Wozu dient die Gelenkwelle?
Die Gelenkwelle, umgangssprachlich auch Kardanwelle genannt (die Bezeichnung stammt von den in der Welle eingesetzten Gelenken), ist ein Antriebsteil des Fahrzeugs, das zur Antriebsübertragung von einem an der Fahrzeugfront angeordneten Motor auf die Hinterräder dient. Die Sache scheint ganz einfach zu sein: eine Welle wird am sich drehenden Motor angebracht, ihr zweiter Teil wird im Getriebe eingesetzt und dient zum Antrieb der Räder. Weil sich aber die Hinterradaufhängung während der Fahrt im Verhältnis zum Motor bewegt, kann die Welle leider nicht aus einem einzigen Massivteil bestehen und muss Bauteile enthalten, die den Betrieb auch unter diesen Bewegungen sicherstellen.
Diese Welle kommt bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb sowie bei Fahrzeugen mit 4WD- oder AWD-Antrieb zum Einsatz.
Die Gelenkwellen werden aus Stahl und Aluminiumlegierungen, bei Sportwagen hingegen zwecks der Gewichtsverringerung (z.B. beim Nissan 350Z) aus Kohlenstofffasern hergestellt. Zur Einschränkung der aus der hohen Drehgeschwindigkeit der Welle resultierenden Schwingungen wird die Gelenkwelle in 2 oder mehrere Teile aufgeteilt.
Was sind Kreuzgelenke (Kardangelenke)?
Damit sich die beiden Wellenteile im Verhältnis zueinander drehen können, kommen Kreuzgelenke zum Einsatz. Sie werden auch Kardangelenke genannt, wobei diese Bezeichnung auf Gerolamo Cardano zurückgeht, der diesen Mechanismus im 16. Jh. konstruiert hat. Dem Namen nach besteht diese Verbindung aus einem Kreuz, dessen Arme mit gelagerten Teilen abgeschlossen sind. Diese Teile können wartungsfrei sein (sofern der gelagerte Teil vor dem Austritt des Schmierstoffs geschützt ist), andere müssen regelmäßig durch Nachfüllen des Schmierstoffs geschmiert werden. Die vorgenannten Lagerteile sind abwechselnd mit Wellengabeln verbunden.
Allerdings ist diese Lösung, obwohl sie zur Drehmomentübertragung zwischen nicht in einer Linie angeordneten Wellenstücken beiträgt, ebenfalls nicht frei von Mängeln. Erstens ist, je nach der Drehzahl, der Knickwinkel beschränkt (je höher die Drehzahl, desto kleiner der Knickwinkel). Zweitens ist diese Lösung nicht homokinetisch. Das bedeutet, dass sich die Gelenkhalbwelle an der Abtriebsseite (Drehmomentaufnahme) beim Drehen der Gelenkhalbwelle an der Antriebsseite (Drehmomentabgabe) mit veränderlicher Geschwindigkeit bewegt. Die Drehzahl der Abtriebswelle verändert sich 4-mal im Laufe einer Drehung.
Das Problem kann durch den Einsatz eines zweiten Kreuzgelenks gelöst werden. In diesem Fall ist es versetzt angeordnet, damit sich das zweite Gelenk bei der Verlangsamung des ersten Gelenks beschleunigt, was die Drehzahldifferenz der Gelenkhalbwelle an der Abtriebsseite ausgleicht.
KarWellenstütze – Sinn und Zweck
Wenn in einem System 2 oder mehrere Wellenstücke vorhanden sind, muss die Welle abgestützt werden. Die Stütze besteht aus einem Lager, einem Gummibauteil und einem Metallgehäuse und soll die Welle in einer bestimmten Position aufrechthalten sowie die Schwingungen und den Lärm aufgrund der Wellenumdrehung einschränken. Das Lager der Wellenstütze arbeitet bei sehr hohen Drehzahlen. Beim in dieser Konstruktion Schwingungen ausgesetzten Gummi handelt es sich um ein in hohem Maße schadensanfälliges Teil.
Wegen seiner materiellen Eigenschaften ist ein Gummiteil auch Alterungsprozessen ausgesetzt, sodass sogar bei einer ordnungsgemäßen Funktion des Systems nach einer gewissen Zeit Beschädigungen auftreten können, die den Austausch des gesamten Systems erzwingen werden. Bei manchen Stützen muss nur der Einsatz ausgetauscht werden, wodurch die Kosten des Austauschs dank der Beibehaltung des originalen Gehäuses erheblich reduziert werden können.
Eine Beschädigung derEine Beschädigung der Stütze muss nicht immer deutlich sichtbar sein. Manchmal ist es ein feiner Anschnitt, der erst unter Last sichtbar wird. Mit dem Gummiteil hat die Wellenstütze einen ihr eigenen, bestimmten Bewegungsbereich, der jedoch, wenn er zu groß ausfällt, auf eine Beschädigung hinweisen kann.
Vor dem Austausch der Wellenstütze sollte der Zustand der gesamten Gelenkwelle, insbesondere der Kreuz- und Gummigelenke, bewertet werden. Sind diese Teile beschädigt, wird der Austausch der Stütze allein nur eine kurzfristige Verbesserung bringen. Dies liegt daran, dass die weitere Verwendung der mangelhaft funktionierenden sonstigen Bauteile wiederum auch die neue Stütze schnell beschädigen werden.
Wenn sich Geräusche oder Schwingungen bemerkbar machen, besonders bei der Beschleunigung oder bei hohen Lasten (z.B. bei Aufwärtsfahrt), sollte der Zustand der Wellenstütze überprüft werden. Dabei könnte es sich um einen Lagerschaden handeln, wodurch ein höherer Widerstand gegenüber der Welle zustande kommt, was erhöhte Schwingungen, Reibungsgeräusche oder Überhitzung nach sich ziehen kann. Bei einer Beschädigung des Gummibauteils kann es zu einer Verstellung der Position des Lagers, das ungleichmäßig zu laufen beginnt, oder auch zur Abschwächung der Schwingungsdämpfung kommen.
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Hardyscheibe Hardyscheibe – Sinn und Zweck?
Die von Antonio Boschi entwickelte und patentierte Hardyscheibe (Gelenkscheibe) wird auch Giubo-Kupplung genannt, was eine Kombination des Wortes „giunto” (italienisch für „Verbindung“) und des Namensteils des vorgenannten italienischen Ingenieurs darstellt. Dieses Bauteil besteht zumeist aus einer Gummischeibe, einigen Metallbuchsen und einer Gewebeeinlage. Sie wird zwischen der Welle und dem Getriebe montiert. Dieses Bauteil sorgt in einem kleinen Bereich für Schwingungsdämpfung und Beweglichkeit. Es ist genau wie andere Teile der Gelenkwelle starken Belastungen ausgesetzt, die durch hohe Wellendrehzahlen und das von der Welle übertragene Drehmoment verursacht werden. Auch kleine Risse können zur Entstehung von zusätzlichen Schwingungen beitragen, die dann zur Minderung der Lebensdauer anderer Bauteile der Welle, etwa der Wellenstütze, führen. Beim Auftreten von verdächtigen Symptomen prüfen Sie am besten alle Wellenteile und ersetzen Sie sie ggf., falls Beschädigungen festgestellt werden.
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