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Lenkung

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Die Lenkung in Kürze

  • Die Lenkung erlaubt es dem Fahrer eines Pkw, den Einschlagswinkel der Vorderräder und damit die Fahrtrichtung zu bestimmen.
  • Das durch die Drehung am Lenkrad erzeugte Drehmoment wird durch die Lenkung verstärkt und an die Achsschenkel übertragen.
  • Autos werden mittels Achsschenkellenkung gelenkt. Bei Anhängern kommt die Drehschemellenkung zum Einsatz.

1. Grundlagen der Lenkung

Unter der Lenkung eins Kfz werden zahlreiche Teile gruppiert, die im Zusammenspiel das Schwenken bzw. Einschlagen der Vorderräder ermöglichen. Dabei geht die Initialkraft in Form von Drehmoment vom Fahrer aus, der das Lenkrad in die eine oder andere Richtung dreht. Diese mechanische Bewegung wird über die Lenksäule und die Lenkspindel an das Lenkgetriebe übertragen. Das Lenkgetriebe wiederum wandelt die Drehbewegung in eine Seitwärtsbewegung um und überträgt die Kraft an die Spurstange. Durch die axiale Bewegung der Spurstange und die an beiden Seiten befestigten Spurstangenhebel bildet sich ein veränderliches Lenktrapez, durch die die Achsschenkel in den gewünschten Einschlagwinkel geschwenkt werden. Das Besondere an dieser sogenannten Achsschenkellenkung ist die richtige Ausrichtung der Vorderräder, wobei das innere Rad bei Kurvenfahrt einen kleineren Kreis beschreibt und entsprechend einen größeren Einschlagwinkel benötigt, während das äußere Rad weniger eingeschlagen werden muss.

2. Achsschenkellenkung bei Kfz

Im Unterschied zur Drehschemellenkung mit einer starren Lenkachse, wie sie häufig bei Anhängern zum Einsatz kommt, werden Autos mittels Achsschenkellenkung gesteuert. Durch zwei Lenkachsen lassen sich unterschiedliche Einschlagswinkel an den Vorderrädern realisieren, wodurch einwandfreies Abrollen auch bei Kurvenfahrt möglich ist. Die Differenz aus dem Einschlagswinkel des kurveninneren Rades und das äußeren Rades wird als Spurdifferenzwinkel bezeichnet und ergibt sich aus der Tatsache, dass das äußere Rad bei gleichem Kreismittelpunkt einen größeren Kreisradius befahren muss. Umgesetzt wird die Achsschenkellenkung durch die Spurstange und die auf beiden Seiten angebrachten Spurstangenhebel, die jeweils die Achsschenkel in den richtigen Einschlagwinkel schwenken. Die Spurstange muss dabei kürzer sein als der Achskörper, damit ungleich lange Hebelarme entstehen. In der Konsequenz schneiden sich die Verlängerungen aller Radachsen im Kurvenmittelpunkt (Ackermann-Prinzip). Ein Indiz für ein richtig eingestelltes Lenktrapez aus Spurstangenhebeln und Spurstange lässt sich durch eine gedachte Verlängerung der Spurstangenhebel bei Geradeausfahrt finden. Sie müssen sich in der Mitte der Hinterachse treffen.

3. Teile der Lenkung

Die Lenkung besteht aus zahlreichen Komponenten, die im Zusammenspiel das vom Fahrer am Lenkrad erzeugte Drehmoment in einen Einschlagwinkel der Räder übertragen. Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht über Aufgabe und Funktion des jeweiligen Lenkungsteils.

Teil der Lenkung Funktion und Arbeitsweise
Lenkrad Über das Lenkrad kann der Fahrer eines Autos die Räder aus der Geradeausstellung schwenken, damit das Kfz eine Kurvenfahrt beschreibt. Es ist zumeist geschäumt und mit Griffmulden versehen. Teilweise wird das Lenkrad aus optischen Gründen und für besseren Halt mit Leder überzogen. Neben der Lenkfunktion beherbergt das Lenkrad in modernen Fahrzeugen auch einen Airbag.
Lenksäule Die Lenksäule nimmt das vom Fahrer erzeugte Drehmoment auf und überträgt es an die Lenkspindel. Der stangen- oder röhrenförmige Träger kann häufig in der Höhe, im Winkel und in der Entfernung zum Fahrzeugführer eingestellt werden. In der Regel sind zusätzliche Schalter und das Zündschloss an der Lenksäule angebracht. Aufgrund ihrer Bauform und Lage sind Lenksäulen bei frontalen Auffahrunfällen eine große Gefahr für den Fahrer. Entwickelte Sicherheitskonzepte sehen daher vor, dass sich die Lenksäule zusammenschiebt beim Wirken hoher Kräfte zusammenschiebt.
Lenkspindel Die Lenkspindel ist ein Verbindungsteil zwischen Lenksäule und Lenkgetriebe, welches das Drehmoment überträgt. Die Lenkspindel besteht in der Regel aus mehreren Kreuzgelenken und muss so gestaltet sein, dass kein Lenkungsspiel auftritt, Rückmeldungen von der Straße am Lenkrad ankommen und das Lenkrad bei Geradeausfahrt in Mittelstellung steht.
Lenkgetriebe Die Hauptaufgabe des Lenkgetriebes besteht darin, die Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln, damit sich die Spurstange nach rechts bzw. links bewegen kann. Dazu wird beim Zahnstangenlenkgetriebe das Drehmoment der Lenkspindel über ein Ritzel an die Zahnstange übertragen. Um eine feinfühlige und dynamische Lenkung zu gewährleisten, kommen in modernen Kfz häufig Hilfskraftlenksysteme zum Einsatz, die den Kraftaufwand durch den Fahrer minimieren.
Spurstange Durch die vom Lenkgetriebe umgewandelte Kraft bewegt sich die Spurstange linear nach rechts oder links. Durch diese Bewegung werden die Spurstangenhebel geschwenkt und die jeweilige Lenkachse der Räder ausgerichtet. Da die Spurstange kleiner ist als die Achse, ergibt sich ein Lenktrapez und einwandfreie Kurvenfahrten mit unterschiedlichen Einschlagwinkeln am inneren und äußeren Rad sind möglich.
Spurstangen-
hebel
Gemeinsam mit der Spurstange bilden die Spurstangenhebel das Lenktrapez einer Achsschenkellenkung. Der jeweilige Achsschenkel ist drehend gelagert und wird durch den Spurstangenhebel in den richtigen Winkel gezogen, sodass sich die verlängerten Mittellinien der Achsen in einem gemeinsamen Kreismittelpunkt treffen würden.

4. Servolenkung und andere Hilfskraftlenksysteme

Hinter dem Begriff der Servolenkung verbergen sich elektrohydraulische und elektrische Systeme zur Lenkkraftverstärkung, die ein präzises Lenken ohne Kraftanstrengung ermöglichen. Diese elektronischen Hilfsmittel steigern sowohl den Komfort als auch die Sicherheit und werden heutzutage in nahezu allen Autos eingesetzt. Die elektrische Servolenkung ist dabei der elektrohydraulischen in jeder Beziehung überlegen. Statt mit Öl, Leitungen, Dichtungen und einer Pumpe zu hantieren, wird die Unterstützungskraft direkt durch einen Elektromotor erzeugt, der im Bedarfsfall - vor allem bei langsamer Fahrt - zugeschaltet wird. Der Servomotor erlaubt auch, ein fahrerunabhängiges Eingreifen elektronischer Systeme in den Lenkvorgang, um etwa Fahrsicherheitsfunktionen zu ermöglichen. Die Servoeinheit kann entweder an der Lenksäule angebracht sein, an einem zweiten Ritzel am Lenkgestänge oder achsparallel. Das gesamte System besteht aus Sensoren, die Drehmoment und Lenkposition messen und an ein Steuergerät weiterleiten. Das Steuergerät ermittelt unter Beachtung der Kennzahlen anderer Assistenzsysteme die notwendige Unterstützung und regelt den Elektromotor.

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