Lenkung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Als Lenkung bezeichnet man die Vorrichtung zur Beeinflussung der Fahrtrichtung von Fahrzeugen jeglicher Art. Dieser Artikel beschäftigt sich vor allem mit der Lenkungstechnik an zweispurigen Landfahrzeugen, insbesondere mit der Achsschenkellenkung.

Allgemein[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei schienengebundenen Fahrzeugen geben die Schienen die Fahrtrichtung vor.

Nichtschienengebundene Landfahrzeuge hatten ursprünglich eine Schwenkachsenlenkung (oder Drehschemellenkung). Dabei wird meist der vordere starre Achskörper mit seinen an beiden Enden gelagerten Rädern um einen in der Mitte befindlichen Bolzen horizontal geschwenkt. Diese Lenkung kommt heute noch oft an mehrachsigen Anhänger-Fahrzeugen vor.

Achsschenkel-Lenkanlage mit Schrauben- oder Schnecken-Lenkgetriebe
1 Lenkrad
2 Lenksäule
3 Lenkgetriebe
4 Spurstangen
5 schwenkbare Rad-Achsschenkel
6 Lenkhebel
7 Zwischenstange
8 Lenkstockhebel
9 Zwischenhebel

Bei den meisten Kraftfahrzeugen mit zwei Vorderrädern wurde fast von Anfang an – ebenfalls in der Regel an der vorderen Achse – die Achsschenkellenkung verwendet. Die beiden Achsschenkel oder Radträger, an denen die Räder gelagert sind, sind um je eine eigene, annähernd senkrecht stehende Achse unmittelbar am Rad schwenkbar gelagert. Zum koordinierten Schwenken sind die Achsschenkel gelenkig über das Lenkgestänge miteinander verbunden.[1]

Nach Erreichen der gewünschten neuen Fahrtrichtung wird das Schwenken (Lenkausschlag) aufgehoben. Lenkwinkel ist der Winkel zwischen Radebene und Geradeausfahrtstellung. Lenkausschläge sind gelegentlich auch als Lenkkorrekturen infolge von richtungsändernden Störungen wie Bodenunebenheiten, Beschleunigung bzw. Verzögerung, Bodenkontaktunterschiede rechts und links und Seitenwind erforderlich.

Der für die Lenkungstechnik einspuriger Fahrzeuge (Fahrräder und Motorräder) gebrauchte Begriff ist Steuerkopflenkung. Das Vorderrad wird mit der im Steuerkopf drehbaren Vorderradgabel zur Seite geschwenkt.

Bestandteile der Achsschenkellenkung beim Automobil

Bestandteile der Steuerkopflenkung bei einspurigen Fahrzeugen

Schwenkachslenkung/ Drehschemellenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Drehschemel eines Pferdewagens, Schemel aus Achskörper und dahinter befindlichem Stützbogen gebildet

Bei der Schwenkachslenkung wird der starre Achskörper mit den an seinen Enden gelagerten Rädern als Ganzes um einen zentralen Bolzen (Königsbolzen) geschwenkt. Beim Schwenken der Achse verringert sich die Aufstandsfläche des Fahrzeugs von einem Viereck bis zu einem Dreieck bei 90°-Schwenkung, wodurch sich die Kippstabilität des Fahrzeugs verringert.

Die Schwenkachslenkung wird bei Kutschen und anderen Pferdewagen sowie allgemein bei mehrachsigen Anhängern eingesetzt, da die Deichsel zum Ziehen des Fahrzeugs hier auf einfache Weise zugleich auch zur Ansteuerung der gelenkten Achse dienen kann.

Nur sehr einfache selbstfahrende Fahrzeuge wie Seifenkisten oder frühe dampfgetriebene Straßenwalzen wurden mit Schwenkachslenkung ausgestattet. Denn das Fahrzeug braucht entweder eine ausreichende Bodenfreiheit, um es den Rädern zu erlauben, unter dem Fahrzeugboden durchzuschwenken oder die Achse muss so breit sein, dass die Räder ausserhalb des Fahrzeugkörpers schwenken können. Zur Federung der Achse ist in der Regel zudem ein untergesetzter Drehschemel erforderlich, durch welchen sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs weiter erhöht. Selbstständige Fahrzeuge mit gelenkten Vorderachsen neigen bauartbedingt dazu, beim Abbremsen der vorderen Räder nach vorne umzuschlagen.

An kurzgekuppelten Hängerzügen werden mehrere Drehschemel (Drehkränze) verwendet. Dabei wird die Achse um verschiedene vertikale Drehpunkte bewegt, um dadurch ein Anschlagen der Fahrzeugecken an die Zugmaschine zu verhindern.

Einzelradlenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hat jedes gelenkte Rad seine eigene Drehachse, liegt eine Einzelradlenkung vor. Bei zweispurigen Fahrzeugen kommt die Achsschenkellenkung mit außerhalb der Radebene liegendem Achsschenkel, bei einspurigen Fahrzeugen die Steuerkopflenkung mit Drehachse in der Radmittenebene zur Anwendung.

Achsschenkellenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Achsschenkellenkung mit durchgehender Spurstange bei Starrachsen. (M=Mittelpunkt bzw. Momentanpol)
lenkbarer linker Achsschenkel: gabelförmiges Anschlussstück des von der Radnabe umgebenen Achsschenkels drehbar mittels senkrechtem „Achsschenkelbolzen“ an die Starrachse („Faustachse“) angeschlossen

Die Achsschenkel-Lenkung, bei der jedes Vorderrad eine eigene Schwenkachse hat, wurde im Jahr 1761[2] von Dr. Erasmus Darwin erfunden. Patentiert wurde sie erstmals 1816 dem Hofwagner Georg Lankensperger aus München. Dieser überließ sie in England dem Verleger und Unternehmer Rudolph Ackermann, weshalb sie dort unter dem Begriff "A-Steering" bekannt wurde. An Ackermann erinnert auch die Bezeichnung des Lenkwinkels als Ackermann-Winkel und die Ackermann-Funktion, die die Lenkwinkeldifferenz beschreibt, die von Radstand, Spurweite und Lenkwinkel abhängt. Weitere Patente erhielten Amédée Bollée 1876 in Frankreich[3] und Carl Benz 1891.[4][5][6] Diese Bauart wird in heutigen mehrspurigen Kraftfahrzeugen beinahe ausschließlich verwendet, ebenfalls bei hinterachsgelenkten Fahrzeugen wie Gabelstapler oder Erntemaschinen. Die Radnabenlenkung einiger Motorräder kann als Achsschenkellenkung aufgefasst werden. Yamaha verwendete diese eine Achsschenkellenkung beim Motorrad Yamaha GTS 1000 Anfang der 1990er Jahre.

Lenktrapez[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beide Räder sollen bei Kurvenfahrt auf einer Kreisbahn mit gleichem Mittelpunkt rollen, dem Momentanpol der Bewegung. Bei der Drehschemellenkung ist dies automatisch der Fall. Bei einer Einzelradlenkung muss das innere Rad, das näher am Mittelpunkt liegt und dem äußeren vorauseilt, stärker einlenken als das äußere. Bei der Achsschenkellenkung müssen die Räder unterschiedlich geschwenkt werden, das außen liegende weniger stark als das innen liegende. Dies erreicht man mit der Bildung des sogenannten Lenktrapez aus dem Achskörper, den beiden leicht nach innen weisenden Lenkhebeln an den Achsschenkeln und einer Spurstange, die kürzer als der Achskörper ist. Dadurch entstehen beim Schwenken der Räder ungleich lange wirksame Hebelarme, so dass sich die Verlängerungen aller Radachsen ungefähr im Kurvenmittelpunkt schneiden (Ackermann-Prinzip). Ein Hinweis auf ein richtig dimensioniertes Lenktrapez ist die Tatsache, dass sich die verlängerten Lenkhebel an den Achsschenkeln in Geradeausstellung in der Mitte der Hinterachse treffen (siehe oben in obiger Abbildung).

Vorderradstellung[7][Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Spur (Spurwinkel) und Sturz bestimmen sich durch die Lage der Radachse (des Achsstummels), Spreizung und Nachlauf durch die Lage der Lenkachse.

Vorspur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorspur bedeutet, dass die Räder bei Geradeausfahrt nicht genau parallel stehen, sondern in Fahrtrichtung einen spitzen Winkel bilden. Dies verbessert den Geradeauslauf.[8] Durch die leicht "schielende" Einstellung der Räder wird die Lenkmechanik unter Spannung gehalten. Dies unterbindet das Flattern der Lenkung durch Lagerspiel. Idealerweise gleicht die leichte Vorspur das Lagerspiel gerade aus, so dass die Räder bei normaler Fahrt wieder parallel stehen.

Die Vorspur kann nur bei geradestehenden Rädern eingestellt werden. Beim Einschlagen der Lenkung bekommen die Räder Nachspur: Die Räder bilden einen Winkel, der sich nach vorne öffnet, damit das kurveninnere Rad einem kleineren Kurvenradius folgen kann, als das kurvenäußere Rad.

Sturz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Radachsen oder Achsstummel stehen nicht genau horizontal, sondern weisen am äußeren Ende leicht nach unten oder nach oben. Der erstgenannte Fall wird fahrzeugbezogen positiver Sturz genannt. Hier werden die Räder so nach innen gedrückt und so das Spiel in den Lagern ausgeschaltet. Negativer Sturz gleicht demgegenüber die Wankneigung in Kurven aus und verbessert die Haftung der Reifen in der Kurve.

Spreizung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Schwenkachsen der Räder sind leicht nach innen geneigt, so dass sich die Verlängerung der Schwenkachse der Aufstandsfläche des Rads annähert. Dadurch verkleinert sich der Lenkrollradius. Die Lenkkraft und die Rückwirkung der Räder (zum Beispiel durch Bremsen auf rechts und links nicht gleich griffigem Boden) auf die Lenkung verringern sich. Bei positivem Lenkrollradius bewirkt die Spreizung beim Einschlag ein leichtes Anheben des Wagenvorderteils, was eine selbsttätige Rückstellung in den Geradeauslauf bewirkt, auch im Stehen (Rückstellmoment).

Stoßradius und Störkrafthebelarm[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Projektion auf die Fahrzeugquerebene hat die Spreizachse vom Radmittelpunkt die Abstände Stoßradius rσ und Störkrafthebelarm rSt. Ihr zur Fahrbahn paralleler Abstand ist der Stoßradius, ihr kleinster Abstand ist der Störkrafthebelarm. Beide Werte sind positiv, wenn der Radmittelpunkt weiter als die Spreizachse von der Fahrzeugmitte entfernt ist. Sie sollen möglichst klein sein, damit keine störenden Kräfte in der Lenkung erzeugt werden.

Nachlauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das auf das Lenkrad wirkende Rückstellmoment bei Kurvenfahrt entsteht im Wesentlichen durch das Reifenrückstellmoment und die Nachlaufstrecke der Räder. Diese entsteht durch leichte Neigung (Nachlaufwinkel) der Schwenkachsen (Spreizachsen) der Räder nach hinten und den Nachlaufversatz. Die Nachlaufstrecke ist definiert als Abstand zwischen dem Durchstoßpunkt der Spreizachse auf der Fahrbahn und dem Radaufstandspunkt in einer Ansicht seitlich auf das Rad.

Steuerkopflenkung bei einspurigen Fahrzeugen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein anderer Begriff ist Gabellenkung. Eines ihrer Merkmale ist die Rechts-Links-Symmetrie, das Lenkverhalten ist in beide Richtungen gleich.

Außer bei einspurigen (Fahrrädern, Motorrollern) wird sie auch bei dreispurigen Fahrzeugen angewendet. Das einzelne Vorder- oder auch Hinterrad wird geschwenkt, so bei klassischen Dreirädern und auch bei Rollstühlen und hinten gelenkten Gabelstaplern.

Beim Leichtmotorrad Riedel Imme ist keine Rechts-Links-Symmetrie gegeben; sein Konstrukteur Norbert Riedel gibt in einer Patentschrift zwei Möglichkeiten an, die die Nachteile der Unsymmetrie verringern sollen.

Andere Bauarten bei zweispurigen Fahrzeugen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Knicklenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Radlader mit Knicklenkung

Bei der Knicklenkung besteht das Fahrzeug aus zwei Teilen mit je einer meistens ungefederten Starrachse. Beide Teile sind durch ein um eine vertikale Achse drehendes Gelenk miteinander verbunden. Das Lenken erfolgt durch Schwenken der beiden Fahrzeugteile gegeneinander. Im Vergleich mit der ebenfalls eingelenkigen Schwenkachslenkung ist die Aufstandsfläche im geschwenkten Zustand und damit die Standsicherheit größer.

Die Knicklenkung eignet sich in erster Linie für kurze und eher langsamfahrende Fahrzeuge. Massen, die sich vor der Vorder- oder hinter der Hinterachse befinden (wie etwa Schaufeln und andere Arbeitsgeräte), wirken bei Fahrzeugen mit Knicklenkung stabilisierend. Das Fahrzeug wird durch die Knicklenkung in einen vorderen und einen hinteren Teil separiert, die sich gegenseitig stützen. Je gleichmäßiger sich die jeweilige Achslast auf den Bereich vor und den Bereich hinter der betreffenden Achse aufteilt, desto geringer ist die Kippgefahr bei Lenkbewegungen des Fahrzeugs.

Die Kombination von Knicklenkung und Achsschenkellenkung wird als Stereolenkung bezeichnet.

Kompaktlader mit Panzerlenkung

Panzerlenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Richtungsänderung resultiert aus unterschiedlichen Drehzahlen der beiden angetriebenen Seiten, wie die der Ketten von Panzern und anderen Kettenfahrzeugen (wie Raupenfahrzeuge) und wird auch bei Rad-Fahrzeugen (z. B. Kompakt- und Hoflader) verwendet.

In der einfachsten Form geschieht dies durch eine Lenkbremse mit Bremsbändern, die jedoch schnell verschleißen. Daher wird meist ein Überlagerungslenkgetriebe verwendet, das auch die Antriebsverluste minimiert.

Lenkbremse, zusätzlich zu Achsschenkellenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Achsschenkellenkung lässt sich bei Heckantrieb durch zeitweises Bremsen eines der Antriebsräder unterstützen. Wegen des in der Regel an der Hinterachse vorhandenen Differentialgetriebes entsteht kein Verlust an Antriebsleistung. Bei Fahrzeugen mit geringer Vorderachslast (Rollstühle und manche Zugmaschinen) kann die Lenkbremse die Richtungsänderung allein bewirken.

Lenkungsarten in Bezug auf die Fahrzeug-Achsen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Bezug auf das Fahrzeug und seine Achsen wird unterschieden in:

  • Die Zweiradlenkung ist die gängigste Form der Lenkung bei den meisten Straßenfahrzeugen, bei der die beiden Räder derselben Achse gelenkt werden.
    • Hinterradlenkung wird in der Regel nur bei langsam fahrenden Fahrzeugen angewandt, da hinten gelenkte Fahrzeuge zum Übersteuern neigen und sich dieser Effekt gefährlich verstärken kann, wenn sich bei fortschreitendem Verschleiß ein erhöhtes Lagerspiel einstellt. Gabelstapler mit Hinterradlenkung profitieren von erhöhter Wendigkeit. Bei Gabelstaplern und Mähdreschern vereinfacht die Hinterradlenkung die Konstruktion der hoch belasteten Vorderachse.
    • Vorderradlenkung ist die übliche Lenkung bei den meisten Kraftfahrzeugen. Bei 3-achsigen Fahrzeugen mit ungelenkten Hinterachsen (Doppelachse oder Tandemachse) werden die Hinterräder bei Kurvenfahrt schräg zur Rollrichtung geschoben und radieren dabei auf dem Untergrund. Durch den Reibungswiderstand zwingen sie dem Fahrzeug ein untersteuerndes Verhalten auf. Je enger die beiden Hinterachsen zusammen stehen, desto weniger wird die Lenkung behindert.
Die gelenkte Vorderachse darf bei Fahrzeugen mit großen Nutzlasten nicht zu weit vorne stehen. Wenn aufgrund einer großen Zuladung auf der hinteren Ladefläche des Fahrzeugs ein zu geringer Anteil des Fahrzeug-Gesamtgewichts auf Vorderachse wirkt, würden sonst die Vorderräder beim Lenken ihre Haftung verlieren.
LKW mit zwei gelenkten Vorderachsen
  • Doppelvorderradlenkung wird die Lenkung zweier kurz hintereinander liegender Vorderachsen genannt. Diese Lenkung wird verwendet, um eine hohe vordere Achslast auf zwei Achsen zu verteilen. Die Alternative wäre es, die vorderen Reifen zu vergrößern, was bei vorne liegendem Motor jedoch den Motorraum einschränkt.
Zwei angelenkte Vorderachsen bei Spezialfahrzeugen wie großen Autokranen anzutreffen. Vermehrt werden auch Baufahrzeuge wie Schüttguttransporter (Muldenkipper) und selbstfahrende Betonmischer damit ausgestattet. Die Übernahme einer höheren Last durch die beiden Vorderachsen verringert den Reifenverschleiß durch das Radieren der Reifen an den ungelenkten Hinterachsen bei Kurvenfahrt. Gelegentlich wird auch auf eine zweite Hinterachse verzichtet.
  • Die Vorderrad-Hinterradlenkung wird bei 3-achsigen Nutzfahrzeugen mit doppelter Hinterachse verbaut. Bei ihr lenkt zusätzlich zur Vorderachse eine der beiden Hinterachsen mit. Analog zur Proportionallenkung ist der Lenkausschlag der Hinterachse gegenüber der Vorderachse verringert.
Ist die erste Hinterachse die Lenkachse so lenkt diese gleichsinnig mit der Vorderachse. Die zweite Hinterachse als Lenkachse lenkt gegensinnig zur Vorderachse. Da ein Radieren der Hinterachsen vermieden wird, ist das Fahrzeug leichter zu handhaben. Insbesondere bei Anlenkung der hintersten Achse reduziert sich der Wendekreis. Anwendung vor allem bei schweren Lkw, die oft auf engem Terrain bewegt werden müssen (z. B. Müllwagen).
  • Eine Allradlenkung ermöglicht einen kleinen Wenderadius Eine Allradlenkung findet sich unter anderem bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder bei Schwerlasttransportern. Man unterscheidet folgende Arten:
    • 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 0.4°.
    • Gleichlauflenkung, bei der die Vorder- und Hinterräder gleichmäßig verdreht werden, was zur Folge hat, dass bei konstanter Kurvenfahrt die Hinterräder genau in der Spur der Vorderräder laufen.
    • Verzögerungslenkung, bei der die Hinterräder erst angelenkt werden, wenn die Vorderräder einen bestimmten Lenkwinkel erreicht haben.
    • Hundeganglenkung ist eine vor allem in der Landwirtschaft eingesetzte Lenkung. Dabei werden die Vorderräder und die Hinterräder in die gleiche Richtung ausgelenkt. Dies ermöglicht es, die Hinterräder auch bei Geradeausfahrt versetzt zu den Hinterrädern laufen zu lassen. Dies reduziert die Spurrinnenbildung und vermindert die Kippgefahr im steilen Gelände.

Lenkung von Wasserfahrzeugen und Flugkörpern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Querruder eines Flugzeugs in einer Kurve

Die Lenkung von Wasserfahrzeugen und Flugkörpern wird meist Steuerung genannt. Sie wirkt auf den Antrieb (zum Beispiel bei Hubschraubern oder Ruderbooten), über bewegliche Steuerflächen auf das umströmende Medium (Wasser oder Luft − über Höhen-, Seiten-, Querrudern bei Flugzeugen und Steuerrudern bei Schiffen) oder die Lenkung hat eine eigene Energiequelle (zum Beispiel als Steuertriebwerke bei Raketen und Bugstrahlruder bei Schiffen).[9]

Eigenlenkung und Fernlenkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bodenfahrzeuge haben normalerweise eine Eigenlenkung, sie sind selbstgesteuert. Das Gegenteil, die Fernlenkung oder Fernsteuerung, überträgt die Lenkbefehle von außen auf das Fahrzeug, wie bei einem ferngesteuerten Modellauto oder einem Satelliten.[10]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Hundegang – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Hako-Lehrmittel: Drehschemellenkung, Achsschenkellenkung, bildlicher Vergleich der beiden Bauarten
  2. Den noch früheren Versuch einer Einzelradlenkung gibt Erik Eckermann an in Kultur & Technik, 04/2003, S. 54 [online: http://www.deutsches-museum.de/fileadmin/Content/data/020_Dokumente/040_KuT_Artikel/2003/27-4-54.pdf, abgerufen 2016-09-13]
  3. Bird, Montagu of Beaulieu: Steam Cars, 1770–1970(1971), S. 52.
  4. Ein Jahrhundert Automobiltechnik – Nutzfahrzeuge. VDI-Verlag, 1987, ISBN 3-18-400656-6, S. 164, 174, 175.
  5. Ein Jahrhundert Automobiltechnik – Personenwagen. VDI Verlag, 1986, ISBN 3-18-400620-4, S. 368.
  6. Hinweise und Aufzeichnungen der Royal Society of London © 2002 The Royal Society
  7. Konrad Reif, Karl-Heinz Dietschke: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 27. Auflage. Vieweg & Sohn, 2011, ISBN 978-3-8348-1440-1, S. 318.: (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  8. Motorlexikon.de: Die Vorspur hält die Lenkung unter Spannung [beide Räder lenken ein wenig, was sich gegenseitig durch Querschlupf aufhebt] und verringert damit Lenkstörungen, auch Flattern genannt. [1]
  9. Lenkung im Universal-Lexikon
  10. Eigenlenkung im Universal-Lexikon