Zahnstange - Funktionsprinzip und Aufbau

Zahnstange und Ritzel nehmen unter allen Arten von Lenkgetrieben eine besondere Stellung ein, schon allein deshalb, weil sie in Pkw-Konstruktionen am häufigsten vorkommen. Mit einer Reihe von Vorteilen hat die Schiene, wie sie allgemein aufgrund der Verwendung des Hauptteils kurz genannt wird, alle anderen Systeme praktisch verdrängt.

Merkmale der Verwendung von Schienen

Die Schiene selbst ist eine gleitende Stahlstange mit einer gezahnten Kerbe. Von der Seite der Zähne wird ein Antriebszahnrad dagegen gedrückt. Die Lenksäulenwelle ist mit der Ritzelwelle verzahnt. Üblicherweise werden Schrägverzahnungen verwendet, da sie geräuschlos sind und erhebliche Lasten übertragen können.

Wenn das Lenkrad gedreht wird, bewegt der Fahrer in Verbindung mit der Servolenkung die Zahnstange in die gewünschte Richtung. Die Enden der Schiene wirken über die Kugelgelenke auf die Lenkstangen. Im Abschnitt der Stangen sind Gewindekupplungen zur Spureinstellung und Lenkkugelspitzen installiert. Letztendlich wird die Antriebskraft durch den Schwenkarm auf den Achsschenkel, die Nabe und das gelenkte Rad auf jeder Seite übertragen. Die Konfiguration ist so ausgelegt, dass der Gummi in der Aufstandsfläche nicht rutscht und sich jedes Rad entlang eines Bogens mit dem gewünschten Radius bewegt.

Die Zusammensetzung der Zahnstangenlenkung

Ein typischer Mechanismus umfasst:

• ein Gehäuse, in dem sich alle Teile befinden, das mit Ösen zur Befestigung an einem Motorschild oder -rahmen ausgestattet ist;
• Zahnstange;
• Gleitlager vom Hülsentyp, auf denen die Schiene während der Bewegung ruht;
• Eingangswelle, normalerweise in Rollen- (Nadel-) Wälzlagern angeordnet;
• eine Vorrichtung zum Einstellen des Eingriffsspalts zwischen einem federbelasteten Cracker und einer Einstellmutter;
• Spurstangenstiefel.

Manchmal ist der Mechanismus mit einem externen Dämpfer ausgestattet, um einen der Nachteile des Zahnstangenmechanismus zu minimieren - eine übermäßig starke Übertragung von Stößen auf das Lenkrad von Rädern, die auf unebene Räder fallen. Der Dämpfer ist ein horizontal montierter Teleskopstoßdämpfer, ähnlich dem, der in Aufhängungen verbaut wird. An einem Ende ist es mit der Schiene und am anderen Ende mit dem Hilfsrahmen verbunden. Alle Stöße werden durch die Stoßdämpferhydraulik gedämpft.

Die einfachsten Mechanismen, die bei den leichtesten Autos verwendet werden, haben keine Servolenkung. Aber die meisten Schienen haben es in ihrer Zusammensetzung. Der hydraulische Booster-Aktuator ist in das Zahnstangengehäuse integriert, lediglich die Verschraubungen zum Anschluss der Hydraulikleitungen rechts und links des Kolbens kommen heraus.

Der Verteiler in Form eines Steuerschiebers und eines Abschnitts des Torsionsstabs ist in das Gehäuse der Eingangswelle des Zahnstangengetriebes eingebaut. Abhängig von der Größe und Richtung der Kraft, die der Fahrer aufwendet, öffnet sich der Schieber beim Drehen des Torsionsstabs in Richtung der linken oder rechten Hydraulikzylinderanschlüsse, erzeugt dort Druck und hilft dem Fahrer, die Schiene zu bewegen.

Manchmal sind auch Elemente eines elektrischen Verstärkers in den Zahnstangenmechanismus eingebaut, wenn er sich nicht an der Lenksäule befindet. Direkter Schienenantrieb wird bevorzugt. In diesem Fall weist die Zahnstange einen Elektromotor mit einem Getriebe und einem zweiten Antriebszahnrad auf. Es arbeitet parallel zum Hauptrad entlang einer separaten Zahnradkerbe auf der Schiene. Richtung und Größe der Kraft werden von der elektronischen Steuereinheit bestimmt, die ein Signal vom Torsionssensor der Eingangswelle empfängt und einen Leistungsstrom für den Elektromotor erzeugt.

Vor- und Nachteile eines Mechanismus mit einer Schiene

Zu den Vorteilen zählen:

• hochpräzise Lenkung;
• einfache Gewährleistung der Transparenz des Lenkrads, auch wenn es mit einem Verstärker ausgestattet ist;
• die Kompaktheit der Baugruppe und die Einfachheit des Designlayouts im Bereich des Motorschildes;
• geringes Gewicht und relativ niedrige Kosten;
• gute Kompatibilität sowohl mit alternden hydraulischen Verstärkern als auch mit modernen EUR;
• zufriedenstellende Wartbarkeit, Reparatursätze werden hergestellt;
• anspruchslos für Schmierung und häufige Wartung.

Es gibt auch Nachteile:

• Grundsätzlich hohe Transparenz des Lenkrads bei Verwendung auf unebenen Straßen, bei fehlenden Dämpfern und Hochgeschwindigkeitsverstärkern kann der Fahrer verletzt werden;
• Geräusche in Form von Schlägen beim Arbeiten mit vergrößertem Spalt, bei ungleichmäßigem Verschleiß kann der Spalt nicht eingestellt werden.

Die Kombination von Vor- und Nachteilen beim Betrieb des Zahnstangenmechanismus bestimmt seinen Umfang - dies sind Autos, einschließlich Sportwagen, die hauptsächlich auf guten Straßen mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. In diesem Fall schneidet das Rack am besten ab und ist allen anderen Lenkungsschemata in Bezug auf die Verbraucherqualitäten voraus.

Die Wartung des Mechanismus wird manchmal durchgeführt, um den Spalt zu verringern, wenn Schläge auftreten. Leider ist dies aus den oben beschriebenen Gründen der ungleichmäßigen Abnutzung nicht immer möglich. In solchen Fällen wird der Mechanismus als Baugruppe ersetzt, häufig durch eine werkseitig restaurierte. Die Verwendung von Reparatursätzen beseitigt nur Schläge in Lagern und Stützbuchsen, nicht jedoch den Verschleiß des Zahnradpaars. Aber im Allgemeinen ist die Lebensdauer des Mechanismus ziemlich hoch und die Kosten für neue Teile sind durchaus akzeptabel.