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Schutz von Kfz-Getrieben – Worauf es beim Einsatz von Temperatursensoren ankommt

| Autor / Redakteur: Punya Prakash* / Benjamin Kirchbeck

Voraussetzung für die ordnungsgemäße Funktion eines Automatikgetriebes ist die exakte Überwachung der Temperatur des Getriebegehäuses und der TCU.
Voraussetzung für die ordnungsgemäße Funktion eines Automatikgetriebes ist die exakte Überwachung der Temperatur des Getriebegehäuses und der TCU. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Aufgrund der notwendigen Ankopplung an den Motor befinden sich sowohl das Getriebe als auch die TCU im Motorraum oder zumindest in dessen Nähe. Die hier herrschenden hohen Temperaturen bergen allerdings Risiken. Temperatursensoren schaffen Abhilfe – doch dabei müssen mehrere Punkte beachten werden.

Im Zuge des Bestrebens der Autohersteller, ihren Kunden Fahrzeuge mit mehr Komfort, höherer Leistungsfähigkeit und geringerem Kraftstoffverbrauch anzubieten, führt die Automobilindustrie mit hohem Tempo immer neue Techniken ein. Die augenfälligsten technischen Neuerungen finden sich häufig im Innenraum des Fahrzeugs, und hier speziell bei den Infotainment-Systemen. Allerdings gab es auch im Bereich des Antriebsstrangs entscheidende Verbesserungen, die dem Handling, der Performance und der Kraftstoffersparnis der Fahrzeuge zugutekommen.

Was den Antriebsstrang betrifft, haben heutige Autokäufer hauptsächlich die Wahl zwischen Fahrzeugen mit manuell geschaltetem oder automatischem Getriebe. Obwohl passionierte Autofahrer zum manuellen Getriebe neigen, haben es die Automatikgetriebe dank ihres Komforts dennoch zu Popularität gebracht. Ein Automatikgetriebe ist ein umfangreiches und komplexes System, das interne Verarbeitungsfunktionen erfordert die unter allen Fahrbedingungen funktionieren müssen.

Schematischer Querschnitt durch ein automatisches Getriebe.
Schematischer Querschnitt durch ein automatisches Getriebe. (Bild: TI)

Die Arbeitsweise eines automatischen Getriebes beruht darauf, dass die vom Fahrmotor erzeugte Leistung je nach Bedarf über unterschiedliche Übersetzungen auf die Straße gebracht wird. Die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse sollen dafür sorgen, dass die Drehzahl und das Drehmoment des Motors entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs an die Räder weitergegeben werden. Die Leistung wird dabei vom Schwungrad des Motors über einen Drehmomentwandler an das eigentliche Getriebe übertragen (siehe Bild oben).

Bei der Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit, TCU) handelt es sich um ein anspruchsvolles Steuerungssystem, das aufgrund von Drehzahl-, Positions-, Druck- und Temperaturgebern, die sich im Innern des Getriebes befinden, über die Gangwechsel entscheidet. Aufgrund der notwendigen Ankopplung an den Motor befinden sich sowohl das Getriebe selbst als auch die TCU im Motorraum oder zumindest in dessen Nähe. Die hier herrschenden hohen Temperaturen bergen allerdings das Risiko, dass das Getriebe oder die TCU Schaden nehmen.

Das TCU-Modul enthält eine Leiterplatte mit zahlreichen integrierten Schaltungen, darunter auch Mikrocontroller (MCUs), die gegenüber hohen Temperaturen empfindlich sind. Viele MCUs enthalten eingebaute Temperatursensor-Funktionen, die jedoch meist ungenau sind oder nur unzureichend in der Lage sind, die Gesamttemperatur eines TCU-Moduls wiederzugeben. Der LM71-Q1 ist ein externer Temperatursensor, der eine Temperaturinformation per SPI (Serial Peripheral Interface) direkt an die MCU übermitteln kann, sodass weder eine Wertetabelle noch ein ADC-Kanal benötigt wird. Darüber hinaus kann der LM71-Q1 die Temperatur des gesamten TCU-Moduls mit einer Genauigkeit von +3/-2 °C in einem Bereich von -40 °C bis +150 °C überwachen.

Wie erwähnt, zieht die TCU für ihren Entscheidungsfindungs-Prozess Temperaturdaten aus dem Getriebegehäuse heran. Mit dem LMT01-Q1 wird ein einfach anzuwendender digitaler Temperatursensor in einem Gehäuse mit zwei Anschlüssen angeboten, die sich mit der TCU-Platine verbinden lassen. Der LMT01-Q1 übermittelt seine Temperaturwerte durch das Aussenden von Impulsen, die vom Mikrocontroller bzw. vom Prozessor gezählt werden. Ein Vorteil des LMT01-Q1 ist seine stets aktive Impulsfolge, die dafür sorgt, dass ein Ausfall des Bausteins und ein daraus resultierender Wegfall der Temperaturmessung und -übermittlung stets klar ersichtlich ist. Der Automotive-qualifizierte LMT01-Q1 kann die Temperatur des Getriebegehäuses in einem Bereich zwischen -40 °C und +150 °C mit einer Genauigkeit von ±0,75 °C überwachen.

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* *Punya Prakash arbeitet bei Texas Instruments als Marketing and Applications Director im Bereich Temperature and Humidity Sensors.

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