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Lenkung


Dieser Artikel befasst sich mit der Richtungssteuerung von Fahrzeugen; zur Steuerung und Regelung von Strukturen siehe Governance.

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

Allgemein

Bei schienengebundenen Fahrzeugen geben die Schienen die Fahrtrichtung vor.

Nicht-schienengebundene Landfahrzeuge hatten ursprünglich eine Schwenkachsenlenkung (oder Drehschemellenkung). Dabei wird der i.d.R. 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.

Bei den meisten Kraftfahrzeugen wird fast von Anfang an - ebenfalls i.d.R. an der vorderen Achse - die Achsschenkellenkung verwendet. Die beiden Räder sind an je einem eigenen, außerhalb der Fahrzeugmitte befindlichen Achsschenkelbolzen schwenkbar gelagert. Zum koordinierten Schwenken sind die Achsschenkel gelenkig mit einer Spurstange 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 (Bodenunebenheiten, bei Beschleunigung und Bremsen wirksame Bodenkontaktunterschiede rechts und links, Seitenwind u.a.) 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

Bei der Schwenkachslenkung wird der starre Achskörper mit seinen an beiden Enden gelagerten Rädern als Ganzes um einen zentralen Bolzen (Königsbolzen) geschwenkt. Zur Übertragung des Kippmoments zwischen Achse und Fahrzeug beim Ausschwenken ist die Achse zu einen schemelartigen Gebilde erweitert. Die Reibung zwischen Achse/Schemel und Fahrzeugunterseite erschwert das Lenken, ein Nachteil, der weniger ins Gewicht fällt, wenn die Lenkkraft mittels einer relativ langen Deichsel übertragen wird.[2] Beim Schwenken der Achse verringert sich die Aufstandsfläche des Fahrzeugs von einem Viereck bis zu einem Dreieck (90°-Schwenkung), was ein prinzipieller Nachteil dieser alten Bauform ist.

Klassische Vertreter der Schwenkachslenkung sind Pferdewagen und mehrachsige Anhänger, aber auch die Seifenkiste. An kurzgekuppelten Hängerzügen werden mehrere Drehschemel (auch Drehkranz) verwendet. Dabei wird die Achse um verschiedene vertikale Drehpunkte bewegt, um dadurch ein Anschlagen der Fahrzeugecken an die Zugmaschine zu verhindern.

Achsschenkellenkung

Die Achsschenkel-Lenkung, bei der jedes Vorderrad eine eigene Schwenkachse hat, wurde im Jahr 1761 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 gleichbedeutende Bezeichnung des Lenkwinkels als Ackermann-Winkel. Nochmalige 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. Auch beim Motorrad Yamaha GTS 1000 kam diese Lenkung Anfang der neunziger Jahre zum Einsatz.

Lenktrapez

Beide Räder sollen bei Kurvenfahrt auf einer Kreisbahn mit gleichem Mittelpunkt rollen, das innere näher am Mittelpunkt als das äußere. Bei der Drehschemellenkung ist dies automatisch der Fall. 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 dimensionierte 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]

Vorspur

Durch eine leichte Vorspur, d.h. dass die Räder bei Geradeausfahrt nicht parallel stehen, sondern einen Pfeil in Fahrtrichtung bilden, verbessert man den Geradeauslauf.[8]

Sturz

Die Räder rotieren nicht genau auf horizontalen Achsstummeln, sondern auf außen leicht nach unten zeigenden. Die Räder werden so nach innen gedrückt und Spiel in den Lagern ausgeschaltet.

Spreizung

Die Schwenkachsen der Räder sind in Querrichtung leicht nach innen geneigt, so dass sich ihre Verlängerungen den Mittelpunkten der Aufstandsflächen der Räder nähert. Der Lenkrollradius wird kleiner. Die Lenkkraft und die Rückwirkung der Räder (z. B. 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 (Rückstellmoment).

Nachlauf

Das für die selbsttätige Rückstellung in den Geradeauslauf bei Fahrt wesentliche Rückstellmoment entsteht durch den Nachlauf der Räder. Dieser entsteht durch leichte Neigung der Schwenkachsen der Räder nach hinten. Es ist der Abstand in Fahrtrichtung zwischen verlängerter Schwenkachse und Mittelpunkt der Radaufstandsfläche. Die Räder werden wie eine Lenkrolle gezogen.

Andere Bauarten bei zweispurigen Fahrzeugen

Knicklenkung

Bei der Knicklenkung besteht das Fahrzeug aus zweiTeilen 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.

Sie ist aber nur für Fahrzeugtypen geeignet, die funktionell in zwei separate Elemente aufgeteilt werden können, wie Bau- und Arbeitsmaschinen

Panzerlenkung

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

Die Achsschenkellenkung lässt sich bei Heckantrieb durch zeitweises Bremsen eines der Antriebsräder unterstützen. Wegen des i.d.R. 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.

Steuerkopflenkung bei einspurigen Fahrzeugen

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.

Unterscheidungen bezogen auf die Fahrzeug-Achszahl

In Bezug auf das ganze Fahrzeug gibt es verschiedene Lenkarten:

  • Die Zweiradlenkung ist die gängigste Form der Lenkung bei den meisten Straßenfahrzeugen, bei der die beiden Räder derselben Achse gelenkt werden.
    • Vorderachslenkung ist die übliche Lenkung bei den meisten Kraftfahrzeugen.
  • Hinterradlenkung wird oft an Spezialfahrzeugen wie Gabelstaplern oder Mähdreschern verwendet, weil andere Bauteile den Einbau vorne unmöglich machen.
  • Doppelvorderradlenkung wird die Lenkung auf zwei kurz hintereinander liegende Vorderachsen genannt. Diese Lenkung wird verwendet, um bei losem oder rutschigem Untergrund ein Untersteuern zu vermeiden und wird bei Spezialfahrzeugen verwendet. Ein weiterer Einbaugrund ist das Vermeiden von starkem Reifenverschleiß durch das typische "Radieren" von Doppelachsen während der Kurvenfahrt (Ackermann-Gesetz). Oft wird diese Lenkungsart mit Allradantrieb verbunden. Man findet sie zum Beispiel bei 3-achsigen Sattelzugschleppern, 4-achsigen Baustellen-LKW und Schwerlast-LKW
  • Vorderradlenkung bei 3-achsigen Fahrzeugen besteht aus der lenkbaren Vorderachse und zwei eng stehenden Hinterachsen (Doppelachse). Unter Kurvenfahrt können die Hinterachsen nicht mit der Vorderachse auf einer Kreisbahn rollen, sondern bewegen sich schräg zu ihrer eigenen Rollrichtung. Sie radieren auf der Straße und zwingen dem Fahrzeug ein untersteuerndes Verhalten auf. Diese Lenkungsart wird üblicherweise bei Fahrzeugen mit großen Nutzlasten, LKW und ihre Anhänger, verwendet.
  • Allradlenkung Alle Räder eines Fahrzeugs können gelenkt werden. Das ergibt einen kleinen Wenderadius und hat bei Allradantrieb einen weiteren Vorteil: Der Antrieb kann in die gelenkte Richtung erfolgen. Eine Allradlenkung wird unter anderem in landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder bei Schwerlasttransportern verwendet. Man unterscheidet folgende Arten der Allradlenkung:
    • 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 die Hinterräder genau in der Spur der Vorderräder nachlaufen.
    • Verzögerungslenkung, bei der die Hinterräder erst bei einem bestimmten Winkel der Vorderräder verdreht werden.
    • 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.
    • Vorderrad-Hinterradlenkung wird bei 3-achsigen Nutzfahrzeugen mit einer doppelten Hinterachse verbaut. Bei ihr lenkt zusätzlich zur Vorderachse eine der beiden Hinterachsen mit. Ist die erste Hinterachse die Lenkachse so lenkt diese gleichsinnig zur Vorderachse. Die zweite Hinterachse würde dagegen gegensinnig zur Vorderachse einlenken. Da ein Radieren der Hinterachsen vermieden wird, ist das Fahrzeug damit wendiger und leichter zu handhaben. Anwendung vor allem bei schweren LKW, die oft auf engem Terrain bewegt werden müssen (z. B. Müllwagen).

Lenkung von Wasserfahrzeugen und Flugkörpern

Die Lenkung von Wasserfahrzeugen und Flugkörpern wird meist Steuerung genannt. Sie wirkt auf den Antrieb (z. B. beim Hubschrauber oder beim Ruderboot), auf das umströmende Wasser oder die umströmende Luft (z. B. mit einem Ruder bei einem Passagierflugzeug oder bei einem Schiff) oder die Lenkung hat eine eigene Energiequelle (z. B. Steuertriebwerke bei Raketen).[9]

Eigenlenkung und Fernlenkung

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

Literatur

  • Erik Eckermann: Die Achsschenkellenkung und andere Fahrzeug-Lenksysteme. Deutsches Museum, München 1998, ISBN 3-924183-51-1.
  • Anthony Bird, Edward Douglas-Scott Montagu of Beaulieu: Steam Cars, 1770–1970. Littlehampton Book Services, 1971, ISBN 0-304-93707-X. (englisch)

Einzelnachweise

  1. Hako-Lehrmittel: Drehschemellenkung, Achsschenkellenkung , bildlicher Vergleich der beiden Bauarten
  2. In modernen Anwendungen der Schwenkachslenkung wird der Reibwiderstand durch Anwendung von Wälzlagern verringert.
  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. Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 1970, S. 231.
  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

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Hundegang  – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

ind:


Kategorien: Fahrzeuglenkung

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