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Antriebswellen, Gelenkwellen und Gelenke - Teil 1

Aufgabe der Antriebswellen und ihre Komponenten. - Der klassische Hinterradantrieb

Der Kraftübertragung vom Motor zu den Rädern schenkt man in der Regel wenig Beachtung. Klar, da gibt es die Kupplung, das Schaltgetriebe und auch noch das Achsgetriebe mit Differential. Aber die verbindenden Elemente, sprich den Antriebswellen, die ja auch das Drehmoment vom Motor übertragen müssen, übersieht man häufig. Mit diesem Beitrag wollen wir dem etwas entgegegn wirken.

Der Antriebsstrang eines Audi RS7 Sportback mit Allradantrieb. Bild: Audi

Aufgaben der Antriebswellen

Neben dem Übertragen des Motor- oder Getriebedrehmoments auf die Antriebsräder gibt es noch weitere Aufgaben, die eine Antriebswelle leisten muss. Durch die Bewegung des Fahrzeugs in der Federung müssen Winkeländerungen ausgeglichen werden können. Außerdem müssen an der Vorderachse, hervorgerufen durch die Lenkbewegungen, auch Längenänderungen möglich sein. Letztlich müssen auch noch Drehschwingungen des Motors gedämpft werden.

Der klassiche Antrieb mit Kardanwelle

Früher galt der Hinterradantrieb mit Frontmotor (Heckantrieb) als der Standardantrieb. Dieser wird deshalb auch als klassischer Antrieb bezeichnet. Der Kraftfluss verläuft dabei vom Motor kommend, über Kupplung und Wechselgetriebe über die Gelenkwelle, auch als Kardanwelle bekannt, zum Achsgetriebe und von dort weiter über die Achswellen zu den Antriebsrädern.

Die Kardanwelle gehört wie erwähnt zu den Antriebswellen. Bereits im Jahr 1550 war sie im Gebrauch und findet seit über 100 Jahren in Autos Anwendung. Erfunden wurde sie vermutlich von dem Italiener Geronimo Cardano, von dem sich auch ihren Namen geerbt hat.

Dreigeteilte Kardanwelle - Quelle: SB-Autoteile

Wie für Gelenkwellen üblich, überträgt die Kardanwelle das Drehmoment vom Wechselgetriebe zum Achsgetriebe. Da die Hinterachse (Starrachse) gegenüber der Karosserie immer wieder eine andere Lage einnimmt, was mit der Beladung und Federung zu tun hat, muss die Kardanwelle nicht nur geradlinig Kraft übertragen, sondern auch in Winkeln – auch wenn diese nur sehr gering sind. Daher verfügt die Kardanwelle meist über ein Schiebestück sowie generell über zwei Kreuzgelenke (Kardangelenke), die an beiden Enden angebracht sind, um ungleichförmige Bewegungen auszugleichen. Kreuzgelenke haben Beugungswinkel bis ca. 8°.

Daraus ergibt sich allerdings nicht selten ein Problem: Ist der Winkel des Gelenks recht groß, wird die Kraftübertragung ungleichmäßig. Man spricht hierbei von einem sogenannten Kardanfehler. In der Praxis sieht das so aus, dass die Kardanwelle bei einer Umdrehung zweimal beschleunigt und abgebremst wird, was man in einem unruhigen Antrieb bzw. einem Ruckeln merkt. Lange Kardanwellen können zu Schwingungen führen, welche ebenfalls den Fahrkomfort beeinträchtigen. Daher verwendet man bei neuen Autos vorwiegend geteilte Kardanwellen, die aus einer langen und einer kurzen Welle bestehen, dazwischen befindet sich dann ein Zwischenlager, das oft als Kugellager in Gummi eingebettet ist. Geteilte Gelenkwellen sind insgesamt schwingungsärmer, laufen leiser mit weniger Dröhngeräuschen

Die Übertragungselemente, die das Getriebe und das Differenzial mit der Kardanwelle verbindet, nennen sich Hardyscheiben. Sie bestehen aus Gummi und zählen zu den einzigen Verschleißteilen der Welle. Diese Trockengelenke dienen als Schwingungsdämpfung. Da Fahrzeuge, außer wenigen Geländewagen mit Allradantrieb, meist keine Starrachsen mehr haben, muss kein großer Winkel mehr überbrückt werden, weshalb nur die Notwendigkeit auf ein Kardangelenk in der Mitte besteht.

Die Hardyscheibe ist ein Gewebescheibenngelenk, das auch kleine Beugungen zulässt. - Bild: Schäffler

Schäden an Kardanwellen

Schäden an Kardanwellen treten eher selten auf. Das Kreuzgelenk hat dagegen eine sehr lange Lebensdauer und bekommt maximal nach 200.000 km oder mehr ein wenig Spiel. Allerdings stellt dies kein großes Problem dar und beeinträchtigt den Fahrkomfort nur minimal.

Kreuzgelenk - Bild: Schäffler

Meist entstehen Schäden, wenn das Fahrzeug aufgesessen ist und die Antriebswelle einen Schlag abbekommen hat. Oder ein Frontaufprall beispielsweise kann dazu führen, dass Motor und Getriebe die Kardanwelle zusammenstauchen. Meist sind davon keine Spuren zu sehen, doch die Welle erzeugt starke Vibrationen. In diesem Fall sollte man sie überprüfen lassen.

Auch laute Geräusche (Brummen oder auch Knacken) verbunden mit Vibrationen zählen zu den typischen Anzeichen einer defekten Kardanwelle. In diesen Fällen handelt es sich nicht nur um eine Beeinträchtigung des Komforts: Wer eine defekte Kardanwelle lange genug ignoriert, läuft Gefahr, dass sie Getriebe und Differenzial zerstört. Die Folge davon ist, dass das Auto liegen bleibt oder es zu einem Unfall kommt. Auch ein Blockieren der Antriebsräder ist nicht auszuschließen, wenn sich die Kardanwelle verkeilt, wobei dies bei neueren Autos nicht passieren darf – diese verfügen über eine spezielle Sicherung.

Kardanwellen sind vom Werk aus gewuchtet. Unwucht ensteht durch beschädigte Rohre und Kreuzgelenke, eingerissene Trockengelenke, oder wenn das aufgeklebte Wuchtgewicht verloren geht. Natürlich kann auch eine falsche Montage oder unsachgemäß aufgetragener Unterbodenschutz Ursache für eine Unwucht sein. Man kann Kardanwellen und Antriebswellen kaufen, um selbst eine Reparatur oder einen Austausch vorzunehmen. Aber grundsätzlich sind Reparaturen oder Tausch von Kardanwellen eine Sache der Werkstatt.

Weiter geht es in Teil 2 mit den Achswellen und Gelenken des Frontantriebs