Lenkung
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Als Lenkung (engl. steering) bezeichnet man die Beeinflussung der Fahrtrichtung von Fahrzeugen aller Art.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Schwenkachslenkung / Drehschemellenkung
Bei der Schwenkachslenkung erfolgt die Lenkung durch das Schwenken einer Starrachse, meist der Vorderachse. Die drehbare Verbindung von Achse zum Fahrzeug erfolgt mittels eines Bolzens oder eines Drehgestells (auch Drehschemel). Bei gezogenen Fahrzeugen wird die Lenkkraft über eine so genannte Deichsel auf die Vorderachse übertragen.
Nachteile der Schwenkachslenkung sind vor allem die Kippneigung des Fahrzeugs bei Volleinschlag als auch die Rückwirkung von Radkräften auf die Lenkung und die damit verbundene Instabilität.
Klassische Vertreter der Schwenkachslenkung sind Pferdekutschen und Zweiachsanhänger aber auch die Seifenkiste.
[Bearbeiten] Knicklenkung
Verlegt man den Drehpunkt der Lenkung in die Mitte eines Fahrzeuges, so erhält man zwei Fahrzeughälften mit je einer Starrachse, die über ein starkes Gelenk verbunden sind. Die Knicklenkung bietet zwar mehr Stabilität im Vergleich zur Schwenkachslenkung, sie ist aber nur für wenige Fahrzeugtypen geeignet.
Knicklenkung sieht man heute vor allem bei Bau- und Arbeitsmaschinen.
[Bearbeiten] Gabellenkung
Die einfachste Form der Einzelradlenkung ist die Gabellenkung. Ihr Vorteil ist die seitliche Symmetrie, das Lenkverhalten ist in beide Richtungen gleich.
Gabellenkung findet vor allem bei einspurigen Fahrzeugen, aber auch bei Dreirädern Anwendung.
[Bearbeiten] Achsschenkellenkung
Bei mehrspurigen Fahrzeugen mit Einzelradlenkung entsteht ein neues Problem. Um eine saubere Kurvenfahrt zu erreichen, muss jedes Rad auf einer Kreisbahn um den Kurvenmittelpunkt abrollen. Bei Schwenkachslenkung und Knicklenkung ist dies automatisch der Fall, bei Einzelradlenkung jedoch müssen zwei Räder einer Achse verschiedenen Einschlag aufweisen. Dies erreicht man z. B. mittels eines Lenktrapezes, bestehend aus Achskörper, Spurstange und zwei Lenkhebeln. Für die Lenkung selbst wird anstelle der Gabellenkung meist die Achsschenkellenkung verwendet. Auf dem Achskörper befindet sich der um den Achsschenkelbolzen drehbare Achsschenkel, der wiederum das Rad trägt.
Die Stellung des Achsschenkelbolzens erlaubt weitere Verbesserungen der Stabilität und Lenkbarkeit. Durch Spreizung, das heißt Neigen des Achsschenkelbolzens, sodass sich die Verlängerung desselben dem Aufstandspunkt des Rades nähert, erhält man weniger Lenkwiderstand und weniger Rückwirkung der Räder (z. B. durch Bremsen) auf die Lenkung. Durch Nachlauf, das heißt Neigen des Achsschenkelbolzens, sodass sich die Verlängerung desselben in Fahrtrichtung vor dem Aufstandspunkt des Reifens befindet, erreicht man eine automatische Rückstellung in den Geradeauslauf. Durch eine leichte Vorspur, die Räder stehen nicht parallel, sondern schließen sich in Fahrtrichtung, verbessert man den Geradeauslauf.
Die Achsschenkellenkung vermeidet die Nachteile der Schwenkachslenkung wie Kippneigung und starke Rückwirkung der Räder auf die Lenkung, man kann damit auch mehrachsig gelenkte Fahrzeuge realisieren.
Anwendungsgebiete der Achsschenkellenkung sind Vorderachslenker wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Zugmaschinen, aber auch hinterachsgelenkte Fahrzeuge wie Gabelstapler oder Erntemaschinen. Auch beim Motorrad Yamaha GTS 1000A kam diese Lenkung Anfang der 90 Jahre zum Einsatz.
Die Achsschenkellenkung wurde von dem Deutschen Georg Lankensperger Anfang des 19. Jahrhunderts erfunden. Er ließ sie in England von dem Kunsthändler Rudolph Ackermann patentieren, weshalb sie dort unter dem Begriff "A-Steering" geführt wurde. Der theoretisch richtige Winkel der Vorderräder wird Ackermann-Winkel genannt.
[Bearbeiten] Lenktrapez
Das Lenktrapez ermöglicht unterschiedliche Einschlagwinkel der Vorderräder, wobei das kurveninnere Rad - abhängig von Fahrzeuggeometrie und Lenkeinschlag - zwischen Null und einige Grad mehr einlenkt (Spurdifferenzwinkel). Dies vermindert das "Radieren" der Reifen.
Das Lenktrapez ermöglicht die einfache Einstellung eines Spurdifferenzwinkels, liefert aber nur für max. 2 Einschlagwinkel die exakten geometrischen Verhältnisse; für alle anderen Einschlagwinkel kann das Lenktrapez die exakte Geometrie nur annähern.
Zur Auslegung des Lenktrapezes gilt in erster Näherung die Faustregel, dass sich die verlängert gedachten Lenkhebel bei Geradeausstellung in der Mitte der Hinterachse schneiden sollen (siehe obige Abbildung). Detaillierte Berechnungen zum Lenktrapez mit Hilfe eines einfachen EXCEL-Programms findet man in den Weblinks.
[Bearbeiten] Spreizung
Die Lenkdrehachsen an jedem Rad sind leicht (ca. 5 bis 10 Grad) nach innen schräg zur Fz-Längsachse gegenüber einer Senkrechten zur Fahrbahn angeordnet. Beim Einschlagen der Räder bewirkt die Spreizung, dass das Fz vorne minimal angehoben wird.
[Bearbeiten] Rückstellmoment
Unter Rückstellmoment versteht man die Rückstellung der Räder zum Ausgangspunkt, also in gerader paralleler Stellung zum Fz. Das Rückstellmoment muss dann eintreten, wenn der Fz-Führer das Lenkrad loslässt. Diese Automation ergibt sich durch die Bauart der Lenkung mit der Spreizung der Lenkdrehachsen. Durch die Gewichtskraft des Fz entsteht ein Moment, welches die selbstständige Rückstellung der Räder zur Geradeausfahrt bewirkt.
Die Gewichtskraft wird dabei meist vom Motor erzeugt. Die Lenkung wird nun wieder in die Ausgangsstellung gedrückt. Diese Rückführung der Lenkung ist laut StVZO vorgeschrieben.
[Bearbeiten] Lenkbremse
Hier handelt es sich im Prinzip um das Lenken eines einachsigen Fahrzeuges mit Starrachse durch verschieden Brems- oder Antriebskräfte an beiden Rädern. Ein motorgetriebenes Fahrzeug mit Lenkbremse benötigt deshalb zwingend ein Differentialgetriebe. Dabei werden jeweils ein oder alle Räder einer Fahrzeugseite gebremst, während die anderen ungebremst durch das Differentialgentriebe schneller drehen. Dadurch ergibt sich der Vorteil unter anderem eines kleineren Wendekreises.
Lenkbremsung kommt zur Anwendung bei Rollstuhl, Kettenfahrzeug, Zugmaschine mit wenig Vorderachslast, bei Traktoren zusätzlich zur Achsschenkellenkung.
[Bearbeiten] Lenkung moderner Kraftfahrzeuge
In heutigen Kraftfahrzeugen wird beinahe ausschließlich Achsschenkellenkung meist als Einzelradaufhängung verwendet. Dabei entfällt ein durchgehender Achskörper, eine geteilte Lenkstange ersetzt die Spurstange und statt des Achsschenkelbolzens findet man eine Drehachse aus Federbein und Stützlager (Domlager). Die Lenkkraftübertragung erfolgt vom Lenkrad über die Lenksäule auf ein Lenkgetriebe, von dort auf die Lenkstange über die Lenkhebel auf die Achsschenkel. Um mit geringen Lenkbewegungen und geringer Kraft die aufgrund immer schwererer PKWs und immer breiterer Reifen immer größeren Lenkkräfte aufzubringen, kommt in den meisten Fällen ein Lenkkraftverstärker, die Servolenkung zum Zug. Immer öfter treten auch Fahrzeuge mit mehreren gelenkten Achsen auf, teils um die Manövrierbarkeit zu erhöhen wie bei Bussen und LKWs, aber auch im Rahmen von Stabilitätsprogrammen bei PKWs. Die Lenkgeometrie wird dabei durch geeignete Lenkgetriebe oder auf elektronischem Wege erreicht.
[Bearbeiten] Lenkarten
In Bezug auf das ganze Fahrzeug gibt es verschiedene Lenkarten:
- Die Zweiradlenkung ist die gängigste Form bei den üblichen Straßenfahrzeugen
- Die Allradlenkung, bei der alle Räder gelenkt werden, kann man noch weiter unterteilen:
- Die auch bei manchen PKW übliche Proportionallenkung, bei der die Hinterräder in einem bestimmten Verhältnis zu den Vorderrädern eingeschlagen werden, beispielsweise das Vorderrad bewegt sich um 2°, das Hinterrad entsprechend um 1°.
- Bei der Gleichlauflenkung werden die Vorder- und Hinterräder gleichmäßig verdreht, was zur Folge hat, dass die Hinterräder genau in der Spur der Vorderräder nachlaufen.
- Bei der Verzögerungslenkung, werden die Hinterräder erst bei einem bestimmten Winkel der Vorderräder verdreht.
- Die Hundeganglenkung ist eine vor allem in der Landwirtschaft eingesetzte Lenkung. Dabei werden die Vorderräder und die Hinterräder in die gleiche Richtung verdreht. Das ergibt bei einer Geradeausfahrt eine zur Vorderachse versetzte Hinterachse. Dadurch wird der Boden geschont.
Siehe auch: Themenliste Fahrzeugtechnik, Lenkung von Flugzeugen: Flugsteuerung, Lenkung von Schiffen: Ruder
[Bearbeiten] Literatur
- Erik Eckermann, Die Achsschenkellenkung und andere Fahrzeug-Lenksysteme. München: Deutsches Museum 1998. ISBN 3-924183-51-1
