Autofahrer der älteren Generation erinnern sich noch gut daran, wie schwierig es war, die Räder alter Autos auf einem Parkplatz oder bei niedriger Geschwindigkeit zu drehen. Die Lösung des Problems war ein hydraulischer Verstärker (Servolenkung), der zunächst in den Lenkmechanismus von Lastkraftwagen eingebaut und dann auf Personenkraftwagen übertragen wurde. Seine Aufgabe besteht darin, dem Fahrer zu helfen, den Widerstand der Mechanismen und die Reibungskraft der Reifen auf der Straßenoberfläche zu überwinden und so die Drehung des Lenkrads zu erleichtern. Autoliebhaber, die der Wartung ihres eigenen „eisernen Pferdes“ große Aufmerksamkeit schenken, tun gut daran, sich mit der Funktionsweise der Servolenkung vertraut zu machen und deren Schwachstellen herauszufinden.
Mechanismusdesign
Das hydraulische Servolenkrad besteht aus mehreren Elementen, die durch Ölleitungen miteinander verbunden sind:
- eine Pumpe, deren Rotor über einen Riementrieb von der Motorkurbelwelle angetrieben wird;
- ein Verteiler, der die Kraft in die gewünschte Richtung lenkt;
- ein Hydraulikzylinder mit einem Kolben, der starr mit dem Lenkmechanismus (Zahnstange oder Stangen) verbunden ist;
- Ausgleichsbehälter mit einem Vorrat an Hydraulikflüssigkeit (Öl).
Die Pumpe befindet sich in der Nähe der Kurbelwellenriemenscheibe und ist über einen Antriebsriemen mit dieser verbunden. Abhängig von der Konstruktion des Autos kann derselbe Antrieb die Welle des Generators und der Pumpe drehen. Das Steuerventil, auch Verteiler genannt, ist in den Lenkwellenmechanismus eingebaut und reagiert dank einer speziellen Vorrichtung – einem Torsionsstab – auf die Drehung des Lenkrads in die eine oder andere Richtung.
Die Position des Hydraulikzylinders hängt von der Art des Lenkmechanismus ab. Bei den meisten Autos ist es in die Zahnstange eingebaut und besteht aus einem Kolben, der es in die gewünschte Richtung drückt. Bei Fahrzeugen mit einem Lenkrad mit Schneckenantrieb (der sogenannten Lenksäule) ist der Zylinder eine separate Einheit. Daran sind Stangen befestigt, die für das Drehen der Vorderräder zuständig sind.
Die aufgeführten Elemente werden durch für Hochdruck ausgelegte Rohre zu einem System zusammengefasst, durch die das Arbeitsmedium – Öl – zirkuliert. Sein Vorrat befindet sich im Ausgleichsbehälter, der am höchsten Punkt der Anlage installiert ist.
Funktionsprinzip des Verstärkers
Das Hauptmerkmal der Servolenkung besteht darin, dass das System sofort nach dem Starten des Fahrzeugmotors in Betrieb geht, da sich die Pumpenwelle synchron mit der Kurbelwelle des Aggregats dreht. Während der Fahrer das Lenkrad nicht berührt, wird der in den Ölleitungen entstehende Druck in den Ausgleichsbehälter abgelassen. Das Funktionsprinzip der Servolenkung besteht darin, den von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsdruck in mechanische Arbeit umzuwandeln, die vom Kolben des Hydraulikzylinders ausgeführt wird. Die Servolenkung arbeitet nach folgendem Algorithmus:
- Öl wird durch das System gepumpt und überschüssiger Druck an den Ausgleichsbehälter geleitet, bis der Fahrer beginnt, das Lenkrad zu drehen.
- Beim Drehen des Lenkrads erkennt der Torsionsstab des Verteilers die Drehrichtung, wodurch eines der beiden Ventile aktiviert wird und der Hydraulikflüssigkeitsfluss zum Zylinderkolben geöffnet wird.
- Das Öl drückt auf einer Seite auf den Kolben und zwingt ihn, die Zahnstange oder Stange in die gewünschte Richtung zu drücken, bis der Fahrer aufhört, das Lenkrad zu drehen. Wenn das Lenkrad in einer beliebigen Position stoppt, schließt der Verteiler das Ventil und der Kolben stoppt den Druck auf die Zahnstange.
- Wenn sich das Lenkrad in die entgegengesetzte Richtung dreht, schließt das erste Ventil und das zweite aktiviert sich sofort. Flüssigkeit dringt von der anderen Seite in den Kolben ein, wodurch dieser sich bewegt und die Zahnstange in eine andere Richtung drückt.
Wenn Sie das Lenkrad bis zum Anschlag drehen und gleichzeitig die Motordrehzahl durch Drücken des Gaspedals erhöhen, steigt der Druck im Servolenkungskreislauf auf das Maximum, was zu Undichtigkeiten an Wellendichtringen und Schlauchbrüchen führen kann. Hersteller von Fahrzeugen mit Servolenkung empfehlen daher, das Lenkrad nicht länger als 5 Sekunden in der Extremposition zu halten.
Sollte aus verschiedenen Gründen der Motor abgewürgt werden oder die Servolenkung ausfallen, behält der Fahrer die Kontrolle über die Vorderräder. Um das Lenkrad zu drehen, müssen Sie zwar erhebliche Anstrengungen unternehmen.
Vor- und Nachteile einer Servolenkung
Wenn Sie in der Praxis prüfen, wie die Servolenkung in einem modernen Auto funktioniert, können Sie alle Vorteile dieses Mechanismus beurteilen:
- Zuverlässigkeit. Das hydraulische Verstärkersystem wurde über viele Jahre an verschiedenen Fahrzeugen getestet und ist derzeit in etwa 60 % der produzierten Fahrzeuge verbaut.
- Die Servolenkung ist in der Lage, ordentlich Kraft zu entwickeln und den erheblichen Widerstand der Räder zu überwinden. Dadurch ist der Einsatz auf Fahrzeugen jeder Tragfähigkeit und Größe möglich.
- Komfort für den Fahrer ist der Hauptvorteil der Servolenkung. Es wurde genau zu diesem Zweck entwickelt – um dem Menschen die Steuerung der Maschine zu erleichtern.
- Verbesserte Handhabung. Da sich das Lenkrad leicht drehen lässt, kann der Fahrer schneller auf sich ändernde Verkehrssituationen reagieren.
Zusätzlich zur Servolenkung sind Pkw mit Verstärkern der neuen Generation ausgestattet, die die Vorderräder mithilfe eines Elektromotors (EUR) drehen. Allerdings sind solche Systeme hinsichtlich der Kosten noch nicht mit der Hydraulik vergleichbar, weshalb weniger Neufahrzeuge mit EUR ausgestattet sind.
Der Einsatz hydraulischer Verstärker in Lenkmechanismen bietet den Automobilherstellern einen weiteren Vorteil. Da sie anstelle des Fahrers die körperliche Arbeit verrichten, können konstruktionsbedingt Lenkmechanismen mit kleinerer Übersetzung eingesetzt werden. Für einen Autoenthusiasten bedeutet dies, dass die Anzahl der Lenkradumdrehungen von einer Extremposition zur anderen abnimmt, was die Kontrolle erhöht. Wenn die Servolenkung ausfällt oder das Auto abgeschleppt wird, wird es für den Fahrer zwar deutlich schwieriger, das Lenkrad zu drehen.
Hydraulische Verstärker haben folgende Nachteile:
- Um Schäden zu vermeiden, sollte das Lenkrad, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen, nicht über längere Zeit in extremen Positionen gehalten werden. Aufgrund des kritischen Drucks kann Öl aus den Dichtungen herausgedrückt werden und austreten.
- Der Pumpenantrieb ist so konzipiert, dass er zusammen mit dem Aggregat ununterbrochen arbeitet. Aus diesem Grund verschleißt die Pumpe ständig, erfordert regelmäßige Wartung und entzieht dem Motor einen Teil der Energie, wodurch der Kraftstoffverbrauch steigt.
- Auch andere Elemente des Systems müssen gewartet werden und der Füllstand der Hydraulikflüssigkeit im Behälter muss überwacht werden.
- Bei Autos der Budget-Preisklasse mit Servolenkung wird das Lenkrad insbesondere bei hoher Geschwindigkeit uninformativ.
In teureren Autos ist eine spezielle Vorrichtung für die Servolenkungspumpe implementiert, die es ermöglicht, den Öldruck im System mit zunehmender Geschwindigkeit zu reduzieren. Gleichzeitig „füllt“ sich das Lenkrad mit angenehmer Schwere und beim Lenken mit hoher Geschwindigkeit entsteht kein Gefühl der Leere.
Servolenkungsservice
Der Besitzer eines mit Servolenkung ausgestatteten Autos kann die folgenden Vorgänge selbstständig durchführen:
- Überwachen Sie den Füllstand und den Zustand der Flüssigkeit im Ausgleichsbehälter.
- Überprüfen Sie die Rohre und Armaturen regelmäßig auf Risse und Öllecks.
- Wechseln Sie die Hydraulikflüssigkeit in den in der Betriebsanleitung angegebenen Abständen;
- Überwachen Sie das Auftreten von Fremdgeräuschen, die auftreten, wenn die Pumpenlager stark abgenutzt sind.
- Wechseln Sie den Antriebsriemen rechtzeitig, damit er unterwegs nicht reißt.
Die in das Servolenkungssystem eingefüllte Flüssigkeit dient nicht nur als Arbeitsflüssigkeit, sondern auch als Schmiermittel für die Pumpe. Daher ist es wichtig, beim Nachfüllen oder Ersetzen die vom Hersteller empfohlenen Öle zu verwenden, da es sonst zu einem vorzeitigen Ausfall des Geräts kommen kann.