Lenkung: Unterschied zwischen den Versionen
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==Technik-Workshop des RT Aachen mit Schwerpunkt Lenkung im R129== | |||
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Text und Fotos: Silvia Böhmer & Frank Risse (CR21/S48) | |||
Am 20. April 2013 wurde auf dem jährlichen Technik-Workshop des RT Aachen von Peter Böhmer wieder einmal die Technik des R129 unter die Lupe genommen. Diesmal waren die Lenkung [siehe Bild 01] und die manuelle Verdeckbetätigung die Hauptthemen, flankiert von anderen praktischen Untersuchungen auf der Hebebühne und vielen hilfreichen Tipps und Hinweisen für den eigenen SL. Der gegenseitige Erfahrungsaustausch und das freundliche Schwätzchen mit den vielen Teilnehmern erfuhr eine natürliche Anreicherung am Grill, an der Salatbar und der Kuchentheke. Insgesamt fanden 35 SL mit Mitgliedern aus den Nachbar-RT Essen, Trier, Wuppertal und Köln den Weg zum Workshop. | |||
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| [[Datei:Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL|Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL]] | |||
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==== Lenkung ==== | |||
Der R129 nutzt eine Kugelumlauflenkung mit hydraulischer Servounterstützung. Die Servopumpe wird über den Keilrippenriemen des Motors angetrieben. Sie fördert die Hydraulikflüssigkeit aus dem zylinderförmigen Reservoir (Metall-Behälter, später Kunststoff) mit hohem Druck durch einen Verbindungsschlauch zum Lenkgetriebe. Von dort fließt sie über eine vor dem Wasserkühler montierte Kühlschlange wieder zurück zum Reservoir. | |||
Im Laufe der Bauzeit der R129 wurden verschiedene Lenkgetriebe verbaut. Auch wurden die Teilenummern des Lenkgetriebes häufig ersetzt. Hier sind unbedingt über die FIN im EPC das entsprechende Lenkgetriebe oder auch Hydraulikteile zu selektieren, da des Öfteren Änderungen in die Serie eingeflossen sind. | |||
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| [[Datei:Bild 02 Lenkung Demo-Tisch.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 02 Lenkung Demo-Tisch|Bild 02 Lenkung Demo-Tisch]] | |||
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Auf dem Technik-Workshop konnte man die Lenkung des R129 im Ganzen und im Detail begutachten. Peter hatte ein zerlegtes und ein komplettes Lenkgetriebe, die Servopumpe sowie alle Teile des Lenkgestänges vorbereitet und übersichtlich aufgebaut [siehe Bild 02]. Anhand der Teile und an „lebenden“ Objekten zeigte er die neuralgischen Punkte der Lenkung, die ggf. Probleme bereiten können. Durch regelmäßiges Überprüfen kann man sie identifizieren und – bei rechtzeitigem Erkennen – beheben, bevor größerer Schaden auftritt. Nachfolgend einige zu beachtende Punkte: | |||
'''1) Spurstangenköpfe:''' <br> | |||
Sie sollten spielfrei und etwas zäh beweglich sein. Die Erklärung am neuen (spielfreien) und defekten (ausgeschlagenen) Modell [siehe Bild 03] zeigte den Unterschied. Wenn die Dichtmanschetten spröde oder bereits gerissen sind, dringt Staub und Nässe ein, was zu erhöhtem Abrieb führt – die Spurstangenköpfe schlagen aus und bekommen Spiel. Dann wird das Fahren gefährlich. | |||
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| [[Datei:Bild 03 Lenkung Spurstangen.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 03 Lenkung Spurstangen|Bild 03 Lenkung Spurstangen]] | |||
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'''2)''' '''Lenkungsdämpfer:''' <br> | |||
Er unterdrückt Zittern und Schläge der Lenkung während der Fahrt. Ein neuer Dämpfer zeigt eine von Anfang bis Ende zähe Bewegung, wogegen ein defektes Modell frei durchgedrückt werden kann und kaum noch Dämpfung aufweist. Oft zeigt sich dann Ölnebel am Dämpfer. Dem Fahrer fällt der Defekt meistens erst spät auf, da der Dämpfer schleichend nachlässt und der Fahrer sich an die nachlassende Wirkung gewöhnt. | |||
'''3)''' '''Lenkzwischenhebel:''' <br> | |||
Die Lagerbuchsen des Lenkzwischenhebels [siehe Bild 04] können ausschlagen, was zu Spiel im Lenkgestänge führt – die Räder werden nicht mehr sauber geführt. | |||
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| [[Datei:Bild 04 Lenkzwischenhebel Glaeserner SL.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 04 Lenkzwischenhebel Glaeserner SL|Bild 04 Lenkzwischenhebel Glaeserner SL]] | |||
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'''4)''' '''Servopumpe:''' <br> | |||
Das Wellenlager der Servopumpe kann ausschlagen, wenn der Keilrippenriemen zu stramm gespannt ist. In der Servopumpe läuft ein Förderrad mit beweglichen Teilen (z. B. Flügelzellenpumpe), die normalerweise von der Hydraulikflüssigkeit geschmiert werden. Sollte keine Flüssigkeit mehr da sein, gehen die beweglichen Pumpenteile schnell kaputt. Da bei fehlender Hydraulikflüssigkeit auch die Lenkunterstützung fehlt, fällt das normalerweise auch dem Fahrer auf ;-). | |||
Als Beispiel wurden am „lebenden“ R129 die alte und die neue Hydraulikflüssigkeit sowie der zugehörige Filter gezeigt. Der Wechsel [siehe Bild 05] geht schnell und unkompliziert von der Hand – da wollten gleich alle Workshop-Teilnehmer einen Wechseltermin für ihren SL haben :-). | |||
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| [[Datei:Bild 05 Lenkung Servopumpe HF-Wechsel.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 05 Lenkung Servopumpe HF-Wechsel|Bild 05 Lenkung Servopumpe HF-Wechsel]] | |||
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Achtung: Der Austausch der Hydraulikflüssigkeit der Lenkung ist im Wartungsplan des R129 nicht vorgesehen. Hydraulikflüssigkeiten unterliegen jedoch dem Verschleiß durch Aufnahme von Feuchtigkeit/Wasser, Abrieb, Oxidation, Alterungsprozesse usw. | |||
Ein Austausch – besser Spülvorgang – ist für unsere in die Jahre gekommenen R129 sehr empfehlenswert (Hydrauliköl A000 989 88 03, ca. 15 Euro/L + MwSt.). Auch lässt sich ein Filterwechsel für Fahrzeuge mit Metall-Vorratsbehälter durchführen (Teile-Nr. A000 466 21 04, ca. 11 Euro + MwSt.). Dieser Filter entfällt bei Fahrzeugen mit Kunststoff-Vorratsbehälter. | |||
'''5)''' '''Dichtungen der Anschlüsse:''' <br> | |||
Die Druckschläuche und die Dichtheit der Anschlüsse sollten regelmäßig geprüft werden. Ansonsten kann es zum Verlust der Hydraulikflüssigkeit kommen, was zum Ausfall der Lenkhilfe und dem Defekt von Servopumpe und Lenkgetriebe führen kann. | |||
'''6)''' '''Lenkgetriebe undicht:''' <br> | |||
Mit der Zeit verhärten die Lagerdichtungen der beiden Wellen (Lenkspindel, Lenkstock), was zu geringem Austritt von Hydraulikflüssigkeit führt. | |||
Wenn der Sitz des Lagers oder Dichtungsrings bereits eingelaufen ist, wird der Reparatursatz jedoch nur kurzfristig helfen. Langfristig muss dann doch ein neues Lenkgetriebe her… | |||
'''7)''' '''Lenkgetriebe ausgeschlagen:''' <br> | |||
Durch Abrieb entstehen Partikel, die wie Schmirgel wirken und den Abrieb immer weiter beschleunigen, bis das Lenkgetriebe und die Servopumpe schließlich ausfallen [siehe Bild 06]. Mehrere sehr eng tolerierte Passungen sind im Lenkgetriebe vorhanden, die meist im Mikrometerbereich liegen (1 Mikrometer = 1 Tausendstel Millimeter), etwa zwischen der Lenkschnecke, den umlaufenden Kugeln und dem Steuerkolben, zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäuse sowie an der Verzahnung zwischen Steuerkolben und Lenkstock. Das bedeutet aber auch, dass bereits wenige Mikrometer Abrieb ausreichen, um die Lenkung unbrauchbar zu machen (z. B. zwischen Steuerkolben und Gehäuse [siehe rote Markierung in Bild 07]). | |||
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| [[Datei:Bild 06 Lenkgetriebe Teile zerlegt.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 06 Lenkgetriebe Teile zerlegt|Bild 06 Lenkgetriebe Teile zerlegt]] | |||
|| [[Datei:Bild 07 Lenkgetriebe Abrieb markiert.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 07 Lenkgetriebe Abrieb markiert|Bild 07 Lenkgetriebe Abrieb markiert]] | |||
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Vorsicht ist geboten bei fragwürdigen, oft sehr preiswerten „generalüberholten“ Austausch-Lenkgetrieben. MB ruft für eine Austausch-Lenkung ca. 1400 Euro + MwSt. auf. | |||
Mögliche vorbeugende Maßnahmen: Die Hydraulikflüssigkeit der Lenkung mitsamt Filter alle 60.000 km wechseln (siehe Punkt 4 Servopumpe). Durch Flüssigkeits- und Filterwechsel reduziert sich der weitere Verschleiß und verlängert das Leben der Lenkung. | |||
==== Fazit ==== | |||
Auch dieser Technik-Workshop des RT Aachen war wieder informativ und lehrreich. Es gibt eben nichts Besseres, als mit eigenen Augen zu sehen (und mit eigenen Fingern zu fühlen), wie u. a. die Lenkung des eigenen R129 im Detail aussieht, was man selbst machen kann und wo vorbeugende Maßnahmen angebracht sind. Alleine die Erkenntnis, wie man vorhandenes Spiel und defekte Teile identifizieren kann, ist ein Sicherheitsgewinn. | |||
Neben dem Wissen hat auch das Eigengewicht der Teilnehmer zugenommen [siehe Bild 12]: Alle Teilnehmer haben Salate und/oder Kuchen mitgebracht und Peter & Silvia Böhmer das gesamte Grillgut sowie Kaffee und Getränke beigesteuert. Gott sei Dank hat der R129 eine recht hohe Zuladungsgrenze… :-) | |||
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[[Datei:Bild 12 Grillbetreuung.jpg|150px|mini|ohne|alternativtext=Bild 12 Grillbetreuung|Bild 12 Grillbetreuung]] | |||
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==Technik und Funktion der Lenkung== | |||
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Text und Fotos: Frank Risse (CR21/S52) | |||
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von | Der R129 verwendet eine Kugelumlauflenkung [siehe Bild 01] mit hydraulischer Servounterstützung. Das ist zum Erscheinungszeitpunkt des R129 eines der besten existierenden Lenksysteme. Es war jedoch ein langer Weg, bis wir so entspannt die Richtung im Luxus-Roadster vorgeben konnten. | ||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL|Lenkungsgrundlagen - Bild 01 Lenkgetriebe Glaeserner SL]] | |||
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==== Grundlagen zur Lenkung ==== | |||
Als die ersten Gefährte vor mehreren Tausend Jahren das Rollen lernten, hing zunächst ein Pferd, Ochse oder sonstiges Zugtier davor, welches das üblicherweise einachsige Gefährt in die richtige Richtung zog. Mehr Last konnte jedoch nur mit mehr Achsen transportiert werden. Sobald nun ein mehrachsiges Gefährt um eine Kurve fahren soll, muss zumindest eine Achse – z. B. die Vorderachse – lenkbar sein. Seitdem sind viele Arten der Lenkung erfunden und wieder verworfen worden. Zu den überlebenden gehören u. a.: <br> | |||
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• Gabellenkung (z. B. Fahrrad, Motorrad, Benz-Patentmotorwagen) [siehe Bild 02]: | |||
Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt, wogegen die vordere Radachse in einer gabelförmigen Halterung steckt, die um die Hochachse gedreht werden kann und dadurch das einzelne Vorderrad in die gewünschte Richtung schwenkt. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 02 Benz Gabellenkung.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 02 Benz Gabellenkung|Lenkungsgrundlagen - Bild 02 Benz Gabellenkung]] | |||
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• Drehschemel (auch Drehgestell oder Schwenkachse, z. B. Kutsche oder zweiachsiger Anhänger am LKW oder Traktor) [siehe Bild 03]: | |||
Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt, wogegen die vordere Radachse unter einem Drehgestell montiert ist. Dieses kann sich um die Hochachse drehen und dadurch die Vorderachse mitsamt Rädern schwenken. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 03 Skizze Drehschemellenkung.png|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 03 Skizze Drehschemellenkung|Lenkungsgrundlagen - Bild 03 Skizze Drehschemellenkung]] | |||
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• Knicklenkung (z. B. Baumaschine, Radlader) [siehe Bild 04]: | |||
Beide Radachsen (vorne und hinten) sind starr am Fahrzeug befestigt, das jedoch aus zwei Teilen besteht. Das Vorderteil ist mit dem Hinterteil über eine Hochachse verbunden, die eine Knickbewegung zwischen beiden Teilen erlaubt. Vorteil ist die minimale Anzahl beweglicher Elemente an der Achse, was eine hohe Radlast gerade auf der Vorderachse ermöglicht (z. B. Radlader). | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 04 Skizze Knicklenkung.png|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 04 Skizze Knicklenkung|Lenkungsgrundlagen - Bild 04 Skizze Knicklenkung]] | |||
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• Panzerlenkung (z. B. Panzer, Bagger): | |||
Beide Radachsen (vorne und hinten sowie ggf. weitere Achsen dazwischen) sind starr am Fahrzeug befestigt. Zum Lenken wird einfach eine Seite abgebremst, wodurch das ganze Fahrzeug zur gebremsten Seite schwenkt. Auf der Straße ist das Verfahren für Kette und Straße ziemlich materialmordend, auf weichem Grund (z. B. Sand, Wiese) stört dies aber nicht, im Gegenteil: Gerade auf weichem Grund hat die flache, lang und breit aufliegende Kette unerreichte Vorteile bei Traktion und Durchkommen. <br> | |||
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• Achsschenkel (fast alle modernen Autos, z. B. R129 :-)) [siehe Bild 05]: | |||
Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt. Vorne ist jedes Rad an einer eigenen Radachse montiert, die um eine Hochachse dicht am Rad schwenken kann – dem Achsschenkel. Vorteil ist u. a. der geringe benötigte Bauraum für die Schwenkbewegung der Räder, was auch der Hauptgrund für die überwiegende Verwendung im modernen Fahrzeugbau ist. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 05 Skizze Achsschenkellenkung.png|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 05 Skizze Achsschenkellenkung|Lenkungsgrundlagen - Bild 05 Skizze Achsschenkellenkung]] | |||
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Die Achsschenkellenkung wurde 1816 in München erfunden und in England patentiert, in gegenseitiger Unkenntnis aber 1875 in Frankreich und 1891 in Deutschland (Carl Benz) neu erfunden. | |||
Mit der Erfindung des Autos wurde die Lenkung noch wichtiger, weil nun der Wagenlenker selbst die Räder hin und her drehen muss, um eine Richtungsänderung zu erzielen. Wir kennen das im R129 als Lenkrad, an dem wir drehen. Dort [siehe Bilder 06 und 07] wird die Drehbewegung über die Lenkwelle (auch Lenkspindel) [07A] auf das Lenkgetriebe [07B] übertragen, welches die Dreh- in eine Schwenkbewegung des Lenkstockhebels [07C] umsetzt. Er ist über die Lenkstange [07D] mit dem auf der anderen Fahrzeugseite gelagerten Lenkzwischenhebel [07E] verbunden. Außen an Lenkstockhebel und Lenkzwischenhebel sind die Spurstangen [07F] befestigt. Sie betätigen die Lenkspurhebel, die den Achsschenkel schwenken lassen, so dass die Vorderräder sich nach links und rechts drehen und dem vom Lenker vorgesehenen Weg folgen. Von der Straße auf die Lenkung zurückwirkende Stöße reduziert der Lenkungsdämpfer [07G] zwischen Lenkstange und Fahrgestell. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 06 Skizze Achsschenkel mit Lenkstockhebel.png|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 06 Skizze Achsschenkel mit Lenkstockhebel|Lenkungsgrundlagen - Bild 06 Skizze Achsschenkel mit Lenkstockhebel]] | |||
|| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 07 Lenkung Glaeserner SL .jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 07 Lenkung Glaeserner SL |Lenkungsgrundlagen - Bild 07 Lenkung Glaeserner SL ]] | |||
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Da die Lenkung einen wesentlichen Sicherheitsaspekt der Fahrzeugsteuerung darstellt, hat der Gesetzgeber ihr einen eigenen Abschnitt in der Straßenverkehrszulassungsordnung gewidmet (StVZO §38 Lenkeinrichtung; Achtung: keine exakte Wiedergabe des Originaltextes): | |||
(1) Die Lenkeinrichtung muss leichtes und sicheres Lenken des Fahrzeugs gewährleisten; sie ist wenn nötig mit einer Lenkhilfe zu versehen. Bei Versagen der Lenkhilfe muss die Lenkbarkeit des Fahrzeugs erhalten bleiben. | |||
(2) … | |||
Der Zusatz bzgl. Versagen der Lenkhilfe erzwingt eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern – zumindest in Deutschland. Eine rein elektrisch betriebene Lenkung (engl. steer-by-wire) ohne mechanische Verbindung ist also derzeit in Deutschland nicht zulässig. | |||
==== Lenkgetriebe ==== | |||
Dem Lenkgetriebe als Teil der Lenkung kommt eine wichtige Rolle zu: Je schwerer das Fahrzeug wird, desto mehr Kraft erfordert das Schwenken der Achsschenkel. Bei gleichbleibendem Krafteinsatz am Lenkrad muss also die Untersetzung im Lenkgetriebe erhöht werden. Zwei Arten von Lenkgetrieben werden vorwiegend eingesetzt: | |||
• Zahnstangenlenkung: Ein auf der Lenkwelle montiertes kleines Zahnrad greift in eine auf der Lenkstange montierte Zahnstange. Vorteil ist die einfache Bauweise und das geringe Gewicht. | |||
• Kugelumlauflenkung: Ein auf der Lenkwelle montiertes Schneckengewinde (Lenkschnecke) [siehe Bild 08] mit Kugelumlauflagerung bewegt einen Steuerkolben hin und her [siehe Bild 09]. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 08 TechnikWS Lenkschnecke.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 08 TechnikWS Lenkschnecke|Lenkungsgrundlagen - Bild 08 TechnikWS Lenkschnecke]] | |||
|| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 09 TechnikWS Steuerkolben und Verzahnung.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 09 TechnikWS Steuerkolben und Verzahnung|Lenkungsgrundlagen - Bild 09 TechnikWS Steuerkolben und Verzahnung]] | |||
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Der Steuerkolben hat eine seitlich eingearbeitete Verzahnung [siehe Bild 10], die ein Zahnrad dreht, welches am Lenkstock [siehe Bild 11] montiert ist, dessen anderes Ende den Lenkstockhebel trägt, der das Lenkgestänge bewegt. Vorteil ist die hohe Untersetzung in der Lenkschnecke, die auch schwere Fahrzeuge mit moderaten Lenkkräften bedienbar macht. | |||
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| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 10 TechnikWS Lenkstockverzahnung.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 10 TechnikWS Lenkstockverzahnung|Lenkungsgrundlagen - Bild 10 TechnikWS Lenkstockverzahnung]] | |||
|| [[Datei:Lenkungsgrundlagen - Bild 11 TechnikWS Lenkstock.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=Lenkungsgrundlagen - Bild 11 TechnikWS Lenkstock|Lenkungsgrundlagen - Bild 11 TechnikWS Lenkstock]] | |||
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Im Prinzip könnte die Lenkschnecke direkt das am Lenkstockhebel montierte Zahnrad antreiben, allerdings sind die Reibkräfte in der Lenkschnecke so hoch, dass die Lenkung keinerlei Rückmeldung von der Straße mehr liefern würde. Daher hat man bereits sehr früh ein aus der Werkzeugtechnik bekanntes Verfahren eingesetzt: Die Lenkschnecke bewegt einen Steuerkolben, wobei in dem Gewindegang zwischen Lenkschnecke und Steuerkolben kleine Kügelchen laufen und die sonst vorhandene hohe Reibung sehr stark reduzieren. Die bei Drehung der Lenkschnecke auf einer Steuerkolbenseite herausfallenden Kügelchen laufen über ein kurzes Röhrchen zur anderen Steuerkolbenseite und werden dort wieder eingespeist. Daher der Name Kugelumlauflenkung. | |||
In den Anfangszeiten des Fahrzeugbaus wurde meistens eine Zahnstangenlenkung eingesetzt. Mit steigendem Gewicht der Fahrzeuge wurde das Lenken per Zahnstange jedoch immer schwerer, so dass in LKW schon recht früh, bei PKW erst später, die Kugelumlauflenkung zum Einsatz kam. 1953 stellte Daimler-Benz die Baureihe 180 mit Kugelumlauflenkung vor, deren angenehm niedrige Lenkkräfte sich schnell herumsprachen. Danach entwickelte DB diese Lenkung immer weiter und baute sie in fast alle kommenden PKW ein – auch unser R129 hat sie. Erst seit dem 21. Jahrhundert hat DB einige Typen wieder auf Zahnstangenlenkung umgestellt, allerdings profitieren sie von einer anderen Erfindung: der Servolenkung. | |||
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==== Servolenkung ==== | |||
Die zunehmend schwerer werdenden PKW und LKW erforderten immer höhere Untersetzungen im Lenkgetriebe, was zu immer mehr notwendigen Lenkradumdrehungen führte. Für den Lenker ist das unpraktisch und führte zur Erfindung der fahrzeugseitigen Lenkhilfe, die dem Lenker bei weniger Lenkbewegung die meiste Arbeit abnimmt. | |||
Obwohl schon 1926 in der US-Firma Pierce Arrow erfunden, wurde die Lenkhilfe erst 1951 in einem PKW angeboten (Chrysler). Die Untersetzung im Lenkgetriebe wurde nun wieder kleiner ausgelegt, um mit wenigen Lenkraddrehungen auszukommen. Den notwendigen höheren Kraftaufwand kompensierte jetzt die Lenkhilfe – die Servolenkung (lat. servus: Diener, Sklave; engl. Power Steering). | |||
Die Servolenkung kann hydraulisch oder elektrisch arbeiten, es gibt aber auch Mischformen sowie weitere Varianten. | |||
• Hydraulische Servolenkung: Eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Servopumpe (auch Lenkhelfpumpe) erzeugt Druck in der Hydraulikflüssigkeit, die rechts und links am Steuerkolben vorbei durch das Lenkgetriebe und wieder zurück zur Servopumpe fließt. In Mittelstellung des Lenkrads ist der Druck am niedrigsten, beim Einlenken wird jedoch ein kleiner Schieber betätigt, der den Druck auf den Steuerkolben verändert. Die Hydraulikflüssigkeit drückt nun den Steuerkolben in die gewünschte Richtung und reduziert damit die vom Lenker aufzubringenden Lenkkräfte. Bei linkem oder rechtem Lenkanschlag (oder auch bei Lenkblockade der Räder) kann sich der Steuerkolben nicht mehr weiter bewegen und steht dauernd unter hydraulischem Druck. Ein Bypass-Ventil entlastet dann das ganze unter Druck stehende System (immerhin max. 110 bar) und schützt es vor Überlast – die Lenkung „grunzt“. | |||
• Elektrohydraulische Servolenkung: Die Grundfunktion entspricht der hydraulischen Variante, allerdings treibt ein Elektromotor die Servopumpe an. Vorteil ist der geringere Kraftstoffverbrauch, da die Pumpe nur mitläuft, wenn die Lenkung betätigt wird (also z. B. nicht bei Geradeausfahrt). | |||
• Elektromechanische Servolenkung: Ein Sensor an der Lenkwelle erkennt die Drehbewegung und steuert einen Elektromotor, der direkt auf die Lenkung wirkt. Vorteil ist der einfachere Aufbau ohne jede Hydraulik. | |||
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==== Lenkung im R129 ==== | |||
Der R129 verwendet eine Kugelumlauflenkung mit hydraulischer Servounterstützung. Der Motor treibt über den Keilrippenriemen die Servopumpe an, welche die Hydraulikflüssigkeit aus dem zylinderförmigen Reservoir mit hohem Druck durch einen Verbindungsschlauch zum Lenkgetriebe fördert. Von dort fließt sie über eine vor dem Wasserkühler montierte Kühlschlange wieder zurück zum Reservoir. | |||
Im Laufe der Bauzeit der R129 wurden verschiedene Modifikationen vorgenommen, etwa geänderte Spurköpfe, modifizierte Spur- und Lenkstangen, andere Reservoirbehälter, reduzierter Lenkeinschlag von 3 auf 2½ Umdrehungen des Lenkrades z. B. bei Einsatz größerer Räder usw.. | |||
Das Lenkgetriebe im R129 gilt als recht langlebig. Allerdings entsteht bei höheren Kilometerständen unausweichlich Spiel, das im Laufe der Zeit langsam größer wird. Vorbeugende Maßnahmen können diesen Verschleiß jedoch deutlich hinauszögern - siehe [[Lenkung#Technik-Workshop des RT Aachen mit Schwerpunkt Lenkung im R129|Technik-Workshop des RT Aachen mit Schwerpunkt Lenkung im R129]]. Mit etwas Zuwendung steht einem wirklich langen Leben der Lenkung in unseren schönen Roadstern nichts im Wege. | |||
Apropos Zuwendung: „Man kann ein Auto nicht wie ein menschliches Wesen behandeln – ein Auto braucht Liebe.“ (Walter Röhrl) | |||
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==Der Lenkwinkelsensor - integriert im Lenkrad== | |||
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Text: Helmut Kisch † & Karl Kübler Abbildungen: Daimler AG (CR20/S22) | |||
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Der auf optischer Basis arbeitende Lenkwinkelsensor (N49) hat die Aufgabe, einen vom Fahrer | Der auf optischer Basis arbeitende Lenkwinkelsensor (N49) hat die Aufgabe, einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel zu erfassen und an die angeschlossenen Systeme weiterzuleiten. | ||
==== Aufbau ==== | ==== Aufbau ==== | ||
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| [[Datei:01 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=01 Lenkwinkelsensor| | | [[Datei:01 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=01 Lenkwinkelsensor|Lenkwinkelsensor (N49) und Kontaktspirale (A45)]] | ||
|| [[Datei:02 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=02 Lenkwinkelsensor| | || [[Datei:02 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=02 Lenkwinkelsensor|Anschlüsse ]] | ||
|| [[Datei:03 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=03 Lenkwinkelsensor| | || [[Datei:03 Lenkwinkelsensor.jpg|150px|mini|zentriert|alternativtext=03 Lenkwinkelsensor|Anordung (b) 8 Blenden (a) 9 Leuchtdioden an N49 und A45]] | ||
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==== Funktion ==== | ==== Funktion ==== | ||
In der Mittelstellung des Lenkrades nehmen die 8 Blenden (b) eine definierte Stallung zu den 9 Leuchtdioden (a) ein. Diese Mittelstellung wird vom Rechner im Lenkwinkelsensor erfasst. Beim Einschlagen des Lenkrades verändert sich die Stellung der Blenden zu den Leuchtdioden (hell/dunkel). Durch verschiedene Abstände und Längen der Blenden ergibt sich ein ganz bestimmtes Signalbild zur Berechnung der jeweiligen Lenkradstellung. Mit Hilfe der Signalbilder werden Winkelwerte berechnet und in serielle Informationen für die angeschlossenen Steuergeräte umgewandelt. Die Signalerfassung durch Leuchtdioden und Lichtschranken wird auf 2,5° Veränderung erfasst und auf +/- 720° Lenkwinkel (4 Lenkradumdrehungen) ausgelegt. Damit der Lenkwinkel auch nach „Zündung aus“ erfasst wird, erfolgt eine Spannungsversorgung über die Klemme 30 (Dauerstrom, Batterie-Plus). | In der Mittelstellung des Lenkrades nehmen die 8 Blenden (b) eine definierte Stallung zu den 9 Leuchtdioden (a) ein. Diese Mittelstellung wird vom Rechner im Lenkwinkelsensor erfasst. Beim Einschlagen des Lenkrades verändert sich die Stellung der Blenden zu den Leuchtdioden (hell/dunkel). Durch verschiedene Abstände und Längen der Blenden ergibt sich ein ganz bestimmtes Signalbild zur Berechnung der jeweiligen Lenkradstellung. Mit Hilfe der Signalbilder werden Winkelwerte berechnet und in serielle Informationen für die angeschlossenen Steuergeräte umgewandelt. Die Signalerfassung durch Leuchtdioden und Lichtschranken wird auf 2,5° Veränderung erfasst und auf +/- 720° Lenkwinkel (4 Lenkradumdrehungen) ausgelegt. Damit der Lenkwinkel auch nach „Zündung aus“ erfasst wird, erfolgt eine Spannungsversorgung über die Klemme 30 (Dauerstrom, Batterie-Plus). | ||
Nach einer Spannungsunterbrechung, z.B. bei Ausbau der Batterie, muss der Lenkwinkelsensor neu initialisiert werden („Lernfunktion“). Dieses wird notwendig beim Adaptiven Dämpfungssystem (ADS). Dabei muss man das Lenkrad von Anschlag zu Anschlag drehen. Beim Electronic Stability Program (ESP) genügt ein Überschreiten der Geschwindigkeit von 20km/h. | Nach einer Spannungsunterbrechung, z. B. bei Ausbau der Batterie, muss der Lenkwinkelsensor neu initialisiert werden („Lernfunktion“). Dieses wird notwendig beim Adaptiven Dämpfungssystem (ADS). Dabei muss man das Lenkrad von Anschlag zu Anschlag drehen. Beim Electronic Stability Program (ESP) genügt ein Überschreiten der Geschwindigkeit von 20km/h. | ||
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Aktuelle Version vom 18. Mai 2024, 17:05 Uhr
Technik-Workshop des RT Aachen mit Schwerpunkt Lenkung im R129
Text und Fotos: Silvia Böhmer & Frank Risse (CR21/S48)
Am 20. April 2013 wurde auf dem jährlichen Technik-Workshop des RT Aachen von Peter Böhmer wieder einmal die Technik des R129 unter die Lupe genommen. Diesmal waren die Lenkung [siehe Bild 01] und die manuelle Verdeckbetätigung die Hauptthemen, flankiert von anderen praktischen Untersuchungen auf der Hebebühne und vielen hilfreichen Tipps und Hinweisen für den eigenen SL. Der gegenseitige Erfahrungsaustausch und das freundliche Schwätzchen mit den vielen Teilnehmern erfuhr eine natürliche Anreicherung am Grill, an der Salatbar und der Kuchentheke. Insgesamt fanden 35 SL mit Mitgliedern aus den Nachbar-RT Essen, Trier, Wuppertal und Köln den Weg zum Workshop.
Lenkung
Der R129 nutzt eine Kugelumlauflenkung mit hydraulischer Servounterstützung. Die Servopumpe wird über den Keilrippenriemen des Motors angetrieben. Sie fördert die Hydraulikflüssigkeit aus dem zylinderförmigen Reservoir (Metall-Behälter, später Kunststoff) mit hohem Druck durch einen Verbindungsschlauch zum Lenkgetriebe. Von dort fließt sie über eine vor dem Wasserkühler montierte Kühlschlange wieder zurück zum Reservoir.
Im Laufe der Bauzeit der R129 wurden verschiedene Lenkgetriebe verbaut. Auch wurden die Teilenummern des Lenkgetriebes häufig ersetzt. Hier sind unbedingt über die FIN im EPC das entsprechende Lenkgetriebe oder auch Hydraulikteile zu selektieren, da des Öfteren Änderungen in die Serie eingeflossen sind.
Auf dem Technik-Workshop konnte man die Lenkung des R129 im Ganzen und im Detail begutachten. Peter hatte ein zerlegtes und ein komplettes Lenkgetriebe, die Servopumpe sowie alle Teile des Lenkgestänges vorbereitet und übersichtlich aufgebaut [siehe Bild 02]. Anhand der Teile und an „lebenden“ Objekten zeigte er die neuralgischen Punkte der Lenkung, die ggf. Probleme bereiten können. Durch regelmäßiges Überprüfen kann man sie identifizieren und – bei rechtzeitigem Erkennen – beheben, bevor größerer Schaden auftritt. Nachfolgend einige zu beachtende Punkte:
1) Spurstangenköpfe:
Sie sollten spielfrei und etwas zäh beweglich sein. Die Erklärung am neuen (spielfreien) und defekten (ausgeschlagenen) Modell [siehe Bild 03] zeigte den Unterschied. Wenn die Dichtmanschetten spröde oder bereits gerissen sind, dringt Staub und Nässe ein, was zu erhöhtem Abrieb führt – die Spurstangenköpfe schlagen aus und bekommen Spiel. Dann wird das Fahren gefährlich.
2) Lenkungsdämpfer:
Er unterdrückt Zittern und Schläge der Lenkung während der Fahrt. Ein neuer Dämpfer zeigt eine von Anfang bis Ende zähe Bewegung, wogegen ein defektes Modell frei durchgedrückt werden kann und kaum noch Dämpfung aufweist. Oft zeigt sich dann Ölnebel am Dämpfer. Dem Fahrer fällt der Defekt meistens erst spät auf, da der Dämpfer schleichend nachlässt und der Fahrer sich an die nachlassende Wirkung gewöhnt.
3) Lenkzwischenhebel:
Die Lagerbuchsen des Lenkzwischenhebels [siehe Bild 04] können ausschlagen, was zu Spiel im Lenkgestänge führt – die Räder werden nicht mehr sauber geführt.
4) Servopumpe:
Das Wellenlager der Servopumpe kann ausschlagen, wenn der Keilrippenriemen zu stramm gespannt ist. In der Servopumpe läuft ein Förderrad mit beweglichen Teilen (z. B. Flügelzellenpumpe), die normalerweise von der Hydraulikflüssigkeit geschmiert werden. Sollte keine Flüssigkeit mehr da sein, gehen die beweglichen Pumpenteile schnell kaputt. Da bei fehlender Hydraulikflüssigkeit auch die Lenkunterstützung fehlt, fällt das normalerweise auch dem Fahrer auf ;-). Als Beispiel wurden am „lebenden“ R129 die alte und die neue Hydraulikflüssigkeit sowie der zugehörige Filter gezeigt. Der Wechsel [siehe Bild 05] geht schnell und unkompliziert von der Hand – da wollten gleich alle Workshop-Teilnehmer einen Wechseltermin für ihren SL haben :-).
Achtung: Der Austausch der Hydraulikflüssigkeit der Lenkung ist im Wartungsplan des R129 nicht vorgesehen. Hydraulikflüssigkeiten unterliegen jedoch dem Verschleiß durch Aufnahme von Feuchtigkeit/Wasser, Abrieb, Oxidation, Alterungsprozesse usw. Ein Austausch – besser Spülvorgang – ist für unsere in die Jahre gekommenen R129 sehr empfehlenswert (Hydrauliköl A000 989 88 03, ca. 15 Euro/L + MwSt.). Auch lässt sich ein Filterwechsel für Fahrzeuge mit Metall-Vorratsbehälter durchführen (Teile-Nr. A000 466 21 04, ca. 11 Euro + MwSt.). Dieser Filter entfällt bei Fahrzeugen mit Kunststoff-Vorratsbehälter.
5) Dichtungen der Anschlüsse:
Die Druckschläuche und die Dichtheit der Anschlüsse sollten regelmäßig geprüft werden. Ansonsten kann es zum Verlust der Hydraulikflüssigkeit kommen, was zum Ausfall der Lenkhilfe und dem Defekt von Servopumpe und Lenkgetriebe führen kann.
6) Lenkgetriebe undicht:
Mit der Zeit verhärten die Lagerdichtungen der beiden Wellen (Lenkspindel, Lenkstock), was zu geringem Austritt von Hydraulikflüssigkeit führt. Wenn der Sitz des Lagers oder Dichtungsrings bereits eingelaufen ist, wird der Reparatursatz jedoch nur kurzfristig helfen. Langfristig muss dann doch ein neues Lenkgetriebe her…
7) Lenkgetriebe ausgeschlagen:
Durch Abrieb entstehen Partikel, die wie Schmirgel wirken und den Abrieb immer weiter beschleunigen, bis das Lenkgetriebe und die Servopumpe schließlich ausfallen [siehe Bild 06]. Mehrere sehr eng tolerierte Passungen sind im Lenkgetriebe vorhanden, die meist im Mikrometerbereich liegen (1 Mikrometer = 1 Tausendstel Millimeter), etwa zwischen der Lenkschnecke, den umlaufenden Kugeln und dem Steuerkolben, zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäuse sowie an der Verzahnung zwischen Steuerkolben und Lenkstock. Das bedeutet aber auch, dass bereits wenige Mikrometer Abrieb ausreichen, um die Lenkung unbrauchbar zu machen (z. B. zwischen Steuerkolben und Gehäuse [siehe rote Markierung in Bild 07]).
Vorsicht ist geboten bei fragwürdigen, oft sehr preiswerten „generalüberholten“ Austausch-Lenkgetrieben. MB ruft für eine Austausch-Lenkung ca. 1400 Euro + MwSt. auf.
Mögliche vorbeugende Maßnahmen: Die Hydraulikflüssigkeit der Lenkung mitsamt Filter alle 60.000 km wechseln (siehe Punkt 4 Servopumpe). Durch Flüssigkeits- und Filterwechsel reduziert sich der weitere Verschleiß und verlängert das Leben der Lenkung.
Fazit
Auch dieser Technik-Workshop des RT Aachen war wieder informativ und lehrreich. Es gibt eben nichts Besseres, als mit eigenen Augen zu sehen (und mit eigenen Fingern zu fühlen), wie u. a. die Lenkung des eigenen R129 im Detail aussieht, was man selbst machen kann und wo vorbeugende Maßnahmen angebracht sind. Alleine die Erkenntnis, wie man vorhandenes Spiel und defekte Teile identifizieren kann, ist ein Sicherheitsgewinn. Neben dem Wissen hat auch das Eigengewicht der Teilnehmer zugenommen [siehe Bild 12]: Alle Teilnehmer haben Salate und/oder Kuchen mitgebracht und Peter & Silvia Böhmer das gesamte Grillgut sowie Kaffee und Getränke beigesteuert. Gott sei Dank hat der R129 eine recht hohe Zuladungsgrenze… :-)
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Technik und Funktion der Lenkung
Text und Fotos: Frank Risse (CR21/S52)
Der R129 verwendet eine Kugelumlauflenkung [siehe Bild 01] mit hydraulischer Servounterstützung. Das ist zum Erscheinungszeitpunkt des R129 eines der besten existierenden Lenksysteme. Es war jedoch ein langer Weg, bis wir so entspannt die Richtung im Luxus-Roadster vorgeben konnten.
Grundlagen zur Lenkung
Als die ersten Gefährte vor mehreren Tausend Jahren das Rollen lernten, hing zunächst ein Pferd, Ochse oder sonstiges Zugtier davor, welches das üblicherweise einachsige Gefährt in die richtige Richtung zog. Mehr Last konnte jedoch nur mit mehr Achsen transportiert werden. Sobald nun ein mehrachsiges Gefährt um eine Kurve fahren soll, muss zumindest eine Achse – z. B. die Vorderachse – lenkbar sein. Seitdem sind viele Arten der Lenkung erfunden und wieder verworfen worden. Zu den überlebenden gehören u. a.:
• Gabellenkung (z. B. Fahrrad, Motorrad, Benz-Patentmotorwagen) [siehe Bild 02]: Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt, wogegen die vordere Radachse in einer gabelförmigen Halterung steckt, die um die Hochachse gedreht werden kann und dadurch das einzelne Vorderrad in die gewünschte Richtung schwenkt.
• Drehschemel (auch Drehgestell oder Schwenkachse, z. B. Kutsche oder zweiachsiger Anhänger am LKW oder Traktor) [siehe Bild 03]: Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt, wogegen die vordere Radachse unter einem Drehgestell montiert ist. Dieses kann sich um die Hochachse drehen und dadurch die Vorderachse mitsamt Rädern schwenken.
• Knicklenkung (z. B. Baumaschine, Radlader) [siehe Bild 04]: Beide Radachsen (vorne und hinten) sind starr am Fahrzeug befestigt, das jedoch aus zwei Teilen besteht. Das Vorderteil ist mit dem Hinterteil über eine Hochachse verbunden, die eine Knickbewegung zwischen beiden Teilen erlaubt. Vorteil ist die minimale Anzahl beweglicher Elemente an der Achse, was eine hohe Radlast gerade auf der Vorderachse ermöglicht (z. B. Radlader).
• Panzerlenkung (z. B. Panzer, Bagger):
Beide Radachsen (vorne und hinten sowie ggf. weitere Achsen dazwischen) sind starr am Fahrzeug befestigt. Zum Lenken wird einfach eine Seite abgebremst, wodurch das ganze Fahrzeug zur gebremsten Seite schwenkt. Auf der Straße ist das Verfahren für Kette und Straße ziemlich materialmordend, auf weichem Grund (z. B. Sand, Wiese) stört dies aber nicht, im Gegenteil: Gerade auf weichem Grund hat die flache, lang und breit aufliegende Kette unerreichte Vorteile bei Traktion und Durchkommen.
• Achsschenkel (fast alle modernen Autos, z. B. R129 :-)) [siehe Bild 05]: Die hintere Radachse ist starr am Fahrzeug befestigt. Vorne ist jedes Rad an einer eigenen Radachse montiert, die um eine Hochachse dicht am Rad schwenken kann – dem Achsschenkel. Vorteil ist u. a. der geringe benötigte Bauraum für die Schwenkbewegung der Räder, was auch der Hauptgrund für die überwiegende Verwendung im modernen Fahrzeugbau ist.
Die Achsschenkellenkung wurde 1816 in München erfunden und in England patentiert, in gegenseitiger Unkenntnis aber 1875 in Frankreich und 1891 in Deutschland (Carl Benz) neu erfunden.
Mit der Erfindung des Autos wurde die Lenkung noch wichtiger, weil nun der Wagenlenker selbst die Räder hin und her drehen muss, um eine Richtungsänderung zu erzielen. Wir kennen das im R129 als Lenkrad, an dem wir drehen. Dort [siehe Bilder 06 und 07] wird die Drehbewegung über die Lenkwelle (auch Lenkspindel) [07A] auf das Lenkgetriebe [07B] übertragen, welches die Dreh- in eine Schwenkbewegung des Lenkstockhebels [07C] umsetzt. Er ist über die Lenkstange [07D] mit dem auf der anderen Fahrzeugseite gelagerten Lenkzwischenhebel [07E] verbunden. Außen an Lenkstockhebel und Lenkzwischenhebel sind die Spurstangen [07F] befestigt. Sie betätigen die Lenkspurhebel, die den Achsschenkel schwenken lassen, so dass die Vorderräder sich nach links und rechts drehen und dem vom Lenker vorgesehenen Weg folgen. Von der Straße auf die Lenkung zurückwirkende Stöße reduziert der Lenkungsdämpfer [07G] zwischen Lenkstange und Fahrgestell.
Da die Lenkung einen wesentlichen Sicherheitsaspekt der Fahrzeugsteuerung darstellt, hat der Gesetzgeber ihr einen eigenen Abschnitt in der Straßenverkehrszulassungsordnung gewidmet (StVZO §38 Lenkeinrichtung; Achtung: keine exakte Wiedergabe des Originaltextes):
(1) Die Lenkeinrichtung muss leichtes und sicheres Lenken des Fahrzeugs gewährleisten; sie ist wenn nötig mit einer Lenkhilfe zu versehen. Bei Versagen der Lenkhilfe muss die Lenkbarkeit des Fahrzeugs erhalten bleiben.
(2) …
Der Zusatz bzgl. Versagen der Lenkhilfe erzwingt eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern – zumindest in Deutschland. Eine rein elektrisch betriebene Lenkung (engl. steer-by-wire) ohne mechanische Verbindung ist also derzeit in Deutschland nicht zulässig.
Lenkgetriebe
Dem Lenkgetriebe als Teil der Lenkung kommt eine wichtige Rolle zu: Je schwerer das Fahrzeug wird, desto mehr Kraft erfordert das Schwenken der Achsschenkel. Bei gleichbleibendem Krafteinsatz am Lenkrad muss also die Untersetzung im Lenkgetriebe erhöht werden. Zwei Arten von Lenkgetrieben werden vorwiegend eingesetzt: • Zahnstangenlenkung: Ein auf der Lenkwelle montiertes kleines Zahnrad greift in eine auf der Lenkstange montierte Zahnstange. Vorteil ist die einfache Bauweise und das geringe Gewicht. • Kugelumlauflenkung: Ein auf der Lenkwelle montiertes Schneckengewinde (Lenkschnecke) [siehe Bild 08] mit Kugelumlauflagerung bewegt einen Steuerkolben hin und her [siehe Bild 09].
Der Steuerkolben hat eine seitlich eingearbeitete Verzahnung [siehe Bild 10], die ein Zahnrad dreht, welches am Lenkstock [siehe Bild 11] montiert ist, dessen anderes Ende den Lenkstockhebel trägt, der das Lenkgestänge bewegt. Vorteil ist die hohe Untersetzung in der Lenkschnecke, die auch schwere Fahrzeuge mit moderaten Lenkkräften bedienbar macht.
Im Prinzip könnte die Lenkschnecke direkt das am Lenkstockhebel montierte Zahnrad antreiben, allerdings sind die Reibkräfte in der Lenkschnecke so hoch, dass die Lenkung keinerlei Rückmeldung von der Straße mehr liefern würde. Daher hat man bereits sehr früh ein aus der Werkzeugtechnik bekanntes Verfahren eingesetzt: Die Lenkschnecke bewegt einen Steuerkolben, wobei in dem Gewindegang zwischen Lenkschnecke und Steuerkolben kleine Kügelchen laufen und die sonst vorhandene hohe Reibung sehr stark reduzieren. Die bei Drehung der Lenkschnecke auf einer Steuerkolbenseite herausfallenden Kügelchen laufen über ein kurzes Röhrchen zur anderen Steuerkolbenseite und werden dort wieder eingespeist. Daher der Name Kugelumlauflenkung.
In den Anfangszeiten des Fahrzeugbaus wurde meistens eine Zahnstangenlenkung eingesetzt. Mit steigendem Gewicht der Fahrzeuge wurde das Lenken per Zahnstange jedoch immer schwerer, so dass in LKW schon recht früh, bei PKW erst später, die Kugelumlauflenkung zum Einsatz kam. 1953 stellte Daimler-Benz die Baureihe 180 mit Kugelumlauflenkung vor, deren angenehm niedrige Lenkkräfte sich schnell herumsprachen. Danach entwickelte DB diese Lenkung immer weiter und baute sie in fast alle kommenden PKW ein – auch unser R129 hat sie. Erst seit dem 21. Jahrhundert hat DB einige Typen wieder auf Zahnstangenlenkung umgestellt, allerdings profitieren sie von einer anderen Erfindung: der Servolenkung.
Servolenkung
Die zunehmend schwerer werdenden PKW und LKW erforderten immer höhere Untersetzungen im Lenkgetriebe, was zu immer mehr notwendigen Lenkradumdrehungen führte. Für den Lenker ist das unpraktisch und führte zur Erfindung der fahrzeugseitigen Lenkhilfe, die dem Lenker bei weniger Lenkbewegung die meiste Arbeit abnimmt. Obwohl schon 1926 in der US-Firma Pierce Arrow erfunden, wurde die Lenkhilfe erst 1951 in einem PKW angeboten (Chrysler). Die Untersetzung im Lenkgetriebe wurde nun wieder kleiner ausgelegt, um mit wenigen Lenkraddrehungen auszukommen. Den notwendigen höheren Kraftaufwand kompensierte jetzt die Lenkhilfe – die Servolenkung (lat. servus: Diener, Sklave; engl. Power Steering). Die Servolenkung kann hydraulisch oder elektrisch arbeiten, es gibt aber auch Mischformen sowie weitere Varianten.
• Hydraulische Servolenkung: Eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Servopumpe (auch Lenkhelfpumpe) erzeugt Druck in der Hydraulikflüssigkeit, die rechts und links am Steuerkolben vorbei durch das Lenkgetriebe und wieder zurück zur Servopumpe fließt. In Mittelstellung des Lenkrads ist der Druck am niedrigsten, beim Einlenken wird jedoch ein kleiner Schieber betätigt, der den Druck auf den Steuerkolben verändert. Die Hydraulikflüssigkeit drückt nun den Steuerkolben in die gewünschte Richtung und reduziert damit die vom Lenker aufzubringenden Lenkkräfte. Bei linkem oder rechtem Lenkanschlag (oder auch bei Lenkblockade der Räder) kann sich der Steuerkolben nicht mehr weiter bewegen und steht dauernd unter hydraulischem Druck. Ein Bypass-Ventil entlastet dann das ganze unter Druck stehende System (immerhin max. 110 bar) und schützt es vor Überlast – die Lenkung „grunzt“.
• Elektrohydraulische Servolenkung: Die Grundfunktion entspricht der hydraulischen Variante, allerdings treibt ein Elektromotor die Servopumpe an. Vorteil ist der geringere Kraftstoffverbrauch, da die Pumpe nur mitläuft, wenn die Lenkung betätigt wird (also z. B. nicht bei Geradeausfahrt).
• Elektromechanische Servolenkung: Ein Sensor an der Lenkwelle erkennt die Drehbewegung und steuert einen Elektromotor, der direkt auf die Lenkung wirkt. Vorteil ist der einfachere Aufbau ohne jede Hydraulik.
Lenkung im R129
Der R129 verwendet eine Kugelumlauflenkung mit hydraulischer Servounterstützung. Der Motor treibt über den Keilrippenriemen die Servopumpe an, welche die Hydraulikflüssigkeit aus dem zylinderförmigen Reservoir mit hohem Druck durch einen Verbindungsschlauch zum Lenkgetriebe fördert. Von dort fließt sie über eine vor dem Wasserkühler montierte Kühlschlange wieder zurück zum Reservoir. Im Laufe der Bauzeit der R129 wurden verschiedene Modifikationen vorgenommen, etwa geänderte Spurköpfe, modifizierte Spur- und Lenkstangen, andere Reservoirbehälter, reduzierter Lenkeinschlag von 3 auf 2½ Umdrehungen des Lenkrades z. B. bei Einsatz größerer Räder usw.. Das Lenkgetriebe im R129 gilt als recht langlebig. Allerdings entsteht bei höheren Kilometerständen unausweichlich Spiel, das im Laufe der Zeit langsam größer wird. Vorbeugende Maßnahmen können diesen Verschleiß jedoch deutlich hinauszögern - siehe Technik-Workshop des RT Aachen mit Schwerpunkt Lenkung im R129. Mit etwas Zuwendung steht einem wirklich langen Leben der Lenkung in unseren schönen Roadstern nichts im Wege.
Apropos Zuwendung: „Man kann ein Auto nicht wie ein menschliches Wesen behandeln – ein Auto braucht Liebe.“ (Walter Röhrl)
Der Lenkwinkelsensor - integriert im Lenkrad
Text: Helmut Kisch † & Karl Kübler Abbildungen: Daimler AG (CR20/S22)
Der auf optischer Basis arbeitende Lenkwinkelsensor (N49) hat die Aufgabe, einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel zu erfassen und an die angeschlossenen Systeme weiterzuleiten.
Aufbau
Digitaler Sensor mit 9 Leuchtdioden (a) zur Lichtschrankenmessung. Der Lenkwinkelsensor (N49) besteht aus zwei Mikrorechnern, die mit einem Signalmessring eine Einheit bilden. Im Signalmessring sind die 9 Leuchtdioden (a) in gleichen Abständen angeordnet. Sie befinden sich in einem Lichtschrankenkanal, der durch 8 verschieden lang ausgebildete Blenden (b) durchfahren wird. Die Lichtschranken befinden sich im Oberteil der Kontaktspirale (A45) und bilden erst durch das Zusammenfügen (Einclipsen) beider Bauteile die komplette Funktionseinheit des optischen Lenkwinkelsensors.
Funktion
In der Mittelstellung des Lenkrades nehmen die 8 Blenden (b) eine definierte Stallung zu den 9 Leuchtdioden (a) ein. Diese Mittelstellung wird vom Rechner im Lenkwinkelsensor erfasst. Beim Einschlagen des Lenkrades verändert sich die Stellung der Blenden zu den Leuchtdioden (hell/dunkel). Durch verschiedene Abstände und Längen der Blenden ergibt sich ein ganz bestimmtes Signalbild zur Berechnung der jeweiligen Lenkradstellung. Mit Hilfe der Signalbilder werden Winkelwerte berechnet und in serielle Informationen für die angeschlossenen Steuergeräte umgewandelt. Die Signalerfassung durch Leuchtdioden und Lichtschranken wird auf 2,5° Veränderung erfasst und auf +/- 720° Lenkwinkel (4 Lenkradumdrehungen) ausgelegt. Damit der Lenkwinkel auch nach „Zündung aus“ erfasst wird, erfolgt eine Spannungsversorgung über die Klemme 30 (Dauerstrom, Batterie-Plus).
Nach einer Spannungsunterbrechung, z. B. bei Ausbau der Batterie, muss der Lenkwinkelsensor neu initialisiert werden („Lernfunktion“). Dieses wird notwendig beim Adaptiven Dämpfungssystem (ADS). Dabei muss man das Lenkrad von Anschlag zu Anschlag drehen. Beim Electronic Stability Program (ESP) genügt ein Überschreiten der Geschwindigkeit von 20km/h.
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