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Die Kardanwelle- simpel und genial zugleich
Eine Kardanwelle (auch Kreuzgelenkwelle oder Kardangelenkwelle) findet sich heute an zahlreichen Fahrzeugen vom Pkw bis zum Traktor. Auch im Maschinenbau wird die technisch interessante Vorrichtung genutzt. Wie einfach strukturiert und gleichzeitig optimiert die Kardanwelle ist, zeigt sich schon daran, dass ihr Grundprinzip seit der Erfindung durch den italienischen Physiker Gerolamo Cardano vor fast 500 Jahren kaum verändert wurde.
Die Kardanwelle im Auto
Im Auto ist die Kreuzgelenkwelle Teil des Antriebs. Sie wird immer dann genutzt, wenn eine direkte Kraftübertragung zwischen Getriebe und Fahrwerk bzw. Achsantrieb nicht möglich ist. Autos mit Frontmotor und Heckantrieb (oder umgekehrt) nutzen standardmäßig die Kardanwelle. Auch bei Fahrzeugen mit Allradantrieb wird Kraft mit einer Kreuzgelenkwelle an die zweite Radachse übertragen.
Prinzipieller Aufbau der Kardanwelle
Wie jede Welle im Maschinenbau, so ist auch die Kardanwelle ein länglicher Strang, der zur Übertragung von Kräften bzw. Bewegungen eingesetzt wird. Im Gegensatz zu einer starren Welle verfügt die Kardanwelle aber über mindestens ein Kreuzgelenk (auch Kardangelenk), das die Drehbewegungen der Welle in verschiedene Richtungen umleiten kann. Dadurch können konstruktionsbedingte Versetzungen in der Kraftübertragung ausgeglichen werden.
Das Kreuzgelenk selbst besteht aus einer Art Gabel an jedem Wellenende (Kreuzgelenkgabel). Für eine Verbindung sind die beiden Gabeln um 90° gegeneinander versetzt. Verbunden sind die Kreuzgelenkgabeln mit einem sogenannten Kreuzstück. Unmittelbar vor dem Gelenk findet sich zur Stabilisierung häufig noch ein sogenanntes Mittellager der Kardanwelle.
Diese Konstruktion überträgt die Drehbewegungen in jede gewünschte Richtung. Dabei treten an den Gabeln und am (relativ kleinen) Kreuzstück extreme Belastungen auf, die sich mit zunehmender Richtungsänderung verstärken.
Schwachstellen und Austausch
Die über die Kardangelenkwelle weitergeleiteten Drehkräfte sind extrem hoch. Im Inneren der Kreuzgelenke konzentrieren sich diese Kräfte auf wenige Quadratzentimeter bzw. auf die Verbindungen zwischen Kreuzgelenk und Gelenkgabel. Deswegen sind diese Komponenten auch die anfälligsten Teile der (ansonsten sehr robusten) Kardanwelle. Anzeichen für ein ausgeschlagenes Kreuzgelenk oder für ein defektes Mittellager der Kardanwelle ist vor allem ein deutliches Schlagen im Antriebsstrang des Autos, insbesondere beim Anfahren oder Bremsen. In der Werkstatt kann der Experte schnell feststellen, ob es nötig ist, das Kreuzgelenk zu wechseln (Spiel in der 90°-Stellung des Gelenks).
Der Austausch eines Kardangelenks sollte ebenfalls immer in der Werkstatt erfolgen, weil eine solche Reparatur mit einigem Aufwand verbunden ist. Je nach Modell können zahlreiche Demontagen am Fahrwerk, der Lenkung und/oder dem Antrieb notwendig sein.
