Mittlerweile sind fast alle hergestellten Autos mit einer hydraulischen Servolenkung (Abk. GUR) ausgestattet. Mit diesem Mechanismus können Sie den Kraftaufwand des Fahrers am Lenkrad beim Autofahren deutlich reduzieren und so das Fahren komfortabler machen.
Anfangs wurde die Servolenkung ausschließlich bei Lastkraftwagen und Sondergeräten eingebaut, da der Widerstand beim Ändern der Radposition, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, bei solchen Geräten sehr groß ist und der Fahrer die gelenkten Räder einfach nicht ohne großen Kraftaufwand drehen konnte .
Mittlerweile wird die Servolenkung auch in Pkw eingebaut. Im Großen und Ganzen ist bei Pkw der Kraftaufwand zum Drehen der Räder gering und das Fahren eines Autos ohne Servolenkung bereitet keine Schwierigkeiten. Das heißt, egal wie sehr dieser Mechanismus nicht besonders benötigt wird, er hat eine sehr positive Eigenschaft, weshalb der Verstärker größtenteils in Personenkraftwagen weit verbreitet ist. Es läuft darauf hinaus, dass die Servolenkung es Ihnen ermöglicht, die geradlinige Bewegung des Autos während der Explosion des Antriebsachsreifens aufrechtzuerhalten, und vergessen Sie nicht den Wunsch einer Person nach maximalem Komfort.
Komponenten eines Verstärkers. Arten der Servolenkung
Im Allgemeinen besteht die Hauptaufgabe des Verstärkers in einem Pkw darin, die Sicherheit zu erhöhen und erst dann den Komfort zu gewährleisten.
Das Servolenkungsgerät umfasst mehrere Hauptkomponenten:
- Pumpe;
- Verteiler;
- Kraftzylinder;
- Rohrleitungen verbinden.
An der Ausrüstung wurden zwei Arten von hydraulischen Verstärkern verwendet:
- Kombiniert (integriert).
- Getrennt.
Der kombinierte Typ zeichnet sich dadurch aus, dass Verteiler und Zylinder in den Lenkmechanismus integriert sind, was den Metallverbrauch der Struktur deutlich reduzieren und sie kompakter machen kann. Dadurch ist es weit verbreitet, auch bei Personenkraftwagen.
Bei einer Reihe von Lastkraftwagen wurde ein separater Typ verwendet. Seine Besonderheit liegt darin, dass der Kraftzylinder ein separates Element ist, das mit dem Lenkantrieb zusammenwirkt. Aufgrund dieser Entscheidung erwies sich die Konstruktion der Servolenkung jedoch als umständlicher, sodass sie bei Personenkraftwagen nicht verwendet wird.
Pumpe
Aus dem Namen des Verstärkers geht hervor, dass das Hauptarbeitselement in diesem Mechanismus Flüssigkeit ist. Da es inkompressibel ist, kann bei der Druckerzeugung eine Kraft erzeugt werden, die die erforderliche Funktion erfüllt.
Und dieser Druck wird durch eine Pumpe erzeugt. Bei einem einfacheren Mechanismus wird die Pumpe über einen Riemen angetrieben. Dieses Strukturelement kann ein Zahnradelement (seltenerer Typ) oder ein Rotationselement (auch bekannt als Klingenelement) sein. Am häufigsten wird die zweite Option bei einem Auto verwendet.
Die Vorrichtung der hydraulischen Druckerhöhungspumpe vom Rotationstyp ist sehr einfach. Seine Hauptelemente sind ein Gehäuse mit Einlass- und Auslassanschlüssen und einer Welle, an deren einem Ende eine Antriebsscheibe und am anderen Ende ein Rotor mit Schaufeln installiert ist. Dieser Rotor befindet sich in einer Kammer mit besonderer Form – dem Stator (seine Rolle übernimmt der Körper). Aufgrund dieser Form des Stators wird Flüssigkeit eingespritzt, die dann dem Auslassstutzen zugeführt wird, der zum Verteiler führt.
Flügelzellenpumpe für Servolenkung
Der Nachteil der von der Kurbelwelle angetriebenen Pumpe ist die Änderung des erzeugten Drucks in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Aus diesem Grund ist die von der Servolenkung erzeugte Kraft bei niedrigen Geschwindigkeiten unzureichend und bei hohen Geschwindigkeiten zu hoch, was zu einem Effekt wie einem „leeren Lenkrad“ („Rückmeldung“ der Lenksteuerung) führt fehlt, daher ist der Informationsgehalt der Lenkung sehr gering).
Das Funktionsprinzip von Zahnrad- und Rotationspumpen
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist in der hydraulischen Druckerhöhungspumpe ein Druckregler enthalten, der den Druck auf einem bestimmten Wert hält. Die Funktionsweise ist sehr einfach: Wenn der Druck überschritten wird, öffnet der Regler durch Bewegung den Bypasskanal zwischen Einlass- und Auslasskanal und ein Teil des Drucks wird abgelassen.
Verteiler
Die von der Pumpe erzeugte unter Druck stehende Flüssigkeit wird dem Verteiler zugeführt. Die Aufgabe dieses Verbundelements besteht darin, den Flüssigkeitsstrom abhängig von der Lenkstellung zu verteilen. Das Drehschieberventil wird am häufigsten in Personenkraftwagen eingesetzt. Diese Baugruppe ist eine Zwischenverbindung zwischen der Lenksäule und dem Lenkgetriebe.
Schienenverteilergerät
Der Verteiler besteht aus zwei Elementen – einer Welle und einer Drehspule. Diese Elemente sind auf einem Torsionsstab montiert, der die Säulenwelle und das Getriebe verbindet.
Für den Verteiler eignen sich ein Vorlaufstutzen von der Pumpe, eine Rücklaufleitung (über die die Flüssigkeit wieder zur Pumpe zurückfließt) und zwei Abgänge zum Kraftzylinder.
Das Schema des Händlers
Der Kern der Verteilerfunktion ist wie folgt: Wenn das Lenkrad gedreht wird, führt der von den Rädern ausgehende Widerstand zu einer Verdrehung des Torsionsstabs, der wiederum für die Drehung der Spule relativ zur Verteilerwelle sorgt. Dadurch öffnen sich einige Kanäle und die zweiten schließen sich, das heißt, der Flüssigkeitsstrom wird neu verteilt.
Zylinder
Der Kraftzylinder fungiert als Betätigungselement. Bei der kombinierten Servolenkung ist sie vollständig in den Lenkmechanismus integriert. Die Zahnstange fungiert als Kolben, auf dem sich eine zusätzliche Unterlegscheibe mit Dichtungen befindet, und der Zylinder ist ein Gehäuse. Der Kolben teilt den Zylinder in zwei Kammern, die über Rohrleitungen mit dem Verteiler verbunden sind.
Arbeitsprinzip
Und nun dazu, wie das alles miteinander interagiert. Die Servolenkung ist ein versiegelter Mechanismus und die Flüssigkeit darin zirkuliert im Kreis. In bestimmten Modi ändert sich jedoch die Flüssigkeitsmenge, sodass solche Tropfen durch den Ausgleichsbehälter (er ist auch ein Füllbehälter) ausgeglichen werden. Normalerweise befindet sich dieser Tank an der Pumpe, er kann aber auch entfernt angebracht sein.
Generell verfügt die Servolenkung über zwei Betriebsarten:
- Geradlinige Bewegung. In diesem Modus verbindet die Spule alle für sie geeigneten Kanäle. Die Flüssigkeit im Verteiler wird sofort der Rücklaufleitung zugeführt und zur Pumpe zurückgeführt. Außerdem wird ein Teil davon in beide Kammern des Arbeitszylinders geleitet, wodurch in ihnen der gleiche Druck gewährleistet wird.
- Drehen. Beim Drehen des Lenkrads wird der Torsionsstab verdreht, was zu einer Verschiebung der Spule relativ zur Welle führt. Betrachten Sie beispielsweise die Wirkung des Mechanismus beim Rechtsabbiegen. Also drehte sich die Spule, wodurch der Versorgungskanal und der zur rechten Kammer des Hydraulikzylinders führende Kanal verbunden wurden. In diesem Fall ist die linke Kammer an die Rücklaufleitung angeschlossen. Der Flüssigkeitsstrom in der rechten Kammer beginnt, Druck auf den Kolben auszuüben, wodurch die Kraft zunimmt. Aus der linken Kammer fließt die Flüssigkeit, damit kein Druckwiderstand entsteht, durch den Verteiler und gelangt in die Pumpe. Wenn gleichzeitig das Lenkrad nicht ganz, sondern nur teilweise gedreht und in dieser Position belassen wird, entspannt sich der Torsionsstab. Dies führt dazu, dass die Spule in ihre ursprüngliche Position zurückkehrt – die Verbindung aller Kanäle und der Druck in den Kammern des Kraftzylinders werden ausgeglichen, wobei jedoch bereits die aktuelle Position der Zahnstange zusammen mit dem Kolben berücksichtigt wird.
Funktionsschema des hydraulischen Verstärkersystems mit Servotronic-Ventil (Standardsysteme unterscheiden sich nur durch das Fehlen eines Drosselventils und Servotronic)
Beim Drehen nach links ist die Funktionsweise des Verteilers umgekehrt wie beschrieben. Das heißt, der linken Kammer des Zylinders wird unter Druck stehende Flüssigkeit zugeführt. Wie Sie sehen, liegt die Hauptaufgabe der Servolenkung beim Verteiler.
Positive und negative Eigenschaften
Einige der positiven Eigenschaften des Einsatzes einer Servolenkung bei der Lenkungskonstruktion wurden bereits aufgeführt, es gibt jedoch noch andere. Zu den Vorteilen zählen im Allgemeinen:
- Verbesserung der Sicherheit (die Servolenkung ermöglicht es Ihnen, das Auto im Falle einer Reifenexplosion während der Fahrt zu halten);
- Verringerter Kraftaufwand für die Durchführung oder Aufrechterhaltung eines Manövers;
- Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Lenkmechanismus (um die Räder in einem bestimmten Winkel zu drehen, müssen Sie das Lenkrad weniger drehen als bei einem Mechanismus ohne Servolenkung);
- Fahrkomfort.
Die Nachteile des Verstärkers sind geringer, aber durchaus erheblich:
- Die Servolenkung ist ein zusätzlicher Mechanismus, zudem strukturell komplex und wartungsbedürftig;
- Einige Elemente reagieren sehr empfindlich auf kontaminierende Partikel, sodass unsachgemäße Verwendung zum Bruch führen kann;
- Die von der Kurbelwelle angetriebene Pumpe „übernimmt“ einen Teil der Motorleistung;
- Der Booster funktioniert nur, wenn der Motor läuft.
Es ist zu beachten, dass durch den Einbau des Verteilers in den Lenkmechanismus eine Weiterfahrt auch bei Ausfall eines der Servolenkungselemente oder Druckverlust möglich ist. In jedem Fall überträgt der Torsionsstab die Drehung von der Lenksäule auf das Zahnrad des Mechanismus, sodass das Auto die Kontrolle behält, die Kraft auf das Lenkrad jedoch zunimmt.
Ein weiterer Nachteil dieses Mechanismus ist die Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle. Die Lösung dieses Problems und die nächste Stufe in der Entwicklung der Servolenkung war ein elektrohydraulischer Verstärker.
Seine Besonderheit liegt darin, dass der Antrieb über einen separaten Elektromotor erfolgt, der in die Konstruktion der Pumpe einbezogen ist. Dadurch kann nicht nur der Druck in allen Motorbetriebsarten auf dem erforderlichen Wert gehalten werden, sondern auch die Funktion der Servolenkung auch bei stehendem Motor sichergestellt werden.
Zusätzlich wird der elektrohydraulische Verstärker vom Steuergerät gesteuert. Das heißt, der Mechanismus passt sich den spezifischen Fahrbedingungen an, erzeugt eine optimale Kraft auf das Lenkrad und sorgt für eine genaue Informationsübertragung – „Feedback“. Dazu sammelt das Steuergerät Daten von mehreren Sensoren und steuert auf dieser Grundlage die Pumpe und den Verteiler.
Trotz der Tatsache, dass der hydraulische Verstärker strukturell viel komplizierter ist als ein anderer Verstärkertyp – ein elektrischer – ist er aufgrund der Bereitstellung von „Rückkopplung“ vorzuziehen und wird daher häufiger verwendet.