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Sensoren & Elektronik

Die Elektronik befasst sich unter anderem mit der elektrischen Leitfähigkeit von speziellen Stoffen wie Halbleitern sowie der Steuerung von elektrischen Elementen. Sie kommt auch in der Kfz-Technik in einem immer höher werdenden Maß zum Einsatz und ist dort aufgrund fortschreitender Technologien sehr wichtig geworden. Waren es am Anfang der Kfz-Technik nur wenige elektrische Systeme die zum Einsatz kamen, besitzt heute jedes moderne Kraftfahrzeug eine immer noch ansteigende Anzahl von elektronischen Systemen, die unter anderem Sensoren und Steuergeräte verwenden.

Früher und Heute

Die Elektronik mit den dazugehörigen Sensoren im Bereich der Kfz-Technik nimmt inzwischen einen großen Stellungswert bei der Fahrzeugdiagnose und Reparatur ein. Früher war die Elektrik und Elektronik eher übersichtlich, da viele Systeme wie beispielsweise die Gemischaufbereitung rein mechanisch arbeiteten. Die einzigen elektrischen Systeme in früheren Kraftfahrzeugen waren die Lichtanlagen, die Zündungen, die elektrischen Starter (Anlasser) sowie die Stromerzeugung für das Bordnetz in Form der Batterien und der Generatoren (früher als Lichtmaschinen bezeichnet). Im Laufe der Zeit kamen jedoch immer mehr elektrische Systeme hinzu. Zunächst wurde die Zündanlage modernisiert, indem statt herkömmlicher und kontaktgesteuerter Zündanlagen elektronische Zündungen (die Transistorzündungen) eingesetzt wurden.

Auch die Gemischaufbereitung wurde anfangs mit elektrischen Komponenten, später mit einer (Steuer-) Elektronik versehen. Das Ergebnis waren schließlich rein elektronisch arbeitende Einspritzanlagen und Zündanlagen. Auch die Stromversorgung musste natürlich dem höheren Leistungsbedarf der Bordelektronik gerecht werden. Die Folge waren leistungsstärkere Generatoren mit einer elektronischen Spannungsregelung, welche für eine möglichst konstante Stromversorgung der elektronischen Systeme sorgen sollte. Dies alles waren jedoch noch rein analoge Systeme. Die Digitaltechnik wurde erst später ein wichtiger Bestandteil der Elektronik und Sensorik in Kraftfahrzeugen.

1. Elektronik und verschiedene Sensoren in der Kfz-Technik

Als die Kfz-Elektronik immer umfangreicher wurde und immer mehr elektronische Systeme in den Fahrzeugen Einzug hielten, erhöhte sich auch die Anzahl der Sensoren und Aktoren. Vor allem die Sensoren nehmen einen sehr wichtigen Stellungswert ein, stellen sie doch sozusagen die Sinnesorgane des Fahrzeugs dar. Sie sind ein unverzichtbarer Bestandteil elektronischer Regelsysteme. Sensoren dienen dazu, physikalische und chemische Größen in elektrische Signale umzuwandeln. Zu den wichtigsten Sensoren gehören Positionssensoren, die häufig auch als Winkelsensoren bezeichnet werden. Sie dienen dazu, für die Elektronik des Fahrzeugs wichtige Faktoren wie etwa die Stellung der Drosselklappe sowie der Fahr- und Bremspedale festzustellen.

Aber auch ganz banale Dinge wie der Füllstand im Kraftstoffbehälter werden von entsprechenden Sensoren festgestellt. Sensoren für die Feststellung der Drehzahl oder Geschwindigkeit sind ebenfalls im Fahrzeug zu finden. Diese Sensoren dienen dazu, die Drehzahl der Kurbelwelle, der Nockenwellen oder der Räder zu ermitteln und in Form elektrischer Signale an die entsprechenden Steuergeräte weiterzugeben.

2. Weitere wichtige Arten von Sensoren

Drucksensoren dienen in Fahrzeugen dazu, den Kältemitteldruck in Klimaanlagen, den Saug- oder Ladedruck von Turboladern oder den Luftdruck in den Reifen festzustellen und an elektronische Systeme und deren Steuergeräte zu übermitteln. Die Temperatursensoren sollten ebenfalls erwähnt werden. Sie erfassen die Temperatur der Ansaugluft für den Motor, die Innen- und Außentemperatur, die Temperatur des Kühlmittels oder Motoröls und sogar die Temperatur des Kraftstoffs oder die der Reifenluft.

Es gibt allerdings noch weitere Sensoren wie etwa Durchflussmesser, die dazu dienen, die vom Motor angesagte Luftmenge oder die Menge des durch das Kraftstoffsystem geförderten Kraftstoffs festzustellen. Auch Gassensoren dürfen nicht fehlen. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist die Lambdasonde, welche die Zusammensetzung des Abgases vom Motor ermittelt und als wichtige Messgröße an die Gemischaufbereitung des Fahrzeugs sendet. Ohne solche Sensoren könnten moderne Systeme der Kfz-Elektronik nicht aufgebaut bzw. umgesetzt werden. Man merkt dies sehr schnell, wenn entsprechende Sensoren an den Fahrzeugen ausfallen und es zu Fehlfunktionen der betroffenen Systeme oder Notlaufprogrammen kommt, welche den Fahrkomfort oder sogar die Sicherheit einschränken können.

3. Die Fehlerdiagnose und der Austausch defekter Komponenten und Sensoren

Die Fehlerdiagnose in der Kfz-Elektronik nimmt heute einen sehr großen Stellenwert bei den Kfz-Reparaturen ein. Je komplexer die elektronischen Systeme in den Fahrzeugen werden, desto höher ist natürlich auch die Gefahr, dass einmal etwas nicht so funktioniert, wie es sollte. Die enorme Weiterentwicklung der Elektronik in den Kraftfahrzeugen stellt heute ganz andere Anforderungen an die Pflege, Wartung und Reparatur der Fahrzeuge. Die Funktionen der einzelnen Sensoren sollten bekannt sein, um sowohl eine Fehlerdiagnose durchführen zu können als auch die entsprechenden Montagearbeiten wie etwa den Austausch defekter Sensoren oder weiterer Komponenten.

Besonders bei den Sensoren kann eine unsachgemäße Handhabung aufgrund fehlender Kenntnisse über die jeweiligen Funktionen zu einer falschen Handhabung oder einen nicht korrekten Einbau der Bauteile führen. Die Sensoren sind häufig sehr empfindliche Bauteile und erfüllen wichtige Funktionen. Wichtige Beispiele stellen ABS-Sensoren oder ESP-Sensoren dar, welche wesentlich zur Fahrsicherheit beitragen, aber nur dann, wenn sie im Falle eines Ausfalls auch korrekt neu eingesetzt wurden.

4. Die Vernetzung und Digitaltechnik in Fahrzeugen

Digitaltechnik hat auch im Bereich der Kfz-Elektronik Einzug gehalten, und immer mehr Systeme arbeiten und kommunizieren digital. Außerdem sind die einzelnen Systeme mittlerweile vernetzt, so dass sich über einen Diagnoseanschluss Hunderte von verschiedenen Messwerten abrufen lassen, welche von den verschiedenen Systemen und deren Sensoren kommen. Dabei dienen diese Messwerte nicht unbedingt nur der Fehlerdiagnose oder der Werkstatt in Form der On-Board-Diagnose (OBD).

Auch der Fahrer profitiert von der Vernetzung der einzelnen Systeme, da er mehr Informationen über sein eigenes Fahrzeug dargestellt bekommt. Moderne Bordcomputer beispielsweise liefern dem Fahrer auf Wunsch Informationen über den aktuellen Fahrzustand wie beispielsweise den Kraftstoffverbrauch oder den Reifendruck. Die Werkstätten können durch einen zentralen Anschluss die Funktionen unterschiedlichster Sensoren feststellen und Defekte diagnostizieren, welche in den Steuergeräten in Form eines Fehlerspeichers abgelegt wurden. In den meisten Fällen kann die Fehlerdiagnose dadurch wesentlich erleichtert und beschleunigt werden. Lediglich die als defekt festgestellten Sensoren oder andere Bauteile wie Aktoren müssen ausgewechselt werden.

5. Weitere elektrische und elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen

Neben den ganzen modernen Systemen zur Kraftstoffaufbereitung oder Sicherheitssystemen sollte natürlich auch die klassische Elektronik in den Fahrzeugen genannt werden, von der Autobatterie angefangen über die Beleuchtung bis hin zu weiteren Systemen wie Starter und Generator. Auch in diesen Systemen können Fehler auftreten, die Reparaturen notwendig machen. Liefert zum Beispiel die Autobatterie nicht mehr genügend Energie (vor allen Dingen bei niedrigen Außentemperaturen), so nützt auch die beste Bordelektronik nichts. Die Generatorspannung muss überprüft werden, wenn die Fahrzeugbatterie während der Fahrt nicht mehr genügend aufgeladen wird und es zu Startschwierigkeiten kommt. Neben der ganzen Digitaltechnik und Elektronik sollte auch die früher ausschließlich eingesetzte Analogtechnik nicht zu kurz kommen.

6. Optimale Lenkfähigkeit bei starker Bremsung

Optimale Lenkfähigkeit bei starker Bremsung Die ABS-Sensoren gehören zu einer sehr wichtigen Komponente in Sachen Verkehrssicherheit und Fahrkomfort. Das Antiblockiersystem wird während einer starken Bremsung aktiv, damit eine bessere Kontrolle über das Fahrzeug ermöglicht werden kann. Gerade bei einer Notbremsung ist das ABS-System äußerst wichtig. Die Kontrolle über das Fahrzeug sollte aus Sicherheitsgründen auch während einer starken Bremsung vollkommen funktionsfähig sein. Ein weiterer Vorteil des Antiblockiersystems ist die bessere Lenkbarkeit, welche auch in kurvigen Strecken bewerkstelligt werden kann. Aus diesem Grund findet man heutzutage kaum noch ein Fahrzeug ohne solch eine technische Vorrichtung. Sollten die Bauteile beschädigt oder komplett funktionsunfähig sein, ist der Austausch beziehungsweise die Reparatur ausgesprochen wichtig. Mithilfe der ABS-Warnleuchten kann ein Defekt des Systems problemlos erkannt und anschließend behoben werden. In einem gewöhnlichem PKW wird an jedem einzelnen Rad ein ABS-Sensor angebracht.

Jeder Sensor prüft kontinuierlich jedes Rad während der Fahrt. Es existieren momentan zwei verschiedene Arten des Antiblockiersystems. Die erste Variante ist die Drei-Kanal-Version, welche überwiegend in der Vergangenheit verbaut und eingesetzt wurde. Bei diesem System werden die hinteren beiden Räder gemeinsam angesteuert. Die moderne Variante des Antiblockiersystems ist die Vier-Kanal-Version. Bei diesem System wird jedes einzelne Rad über einen Raddrehzahlsensor kontrolliert. Sollte eine Blockade eines Rades auftreten, kann der Druck vom ABS genommen werden.

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7. Bestmögliche Fahrdynamik

Bestmögliche Fahrdynamik Um ein sicheres und somit auch ein angenehmeres Fahren im Straßenverkehr zu ermöglichen, werden ESP-Sensoren in jedem modernen Fahrzeugmodell verbaut. Das Ziel der ESP-Sensoren ist eine bestmögliche Kontrolle des Fahrverhaltens bieten zu können. Bei einer ungewohnten Bewegung der Räder sorgt das Sicherheitssystem für eine angemessene Bremsung. Durch die Kontrolle und Steuerung der einzelnen Fahrzeugräder kann eine optimale Sicherung des Fahrzeugs realisiert werden. Der ESP-Sensor richtet sich meistens an eine kalibrierte Linie, welche während der Fahrt eingehalten werden muss. Durch eine kontinuierliche und genaue Prüfung der einzelnen Räder, kann jede kleinste Abweichung und Gefahr registriert und im besten Fall verhindert werden. Der ESP-Sensor arbeitet zeitgleich mit dem Antiblockiersystem und der Antriebsschlupfregelung des Fahrzeugs.

Der wesentliche Unterschied zwischen den ESP-Sensoren und des Antiblockiersystems ist gar nicht so kompliziert. Während das ABS das Blockieren der Räder während einer starken Bremsung verhindert, sorgen die ESP-Sensoren durch das Abbremsen einzelner Räder für eine verbesserte Fahrdynamik. In einigen Fällen ist das Abstellen der ESP-Sensoren äußerst sinnvoll. Das Ab- und Einschalten der ESP-Sensoren kann durch das Betätigen eines Knopfes im Innenraum sehr einfach bewerkstelligt werden. Aufgrund des erhöhten Sicherheitsrisikos, sollten die ESP-Sensoren unter normalen Umständen möglichst nicht ausgeschalten werden. Sollten die ESP-Sensoren defekt sein, sollte man dringend einen Fachmann für die Reparatur des Bauteils aufsuchen.

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8. Starthilfe für Verbrennungsmotoren

Starthilfe für Verbrennungsmotoren Um den Motor eines Fahrzeugs starten zu können, benötigt man in der Regel einen weiteren Elektromotor. Dieser Motor wird im allgemeinen Volksmund als „Anlasser“ bezeichnet. Ein weiteres wichtiges Element des Anlassers ist der Magnetschalter. Beim Starten eines Fahrzeugs greift der Anlasser in das Schwungrad des PKWs. Durch das Zündschloss wird dem Magnetschalter ein wichtiger Impuls gegeben, welcher durch weitere Prozesse das eigentliche Antreiben des Elektromotors ermöglicht. Im Wesentlichen sorgt der Anlasser für die nötige Startdrehzahl des Motors. In den meisten Fällen befindet sich die Startdrehzahl im Bereich von 3 bis 400 Umdrehungen die Minute. Bei diesem Vorgang wird die Energie der Batterien verwendet. Für gewöhnlich benötigt ein Dieselmotor deutlich mehr Strom als ein Benzinmotor. Aus diesem Grund werden bei Diesel-Fahrzeugen zusätzliche Glühkerzen verwendet.

Aufgrund der äußerst wichtigen Funktion des Anlassers, sollte die Reparatur oder Wartung des Bauteils unbedingt von einem geschulten Fachmann vorgenommen werden. Einen defekten Anlasser erkennt man in der Regel sehr schnell. Sollte das Fahrzeug mehrere Anläufe für den Start des Motors benötigen, kann ein kaputter Anlasser die Ursache sein. Im schlimmsten Fall ist das Starten des Fahrzeugs überhaupt nicht mehr möglich. In solch einer Situation kann der Start des Motors durch das Anschieben des Fahrzeugs bewerkstelligt werden.

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9. Elektrische Energiequelle für Fahrzeuge

Elektrische Energiequelle für Fahrzeuge Die Autoelektronik gehört zu einer unverzichtbaren Technik in nahezu jedem Fahrzeug. Komponenten wie Scheinwerfer oder Radio sind heute kaum wegzudenken und könnten ohne die elektronische Energiequelle nicht genutzt werden. Eine Fehlfunktion der Fahrzeugelektronik führt nicht nur zu einem unangenehmeren Fahrgefühl, sondern kann auch die Ursache für höhere Unfallschäden sein. Damit eine reibungslose Funktion der Autobatterien und somit auch der Fahrzeugelektronik bewerkstelligt werden kann, sollte man einige Dinge vor dem Kauf eines neuen Bauteils beachten. Ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal der Autobatterie ist die Kapazität, welche in Ah(Amperestunden) angegeben wird.

Eine bekannte Faustregel für die Kapazität lautet: Je größer das Fahrzeug, desto höher sollte die Kapazität der Autobatterie sein. Damit die Batterie angemessen verbaut werden kann, sollte die Größe des Bauteils ebenfalls stimmen. Nachdem eine passende Autobatterie erworben wurde, kann die Montage anschließend sehr simpel selbständig ausgeführt werden. Zuallererst sollten die Verbindungen der Batterie gelöst werden. Das Lösen der Kabel kann mithilfe eines herkömmlichen Schraubenschlüssels bewerkstelligt werden. Im nächsten Schritt kann die Batterie behutsam herausgenommen werden. Oftmals ist vorher das Lösen einiger Halterungselemente notwendig. Bei Schwierigkeiten kann ein Blick in die Betriebsanleitung des Bauteils oft helfen. Das Einbauen der neuen Batterie kann in umgekehrter Reihenfolge realisiert werden. Die richtige Entsorgung der alten Batterie ist ebenfalls äußerst wichtig.

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10. Essenzielles Kommunikationsmittel im Straßenverkehr

Essenzielles Kommunikationsmittel im Straßenverkehr Die Verkehrssicherheit ist ein äußerst wichtiges Thema im allgemeinen Straßenverkehr. Die richtige Kommunikation spielt hierbei eine sehr elementare Rolle. Zu einem sehr primären Kommunikationsmittel im Straßenverkehr gehört die Fahrzeughupe. Diese Komponenten geben einen sehr lauten und auffälligen Ton, damit andere Verkehrsteilnehmer schnell und einfach auf etwas hingewiesen oder vor etwas gewarnt werden können. Die Funktion der Hupen wird in den meisten Fällen entweder durch Druckluft oder durch elektrische Energie gewährleistet. Eine funktionsfähige Hupe ist nicht nur ein sehr praktisches, sondern auch gesetzlich vorgeschriebenes Bauelement. Aus diesem Grund müssen auch einige wichtige Vorgaben beachtet und eingehalten werden. Die Lautstärke der Hupen darf nicht höher als 105 dB sein.

Der Wert der Lautstärke sollte bei sieben Meter Abstand vom getesteten Fahrzeug gemessen werden. Natürlich hat die Funktion der Hupen auch eine Kehrseite. Viele Nutzen das laute Signal zu falschen Situationen und gefährden somit die Sicherheit im Straßenverkehr. Oftmals werden die Hupen nach einem gewonnenen Fußballspiel oder während einer Hochzeitsfeier eingesetzt, um allen anderen Verkehrsteilnehmern und Fußgängern die Freude mitzuteilen. In einigen Fällen werden Hupen auch zum Begrüßen von Freunden und Bekannten im Straßenverkehr verwendet. Eine falsche Verwendung der Hupen kann zu einem Bußgeld von 5 € führen. Im Grunde ist der Einsatz der Hupen nur für das Signalisieren von Gefahren erlaubt.

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11. Schutz für die Fahrzeugelektronik

Schutz für die Fahrzeugelektronik Die Fahrzeugelektronik gehört bei einem modernen Fahrzeug zu einem äußerst wichtigen Element. Viele unverzichtbare Komponenten könnten ohne elektronische Energie nicht funktionieren. In einigen Fällen könnte der defekt der Fahrzeugelektronik sogar die Sicherheit im Straßenverkehr beeinträchtigen. Um die Fahrzeugelektronik vor einem Kurzschluss zu bewahren, werden sogenannte Schmelzsicherungen verwendet. Diese nützlichen Vorrichtungen schützen die verbaute Elektronik vor Spannungsproblemen und anderen Fehlern. In den meisten Fällen wird die Sicherung in der Nähe der Stromquelle angebracht. Die Hauptaufgabe der Flachsicherungen besteht darin, bei einer zu hohen Stromstärke durchzubrennen.

Die KFZ-Sicherungen werden in unterschiedlichen Farben angeboten, welche für eine bestimmte Kapazität stehen. Sollte man Schwierigkeiten bei der Wahl der richtigen Flachsicherungen haben, kann ein Blick in diverse Benutzerhandbücher oder Anleitungen weiterhelfen. Wählt man eine Flachsicherung mit einer falschen Kapazität, kann dies zu einem Kurzschluss von bestimmten Bauteilen führen. Im schlimmsten Fall können solche Schäden sehr teuer ausfallen. Die Funktionalität der Flachsicherung kann mit einem geeigneten Durchgangsprüfer getestet werden. Meistens wird hierfür ein Multimeter oder passender Sicherungstester verwendet. Beim Testen der Sicherungen sollte man dringend den Stromkreis trennen. Die Kosten der KFZ-Sicherungen sind in der Regel relativ gering. Um jederzeit eine Sicherung parat zu haben, eignet sich der Besitz eines kompletten KFZ Sicherungs-Sets.

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12. Stromgenerator für Fahrzeuge

Stromgenerator für Fahrzeuge Die Elektronik ist ein sehr wesentlicher Bestandteil eines jeden Fahrzeugs. Um eine angemessene und funktionierende Stromversorgung im Fahrzeug zu erhalten, werden sogenannte Lichtmaschinen verwendet. Diese äußerst nützlichen Komponenten sorgen nicht nur für eine angemessene Stromversorgung der elektronischen Bauteile eines Fahrzeugs, sondern ermöglichen auch das Aufladen der Autobatterie. Eine Lichtmaschine ist ein Drehstromgenerator, welcher Strom durch elektromagnetische Induktion herstellt. Mit der rasanten und fortschrittlichen Entwicklung der Automobilbranche haben sich die Lichtmaschinen parallel weiterentwickelt. Sollte die Lichtmaschine defekt sein, kann das Fahrzeug immer noch weiterfahren. In solch einer Situation wird der Strom allerdings durch die Autobatterie gewonnen. Dies kann ziemlich schnell zu einer leeren Autobatterie und somit zum Stillstand des Fahrzeugs führen.

Eine defekte Lichtmaschine wird im Normalfall durch eine Kontrollleuchte auf der Armaturentafel signalisiert. Sollte dies nicht der Fall sein, kann die Funktionsunfähigkeit auch an der nicht reibungslos laufenden Elektronik des Fahrzeugs erkannt werden. In so einem Fall sollte man schnellstmöglich eine geeignete Fachwerkstatt aufsuchen. In der Regel prüft die Werkstatt zu aller erst den Ladestromkreis und die Batterie. Die häufigsten Ursachen von kaputten Lichtmaschinen sind defekte Keilriemen, welche an den auffälligen Quietschgeräuschen aus dem Motorraum erkannt werden können. Bei modernen Fahrzeugen ist der Defekt der Lichtmaschinen eher eine Seltenheit geworden.

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