Wegmessung am Verbrennungsmotor
Sensor an der Kette
In der Weg- und Winkelmesstechnik werden seit vielen Jahren induktive Weg- und Winkelaufnehmer eingesetzt. Für den anspruchsvollen Einsatz in Verbrennungsmotoren bedarf es besonders robuster Sensoren. A.B. Jödden bietet zu diesem Zweck Geräte mit Schutzart IP68 und weitem Temperaturbereich.

Die Technik dieser Sensoren basiert auf dem Prinzip der Differentialdrossel. Innerhalb eines Spulenkörpers wird ein NiFe-Kern axial bewegt. Die jeweilige Position des Kerns bewirkt eine entsprechende Induktivitätsverteilung in den beiden Spulenhälften, die durch eine externe oder integrierte Elektronik in ein wegproportionales, analoges Signal umgewandelt wird. Diese einfache Art der absoluten Wegerfassung ermöglicht einen robusten, zuverlässigen Aufbau des Sensorelementes. Der Einbau in ein Edelstahl- oder NiFe-Gehäuse mit anschließendem Komplettverguss ergibt einen analogen Sensor der im Temperaturbereich zwischen -40 und +125°C eingesetzt werden kann, der problemlos die Schutzart IP68 erreicht und bis 250g schock- und vibrationsfest ist. Diese verschleißfrei arbeitende Messmethode ist für Wege bis 360mm einsetzbar. Die Auswerteelektronik versorgt die Sensoren mit einer hochkonstanten Wechselspannung. Das Messsignal wird phasenrichtig demoduliert, verstärkt und als normiertes Ausgangssignal 0(4) bis 20mA, 0 bis 10VDC oder ±10VDC zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Die Elektronik kann je nach Anwendungsfall als 1- oder 2-kanalige Version in verschiedenen Gehäusen oder im Sensor integriert, ausgeführt werden. Die verwendete Wechselspannung zur Versorgung der induktiven Sensoren mit einer Frequenz von 10kHz ermöglicht die Erfassung hoch dynamischer Messvorgänge. Die standardmäßig eingestellte Grenzfrequenz beträgt 800Hz und kann auf 4kHz erhöht werden. Die verschleißarme und wartungsfreie Ausführung der Sensoren bedeutet eine zuverlässige Funktion mit langer Lebensdauer. Die erforderlichen Betriebsspannungen sind variabel und können den Anwendungen angepasst werden, z.B. 11 bis 17VDC bei Einsatz in Kraftfahrzeugen. Der streng symmetrische Aufbau der Spulenhälften sorgt für Linearität, hohe Reproduzierbarkeit, Hysteresefreiheit und Temperaturstabilität. Elektronische Temperaturkompensation und Linearisierung sind bei diesen Systemen nicht erforderlich. Dem Anwender stehen mit diesen Sensoren robuste, einfach zu handhabende, absolut messende Systeme zur Verfügung. Jeder Sensor wird mit einer 2- oder 3-adrigen, abgeschirmten Leitung verbunden. Der niederohmige Abschlusswiderstand in der Empfangselektronik (SPS, IPC oder Anzeigegerät) gewährleistet die störsichere Übertragung der analogen Signale. Typische Einsatzgebiete dieser Sensoren sind die Istwerterfassungen in geschlossen Regelkreisen. Mit dem verschleißfreien Messverfahren sind Regelungen hoch dynamischer Vorgänge problemlos möglich.

 Die Bewegung der Steuerkette eines Verbrennungsmotors soll während des laufenden Betriebes erfasst werden.
Die Bewegung der Steuerkette eines Verbrennungsmotors soll während des laufenden Betriebes erfasst werden. – Bild: a.b.jödden GmbH

Messung der Steuerkettenbewegung

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, die sogenannte Steuerkette. Diese werden schon seit gut 100 Jahren im Motorenbau eingesetzt. Sie können hohe Kräfte übertragen und sind deshalb besonders bei starken Motoren beliebt. Zudem lassen sich mit ihnen verhältnismäßig große Distanzen überbrücken. Arbeiten alle beteiligten Bauteile fehlerfrei, halten Steuerketten viele 100.000km lang. Die Steuerkette stimmt alle Abläufe aufeinander ab. Sie verbindet die Kurbelwelle, die den Kolbenhub steuert, mit den Nockenwellen, die fürs Öffnen und Schließen der Ventile zuständig sind. So sorgt sie dafür, dass sie sich im richtigen Verhältnis zueinander drehen.

Geht dabei etwas schief, kann ein kapitaler und teurer Motorschaden die Folge sein. Weil ein Verbrennungsmotor mit hohen Drehzahlen arbeitet, muss die Kette geführt und gespannt werden. Sogenannte Gleitschienen halten die Kette in der Bahn. Spannschienen üben Druck auf die Kette aus und sorgen dafür, dass sie straff auf den Zahnrädern sitzt. Die Kontaktpunkte werden über das Motoröl geschmiert. Das Paket aus Führungselementen sorgt dafür, dass sich die Steuerkette in den vorgesehenen Bereichen bewegt und nicht anfängt zu flattern. Die Bewegung der Steuerkette eines Verbrennungsmotors soll während des laufenden Betriebes erfasst werden. Für diesen Einsatz sind die induktiven Wegaufnehmer der Serien SM200, 210 bestens vorbereitet. In der vorherrschenden Atmosphäre müssen die Sensoren gegen Pansch- und Spritzöl, unterschiedlichen Kurbelgehäusedrücken und Temperaturen zwischen +20°C und +135°C funktionieren. Selbst ein langfristiger Betrieb bei 130°C ist möglich.

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