Haben Sie sich jemals gefragt, was passiert, wenn Sie das Lenkrad Ihres Autos drehen? Normalerweise gibt es viele Arten von Lenkmechanismen, wie zum Beispiel Kugelumlauflenkungen oder Servolenkungen. Die Zahnstangenlenkung ist wahrscheinlich auch ein Lenksystem, von dem Sie schon gehört haben.
Das Zahnstangenlenksystem besteht aus einem Ritzel (einem kreisförmigen Zahnrad) und einer Zahnstange (einem geradlinigen Zahnrad). Dieses System wandelt Drehbewegung in Linearbewegung um. Im Gegensatz zur Kugelumlauflenkung, die in großen LKWs, SUVs und anderen schweren Fahrzeugen zu finden ist, sind die meisten Personenkraftwagen, kleinen LKWs und SUVs mit einem Zahnstangenlenksystem ausgestattet.
Die Geschichte der Zahnstangenlenkung
Die Zahnstangenlenkung ist in der amerikanischen Automobilgeschichte relativ neu, aber kein neues Konzept. Das erste Zahnstangengetriebe wurde in den 1930er Jahren von BMW entwickelt, aber in den USA wurde es erstmals 1951 mit dem MG verkauft, und die ersten amerikanischen Modelle, die es verwendeten, waren der Ford Mustang II und der Pinto im Jahr 1974. AMC verwendete die Zahnstangenlenkung ab 1975 im Pacer, während GM und Chrysler sie Anfang der 1980er Jahre mit den X-Body- und K-Car-Modellen einführten.
Die amerikanischen Hersteller betrachteten die Zahnstangenlenkung als sinnvoll, da sie seit Jahren von europäischen und asiatischen Automobilherstellern verwendet wurde und ihr Design einfacher war als das der Kugelumlaufgetriebe, was die Herstellungskosten senkte. Die Zahnstangenlenkung ist außerdem viel leichter als herkömmliche Getriebe, was zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz führt. Beim Zahnstangendesign sind keine Lenkarme, Mittelstangen, Spurstangen oder Lenkhebel erforderlich. Zusätzlich bietet es den Vorteil des geringeren Gewichts. Die Zahnstangenlenkung kann in der Nähe des Quergetriebes montiert werden, was sie leicht in Frontantriebssysteme integrierbar macht. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes konnte auch für jeden Radstand und für verschiedene Handhabungs- und Optionseinstellungen angepasst werden. Das Zahnstangengetriebe bietet dem Fahrer außerdem ein festeres Gefühl am Lenkrad.
Das Zahnstangensystem wird nicht nur für die Lenkung von Autos und kleinen LKWs verwendet, sondern auch für verschiedene andere Zwecke. Zahnstangensysteme werden eingesetzt, um Zügen beim Überwinden steiler Steigungen zu helfen und um die Bremskontrolle zu verbessern, insbesondere unter Schnee- und Eisbedingungen. Sie sind Standard bei den meisten Treppenliftmodellen. Der Zahnstangenmechanismus wird häufig durch hydraulische oder elektrische Kraft betrieben.
Arthur Ernest Bishop erfand in den 1970er Jahren die variable Zahnstange. Seine variable Zahnstange wurde in Kombination mit einem Standardritzel verwendet, um die Handhabung des Fahrzeugs zu verbessern.
Das Übersetzungsverhältnis der Zahnstangenlenkung
Die meisten Autos benötigen etwa drei bis vier volle Umdrehungen des Lenkrads, um von Anschlag zu Anschlag zu gelangen (von ganz rechts nach ganz links). Das Lenkungsverhältnis gibt an, wie weit das Lenkrad gedreht werden muss, um die Räder um eine bestimmte Strecke zu drehen. Ein hohes Verhältnis bedeutet, dass das Lenkrad weiter gedreht werden muss, um die Räder um einen bestimmten Betrag zu drehen, während ein niedriges Verhältnis eine schnellere Reaktion der Lenkung bedeutet.
Einige Fahrzeuge verwenden eine variable Lenkungsübersetzung. Bei diesem Zahnstangenlenksystem hat der Mittelteil der Zahnstange eine andere Zahnzahl pro Zentimeter (Zahnsteigung) als die Enden. Dadurch wird die Lenkung empfindlicher, wenn das Lenkrad in Richtung der Anschläge gedreht wird, im Vergleich zur Mittelposition, was die Handhabung des Fahrzeugs verbessert.
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Zahnstangenlenksystemen:
- Endabgriff – Die Spurstangen sind über innere Spurstangen an den Enden der Zahnstange befestigt.
- Mittelabgriff – Die Spurstangen werden mit Bolzen in der Mitte der Zahnstange befestigt.
Wie das System funktioniert
Die Zahnstangenlenkung funktioniert, indem sie die Drehbewegung des Lenkrads über ein Zahnradsystem in die lineare Bewegung umwandelt, die zum Drehen der Räder erforderlich ist. Der Zahnradsatz ist in einem Metallrohr untergebracht. Das Rohr hat Öffnungen an beiden Enden, um die Zahnstange mit den Spurstangen zu verbinden. Das Ritzel ist mit der Lenksäule verbunden, so dass sich beim Drehen des Lenkrads das Zahnrad dreht und die Zahnstange bewegt. Die Spurstangen sind mit Spurstangenköpfen verbunden, die an den Achsschenkeln befestigt sind.
Der Zahnstangensatz hat zwei Hauptaufgaben:
- Umwandlung der Drehbewegung des Lenkrads in die lineare Bewegung, die zum Drehen der Fahrzeugräder erforderlich ist
- Reduzierung der Übersetzung, um das Drehen der Räder mit dem Lenkrad zu erleichtern
Anzeichen für Probleme
Da die Zahnstangenlenkung im Wesentlichen ein Zahnradmechanismus ist, unterliegt sie mit der Zeit Verschleiß und kann versagen. Wie fast alle anderen Teile Ihres Autos auch. Hier sind einige Anzeichen, die Sie laut Wartungstipps beachten sollten:
Übermäßiges Spiel oder lockeres Lenkrad
Wenn Sie das Lenkrad bedienen, sollte es sich „stramm“ anfühlen, das heißt, wenn Sie das Lenkrad drehen, können Sie spüren, wie die Vorderräder sich drehen. Wenn die Zahnstangenlenkung defekt ist, werden Sie möglicherweise bemerken, dass das Lenkrad locker wird oder übermäßiges Spiel aufweist. Oft spüren Sie eine Verzögerung in der Reaktion des Fahrzeugs, wenn Sie das Lenkrad drehen. Die Kontrolle über das Auto kann sich auch schwieriger anfühlen, und es kann bei höheren Geschwindigkeiten schwanken.
Möglicherweise spüren Sie auch an einem bestimmten Punkt einen toten Punkt. Das bedeutet, dass, wenn Sie das Lenkrad drehen, die Vorderräder sich nicht drehen, bis Sie einen bestimmten Winkel erreichen. Dies geschieht, weil die Zahnstange und das Ritzel nicht richtig ineinander greifen, was bedeutet, dass sich die Zahnstange nicht bewegt, wenn Sie das Lenkrad drehen.
Klappernde Geräusche beim Drehen
Beim Drehen des Lenkrads kann Ihr Auto auch klappernde Geräusche von sich geben. Eine verschlissene Zahnstangenlenkung könnte unzureichend geschmiert sein, was dazu führt, dass die Teile aneinander reiben und Geräusche verursachen.
Beachten Sie, dass diese Geräusche auch von den Spurstangen oder anderen Teilen der Aufhängung kommen können. Der Unterschied ist, dass, wenn das Geräusch von einer defekten Zahnstangenlenkung kommt, es fast jedes Mal zu hören ist, wenn Sie das Lenkrad drehen. Klappernde Geräusche von der Aufhängung hingegen treten normalerweise nur beim Überfahren von Unebenheiten oder bei scharfen Kurven auf.
Servolenkungsflüssigkeitsverlust
Wenn Ihr Auto mit einer hydraulischen Servolenkung ausgestattet ist, kann ein Defekt der Zahnstangenlenkung zu einem Verlust von Servolenkungsflüssigkeit führen. Wenn Sie unter Ihrem Auto eine Pfütze mit roter Flüssigkeit bemerken, könnte es sich um ein Leck in der Servolenkung oder im Getriebe handeln. Überprüfen Sie, wo das Leck herkommt, um festzustellen, ob es sich um Servolenkungs- oder Getriebeflüssigkeit handelt.
Beachten Sie, dass ein Servolenkungsleck auch durch eine defekte Servolenkungspumpe, einen beschädigten Behälter oder undichte Schläuche verursacht werden kann. Es muss nicht unbedingt an der Zahnstangenlenkung liegen. Außerdem tritt dieses Problem nicht auf, wenn Ihr Auto mit einer elektrischen Servolenkung ausgestattet ist, da diese keine Flüssigkeit zum Betrieb benötigt.
Kosten für den Austausch
Die Kosten für den Austausch der Zahnstangenlenkung können je nach Hersteller und Modell Ihres Autos, einschließlich Arbeitskosten, zwischen 1.000 und 1.900 US-Dollar liegen. Die Zahnstangenlenkung selbst kostet normalerweise zwischen 700 und 1.500 US-Dollar, und die Arbeitskosten können bis zu 400 US-Dollar betragen. Zum Beispiel kostet die Zahnstangenlenkung für einen Toyota Corolla von 2015 717 US-Dollar, und mit 400 US-Dollar Arbeitskosten beläuft sich die Reparaturrechnung auf 1.117 US-Dollar.
Natürlich sind dies grobe Schätzungen, und wir haben die obere Grenze des Spektrums genommen. Der Austausch der Zahnstangenlenkung an Ihrem Auto könnte günstiger sein als unsere Schätzung. Ganz zu schweigen davon, dass Luxus- oder Hochleistungsfahrzeuge teurer sein können. Die gute Nachricht ist, dass die Zahnstangenlenkung normalerweise recht lange hält. Sie hält in der Regel etwa 100.000 Meilen und kann oft auch länger halten. Zum Beispiel hat mein Mitsubishi Pajero Sport 120.000 Meilen zurückgelegt und zeigt keine Probleme mit der Lenkung.
Bei einer so teuren Reparatur fragen Sie sich vielleicht, ob es sich wirklich lohnt. Bevor Sie einer Werkstatt grünes Licht geben, wäre es klug, den Wiederverkaufswert Ihres Autos auf dem Gebrauchtwagenmarkt zu überprüfen. Wenn der Wert Ihres Autos die Reparaturkosten immer noch deutlich übersteigt, könnte man sagen, dass es sich lohnt.
Wenn beispielsweise der Austausch der Zahnstangenlenkung 1.200 US-Dollar kostet, Ihr Auto aber immer noch für etwa 10.000 US-Dollar verkauft werden kann, lohnt sich die Reparatur wirklich. Wenn der Wiederverkaufswert Ihres Autos jedoch nur etwa 3.000 US-Dollar beträgt, lohnt es sich nicht. Das ist fast die Hälfte des Wertes Ihres Autos! In diesem Fall wäre es wahrscheinlich besser, das Auto so zu verkaufen, wie es ist.
Eine andere Option ist, Ihr Auto zu verschrotten. Sie können es zu einem Schrottplatz bringen oder zu einem Schrotthandel, der Ihnen den Metallwert des Autos bezahlt. Alternativ können Sie das Auto auch zerlegen und einzelne Teile oder Zubehör verkaufen. Letztere Option ist zeitaufwändig, aber Sie könnten wahrscheinlich mehr Geld aus Ihrem Auto herausholen. Wenn der Marktwert Ihres Autos nicht viel höher ist als die Reparaturkosten, lassen Sie die Reparatur besser sein.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zahnstangenlenkung das Herzstück des Lenksystems Ihres Autos ist. Die Zahnstange ist ein geradliniges Zahnrad, das mit den Spurstangen verbunden ist, die wiederum mit den Vorderrädern verbunden sind. Das Ritzel hingegen ist ein kreisförmiges Zahnrad, das auf der Zahnstange sitzt und über die Lenksäule mit dem Lenkrad verbunden ist.
Die Zahnstangenlenkung hält in der Regel etwa 100.000 Meilen. Sie kann jedoch verschleißen, und wenn sie auszufallen beginnt, zeigen sich deutliche Symptome. Dazu gehören klappernde Geräusche beim Drehen des Lenkrads, Verlust von Servolenkungsflüssigkeit und ein lockeres Lenkrad mit viel Spiel. Dies macht das Lenken und die Kontrolle des Autos offensichtlich schwieriger. Daher sollten Sie kein Auto mit einer defekten Zahnstangenlenkung fahren, da dies zu einem schweren Unfall führen könnte.