Lenkgetriebe

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Schneckenlenkung mit Lenkrolle (Gemmer-Lenkung)
Worm (Schnecke), roller (Lenkrolle) und Pitman arm (Lenkstockhebel)
Ross-Lenkgetriebe

Das Lenkgetriebe ist ein Teil der Lenkanlage eines Kraftfahrzeuges und setzt die Drehbewegung des Lenkrades in eine Schiebebewegung der Spurstangen um. Bei der Zahnstangenlenkung findet zur Übertragung zwei Spurstangen, bei der Kugelumlauf- oder Schneckenrollenlenkung ein Lenkstockhebel Verwendung.[1]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das erste Lenkgetriebe stammt von Carl Benz, eine Lenkstange übertrug über ein Ritzel die Lenkbewegungen auf zwei Zahnstangen.[2] Für den Regel-3-Tonner wurde von Daimler die Schraubenspindellenkung entwickelt.[3] In den Nachfolgejahren wurde Schnecken- und Schraubengetriebe entwickelt,[4][5] sodass man in den 1920er Jahren die Lenkgetriebe nach diesen beiden Bauarten unterschied.[6] In den 1930er Jahren kam in Deutschland die Zahnstangenlenkung, insbesondere bei Fahrzeugen mit Frontantrieb, u.a. DKW Meisterklasse und Adler Trumpf hinzu. Die 1940 bei General Motors begonnene Entwicklung der Kugelumlauflenkung wurde 1953 von ZF optimiert und im gleichen Jahr bei Pkw von Mercedes-Benz eingebaut.[2][3] Heute werden bei Pkw die Zahnstangenlenkung und bei Nutzfahrzeugen die Kugelumlauflenkung, jeweils als Servolenkung, verwendet.[7]

Einteilung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zahnstangenlenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Zahnstangenlenkung enthält ein Zahnstangengetriebe. Ein vom Lenkrad gedrehtes Ritzel verschiebt die Zahnstange und diese die Spurstangen. Über ein gefedertes Druckstück wird die Zahnstange an das Ritzel gepresst, um Spiel zu vermeiden. Die Zahnstangenlenkung besteht aus wenigen Teilen (keine Zwischenteile zwischen Zahnstange und Spurstangen), weshalb sie billig zu produzieren und einfach zu montieren ist. In Personenwagen wird sie heute nahezu ausschließlich verwendet, wegen der großen Lenkkraft moderner Fahrzeuge und des generell gestiegenen Bedienungsanspruchs oft hydraulisch oder elektrisch unterstützt.[8]

Schneckenlenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Schneckenlenkung funktioniert prinzipiell wie ein Schneckengetriebe. Mit dem Lenkrad wird eine Welle bewegt, die ein Segment des Schneckenrads mit dem Lenkstockhebel dreht und die daran gelagerten Spurstangen verschiebt.

  • Bei der Finger- oder Ross-Lenkung greift ein zylindrischer Finger mit seiner Stirn voran in die Schnecke ein. David E. Roos erhielt 1925 ein Patent auf dieses später allgemein als Ross-Lenkung bezeichnete Konstruktion.[11] Der Finger ist mit seiner Symmetrieachse parallel zur Drehachse des Lenkstockhebels auf diesem angebracht. Durch den Eingriff eines einzelnen „Schneckenzahns“ kann die Steigung des Schneckengewindes von der Mitte nach außen hin vergrößert sein (stärkere Lenkrad-Wirkung auf das Schwenken bereits eingeschlagener Räder). Ross stellte auch eine Variante mit zwei Lenkfingern her (Schneckensteigung konstant). Der (die) Finger konnte fest oder um seine Achse rotierend (geringerer Reibungswiderstand im Kontakt mit der Schnecke) montiert sein. 1927 wurde die Ross-Lenkung erstmals in Nutzfahrzeugen eingebaut,[3] ZF Friedrichshafen erhielt die Patente für Deutschland und stellte die Ross-Lenkung von 1932 bis in die 1970er Jahre in Lizenz her.[12]
  • Die Rollen- oder Gemmer-Lenkung (nach dem Hersteller Gemmer Manufacturing Co. in Detroit) ist eine von Henry Marles entwickelte Bauart. 1920 beantrage Marles ein Patent das er 1926 erhielt.[13] Sie wird auch Schneckenlenkung mit Lenkrolle genannt. Anstatt der Zähne eines Schneckenrades greifen in die Schnecke die Ränder von zwei oder drei aufeinander zusammengefügten, leicht konischen Scheiben, die „Zähne“ der sogenannten Rolle (roller) ein. Die Rolle sitzt auf dem Lenkstockhebel, wobei ihre Symmetrieachse und die Drehachse des Hebels zueinander annähernd rechtwinklig (windschief) sind. Die Schnecke kann als Globoidschnecke ausgeführt sein, das heißt, ihr Durchmesser nimmt zu den Enden hin zu, sodass mehrere „Zähne“ gleichzeitig eingreifen. ZF Friedrichshafen erwarb 1953 die Patente für Deutschland und stellte die Gemmer-Lenkung in Lizenz her.
  • Die Bishop-Lenkung ähnelt der Ross-Lenkung. Hier wird der feststehende Finger im Eingriff zur Schnecke von einer drehbaren Rolle umgeben, wodurch die Gewindenut der Schnecke breiter sein muss.[14] Das entsprechende Patent wurde dem britischen Ingenieur Reginald Bishop 1928 erteilt.[15]

Schraubenspindellenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Schraubenspindellenkung enthält eine Schraubenspindel, die eine Spindelmutter oder Lenkmutter verschiebt. Um die Lenkbewegung weiter zu übertragen, kann die Mutter entweder außen als Zahnstange ausgebildet sein, die in ein entsprechendes auf dem Lenkstockhebel festes Zahnrad eingreift, oder sie trägt einen Zapfen, der am Hebel eingreift. Vom Lenkstockhebel werden die Spurstangen verschoben. Die Schraubenspindellenkung hat keine Möglichkeit zur Nachstellung und durch die systembedingte Selbsthemmung eine hohe Reibung.[3][16]

Kugelumlauflenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kugelumlauflenkung oder Kugelmutterlenkung ist eine Weiterentwicklung der Schraubenspindellenkung und enthält zwischen Schraube und Mutter auf einer Gewindebahn umlaufende Kugeln (Kugelgewindetrieb).[17] Der Reibungsverlust mit rollenden oder gleitenden Kugeln ist wesentlich geringer als in einem normalen Schraubgetriebe. Die Kugelumlauflenkung mit hydraulischer Servounterstützung („Hydrolenkung“) wird heute ausschließlich bei Nutzfahrzeugen verwendet.[8][18]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Olaf von Fersen (Hrsg.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen. VDI Verlag 1986, ISBN 3-18-400620-4.,
  • Olaf von Fersen (Hrsg.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik – Nutzfahrzeuge. VDI-Verlag, Düsseldorf 1987, ISBN 3-18-400656-5.
  • Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 30. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2013, ISBN 978-3-8085-2240-0.
  • Jörnsen Reimpell: (Hrsg.): Fahrwerktechnik: Lenkanlagen und Hilfskraftlenkanlagen. Vogel Buchverlag Würzburg, 1. Auflage 1992, ISBN 3-8023-0431-4.
  • Peter A. Weller: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Holland+Josenhans Verlag, Stuttgart, 1982, ISBN 3-7782-3520-6.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Jörnsen Reimpell: (Hrsg.): Fahrwerktechnik. S. 67.
  2. a b Olaf von Fersen: Ein Jahrhundert Automobiltechnik– Personenwagen., S. 390, 391.
  3. a b c d Olaf von Fersen: Ein Jahrhundert Automobiltechnik – Nutzfahrzeuge., S. 176, 177.
  4. US-Patent 1120096 von Maurice und Georges Sizaire (1914)
  5. US-Patent 1425753 von H.M. Denyes (1921)
  6. Curt Hanfland: Der Neuzeitliche Maschinenbau. Verlag der Literaturwerke „Minerva“, Band 2, Leipzig 1928, S. 344.
  7. Peter A. Weller: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. S. 262.
  8. a b Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik., S. 481.
  9. Vgl. Jörnsen Reimpell: (Hrsg.): Fahrwerktechnik. S. 73.
  10. Vgl. Jörnsen Reimpell: (Hrsg.): Fahrwerktechnik. S. 68.
  11. US-Patent 1545354
  12. zf.com Von Muskelkraft bis autonom. (abgerufen am 14. Juni 2016)
  13. US-Patent 1584629
  14. US-Patent 1673488
  15. Bishop Cam Steering Box - GB 223963, [1]
  16. Die Schraubenlenkung wurde u.a. in Maybach-Autos (Maybach Zeppelin DS 7, Maybach Zeppelin DS 8, Maybach W 5 SG) verwendet.
  17. Technologie der Kugelgewindetriebe, [2]
  18. In Pkw wurde die Kugelumlauflenkung u.a. noch in der Mercedes-Benz Baureihe 123 verwendet.