Lenkgetriebe

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Zahnstangenlenkung
3 Ritzel und Zahnstange
4 Spurstangen
5 Radträger

Das Lenkgetriebe ist ein Teil der Lenkanlage eines Kraftfahrzeuges und setzt die Drehbewegung des Lenkrades in eine Schiebebewegung der Spurstangen um. Bei der Zahnstangenlenkung werden die Spurstangen von einer quer verschobenen Zahnstange, bei Lenkgetrieben mit Lenkstockhebel vom geschwenkten Lenkstockhebel bewegt.[1]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das erste Lenkgetriebe stammt von Carl Benz: Ein Lenkrad übertrug über eine Lenkstange und ein Ritzel die Lenkbewegungen auf zwei Zahnstangen.[2] Von Daimler wurde für den Regel-3-Tonner die Schraubenspindellenkung entwickelt.[3]
In den Nachfolgejahren wurden Schnecken- und Schraubenspindellenkgetriebe 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 (eine Variante sder Schraubenspindellenkung) 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 Schneckenwelle gedreht, die das auf ein Segment reduzierte Schneckenrad mit dem Lenkstockhebel dreht und die am Lenkstockhebel gelagerten Spurstangen verschiebt.

Ross-Lenkung
Gemmer-Lenkung
Worm (Schneckenwelle)
roller (Schneckenrad)
Pitman arm (Lenkstockhebel)
  • Bei der Finger- oder Ross-Lenkung greift ein zylindrischer Finger (Segment) mit seiner Stirn voran in die Schneckenwelle 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 Fingers (anstatt mehrerer Zähne) 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 Schneckenwelle zwei oder drei parallele Scheiben, die „Zähne“ der sie tragenden sogenannten Rolle (roller) ein.[14] Rolle und Lenkstockhebel drehen sich gemeinsam. Die Schneckenwelle kann als Globoidschnecke ausgeführt sein, das heißt, ihr Durchmesser nimmt zu den Enden hin zu, sodass mehrere Scheiben 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 zur tragenden Achse einer drehbaren Rolle,[15] wodurch die Nut der Schneckenwelle breiter sein muss.[16] Das entsprechende Patent wurde dem britischen Ingenieur Reginald Bishop 1928 erteilt.[17]

Schraubenspindellenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Schraubenspindellenkung wird durch das Drehen der Spindelschraube vom Lenkrad aus eine Spindelmutter (die Lenkmutter) verschoben. Die Mutter ist entweder außen als Zahnstange ausgebildet, die in ein entsprechendes auf dem Lenkstockhebel festes Zahnrad eingreift, oder sie trägt einen Zapfen, der am Lenkstockhebel eingreift. Vom Lenkstockhebel werden die Spurstangen verschoben. Bei diesem Lenkgetriebe existiert keine Nachstellmöglichkeit, und die Reibung ist hoch.[3][18]

Kugelumlauflenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kugelumlauflenkung oder Kugelmutterlenkung ist eine Weiterentwicklung der Schraubenspindellenkung. Sie enthält zwischen Spindelschraube und -mutter auf der Gewindebahn umlaufende Kugeln (Kugelgewindetrieb).[19][20] 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][21]

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. Bilder von Gemmer-Lenkungen: [1], [2]
  15. Bild einer Bishop-Lenkung: [3]
  16. US-Patent 1673488
  17. Bishop Cam Steering Box - GB 223963, [4]
  18. Die Schraubenlenkung wurde u.a. in Maybach-Autos (Maybach Zeppelin DS 7, Maybach Zeppelin DS 8, Maybach W 5 SG) verwendet.
  19. Technologie der Kugelgewindetriebe, [5]
  20. Bilder der Kugelumlauflenkung [6], [7]
  21. In Pkw wurde die Kugelumlauflenkung u.a. noch in der Mercedes-Benz Baureihe 123 verwendet.