Wie funktioniert eine Servolenkung?

Die elektrische und hydraulische Servolenkung im Auto erleichtert das Drehen des Lenkrads bei Fahrmanövern. Dadurch lässt sich das Fahrzeug deutlich komfortabler steuern.

Der Steuerschieber gilt als zentrales Bauteil des Lenksystems; seine Stellung bestimmt, wie die Baugruppen und Elemente des Systems arbeiten. Unabhängig davon, ob sich der Steuerschieber axial oder drehend bewegt, bleibt das Wirkprinzip gleich. Steht das Lenkrad in Mittelstellung, halten Zentrierfedern den Steuerschieber in Position. Dadurch kann das Öl ungehindert durch alle Systemkomponenten fließen – vorausgesetzt, das Ventil befindet sich in der richtigen Stellung.

Die Pumpe arbeitet im Dauerbetrieb und fördert die Arbeitsflüssigkeit durch das System. Dieses Bauteil ist immer aktiv, unabhängig davon, ob gerade gelenkt wird oder nicht. Die Hauptaufgabe der Pumpe besteht darin, Öl präzise zu fördern.

Dreht der Fahrer das Lenkrad, bewegt sich der Steuerschieber. Dadurch schließt er die Rücklaufleitung; das Öl wird in eine der Zylinderkammern geleitet, und der Pumpvorgang erfolgt unter Druck.

Gleichzeitig drehen Kolben und Kolbenstange durch die Bewegung der Flüssigkeit die Räder und das Ventilgehäuse in die Richtung, in die sich das Ventil bewegt. Das Verteilergehäuse kann den Steuerschieber erst überholen, wenn dieser stehen bleibt; das zeigt an, dass das Manöver abgeschlossen ist.

Danach kehrt der Steuerschieber in seine Ausgangsposition zurück, und die Ölablaufleitung wird geöffnet.

Aufbau der klassischen Servolenkung

Bauteile der Servolenkung:

1. Pumpenmechanismus. Diese Baugruppe sorgt im gesamten System für den erforderlichen Druck, damit die Flüssigkeit zirkulieren kann. In den meisten modernen Fahrzeugen werden wegen ihres höheren Wirkungsgrads und ihrer längeren Lebensdauer Flügelzellenpumpen eingesetzt. Die Pumpe selbst ist in der Regel am Motor montiert und wird über einen Riemenantrieb betrieben.
2. Verteilereinheit. Dieser Mechanismus verteilt das Öl und leitet es in bestimmte Zylinderkammern. Je nach System kann in der Servolenkung ein drehender oder axialer Verteilermechanismus verwendet werden. Bewegt sich der Steuerschieber linear, ist die Verteilereinheit mit einem Axialverteiler ausgestattet; bei einer Drehschieberausführung kommt ein Drehventil zum Einsatz. Die Einheit ist an Lenkungskomponenten oder direkt an der Lenkwelle montiert. Dieser Mechanismus reagiert empfindlich auf Verunreinigungen in der Arbeitsflüssigkeit.
3. Hydraulikzylinder. Er sorgt dafür, dass Kolben und Kolbenstange bei der Flüssigkeitszufuhr arbeiten. Spezielle Hebel werden verwendet, um die Räder des Fahrzeugs einzuschlagen. Der Zylinder befindet sich zwischen Karosserie und Antrieb oder am Lenkgetriebe.
4. Leitungen. Das Öl wird in der Servolenkung durch Leitungen bewegt. Es gibt Nieder- und Hochdruckleitungen. Erstere führen die Arbeitsflüssigkeit vom Ausgleichsbehälter zur Pumpe und nach der Arbeit wieder zurück in den Behälter. Letztere dienen dazu, das Öl zwischen Pumpe, Verteilermechanismus und Zylinder zu fördern.
5. Öl. Ein wesentlicher Bestandteil der Servolenkung. Das Schmiermittel überträgt die Kraft von der Pumpe auf den Hydraulikzylinder und schmiert alle Komponenten der Servounterstützung.
6. Ausgleichsbehälter. Der Behälter dient zur Speicherung und Zirkulation der Betriebsflüssigkeit. Er ist mit einem Filter ausgestattet, der Schmutz aus dem Medium entfernt. Markierungen am Behälter ermöglichen die Kontrolle des Flüssigkeitsstands.

Übrigens ist die elektrohydraulische Servolenkung ähnlich aufgebaut. Der elektrohydraulische Mechanismus ist jedoch zusätzlich mit einem Steuergerät sowie einem Magnetventil ausgestattet. Das System kann außerdem um einen Geschwindigkeitsregler ergänzt sein.

Wie funktioniert eine elektrische Servolenkung?

Im EPS-System gibt es keine Arbeitsflüssigkeit. Die elektrische Servounterstützung arbeitet nicht ständig, sondern nur beim Lenken. Die Antriebseinheit des Systems liefert ein Drehmoment, das vom Drehmoment an der Lenkeinheit bestimmt wird. Dieser Wert wird über ein spezielles Bauteil am Lenkrad gemessen: einen Sensor, der Informationen an das Steuergerät des Systems übermittelt. Das Steuergerät berechnet die erforderliche Unterstützungsleistung des Systemmotors unter Berücksichtigung der Lenkradstellung.

Der Lenkwinkel wird mit einem Sensor gemessen, der in einen Schalter unter dem Lenkrad integriert ist. Die Dreheinheit des Elektromotors besitzt einen Sensor, der die Drehzahl des Mechanismus misst und die Daten anschließend an die ECU überträgt; dies ist erforderlich, damit das Modul bestimmen kann, mit welcher Geschwindigkeit sich die Baugruppe dreht. Das EUR-Steuergerät berücksichtigt bei der Berechnung der erforderlichen Kraft am Elektromotor zahlreiche Messwerte.

Dieser Wert wird bestimmt durch:

• das Drehmoment am Lenkrad;
• die Fahrzeuggeschwindigkeit;
• Drehzahl des Motors sowie Winkel und Geschwindigkeit des Lenkrads.

Anschließend wird die Kraft des Motors über ein Antriebszahnrad und eine Schnecke auf die Zahnstange übertragen. Die Bewegung der Zahnstange entsteht durch das Zusammenwirken mehrerer Kräfte; dazu tragen sowohl das Lenkrad als auch der Elektromotor des EUR-Systems bei, der von einem elektronischen Modul gesteuert wird.

Beim Drehen des Lenkrads wird der Torsionsstab verdreht. Das elektronische Modul berechnet die aufgebrachte Kraft anhand der Positionsänderung der Sensorelemente. Der Lenkmechanismus erkennt die Auslenkung des Lenkrads. Diese Werte werden von einem Mikroprozessormodul verarbeitet, das mit der ECU des Fahrzeugs kommuniziert.

Auf Basis dieser Informationen berechnet die Mikroprozessoreinheit die erforderliche Kraft und versorgt den Motor anschließend mit der entsprechenden Leistung. Dieser bewegt daraufhin die Lenkwelle oder die Zahnstange.

Was ist besser: elektrische oder hydraulische Servolenkung?

Um zu verstehen, welche Variante besser ist, sollten Sie sich die Nachteile beider Systeme ansehen.

Nachteile der elektrischen Servolenkung:

• die EUR bietet kein besonders direktes Lenkgefühl;
• es kann zu Fehlfunktionen in den EUR-Einstellungen kommen. Möglich sind Schäden an Sensoren für Lenkrad oder Lenkwelle;
• Ersatzteile für elektrische Servolenkungen sind in der Regel günstiger als Teile für hydraulische Servolenkungen;
• während der Fahrt können Fehlfunktionen auftreten. Blockiert die Servounterstützung, kann dies zu Schäden und Unfällen im Straßenverkehr führen. Steht das Fahrzeug, ist es schwierig, die Räder gerade auszurichten;
• die elektrische Komponente ist häufig nicht reparierbar. Lenkradpositionssensoren sollten besser ersetzt als repariert werden, da beim Nachlöten der Sensoren falsche Parameter entstehen können. Dadurch wird die Wartung der EUR teurer;
• die Sensoren müssen regelmäßig kalibriert werden, was in Eigenregie problematisch ist. Dafür sollten qualifizierte Fachleute kontaktiert werden.

Nachteile der hydraulischen Servolenkung:

• Bei Fahrzeugen mit hydraulischer Servolenkung darf das Lenkrad nicht längere Zeit in einer Endstellung gehalten werden. Dadurch kann die Arbeitsflüssigkeit überhitzen und es können Bauteile, vor allem die Pumpe, beschädigt werden;
• die Servolenkung muss von Zeit zu Zeit gewartet werden. Die Arbeitsflüssigkeit sollte alle paar Jahre ersetzt werden. Der Fahrzeughalter sollte den Füllstand regelmäßig kontrollieren und die Unversehrtheit von Stromkreisen, Leitungen und Pumpeneinheiten prüfen;
• bei der hydraulischen Servolenkung lassen sich die Betriebsmodi nicht an die Fahrbedingungen anpassen;
• die hydraulische Servolenkung bietet bei niedriger Geschwindigkeit ein gutes Lenkgefühl. Bei hoher Motordrehzahl nimmt dieser Informationsgehalt jedoch ab.

FAQ: Wie funktioniert eine Servolenkung?

• Wie hoch ist der Druck in der hydraulischen Servolenkung?

Befindet sich das Lenkrad im hydraulischen Lenksystem in Ausgangsstellung, liegt der Schmiermitteldruck bei 5–7 bar. Wird gelenkt und die Pumpe aktiviert, steigt der Druck auf 79–86 bar.

• Wo kann man Teile für die Lenkung kaufen?

Wenn Sie die Servolenkung dringend ersetzen müssen, kontaktieren Sie uns bitte zeitnah. Unser Shop bietet eine große Auswahl an unterschiedlichen Teilen für jedes Auto.

• Wie ist die elektrische Servolenkung aufgebaut?

Die wichtigsten Teile des Lenksystems:

• Elektromotor; in den meisten Fahrzeugen werden bürstenlose Ausführungen verwendet.
• Servo. Es können verschiedene Gerätetypen verwendet werden. Drehmomentsensor. Dieser Sensor gilt als eines der wichtigsten Bauteile; er ist normalerweise an einem Torsionsstab montiert, der im Bereich der Lenkwelle sitzt. An den Enden des Elements sind zwei unterschiedliche Sensorteile angebracht. Je nach EUR-Typ kann der Sensor optisch oder magnetisch ausgeführt sein.
• Lenkradbewegungssensor.
• Steuergerät.
• Einige Fahrzeuge sind mit einem Lenkradgeschwindigkeitssensor ausgestattet.

• Wo wurde die Servolenkung erstmals eingesetzt?

Der amerikanische Ingenieur Francis Davis gilt als offiziell anerkannter Entwickler der Servolenkung. Er arbeitete für Pierce-Arrow, ein Unternehmen, das auf die Herstellung von Lastwagen und Feuerwehrfahrzeugen spezialisiert war. Dort baute und testete Davis die Servolenkung vor Ort. 1925 ließ er die erste Servolenkung patentieren und führte sie vor.

Der hydraulische Bremskraftverstärker bewährte sich hervorragend in Militärfahrzeugen. In den Nachkriegsjahren gelang es Davis schließlich, die Servolenkung auch in einen Pkw einzubauen. Zunächst wurde die Servolenkung in Oberklassefahrzeugen verbaut, später auch in normalen Autos. Die Chrysler Corporation brachte 1951 das erste erschwingliche Auto mit Servolenkung auf den Markt.