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Sensoren

Kfz-Elektrik

Induktive Sensoren (Induktivgeber)

 

Induktivgeber - Einsatz, Aufgabe, Funktion, Prüfung, Signalbilder, Video

Induktive Sensoren (Induktivgeber)

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

 

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

 

Einsatzmöglichkeiten des Induktivgebers

  • Drehzahlerfassung - z.B. an Kurbelwelle oder Getriebe
  • Kurbelwellenstellung
  • Impulsgeber für die Zündauslösung
  • Drosselklappenstellung - Lastsignal
  • Erfassung des Lenkwinkels - z.B. für ESP, "steer by wire"
  • Fahrpedalgeber - E-Gas, Fahrerwunsch,
  • Bremspedalsensor - elektrisch betätigte Bremse
  • Niveausensor - z.B. Fahrwerksregelung, Leuchtweitenregelung

Erklärung am Beispiel des Kurbelwellensensors

Der Kurbelwellensensor misst die Motordrehzahl.

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

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

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

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

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

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

 

Induktivgeber Kurbelwelle 

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

Induktivgeber Signal 1 Zahn, 2 Zahnlücke, 3 Bezugsmarke

 


Bei Ausfall des Sensors

  • kann der Motor aussetzen
  • kann der Motor stillstehen
  • wird ein Fehlercode abgespeichert

mögliche Ursachen:

  • Kurzschluss der Wicklung
  • Leitungsunterbrechung oder Kurzschluss
  • Mechanische Beschädigung des Zahnkranzes
  • starke Verschmutzungen
  • Luftspalt zu groß

Fehlersuche Induktivgeber

  • durch Auslesen des Fehlerspeichers
  • Anschlüsse prüfen
  • auf Verschmutzung oder Beschädigung prüfen

Messung mit Ohmmeter

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

  • Innenwiderstand: 200 - 1000 Ohm (je nach Sollwert)
  • Kurzschluss bei 0 Ohm, Unterbrechung bei sehr hohen Werten
  • Masseschluss (Anschlusspin gegen Masse) Soll: > 30 M Ohm

Messung des Signalbildes

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

Kurbelwellensensor Signal

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

Video zur Überprüfung passiver und aktiver Sensoren

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

Einsatz des Induktivgebers in der Zündanlage der TSZ-i

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

 

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

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

Das folgende Beispiel zeigt zwei Möglichkeiten für Raddrehzahlsensoren am Golf 2 (ABS von Teves):

Die Drehzahlfühler erfassen die Drehzahländerungen der Räder und geben sie als Drehzahlsignal an das Steuergerät weiter.

ABS Drehzahlfühler axial
ABS Impulsrad
Impulsrad 

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

ABS Drehzahlfühler radial
ABS Impulsrad radial
Impulsrad

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

ABS Drehzahlfühler

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

Quellen: Hella, VW, Akademiebericht Dillingen 2003

 


Johannes Wiesinger
bearbeitet: 19.02.2015
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