Peter Gerigk, Detlef Bruhn, Dietmar Danner, Leonhard Endruschat, Jürgen Göbert, Heinrich Gross, Dietrich Kruse, Christian Rasmussen, Rainer Schopf

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1 Peter Gerigk, Detlef Bruhn, Dietmar Danner, Leonhard Endruschat, Jürgen Göbert, Heinrich Gross, Dietrich Kruse, Christian Rasmussen, Rainer Schopf Kraftfahrzeugtechnik westermann

2 4 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Prüfen 11 Messen 11 Messabweichungen 12 Messgeräte für Längen-und Winkelmessungen 12 Lehren 16 Maßtoleranzen 17 ISO-Passungen und ISO-Toleranzsystem 18 Anreißen 20 Fertigungsverfahren - Übersicht 21 Urformen 22 Urformen von Werkstücken aus Metallen 22 Urformen von Werkstücken aus Kunststoffen 23 Umformen 25 Druckumformen 25 Zugdruckumformen 27 Biegeumformen 27 Richten 29 Trennen 30 Trennverfahren 30 Werkzeuge zum Trennen 30 Zerteilen 32 Spanen 33 Abtragen 50 Fügen 52 Zusammenlegen 52 Schrauben 53 Anpressen und Einpressen 58 Nieten 59 Schweißen 60 Löten 65 Kleben 67 Stoffeigenschaftändern 69 Gefügeaufbau und Zustandsdiagramm von Eisen und Eisenkarbid 69 Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen 71 Glühen 71 Härten 72 Anlassen 73 Vergüten 73 Werkstoffe und ihre Normung 74 Einteilung der Werkstoffe 74 Physikalische Grundlagen 74 Chemische Grundlagen 75 Werkstoffeigenschaften 75 Eisen und Stahl 78 Normung der Stahl- und Eisenwerkstoffe 80 Einteilung der Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe 83 Schwermetalle und ihre Legierungen 84 Leichtmetalle und ihre Legierungen 85 Nichtmetallische Werkstoffe 86 Verbundstoffe 87 Schneidstoffe 88 9 Werkstoffprüfung Werkstattproben Zerstörende mechanische Werkstoffprüfung bei zügiger Beanspruchung Zerstörende mechanische Werkstoffprüfung bei dynamischer Beanspruchung Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Maschinen- und Gerätetechnik Systemtechnische Grundlagen Hauptfunktionen technischer Systeme Gliederung von technischen Systemen Schutz von Personen, Maschinen und Umwelt Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik Grundlagen Steuerung Regelung Signalfluss EVA-Prinzip Signalformen Signalwandler Sensoren Aktoren Steuerungsarten Mechanische Steuerungen Hydraulische und pneumatische Steuerungen Elektrische Steuerungen Elektronische Steuerungen Schaltungen der Steuerungstechnik Informationstechnik Aufbau eines Computersystems Periphere Speicher Betriebssysteme Anwenderprogramme Programmiersprachen Vernetzte Computersysteme Grundlagen der Elektrotechnik Elektrischer Strom Elektrische Spannung Elektrischerwiderstand Einfacher elektrischer Stromkreis Ohmsches Gesetz Messen elektrischer Größen Messgeräte Schaltungen elektrischer Verbraucher Elektrische Arbeit und Leistung Schutzmaßnahmen gegen die Gefahren des elektrischen Stromes Magnetismus Elektromagnetische Induktion Elektrische und elektronische Bauelemente Relais Widerstände Kondensatoren Sicherungen Dioden Transistoren Thyristoren Diskrete, Integrierte und Hybrid-Schaltungen 151

3 Inhaltsverzeichnis 5 Kraftfahrzeuge 13 Entwicklung des Kraftfahrzeugs Kraftfahrzeugarten Einteilung der Kraftfahrzeuge Gesetzliche Bestimmungen für die Inbetriebnahme von Kraftfahrzeugen Baugruppen, Anlagen und Bauteile der Kraftfahrzeuge 157 Motor Grundprinzip des Viertakt-Ottomotors 159 Grundsätzlicher Aufbau 160 Physikalische Grundlagen 160 Vorgänge während der vier Takte eines Viertakt- Ottomotors mit Saugrohreinspritzung p-v-diagramm Kenngrößen des Verbrennungsmotors Klopfende Verbrennung Kraftstoffe Erdöl Kraftstoffherstellung aus Erdöl Ottokraftstoffe Dieselkraftstoffe Alternativkraftstoffe Gefahrenklassen der Kraftstoffe Kraftstoffförderanlage Bauteile der Kraftstoffförderanlage für Ottomotoren Kraftstoffbehälter Kraftstoffförderpumpen Kraftstofffilter Einrichtungen zur Be- und Entlüftung Kraftstoffleitungen Kraftstofffördermodul Wartung und Diagnose Filter Filterwirkung und Filterarten Siebfilter Faserfilter Nassfilter Zentrifugalfilter Magnetabscheider Anwendungsgebiete Luftfilter Kraftstofffilter Schmierölfilter Hydraulikfilter Innenraumfilter Wartung und Diagnose Einspritzanlagen für Ottomotoren Luftverhältnis Betriebszustände Arten der Einspritzanlagen Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Einspritzanlagen Kraftstoffsysteme für die indirekte Einspritzung Ansaugsysteme Steuerung elektronischer Einspritzanlagen Indirekte Einspritzanlagen KE-Jetronic L-Jetronic Mono-Jetronic Direkte Einspritzanlagen Betriebsarten Aufbau und Wirkungsweise einer Direkteinspritzanlage Kombinierte Zünd- und Gemischbildungssysteme Grundprinzip des Viertakt-Dieselmotors Vorgänge während der vier Takte Zündverzug Ideales Arbeitsspiel Gemischbildung und Verbrennung Verbrennungsverfahren Vergleich zwischen Otto- und Dieselmotor Starthilfsanlagen Einspritzanlagen für Pkw-Dieselmotoren Verteilereinspritzpumpe mit mechanischem Regler (Axialkolbenpumpe) Kraftstoff-Vorförderpumpe Verteilereinspritzpumpe : Mechanischer Einspritzmengenregler Mechanische Spritzbeginnverstellung Elektronisch geregelte Verteilereinspritzpumpe mit Regelschieber (Axialkolbenpumpe) Elektronische Einspritzmengenregelung Elektronisch geregelte Spritzbeginnverstellung Kraftstoffabstellvorrichtung Elektronisch geregelte Verteilereinspritzpumpe mit Förderkolben (Radialkolbenpumpe) Kraftstoffversorgung Hochdruckerzeugung Einspritzmengenregelung Spritzbeginnregelung Einspritzdüse und Düsenhalterkombination Wartung und Diagnose Pumpe-Düse-Systeme Common-Rail-System Motorsteuerung Wirkungsweise der Motorsteuerung Bauteile der Motorsteuerung Antrieb der Nockenwelle Nockenwelle Stößel Kipp- und Schlepphebel Stoßstangen Ventile Wartung und Diagnose Kurbeltrieb Bewegungen am Kurbeltrieb Kräfte am Kurbeltrieb Kolben Kolbenringe Kolbenbolzen Pleuelstange Kurbelwelle Kurbelwellen-Gleitlager Schwungrad Äußerer Aufbau des Hubkolbenmotors Zylinderkopf Zylinderkopfdichtung Zylinder 252

4 6 Inhaltsverzeichnis Anordnung der Zylinder Zündfolgen von Hubkolbenmotoren Flüssigkeitsgekühlte Zylinder Luftgekühlte Zylinder Zylinderverschleiß Zylinderkurbelgehäuse Motoraufhängung Schmierung und Schmierstoffe Reibung Arten der Motorschmierung Bauteile der Motorschmierung Ölpumpe Ölfilter Ölkühler Kontrollgeräte Schmierstoffe Aufgaben der Schmieröle Anforderungen an Schmieröle Arten der Schmieröle Einteilung der Schmieröle in Viskositätsklassen (SAE-Klassen) Einteilung der Schmieröle in API-Klassifiktationen Einteilung der Motorenöle nach ACEA Additive Schmierfette und feste Schmierstoffe Wartung und Diagnose Kühlung Aufgabe der Kühlung Grundprinzip der Kühlung Arten der Kühlung Luftkühlung Flüssigkeitskühlung Bauteile der Motorkühlung Flüssigkeitskühler Lüfter Kühlmittelpumpe Kühlerverschlussdeckel Kühlmittelthermostat Ölkühler Kühlmittel Wartung und Diagnose Abgasanlage und Emissionsminderung Aufbau der Abgasanlage Schalldämpfer Schall Schalldämpfung Emissionsminderung Aufbau des Abgaskatalysators Wirkungsweise des Abgaskatalysators Abgasrückführung (AGR-System) Sekundärluftsystem Partikelfilter Wartung und Diagnose Alternative Antriebe Kreiskolbenmotor Elektroantrieb Hybridantrieb Betrieb mit alternativen Kraftstoffen Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors Grundlagen Aufladung Abgasturboaufladung Abgasturbolader Biturboaufladung Variable Ventilsteuerung Leistungsmessung und Motorkennlinien Aufbau und Wirkungsweise der Leistungsbremse Motorkennlinien Ermittlung der Motorkennlinien Auswertung der Motorkennlinien Rollen-Leistungsprüfstand 299 Kraftübertragung 31 Antriebsarten Vorderradantrieb Hinterradantrieb Frontmotorantrieb Transaxleantrieb Heckmotorantrieb Mittelmotorantrieb Unterflurmotorantrieb Allradantrieb Kupplung Reibungskupplungen Physikalische Grundlagen Einscheiben-Trockenkupplung mit Membranfeder Einscheiben-Trockenkupplung mit Schraubenfedern Vergleich zwischen Membranfeder- und Schraubenfederkupplung Zweischeiben-Trockenkupplung mit Schraubenfedern Kupplungsscheiben für Trockenkupplungen Mehrscheibenkupplung Betätigungseinrichtungen Elektronisches Kupplungsmanagement (EKM) Selbsttätige Kupplungen Fliehkraftkupplung Hydrodynamische Kupplung Magnetpulverkupplung Wartung und Diagnose Wechselgetriebe Drehmomentwandlung Drehzahlwandlung Idealer Verlauf des Drehmoments an der Antriebsachse Wechselgetriebearten Schieberadgetriebe Schaltmuffengetriebe Synchronisiereinrichtungen Sperrsynchronisierung mit Einfachkonus Sperrsynchronisierung mit Doppelkonus Sperrsynchronisierung mit Außenkonus- Synchronkegel Sperrsynchronisierung mit Lamellen Wechselgetriebe für Vorderradantrieb Bauteile des Getriebes Wartung und Diagnose Automatische Getriebe Hydrodynamischer Drehmomentwandler Planetengetriebe 329

5 Inhaltsverzeichnis Einfaches Planetengetriebe (Planetenradsatz) Mehrstufige Planetenradsätze Automatisches Getriebe mit Planetenradsätzen Elektronische Getriebesteuerung Schaltelemente Hydraulisches System Kraftfluss im Planetengetriebe Automatisches Stirnradgetriebe Automatisiertes Schaltgetriebe Stufenloses Getriebe Radantrieb Achsgetriebe Kegelradgetriebe Stirnradgetriebe Ausgleichsgetriebe Grundprinzip des Ausgleichsgetriebes Aufbau und Wirkungsweise des Kegelradausgleichsgetriebes Ausgleichssperren Schaltbare Ausgleichssperren Automatische Ausgleichssperren Torsen-Ausgleichsgetriebe Ausgleichsgetriebe für Allradantrieb Gelenkwellen Wartung und Diagnose 348 Fahrwerk 36 Achsgeometrie Fahrzeugdrehbewegungen Eigenlenkverhalten Radstellungen Spurweite und Radstand Spur, Vorspur und Nachspur Sturz Lenkrollhalbmesser Spreizung Vorlauf und Nachlauf Spurdifferenzwinkel Achsvermessung Optische Achsvermessung Elektronische Achsvermessung Lenkung Lenkungsarten Lenktrapez Bauteile der Lenkung Lenkgestänge Lenkgetriebe Lenksäule Lenkungsdämpfer Hilfskraftlenkung Servolenkung Servotronic Elektrische Servolenkung Wartung und Diagnose Federung Grundprinzip der Federung Grundaufbau der Federung Arten der Fahrzeugfederung Stahlfederung Luftfederung Hydropneumatische Federung Gummifederung Schwingungsdämpfung Grundprinzip der Schwingungsdämpfung Kennlinien von Schwingungsdämpfern Einrohrschwingungsdämpfer Zweirohrschwingungsdämpfer Federbein Verstellbare Schwingungsdämpfer Niveauregulierung Aktive Fahrwerkssysteme Aktive Schwingungsdämpfersysteme Aktive Federungssysteme Wartung und Diagnose Radaufhängung Bauteile der Radaufhängung Lenker Lenkerlagerungen Panhardstab Radlager Arten der Radaufhängung Einzelradaufhängung (Vorderachse) Einzelradaufhängung (Hinterachse) Starrachsen Wartung und Diagnose Räder Radscheiben Radbefestigung Felgen Tiefbettfelge Felgenbezeichnungen Reifen Anforderungen an den Reifen Reifenbauarten Reifenaufbau Reifenbezeichnungen und -abmessungen Sicherheitssysteme Aquaplaning Radunwucht Ventile Schläuche Wartung und Diagnose Bremsen: Grundlagen Gesetzliche Bestimmungen Arten von Bremsanlagen ( 41 StVZO) Bremsleuchten ( 53 StVZO) Untersuchungen ( 29 StVZO) Bremsvorgang Hydraulische Bremsanlage Physikalisches Prinzip Zweikreis-Bremsanlagen Hydraulische Bremsanlage Hauptzylinder Tandem-Hauptzylinder Gestufter Tandem-Hauptzylinder Tandem-Hauptzylinder mit gefesselter Kolbenfeder : Bremskraftverstärker Saugluft-Bremskraftverstärker Druckluft-Bremskraftverstärker Hydraulik-Bremskraftverstärker Bremskraftverteilung Bremskraftübertragungseinrichtungen Bremsgestänge und Bremsseilzug Bremsleitungen Bremsflüssigkeit 404

6 8 Inhaltsverzeichnis 43.5 Trommelbremsen Aufbau und Wirkungsweise Bremstrommeln Spannvorrichtungen Bremsbacken und Bremsbeläge Nachstellvorrichtungen Anordnung der Bremsbacken Scheibenbremsen Aufbau und Wirkungsweise Bremsscheibe Bremsbeläge Bremssattelarten Lüftspiel Feststellbremse Vergleich: Trommel- und Scheibenbremse Wartung und Diagnose Elektronisch geregelte Bremssysteme Physikalische Grundlagen Anti-Blockier-System Aufbau ABS-Prinzipien Wirkungsweise des Rückförder-Prinzip ABS-Steuergerät Arten der ABS-Regelung ABS-Bremsanlagen Antriebs-Schlupf-Regelung Aufbau und Wirkungsweise Motoreingriff Motor- und Bremseneingriff Elektronisches Stabilitäts-Programm Spurstabilität Aufbau und Wirkungsweise ESP-Regelungen Bremsassistent Aufbau und Wirkungsweise Bremsdruckregelung Adaptive Reisegeschwindigkeitsregelung Wartung und Diagnose Fahrzeugaufbau Aufgaben des Rahmens und des selbsttragenden Aufbaus Gestaltung des Fahrzeugaufbaus Fahrzeugsicherheit Aktive Sicherheit Passive Sicherheit Aerodynamik Leichtbau Werkstoffe Gesetzliche Bestimmungen Schadensermittlung Reparaturverfahren Richten Verstärken Teilersatz Neuteileinbau Oberflächenbearbeitung Trennen Fügen Oberflächenschutz 447 Krafträder 46 Krafträder Kraftradarten Motor Aufbau und Wirkungsweise des Zweitaktmotors Vorgänge während eines Arbeitsspiels Bauliche Besonderheiten Vor- und Nachteile des Zweitaktmotors Gemischbildungssysteme Grundlagen des Vergasers Aufbau und Wirkungsweise des einfachen Vergasers Aufbau und Wirkungsweise des Gleichdruckvergasers Schiebervergaser Zusatzeinrichtungen für Gleichdruck- und Schiebervergaser Motorkühlung Motorschmierung Abgasanlage Elektrische Anlage Spannungsversorgung Zündanlage Startanlage Kraftübertragung Primärantrieb Kupplung Getriebe Sekundärantrieb Fahrwerk Fahrdynamik des Motorrades Rahmen Lenkung Radaufhängung Federung und Schwingungsdämpfung Bremsen Räderund Reifen 476 Nutzkraftwagen 47 Nutzkraftwagen Fahrerhaus, Aufbauten Motor Diesel-Einspritzanlage mit Reiheneinspritzpumpe Kraftstoffförderpumpe Diesel-Kraftstofffilter Mechanische Reiheneinspritzpumpe Elektronisch geregelte Hubschieber- Reiheneinspritzpumpe Wartung und Diagnose Kraftübertragung Kupplung Getriebe Fahrwerk Rahmen Radaufhängung Lenkung Federung Druckluftbremsanlage Betriebsbremsanlage und Druckluftversorgung Bremszylinder Feststellbremsanlage Anhängerbremsanlage Antiblockiersystem (ABS) für Druckluftbremsanlagen Antriebsschlupfregelung (ASR) für Druckluftbremsanlagen Elektronisch geregeltes Bremssystem (EBS) Druckluftbremsanlage mit hydraulischer Übertragungseinrichtung Dauerbremsanlagen Radbremsen Räder Reifen 518

7 Inhaltsverzeichnis 9 Elektrische Anlage Kraftfahrzeugbatterie 521 Aufbau der Batterie 521 Grundprinzip der Batterie 521 Bauteile der Batterie 523 Typenbezeichnung der Batterie 523 Selbstentladung und Sulfatierung der Batterie 524 Batteriearten 524 Wartung und Diagnose 525 Generator 527 Grundaufbau und Wirkungsweise des Generators Drehstromgenerator 527 Aufbau und Wirkungsweise des Drehstromgenerators 527 Gleichrichtung im Drehstromgenerator 530 Stromkreise des Drehstromgenerators 531 Generatorregelung 532 Sonderbauformen von Generatoren 533 Wartung und Diagnose 534 Zündanlagen 535 Grundlagen der Transistor-Batteriezündanlagen 535 Erzeugung der Zündspannung und des Zündfunkens 535 Zündsteuergerät und Zündimpulsgeber 536 Schließzeit und Schließwinkel 536 Transistorschaltungen 536 Bauteile der Transistor-Batteriezündanlagen 537 Zündspulen 537 Zündverteiler 538 Zündkerze 539 Transistor-Batteriezündanlagen 541 Zündzeitpunktverstellung 544 Elektronische Primärstrombegrenzung, Schließwinkelregelung und Ruhestromabschaltung 549 Elektronische Klopfregelung 551 Vollelektronische Transistor-Batteriezündanlage 553 Einzelfunken-Zündspulen 553 Zweifunken-Zündspulen 553 Vierfunken-Zündspulen 554 Zündauslösung 555 Doppelzündung 555 Verbrennungsaussetzer-Erkennung 556 Kondensator-Batteriezündanlage 557 Spannungsverlauf in den Transistor-Batteriezündanlagen 558 Wartung und Diagnose 559 Startanlage 561 Aufbau und Wirkungsweise der Startanlage 561 Wirkungsweise des Startermotors 561 Aufbau und Schaltung des Startermotors 562 Starterarten 564 Schub-Schraubtrieb-Starter 564 Wartung und Diagnose Beleuchtungs- und Signalanlage Gesetzliche Vorschriften Lichtquellen Glühlampen Halogenlampen Xenon-Lampen Beleuchtungsanlage Scheinwerferreflektoren Scheinwerfer für Fern- und Abblendlicht Scheinwerfer für Fern-, Abblend- oder Nebellicht Leuchtweitenregulierung Scheinwerfereinstellung Signalanlage Fahrtrichtungsanzeiger Warnblinkanlage Signalhornanlage Lichthupe 575 Elektronische Systeme 53 Grundlagen elektronischer Systeme im Kraftfahrzeug Aufbau und Wirkungsweise von elektronischen Steuerungssystemen Aufbau und Wirkungsweise von elektronischen Regelungssystemen Sensoren von elektronischen Systemen im Kraftfahrzeug Widerstände Sensoren zur Erfassung der Luftmasse Drucksensoren Drehzahlsensoren Klopfsensor Lambda-Sonde Aktoren von elektronischen Systemen im Kfz Magnetventile Elektromotoren Elektromagnetische Kupplungen Steuergeräte von elektronischen Systemen im Kraftfahrzeug Signaleingabe Signalverarbeitung Signalausgabe Varianten-Codierung Vernetzung von Steuergeräten Diagnose an elektronischen Systemen im Kfz Komfortelektronik Klimatisierung von Kraftfahrzeugen Be- und Entlüftung des Innenraums Innenraumheizung Klimaanlage (Innenraumkühlung) Wartung und Diagnose Diebstahlschutzsysteme Zentralverriegelung Elektronische Wegfahrsperren Diebstahlwarnanlagen Elektrische Fensterheber Fahrerinformationssyteme Bordcomputer Navigationssysteme 603 Sachwortverzeichnis 605 Bildquellenverzeichnis 624