ZMS wegen der geringen zu synchronisierenden Masse leichter schalten, und die Synchronisierung verschleißt weniger.

Beleuchtung

Zusatzscheinwerfer

Funktion

Zusatzscheinwerfer ergänzen die Serienbeleuchtung und bieten eine optimale Verbesserung der Lichtperformance bei schlechten Licht- und Witterungsverhältnissen. Während Zusatzfernscheinwerfer bei häufig schlechter Umgebungsbeleuchtung die richtige Wahl sind, verbessern zusätzliche Nebelscheinwerfer die Sicherheit bei Nebel. Zusatzfernscheinwerfer können nachträglich montiert werden und schalten sich mit dem serienmäßigen Fernlicht ein. Zusatznebelscheinwerfer werden über einen Schalter in Verbindung mit der Nebelschlussleuchte aktiviert. 

Filter

Ölfilter

Funktion

Damit moderne Verbrennungsmotoren reibungslos funktionieren, müssen sie erstklassig geschmiert werden. Bei zunehmender Motorleistung und immer längeren Serviceintervallen steigen dabei nicht nur die Anforderungen an Motoröl. Vor allem die Qualität der eingesetzten Ölfilter spielt eine zentrale Rolle, um Schäden durch Schmutzpartikel, Ruß oder unverbrannten Kraftstoff im Öl zu vermeiden.

Während des Verbrennungsvorgangs gelangen sowohl Schmutzpartikel als auch Verbrennungsrückstände wie Staub, Metallabrieb, Ölkohle oder Ruß ins Öl und verschmutzen und verdicken es. Eine optimale Ölversorgung ist dadurch nicht mehr gegeben. Erhöhter Kraftstoffverbrauch und vorzeitiger Verschleiß sind die Folgen. Im schlimmsten Fall droht sogar ein Motorschaden. Nur ein absolut sauberes Öl bringt dauerhaft eine gleich bleibende Motorleistung. Deshalb ist der Ölfilter mit der Aufgabe betraut, das Motoröl über die gesamte Einsatzdauer hinweg konstant und zuverlässig zu reinigen.

Steigende Motorleistungen bei sinkendem Kraftstoffverbrauch, Hochleistungsschmieröle und immer neue Herausforderungen im Automobilbau stellen zusätzliche Anforderungen an die Ölfilter. Entwicklungstrends führen zunehmend zu kompakten, in den Motor integrierte Ölfiltermodule, die neben der Filtration eine Reihe weiterer Aufgaben übernehmen. Darin kommen metallfreie Ölfilterelemente aus modernsten Filtermedien zum Einsatz, die auch bei langen Wechselintervallen dauerhaft und sicher höchste Leistungswerte erreichen.


Von der Funktion her lassen sich zwei Gruppen von Ölfiltern unterscheiden: Hauptstromfilter und kombinierte Haupt-/Nebenstromfilter. Hauptstromfilter werden so in den Ölkreislauf eingebaut, dass die gesamte zu reinigende Ölmenge bei jedem Umlauf durch den Filter geführt wird. Bei den kombinierten Haupt-/Nebenstromfiltern werden etwa 90 bis 95 Prozent des Öls durch den Papierstern des Hauptstromfilters geführt, während etwa fünf bis zehn Prozent durch den Nebenstromfilter oder die Nebenstromzentrifuge fließen. Nebenstromfilter sind mit feineren Filtermedien ausgestattet und bewirken damit eine kontinuierliche Feinstfiltration. Da die Einsatzgebiete der Ölfilter und die Anforderungen, die an sie gestellt werden, unterschiedlich sind, gibt es diese Filter in verschiedenen Bauformen:

Ölwechselfilter (Anschraubölfilter)


Dank effizienter Filterleistung, Zuverlässigkeit und einfacher Installation ist der so genannte Anschraub-Ölfilter seit vielen Jahren eine wichtige Komponente in der Ölfiltration. Anschraub-Ölfilter lassen sich sowohl bei der Hauptstromfiltration als auch bei der Nebenstromfiltration einsetzen.

Kompakte Ölfiltermodule

Für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer moderner Motoren spielen sowohl die Reinheit als auch die Temperatur der Schmierstoffe eine wichtige Rolle. Zur permanenten Überwachung dieser beiden Faktoren werden zunehmend kompakte Ölfiltermodule entwickelt, die neben der Filtration auch die Kühlfunktion übernehmen. Solche Ölfiltersysteme werden an die jeweilige Motorumgebung angepasst und können darüber hinaus eine Reihe weiterer Aufgaben übernehmen. Fest in diese Module integriert sind beispielsweise ein Bypass-Ventil, ein Rücklaufsperrventil, ein Ölrippenkühler, ein elektrisch gesteuertes Kühlwasserthermostat, die Vorbereitung für die Lichtmaschinenkühlung, ein Öl-Nachfüllstutzen oder ein Öldruckschalter.

Dank Verwendung moderner Hochleistungskunststoffe spart die kompakte Bauweise solcher Module Bauraum und Gewicht ein und hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die Bauart des Moduls erfordert vom Filterhersteller eine enge Zusammenarbeit mit den Motorenentwicklern, um eine optimale Integration des Filters in den Motorblock zu erzielen.

Austauschbare Ölfilter-Elemente

Sie sind das eigentliche Wechselteil in einem Ölfiltermodul. Während das Modul mit seinen Anbauteilen fest mit dem Motorblock verbunden ist und permanent als Lebensdauerteil am Fahrzeug bleibt, wird das Filterelement im vorgeschriebenen Wartungsintervall ausgetauscht. Hierbei handelt sich es um eine besonders umweltfreundliche Variante, da das Element selbst voll thermisch verwertbar ist. Es kann im Gegensatz zum Anschraub-Ölfilter mit Metallgehäuse rückstandsfrei verbrennen.

Spezielle Bauformen

Für Sonderanwendungen wie Getriebeölfilter gibt es verschiedene spezielle Filter-Bauformen.

Details

Filter

Luftfilter

Funktion

Je nach Hubraum saugt der Motor bei voller Beanspruchung zwischen 200 m³ und 500 m³ Luft pro Stunde an. Diese Luft ist mit Schmutz- und Staubpartikeln belastet. Wie stark, das hängt von verschiedenen Faktoren ab: Von der Jahreszeit, der Witterung, der Beschaffenheit des Straßenbelags oder von der Umgebung. In Innenstädten ist die Belastung in der Regel deutlich höher als auf dem Land. Werden diese Verunreinigungen nicht zuverlässig herausgefiltert, wirken sie im Motor wie Schmirgelpapier und führen zu einem frühzeitigen Verschleiß mechanischer Bauteile. Aber auch weitere Komponenten, die im Luftansaugkanal montiert sind, wie zum Beispiel der Luftmassenmesser oder der Turbolader werden von Schmutz- und Staubpartikeln geschädigt.

Deshalb zählt der Motorluftfilter und die dazu gehörenden Luftfilterelemente zu den wesentlichen Bestandteilen eines jeden Verbrennungsmotors. Sie haben die Aufgabe, den Motor mit gereinigter Luft, die für einen einwandfreien Verbrennungsprozess notwendig ist, zu versorgen. Außerdem hat der Luftfilter die Aufgabe, die Motoransauggeräusche zu dämpfen.

Motorluftfilter erfüllen in puncto Luftmanagement im Fahrzeug also eine ganze Reihe von Funktionen:
– Filtration der Motorsaugluft;
– Verbesserung der Luftströmung für eine optimale Verbrennung und Motorakustik – etwa das Dämpfen der  Ansauggeräusche;
–  Integration diverser Bauteile, etwa Luftmassenmesser, Ladeluftführungen oder Roh- und Reinluftführungen;
– Schutz von nachgelagerten Motorteilen – beispielsweise eines Turboladers vor Partikelbeschuss.

Zu den wichtigen Qualitätskriterien beim Filterelement zählen eine hohe Filtrationsleistung, also das Abscheiden von großen und kleinen Partikeln sowie eine ausreichend hohe Staubaufnahmekapazität. Lässt das Filterelement nicht genügend Luft passieren, kann der Motor seine volle Leistungsfähigkeit nicht entfalten. Moderne Filtermedien müssen in der Lage sein, Wechselintervalle von mindestens 20.000 Kilometern oder einem Jahr problemlos zu verkraften.

Dank intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit konnten die Erstausrüster die Qualität und Zusammensetzung der Filtermedien kontinuierlich verbessern, so dass immer längere Laufleistungen erzielt werden können. Heute sind Laufleistungen von bis zu 50.000 Kilometern durchaus üblich.

Details

Filter

Innenraumfilter

Funktion

Ob Schmutzpartikel, Staub, Reifenabrieb, Ruß und Pollen, ob Stickoxide, Ozon, Kohlenwasserstoffe oder Schwefeldioxide: Die Konzentration von Schadstoffen im Straßenbereich hat sich in den letzten Jahren deutlich erhöht. Im Wageninneren kann die Belastung noch einmal deutlich höher sein als in der direkten Umgebungsluft. Denn das Gebläse der Frischluftzufuhr oder der Klimaanlage saugt die verunreinigte Luft wie ein Staubsauger an und verteilt sie im Innenraum. Um dies zu vermeiden, werden moderne Fahrzeuge mit Innenraumfiltern ausgestattet. Sie haben die Aufgabe, Schadstoffe fast jeder Art aus der Umgebungsluft zu entfernen und somit den Innenraum mit gereinigter Luft zu versorgen. Innenraumfilter müssen in der Lage sein, selbst bei extremen Wetterlagen im Winter oder Sommer, während der Pollenflugzeit, in dichtem Verkehr, im Tunnel, in Abschnitten mit Baustellenbetrieb oder im Stau ihre Aufgabe zu erfüllen und somit ein komfortables Reisen zu ermöglichen.

Die Leistungsfähigkeit eines Innenraumfilters lässt allerdings mit der Zeit nach. Mit steigender Staubbeladung setzt sich der Filter mehr und mehr zu. Zwischen den einzelnen Falten bildet sich dann ein so genannter Filterkuchen, der den Luftdurchsatz behindert. Deshalb ist es wichtig, den Innenraumfilter regelmäßig zu wechseln – am besten alle 15.000 Kilometer, jedoch mindestens einmal im Jahr.

Bei den Innenraumfiltern gibt es konstruktiv zwei Varianten: den Partikelfilter und den Kombifilter.

Partikelfilter

Der Partikelfilter hat die Aufgabe, partikelförmige Verunreinigungen aus der Straßenluft aufzunehmen und die einströmende Luft davon zu befreien. Partikelförmige Luftverunreinigungen gibt es in unterschiedlichsten Größen und aus zahlreichen Quellen. Es gibt sie in flüssigem und festem Zustand, beispielsweise in Form von Pollen, Straßenstaub, Abrieb von Bremsen, Reifen oder Kupplung, als Ruß oder Industriestäube.

Bei einem Partikelfilter besteht das Zick-Zack-förmig gefaltete Filtermedium, teils auch Filterpapier genannt, aus einem synthetischen Hochleistungsvlies, das meist elektrostatisch aufgeladen ist. Die Abscheidung erfolgt entweder mechanisch oder elektrostatisch. Die mechanische Abscheidung wird durch den mehrlagigen Faseraufbau erreicht – ähnlich wie bei einem Spinnennetz. Dabei bleiben die Partikel aus der Luft beim Durchströmen des Filters an dessen feinen Fasern haften.

Die elektrostatische Aufladung ermöglicht das Abscheiden selbst kleinster Partikelgrößen (< 5 µm). Das Funktionsprinzip ähnelt dem eines Magneten. Kleine Partikel werden durch die statische Anziehungskraft der Fasern aus der Luft abgeschieden. Mit dieser Technik filtern qualitativ hochwertige Partikelfilter Staub und Partikel fast zu 100 Prozent aus der Luft heraus.

Kombifilter

Kombifilter weisen zusätzlich zur Partikelfilterlage mit all ihren Leistungseigenschaften eine Aktivkohleschicht auf. Damit kann der Kombifilter neben Stäuben und Partikeln sogar Gerüche und schädliche Gase wie Benzol oder Ozon aus der Umgebungsluft herausfiltern. Die offenporige Oberfläche der speziellen Aktivkohle nimmt dabei Geruchs- und Gasmoleküle wie ein Schwamm aus der Luft auf und speichert sie in labyrinthartigen Kanälen. Ein Teelöffel voll Aktivkohle bietet eine Oberfläche von der Größe eines Fußballfelds. Damit ist der Kombifilter in der Lage, eine hohe Luftmenge zu filtern. Doch diese Kapazität ist irgendwann erschöpft. Für eine optimale Leistung sollte der Kombifilter im empfohlenen Turnus gewechselt werden.

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Beleuchtung

Tagfahrleuchte

Funktion

Tagfahrleuchten bieten überzeugende Vorteile: Sie tragen dazu bei, dass Fahrzeuge im Straßenverkehr besser erkannt werden und verbessern damit entscheidend die Sicherheit am Tage. Zudem vermeiden sie durch ihren wesentlich geringeren Strombedarf die Verbrauchsnachteile des Abblendlichts. Tagfahrleuchten gibt es in verschiedenen Ausführungen: LED-Varianten sind zweifellos die modernsten und schicksten Varianten; herkömmliche Glühlampenversionen sind dagegen kostengünstiger beim Kauf, aber nicht so energiesparend wie LEDs.

Mit Tagfahrlicht wird das Fahrzeug früher und besser erkannt, was anderen Verkehrsteilnehmern das oftmals entscheidende Plus an Reaktionszeit gewährt. Während Abblendlicht als aktive Sehhilfe bei Nachtfahrten ausgelegt ist, dient das Tagfahrlicht als passives Signallicht. Mit Hilfe eines Relais schaltet sich das Tagfahrlicht automatisch ein, sobald die Zündung eingeschaltet wird. Schaltet der Fahrer von Hand das normale Fahrlicht ein, schaltet sich das Tagfahrlicht automatisch wieder aus.

Nachrüstbare Tagfahrleuchten können beliebig montiert werden, stehend oder hängend. Dies erfolgt mittels Verschraubung, Rastung, Montageplatte oder aber auch mit einem beigefügten Universalhalter. 

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Filter

Kraftstofffilter

Funktion

Auch wenn in Westeuropa hohe Kraftstoffqualitäten mittlerweile Standard sind, ist es nicht auszuschließen, dass Schmutzpartikel und Wasser in den Kraftstofftank gelangen. Kraftstoffeinspritzanlagen moderner Motoren und die Vergaser älterer Autos sind für eine zuverlässige Funktion jedoch auf absolut sauberen Kraftstoff angewiesen. Schmutzpartikel führen zu Verschleiß und verstopfen die teils sehr kleinen Bohrungen in Kraftstoffaufbereitungssystemen. Wasser kann im Einspritzsystem Korrosion bewirken und ebenfalls zum Ausfall von Komponenten und damit zum Motorstillstand führen.

Aus diesem Grund ist jeder Verbrennungsmotor mit einem Kraftstofffilter ausgestattet. Er hat die Aufgabe, Schmutzpartikel und – je nach Konstruktion – auch Wasser aus dem Kraftstoff auszufiltern. Damit leistet er einen wichtigen Beitrag für die Betriebssicherheit des Motors.

An Kraftstofffilter moderner Einspritzsysteme werden sehr hohe Anforderungen gestellt. So müssen beispielsweise Kraftstofffilter von Common Rail oder Pumpe-Düse Dieseleinspritzsystemen einen besonders hohen Kraftstoffreinheitsgrad garantieren. Aufgrund der hohen Einspritzdrücke (bis 2.000 bar und teilweise auch mehr) haben die Einspritzsystemkomponenten sehr geringe Toleranzen. Selbst kleinste Schmutzpartikel können zu Störungen oder gar zum Ausfall dieser Systeme führen. Hier sind innovative Filterlösungen notwendig, die diesen Anforderungen Rechnung tragen.

Außerdem müssen die Filtermedien gegenüber modernen Kraftstoffen (mit hohem Ethanol- oder Biodieselanteil etc.) beständig sein und in einem großen Temperaturbereich (zwischen -40 °C und 100 °C) gleichbleibend hohe Durchflussraten und Filterleistungen sicherstellen. Zudem müssen Kraftstofffilter auch mechanisch belastbar sein, vor allem, wenn sie am Fahrzeugunterboden montiert sind.

Kraftstofffilter gibt es in verschiedenen Bauformen:
Kraftstofffilter-Elemente: Sie sind auswechselbar und befinden sich in einem eigenen Gehäuse, das im Motor integriert ist.

Kraftstoffwechselfilter: Sie bilden eine Einheit aus Gehäuse und Filterelement und werden bei der Wartung als Ganzes ausgetauscht. Je nach Einsatzfall enthalten diese Bauformen noch Zusatzfunktionen wie eine Wasserablassschraube sowie Anschlussstutzen für eine Kraftstoffheizung und den Wasserstandsanzeiger.

Kraftstoffleitungsfilter (Inline): Diese Filter werden in die Kraftstoffleitung montiert. Dabei bilden Gehäuse und Filterelement eine Einheit, die bei der Wartung ausgetauscht wird. Kraftstoffleitungsfilter gibt es je nach Anforderung des Automobilherstellers in Stahl-, Aluminium- und in Kunststoffausführung.

Schmierung

Motoröl

Funktion

Das Motoröl erfüllt in Verbrennungsmotoren zahlreiche Aufgaben. Eine der wichtigsten ist das Schmieren mechanischer Bauteile. Damit wird die Reibung zwischen beweglichen Teilen reduziert und der Verschleiß möglichst niedrig gehalten. Außerdem muss das Motoröl kühlen, reinigen, vor Korrosion schützen und die Brennräume abdichten. Nicht zuletzt wird es bei hydraulischen Motorsystemen (Kettenspanner, Nockenwellenverstellung usw.) als Kraftübertragungsmedium genutzt.

Moderne Motorenöle basieren je nach ihrer Art und Leistungsfähigkeit auf unterschiedlichen Basisölen oder Basisölmischungen. Zusätzlich werden Additive eingesetzt, die unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen. Nur eine ausgewogene Formulierung (Basisöl und Additivkomponenten) ergibt ein leistungsstarkes Motorenöl.

Ein typisches Motorenöl besteht zu:
– 78 Prozent aus Basisöl,
– 10 Prozent Viskositätsindex-Verbesserern (Fließverbesserer),
– 3 Prozent Detergenten (waschaktive Substanzen, die den Motor reinigen),
– 5 Prozent Dispersanten (halten Schmutzteile in der Schwebe),
– 1 Prozent Verschleißschutz und
– 3 Prozent sonstigen Bestandteilen.

Viskosität


Die Viskosität ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Motoröls. Sie ist auf jedem Ölgebinde vermerkt. Unter Viskosität versteht man die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit. Sie wird von der inneren Reibung bestimmt, die Geschwindigkeitsdifferenzen benachbarter Flüssigkeitsteilchen entgegenwirkt. Die Viskosität bildete bereits 1911 die Grundlage des ersten Motorenöl-Klassifikations-Systems und wurde in dem SAE-Klassifikationssystem (Society of Automotive Engineers) festgelegt. Heute werden überwiegend Mehrbereichsöle eingesetzt. Hier ein Beispiel für die Viskositätsbezeichnung eines Mehrbereichsöls: SAE 5W30.

Bei der Viskositätsbetrachtung unterscheidet man zwei Messgrößen:
- Dynamische Viskosität. Sie bezieht sich auf die Fließfähigkeit des Motoröls bei niedrigen Temperaturen. Hier erfolgt die Einteilung in die Winter-Viskositätsklassen 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W. Je kleiner die Zahl vor dem W ist, umso „dünnflüssiger“ ist das Öl bei Kälte. Die dynamische Viskosität hat unter anderem Einfluss auf die Anlasserdrehzahl bei kaltem Motor. Je niedriger die Kälteviskositätskennzahl, umso leichter lässt sich der kalte Motor beim Start durchdrehen.

- Kinematische Viskosität. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen der dynamischen Viskosität und der Dichte des Motoröls bei einer bestimmten Temperatur. Die Einteilung der SAE-Sommer-Viskositätsklassen erfolgt bei einer Prüftemperatur von 100 °C.  Typische Viskositätsklassen sind 20, 30, 40, 50 und 60. Je größer die Zahl nach dem W ist, umso "dickflüssiger" ist das Öl bei 100 °C.

HTHS

Neben den genannten Viskositätsklassen (Winter und Sommer) gibt es noch die sogenannte HTHS-Viskosität. HTHS steht für „High Temperature High Shear“ und beschreibt die dynamische Viskosität gemessen bei 150°C und unter Einfluss hoher Scherkräfte. Sie wird in Millipascalsekunden (mPas) angegeben. Durch die Festlegung von Grenzwerten der HTHS soll erreicht werden, dass Motorenöle auch im Lagerbereich (hier herrschen hohe Scherkräfte und hohe Öltemperaturen) die nötige Schmiersicherheit aufweisen.

Der Grenzwert bei Motorenölen mit der Spezifikation ACEA A2/A3 und ACEA B2/B3 liegt bei einer HTHS von 3,5 mPas. Motorenölqualitäten der Kategorie ACEA A1/B1 haben eine abgesenkte HTHS von bis zu 2,9 mPas. Durch die Absenkung der HTHS soll eine Kraftstoffeinsparung erzielt werden.

Mischbarkeit von Motorenölen

Generell gilt, dass Motorenöle untereinander mischbar sind, unabhängig davon, ob es sich um synthetische oder mineralölbasische Produkte handelt. Dies wird auch von den Automobilfirmen gefordert.

Vermischungen von Motorenölen verschiedener Marken oder Zusammensetzungen sollten allerdings nur dann vorgenommen werden, wenn der Nachfüllbedarf nicht anders gedeckt werden kann. So ist es nicht empfehlenswert, synthetische beziehungsweise teilsynthetische Motorenöle mit mineralölbasischen Motorenölen zu mischen, da hierdurch der höhere Qualitätsstandard der synthetischen Öle herabgesetzt wird. Die sich einstellende Qualität ist nur so gut, wie das schwächste Glied in der Kette.

Die Verlängerung der Wechselintervalle der Schmierstoffe stellt steigende Anforderungen an die Öle. So müssen moderne Motoröle eine gleichbleibende Funktionalität über die Einsatzdauer, hohe thermische und oxidative Stabilität für lange Einsatzmöglichkeit aufweisen und optimierte Reibungsverhältnisse zur Reduzierung von Energieverlusten sicherstellen.

Details

Abgasanlage

Befestigungstechnik

Funktion

Moderne Abgasanlagen bestehen aus mehreren Einzelkomponenten, die exakt aufeinander abgestimmt sind. Die Montagetechnik/Befestigungstechnik hat die Aufgabe, die Komponenten der Abgasanlage miteinander zu verbinden und die gesamte Anlage am Unterboden des Fahrzeugs zu befestigen. Die Anforderungen an die Montagetechnik sind sehr hoch: Sie reichen von langer Lebensdauer, hoher Dichtigkeit bis hin zum optimiertem Schwingungsverhalten.

Rohrverbinder und Schellen

Rohrverbinder und Schellen übernehmen hierbei die wesentliche Aufgabe der Abdichtung von Abgasanlagen. Dabei unterscheidet man zwischen Einfachschellen und den Doppelschellen.

Die Einfachschelle wird hauptsächlich bei der Endschalldämpfermontage eingesetzt. Hierbei wird im Regelfall das Rohr des Schalldämpfers über das vorgeschaltete Zwischenrohr aufgeschoben und mit der Einfachschelle formschlüssig verschraubt.

Die Doppelschelle wird zur Verbindung zweier gleichstarker Rohrdurchmesser eingesetzt. Deshalb wird sie auch Rohrverbinder genannt. Neben der Abdichtung hat die Doppelschelle die Aufgabe, Längendifferenzen von bis zu 125 mm auszugleichen.

Rohrverbinder und Schellen sind aggressiven Kondensaten, Schmutz, Spritz- und Salzwasser ausgesetzt. Deshalb bestehen sie idealerweise aus feritischem Stahl 1.4509 (Edelstahl). Sie müssen in einem Temperaturfenster von -40 °C bis 450 °C eine Dichtigkeit mit einer Leckagerate von 20 l/min gewährleisten.

Kompensationselemente

Mit zunehmenden Ansprüchen an Lebensdauer und Komfort, insbesondere bei den heutigen Motormassen, werden bei quer verbauten Motorvarianten so genannte Kompensations-Schwingungselemente eingesetzt. Diese Entkoppel-Elemente eliminieren auftretende Schwingungen ungünstiger Massenverteilungen, ermöglichen Montagetoleranzen und gleichen Wärmedehnungen aus.

Aufbau

Als Entkoppel-Elemente kommen zum Beispiel Schlauchgelenke (Flexteil) zum Einsatz. Es besteht aus dem äußeren Wellrohr, das die Dichtheit und die Beweglichkeit des Bauteils sicherstellt. Je nach Anforderungen werden sowohl ein- wie auch mehrlagige Bauformen eingesetzt. Das Wellrohr ist von einem Außengeflecht aus Stählen umgeben. Es hat die Aufgabe, das Wellrohr (Bellow) zu schützen und die Zugkräfte einzugrenzen.

Im inneren besteht das Schlauchgelenk aus einem gasdichten Flexrohr (Agraffschlauch). Dessen Hauptaufgabe ist die Strömungsführung des Abgases. Dieses auch als Inliner bezeichnete Bauteil hat durch seine Auslegung erhebliche Anteile an der Dämpfungswirkung von Abgasanlagen. Aufwendige Testreihen stellen die erforderliche Dauerhaltbarkeit sicher.

Heizung/Klima

Klimaanlage

Funktion

Die Klimaanlage eines Fahrzeugs hat die Aufgabe, den Innenraum zu kühlen und der zugeführten Frischluft die Feuchtigkeit zu entziehen. Damit sorgt sie für angenehme Innenraumtemperaturen selbst bei starker Sonneneinstrahlung und für beschlagfreie Scheiben bei hoher Luftfeuchtigkeit.

Die wichtigsten Komponenten der Fahrzeugklimaanlage sind der Kompressor, der Kondensator, der Trockner, das Expansionsventil und der Verdampfer. Die einzelnen Komponenten sind mit Schlauchleitungen miteinander verbunden und bilden ein geschlossenes System, den so genannten Kältemittelkreislauf. Im Kältemittelkreislauf zirkuliert das Kältemittel. Es wird vom Kompressor angetrieben.

Der Kältemittelkreislauf wird in zwei Seiten aufgeteilt:

- Der Teil zwischen Kompressor und Expansionsventil wird Hochdruckseite genannt.

- Der Bereich zwischen Expansionsventil und Kompressor bildet die Niederdruckseite.

Im Kompressor wird das gasförmige Kältemittel verdichtet und dadurch stark erhitzt. Anschließend wird es unter Hochdruck durch den Kondensator gepresst. Der Kondensator ist meistens im Bereich des Kühlers untergebracht. Im Kondensator wird dem stark erhitzten Kältemittel Wärme entzogen, was dazu führt, dass es kondensiert, also aus dem gasförmigen in den flüssigen Zustand wechselt. Im Trockner, der nächsten Station, werden Verunreinigungen und Lufteinschlüsse aus dem flüssigen Kältemittel abgeschieden. Hierdurch werden die Effektivität des Systems sichergestellt und die Komponenten vor Beschädigung durch Verunreinigungen geschützt.

Vom Trockner gelangt das flüssige Kältemittel zum Expansionsventil. Dieses hat eine ähnliche Funktion wie ein Stauwehr. Vor dem Wehr sorgt es für die Aufrechterhaltung des gleichmäßigen Drucks, wogegen sich der Druck nach dem Wehr durch Volumenvergrößerung entspannen kann. Da das Expansionsventil direkt vor dem Verdampfer positioniert ist, entspannt sich das Kältemittel in den Verdampfer hinein. Dabei ändert es seinen Aggregatzustand von flüssig auf gasförmig. Bei diesem physikalischen Prozess entzieht das Kältemittel der Umgebung Wärme, was als Verdunstungskälte wahrgenommen wird.

Der Verdampfer ist ähnlich wie der Kondensator ein Wärmetauscher. Er hat eine enorm große Oberfläche, über die er die Verdunstungskälte an die Umgebung abgibt. Diese abgegebene Kälte wird nun vom Ventilationssystem in den Fahrzeuginnenraum geblasen, wo sie für das Wohlbefinden der Passagiere verantwortlich ist. In der Niederdruckseite wird das wieder gasförmige Kältemittel zurück zum Kompressor geführt, wo der Kreislauf von vorne beginnt.

Die Klimaanlage ist bei modernen Fahrzeugen Teil des Thermo Managements. Dieses umfasst sowohl das Regeln der Motortemperatur in allen Betriebszuständen als auch das Heizen und Kühlen des Fahrzeuginnenraumes. Ein modernes Thermo Management System besteht demzufolge aus Bauteilen der Motorkühlung, der Fahrzeugheizung und der Klimaanlage. Komponenten dieser Baugruppen beeinflussen sich gegenseitig und bilden oftmals eine Einheit. Die Klimaanlage des Fahrzeugs ist somit ein Verbund aus Wagenheizung und Kältemittelkreislauf. Dies ermöglicht das Erzeugen der gewünschten Klimakonditionen, völlig unabhängig von den äußeren Bedingungen.

Details

Abgasanlage

Diesel-Partikelfilter

Funktion

Diesel-Partikelfilter haben die Aufgabe, die Rußpartikel im Abgasstrom von Dieselfahrzeugen zurückzuhalten und während der Regenerationsphase in CO2 umzuwandeln. Damit sorgen sie für saubere Luft. Je nach Anwendung und Einsatzbedingung kommen unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Für die Erstausrüstung bei Pkw oder die Nachrüstung bei schweren Nutzfahrzeugen werden sogenannte „geschlossene“ Partikelfiltersysteme verwendet. Für die Nachrüstung von Pkw, Transportern oder Wohnmobilen werden meist „offene“ Partikelfiltersysteme eingesetzt. Diesel-Partikelfilter „reinigen“ sich vom abgelagerten Ruß kontinuierlich selbst, sind meistens wartungsfrei und halten ein Fahrzeugleben lang. Nachrüstsysteme benötigen weder die Unterstützung des Motorenmanagements oder Sensorik und Elektronik noch die Zugabe von Additiven, um den Ruß effektiv zu mindern und kontinuierlich abzubauen.

Je nach Hersteller besteht der Partikelfilter aus unterschiedlichen Materialien: Codierite, Siliciumcarbit, Aluminiumtitanat oder Sintermetall. Die heißen Motorenabgase mit den Rußpartikeln werden in das Filtergehäuse auf die jeweiligen Filtermaterialien geleitet. Die gasförmigen Bestandteile der Abgase strömen durch die mikroskopisch feinen Poren der Filtertaschen. Sie halten die Rußteilchen inklusive der Feinpartikel auf ihrer Oberfläche zurück. Die Partikel lagern sich auf den einzelnen Filtertaschen ab.

Filterregeneration

Bei einer Abgastemperatur von etwa 200 °C startet die Regeneration (Reinigung) des Filters. Das mit Hilfe des Oxidationskatalysators gebildete Stickstoffdioxid (NO2) trifft auf den abgelagerten Ruß an den Filtertaschen. Dabei werden die Rußpartikel oxidiert und abgebaut; das vorher gebildete NO2 wird wieder zu Stickstoffmonoxid (NO) reduziert. Durch diesen sich ständig wiederholenden chemischen Prozess reinigt sich der Partikelfilter kontinuierlich selbst und benötigt keine zusätzlichen Regenerationshilfen, wie zum Beispiel eine Unterstützung des Motormanagements. 

Kombisystem

Kombinationssysteme verfügen über einen integrierten beziehungsweise vorgeschalteten Oxidationskatalysator oder eine leistungsfähige katalytische Beschichtung. Das sorgt für eine optimale Regeneration bei entsprechend hoher Abgastemperatur.

Motor

Kühlung (Motorkühlung)

Funktion

Im Verbrennungsmotor wird ein Großteil der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Wärme umgewandelt. Wird diese nicht wirkungsvoll an die Umgebung abgeführt, überhitzt der Motor und es entstehen schwerwiegende Schäden an der Motormechanik. Das Motor-Kühlsystem hat deshalb die Aufgabe, den Motor zu kühlen, indem überschüssige Wärme an die Außenluft abgegeben wird. Ein Teil der vom Kühlsystem transportierten Wärmemenge wird je nach Bedarf für das Aufheizen des Fahrzeuginnenraums genutzt.

Die wichtigsten Komponenten des Kühlsystems sind die Wasserpumpe, der Thermostat, der Kühler und der Ausgleichsbehälter. Die einzelnen Komponenten des Kühlkreislaufs sind zum Teil im Motorblock eingebaut und mit Schlauchleitungen miteinander verbunden. Somit bilden sie ein geschlossenes System. In dem System zirkuliert das Kühlmittel, das von einer mechanischen oder elektrischen Pumpe angetrieben wird.

Die Verbrennungswärme des Kraftstoffs geht zunächst auf die Bauteile des Motors über und wird dann an das Kühlmittel abgegeben. Durch die Zirkulation des Kühlmittels wird die Wärme zum Kühler transportiert, wo sie schließlich an die Außenluft abgeführt wird. Ein oder mehrere Lüfter (mechanisch oder elektrisch angetrieben), die vor oder hinter dem Kühler angebracht sein können, unterstützen den Abkühlungsprozess des Kühlmittels. Dies geschieht insbesondere bei langsamer Fahrt oder Stillstand des Fahrzeugs mit laufendem Motor. Um die Warmlaufphase des Motors zu verkürzen und die Temperatur des Kühlmittels beziehungsweise des Motors relativ konstant zu halten, wird der Kühlmittelfluss durch ein Thermostat gesteuert.

Heizung/Klima

Thermomanagement

Funktion

Thermomanagement: Das Motorkühlungssystem

Wie alle wissen, ist der Motorraum deutlich enger geworden, hierdurch baut sich eine enorme Hitze auf, die abgeleitet werden muss. Um den Motorraum abzukühlen, werden an moderne Kühlungssysteme hohe Ansprüche gestellt, dadurch hat es in letzter Zeit große Fortschritte im Bereich Kühlung gegeben.

Die Anforderung an das Kühlsystem sind:

– Verkürzte Warmlaufphase
– Schnelle Innenraumaufheizung
– Geringer Kraftstoffverbrauch
– Längere Lebensdauer der Komponenten

Die Basis aller Motorkühlungssysteme besteht aus den folgenden Komponenten:

– Kühlmittelkühler
Thermostat
– Kühlmittelpumpe (mechanisch oder elektrisch)
– Ausgleichsbehälter (Ausdehnungsbehälter)
– Leitungen
– Motorlüfter (Keilriemen angetrieben oder Visco®)
– Temperatursensor (Motorsteuerung / Anzeige)

Kühlmittel-Kühler


Kühlmittel-Kühler werden im Luftstrom der Fahrzeugfront verbaut. Sie haben die Aufgabe, die durch die Verbrennung im Motor erzeugte Wärme, die durch das Kühlmittel aufgenommen wird, an die Außenluft abzugeben.

Kühlmittel Pumpe

Die Kühlmittel Pumpe wird mechanisch oder elektrisch angetrieben und befördert das Kühlmittel durch den Kühlmittel-Kreislauf.

Kühlerlüfter

Ein oder mehrere mechanisch oder elektrisch angetriebene Kühlerlüfter unterstützen den Abkühlungsprozess des Kühlmittels. Die Lüfter sind vor oder hinter dem Kühler angebracht und können elektronisch geregelt sein.

Thermostat

Das mechanische oder elektronisch geregelte Kühlmittelthermostat befindet sich im Kühlmittel-Kreislauf und regelt die Kühlmitteltemperatur.

Wärmetauscher

Das mechanisch, pneumatisch, oder elektrisch angesteuerte Heizungsventil öffnet und schließt den Kühlkreislauf zum Wärmetauscher.

Wärmetauscherventil (optional)

Die vom Innenraumlüfter angesaugte Luft wird durch den Wärmetauscher geleitet und dabei erwärmt.

Funktion:
Luft- oder wassergekühlte LLK haben die Aufgabe, die vom Turbolader Verdichtete Luft herunterzukühlen um somit einen besseren Leistungsgrad des Motors zu erzielen. LLK müssen nach einem mechanischen Defekt des Turboladers erneuert werden.

Die Fahrzeugklimatisierung


Kompressor


Der Kompressor wird vom Fahrzeugmotor über einen Keilriemen angetrieben und verdichtet das angesaugte gasförmige Kältemittel, um es anschließend an den Kondensator weiterzuleiten.

Kondensator

Der Kondensator befindet sich vor dem Motorkühler und kühlt das vom Kompressor kommende Kältemittel ab, so dass dieses im flüssigen Zustand den Kondensator wieder verlässt.

Filtertrockner

Der Filtertrockner hat die Aufgabe dem flüssigen Kältemittel Fremdkörper und Feuchtigkeit zu entziehen. Darüber hinaus dient er als Kältemittelspeicher. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Filterkissen aus Granulat, welches nur eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit aufnehmen kann.

Expansionsventil

Das Expansionsventil ist der Trennpunkt zwischen Hoch- und Niederdruckbereich. Es regelt temperaturabhängig den Kältemittelfluss, indem es mal mehr und mal weniger flüssiges Kältemittel in den Verdampfer einspritzt. Gleichzeitig leitet es das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer an den Kompressor weiter.

 

Elektronik

Lambdasonde

Funktion

Die Lambdasonde ist ein Instrument zur Abgasregelung für Benzin-, Diesel- und Gas-Motoren. Es handelt sich hierbei um einen Sauerstoffkonzentrations-Sensor, der den Restsauerstoffgehalt des Abgases misst und diesen Wert in Form einer elektrischen Spannung an das Motorsteuergerät leitet. Anhand der Lambdasondenspannung erkennt das Steuergerät die Gemischzusammensetzung (mager oder fett). Bei zu fettem Gemisch reduziert das Steuergerät die Kraftstoffmenge im Mischungsverhältnis und erhöht sie bei zu magerem Gemisch.

Durch den Messwert der Lambdasonde ist das Steuergerät in der Lage, die Einspritzmenge so zu regeln, dass eine optimale Gemischzusammensetzung gewährleistet ist, um ideale Voraussetzungen für die Abgasbehandlung im Katalysator zu schaffen. Hierbei wird die Motorlast mit berücksichtigt. Eine mögliche zweite Lambdasonde, die Diagnosesonde (nach dem Katalysator), erkennt ob die Regelsonde (vor dem Katalysator) noch optimal arbeitet. Das Steuergerät kann diese Abweichung dann rechnerisch kompensieren.

Anordnung im Abgassystem

Bei neueren Motoren befindet sich je eine Lambdasonde im Abgassystem vor und eine nach dem Katalysator. Eine Elektrodenseite des Sensorelements wird vom Abgas umspült und die andere steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Außenluft dient dabei als Referenzluft für die Restsauerstoffmessung. Die aktuellste Generation von Lambdasonden vereinfacht das System, indem der anhand der Außenluft gemessene Referenzwert durch eine Referenzspannung ersetzt wird.

Arten von Lambdasonden

Heute gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Sondenarten: Die Sprung- und die Breitbandsonde. Die Sprungsonde erzeugt im betriebswarmen Zustand (ab 350 °C) eine elektrische Spannungsänderung entsprechend dem Sauerstoffgehalt im Abgas. Sie vergleicht den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft und erkennt den Übergang vom fetten Gemisch (Luftmangel) zum mageren Gemisch (Luftüberschuss) und umgekehrt.

Die Breitbandsonde misst sowohl im fetten als auch im mageren Bereich äußerst genau. Sie hat einen größeren Messbereich und ist auch für den Einsatz in Diesel- und Gasmotoren geeignet.

Damit Lambdasonden schneller auf Betriebstemperatur kommen und somit früher in die Abgasregelung eingreifen können, werden heutzutage beheizte Lambdasonden eingesetzt. Beheizte Lambdasonden müssen nicht mehr unbedingt in Motornähe eingebaut werden.

Aufbau der Lambdasonde

Fingersonde

Die Fingersonde enthält als Kernstück eine fingerförmige Sensorkeramik. Sie wird von einem in der Sonde integrierten Heizelement erwärmt, da ein Regelbetrieb erst ab einer Temperatur von 350 °C möglich ist. Eine Elektrodenseite des Sensorelements wird vom Abgas umspült und die andere steht mit der Außenluft in Verbindung. Die Außenluft dient dabei als Referenzluft für die Restsauerstoffmessung. Um das Sensorelement vor Verbrennungsrückständen und Kondenswasser im Abgas zu schützen, ist am Sondengehäuse abgasseitig ein Schutzrohr angebracht.  

Planarsonde

Die planare Lambdasonde ist eine in Dickschicht-Technologie hergestellte Sonde. Das Sensorelement hat die Form eines lang gestreckten Plättchens. In diesem Plättchen ist außer der Messzelle auch das Heizelement integriert. Damit kann eine schnellere Betriebsbereitschaft erreicht werden. Auch hier wird das Sondenelement durch geeignete Schutzrohre vor Verbrennungsrückständen und Kondenswasser im Abgas geschützt.

Motor

Wasserpumpe

Funktion

Damit das Kühlsystem die vom Motor erzeugte Wärme ideal an die Umgebungsluft abgeben kann, muss das Kühlmittel im System zirkulieren. Die Wasserpumpe hat die Aufgabe, die Kühlflüssigkeit anzutreiben und die für den Wärmeaustausch benötigte Zirkulation sicherzustellen. Damit trägt sei innerhalb des Heiz- und Kühlsystems dazu bei, dass die optimale Betriebstemperatur des Motors schnell erreicht, zuverlässig eingehalten und ein Überhitzen vermieden wird.

Je nach Motorenkonzept werden bei modernen Automobilen mechanisch oder elektrisch angetriebene Wasserpumpen eingesetzt. Mechanisch angetriebene Wasserpumpen sind entweder in den Zahnriemen- oder Keilrippenriementrieb integriert. Ihre Drehzahl ist durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelwellenantriebsrad und Wasserpumpenrad fest an die Motordrehzahl gekoppelt.

Elektrisch angetriebene Wasserpumpen laufen unabhängig von der Motordrehzahl. Ihre Leistung kann an den Kühlbedarf angepasst werden. Damit kann die Betriebstemperatur schneller erreicht werden. Dank besserem Wirkungsgrad tragen elektrische Wasserpumpen außerdem zum Senken des Kraftstoffverbrauchs bei.
 

Details

Elektrik

Generatorregler

Funktion

Eine optimale geladene Autobatterie ist Grundvoraussetzung für die störungsfreie Funktion eines Fahrzeuges. Der Generatorregler hat die Aufgabe, den Ladevorgang der Batterie zu überwachen und zu steuern. Außerdem ist er dafür zuständig, dass alle Stromverbraucher im Fahrzeug genügend Energie für ihre Funktion erhalten. Der Generatorregler ist üblicherweise eine Komponente des Generators. Aufgrund der unterschiedlichen Leistung der Generatoren und zahlreicher Generatorhersteller gibt es inzwischen mehrere hundert verschiedene Reglertypen.

Für die Regelung der vom Generator erzeugten Leistung ist der Strom maßgeblich, der durch die rotierende Magnetspule (Rotor) fließt. Mit diesem Strom wird das Magnetfeld verändert. Er wird in Abhängigkeit der zuvor gemessenen Batteriespannung vom Generatorregler gesteuert. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zu mehrere hundert Mal in einer Sekunde, sodass ein Lastwechsel an der Batterie sehr schnell ausgeglichen werden kann. Dabei muss die vom Generator erzeugte Spannung höher sein als die Batteriespannung. Der Generator hat je nach Vorgaben der Fahrzeughersteller eine Regelspannung zwischen 14 und 15 Volt bei Pkw und 28 und 29 Volt bei Lkw.

Der Regler verändert den Strom im Rotor jedoch nicht analog, sondern durch Ein- und Ausschalten für unterschiedlich lange Zeiten (Tastverhältnis). Wird also innerhalb einer Regelperiode der Strom für lange Zeit eingeschaltet und nur für kurze Zeit ausgeschaltet, liefert der Generator eine hohe Leistung. Umgekehrt liefert der Generator eine geringe Leistung, wenn der Regler den Strom nur kurz einschaltet und für lange Zeit ausgeschaltet lässt. Außerdem passen die Generatorregler die Batterieladung automatisch der Umgebungstemperatur an. Dies ist notwendig, weil die Autobatterie bei zum Beispiel -20 ° C ein anderes Ladeverhalten hat als bei +30 °C. Diese erforderliche Anpassung übernimmt der Regler automatisch mit einer Ladekurve, die in den Datenblättern als Temperaturkoeffizient angegeben wird.

Seit etwa 15 Jahren werden den Generatorreglern weitere Funktionen zugeordnet, die über das Laden der Batterie hinaus gehen. So bleibt zum Beispiel beim Starten des Motors der Generator zunächst ausgeschaltet. Erst nachdem der Motor läuft, wird die Leistung des Generators mit einer langsam ansteigenden Ladekurve innerhalb von 2 bis 10 Sekunden gesteigert. Dies erleichtert den Startvorgang vor allem bei kalten Temperaturen oder schon schwacher Batterie.

Außerdem sorgt der Regler dafür, dass der mechanische Stress, der auf den Antriebsriemen, die Lager und die Spannrolle des Generators wirkt, minimiert wird. Der mechanische Stress entsteht bei Lastwechsel durch Ein- und Ausschalten von Verbrauchern im Fahrzeug, wie zum Beispiel dem Fernlicht, der Sitzheizung und so weiter. Bei jedem Lastwechsel regelt der Generatorregler die Generatorleistung mit einer langsam ansteigenden, bzw. abfallenden Ladekurve auf den Sollwert. Ohne diese Funktion würde die gesamte erforderliche Leistung innerhalb von einer Zehntel Sekunde verändert.

Bei vielen Fahrzeugen wird neuerdings die Spannungsüberwachung der Batterie nicht mehr vom Generatorregler selbst durchgeführt, sondern vom Motorsteuergerät übernommen. Dieses ist mit dem Generatorregler entweder durch eine separate Leitung oder über das Bussystem verbunden und steuert den Regler anhand zahlreicher Faktoren. Der Regler hat in diesem Fall nur noch die Funktion eines einfachen Ein-/Ausschalters.

Details

Elektrik

Anlasser

Funktion

Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen benötigen zum selbsttätigen Laufen eine Startunterstützung. Der Starter (Anlasser) zählt zu den wichtigsten Komponenten der Startanlage. Diese besteht außer dem Starter aus Schalt- und Steuergeräten, der Verkabelung und der Starterbatterie.

Um die zum Selbstlauf des Motors benötigte Drehzahl mit einem möglichst kleinen Startermotor erreichen zu können, wird die deutlich höhere Drehzahl des Starters mit Hilfe einer Übersetzung zwischen Starterritzel und Motorzahnkranz an die Motordrehzahl angepasst.

Aufbau des Starters

Der Starter besteht aus folgenden Baugruppen:

– Elektromotor,
– Einspursystem,
Freilauf,
– Ritzel und eventuell Vorgelegegetriebe.

 

Beim Startvorgang wird das Starterritzel mit Hilfe des Einrückrelais in den Zahnkranz eingespurt. Der Startmotor ist entweder direkt oder über ein Vorgelegegetriebe, das die Drehzahl des Gleichstrommotors untersetzt, mit dem Starterritzel gekoppelt. Das Starterritzel treibt über den Motorzahnkranz den Verbrennungsmotor bis zum Selbstlauf an.

Nach dem Anspringen kann der Verbrennungsmotor schnell auf hohe Drehzahlen beschleunigen. Bereits nach wenigen Zündungen ist die Motordrehzahl größer als beim Startvorgang. Um den Starter vor zu hohen Drehzahlen und damit vor mechanischen Schäden zu schützen, ist das Starterritzel mit einem Freilauf ausgestattet, der den Kraftschluss zwischen Ritzel und Anker trennt. Mit dem Loslassen des Zündschlüssels fällt das Starterrelais ab, und die Ausspurfeder spurt das Ritzel aus dem Zahnkranz aus.

 

Start-Stopp-Starter

Neben konventionellen Startern bieten diverse Hersteller auch Starter für den Einsatz in kraftstoffsparenden Start/Stopp-Systemen an. Mit diesen Start/Stopp-Startern lässt sich der CO2 -Ausstoß und der Kraftstoffverbrauch im Stadtverkehr um bis zu 8 Prozent reduzieren (Messzyklus ECE15).

Im realen Stadtverkehr können die Einsparungen auch noch wesentlich höher sein. Das Funktionsprinzip des Start/Stopp-Systems ist so einfach wie effizient: Bei Fahrzeugstillstand und entsprechendem Ladezustand der Batterie wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Soll die Fahrt fortgesetzt werden, genügt die Betätigung eines Fahrpedals, um den Motor neu zu starten. So wird bei Stillstandsphasen im Verkehr, zum Beispiel im Stau oder an roten Ampeln, weder Kraftstoff verbraucht noch CO2 ausgestoßen. Und die Geräuschemissionen sinken auf Null.

Pkw-Starter müssen leicht, klein, kraftvoll und ökonomisch sein. Moderne Modelle überzeugen mit leichter, kompakter Bauweise denn weniger Gewicht verringert den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen. Überdies sorgen kleine Starter für zusätzliche Konstruktionsfreiheiten bei der Fahrzeugentwicklung.

Das Ziel der Entwicklungsarbeit wird auch in Zukunft die Reduzierung der Baugröße und des Gewichts bei gleich bleibender oder gesteigerter Leistung sein.

Details

Abgasanlage

Katalysator

Funktion

Der Katalysator hat die Aufgabe, schädliche Abgasbestandteile von Verbrennungsmotoren durch eine chemische Reaktion in unschädliche Gase umzuwandeln. Damit ist der Katalysator ein wesentlicher Bestandteil moderner Abgasreinigungssysteme von Otto- und Dieselmotoren.

Ein Katalysator besteht aus einem Edelstahlgehäuse, in dem ein metallischer (Metalith) oder keramischer (Monolith) Träger gelagert ist. Der Träger ist in Längsrichtung von einer Vielzahl feiner Kanäle durchzogen. Ziel ist es, damit eine möglichst große Oberfläche zu schaffen, so dass der Katalysator eine optimale Wirkung hat. Die Trägeroberfläche wird mit einer hochporösen Schicht (Wash-Coat) versehen, in die Edelmetalle (Platin, Palladium und/oder Rhodium) eingelagert sind. Diese Edelmetalle sind der eigentliche Katalysator, an dem die chemischen Reaktionen zur Abgasreinigung ablaufen.

EOBD

Austausch-Katalysatoren für Euro 3- und Euro 4- Fahrzeuge mit einer europäischen On-Board-Diagnose (EOBD) werden als EOBD-fähige Katalysatoren bezeichnet. Vor allem neuere Fahrzeugmodelle verfügen über eine EOBD. Sie überwacht während der Fahrt alle abgasrelevanten Bauteile und Sensoren. Dabei hält sie Fehlfunktionen fest und zeigt diese beispielsweise durch eine Warnlampe (MIL) dem Fahrer an. Auch die neuen Generationen von Diesel-Fahrzeugen sind in der Regel mit der EOBD-Funktion ausgestattet.

Oxidationskatalysator

Dieselmotoren arbeiten grundsätzlich mit einem hohen Luftüberschuss und haben daher einen hohen Anteil an Sauerstoff im Abgas. Der Katalysator für Dieselmotoren oxidiert Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) sowie Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O).

Drei-Wege-Katalysator

Der Drei-Wege-Katalysator ist für Ottomotoren bestimmt. Er wandelt bei Betriebstemperatur unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in CO2 und Wasserdampf (H2O), Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) und Stickoxide (NO, NO2) in Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) um. Diese Vorgänge laufen im Katalysator gleichzeitig ab. Er wird daher als Drei-Wege-Katalysator bezeichnet.

Um seine volle Wirkung entfalten zu können, benötigt ein Drei-Wege-Katalysator eine bestimmte Abgaszusammensetzung. Es muss dabei genau so viel Sauerstoff freigesetzt werden, wie zur Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids benötigt wird. Dies ist dann der Fall, wenn ein Teil Kraftstoff mit 14,7 Teilen Luft vermischt und im Motor verbrannt werden. Man spricht hier von einem stöchiometrischen Gemisch (Lambda = 1). Um dieses Gemisch zu erreichen, misst die zwischen dem Motor und Katalysator platzierte Lambda-Sonde den Restsauerstoffgehalt im Abgas. Die Motorsteuerung verarbeitet das Messergebnis und gibt die Steuerimpulse für eine optimale Gemischbildung.

Mit der verpflichtenden Einführung der EURO 5-Abgasgesetzgebung seit dem 01. Januar 2011 wurden neue Entwicklungen im Bereich der Katalysatoren erforderlich.

Moderne Drei-Wege-Katalysatoren weisen mittlerweile etwa eine Aufwärmphase von nur noch wenigen Sekunden auf. Dieses in der Fachliteratur beschriebene „Light Off“-Verhalten wird durch den Einsatz spezieller Beschichtungen unterstützt.

Neben Beschichtungskonzepten werden außerdem verstärkt konstruktiv anspruchsvolle Katalysatorgeometrien („Closed Couple“ oder motornahe Systeme) verwendet. Dazu gehören auch sogenannte Krümmer-Katalysatoren, bei denen der Katalysator und der Abgaskrümmer eine Einheit bilden.

Bei diesen Abgaskonzepten  werden die heißen Abgase des  Verbrennungsprozesses des Motors direkt in den Katalysator geleitet. Die enormen Temperaturen im unmittelbaren Ausgangsbereich der Motoren oder Turbolader führen hierbei zu einer Temperaturbeaufschlagung von bis zu 1.000 °C. Eine weitere Besonderheit stellen die hohen Beschleunigungskräfte dar, welche, verursacht durch die direkte Verbindung zwischen Motor und Abgasanlage, bei bis zu 75g liegen können. Diese neuen Bauformen erfordern strömungstechnische Anpassungen, um die Anströmung der verbauten Abgas-Sensoren jederzeit zu gewährleisten und somit den Steuergeräten jede erforderliche Information zu Temperaturen, Abgaszusammensetzungen und Gegendrücken zu liefern.

Elektrik

Generator

Funktion

Der Generator hat die Aufgabe, das Fahrzeugbordnetz unter allen Betriebsbedingungen zuverlässig mit elektrischer Energie zu versorgen. Diese wird sowohl vom Motor als auch von zahlreichen Sicherheits- und Komfortsystemen benötigt. Außerdem muss der Generator genügend Strom liefern, um die Batterie zuverlässig zu laden.

Der Generator wird vom Motor über einen Keil- oder Keilrippenriementrieb angetrieben und funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Das heißt: Bewegt sich ein elektrischer Leiter durch ein magnetisches Feld, wird in dem Leiter eine elektrische Spannung erzeugt. Dabei ist es unerheblich, ob sich das Magnetfeld bewegt oder der Leiter. Die Hauptbestandteile des Generators sind die Ständerwicklung, der Rotor, der Regler und der Gleichrichter.

Der Rotor hat die Aufgabe, das Magnetfeld zu erzeugen. Die Stärke des Magnetfeldes ist abhängig vom Strom, der durch den Rotor fließt. Dieser wird vom Regler geregelt. Sobald sich der Rotor dreht, erzeugt er in den Wicklungen des Ständers eine Wechselspannung. Diese wird, bevor sie in das Bordnetz gelangt, von den Dioden des Gleichrichters in eine Gleichspannung umgewandelt.

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Elektrik

Batterie

Funktion

Die Batterie hat die Aufgabe, elektrische Energie zu speichern und das Fahrzeugbordnetz mit Spannung zu versorgen. Bei modernen Fahrzeugen wird die Batterie nicht nur für den Start benötigt. Sie muss auch eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern versorgen. Insbesondere Komfortelemente, wie die Klimaanlage und Sitzheizungen aber auch Sicherheitssysteme wie zum Beispiel ABS und ESP benötigen zusätzliche Energie, die nicht über die reine Leistung der Lichtmaschine abgedeckt ist. Das gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass es zunehmend zu stockendem Verkehr im innerstädtischen Bereich kommt und so die Leistung der Lichtmaschine reduziert wird.

Neue Antriebssysteme wie StartStopp und Hybridfahrzeuge stellen zudem neue Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit einer modernen Starterbatterie. Auch Lkw-Batterien stellen spezielle Anforderungen an die Starterbatterie. Sie benötigen eine besonders hohe Rüttel- und Zyklenfestigkeit. Vor diesem Hintergrund sind moderne AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat) deutlich im Vorteil. Der Elektrolyt wird hier in einem absorptionsfähigen Glasfließ gebunden. Diese Technologie lässt keine Säureschichtung zu und sichert eine sehr hohe Rüttel- und Zyklenfestigkeit bei maximaler Leistung.

Aufbau und Technik

Damit eine Blei-Säure-Batterie Strom abgeben kann, müssen die positive Masse (Bleidioxid) und die negative Masse (Blei) in unmittelbarer Berührung mit verdünnter Schwefelsäure stehen. Die kleinste Einheit der Batterie ist die Zelle. Sie enthält positive und negative Platten, die durch sogenannte Separatoren (Isolatoren) voneinander getrennt sind. Je mehr Plattenvolumen die Zelle enthält, desto größer ist ihre Kapazität, das heißt desto größer ist die Elektrizitätsmenge, die sie abgeben kann. Ferner enthält die Zelle verdünnte Schwefelsäure. Diese dringt in die Platten und Separatoren ein und füllt die Hohlräume, so dass die Bleidioxid- beziehungsweise Bleiteilchen ständig mit Säure in unmittelbarer Berührung stehen. Die in die Zelle eingefüllte Säure befindet sich also teils in den Platten und Separatoren, teils außerhalb der Platten. Die außerhalb der Platten befindliche Säure dient als Säurevorrat und natürlich auch zur Stromleitung innerhalb der Zelle.

Die Batterie im Einsatz

Wird die Batterie mit einem Verbraucher gekoppelt, fließt ein Strom, der die Batterie entlädt. Die Elektronen bewegen sich von der negativen zur positiven Platte. Zum Ausgleich wandern Sulfat-Ionen aus dem Elektrolyt zur negativen Platte und werden dort zusammen mit dem Blei zu Bleisulfat. Aus dem Bleidioxid an der positiven Platte entsteht – unter Bildung von Wasser – ebenfalls Bleisulfat, indem Sulfat- und Wasserstoffionen verbraucht werden.

Bei der Aufladung wird die Batterie an eine Gleichspannungsquelle gekoppelt. Der Elektronenfluss geht nun von der positiven zur negativen Platte. Der Elektronenfluss bewirkt an der negativen Platte eine Reduktion des Bleisulfates, während an der positiven Platte das Bleisulfat unter Elektronenabgabe und Aufnahme von Sauerstoffatomen zu Bleidioxid wird. In der Flüssigkeit entsteht Schwefelsäure und die Wassermenge verringert sich.

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Elektronik

Aktuatoren

Funktion

Aktuatoren bilden einen wesentlichen Teil elektronischer Regelsysteme in Pkw und Nutzfahrzeugen. Sie haben die Aufgabe, die elektrischen Signale des Steuergerätes in eine Aktion umzusetzen. Bei Aktuatoren handelt es sich meist um Elektromotoren oder elektromagnetische Ventile. Sie verstellen unter anderem Klappen, regeln den Durchfluss von Flüssigkeiten oder betätigen Pumpen zum Druckaufbau, beispielsweise in Brems- und Lenksystemen.

In der Motorsteuerung regeln Aktuatoren die Leerlaufdrehzahl, steuern Luftführungsklappen zur Drehmoment- und Leistungsoptimierung und dosieren den Kraftstoff für eine optimale Verbrennung. In Komfortsystemen kommen sie beispielsweise zur Ver- und Entriegelung der Fahrzeugtüren oder bei der Fernbetätigung von Tankdeckeln, Heckklappen, Motorhauben und Ablagefächern zum Einsatz.

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Elektronik

Sensoren

Funktion

Sensoren sind sozusagen die Sinnesorgane des Fahrzeugs. Sie sind wesentlicher Bestandteil elektronischer Regelsysteme und haben die Aufgabe, physikalische oder chemische Größen zu erfassen und in elektrische Signale umzuwandeln. In den letzten Jahren ist die Variantenvielfalt der Sensoren explosionsartig angestiegen. Vor allem im Bereich der Sicherheits- und Komfortelektronik sind viele neue Sensortypen hinzugekommen. Grundsätzlich lassen sich Sensoren in folgende Kategorien einteilen:

Positionssensoren (Weg-/Winkelsensoren)

... dienen dem Erfassen der Drosselklappenstellung, der Fahr- bzw. Bremspedalstellung, der Weg- und Winkelpositionen in Dieseleinspritzpumpen, des Füllstands im Kraftstoffbehälter, des Lenkwinkels, des Neigungswinkels und so weiter. In diese Rubrik gehören auch Ultraschall- und Radarsensoren zum Ermitteln von Abständen zu Hindernissen für moderne Fahrerassistenzsysteme.

Drehzahl- und Geschwindigkeitssensoren

... werden für das Bestimmen von Kurbelwellen-, Nockenwellen- und Dieseleinspritzpumpendrehzahl oder Raddrehzahlen eingesetzt. Drehratensensoren gehören auch in diese Kategorie. Sie erfassen die Drehbewegung des Fahrzeugs um die eigene Hochachse und werden für das ESP benötigt.

Beschleunigungssensoren

... erfassen die Beschleunigung der Karosserie und kommen bei passiven Sicherheitssystemen (Airbag, Gurtstraffer, Überrollbügel), und Fahrdynamiksysteme wie ABS, ESP sowie bei der Fahrwerksregelung zum Einsatz.

Drucksensoren

... werden für das Erfassen von unterschiedlichsten Drücken eingesetzt, etwa des Saug- beziehungsweise Ladedrucks, Kraftstoffdrucks, Bremsdrucks, Reifendrucks, Hydraulikvorratsdrucks (bei ABS und Servolenkung), Kältemitteldrucks (Klimaanlage), Modulationsdrucks (Automatikgetriebe) und so weiter.

Temperatursensoren

... werden für das Erfassen von Temperaturen eingesetzt, zum Beispiel beim Messen der Ansaug- bzw. Ladelufttemperatur, Umgebungs- und Innenraumtemperatur, Verdampfertemperatur (Klimaanlage), Kühlwassertemperatur, Motoröltemperatur, Kraftstofftemperatur, Reifenlufttemperatur und so weiter.

Kraft- und Drehmomentsensoren

... werden zum Messen von Kräften eingesetzt, etwa der Pedalkraft, der Antriebs-, Brems- und Lenkmomente, oder dem Gewicht der Fahrzeuginsassen (bei adaptiven Rückhaltesystemen).

Durchflussmesser

... werden für das Erfassen des geförderten Kraftstoffs und der vom Motor angesaugten Luftmenge eingesetzt.

Gassensoren

... erfassen die Zusammensetzung des Abgases (Lambdasonde, NOx-Sensor), oder erkennen Schadstoffe in der Frischluftzufuhr.

Beispiele für Sensoren für die Motorsteuerung:

Impulsgeber, Kurbelwelle

Der Kurbelwellensensor dient zur Erfassung der Motordrehzahl und der Position der Kurbelwelle. Aus diesen Werten errechnet das Steuergerät den Einspritz- und den Zündimpuls.

Nockenwellenposition

Der Nockenwellensensor befindet sich am Zylinderkopf und tastet einen Zahnkranz an der Nockenwelle ab. Diese Information wird zum Beispiel für den Einspritzbeginn, für das Ansteuerungssignal des Magnetventils bei dem Pumpe-Düse-Einspritzsystem und für die zylinderselektive Klopfregelung benötigt.

Luftmassenmesser

Der Luftmassenmesser wird zwischen dem Luftfiltergehäuse und dem Ansaugkrümmer montiert. Er misst die vom Motor angesaugte Luftmasse. Diese Größe ist die Grundlage für das Berechnen der Kraftstoffmenge, die dem Motor zugeführt werden muss.

Ansauglufttemperatur/Außentemperatur/Innenraumtemperatur

Lufttemperatursensoren erfassen die Temperatur der Umgebungsluft. Die gemessenen Werte dienen zur Steuerung verschiedener Systeme, etwa der Klimaanlage oder als Korrekturwert für das Einspritzsystem. Der Einbauort richtet sich nach der zu messenden Lufttemperatur. Zum Beispiel befindet sich der Ansauglufttemperatursensor in der Luftführung der Ansaugluft.

Kühlmitteltemperatur

Der Kühlmitteltemperatursensor wird in das Kühlsystem eingeschraubt. Die Messspitze ragt in das Kühlwasser und erfasst dessen Temperatur. Dieser Wert dient dem Steuergerät zur Anpassung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge an die Motortemperatur.

Drosselklappenstellung

Drosselklappensensor sind an der Drosselklappenachse befestigt und überwachen den Öffnungswinkel der Drosselklappe. Aus den Werten errechnet die Motorelektronik die Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit weiterer Faktoren eingespritzt wird.

Klopfsensoren

Klopfen ist eine unkontrollierte Form der Verbrennung im Ottomotor. Da Klopfen dauerhaft zu Schäden am Motor führen kann, muss es kontrolliert und geregelt werden. Das Motorsteuergerät wertet die vom Klopfsensor eingehenden Spannungssignale aus und regelt den Zündzeitpunkt in einem Bereich kurz unterhalb der sogenannten Klopfgrenze. Klopfsensoren werden durch das Steuergerät permanent überwacht.

Saugrohr-Druck

Der Saugrohr-Drucksensor misst den Saugrohrunterdruck nach der Drosselklappe und gibt  diesen Wert als elektrisches Signal an das Motorsteuergerät weiter. Zusammen mit dem Wert des Lufttemperatursensors wird daraus die angesaugte Luftmasse berechnet.

Lambdasonden

Die Lambdasonde misst den Restsauerstoffgehalt im Abgas, um immer ein optimales Gemisch zur Verbrennung zu gewährleisten. Je nach Sondentyp wird durch ein chemisches Element (Titandioxid/Zirkondioxid) und Restsauerstoffgehalt des Abgases eine Spannung beeinflusst, die dem Steuergerät als Messgröße dient.

Beispiele für Sensoren aus der Karosserie-Elektronik:

Raddrehzahl

Die Raddrehzahl dient Fahrsicherheitssystemen wie ABS und ASR als Drehzahlwert sowie GPS-Systemen zur Berechnung zurückgelegter Strecken. Ein Defekt bewirkt den Ausfall dieser Systeme. Dadurch wird die Sicherheit erheblich beeinträchtigt.

Geschwindigkeit, Getriebe

Der Getriebesensor erfasst die Getriebedrehzahl. Das Drehzahlsignal dient dem Steuergerät zur genauen Regelung des Schaltdruckes bei den Schaltübergängen und zur Entscheidung, welcher Gang zu welchem Zeitpunkt eingelegt werden muss.

Geschwindigkeit, Wegstrecken

Wegstreckensensoren dienen zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit. Sie werden am Getriebe oder an der Hinterachse montiert. Die gewonnenen Informationen werden für die Geschwindigkeitsanzeige, die Geschwindigkeitsregelanlage und die Wandlerschlupfregelung benötigt.

Motorölstand/Kühlmittelstand

Aus Gründen der Betriebssicherheit und zur Steigerung des Komforts werden Füllstände wie z. B. Motoröl, Kühlwasser und Waschwasser mit Niveausensoren überwacht. Diese senden ein Signal an das Motorsteuergerät, welches eine Kontrolllampe aktiviert.

Bremsbelagverschleiß

Die Bremsverschleißsensoren befinden sich an den Bremsbelägen und unterliegen der gleichen Abnutzung. Beim Erreichen der Verschleißgrenze wird dies dem Fahrer durch ein optisches Signal angezeigt.

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Elektronik

Drosselklappe

Funktion

Die Drosselklappe hat generell die Aufgabe, die Luft- beziehungsweise Gemischzufuhr für den Verbrennungsmotor zu regulieren. Je nach Motorenkonzept dient dies unterschiedlichen Zwecken. Bei Ottomotoren wird über die Dosierung der Frischluft- oder Gemischzufuhr die Drehzahl und Leistungsabgabe reguliert. Dieselmotoren benötigen im Grunde genommen keine Drosselklappe. Bei modernen Selbstzündern wird jedoch mit dem Drosseln der Ansaugluftmenge eine präzise Steuerung der Abgasrückführung erreicht und das Schütteln des Motors beim Abstellen verhindert.

Die Drosselklappe ist im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingebaut. Je nach Öffnungsgrad lässt sie mehr oder weniger Frischluft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch (zum Beispiel bei Motoren mit Vergaser) in die Zylinder strömen. Bei älteren Fahrzeuggenerationen ist die Drosselklappe direkt mit dem Gaspedal verbunden und wird mechanisch über einen Seilzug betätigt. Für neuere Fahrzeuge gibt es unterschiedliche Betätigungskonzepte:

 

Elektromotorische Drosselklappen:
Bei elektromotorischen Drosselklappen wird die Drosselklappenstellung mechanisch über den Gaszug reguliert. Die Drosselklappen-Elektronik leitet die Position der Drosselklappe in Form eines elektrischen Signals an das Motorsteuergerät weiter. Diese Information wird mit weiteren aktuellen Daten verschiedener Sensoren des Motormanagements abgeglichen. Das Motorsteuergerät errechnet permanent die für Verbrauch und Abgasemission optimale Drosselklappenstellung und sendet diese Information in Form eines elektrischen Steuersignals an die Drosselklappe zurück. Dort wird mit Hilfe eines Stellmotors die Feinregulierung der Drosselklappenstellung eingeleitet.

 

Elektronische Drosselklappen:
Bei elektronischen Drosselklappen besteht keine direkte Verbindung zum Gaspedal. Der Lastwunsch wird von einem elektronischen Gaspedal (E-Gas) erfasst. Das Motormanagement gleicht dieses Signal mit allen weiteren zur Verfügung stehenden Daten der Motor-Sensorik permanent ab. Hieraus wird die jeweils optimale Drosselklappenstellung errechnet. Die elektronische Drosselklappe wird ausschließlich mit Hilfe eines Stellmotors anhand des Steuersignals vom Motormanagement angesteuert.

Luftregelventile:
Werden Drosselklappen bei Dieselmotoren eingesetzt, spricht man im Allgemeinen von Luftregelventilen. Diese gibt es mit oder ohne integrierte Regelelektronik. Wie bereits erwähnt, nehmen die Luftregelventile im Ansaugtrakt von Dieselmotoren elektromotorisch eine Ansaugluftdrosselung vor, um eine exakt geregelte Abgasrückführung zu realisieren sowie die störend wirkende Abschaltschüttelfunktion zu beheben.

Luftklappen-Stellmotoren:
Luftklappen-Stellmotoren sind elektrische Aktuatoren mit integriertem Positionssensor und wahlweise integrierter Elektronik. Sie ermöglichen die kontinuierliche Verstellung etwa von Saugrohrklappen oder Turboladerleitschaufeln und ersetzen aufgrund der präziseren Steuerung herkömmliche pneumatische Antriebe, die den gestiegenen Anforderungen nicht mehr genügen.

 

 

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Motor

Glühkerze

Funktion

Dieselmotoren sind Selbstzünder, das heißt: Der eingespritzte Kraftstoff entzündet sich, ohne dass ein Zündfunke notwendig ist. Die Auslösung des Arbeitstaktes erfolgt in drei Schritten:

1. Zunächst wird reine Luft angesaugt.

2. Die angesaugte Luft wird auf 30 bis 55 bar verdichtet – dabei erhitzt sie sich auf 700 bis 900 °C.

3. Dieselkraftstoff wird in die Brennkammer eingespritzt. Durch die hohe Temperatur der komprimierten Luft wird die Selbstzündung ausgelöst, der Innendruck steigt stark an und der Motor entwickelt seine Leistung.

Im Vergleich zu Ottomotoren erfordern Selbstzünder aufwendigere Einspritzsysteme und Motorbauformen. Die ersten Dieselmotoren waren keine besonders komfortablen und drehfreudigen Antriebsaggregate. Durch den harten Verbrennungsablauf waren sie in kaltem Zustand sehr laut. Sie waren gekennzeichnet durch ein höheres Leistungsgewicht, eine geringe Leistung pro Liter Hubraum sowie ein schlechteres Beschleunigungsverhalten. Durch stetige Weiterentwicklung der Einspritztechnik und der Glühkerzen konnten all diese Nachteile beseitigt werden. Heute gilt der Diesel als gleich- oder gar höherwertige Antriebsquelle.

Funktion von Glühkerzen


Damit der Dieselmotor bei niedrigen Außentemperaturen sicher anspringt und während der Warmlaufphase geräusch- und emissionsarm läuft, werden Glühkerzen montiert, die in den Zylinder hineinragen. Die Glühkerzen müssen in einer möglichst kurzen Zeit eine hohe Temperatur zur Zündunterstützung bereitstellen – und diese Temperatur unabhängig von den Randbedingungen halten oder sogar in Abhängigkeit von diesen anpassen.

Beim Vorglühen fließt anfangs ein hoher Strom über den Anschlussbolzen und die Regelwendel zur Heizwendel. Diese erhitzt sich schnell und bringt die Heizzone der Glühkerze zum Glühen. Das Glühen breitet sich rasch aus – und nach zwei bis fünf Sekunden glüht der Heizstab bis nahe an den Kerzenkörper. Dadurch wird die Temperatur der durch den Strom schon erhitzten Regelwendel zusätzlich erhöht. In der Folge steigt der elektrische Widerstand der Regelwendel und der Strom wird so weit reduziert, dass der Glühstab nicht beschädigt werden kann. Ein Überhitzen der Glühkerze ist somit nicht möglich.

Erfolgt kein Start, wird die Glühkerze nach einer gewissen Bereitschaftszeit durch das Glühzeitsteuergerät abgeschaltet. Fahrzeuge älterer Bauart sind zumeist mit Glühkerzen bestückt, die lediglich vor und während der Startphase glühen.

Nachglühfähige Glühkerzen

Moderne Diesel-Pkw laufen in der Regel mit nachglühfähigen Glühkerzen vom Band.

Das heißt, sie glühen

  • vor dem Start,
  • während der Startphase,
  • nach dem Start und
  • während dem Motorbetrieb (im Schubbetrieb).


Das elektronisch gesteuerte Vorglühen beginnt mit der Betätigung des Zündschloss-Anlassschalters und dauert bei normalen Außentemperaturen bis zur Startbereitschaft etwa zwei bis fünf Sekunden. Die Nachglühzeit beträgt bis zu drei Minuten nach dem Start des Motor, um die Schadstoff- und Geräuschemissionen zu minimieren. Der Motorbetriebszustand wird z. B. über die Messung der Kühlwassertemperatur erfasst. Der Nachglühvorgang dauert so lange, bis die Kühlwassertemperatur 70 °C erreicht, oder er wird nach einer im Kennfeld abgelegten Zeit abgestellt. Liegt die Kühlwassertemperatur schon vor dem Start über 70 °C, wird in den meisten Fällen nicht nachgeglüht.

Schutz vor Überhitzung


Selbstregelnde Stabglühkerzen schützen sich selbst vor Überhitzung, indem sie den Strom von der Batterie zur Kerze mit steigender Temperatur begrenzen. Bei laufendem Motor erhöht sich die Spannung jedoch so weit, dass Glühkerzen, die nicht für die neueste Technik konzipiert sind, durchbrennen können. Hinzu kommt, dass die bestromten Kerzen nach dem Start hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sind und somit von innen und außen aufgeheizt werden. Die nachglühfähigen Stabglühkerzen sind bei voller Generatorspannung funktionsfähig. Ihre Temperatur steigt zwar schnell an, wird dann aber durch eine neue Regelwendel auf eine Beharrungstemperatur abgeregelt, die unter derjenigen der nicht nachglühfähigen Kerzen liegt.

Schnellstart in zwei Sekunden

Bei der nachglühfähigen Glühkerze ist es gelungen, die Glühzeit auf zwei bis fünf Sekunden zu verkürzen. Um das zu erreichen, haben die Konstrukteure den Durchmesser des Heizstabes an seinem vorderen Ende reduziert. Dadurch beginnt der Heizstab in dieser Zone sehr schnell zu glühen. Bei einer Temperatur von 0 °C dauert es gerade mal 2 Sekunden bis zum Start. Bei tieferen Temperaturen passt sich das System durch die Glühzeitregelung an die Erfordernisse an und erhöht die Glühzeit entsprechend: Bei –5 °C auf etwa fünf und bei –10 °C auf rund sieben Sekunden.

Bremse

Bremsflüssigkeit

Funktion

Die Bremsflüssigkeit hat die Aufgabe, die vom Autofahrer erzeugte Pedalkraft auf die Radbremsen zu übertragen. Sobald der Autofahrer das Bremspedal tritt, wirkt seine Fußkraft über das Bremspedal auf den Bremskraftverstärker. Der Hauptzylinder wandelt die verstärkte Fußkraft in hydraulischen Druck um. Dieser wird schließlich über Bremsleitungen und Bremsschläuche zu den Radbremsen übertragen. Die Bremsflüssigkeit dient hierbei als Übertragungsmedium. An die Bremsflüssigkeit werden hohe Anforderungen gestellt. Unter anderem darf sie Gummidichtungen nicht angreifen, muss die Komponenten des Bremssystems vor Korrosion und Verschleiß schützen und vor allem temperaturbeständig sein. Denn die beim Bremsen erzeugte Wärme geht zum Teil auf die Bremsflüssigkeit über. Dabei entstehen hohe Temperaturen, was im Extremfall zum Sieden der Bremsflüssigkeit führen kann. Doch wenn die Bremsflüssigkeit kocht, gibt das Bremspedal nach und die Bremsleistung nimmt stark ab. Denn beim Sieden der Bremsflüssigkeit entstehen Dampfblasen, die sich zusammendrücken lassen. Bremsimpulse kommen an den Radbremsen nicht mehr an, das Bremspedal fällt bis zum Bodenblech und man spricht vom gefürchteten „Tritt ins Leere“.

Aus diesem Grund ist der Siedepunkt einer Bremsflüssigkeit besonders wichtig. Hierbei spricht man vom Trocken- und vom Nasssiedepunkt. Der Trockensiedepunkt beschreibt die Eigenschaft einer neuen, noch versiegelten Bremsflüssigkeit. Er liegt in der Regel zwischen 240°C und 280°C

Bremsflüssigkeit hat aufgrund ihrer Zusammensetzung hygroskopische Eigenschaften. Das heißt, sie nimmt aus  ihrer Umgebung – vor allem durch die Bremsschläuche – Feuchtigkeit auf. Das hat zur Folge, dass der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit mit der Zeit steigt und der Siedepunkt sinkt. Bei einem Wassergehalt von 3,5 Prozent ist der sogenannte Nasssiedepunkt erreicht. Ab diesem Zeitpunkt muss die Bremsflüssigkeit gewechselt werden.

Der tatsächliche Siedepunkt der Bremsflüssigkeit kann in einer Fachwerkstatt mit Hilfe eines Testgerätes ermittelt werden. Dies sollte jährlich durchgeführt werden. Damit die Funktion der Bremsanlage sichergestellt ist, muss die Qualität der Bremsflüssigkeit den Vorgaben des Fahrzeugherstellers entsprechen. Darüber hinaus müssen die vorgeschriebenen Wechselintervalle eingehalten werden. 

Sehr wichtig ist des Weiteren die Viskosität, also die Zähflüssigkeit der Bremsflüssigkeit. Die Viskosität sichert die Funktion verschiedener Bremssysteme. Bei modernen Regelsystemen, wie z.B. ABS oder ESP® ist eine besonders niedrige Viskosität Voraussetzung für absolut zuverlässige Regelvorgänge in Bruchteilen von Sekunden. Die Hydraulikaggregate dieser Systeme haben eine Vielzahl von kleinen Bohrungen und Kanälen, die zum Teil kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die Auswahl einer Bremsflüssigkeit mit falscher Viskosität kann fatale Folgen für die Funktion moderner Bremssysteme haben.

Die Minimalanforderungen an Bremsflüssigkeiten wurden vom United States Department of Transportation (DOT) anhand der Norm FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard) 116 definiert. Die dort enthaltenen Klassen unterscheiden sich nach ihrem Trocken- und Nasssiedepunkt, sowie der Viskosität.

Siedepunkte nach DOT-Standard:

Typ:

Trockensiedepunkt

Nasssiedepunkt

Viskosität

 in °C

 in °C

in mm²/sec

DOT 3

205

140

1.500

DOT 4

230

155

1.800

DOT 5.1

260

180

900

 

Folgende Bremsflüssigkeiten sind am Markt üblich:

DOT 3-Bremsflüssigkeiten sind oft in älteren Fahrzeugen zu finden. Das Mischen von DOT3-Flüssigkeiten mit anderen Bremsflüssigkeiten ist nicht zu empfehlen.

DOT 4-Bremsflüssigkeiten
haben einen höheren Siedepunkt und werden zumeist in aktuellen Fahrzeugmodellen eingesetzt. Für Fahrzeuge mit elektronisch geregelten Bremssystemen wie ABS oder ESP® bieten einige Hersteller Bremsflüssigkeiten auf DOT4-Basis an, die aber eine geringere Viskosität aufweisen. Sie sind z.B. unter Namen wie „DOT4 Plus“, „DOT4 Pro“ oder „DOT4 HP“ erhältlich.

DOT 5-Bremsflüssigkeit
ist eine Flüssigkeit auf Silikonbasis und typisch für den amerikanischen Markt. Sie darf nicht mit der DOT 5.1 verwechselt werden, die auf mineralischer Basis (Glykolbasis) hergestellt wird.

Die DOT 5.1-Bremsflüssigkeit ist kompatibel mit den DOT 3- und DOT 4-Varianten. Durch das hervorragende Wasserbindungsvermögen ist der Abfall des Siedpunktes minimal. Diese Flüssigkeit ist ideal für extreme Einsatzbedingungen und rennsportbegeisterte Fahrer.

Die von einigen Fahrzeugherstellern (z.B. Citroen) verwendeten Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis werden üblicherweise nicht als Bremsflüssigkeiten bezeichnet. Sie dürfen nicht mit DOT-Bremsflüssigkeiten gemischt werden. Erkennen kann man letztere an ihrer fluoreszierten grün-gelben Farbe.

Spezialwerkzeug

Spezialwerkzeug

Funktion

Qualifizierte Kfz-Werkstätten wissen genau, dass ihre Mechaniker nur mit Qualitätswerkzeugen sicher, schnell und präzise arbeiten können. Dadurch lässt sich eine professionelle Reparatur vom Fachmann in kurzer Zeit erledigen und der Autofahrer spart Geld und kann sich auf die Reparaturqualität verlassen.

Ohne gute und auf den entsprechenden Anwendungsfall exakt abgestimmte Spezialwerkzeuge ist eine fach- und sachgerechte Arbeit in der Fachwerkstatt nahezu unmöglich. Fachwerkstätten arbeiten nicht nur hochprofessionell, sondern bedienen sich zur Abrundung ihres handwerklichen Könnens auch einer Vielfalt von Qualitätshandwerkzeugen, Werkstattwagen und -einrichtungen.

Qualitätsarbeit setzt neben der Montage von Qualitäts-Ersatzteilen, den Einsatz von absolut hochwertigem und stets zuverlässigem Werkzeug voraus. Die seit Jahren technisch immer ausgereifter und anspruchsvoller werdenden Fahrzeuge erfordern den Einsatz von zahlreichen Spezialwerkzeugen als die „richtigen Problemlöser“ für den jeweiligen Einsatzzweck. Mit ihnen gelingt es dem Kfz-Handwerker problemlos und schnell selbst an die verwinkeltsten Einbauorte zu gelangen, um die Schraubverbindung und das Bauteil korrekt zu lösen und wieder zu montieren. Spezialwerkzeuge sparen somit wertvolle Zeit und damit dem Werkstattkunden auch direkt Geld für die beauftragten Reparatur- oder Inspektionsarbeiten.

80 Prozent aller Schraubverbindungen in einem Kfz verfügen heutzutage über exakt vorgeschriebene Drehmomentvorgaben. Demzufolge sind Drehmomentgenauigkeiten von höherer Bedeutung denn je. Mit einem klassischen Hammer, Zange oder sogenannten „Knochen“ kommt die Profi-Werkstatt heute nicht mehr weit. Im Zeitalter von zertifizierten DIN/ISO-Werkstätten gelten Drehmomentschlüssel als hochpräzise Messinstrumente. Deren regelmäßige Kalibrierung gibt dem Anwender Sicherheit beim Anziehen von Schraubverbindungen, was dem Autofahrer aus technischer Sicht allzeit eine „gute und sichere Fahrt“ im Straßenverkehr gewährleistet.

Führende Werkzeugentwickler und -hersteller sind seitens der Automobilindustrie oftmals bereits in die Entwicklung neuer Fahrzeuge eingebunden. Damit sind sie in der Lage, schon in einem sehr frühen Stadium Spezialwerkzeuge für eventuelle Reparaturarbeiten zu entwickeln. Auch die Teilehersteller wissen um die hohe Bedeutung von Qualitätswerkzeugen und arbeiten besonders im Bereich anspruchsvoller Reparaturen, bei denen Spezialwerkzeuge benötigt werden, sehr eng mit den Werkzeugherstellern zusammen.

 

Fazit:

Fachwerkstätten müssen stetig in professionelle Qualitätswerkzeuge und regelmäßige Fortbildung ihrer Mechaniker auf den verschiedensten Gebieten der Autoreparatur und Instandhaltung investieren. Das gilt auch für die Weiterentwicklung modernster Reparaturmethoden. Damit wird der moderne Mechatroniker zu einem „Chirurgen Ihres Fahrzeugs“, bei dem Ihr Auto jederzeit sicher und zuverlässig „in den besten Händen“ ist.

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Schmierung

Additive

Funktion

Additive sind Zusätze, die dem Kraftstoff, dem Motoröl, dem Getriebeöl und dem Kühlerschutzmittel hinzugefügt werden, um deren Eigenschaften zu verbessern. Kraftstoffe und Öle werden bereits in der Raffinerie additiviert. Ohne Additive könnten weder Treibstoff noch Öl die geforderte Leistung erbringen. Würden moderne Fahrzeuge Kraftstoff ohne Additive tanken, kämen sie kaum von der Stelle. Motoröl ohne Additive könnte den Belastungen in modernen Motoren kaum standhalten und würde sie sogar zerstören. Additive sind also nicht nur gut verträglich – sie sind sogar lebenswichtig für das Auto. Jeder Autofahrer nutzt sie ständig, meistens jedoch unbewusst.

Viele Aufgaben!

Die Aufgaben der Additive sind sehr vielfältig: Sie müssen eine reinigende Wirkung haben, mechanische Bauteile pflegen und sie vor Verschleiß schützen. Ferner tragen sie zur Qualitätsverbesserung, zum Korrosionsschutz, zur Schaumminderung und zur Leistungssteigerung bei. Bei Motorölen werden die Additive je nach Motorenkonzept und Anforderungen des Automobilherstellers speziell an die jeweiligen Anforderungen angepasst.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von Additiven, und zwar Additive, die Kraftstoffen und Ölen bereits in der Raffinerie beigemischt werden. Auf diese hat der Autofahrer keinen Einfluss. Anders jedoch bei Additiven, die im Fachhandel erworben werden können und dem Motoröl oder dem Kraftstoff nach Anweisung des jeweiligen Anbieters zugemischt werden. Diese verleihen den Betriebsstoffen zusätzliche Eigenschaften, die in vielen Fällen Probleme lösen und teure Reparaturen verhindern können.

So helfen zusätzliche Additive, Geld zu sparen. Die Vorteile von Additiven werden für den Autofahrer schnell sicht- und spürbar, etwa wenn der Kraftstoffverbrauch sinkt oder der Motor wieder runder läuft. Noch stärker ins Gewicht fallen die indirekten Vorteile: Werden der Motor, das Öl- und das Kraftstoffsystem durch Zusätze gereinigt, gepflegt und konserviert, erhöht das die Zuverlässigkeit des Autos, hilft teure Reparaturen zu verhindern und steigert die Lebensdauer des Fahrzeugs. Während eines Fahrzeuglebens können so leicht einige tausend Euro gespart werden.

Zusätzliche Additive sind nützliche Hilfsmittel, aber keine Wundermittel. Natürlich können sie dabei helfen, zum Beispiel den Kraftstoffverbrauch zu senken. Aber Versprechungen wie „senkt den Spritverbrauch um ein Drittel“ sind physikalisch nicht haltbar und unseriös. Derartige Aussagen werden von namhaften Unternehmen nicht zu hören sein. Diese können auf Tests mit anerkannten und bekannten Prüfinstituten verweisen, welche die Wirksamkeit der Zusätze in Versuchen bestätigt haben.

Super-E10-Kraftstoff


Seit Anfang 2011 wird an Tankstellen E10-Kraftstoff angeboten. Dieses spezielle Super-Benzin enthält 10 Prozent Ethanol. Das handelsübliche Benzin mit 5 Prozent Ethanol wird vorerst weiter angeboten. Aus technischen Gründen können nicht alle Fahrzeuge mit E10-Kraftstoffen betrieben werden. Beim Einsatz von E 10 kann es zu folgenden Problemen kommen, die teilweise mit zusätzlichen Additiven verhindert werden können:

– Korrosion an Leichtmetall-Bauteilen wie Aluminium. Der im Kraftstoff enthaltene Alkohol führt mit der Zeit zur Säurebildung. Dies führt zu Korrosion an Aluminium und Magnesium. Additive wie Bezinstabilisatoren können dem entgegenwirken beziehungsweise die Korrosion verhindern.

– Unverträglichkeit mit einigen Dichtungen. Bei älteren Fahrzeugen sind beim Betrieb mit E-10-Kraftstoff Unverträglichkeiten mit altem Dichtungsmaterial möglich. Aktuell gibt es keinen Kraftstoffzusatz, der dieses Problem löst. Deshalb können Fahrzeuge, die nicht für E-10 freigegeben sind, nicht mit Kraftstoffzusätzen für den neuen Kraftstoff tauglich gemacht werden.

– Erhöhte Ablagerungen an Einlassventilen, Einspritzdüsen und im Brennraum. Der höhere Alkoholanteil im Kraftstoff führt zu vermehrten Ablagerungen an Einlassventilen, Einspritzdüsen und im Brennraum. Spezielle Reinigungsadditive lösen bereits vorhandene Ablagerungen. Wer von Beginn an prophylaktisch auf die passenden Additive setzt, vermeidet Rückstände und Ablagerungen. Dies sichert die Zuverlässigkeit und eine hohe Laufleistung des Motors.

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Zubehör

Schließanlage

Funktion

Das Schließsystem eines Fahrzeugs hat die Aufgabe, nur berechtigten Personen den Zutritt zu gestatten. Es ermöglicht die Ver- und Entriegelung der Fahrzeugtüren und der Heckklappe und den Start des Motors. Das Schließsystem wird per Schlüssel oder Fernbedienung betätigt.

Früher wurden Schließsysteme rein mechanisch betätigt. Jede Tür oder Klappe verfügte über einen autarken Mechanismus, der entweder per Schlüssel von außen oder per Verriegelungsknopf von innen betätigt werden konnte. Für wesentlich mehr Bedienkomfort sorgten dann Zentralverriegelungen, bei denen ursprünglich pneumatische Antriebe eingesetzt wurden. Bei diesen Systemen ist ein Unterdruck-Speicher verbaut, der die Verriegelungen aller Türen auslöst, wenn der Schlüssel in einem Schloss betätigt wird.

Heute gebräuchliche Schließsysteme sind elektrisch betätigt und meist mit einer Infrarot- oder Funk-Fernsteuerung am Schlüssel kombiniert. Dadurch ist eine Auslösung auch aus der Ferne, also ohne Kontakt zwischen Schlüssel und Fahrzeug möglich. Die meisten Fahrzeughersteller verbauen heute nur noch in einer Tür ein per Schlüssel zu betätigendes Schloss als Not-Entriegelung. Modernere Systeme ermöglichen eine komplett schlüssellose Fahrzeugentriegelung. Hierbei genügt es, den Sender zum Beispiel in einer Tasche zu tragen. Die Türen entriegeln dann per Berührung eines Türgriffs mit integriertem Kontaktpunkt.

 

Das Schließsystem setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

 

Start- und Stopp-System

Traditionell wird der Fahrzeugschlüssel zur Entriegelung des Lenkschlosses und zum Starten des Motors benötigt. Später wurde der Fahrzeugschlüssel um eine Transponder-basierte Entriegelung der Wegfahrsperre ergänzt. Heute sind immer häufiger schlüssellose Systeme zum Starten des Motors im Einsatz. Dabei wird entweder ein Sender – der in der Regel zugleich die Steuerung der Zentralverriegelung enthält – in ein Lesegerät im Fahrzeug gesteckt und dann der Motor per Knopfdruck gestartet. Oder es finden neuere Systeme Verwendung, die ohne jeden Kontakt funktionieren: Hier genügt das reine „Mitführen“ des Senders zum Beispiel in der Hosentasche und das Betätigen der Pedale, um das Fahrzeug auf Knopfdruck starten zu können.

 

Lenkschloss

Lenkschlösser sind seit 1969 von Versicherungsunternehmen vorgeschrieben und dienen dem Diebstahlschutz. Sie ermöglichen die Entriegelung der Lenksäule und den Start des Fahrzeugs – entweder elektrisch oder klassisch mechanisch.

 

Schließzylindereinheit

Der Schließzylinder ist ein Bauteil, welches das Betätigen des Schließsystems ausschließlich durch ein passendes Gegenstück, beispielsweise durch einen Schlüssel oder eine Schlüsselkarte ermöglicht. Schließzylinder werden bei Türen, Klappen, Halterungen usw. eingesetzt. Schließzylinder zählen somit zu den elementaren Sicherheitsbausteinen eines Fahrzeugs.

 

Schlüssel

Die Grundfunktion von Schlüsseln und Fernbedienungen ist die Ver- und Entriegelung von Türen, Kofferraum, Tankdeckel usw. Sie werden außerdem für die Steuerung der Innenbeleuchtung und Wegfahrsperre, der Alarmanlage und der Fensterheber eingesetzt. Die Schlüssel bestehen aus zwei Einheiten: Dem gefrästen, gezahnten Schlüsselblatt und dem Schlüsselkopf. Letzterer beinhaltet zunehmend mehr elektronische Funktionen, wie zum Beispiel die Fernsteuerung der Zentralverriegelung oder der Kofferraumklappe.

 

Fernbedienung

Fernbedienungen werden immer häufiger auch in Kleinwagen eingesetzt und ersetzen im weitesten Sinne die Funktionen eines klassischen Schlüssels.  Hierbei sendet ein Signalgeber ein Signal beziehungsweise eine kodierte Auftragsanweisung an einen Empfänger im Fahrzeug, der in der Regel mehrere Funktionen kontrolliert. Infrarot-Fernbedienungen überbrücken Distanzen von bis zu 15 Metern und sind auf einen direkten „Sicht“-Kontakt zwischen Sender und Empfänger angewiesen. Heute sind Infrafrot-Fernbedinungen technisch überholt und werden nur noch selten eingesetzt. Funkfernbedienungen senden auf Radiofrequenzen und überbrücken Distanzen von bis zu rund 100 Metern.

 

Transponder

Der Transponder ist typischerweise im Schlüsselkopf integriert und dient der Identifikation des passenden und korrekten Schlüssels durch die Wegfahrsperre. Der Code des Transponders wird bei Annäherung des Schlüssels an das Zündschloss ausgelesen. Bei passendem Code erteilt die Wegfahrsperre die Startfreigabe für den Motor.

 

Türgriff/Griffleiste

Traditionell öffnet und schließt der Türgriff das Fahrzeug von innen oder außen. Die äußere Griffleiste beinhaltet dabei meist das Türschloss. Heute werden Griffleisten zunehmend als Design-Elemente eingesetzt, können verchromt oder in Wagenfarbe lackiert verbaut werden.

 

Türverriegelung/Stellelement

Der Riegelmechanismus eines Fahrzeugs wird direkt in den Türen verbaut und beinhaltet einen Riegel sowie einen elektrischen Motor, der für die Zentralverriegelung zuständig ist (Stellelement). Der Riegel öffnet oder verschließt die Türen, wohingegen das Türschloss das Fahrzeug ver- oder entriegelt. Heute sind alle Türriegel elektrisch betrieben.

 

Tankdeckel

Der Tankdeckel hat die Aufgabe, den Kraftstofftank sicher zu verschließen. Es gibt verschließbare und nicht verschließbare Tankdeckel. Die verschließbaren kommen meistens bei Fahrzeugen zum Einsatz, die keine oder oder eine nicht verschließbare Tankklappe haben. Nicht verschließbare Tankdeckel werden bei  Fahrzeugen eingesetzt, deren Tankklappe über die Zentralverriegelung automatisch verschlossen wird

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Motor

Schwingungsdämpfer

Funktion

Viertakt-Hubkolbenmotoren haben keine gleichförmige Drehbewegung. Bedingt durch die einzelnen Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) und die Zündfolge der einzelnen Zylinder wird die Kurbelwelle ständig abgebremst und beschleunigt. Torsionsschwingungsdämpfer, oder auch Drehschwingungsdämpfer genannt, haben die Aufgabe, diese Drehungleichförmigkeiten und Schwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen, damit sie nicht an das Riementriebsystem weitergeleitet werden. Sie sind direkt mit der Kurbelwelle verschraubt und mit einer speziellen Dämpfungseinrichtung (Massenträgheitsring, Gleitlager, Gummilager) ausgestattet. Letztere stellt die Verbindung zur Keilrippenriemenscheibe für den Antrieb der Nebenaggregate (Generator, Hydraulikpumpe der Servolenkung, Klimakompressor, Lüfter, Wasserpumpe) her.

 

Komfort

Fensterheber

Funktion

Bei modernen Fahrzeugen sind neben manuellen vor allem elektrische Fensterheber weit verbreitet. Letztere werden über Taster in den Türverkleidungen gesteuert. In der Regel sind in der Fahrertür Taster für die zentrale Steuerung aller Fensterheber im Fahrzeug untergebracht. Gelegentlich sind die Bedienelemente auch in der Mittelkonsole platziert.

Elektrische Fensterheber arbeiten nach vier Funktionsprinzipien:


1. Seilfensterheber

Bei dieser am weitesten verbreiteten Technologie wird eine Seiltrommel über einen Elektromotor mit Schnecken-/Stirnradgetriebe bewegt. An dieser Trommel sind zwei Enden eines Stahlseils so befestigt, dass bei einer Drehbewegung der Trommel das eine Ende auf- und das andere Ende abgewickelt wird. Das Zugseil zieht über einen Bowdenzug sowie Umlenkrollen die Fensterbefestigung, die in einer Führungsschiene läuft, rauf oder runter. Das Seilende ohne Zug wird parallel wieder auf die Trommel aufgewickelt.

 

2. Doppelt geführte Seilfensterheber

Die Funktionsweise entspricht derjenigen des Seilfensterhebers, jedoch ist dieses System mit einer zweiten Führungsschiene  ausgestattet. Der doppelt geführte Seilfensterheber ist die neueste und innovativste Technologie.

 

3. Scherensystem

Bei diesem Prinzip wird die Scheibe durch zwei scherenförmig angeordnete Hebe-Arme bewegt, die durch Stellmotoren angetrieben werden. Bei „geschlossener“ Position der Scherenarme wird die Scheibe in die höchste Position gedrückt. Öffnet sich die „Schere“, gleitet die Scheibe nach unten.

 

4. Kabelsystem

Dieses System wird überwiegend für industrielle Fahrzeuge und rückwärtige Scheiben eingesetzt. Hierbei übernimmt ein einzelnes Kabel, das über einen zentralen Motor bewegt wird, die Einstellung der Scheibenposition.

Elektrische Fensterheber sind bei neueren Fahrzeugen mit so genannten „Komfortfunktionen“ ausgestattet. Hierzu zählen:

• Automatisches vollständiges Auf- und Abfahren des Fensterhebers durch einmaliges Aktivieren des Schalters

• Kopplung der Fensterheber-Funktion an die Zentralverriegelung: Wird das Auto abgeschlossen, schließen automatisch alle zuvor geöffneten Fenster.

• Sicherheitsfunktionen wie zum Beispiel der „Einklemmschutz“

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Fahrwerk

Federbeinlager

Funktion

Federbeinlager (auch Domlager genannt) sind ein Teil des Federdämpfungssystems und bilden die Schnittstelle zwischen Federbein und Karosserie. Als wichtiges Konstruktionselement der Achsaufhängung tragen sie zum optimalen Kontakt zwischen Reifen und Straßenoberfläche bei und steigern den Komfort, indem sie Abroll- und Straßengeräusche von der Karosserie isolieren. Zudem haben sie die Aufgabe, den Federbeinen der Vorderachse präzise und reibungsarme Drehbewegungen um die Längsachse zu ermöglichen. Damit wird ein exaktes und leichtgängiges Lenken beziehungsweise Rückstellen der Räder ermöglicht.

Mit Blick auf ihr Einsatzgebiet unterscheidet man Federbeinlager in solche für die Vorderachse und für die Hinterachse. Aufgrund der ungleichen Anforderungen dieser Einsatzgebiete sind die Federbeinlager der Vorder- und Hinterachse unterschiedlich konstruiert.

Federbeinstützlager Vorderachse
Bei modernen Automobilen kommen überwiegend McPherson-Federbeine zum Einsatz. Um diese an der Karosserie abzustützen, werden Federbeinlager eingesetzt, die ein Kugellager beinhalten. Es ist in der Lage, hohe Kräfte aufzunehmen und lässt dennoch leichtgängige Drehbewegungen des Federbeins zu. Das Federbeinlager wurde im Laufe der Zeit konstruktiv den Anforderungen des Marktes angepasst.

Federbeinstützlager Hinterachse
Federbeinlager für die Hinterachse beinhalten kein Kugellager, da die Federbeine der Hinterachse meist starr montiert sind. In den häufigsten Fällen besteht es aus einer Gummi-Metall-Konstruktion. Für dessen Austausch werden in de Regel keine Sonderwerkzeuge benötigt.

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Diagnose

Diagnose

Funktion

Das Innenleben moderner Kraftfahrzeuge besteht zu einem Großteil aus rechnergestützter Elektronik. Nicht selten ist in einem Fahrzeug eine zweistellige Anzahl von Steuergeräten verbaut, die über einen Datenbus vernetzt sind und miteinander kommunizieren.

Nahezu alle mechanischen Regelkomponenten wurden mittlerweile durch entsprechende elektronische Schaltungen ersetzt. Leistungsfähige elektronische Steuergeräte eröffnen in Bezug auf Sicherheit und Komfort ganz neue Möglichkeiten. So können komplexe Systeme wie zum Beispiel ABS, ESP, Parkpiloten und ACC mit relativ wenig Aufwand realisiert werden.

Diese Entwicklung hat die Arbeits- und Vorgehensweise des Werkstatt-Profis komplett verändert. Vorbei sind die Zeiten, in denen mit Fachwissen, einem Gabelschlüssel und einem Schraubendreher Fehler gesucht und beseitigt werden konnten. Genaue Systemkenntnis, aktuelle Werkstattsoftware und ein leistungsfähiger Steuergerätediagnosetester sind heute die Grundlagen für die Reparatur moderner Fahrzeuge. Die Steuergerätediagnose ermöglicht die Kommunikation mit der Fahrzeugelektronik. Damit lassen sich in der Werkstatt beispielsweise Fehler schneller finden oder andere Service-Funktionen aktivieren.

Möglichkeiten der Steuergerätediagnose

So hat der Werkstatt-Profi mit dem Steuergerätediagnosetester beispielsweise die Möglichkeit, den Fehlerspeicher der im Fahrzeug verbauten Systeme auszulesen. Sind dort Fehlercodes eingetragen, muss der Fachmann sie richtig interpretieren. Denn ein Fehlercode im Zusammenhang mit einer elektronischen Komponente bedeutet nicht zwangsläufig, dass diese defekt ist. Bevor der Werkstatt-Profi ein Bauteil austauscht, muss er mit Hilfe klassischer Messmethoden, etwa eines Signalgenerators, eines Multimeters oder Oszilloskops die Fehlerursache exakt ermitteln. Leistungsfähige Diagnosegeräte bieten für solche Fälle eine fahrzeugspezifische, geführte Fehlersuche an. Hierbei arbeitet der Fachmann vorkonfigurierte Prüfschritte ab und wird durch Abbildungen und die Angabe von Sollwerten unterstützt. Nach erfolgreicher Reparatur kann der Fehlerspeicher mit dem Diagnosetester gelöscht werden.

Auch für Standardarbeiten wie das Zurückstellen von Service-Intervallen, Bremsenreparaturen oder Öl- und Batteriewechsel ist bei vielen Fahrzeugen mittlerweile ein Steuergerätediagnosetester unverzichtbar.

Varianten

Die Palette der Steuergerätediagnosetester ist sehr umfangreich. Sie reicht von Diagnosemodulen, die an einen PC angeschlossen werden, über integrierte Touchscreen- und Handheld-Geräte bis hin zu Tablet-PCs. Viele Geräte sind zur drahtlosen Übertragung von Daten mit einer Bluetooth-Schnittstelle ausgestattet.

Komplettiert wird der Steuergerätediagnosetester durch ein leistungsfähiges Werkstattsoftware-Paket das die Steuergeräte-Diagnosesoftware, Service-Informationen, Fehlersuchanleitungen, Solldaten, Arbeitswerte, technische Fahrzeugdaten für Benzin- und Dieselfahrzeuge, Schaltpläne für alle wichtigen Bereiche der Komfortelektronik und Informationen über benötigte Adapterstecker enthält.

Steuergerätediagnosetester der neuesten Generation verfügen über eine integrierte Kamera, um zum Beispiel Auffälligkeiten am Fahrzeug oder erforderliche Ersatzteile zu fotografieren.

Steuergeräte Reprogrammierung nach Euro 5

Die technischen Anforderungen für die Typgenehmigung gelten künftig einheitlich für die gesamte EU. Demnach sind die Automobilhersteller verpflichtet, technische Reparaturinformationen in ihren Online-Portalen auch freien Werkstätten verfügbar zu machen und ihnen die Reprogrammierung von Steuergeräten zu ermöglichen. Dafür können nur Tester eingesetzt werden, die bereits Euro 5 fähig sind. Das sind Geräte, in denen bereits ein sogenanntes „Pass-Thru Interface“ integriert ist. Hierbei handelt es sich um einen Kommunikationstreiber, der bei der Reprogrammierung von Steuergeräten zum Einsatz kommt. Diese Steuergerätediagnosetester können, falls erforderlich, die aktuellste Software-Version vom Online-Portal des Herstellers in das Steuergerät des Fahrzeuges installieren.

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Abgasanlage

Abgasanlage

Funktion

Die Abgasanlage fasst die aus den Zylindern strömenden Abgase zusammen, reinigt sie von Schadstoffen, reduziert die Abgasgeräusche und leitet die gereinigten Abgase an einer für das Fahrzeug und die Insassen günstigen Stelle ab. Die Abgasanlage kann je nach Motor aus einem oder zwei Strängen bestehen. Dabei ist der Strömungswiderstand so zu wählen, dass die Leistung des Motors durch den Abgasgegendruck möglichst wenig beeinträchtigt wird. Damit das Abgassystem seine Aufgaben optimal erfüllen kann, muss es als Ganzes betrachtet und entwickelt werden. Das heißt, dass die Konstrukteure seine Komponenten motor- und fahrzeugspezifisch aufeinander abstimmen müssen.

 

Jeder Verbrennungsmotor erzeugt durch den pulsierenden Gasausstoß aus den Zylindern ein so genanntes „Auspuffgeräusch“. Dieses Geräusch muss gedämpft werden, indem die Schallenergie des Abgasstroms reduziert wird. Hierfür gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten: Die Absorption und die Reflexion des Schalles im Schalldämpfer. Meistens werden beide Prinzipien in einem Dämpfer realisiert. Resonatoren und Abgasklappen sind weitere  schalldämmende und  schallmodifizierende Elemente, mit denen besonders störende Frequenzanteile im Mündungsgeräusch beseitigt werden können. Daneben haben auch Katalysatoren eine schalldämpfende Wirkung.

 

Da die Abgasanlage ein schwingungsfähiges System ist, erzeugt sie selbst auch Geräusche durch Eigenfrequenzen und Schwingungen, welche in die Karosserie eingeleitet werden. Deshalb muss eine sorgfältige Abstimmung des gesamten Systems erfolgen. Dazu gehört die Auslegung und Positionierung der einzelnen Elemente der Abgasanlage und deren elastische Aufhängungen.

 

Bei all den komplexen Aufgaben, die eine Abgasanlage erfüllen muss, ist sie zusätzlich extremen Belastungen ausgesetzt. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird in den Zylindern schlagartig auf bis zu 2.400 °C erhitzt. Dabei dehnt es sich um ein Vielfaches aus, um danach mit Überschallgeschwindigkeit in die Abgasanlage zu schießen. Die dabei entstehenden explosionsähnlichen Knallgeräusche müssen vom Motor-Auslassventil bis zum Ende der Abgasanlage um rund 50 dB(A) reduziert werden. Zu den Temperatur- und Druckbelastungen kommen noch Vibrationen von Motor und Karosserie sowie die von der Fahrbahn ausgehenden Schwingungen und Stöße. Ferner muss die Abgasanlage Korrosionsangriffen von innen durch Heißgas und Säuren, die durch Kondensation entstehen, und von außen durch Feuchtigkeit, Spritz- und Salzwasser standhalten. Eine weitere Gefahr droht durch Vergiftung des Katalysators durch Schwefel oder Blei im Kraftstoff.

Aufbau der Abgasanlage

Eine moderne Abgasanlage hat mit dem schlichten Auspuff von früher kaum noch etwas gemeinsam. Bei neueren Pkw besteht sie prinzipiell aus einer sogenannten vorderen Anlage mit Abgaskrümmer, dem Reinigungssystem und den verbindenden Rohren sowie der hinteren Anlage mit dem Schalldämpfersystem und Rohren. Die gesamte Anlage ist mit elastischen Aufhängungselementen mit dem Fahrzeugboden verbunden. Die Anzahl der Katalysatoren und Schalldämpfer richtet sich nach Art und Leistung des Motors und den angestrebten Emissionswerten.

 

Bei V-Motoren hat jede der beiden Zylinderreihen einen eigenen Abgasstrang. Die Abgasstränge bleiben entweder bis zu den Endrohren separat oder sie werden vorher – zum Beispiel in einen gemeinsamen Endschalldämpfer – zusammengeführt. Bestünde die Abgasanlage nur aus starren Rohren, käme der Endtopf heftig ins Schwingen – mit entsprechender Bruchgefahr. Deshalb werden bei modernen Abgasanlagen Schwingungstilger und Entkoppel-Elemente verbaut. Sie verhindern große Ausschläge des Abgassystems und kleinere Vibrationen, die vom Motor in die Abgasanlage eingeleitet werden und im Innenraum als Schallimpulse ankämen. Schwingungstilger und Entkoppel-Elemente erhöhen damit den Fahrkomfort und die Lebensdauer der Abgasanlage.

 

 

Beleuchtung

Scheinwerfer

Funktion

Scheinwerfer an Kraftfahrzeugen haben primär die Aufgabe, die Fahrbahn optimal auszuleuchten, um so eine ermüdungsfreie und sichere Fahrt zu ermöglichen. Scheinwerfer einschließlich ihrer Lichtquellen sind damit sicherheitsrelevante Fahrzeugteile, die einer behördlichen Zustimmung bedürfen und an denen nicht manipuliert werden darf. Durch die Gesetzgebung sind Art und Anbauort der Lichtfunktionen am Fahrzeug sowie deren Aufbau, Lichtquellen, Farben und die lichttechnischen Werte reglementiert.

Bei aktuellen Fahrzeugen gibt es folgende Scheinwerfer-Systeme:

Halogenscheinwerfer

Scheinwerfer mit H3-, HB3-, H7- und H9-Lampen sind der Klassiker bei der Fahrzeugbeleuchtung. Denn auch heute noch erfreuen sich Halogenscheinwerfer großer Beliebtheit. Aufgrund der ausgereiften Halogen-Technologie ist das Preis-/Leistungsverhältnis bei Halogenscheinwerfern als Erstausstattung sehr gut.

Xenon-Scheinwerfer

Xenon-Licht hat gegenüber dem Licht herkömmlicher Halogen-Glühlampen zwei entscheidende Vorteile: Einerseits liefert eine Xenon-Lampe mehr als doppelt soviel Licht wie eine moderne H7-Lampe, benötigt dafür aber nur etwa 2/3 der elektrischen Leistung. Zum anderen verfügt das Xenon-Licht über eine dem Tageslicht ähnliche Lichtfarbe. Durch das Mehr an Licht wird die Straße heller und breiter ausgeleuchtet. Besonders Gefahren an den Fahrbahnrändern, aber auch auf der Straße, werden früher erkannt. Die bessere Straßenausleuchtung und die Tageslichtqualität des Xenon-Lichts kommen dabei den natürlichen Sehgewohnheiten des Menschen entgegen – er ermüdet langsamer und fährt entspannter. Bei der Xenon-Technologie erzeugt – an Stelle einer Glühwendel der herkömmlichen Glühlampe – ein intensiver Lichtbogen das Licht in der Xenon-Lampe. Die zur Zündung der Xenon-Lampe notwendige Hochspannung von 20.000 V liefert ein elektronisches Vorschaltgerät.

Voll-LED-Scheinwerfer

LEDs, also Licht emittierende Dioden, setzen sich aufgrund ihrer Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit in allen Bereichen der Fahrzeugindustrie durch. Führenden Zulieferunternehmen ist es gelungen, für Fahrzeuge aller Art das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten rasant zu erweitern. Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit und Designvielfalt sind die überzeugenden Argumente für LEDs im Alltagsbetrieb.

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Heizung/Klima

Thermostat

Funktion

Aufgabe

Der Thermostat ist eine wichtige Komponente der Flüssigkeitskühlung. Er hat die Aufgabe sicherzustellen, dass der Verbrennungsmotor möglichst schnell seine optimale Betriebstemperatur erreicht und diese anschließend unter allen Betriebsbedingungen hält. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, damit der Verbrennungsmotor unter allen Lastzuständen optimal arbeiten kann und niedrige Schadstoffwerte erzeugt.

Ausführungen

Je nach Einsatzart und Technologie des Verbrennungsmotors sind Thermostate mit unterschiedlichen Funktionscharakteristiken beziehungsweise Funktionsweisen erforderlich. Es gibt folgende Bauarten:

– Einsatzthermostate (Wachsthermostate)

Einsatzthermostate sind einzelne Bauteile, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Sie regeln exakt die Kühlmitteltemperatur, sind robust, wartungsfrei und bewähren sich seit Jahrzehnten.

– Gehäusethermostate (Wachsthermostate)

Gehäusethermostate bestehen aus dem Einsatz und dem Gehäuse. Diese Module werden voll in den Motor integriert.

– Elektrisch beheizte Thermostate (Kennfeldthermostate)

Die Kühlleistung in leistungsoptimierten, modernen Pkw-Verbrennungsmotoren erfordert Thermostate mit einem breiteren Arbeitsbereich als der herkömmliche Wachsthermostat. Aufgrund dieser Anforderungen wurde der elektrisch beheizte Thermostat entwickelt. Elektrisch beheizte Thermostate zeichnen sich durch einen breiteren Arbeitsbereich aus.

Aufgrund der zusätzlichen Steuerung über das Motormanagement kann die Motortemperatur noch besser und bedarfsgerecht angepasst werden. Damit lassen sich bessere Verbrauchswerte und niedrigere Schadstoffemissionen erzielen.

Funktion

– Einsatzthermostate und Gehäusethermostate (Wachsthermostate)

Das Herzstück des Wachsthermostats ist das Arbeitselement. Hierbei handelt es sich um ein druckfestes Gehäuse, welches mit einem speziellen Wachs gefüllt ist. Nach dem Starten des Motors erwärmt die Kühlflüssigkeit das Arbeitselement. Ab einer vorgegebenen Temperatur verflüssigt sich das Wachs im Arbeitselement. Dabei dehnt es sich aus und wirkt in dem Gehäuse auf einen Stift, der als Arbeitskolben dient. Dieser wird aus dem Gehäuse gepresst und öffnet über ein Tellerventil den Kühlmitteldurchfluss zum Kühler, so dass der Motor im optimalen Temperaturbereich gehalten wird. Unterschreitet das Kühlmittel die vorgegebene Öffnungstemperatur wieder, drückt eine Feder den Teller und den Stift in die Ausgangslage zurück. Der Kühlmitteldurchfluss zum Kühler ist somit unterbrochen.

– Elektrisch beheizte Thermostate (Kennfeldthermostate)

Beim elektrisch beheizten Thermostat wird das Wachs im Arbeitselement durch das Kühlmittel und zusätzlich durch eine elektrische Heizung erwärmt. Dank dieser Kombination kann die Motortemperatur je nach Lastanforderung individuell geregelt werden. Die elektrische Beheizung des Arbeitselementes wird anhand verschiedener Parameter vom elektronischen Motormanagement gesteuert.

Die elektrische Beheizung des Thermostats bewirkt die frühzeitige Öffnung des Kühlmittelkreislaufs in Situationen stark erhöhter Leistungsanforderung. Je nach Voreinstellung kann auf diese Weise der Motor beispielsweise im Teillastbereich mit circa 100 °C – 110 °C, also heißer als bisher üblich, betrieben werden. Daraus ergibt sich ein Verbrauchsvorteil von ein bis zwei Prozent. Bei Volllast wird die Temperatur auf circa 80 °C abgesenkt, wodurch sich die Leistung und  speziell das Drehmoment messbar um zwei bis drei Prozent steigern lässt.

Quasi als Nebeneffekt wird durch die Veränderung der Kühlmitteltemperatur auch die Klimaanlage in einem günstigeren Temperaturbereich betrieben und damit die Klimatisierung der Fahrgastzelle verbessert.

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Autopflege

Autopflege

Funktion

Die Autowäsche und Autopflege erhält den Wert des Autos. Eine gründliche Autowäsche ist die Basis für weitere Pflegearbeiten an Lack- und Kunststoffflächen. Gründlich und schonend gereinigt wird das Auto mit viel Wasser und einem speziellen Autoshampoo. Im Gegensatz zu „scharfen“ Haushaltsreinigern schont ein qualitativ hochwertiges Autoshampoo Lackkonservierungen aus Hartwachs. Auch moderne und gepflegte Autowaschanlagen bieten eine gründliche und umweltschonende Autowäsche. Waschbürsten aus aufgeschäumtem Waschmaterial und Textilbürsten sind besonders lackschonend.

Hier die wichtigsten Autopflege-Tipps für unterschiedliche Anwendungsbereiche:

Baumharz

Baumharz verursacht dunkelbraune und gelbe Flecken und sollte zeitnah entfernt werden, da es sonst den Lack dauerhaft beschädigen kann. Zur Reinigung eignet sich am besten ein weiches Tuch und ein spezieller Reiniger, der schonend Lackflächen, Glasscheiben, Chrom- und Kunststoffflächen reinigt.

 

Cabrioverdeckpflege

Für die schonende Reinigung von Textil- und Kunststoffverdecken sollte nur ein geeignetes Reinigungsmittel verwendet werden. Zu scharfe Reinigungsmittel können die schützende Lackierung des Verdecks angreifen. Die Gebrauchsanweisung des Herstellers ist unbedingt zu beachten! Je nach Art der eingesetzten Reinigungsmittel können Cabrios auch problemlos maschinell in Textilbürsten-Waschanlagen und SB-Boxen gepflegt werden. Automatische Bürstenanlagen sind für Cabiroverdecke nicht geeignet. Bei der Wäsche muss auf Heißwachs verzichtet werden. Auch bei der maschinellen Wäsche ist die Gebrauchsanweisung des Herstellers unbedingt zu beachten!

 

Felgenreinigung

Moderne Felgenreiniger lösen gründlich und materialschonend hartnäckigsten Straßenschmutz und ölig verklebten Bremstaub. Aggressive Reiniger können Korrosion an den Radbolzen und anderen metallischen Oberflächen verursachen. Deshalb empfiehlt sich der Einsatz eines säurefreien Reinigers.Nach dem Aufsprühen des Felgenreinigers sollte am besten mit einer weichen Bürste oder einem Schwamm nachgearbeitet werden, um auch fest sitzenden Schmutz zu lösen. Im Anschluss sollten die Räder gründlich abgespült werden.

 

Felgenversiegelung

Eine Versiegelung der Felgenoberflächen ist grundsätzlich von Vorteil – klassisch mit Hartwachs oder mit einer speziellen Felgenversiegelung auf Nano-Basis. Schmutz haftet damit weniger hartnäckig auf den Felgen – die Reinigung wird deutlich erleichtert.

 

Frostschutz

In der kalten Jahreszeit kann nur ein Winterscheibenreiniger mit Frostschutz Öl, Ruß, Salz und sonstige typische Winterverschmutzungen innerhalb weniger Wischtakte beseitigen. Dabei ist darauf zu achten, dass er Düsenvereisung und das Anfrieren des Wischwassers auf der Scheibe verhindert und für Fächerdüsen geeignet ist. Wichtig: Minderwertige Produkte können Spannungsrisse im Lack und den Scheinwerferstreuscheiben verursachen.

 

Geruchsneutralisierung

Unangenehme Gerüche zum Beispiel von Haustieren oder durch Nikotin können durch chemische Substanzen eingekapselt und neutralisiert werden. Dazu empfiehlt sich ein Spray, das die unangenehmen Gerüche nicht nur überdeckt sondern neutralisiert und bei dem eine leichte Parfümierung für eine angenehme, lang anhaltende Frische sorgt. In Fachbetrieben können Gerüche außerdem durch eine Ozonbehandlung beseitigt werden.

 

Glasreiniger

Autoscheiben sollten für klare Sicht regelmäßig grundgereinigt werden. Am besten ist dafür ein Reiniger geeignet, der für streifenfreie Sicht sorgt und Scheiben und Scheinwerfer schnell und gründlich von Insekten, Schmutz, Abgasresten und Nikotin befreit. Auch Schmierfilme und Nikotinrückstände auf der Innenseite der Scheibe und am Spiegel sollten regelmäßig entfernt werden.

 

Gummipflege

Gummileisten oder Türdichtungen werden durch regelmäßige Pflege davor bewahrt, spröde und unansehnlich zu werden. Türgummis frieren im Winter an, wenn sie nicht speziell behandelt werden. Ein guter Gummipfleger reinigt und pflegt alle Gummiteile am Auto, hält sie elastisch, verlängert die Lebensdauer und frischt die Farbe auf. Auch Reifen und Fußmatten können damit mühelos gereinigt werden. So erhalten sie ihr frisches Aussehen zurück.

 

Hartwachs

Hartwachs bietet die beste Lackkonservierung und bringt Lackoberflächen zum glänzen. Die neueste Produkt-Generation basiert auf einer Rezeptur aus super-feinen Nano-Teilchen. Die feinen Wachsteilchen – etwa 1.000-mal kleiner als ein menschliches Haar – lassen sich besonders leicht in die Lackporen aller Bunt- und Metalliclacke einarbeiten. Aufgrund der feinen Struktur der Wachs-Partikel lässt sich das Wachs auch sehr bequem in die extrem dicht vernetzte Oberfläche kratzbeständiger Lacke auftragen.

 

Heißwachs

Die Haltbarkeit von Heißwachs, wie es in den meisten Waschanlagen zur Lackkonservierung angeboten wird, ist nur von kurzer Dauer. Besser ist eine Aktivhartwachs-Versiegelung aus der Waschanlage. Sie sorgt für lang anhaltenden Schutz und besondere Glanzwirkung.

 

Hohlraumversiegelung

Rost von innen kann durch die Konservierung mit einem Spezialprodukt verhindert werden. Dieses sollte vor allem eine ausgezeichnete Kriechfähigkeit haben, um auch in kleinste Winkel einzudringen, Feuchtigkeit zu verdrängen und so Ritzen, Falze und Schweißnähte optimal zu schützen. Zu Gunsten der Umwelt sollte man dabei auf Produkte zurückgreifen, die frei von Bitumen sind und zum Beispiel auf Wachsbasis hergestellt wurden.

 

Insekten

Insektenreste greifen den Lack an. Vor allem unter Sonneneinstrahlung entstehen schwere Lackschäden, wenn die Verschmutzungen nicht innerhalb kurzer Zeit beseitigt werden. Ein entsprechender Insektenentferner befreit Glas, Lack, Chrom und Kunststoff schnell und mühelos von Insekten. Wichtig ist ein gutes Kriechvermögen, damit selbst angetrocknete Verschmutzungen aufgeweicht werden können ohne die Oberflächen anzugreifen. Die Rückstände können so schnell und schonend beseitigt werden.

 

Korrosionsschutz

Vor allem Unterboden und Hohlräume sollten gut gegen Nässe, Salz und aggressive Einflüsse geschützt werden. Der richtige Unterbodenschutz verhindert Rost und Korrosion auf Dauer an Fahrzeugunterböden, Kotflügelunterseiten, Radkästen, Wagentüren, Kanten und Nahtstellen. Der Schutz sollte elastisch bleiben, kälte-, hitze-, salz- und spritzwasserbeständig sowie abriebfest sein.

 

Lackpflege

Der Lack ist ständig den zerstörerischen Einflüssen seiner Umgebung ausgesetzt. Sonneneinstrahlung, Abgase, saurer Regen, Streusalz, Pollen und vieles mehr lassen den Lack am Fahrzeug irgendwann „alt“ aussehen. Regelmäßige Pflege und Konservierung des Lacks verlangsamt diesen Alterungsprozess. Das Fahrzeug glänzt länger „wie neu“.

 

Lackpolitur

Je nach Lackzustand ist die Pflege mit Produkten erforderlich, die Konservieren und Hochglanz durch Hartwachs erzeugen oder mit denen die Lackoberfläche zusätzlich durch enthaltene Schleifmittel geglättet wird. Je nach Bedarf gibt es Pflegemittel für neuwertige und grundgereinigte Lacke. Andere lassen leicht ermattete wieder in neuem Glanz erstrahlen. Und für die stark verwitterten Lacke empfiehlt sich ein Pflegemittel, das Grauschleier und feine Kratzer unsichtbar macht.

 

Lackkonservierung

Die beste Lackkonservierung bietet Hartwachs. Die neueste Produkt-Generation basiert auf einer Rezeptur aus super-feinen Nano-Teilchen. Die feinen Wachsteilchen – etwa 1.000-mal kleiner als ein menschliches Haar – lassen sich besonders leicht in die Lackporen aller Bunt- und Metalliclacke einarbeiten. Aufgrund der feinen Struktur der Wachs-Partikel lässt sich das Wachs auch sehr bequem in die extrem dicht vernetzte Oberfläche kratzbeständiger Lacke auftragen. Die Haltbarkeit von Heißwachs, wie es in den meisten Waschanlagen zur Lackkonservierung angeboten wird, ist nur von kurzer Dauer. Wenn schon Wachs aus der Waschanlage, dann besser eine Aktivhartwachs-Versiegelung. Sie sorgt für lang anhaltenden Schutz und besondere Glanzwirkung.

 

Lederpflege

Regelmäßige Pflege und Reinigung aller Lederteile im Wagen verlängern deren Lebensdauer. Vor allem Autositze sind besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Bei ihnen ist es wichtig, dass das Leder nicht nur gereinigt, sondern durch entsprechende Pflegemittel auch geschmeidig gehalten wird. Außerdem empfiehlt sich ein Pflegemittel, das zum Beispiel durch Bienenwachs auch für eine lang anhaltende Konservierung sorgt. Es sollte darauf geachtet werden, dass der Schaum für Fahrzeuge mit Sitzheizung und für perforierte Lederoberflächen geeignet ist.

 

Motorreinigung

Öl- und Fettverschmutzungen lassen sich durch Aufsprühen eines Motor- und Kaltreinigers schnell und zuverlässig lösen. Durch die besonders gute Kriechfähigkeit erreicht der Reiniger auch schwer zugängliche Bereiche.

 

Polster- und Alcantarareinigung

Zur Pflege von Alcantara- und Polsterbezügen im Auto empfiehlt sich ein Reiniger, der nicht nur Flecken schonend entfernt sondern gleichzeitig auch unangenehme Gerüche neutralisiert.

 

Scheibenreinigung

Autoscheiben sollten für klare Sicht regelmäßig grundgereinigt werden. Am besten geeignet ist dafür ein Reiniger, der für streifenfreie Sicht sorgt und Scheiben und Scheinwerfer schnell und gründlich von Schmutz und Abgasresten reinigt. Je nach Jahreszeit sollte der Reiniger besondere Eigenschaften aufweisen. Von Frühjahr bis Herbst ist es wichtig, dass sich mit dem Reiniger Insekten gut lösen lassen. Im Winter muss er vor allem mit Frostschutz versetzt sein, um auch bei Minusgraden Öl, Ruß, Salz und sonstige typische Winterverschmutzungen innerhalb weniger Wischtakte beseitigen zu können. Dabei ist darauf zu achten, dass er Düsenvereisung und das Anfrieren des Wischwassers auf der Scheibe verhindert und für Fächerdüsen geeignet ist. Wichtig: Minderwertige Produkte können Spannungsrisse im Lack und den Scheinwerferstreuscheiben verursachen.

 

Auch Schmierfilme und Nikotinrückstände auf der Innenseite der Scheibe und am Spiegel sollten regelmäßig entfernt werden.

 

Schnellkonservierung

Bitzschnelle Versiegelung für neue und neuwertige Lacke, die strahlenden Glanz bringt und für viele Wochen schützt, bietet beispielsweise hochwertiger Carnaubawachs. Besonders angenehm ist hier die leichte Verarbeitung. Kraftraubendes Polieren ist nicht notwendig. Er ist auch zur Pflege aller Kunststoff- und Gummiteile geeignet.

 

Steinschlagschäden

Steinschlagschäden beeinträchtigen den Schutz der Karosserie und sind  Angriffspunkte für Rostfraß. Mit einem entsprechenden Farbstift, der in vielen Farben verfügbar ist, werden Steinschläge und tiefe Kratzer im Lack durch farbige Wachspigmente überdeckt. Durch eine optimal abgestimmte Wachskombination wird die Karosserie effektiv vor Rost geschützt. Steinschlagschäden können durch eine Spotlackierung und partielle Lackaufbereitung beseitigt werden.

 

Teppichreinigung

Bei der Teppichreinigung sollten festsitzende Verschmutzungen mit einer rauen Bürste gelöst und abgesaugt werden. Für die Grundreinigung empfiehlt sich ein Autoinnenreinger, der mit viel Wasser auch tief sitzende Verunreinigungen beseitigt. Anschließend reibt man den Teppich trocken und lässt ihn auslüften, damit keine Feuchtigkeit im Auto bleibt. Ideales Hilfsmittel ist hierfür ein Nass-/Trockensauger.

 

Tiefenpfleger

Mit hochwertigen Pflegeemulsionen können Kunststoff- und Gummiteile im Wagen gereinigt, gepflegt und geschützt werden. Die Pflegeemulsion dringt tief in die Oberfläche ein und wirkt von Innen. Einige Produkte wirken gleichzeitig antistatisch, frischen die Farben auf und sorgen für angenehmen Duft.

 

Unterbodenschutz

Vor allem Unterboden und Hohlräume sollten gut gegen Nässe, Salz und aggressive Einflüsse geschützt werden. Der richtige Unterbodenschutz verhindert Rost und Korrosion auf Dauer an Fahrzeugunterböden, Kotflügelunterseiten, Radkästen, Wagentüren, Kanten und Nahtstellen. Der Schutz sollte elastisch bleiben, kälte-, hitze-, salz- und spritzwasserbeständig sowie abriebfest sein.

 

Vogelkot

Vogelkot greift die Lackoberfläche an. Die Oberfläche quillt auf und es kommt zu Rissbildung. Deshalb sollten Verschmutzungen durch Vogelkot immer zeitnah beseitigt werden. Das geht am besten mit einem weichen Tuch und einem speziellen Reiniger, der schonend Lackflächen, Glascheiben, Chrom- und Kunststoffflächen reinigt.

 

Wachsreste auf Scheiben

Bei der Heißwachsversiegelung in der Waschanlage können Rückstände zu verschmierten Scheiben führen. Es empfiehlt sich, Scheibe und Wischerblätter mit einem Scheibenreinigungstuch zu säubern.

 

Winterpflege

Im Winter leidet das Auto am meisten durch die Witterung. Es empfiehlt sich daher, das Auto durch regelmäßige Autowäschen von Salzresten und anderen Verschmutzungen zu befreien. Besonders wichtig ist im Winter die Lackversiegelung, damit Feuchtigkeit und aggressive Substanzen nicht die Karosserie angreifen können. Außerdem ist eine funktionstüchtige Scheibenwaschanlage für klare Sicht unentbehrlich. Darin sollte ein leistungsstarker Winterscheibenreiniger enthalten sein.

 

Details

Antriebsstrang

Längswelle

Funktion

Die Längswelle – auch Kardanwelle genannt – ist eine sehr wichtige Komponente für den Hinterrad- und den Allrad-Antrieb.

Sie hat die Aufgabe, das Drehmoment von der Motor-/Getriebeeinheit zum Achsdifferential zu übertragen. Hierbei müssen zum Teil auch größere Abstände zwischen den Aggregaten überbrückt werden. Deshalb sind Längswellen nicht nur ein-, sondern auch zwei- oder dreiteilig gebaut.

Längswellen können aus Aluminium, Faserverbundstoffen oder Stahl gefertigt sein. Als Verbindungselemente kommen Kreuzgelenke (auch als Kardangelenke bekannt), elastische Kupplungen oder Hochgeschwindigkeits-Gleichlaufgelenke zum Einsatz. Kardangelenke sind genau betrachtet keine Gleichlaufgelenke. Daher können sie nur bei  Applikationen mit niedrigen Beugewinkeln eingesetzt werden. Je nach Fahrzeugmodell setzen die Automobilhersteller ein-, zwei- oder dreiteilige Längswellen mit verschiedenen Optionen hinsichtlich Zwischenlager, Gleitelementen, Aufpralloptimierung, Schwingungsdämpfung und Verschiebekapazität ein.

Hier ein paar Beispiele:

- Die einteilige vordere Längswelle kommt üblicherweise bei Allradfahrzeugen – vor allem in leichten Nutzfahrzeugen und SUVs – zum Einsatz und überträgt das Drehmoment vom Verteilergetriebe auf das Differenzial der Vorderachse.

- Die zweiteilige Längswelle ist die häufigste Konfiguration bei Fahrzeugen mit Heck- oder Allradantrieb. Die Längswelle wird von einem Zwischenlager in der Mitte abgestützt. Die drei in dieser Welle eingesetzten Gelenke sind bezüglich ihrer Längenvariabilität und Winkelbeweglichkeit sowie ihrem Vibrations- und Geräuschverhalten speziell auf das Fahrzeug und dessen Crash-Charakteristik abgestimmt.

- Die dreiteilige Längswelle wird zunehmend in hoch entwickelten Fahrzeugen mit Heck- und Allradantrieb eingesetzt, bei denen ein hervorragendes Vibrations- und Geräuschverhalten erforderlich ist und sich die Längswelle in einen komplexen Fahrzeugunterbau einfügen muss. Die dreiteilige Welle verfügt über zwei Zwischenlager zur Befestigung am Fahrzeugboden und über vier Schnelllaufgelenke.

Aufgrund der Relativbewegungen zwischen den Achsen und dem Getriebe und durch starke Stoßbelastungen bei Geländefahrzeugen müssen die Wellengelenke und -kupplungen hohen Belastungen standhalten können. Mit der Teilung der Längswelle wird eine höhere Biegesteifigkeit und damit auch eine höhere Drehzahlfestigkeit erreicht.

Motor

Kolben

Funktion

Während des Arbeitstakts eines Verbrennungsmotors wird die im Kraftstoff gebundene Energie im Zylinder in sehr kurzer Zeit in Wärme und Druck umgewandelt. Dieser Vorgang findet explosionsartig statt. Dadurch steigen die Temperatur- und Druckwerte im Zylinder in Sekundenbruchteilen sehr stark an.

Der Kolben ist ein beweglicher Teil des Brennraums. Ihm fällt die Aufgabe zu, die beim Verbrennungsvorgang frei werdende Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Außerdem erfüllt der Kolben weitere wichtige Aufgaben. Er dichtet den Brennraum ab, führt das Pleuel (bei Tauchkolbenmotoren) und leitet die im Brennraum entstehende Wärme ab. Außerdem unterstützt er den Ladungswechsel (durch Ansaugen und Ausstoßen der Gase) und die Gemischbildung durch eine spezielle Form der brennraumseitigen Kolbenoberfläche, dem so genannten Kolbenboden. Ferner nimmt er die Dichtelemente (Kolbenringe) auf.

Der Kolben ist in seiner Grundstruktur ein einseitig geschlossener Hohlzylinder. Er besteht aus folgenden Bereichen: Kolbenboden mit Ringpartie, Kolbennaben und Schaft. Der Kolbenboden überträgt über die Kolbennaben, den Kolbenbolzen und die Pleuelstange die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs entstehenden Druckkräfte auf die Kurbelwelle.

Der Kolben ist unterschiedlichsten Kräften ausgesetzt. Er bewegt sich bei laufendem Motor im Zylinder ständig auf und ab. Am jeweiligen Umkehrpunkt wird er stark abgebremst und dann wieder beschleunigt. Dadurch entstehen Massenträgheitskräfte, die auf den Kolben wirken. Gemeinsam mit den vom Gasdruck erzeugten Kräften bilden sie die Kolbenkraft.

Die Kolbenkraft wird auf das Pleuel und auf die Kurbelwelle übertragen. Das Pleuel steht aber nur im oberen und unteren Umkehrpunkt (auch Totpunkt genannt) exakt senkrecht. Durch die Schrägstellung des Pleuels wird der Kolben zur Seite, also gegen die Zylinderwand gedrückt. Die Höhe dieser Kraft (auch Seitenkraft oder Normalkraft genannt) wechselt während eines Arbeitsspiels mehrfach ihre Richtung und ist abhängig von der Kolbenkraft und dem Winkel, in dem Kolbenboden und Pleuelachse zueinander stehen. Die Seitenkraft lässt sich auch aus dem Kräfteparallelogramm ableiten.

Jeder Kolben ist mit Kolbenringen ausgestattet. Sie haben die Aufgaben, den Verbrennungs- und Arbeitsraum zum Kurbelgehäuse hin abzudichten und das Öl von den Zylinderwänden abzustreifen und somit den Ölverbrauch zu regulieren. Des Weiteren haben die Kolbenringe die Aufgabe, die vom Kolben bei der Verbrennung aufgenommene Wärme an die gekühlte Zylinderlaufbahn abzuleiten.

Details

Bremse

Bremsscheibe

Funktion

Aufgabe

Die Bremsscheibe ist eine wichtige Komponente des Bremssystems. Damit dieses das Fahrzeug jederzeit sicher und komfortabel – gegebenenfalls bis zum Stillstand – verzögern kann, muss die Bremsscheibe gemeinsam mit den Bremsbelägen ein Bremsmoment (eine Bremskraft) erzeugen. Dieses wird auf die Radnabe und von dort auf die Felge übertragen. Während des Bremsvorgangs wird die Bewegungsenergie des Fahrzeuges durch Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe in Wärmeenergie umgewandelt und somit eine Geschwindigkeitsverringerung erzielt.
 
Die Scheibenbremse wurde ursprünglich für den Motorsport entwickelt. Nachdem sie dort beachtliche Erfolge feierte, setzte sie sich in den 1960er Jahren auch im Pkw an den Vorderrädern rasch durch. Die bis dahin eingesetzte Trommelbremse hatte bauartbedingt zahlreiche Schwächen wie Temperaturprobleme, Verzug und Fading, Reibwertschwankungen, schlechte Dosierbarkeit, hoher Verschleiß und Geräuschbildung (Quietschen). An den thermisch weniger belasteten Hinterrädern blieb die Scheibenbremse noch für viele Jahre eine Ausnahme.


Funktion

Die beim Bremsvorgang erzeugte Wärme dringt zu 90 Prozent zunächst in die Bremsscheibe ein und wird dort zwischengespeichert. Anschließend wird sie an die Umgebungsluft weitergegeben. Die Bremsscheibe wirkt also wie ein Wärmetauscher. Die Fähigkeit der Bremsscheibe Wärme aufzunehmen ist jedoch begrenzt. Deshalb muss die Wärme möglichst schnell an die Umgebungsluft abgegeben werden, um Überhitzungsschäden zu vermeiden.

Bei Bergabfahrten kann der Reibring Temperaturen von bis zu 700°C (Rotglut) erreichen. Aus diesem Grund werden zur besseren Kühlung – vor allem an der Vorderachse – sehr häufig belüftete Bremsscheiben eingesetzt. Sie weisen eine wesentlich größere, zum Wärmeaustausch besser geeignete Oberfläche auf. Im Gegensatz zu den belüfteten können massive Bremsscheiben die Wärme nur langsamer an die Umgebung abgeben.

Die Reibringe der belüfteten Bremsscheibe sind über Stege, die als Rippen oder Dome ausgebildet sind, miteinander verbunden. Durch die Rotation der Bremsscheibe entwickelt sich ein Luftsog, der Luft vom Inneren der Bremsscheibe durch den Lüftungskanal nach außen saugt. Die auf diese Weise mit der Bremsscheibenoberfläche in Berührung kommenden Luftteilchen nehmen die Wärmeenergie auf und transportieren sie nach außen.

Eine noch bessere Kühlwirkung lässt sich mit gelochten oder genuteten Bremsscheiben erreichen. Sie haben zudem den Vorteil, dass sie weniger empfindlich auf Nässe reagieren. Allerdings sind diese Scheibenbremsenbauarten teurer und sie können unter Umständen stärkere Geräusche beim Bremsvorgang erzeugen.

Generell neigt der Reibring der Bremsscheibe beim Erwärmen dazu, sich zu verformen. Das kann zu einer unangenehmen Geräuschentwicklung und zu Vibrationen beim Bremsen (Bremsenrubbeln) führen. Deshalb verfolgen namhafte Bremsscheibenhersteller das Ziel, durch konstruktive Maßnahmen eine Verformung der Bremsscheibe zu verhindern.

Dennoch lässt sich in einigen Fällen Bremsenrubbeln nicht vermeiden. Denn es kann durch Erschütterungen oder Spiel in Radlager passieren, dass die Bremsbeläge auch ohne aktive Bremsung während der Fahrt immer wieder mit der Bremsscheibe in Berührung kommen. Dadurch entstehen Auswaschungen auf der Bremsscheibe, die nach einer gewissen Dauer zu einer pulsierenden Bremswirkung führen, welche der Fahrer dann als Rubbeln wahrnimmt.

Bremsscheibenmaterial

An das Bremsscheibenmaterial werden hohe Anforderungen gestellt. Es muss den mechanischen Belastungen durch Druck- und Zugkräfte beim Bremsen, den Fliehkräften bei hohen Raddrehzahlen sowie thermischen Belastungen standhalten.

Üblicherweise sind Bremsscheiben aus einem speziellen Grauguss (perlitischem Grauguss) gefertigt. Legierungen mit Chrom und Molybdän erhöhen die Verschleißfestigkeit und verbessern das Wärmerissverhalten des Werkstoffes. Ein hoher Kohlenstoff-Gehalt steigert zudem die Wärmeaufnahmegeschwindigkeit.

Zunehmend werden auch Bremsscheiben aus keramischen Werkstoffen (Kohlenstofffaser-Keramik bzw. Carbon-Keramik) hergestellt. Die Vorteile dieser Bremsscheiben sind hohe Formstabilität in allen Temperaturbereichen, geringes Eigengewicht, gutes Ansprechverhalten der Bremse, extrem hohe Lebensdauer sowie sehr gutes Fadingverhalten. Als Nachteile sind die schlechte Wärmeleitfähigkeit, welche spezielle Bremsbelagmaterialien erfordert, und der sehr hohe Preis zu nennen. Letzteres ist sicherlich der Grund dafür, dass Keramik-Bremsscheiben aktuell ausschließlich als Sonderausstattung bei hochmotorisierten Fahrzeugen der gehoben Klassen eingesetzt werden.

Komfort

Gasdruckfedern und Dämpfer

Funktion

Gasdruckfedern ermöglichen das mühelose und komfortable Öffnen und Schließen der Kofferraum- bzw. Heckklappe sowie der Motorhaube. Zur Bedienung der Heckklappe und Motorhaube mit Gasfederunterstützung genügt eine Hand. Wird die Klappe geöffnet, hält sie die Gasdruckfeder sicher und zuverlässig in der Endposition. Beim Schließen dämpft die Gasdruckfeder die Bewegung sanft ab, die Klappe fällt leise ins Schloss.

 

Die Vorteile von Gasdruckfedern sind:

  • kompakte Bauform,
  • einfache Montage,
  • definierbare Geschwindigkeit,
  • komfortable Kraftunterstützung zum leichten Öffnen,
  • gleichmäßiger, sanfter Funktionsablauf,
  • definierbare Federcharakteristik und
  • Dämpfung der Bewegung

 

Gasdruckfedern werden bei Kraftfahrzeugen auch an anderen Stellen als Dämpfer eingesetzt, zum Beispiel als Lenkungsdämpfer oder Motordämpfer.

Bremse

Antiblockiersystem (ABS)

Funktion

Wenn die Räder bei einer Vollbremsung blockieren, ist die Lenkfähigkeit nicht mehr gegeben und das Fahrzeug kann in einen unkontrollierbaren Zustand geraten. Das Antiblockiersystem (ABS) hat die Aufgabe das dauerhafte Blockieren der Räder wirksam zu verhindern und somit den Bremsvorgang zu stabilisieren. Dies wird durch wiederholtes und intelligentes Absenken und Anheben des Bremsdrucks erreicht. Dieser Vorgang wird auch Druckmodulation genannt.

In der StVZO wird das ABS auch als Automatischer Blockierverhinderer (ABV) bezeichnet.

Schlupf-Regelung
Tritt der Fahrer kräftig auf das Bremspedal, kommt der Reifen aus der normalen Abrollbewegung zunächst in den so genannten Bremsschlupfbereich. Hierbei ist der Abrollumfang des Rades geringer, als die Strecke, die das Fahrzeug zurücklegt. Wird das Bremspedal noch kräftiger durchgetreten, blockiert das Rad. Dann spricht man von einem 100-prozentigen Bremsschlupf.

Die optimale Bremsverzögerung wird mit modernen Reifen und auf "Standardfahrbahnbelägen" bei einem Bremsschlupf von etwa  8 bis 25 Prozent erreicht. Selbst ein geübter Fahrer kann diesen engen, optimalen Bereich nur schwer erreichen – und schon gar nicht, wenn eine Extremsituation vorliegt. Das intelligente ABS-System regelt die Bremskraft so ein, dass der Schlupf an jedem Rad innerhalb des optimalen Bereiches bleibt und gleichzeitig einzelne Räder nicht blockieren.

Systemvarianten
In der Vergangenheit kamen meistens Drei-Kanal Antiblockiersysteme zum Einsatz. Hierbei werden die Vorderräder individuell angesteuert, die Hinterräder hingegen gemeinsam. In aktuellen Fahrzeugen kommen meistens nur noch Vier-Kanal ABS-Systeme zum Einsatz. Sie ermöglichen es, dass der Bremsdruck an jedem Rad individuell angesteuert werden kann.

Bei Fahrzeugen mit Antiblockiersystem verfügt jedes Rad über einen Raddrehzahlsensor. Dadurch kennt das elektronische Steuergerät jederzeit die aktuelle Drehzahl aller Räder. Wird beim Bremsen ein einzelnes Rad stärker verzögert, überschreitet es den Zielschlupfbereich und der Bremsdruck dieses Rades wird gehalten oder abgesenkt. Dies gilt oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit von 6 km/h. Solange der Fahrer auf dem Bremspedal bleibt, erfolgt ein permanenter Abgleich zwischen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der individuellen Radgeschwindigkeit. Das führt dazu, dass auch der Bremsdruck kontinuierlich moduliert wird.

 

Das Antiblockiersystem besteht aus folgenden Komponenten:

  • Raddrehzahlsensoren. Sie haben die Aufgabe, die aktuelle Raddrehzahl zu ermitteln und in Form eines elektrischen Signals an das elektronische Steuergerät zu melden.
  • Regeleinheit "HECU". Sie hat die Aufgabe die Signale zu verwerten. Und besteht aus der Hydraulikeinheit (Hydraulikblock mit Ventilen, integrierter Pumpe mit Elektromotor und Niederdruckspeicher) und der Elektronikeinheit (Spulenträger mit elektronischem Steuergerät).
  • Radbremse. Die Radbremse setzt die Bremswirkung an den einzeln angesteuerten Rädern um.


Bremse

Radsensor

Funktion

Der Radsensor hat die Aufgabe, die Drehzahl der Räder zu erfassen und diese Information in Form eines elektrischen Signals an Fahrsicherheitssysteme weiterzuleiten. Alle modernen Fahrzeuge sind mit Radsensoren ausgestattet. Denn das Anti-Blockier-System ABS ist heute bei allen in Europa neu zugelassenen Fahrzeugen Standard. Die elektronisch gesteuerte Stabilitätskontrolle (ESP®) ist inzwischen auf gutem Weg dorthin. Das schnelle und exakte Erfassen von Drehzahlen, Bewegungen und physikalischen Kräften, die auf das Fahrzeug wirken, ist für die Funktion elektronischer Fahrsicherheitssysteme von elementarer Bedeutung.

In der Anfangszeit der ABS-Systeme kamen sogenannte passive Raddrehzahlsensoren zum Einsatz. Sie arbeiten nach dem Induktionsprinzip und liefern ein analoges Ausgangssignal in Form einer Wechselspannung. Das Signal des passiven Sensors kann erst ab einer Geschwindigkeit von etwa 7 km/h vom Steuergerät sinnvoll verwertet werden. Charakteristisch für den passiven Raddrehzahlsensor ist, dass dieser sein Signal von einen Sensor-Zahnrad abgreift. Dieses ist meistens auf der Bremsscheibe oder Bremstrommel, der Achse oder der Radnabe aufgepresst.

Aufgrund der Erweiterung des ABS mit Funktionen wie ESP® oder die Anti-Schlupf-Regelung (ASR) ist es heute nötig, Radsensoren zu verwenden, welche bereits ab dem Stillstand ein verwertbares Signal abgeben. Hier kommen aktive Radsensoren zum Einsatz. Sie arbeiten nach dem Magnetoresistiv-Prinzip, werden mit Spannung versorgt und greifen ihr Signal von einem sogenannten Encoder-Rad ab. Bei letzterem handelt es sich um einen magnetischen Ring mit einer exakt definierten Anzahl an Nord- und Südpolen. Die aktiven Raddrehzahlsensoren können zudem die Drehrichtung des Rades erkennen und sie sind mechanisch deutlich unempfindlicher als passive Radsensoren. So sind sie korrosionsresistenter und ein wechselnder Abstand zwischen Sensor und Encoder-Rad (z.B. bedingt durch eine „kippende“ Bremsscheibe) hat keinen Einfluss auf das Sensorsignal. Sie funktionieren also auch bei größerem Luftspalt zwischen Sensor und Encoder und auch in einem weiten Temperaturbereich zwischen -40 bis +150°C.

Ein weiterer Vorteil aktiver Radsensoren liegt darin, dass sie ein digitales Ausgangssignal liefern. Dadurch kann es ohne Umwandlung direkt vom Steuergerät verwendet werden. Aktive Radsensoren liefern außerdem präzisere Geschwindigkeitsinformationen, so dass diese auch für andere Bordnetzsysteme, wie zum Beispiel Navigationsgeräte, nutzbar sind.

Details

Elektronik

Radsensoren

Funktion

Das ABS ist heute bei allen in Europa neu zugelassenen Fahrzeugen Standard, das elektronisch gesteuerte Fahrassistenzsystem (ESP®) ist inzwischen auf gutem Weg dorthin. Elektronische Fahrsicherheitssysteme benötigen für eine zuverlässige Funktion Informationen über die Drehzahl der Räder, den Bewegungsablauf des Fahrzeugs und die Kräfte, die auf das Auto wirken. Raddrehzahlsensoren, auch Radsensoren genannt, haben die Aufgabe, die Drehzahl der Räder zu erfassen und diese Information in Form eines elektrischen Signals an das Steuergerät des ABS oder ESP zu liefern. Neuere Radsensoren erfassen zusätzlich auch die Drehrichtung der Räder. Anhand dieser Daten kann das ABS-Steuergerät bei einer Vollbremsung das Blockieren einzelner Räder erkennen und Gegenmaßnahmen zur Fahrzeugstabilisierung einleiten. Gleiches gilt auch für das ESP-Steuergerät, sobald es anhand der Raddrehzahlen und anderer Sensorinformationen kritische Fahrsituationen erkennt.

Passive Radsensoren

In der Anfangszeit der ABS-Systeme kamen so genannte passive Radsensoren zum Einsatz. Sie arbeiten nach dem Induktionsprinzip und liefern ein analoges Ausgangssignal in Form einer Wechselspannung an das elektronische Steuergerät. Charakteristisch für den passiven Sensor ist, dass dieser sein Signal von einem Sensor-Zahnrad abgreift, welches in der Regel auf der Bremsscheibe oder –trommel, der Achse oder der Radnabe aufgepresst ist. Passive Radsensoren liefern ab circa 7 km/h ein verwertbares Sensor-Signal.

Aktive Radsensoren

Aufgrund der Erweiterung des ABS um Funktionen wie ESP® oder die Anti-Schlupf-Regelung (ASR) ist es heute nötig, Sensorsysteme zu verwenden, welche bei sehr geringen Geschwindigkeiten, quasi bis zum Stillstand, ein verwertbares Signal abgeben. Hier kommen aktive Sensoren zum Einsatz. Sie arbeiten nach dem Magnetoresistiv-Prinzip, werden mit Spannung versorgt und greifen ihr Signal von einem sogenannten Encoder-Rad (magnetische Impulsgeber) ab. Aktive Radsensoren können nicht nur die Raddrehzahl bis zum Fahrzeugstillstand sondern auch die Drehrichtung erfassen. Zudem sind sie mechanisch deutlich unempfindlicher als passive Sensoren. Dies zeigt sich beispielsweise in ihrer Korrosionsunempfindlichkeit oder auch darin, dass veränderliche Sensorabstände (zum Beispiel bedingt durch eine „kippende“ Bremsscheibe) keinen Einfluss auf das Sensorsignal haben.

Ferner funktionieren aktive Radsensoren zuverlässig in einem Temperaturbereich zwischen -40 bis +150°C. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sie ein digitales Ausgangssignal liefern, welches keine Umwandlung mehr erfordert und somit direkt vom Steuergerät verwertet werden kann.  Dank der wesentlich präziseren Geschwindigkeitsinformationen können die Signale aktiver Radsensoren auch von anderen Fahrzeugsystemen, etwa von der Motor- und Getriebesteuerung oder von Navigationssystemen genutzt werden.

 

Details

Bremse

Bremskraftregler

Funktion

Beim Abbremsen eines Fahrzeugs verlagert sich das Fahrzeuggewicht von der Hinterachse auf die Vorderachse. Hierbei spricht man von einer dynamischen Achslastverlagerung. Dies führt dazu, dass die Hinterräder entlastet werden und deren Bodenhaftung abnimmt. Ein zu hoher Bremsdruck an der Hinterachse kann zum Blockieren der Hinterräder führen. Damit verlieren sie ihre Seitenführungskraft und es kann zu einem Schleudern des gesamten Fahrzeugs kommen.

Deshalb werden in Bremssystemen Bremskraftregler eingesetzt, die den Bremsdruck an der Hinterachse reduzieren. Dabei kommen unterschiedliche Arten von Bremskraftreglern zum Einsatz:

  • Bremskraftbegrenzer lassen nur einen bestimmten, fest eingestellten Bremsdruck auf die Hinterräder zu. Sie werden in der Regel direkt am Hauptbremszylinder montiert.
  • In Fahrzeugen, bei denen sich die Gewichtsverteilung durch die Anzahl der Fahrgäste oder die Zuladung stark ändert, werden lastabhängige Bremskraftregler eingesetzt. Sie steuern je nach Zuladung den Bremsdruck an die Hinterräder. So wird das Blockieren der Hinterräder verhindert und damit die Schleudergefahr reduziert.

Bei Fahrzeugen mit diagonaler Bremskreisaufteilung sind entweder zwei einzelne Bremskraftregler oder ein Regler mit zwei Regeleinheiten für die Hinterradbremsen notwendig. Lastabhängige Twin-Regler beinhalten in einem Gehäuse zwei gleiche und unabhängig voneinander parallel arbeitende Regeleinheiten.
Beim Ausfall eines Kreises kann der verbleibende intakte Bremskreis unbeeinflusst weiter arbeiten.

Bei elektronischen Bremssystemen ist die Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) bereits integriert. Der Bremsdruck auf die Hinterräder wird begrenzt, sobald ein festgelegter Druck überschritten wird. Hier werden keine zusätzlichen Bauteile im Bremskreis benötigt.

Elektronik

Drosselklappensensor

Funktion

Drosselklappensensoren sind an der Drosselklappenachse befestigt. Sie erfassen den Öffnungswinkel der Drosselklappe und geben diese Information in Form eines elektrischen Signals an das Motorsteuergerät weiter. Anhand dieses Wertes errechnet die Motorelektronik die Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit weiterer Faktoren wie Motortemperatur, Luftdruck, Drehzahl und so weiter eingespritzt wird. Drosselklappensensoren gibt es in verschiedenen Bauformen:

Drosselklappenschalter

Im Drosselklappenschalter befinden sich zwei Schalter, die über eine Schaltkulisse betätigt werden. Mit Hilfe der beiden Schalter erkennt die Motorelektronik die beiden Lastzustände Leerlauf und Volllast. Bei Leerlauf ist die Drosselklappe und der Leerlaufschalter geschlossen. Ab einem festgelegten Öffnungswinkel startet der Volllastbereich und der Volllastschalter wird geschlossen. Bei geschlossenem Volllastschalter wird die Kraftstoffeinspritzmenge zum Erzielen bester Leistungswerte erhöht.

Drosselklappenpotentiometer

Beim Drosselklappenpotentiometer wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe mit Hilfe eines regelbaren Widerstandes erfasst. Da Öffnungswinkel und Widerstandswert in einem festen Verhältnis zueinander stehen, kann die Motorelektronik jederzeit den Winkel der Drosselklappe erkennen. Außerdem wird die Winkelgeschwindigkeit (also die Zeit, in der die Änderungen des Drosselklappenwinkels stattfindet) mit erfasst. Bei schneller Veränderung, zum Beispiel wenn der Autofahrer das Gaspedal schnell durchtritt, spritzt die Motorelektronik mehr Kraftstoff ein, um gute Beschleunigungswerte zu erzielen.

Bremse

Bremsleitungen

Funktion

Tritt der Autofahrer auf das Bremspedal, wird im Hauptbremszylinder ein hydraulischer Druck erzeugt. Damit daraus eine Bremskraft entstehen kann, muss der hydraulische Druck mit Hilfe der Bremsflüssigkeit an die Radbremsen übertragen werden. Dies geschieht im Kraftfahrzeug über die Bremsleitungen. Von ihrer Bauart her werden Bremsleitungen in Bremsrohrleitungen und Bremsschlauchleitungen unterschieden.

Bremsrohrleitungen sind starr und bestehen aus Stahl. Sie werden im Motorraum, unter der Karosserie beziehungsweise in den Radhäusern verlegt – also überall dort, wo keine Bewegungen der Bremsleitungen zu erwarten sind. Je nach Anwendung unterscheiden sich die Bremsrohrleitungen in Form, Länge, Durchmesser und Anschlussarmaturen. Eine Kunststoff- oder Zinkbeschichtung schützt sie vor Korrosion.

Bremsschlauchleitungen bilden eine flexible Verbindung zwischen den Bremsrohrleitungen und den Radbremsen. Sie übertragen den hydraulischen Druck auf die Radzylinder und die Bremssättel. Bremsschlauchleitungen bestehen in der Regel aus einem speziellen Innen- und Außengummi mit dazwischen liegender, mehrschichtiger Gewebeeinlage. Darüber hinaus gibt es Bremsschlauchleitungen, die von einem Stahlgeflecht ummantelt sind (Stahlflexleitungen). Letztere zeichnen sich durch eine längere Lebensdauer aus. Da sich Stahlflexleitungen auch bei höherem Bremsdruck weniger ausweiten, ist zudem der Druckpunkt am Bremspedal exakter und der Bremsvorgang kann genauer dosiert werden.

Details

Bremse

Bremsbacken

Funktion

Die Bremsbacken sind ein wesentlicher Bestandteil der Trommelbremse. Sie sind zugleich Träger des Reibmaterials. Beim Bremsvorgang entsteht eine natürliche Abnutzung des Reibmaterials. Die abnehmende Stärke des Reibmateriales wird durch einen mechanischen Nachstellmechanismus ausgeglichen. Dieser Ausgleich ist jedoch nur möglich, solange ausreichend Reibmaterial vorhanden ist. Beim Erreichen der Verschleißgrenze müssen die kompletten Bremsbacken ausgetauscht werden.

Bei normaler Fahrweise sind die Bremsbacken an der Hinterachse erst nacheinigen Jahren zu ersetzen. Um eine zuverlässige Funktion der Trommelbremse zu gewährleisten, empfiehlt es sich, nicht nur die Bremsbacken, sondern gleichzeitig auch die Radzylinder und die Nachsteller auszuwechseln. Im Ersatzteilmarkt werden komplette Reparatur-Sätze angeboten, die neben den neuen Bremsbacken auch die Radzylinder, die Nachsteller sowie Federn undnotwendige Befestigungsteile, zum Teil sogar schon vormontiert, enthalten.

Details

Bremse

Bremssattel

Funktion

Der Bremssattel (umgangssprachlich auch „Bremszange“ genannt) ist ein wesentlicher Bestandteil des Scheibenbremssystems. Er hat die Aufgabe, die Bremsbeläge aufzunehmen und zu führen. Ferner wandelt er mit Hilfe eines oder mehrerer Kolben den hydraulischen Druck im Bremssystem in eine mechanische Kraft um, mit der die Bremsbeläge an die Bremsscheibe gepresst werden. Die Bremssättel sind im Bereich der Räder untergebracht – jeweils links und rechts an der Vorderachse. Fahrzeuge, die auch an der Hinterachse mit Scheibenbremsen ausgestattet sind, haben auch hier Bremssättel.

Tritt der Fahrer auf das Bremspedal, wird im hydraulischen System ein Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt. Dieser Druck wird über die Bremsleitungen und -schläuche an die Bremssättel übertragen. Dort bewirkt er schließlich, dass die Bremssattelkolben die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe drücken. Das führt dazu, dass die Reibung an der Bremse zunimmt und somit das rollende Fahrzeug abgebremst beziehungsweise zum Stillstand gebracht wird. Beim Lösen des Bremspedals wird der Überdruck im Bremssystem wieder abgebaut. Die Gummidichtung des Kolbens drückt diesen in seine Ausgangslage zurück. Die Bremsscheibe kann sich somit wieder frei drehen.

In den meisten Fällen sind die Bremssättel mit ein bis zwei Kolben ausgestattet. Bei leistungsstarken oder sehr schweren Fahrzeugen können bis zu fünf Kolben je Bremssattel verbaut sein. In sehr seltenen Fällen gibt es auch Konstruktionen, bei denen pro Rad zwei komplette Bremssättel verwendet werden.

Neben der Betriebsbremse, die für das Abbremsen eines rollenden Fahrzeugs benötigt wird, kann der Bremssattel auch die Funktion der Feststellbremse übernehmen. Die Feststellbremse hat die Aufgabe, ein stehendes Fahrzeug gegen Wegrollen zu sichern. Beim Betätigen der Feststellbremse wird mechanisch eine Kraft auf den Bremskolben und somit auf den Bremsbelag aufgebracht. Diese reicht aus, das stehende Fahrzeug auch im Gefälle zu halten. Die Betätigung der Feststellbremse kann rein mechanisch über ein Hebelsystem (klassischer Handbremshebel im Inneren des Fahrzeugs) oder elektrisch unterstützt über einen Elektromotor und ein Getriebe oder einen Seilzug (Elektromechanische Parkbremse EPB) erfolgen.

Bauarten

Im Kfz-Bereich wird überwiegend der so genannte  Schwimmsattel (auch Faustsattel genannt) verwendet. Bei dieser Bauart drücken die Kolben nur auf den inneren Bremsbelag und legen diesen an die Bremsscheibe an. Der auf der äußeren Seite liegende Bremsbelag wird über die Reaktionskraft des schwimmend gelagerten Bremssattels mit der gleichen Kraft an die Bremsscheibe gepresst.

Eine weitere Bauform stellt der Festsattel dar. Er wird hauptsächlich an der Hinterachse verwendet. Beim Festsattel befindet sich auf jeder Seite der Bremsscheibe ein hydraulisch betätigter Kolben.

Details

Zündung

Glühkerze

Funktion

Dieselmotoren sind Selbstzünder, das heißt: Der eingespritzte Kraftstoff entzündet sich, ohne dass ein Zündfunke notwendig ist. Die Auslösung des Arbeitstaktes erfolgt in drei Schritten:

1. Zunächst wird reine Luft angesaugt.

2. Die angesaugte Luft wird auf 30 bis 55 bar verdichtet – dabei erhitzt sie sich auf 700 bis 900 °C.

3. Dieselkraftstoff wird in die Brennkammer eingespritzt. Durch die hohe Temperatur der komprimierten Luft wird die Selbstzündung ausgelöst, der Innendruck steigt stark an und der Motor entwickelt seine Leistung.

Im Vergleich zu Ottomotoren erfordern Selbstzünder aufwendigere Einspritzsysteme und Motorbauformen. Die ersten Dieselmotoren waren keine besonders komfortablen und drehfreudigen Antriebsaggregate. Durch den harten Verbrennungsablauf waren sie in kaltem Zustand sehr laut. Sie waren gekennzeichnet durch ein höheres Leistungsgewicht, eine geringe Leistung pro Liter Hubraum sowie ein schlechteres Beschleunigungsverhalten. Durch stetige Weiterentwicklung der Einspritztechnik und der Glühkerzen konnten all diese Nachteile beseitigt werden. Heute gilt der Diesel als gleich- oder gar höherwertige Antriebsquelle.

Funktion von Glühkerzen


Damit der Dieselmotor bei niedrigen Außentemperaturen sicher anspringt und während der Warmlaufphase geräusch- und emissionsarm läuft, werden Glühkerzen montiert, die in den Zylinder hineinragen. Die Glühkerzen müssen in einer möglichst kurzen Zeit eine hohe Temperatur zur Zündunterstützung bereitstellen – und diese Temperatur unabhängig von den Randbedingungen halten oder sogar in Abhängigkeit von diesen anpassen.

Beim Vorglühen fließt anfangs ein hoher Strom über den Anschlussbolzen und die Regelwendel zur Heizwendel. Diese erhitzt sich schnell und bringt die Heizzone der Glühkerze zum Glühen. Das Glühen breitet sich rasch aus – und nach zwei bis fünf Sekunden glüht der Heizstab bis nahe an den Kerzenkörper. Dadurch wird die Temperatur der durch den Strom schon erhitzten Regelwendel zusätzlich erhöht. In der Folge steigt der elektrische Widerstand der Regelwendel und der Strom wird so weit reduziert, dass der Glühstab nicht beschädigt werden kann. Ein Überhitzen der Glühkerze ist somit nicht möglich.

Erfolgt kein Start, wird die Glühkerze nach einer gewissen Bereitschaftszeit durch das Glühzeitsteuergerät abgeschaltet. Fahrzeuge älterer Bauart sind zumeist mit Glühkerzen bestückt, die lediglich vor und während der Startphase glühen.

Nachglühfähige Glühkerzen

Moderne Diesel-Pkw laufen in der Regel mit nachglühfähigen Glühkerzen vom Band.

Das heißt, sie glühen

  • vor dem Start,
  • während der Startphase,
  • nach dem Start und
  • während dem Motorbetrieb (im Schubbetrieb).


Das elektronisch gesteuerte Vorglühen beginnt mit der Betätigung des Zündschloss-Anlassschalters und dauert bei normalen Außentemperaturen bis zur Startbereitschaft etwa zwei bis fünf Sekunden. Die Nachglühzeit beträgt bis zu drei Minuten nach dem Start des Motors, um die Schadstoff- und Geräuschemissionen zu minimieren. Der Motorbetriebszustand wird z. B. über die Messung der Kühlwassertemperatur erfasst. Der Nachglühvorgang dauert so lange, bis die Kühlwassertemperatur 70 °C erreicht, oder er wird nach einer im Kennfeld abgelegten Zeit abgestellt. Liegt die Kühlwassertemperatur schon vor dem Start über 70 °C, wird in den meisten Fällen nicht nachgeglüht.

Schutz vor Überhitzung


Selbstregelnde Stabglühkerzen schützen sich selbst vor Überhitzung, indem sie den Strom von der Batterie zur Kerze mit steigender Temperatur begrenzen. Bei laufendem Motor erhöht sich die Spannung jedoch so weit, dass Glühkerzen, die nicht für die neueste Technik konzipiert sind, durchbrennen können. Hinzu kommt, dass die bestromten Kerzen nach dem Start hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sind und somit von innen und außen aufgeheizt werden. Die nachglühfähigen Stabglühkerzen sind bei voller Generatorspannung funktionsfähig. Ihre Temperatur steigt zwar schnell an, wird dann aber durch eine neue Regelwendel auf eine Beharrungstemperatur abgeregelt, die unter derjenigen der nicht nachglühfähigen Kerzen liegt.

Schnellstart in zwei Sekunden

Bei der nachglühfähigen Glühkerze ist es gelungen, die Glühzeit auf zwei bis fünf Sekunden zu verkürzen. Um das zu erreichen, haben die Konstrukteure den Durchmesser des Heizstabes an seinem vorderen Ende reduziert. Dadurch beginnt der Heizstab in dieser Zone sehr schnell zu glühen. Bei einer Temperatur von 0 °C dauert es gerade mal 2 Sekunden bis zum Start. Bei tieferen Temperaturen passt sich das System durch die Glühzeitregelung an die Erfordernisse an und erhöht die Glühzeit entsprechend: Bei –5 °C auf etwa fünf und bei –10 °C auf rund sieben Sekunden.

Bremse

Bremstrommel

Funktion

Die Bremstrommel ist ein zentraler Bestandteil der Trommelbremse. Sie bildet gemeinsam mit den Bremsbacken ein Reibpaar, das die Drehbewegung des Rades abbremst. Zudem hat die Bremstrommel die Aufgabe, die beim Bremsen entstehende Wärme aufzunehmen und abzuleiten. Dies ist besonders wichtig, da mit steigender Temperatur die Reibwirkung zwischen Bremstrommel und Bremsbackenbelag nachlässt. Somit kann es zum sogenannten Fading kommen, also dem Nachlassen der Bremswirkung bei hohen Temperaturen.

Damit unter allen Belastungszuständen eine ausreichende Bremswirkung gewährleistet ist, muss die Bremstrommel ausreichend stabil dimensioniert sein. Ihr Durchmesser darf sich unter Last und bei höheren Temperaturen nicht über ein zulässiges Maß erweitern. Eine optimale Oberflächenrauigkeit der Reibfläche, gute Wärmeleitfähigkeit sowie enge Form- und Lagetoleranzen sind weitere Garanten für stabile Reibwerte und somit für einen zuverlässigen und sicheren Bremsvorgang.

Die Bremstrommeln sind ständig Spritzwasser, Straßenschmutz und im Winter aggressiven Substanzen wie zum Beispiel Streusalz ausgesetzt. Damit sie nicht so schnell rosten, haben mittlerweile viele namhafte Anbieter Bremstrommeln im Produktprogramm, die mit einem Korrosionsschutzlack beschichtet sind. Diese Maßnahme sichert nach dem Erneuern der Bremstrommel eine langanhaltend attraktive Optik. 

Bei vielen Fahrzeugmodellen sind die Radlager in die Bremstrommeln integriert. Beim Wechsel der Bremstrommel sollte aus Sicherheitsgründen immer auch das Radlager mit erneuert werden. Deshalb bieten namhafte Ersatzteillieferanten Bremstrommeln mit bereits integrierten Radlagern an. Diese Komplettsätze beschleunigen die Arbeit in der Werkstatt und sparen damit Reparaturkosten.

Bremse

Bremsenschmierstoff

Funktion

Scheiben- und Trommelbremsen können nur dann eine optimale Leistung erzielen, wenn die Bremsbeläge beziehungsweise die Bremsbacken leicht beweglich gelagert sind. Damit dies über einen langen Zeitraum gewährleistet ist, verwenden Werkstätten bei der Reparatur von Scheiben- und Trommelbremsen nicht leitfähige Permanentschmierstoffe. Bei der Reparatur der Scheibenbremse werden zum Beispiel die Führungen und Auflagepunkte der Bremsbeläge oder je nach Bremssattelbauart auch dessen Führungen mit einem Dauerschmierstoff geschmiert. Bei Trommelbremsen geschieht dies beispielsweise an den Auflagepunkten der Bremsbacken am Bremsträgerblech und am Backenlager.

Dauerbremsenschmierstoffe haben nicht nur die Aufgabe, die beweglichen Teile der Scheiben- und Trommelbremse über einen langen Zeitraum vor Korrosion zu schützen und leichtgängig zu halten. Sie verhindern auch das Entstehen von Geräuschen beim Bremsvorgang.

Allerdings sollte kupferhaltiger Schmierstoff nicht für die Bremsenreparatur verwendet werden. Seine elektrische Leitfähigkeit begünstigt die elektrochemische Korrosion. Dadurch kann es je nach äußeren Einflüssen bereits nach relativ kurzer Zeit zu einer Schwergängigkeit der Bremskomponenten kommen. Korrosion und Verpastung erschweren das Zurückstellen der Beläge beim Lösen der Bremse, was zu Geräuschen und erhöhtem Verschleiß führt. Kupferhaltiger Schmierstoff kann darüber hinaus Resonanzschwingungen verursachen, was ebenfalls eine Geräuschentwicklung beim Bremsen zur Folge hat.

Hochwertige Bremsschmierstoffe haben zahlreiche Vorteile, die über einen langen Zeitraum hinweg ein geräuschfreies und sicheres Bremsen ermöglichen. Sie zeichnen sich durch elektrische Neutralität, eine äußerst geringe Ölabscheidung, eine geringe Neigung zur Verpastung, eine hohe Auswaschbeständigkeit und Unempfindlichkeit gegen Hitze und Kälte aus.

Metallfreie Dauerschmierstoffe von namhaften Herstellern können für Stahl- und Aluminiumbremssättel und auch für Fahrzeuge mit ABS eingesetzt werden. Desweiteren eignen sich Dauerschmierstoffe auch für andere Anwendungen, zum Beispiel bei der Montage und zum Schutz von Kompressoren, zentralen Schmieranlagen, Sitzschienen, Schiebedachführungen, Türfangbändern, Batteriepolen und Achslagern.

Bremse

Trommelbremse

Funktion

Die Trommelbremse ist fast so alt wie das Automobil selbst. Auch heute noch wird sie – natürlich in modifizierter und weiterentwickelter Form – in modernen Pkw verbaut. Hier findet sie hauptsächlich an der Hinterachse von Kleinwagen und Fahrzeugen der Kompaktklasse Verwendung.
 

Die Trommelbremse besteht im Wesentlichen aus der Bremstrommel, den Bremsbacken, dem Radzylinder, dem Ankerblech, der Nachstelleinrichtung den Rückholfedern und diversen Befestigungs- und Betätigungselementen. Die Bremstrommel ist fest mit dem Rad verbunden und folgt dessen Drehbewegung. Beim Bremsvorgang spreizt der Radzylinder die feststehenden Bremsbacken und presst sie an die Bremstrommel, die dadurch abgebremst wird. Beim Lösen der Bremse holen die Rückholfedern die Bremsbacken in ihre Ausgangsposition zurück.

Die Trommelbremse hat die folgenden Vorteile: 

- Unempfindlich gegen Schmutz durch geschlossenes System

- Einfache Integration der Feststellbremse möglich

- Bremskraftverstärkung durch Selbstverstärkung

- Hohe Standzeiten und Langlebigkeit

- Preisgünstig


Neben den positiven Kostenaspekten neigt der Trommelbremsbelag nicht so schnell zum „Verglasen“ wie der Scheibenbremsbelag. Das „Verglasen“ ist ein Verhärten des Belagmaterials bei geringer Belastung, etwa häufigem Kurzstreckenverkehr und geringen Geschwindigkeiten. Bei starken Bremsungen wird die „verglaste“ Schicht in der Regel abgetragen und der Belag erreicht wieder seine volle Leistungsfähigkeit. Vorteilhaft ist bei der Trommelbremse auch die automatische Selbstverstärkung der Bremskraft. Die Betätigungskraft kann also geringer ausfallen.

Zudem stellt die Trommelbremse im Gegensatz zur Scheibenbremse eine geschlossene, zylinderförmige Konstruktion dar – daher leitet sich auch ihr Name ab. Vorteil dieser gekapselten Bauweise ist, dass einerseits der Bremsstaub nicht nach außen dringen kann. Andererseits ist die Radbremse vor Nässe- und Schmutzeinwirkung von außen besser geschützt und somit unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen. Ferner ist die Feststellbremse mit einem Trommelbremssystem einfacher zu realisieren.

Wie bei allen technischen Entwicklungen hat die Trommelbremse auch Nachteile:

 - Aufgrund der geringen thermischen Belastbarkeit und der großen Empfindlichkeit   gegenüber Reibwertstreuung ausschließlich für den Einsatz an der Hinterachse bei Fahrzeugen mit geringer Fahrzeugleistung/-masse (bis Mittelklasse) geeignet 

- Hohe Temperaturen können die Bremsleistung gravierend verschlechtern (Fading)

- Der Belag- und Trommelwechsel ist zeitaufwendig

Bremse

Radzylinder

Funktion

Der Radzylinder ist ein Bauteil der hydraulischen Trommelbremse.

Er besteht aus einem Gehäuse aus Grauguss oder – bei neueren Konstruktionen – aus gewichteinsparendem Aluminium. Weitere Bestandteile des Radzylinders sind ein oder zwei Kolben, Manschetten, Druckfedern, Dichtungen, Schutzkappen und das Entlüftungsventil.

Der Radzylinder hat die Aufgabe, die Bremsbacken zu spreizen und gegen die Bremstrommel zu drücken. Damit entsteht Reibung und das Rad wird abgebremst. Dies geschieht jedes Mal, wenn der Autofahrer auf das Bremspedal tritt. Hierbei wird im Hauptbremszylinder ein hydraulischer Druck erzeugt, der mit Hilfe der Bremsflüssigkeit über die Bremsleitungen an den Radzylinder übertragen wird. Im Radzylinder wirkt der hydraulische Druck auf die Kolben, die ihrerseits eine mechanische Kraft auf die Bremsbacken ausüben.

Fahrwerk

Konventioneller Hydraulikstoßdämpfer

Funktion

Der Hydraulikstoßdämpfer besteht im Wesentlichen aus einem mit Hydrauliköl gefüllten Zylinder und einem Kolben, der sich bei jeder Vertikalbewegung des Rads bewegt. Beim Ein- und Ausfedern während der Fahrt gleitet dieser Kolben hin und her. Beim Einfedern (Druckstufe) muss das Öl unterhalb des Kolbens durch eine enge Ventilöffnung strömen. Bei diesem Vorgang wird Reibung erzeugt, die die Bewegungsenergie des Öls in Wärme umwandelt, die Kolbenbewegung bremst und somit die Schwingung der Karosserie dämpft. Das verdrängte Öl gelangt durch Bodenventile in ein Reserverohr. Abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben bewegt, dem Volumen des Öls und der Anzahl und Größe der Ventile, variiert der Dämpfungswiderstand. Generell gilt: Je schneller sich die Kolbenstange bewegt, desto höher ist die Kraft, die auf den Kolben wirkt und desto mehr Widerstand entsteht. Beim Ausfedern (Zugstufe) fließt das Öl durch ein noch engeres Ventil wieder nach unten durch den Kolben, sodass eine stärkere Dämpfung erzielt wird als beim Einfedern. Das ist erforderlich, damit die Feder sich kontrolliert entspannt und somit die Räder den Bodenkontakt nicht verlieren.

Fahrwerk

Gasdruckstoßdämpfer

Funktion

Gasdruckstoßdämpfer in Einrohrbauweise arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie ein konventioneller Hydraulikstoßdämpfer, verfügen aber zusätzlich über ein Gaspolster, das sich komprimieren lässt und somit Platz für das verdrängte Öl schafft. Ein schwimmender Kolben trennt Öl und Gas und verhindert so ihre Vermischung. Wird das Öl beim Einfedern verdrängt, komprimiert der Kolben das Gaspolster. Beim anschließenden Ausfedern drückt das Gas – ähnlich wie eine Feder – das Öl wieder zurück. Der sehr hohe Gasdruck sorgt dafür, dass schon kleinste Bewegungen gedämpft werden.

Bremse

Bremskraftverstärker

Funktion

Der Bremskraftverstärker unterstützt die vom Fahrer eingesetzte Fußkraft über das Bremspedal zum Hauptbremszylinder. Dadurch verringert sich der Kraftaufwand beim Bremsen erheblich. In Kombination mit dem Hauptbremszylinder ist er Bestandteil der meisten Pkw-Bremsanlagen.

Die zwei gängigsten Ausführungen sind

Unterdruck-Bremskraftverstärker:
Pkw-Bremsanlagen verfügen meist über einen Unterdruck-Bremskraftverstärker. Sie nutzen den vorhandenen Unterdruck, der bei Ottomotoren durch den Ansaugtrakt im Saugrohr des Motors, bei Dieselmotoren durch eine Unterdruckpumpe (0,5…0,9 bar) erzeugt wird.

Hydraulik-Bremskraftverstärker:
Er nutzt den durch eine hydraulische Pumpe erzeugten Druck, welche über den Motor betrieben wird. Verwendet wird ein Hydraulik-Bremskraftverstärker bei Fahrzeugen mit hydraulischer Energieversorgung (z.B. Servolenkung) und bei solchen, die einen Motor mit schwachem Unterdruck im Saugrohr haben (z.B. Turbomotoren). Der Hydraulik-Bremskraftverstärker ist kleiner als der Unterdruck-Bremskraftverstärker und benötigt einen höheren Ansteuerdruck.

Im Bremskraftverstärker befindet sich eine Membran, welche diesen in zwei Kammern unterteilt. Im ungebremsten Zustand befindet sich in beiden Kammern der vom Motor erzeugte Unterdruck. Beim Betätigen der Bremse, werden diese beiden Kammern zueinander abgedichtet, gleichzeitig öffnet ein Ventil, welches pedalseitig atmosphärischen Druck einströmen lässt. Nun befindet sich auf der einen Seite (pedalseitig) der Membran atmosphärischer Druck und auf der anderen (hauptzylinderseitig) ein Unterdruck, wodurch die mit der Druckstange verbundene Membran in Richtung Hauptzylinder gezogen wird und die Pedalkraft verstärkt.

Beim Lösen der Bremse werden beide Kammern durch das Öffnen eines Ventils wieder miteinander verbunden wobei das Ventil, welches zuvor atmosphärischen Druck hat einströmen lassen, nun schließt. Jetzt herrscht in beiden Kammern wieder Unterdruck. 

Der Bremskraftverstärker funktioniert nur bei laufendem Motor.
Ist der Motor ausgestellt, z.B. beim Abschleppen des Fahrzeugs, muss die Bremskraft allein durch die Pedalkraft aufgebracht werden. 

Bremse

Hauptbremszylinder

Funktion

Der Hauptzylinder – auch Hauptbremszylinder genannt -  wandelt den Druck aufs Bremspedal in hydraulische Bremskraft um,  indem er entsprechend der mechanischen Kraft Bremsflüssigkeit in die Bremskreise einleitet und steuert. Hauptbremszylinder werden sowohl bei Scheibenbremsen als auch bei Trommelbremsen eingesetzt.

Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen muss ein Pkw mit zwei getrennten Bremskreisen ausgerüstet sein. So genannte Tandem-Hauptzylinder erzeugen den hydraulischen Druck für die zwei getrennten Bremskreise. Fällt ein Bremskreis aus, dann lässt sich im intakten Bremskreis der Bremsdruck aufbauen.

Wird vom Fahrer das Bremspedal betätigt, wird die Fußkraft vom Pedal auf den Druckkolben übertragen. Der Kolben verschiebt sich in Richtung der Bremsleitung. 

Bei Hauptzylindern in älteren Fahrzeugmodellen fährt die Primärmanschette über die Ausgleichbohrung, der Druckraum wird geschlossen, Bremsdruck wird erzeugt. Wenn nun der Autofahrer das Bremspedal wieder loslässt, wird der Druckkolben -  durch eine Feder unterstützt - in seine ursprüngliche Lage zurückgedrückt. Bremsflüssigkeit fließt dann in den Hauptzylinder nach, so dass bei sofort wiederholtem Bremsen der Bremsdruck erhöht ist.

Hauptbremszylinder bei neueren Fahrzeugen

Neuere Fahrzeuge mit ESP® verfügen nicht mehr über Ausgleichs- und Nachlaufbohrungen - Deren Aufgaben werden von Zentralventilen übernommen

In der Ruhestellung des Hauptbremszylinders ist das Zentralventil geöffnet. Der Volumenausgleich zwischen Bremsflüssigkeitsbehälter und Radbremse erfolgt über die Nachlaufbohrung und die Bohrung im Kolben.

Bei der Betätigung der Bremse wird das Zentralventil geschlossen, dadurch wird die Verbindung zwischen Bremsflüssigkeitsbehälter und Radbremse unterbrochen - der Druckaufbau kann beginnen. Das Schließen des Zentralventils entspricht bei einem Hauptbremszylinder mit Ausgleichbohrung dem Überfahren der Ausgleichsbohrung mit der Primärmanschette.

Lösen der Radbremsen 

Nach der Entlastung des Bremspedals folgt ein Druckabbau im Kreis, die Radbremsen werden gelöst. Durch das Zurückfahren des Kolbens in die Ruhelage kann ein Unterdruck entstehen, wodurch das Zentralventil öffnet - das Nachlaufen der Bremsflüssigkeit ist somit gewährleistet. Nach Beendigung des Lösevorgangs ist die Ruhestellung erreicht, das Zentralventil bleibt offen.

Motor

Nockenwelle

Funktion

Die Nockenwelle ist ein Maschinenteil des Verbrennungsmotors. Sie öffnet und schließt die Ein- und Auslassventile des Motors zur richtigen Zeit, mit dem exakten Hub und in einer genau festgelegten Reihenfolge. Angetrieben wird die Nockenwelle über Zahnräder, Zahnriemen oder eine Steuerkette von der Kurbelwelle. Mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 rotiert die Nockenwelle halb so schnell wie die Kurbelwelle.

Allgemein wird zwischen unten und oben liegenden Nockenwellen unterschieden. Bei der OHV-Steuerung befindet sich die Nockenwelle im Motorblock und wirkt über Stößelstangen und Schlepphebel auf die Ventile. Diese Art der Ventilsteuerung ist jedoch durch die vielen mechanischen Teile, die beim Schließen durch die Ventilfeder bewegt werden müssen, nur für Motoren mit geringer Drehzahl geeignet.

Motoren mit höheren Drehzahlen werden meist mit einer (OHC) oder zwei (DOHC) oben liegenden Nockenwellen im Zylinderkopf ausgestattet. Sie treiben die Ventile über Kipphebel, Schlepphebel oder direkt über Tassenstößel an.

OHV = Over Head Valves
OHC = Over Head Camshaft
DOHC = Double Over Head Camshaft

Nockenwellen werden aus Grauguss, Kugelgraphitguss, Vergütungsstahl oder Nitrierstahl hergestellt. Sie können zur Gewichtsersparnis hohlgebohrt oder -gegossen sein. Ihre Lager und die Nockenbahnen sind meist oberflächengehärtet.
Nockenwellen werden einzeln oder als Kit angeboten. Neben der Nockenwelle enthalten Kits auch die entsprechenden Gegenläufer, wie Tassenstößel oder Kipp- bzw. Schlepphebel.

Details

Kontrollsysteme

TPMS – Tire Pressure Monitoring System

Funktion

Die Verordnung ( EG) Nr. 661/2009 (Art. 9) schreibt vor, dass ab dem 1. November 2012 alle neu typzugelassenen Fahrzeuge und ab dem 1. November 2014 alle Neuzulassungen der Fahrzeugklasse M1 (umgangssprachlich PKW´s und Wohnmobile) mit einem System ausgestattet sein müssen, das den Reifendruck oder seine Veränderung über die Zeit erfasst und entsprechende Informationen an den Fahrer übermittelt.

Derzeit gibt es zwei verschiedene Systeme im Markt, welche den Reifendruck des Fahrzeuges überwachen:

 

  • Indirekt messende Systeme
  • Direkt messende Systeme

 

Die indirekten Systeme berechnen den Reifendruck durch Überwachung der einzelnen Raddrehzahlen und anderer Signale. Der Fahrer wird durch ein optisches und/oder akustisches Signal gewarnt, wenn ein Druckabfall erkannt wird.

Das direkt messende Reifendruck-Kontrollsystem (RDKS) besteht aus Sensoren im Reifen, einem Steuergerät und einer Anzeige im Display des Fahrzeugs. Das direkte TPMS ist ein hocheffizientes System, das permanent den Druck und die Temperatur der Reifen misst und den Fahrer bei einem Abfall oder Verlust des Reifendrucks warnt.

Sensoren, die in jedem einzelnen Reifen installiert sind, messen den exakten Reifendruck, sowie die Temperatur des Sensors. Diese Informationen werden über Funk direkt an das TPMS Steuergerät (gleichzeitig Empfänger) übertragen. Alle empfangenen Signale (Druck, Temperatur) werden zunächst vom TPMS Steuergerät ausgewertet und per CAN Bus an das Instrument übertragen. Die Frequenz in Europa ist 433 Mhz (315 Mhz in Nordamerika).

TPMS informiert Fahrer über defekte Reifen


Dem Fahrer können die aktuellen Reifendruck-Werte direkt auf der Instrumententafel angezeigt werden. Erkennt das System an einem oder mehreren Reifen einen Druckunterschied, erfolgt eine entsprechende Warnung des Fahrers. Es kann auch die Position des defekten Reifens angezeigt werden. Druckunterschiede von minimal 0,1 bar können angezeigt werden. Voraussetzungen für die Funktionsfähigkeit des Systems ist, dass alle Räder mit Drucksensoren ausgestattet, alle Reifen mit dem vorgeschriebenen Luftdruck befüllt sind und das System initialisiert wurde.

 

Ziele von TPMS

Die Reduzierung des Ausstoßes von klimaschädlichem CO2 und die Erhöhung der Fahrsicherheit sind Ziele von TPMS. Zudem können Autofahrer Geld sparen, denn das Fahren mit einem zu niedrigen Reifendruck erhöht den Kraftstoffverbrauch und vermindert die Haltbarkeit der Reifen.

Dadurch wird Folgendes gewährleistet:

•    Kritischer Reifenminderdruck wird verhindert (Fahrsicherheit)
•    Das Fahrzeughandling wird optimiert (Fahrsicherheit)
•    Die optimale Laufleistung wird erreicht (Kostenersparnis)
•    Die Kraftstoffeffizienz wird maximiert (Kraftstoffeinsparungen)
•    Die CO2-Emissionen werden auf ein Minimum reduziert (Umweltschutz)

 

 

Heizung/Klima

Klimakompressor

Funktion

Der Klimakompressor (auch Kompressor oder Verdichter genannt) bildet das zentrale Element der Klimaanlage eines Fahrzeugs. Der vom Motor angetriebene Kompressor saugt das gasförmige Kältemittel vom Verdampfer an, was zu einem Druckabfall im Verdampfer führt. Durch den geringen Druck verdampft das Kältemittel bei niedrigen Temperaturen. Den kalten Dampf verdichtet der Klimakompressor. Das durch die Verdichtung erwärmte Kältemittelgas wird über Leitungen zum Kondensator geführt, wo es sich unter Abgabe der Wärme wieder verflüssigt. Anschließend wird es dem zu kühlenden Bereich zugeführt. Dort nimmt das Kältemittel die Wärme der in den Innenraum strömenden Luft auf und wird am Verdampfer wieder gasförmig. Anschließend wird es erneut vom Kompressor angesaugt und verdichtet.

Der Kompressor ist am Motorblock befestigt und wird über eine Riemenscheibe und einen Keilriemen angetrieben. Beim Einschalten der Klimaanlage setzt eine Magnetkupplung den Riementrieb in Gang. Die heute in der Fahrzeugklimatisierung benutzten Kompressoren weisen kleine Bauabmessungen und Gewichte auf. Dadurch wurde der Einbau von Klimaanlagen als Standard für Autos der Kompaktklasse ermöglicht.

 

Der Klimakompressor besteht aus verschiedenen Teilen

  • Kompressorgehäuse mit Verdichterteil, Ventilen und Ölbefüllung
  • Anschlussstutzen zum Anschluss der Kältemittelleitungen
  • Riemenscheibe mit Magnetkupplung

 

Man unterscheidet verschiedene Bauarten von Klimakompressoren

  • Hubkolbenkompressoren,
  • Taumelscheibenkompressoren (fixe oder variable Typen),
  • Drehkolbenkompressoren (Flügelzellen- und Spiralen-Typen)
  • sowie elektrisch betriebene Kompressoren für Hybrid Fahrzeuge.
  • Am meisten verbreitet sind heute Taumelscheibenkompressoren.

 

 

Heizung/Klima

Kompressoröl

Funktion

Das Kompressoröl hat die Aufgabe, die beweglichen Teile im Kompressor zu schmieren. Es zirkuliert mit dem Kältemittel vermischt im Kältekreislauf. Dabei hält der Ölfilm auch die Gummidichtungen in den Kältemittelleitungen und Anschlüssen geschmeidig und reduziert die Diffusion.

Insbesondere beim Kompressoröl gibt es jedoch große Unterschiede. Grundsätzlich sollte nur das vom Fahrzeug- bzw. Kompressorhersteller freigegebene Öl verwendet werden, statt ein Universalöl zu nutzen. Die entsprechende Angabe findet sich üblicherweise auf dem Typenschild des Kompressors. Bei Hybridfahrzeugen und Klimaanlagen mit elektrischem Kompressor ist meist ein spezielles, nicht leitendes Kompressoröl erforderlich.

Antriebsstrang

Hydraulische Kupplungsbetätigung

Funktion

Die Kupplungsbetätigung ist ein Bestandteil des gesamten Kupplungsumfeldes und kann mechanisch oder hydraulisch erfolgen.

Hydraulische Kupplungsbetätigung - So funktioniert es:

Bei einem Kupplungsbetätigungssystem wird die Unterbrechung der Kraftübertragung vom Fahrer gesteuert, indem er Kraft auf ein Fußpedal ausübt. Über
mehrere Komponenten wird die Kraft übersetzt und an das eigentliche Kupplungssystem weitergeleitet. Beim Lösen des Fußpedals erfolgt der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge. Bei einem hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem verhindern sogenannte Peak Torque Limiter (PTL), dass es dabei zu Drehmomentspitzen kommt und sich die Kupplung zu schnell schließt. Ein Frequenzmodulator sorgt dafür, dass die von der Kurbelwelle hervorgerufenen Schwingungen das Fußpedal nicht beeinflussen.

Ein hydraulisches Kupplungsbetätigungsystems besteht aus

  • Pedal,
  • Kupplungsgeberzylinder,
  • Kupplungsleitung
  • und Kupplungsnehmerzylinder oder Zentralausrücker.


Kupplungsgeberzylinder

Moderne Kupplungsgeberzylinder müssen neben ihrer Grundfunktion eine Vielzahl zusätzlicher Leistungen erfüllen. Zur Verbesserung von Sicherheit, Komfort und Ansprechverhalten müssen heute die Funktionen Geschwindigkeitsregelanlage, Anlasssperre, elektrische Parkbremse, Drehmomentanpassung sowie Auto-Start-Stopp realisiert werden. Diesen zusätzlichen Aufgaben steht die Anforderung gegenüber, den Platzbedarf und das Gewicht weiter zu reduzieren und eine einfache und zeitsparende Montage zu gewährleisten.

Funktion
Kupplungsgeberzylinder

Der Kupplungsgeberzylinder ist direkt mit dem Fußpedal verbunden. In seinem Inneren befindet sich ein Kolben. Dieser wird durch die auf das Fußpedal einwirkende Kraft verschoben. Der Kolben übersetzt so die vom Fahrer ausgeübte Kraft in einen mechanischen Befehl und gibt ihn über die Kupplungsleitung an den Kupplungsnehmerzylinder oder Zentralausrücker weiter.

Kupplungsleitungen

Als Brücke zwischen Fußpedal und Getriebe ist die Kupplungsleitung auch ein potentieller Überträger von Vibrationen. Um dem Fahrer ein sicheres Gefühl für den richtigen Druckpunkt und ein komfortables Bedienen des Fußpedals zu ermöglichen, müssen diese Störeinflüsse eliminiert werden.

Funktion Kupplungsleitungen

Die Kupplungsleitung ist mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt. Sie transportiert den vom Kupplungsgeberzylinder aufgenommenen Pedaldruck des Fahrers zu einem Kupplungsnehmerzylinder oder einem Zentralausrücker. Diese Komponenten reagieren bei ansteigendem Druck mit dem Öffnen und bei abfallendem Druck mit dem Schließen der Kupplung.

Kupplungsnehmerzylinder

Unvermeidbare Verschleißerscheinungen der Kupplung dürfen zu keinem Zeitpunkt Einfluss auf die Funktionssicherheit von Zentralausrücker oder Kupplungsnehmerzylinder nehmen und müssen daher kompensiert werden. Eine kompakte Bauweise und geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Leistungsperformance und Effizienz, müssen bei der Konstruktion des Kupplungsnehmerzylinders berücksichtigt werden.

Funktion Kupplungsnehmerzylinder

Der Kupplungsnehmerzylinder nimmt den aus der Kupplungsleitung ankommenden Druck auf und überträgt ihn auf den Ausrückhebel. Dies geschieht, indem die hydraulische Flüssigkeit einen Kolben vor oder zurück bewegt. Je nach Bewegungsrichtung wird die Kupplung dadurch geöffnet oder geschlossen.

Zentralausrücker

Der Kupplungsnehmerzylinder nimmt den aus der Kupplungsleitung ankommenden Druck auf und überträgt ihn auf den Ausrückhebel. Dies geschieht, indem die hydraulische Flüssigkeit einen Kolben vor oder zurück bewegt. Je nach Bewegungsrichtung wird die Kupplung dadurch geöffnet oder geschlossen. Ein Zentralausrücker erfüllt dieselbe Aufgabe, indem er direkt auf die Membranfederzungen der Kupplung Kraft überträgt.

Motor

Turbolader

Funktion

Turbolader werden bei Otto- und Dieselmotoren eingesetzt. Angetrieben vom Abgas eines Motors saugen sie große Mengen von Umgebungsluft ein, um sie komprimiert in die Zylinder der Motoren zu pressen.

Die heißen Abgase des Motors werden zum Turbinenrad geleitet und treiben dieses an. Das mit dem Turbinenrad über eine Welle verbundene Kompressorrad wird auf diese Weise ebenfalls angetrieben. Das Kompressorrad saugt frische Luft an und drückt sie verdichtet in die Zylinder des Motors. Diese Luft ist sehr dicht und sehr heiß, deshalb wird sie durch einen Ladeluftkühler geführt, wo sie abkühlt wird und vor dem Eintritt in den Motor eine noch höhere Dichte annimmt. Durch die entsprechende Vergrößerung der Luftmasse wird die Füllung der Motoren verbessert.

Details

Motor

Luftmassenmesser

Funktion

Der Luftmassenmesser gehört zum Ansaugsystem moderner Diesel- und Ottomotoren und ist ein wichtiges Bauteil für einen emissionsarmen und effizienten Verbrennungsprozess. Seine Aufgabe ist die Ermittlung genauer Informationen über Masse, Temperatur und Druck der angesaugten Luft, die für den Verbrennungsprozess zur Verfügung steht. Anhand dieser Kennwerte, die als elektrisches Signal an die Motorsteuerung gemeldet werden, kann das Motormanagement die optimal einzuspritzende Kraftstoffmenge berechnen. Bei Dieselfahrzeugen dient der Luftmassenmesser zudem der Steuerung der Abgasrückführung.

Der Luftmassenmesser, auch Luftmassensensor genannt, befindet sich im Regelfall direkt im Inneren des Ansaugrohres zwischen Luftfilter und Drosselklappe. Man unterscheidet zwischen der älteren Bauform, dem Hitzdraht-Luftmassenmesser, und der neueren Bauform, dem Heißfilm-Luftmassenmesser.

Hitzdraht-Luftmassenmesser

Beim Hitzdraht-Luftmassenmesser handelt es sich um ein Sensorelement, in dessen Innern sich zwei Platindrähte bzw. Platin-Schichtwiderstände befinden. Der derzeit am weitesten verbreitete Luftmassenmesser ist der steckbare Hitzdraht-Luftmassenmesser, der im Ansaugstutzen zwischen Luftfilter und Drosselklappe sitzt. Neben den beiden Widerstandselementen sind ein Ansauglufttemperatursensor und ein Regelkreis (Leiterplatte) integriert. Die Messstelle befindet sich in einem Bypass-Kanal, um Mehrfachmessungen durch die Pulsation im Saugrohr zu vermeiden und exaktere Werte zu erhalten. Die Bypass-Kanal-Bauweise liefert präzisere Messdaten, verhindert  Ungenauigkeiten durch Rückströmungen oder Pulsation und schützt den Sensor vor Verunreinigung.

Die beiden Widerstandselemente werden durch elektrischen Strom beheizt und konstant bei etwa 100 Grad Celsius gehalten. Einer der beiden Widerstände wird direkt von der vorbei strömenden Luft gekühlt, der andere befindet sich abgeschirmt.

Durch den elektrischen Stromfluss erhitzen sich beide Widerstandselemente, die vorbei strömende Ansaugluft kühlt das nicht abgeschirmte Heizelement jedoch stärker als das von der Ansaugluft abgeschirmte.

Die Widerstandswerte und die Temperaturdifferenz werden in eine elektrische Spannung umgewandelt und an die Motorsteuerung gemeldet, die anhand dieser Kennwerte den Massestrom der Ansaugluft berechnet. Außerdem misst der Ansauglufttemperatursensor die Temperatur und gibt den Wert an die Motorsteuerung aus. Diese bewertet anhand des Signals die Luftdichte und korrigiert die Menge des eingespritzten Treibstoffs.

Durch kurzzeitiges Aufheizen (etwa 1000 Grad Celsius) nach dem Abstellen des Motors wird der Hitzdraht von Verunreinigungen „freigebrannt“.

Heißfilm-Luftmassenmesser

Beim Heißfilm-Luftmassenmesser werden die Platindrähte durch eine Sensorplatte ersetzt, bei der die Widerstände als dünner Widerstandsfilm aufgebracht sind. Der Sensor wird auf einer konstant hohen Temperatur gehalten. Die durch die vorbeiströmende Ansaugluft verursachte Abkühlung des Sensors wird durch den Heizstrom wieder ausgeglichen. Über den zum Ausgleich der Temperaturdifferenz benötigten Heizstrom lässt sich die angesaugte Luftmasse ermitteln. Ein Freibrennen ist nicht mehr notwendig.

Abgasanlage

Kraftstoffpumpe

Funktion

Die Kraftstoffpumpe in Pkw hat die Aufgabe den Kraftstoff vom Tank in Richtung des Motors zu befördern.

Ältere Fahrzeuge mit Vergaser verfügen in der Regel über eine mechanische Kraftstoffpumpe (Membranpumpe). Diese Kraftstoff-Förderpumpe wird von der Nocken- oder Verteilerwelle angetrieben, sie saugt den Kraftstoff vom Tank an und fördert ihn in die Schwimmerkammer des  Vergasers. Der Förderdruck liegt dabei lediglich bei ca. 0,2-0,3 bar.

Mit dem Einzug der Einspritzsysteme bei modernen Motoren wurde der Einsatz von elektrischen Kraftstoffpumpen erforderlich. Die elektrische Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff mit einem definierten Druck zu den Einspritzventilen. Die Einspritzventile spritzen den Kraftstoff in das Saugrohr (Saugrohreinspritzung) oder direkt in den Brennraum (Benzin-Direkteinspritzung) ein. Bei der Saugrohreinspritzung fördert die  Elektrokraftstoffpumpe den Kraftstoff aus dem Tank zu den Einspritzventilen. Bei der Benzin-Direkteinspritzung wird der Kraftstoff ebenfalls mittels Elektrokraftstoffpumpe aus dem Tank gefördert, anschließend wird er durch eine Hochdruckpumpe auf höheren Druck verdichtet und den Hochdruck-Einspritzventilen zugeführt.

Die Elektrokraftstoffpumpe (EKP) muss dem Motor bei allen Betriebszuständen (unabhängig davon, ob der Motor noch kalt ist oder bereits warm gelaufen ist) ausreichend Kraftstoff mit dem zum Einspritzen nötigen Druck zuführen.

Die Elektrokraftstoffpumpe besteht aus folgenden Komponenten:

  • Anschlussdeckel mit elektrischen Anschlüssen, Rückschlagventil (gegen Auslaufen des Kraftstoffsystems) sowie dem hydraulischen Ausgang. Der Anschlussdeckel enthält üblicherweise auch die Kohlebürsten für den Betrieb des Kommutator-Antriebsmotors und Elemente für die Funkentstörung  (Drosselspulen und ggf. Kondensatoren).
  • Elektromotor mit Anker und Permanentmagneten (Standard ist Kupferkommutator, für Sonderapplikationen und Dieselsysteme werden Kohlekommutatoren eingesetzt).
  • Pumpenteil, ausgeführt als Verdränger- oder Strömungspumpe.


Grob kann zwischen Strömungs- und Verdrängerpumpen unterschieden werden. Strömungspumpen sind geräuscharm, da der Druckaufbau kontinuierlich und na­hezu pulsationsfrei erfolgt. Bezüglich ihres Wirkungsgrades und ihres maximalen Druckaufbaus sind sie verglichen mit Verdrängerpumpen allerdings im Nachteil und werden häufig als Vorstufe in Kombination mit diesen eingesetzt.

Verdrängerpumpen sind vorteilhaft bei hoch viskosen Medien, z. B. kaltem Diesel-Kraftstoff. Je nach Detailausführung und Einbausituation können die unvermeidlichen Druckpulsa­tionen Geräusche verursachen. Während für die klassische Funktion der Elektrokraftstoffpumpe in elektro­nischen Benzineinspritzsystemen die Verdrängerpumpe von der Strömungs­pumpe weitgehend abgelöst wurde, ergibt sich für die Verdrängerpumpe ein neues Anwendungsfeld bei der Vorförderung für Diesel Common-Rail-Systeme mit ihrem wesentlich erweiterten Druckbedarf und Viskositätsbereich. Mit Verdrängerpumpen sind Systemdrücke bis 6,5 bar erreichbar.

Während in den Anfängen der elektronischen Benzineinspritzung die Elektrokraftstoffpumpe ausschließlich außerhalb des Tanks (Inline) angeordnet war, überwiegt heute der Tankeinbau der Elektrokraftstoffpumpe. Dabei ist die Elektrokraftstoffpumpe Bestandteil eines Kraftstofffördermoduls, das weitere Elemente umfassen kann, u.a. einen Tankfüllstandsensor oder einen Saugfilter zum Schutz der Pumpe.

Details

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