DieKardanwelle (benannt nachGerolamo Cardano) ist eine klassische Ausführung einerGelenkwellenkombination mit einem oder zweiKreuzgelenken (auch Kardangelenke genannt). Sie ermöglicht dieDrehmoment-Übertragung in einem geknickten Wellenstrang. Der Knickwinkel darf sich im Betrieb verändern.
Die Bezeichnung Kardanwelle wird gelegentlich auch für Wellen mithomokinetischen Gelenken oder für Wellen mitHardyscheibe statt zweitem Kreuzgelenk (z. B.Renault Espace mit Verbundfaserwelle) verwendet. Der Name Kardanwelle leitet sich von den verwendeten Kreuzgelenken (sieheGeschichte des Kreuzgelenks) ab.
Mit einer Kardanwelle ist mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand eine Kraftübertragung in einem geknickten Wellenstrang möglich. Im Vergleich zu Wellen mithomokinetischen Gelenken ist der Anwendungsbereich jedoch begrenzt, vor allem bei hohen Drehzahlen und großem Beugewinkel. Die Ursache ist der sogenannteKardanfehler der Kreuzgelenke, der eine Ungleichförmigkeit der Kraftübertragung zufolge hat. Um den Effekt des Kardanfehlers zu verringern, können beispielsweise Doppelgelenkwellen verwendet werden, die zwei Kreuzgelenke haben und weitere Maßnahmen ergriffen werden.
Aufgabe einer Kardanwelle ist die Drehmomentübertragung. InKraftfahrzeugen mit Frontmotor und angetriebenerstarrer Hinterachse muss die Verbindung zwischenGetriebeausgang und demDifferential der angetriebenen Achse beweglich ausgeführt sein.Bei derTransaxle-Bauweise mitFrontmotor undGetriebe an der Hinterachse verbindet eineAntriebswelle, die in der Regel ohne Gelenke ausgeführt ist, denMotor mit dem Getriebe (beispielsweisePorsche 924). Das erste Automobil mit Kardanantrieb war vermutlich das 1898 erste vonLouis Renault konstruierte und gefertigte Auto.[1]
Zur Kraftübertragung bei Kraftfahrzeugen mitFrontantrieb und gelenkter Vorderachse sind Kardanwellen grundsätzlich ungeeignet, hier sind Wellen mithomokinetischen Gelenken erforderlich.
Mit der Ausgangswelle des Getriebes ist die Kardanwelle gelegentlich über eineHardyscheibe verbunden, einer Gummischeibe, die zusätzlich zum Winkelausgleich Stöße in der Drehmomentübertragung abfedern kann. Bei langen Fahrzeugen wird die vordere Teilwelle kurz vor dem Kardangelenk mit einemRadiallager abgefangen, während bei kürzeren Fahrzeugen eines der Knickgelenke entfallen kann.
Einige Kardanwellen haben zusätzlich ein Schiebegelenk, das einen Längsausgleich ermöglicht. Typische Anwendungsfälle sind der Antrieb einer quer verfahrbaren Spindel einer Werkzeugmaschine sowie dieZapfwellen-Systeme zwischenTraktoren und gezogenen landwirtschaftlichen oder anderenArbeitsmaschinen. Das zweite Kardangelenk und das zusätzlicheSchubgelenk sind hier nötig, um die Drehmoment-Übertragung davon unabhängig zu machen, welche Bewegungen die gezogene Maschine relativ zur Zugmaschine ausführt.
In vergleichbarer Weise wie bei Kraftfahrzeugen mit Hinterachsantrieb erfolgt auch die Kraftübertragung insbesondere bei Diesellokomotiven und -triebwagen mit dieselmechanischer und dieselhydraulischer Kraftübertragung. Kardan- oder Gelenkwellen verbinden bei derartigen Fahrzeugen das im Rahmen gelagerte Getriebe, das damit zur gefederten Masse gehört, und ein achsreitendes Achsgetriebe auf der in der Regel nächstliegenden Treibachse. Bei allachsgetriebenen Fahrzeugen weisen diese Achsgetriebe einen Durchtrieb auf, über den eine weitere Gelenkwelle die Antriebsleistung auf den folgenden Radsatz überträgt. Mit Gelenkwellen werden auch bei Drehgestelltriebfahrzeugen die Relativbewegungen zwischen Fahrzeug- und Drehgestellrahmen beim Durchfahren von Bögen sowie Kuppen- und Wannenausrundungen ausgeglichen.
Auch beiStraßenbahntriebwagen wurden Kardanantriebe verwendet. Die Fahrmotoren wurden in diesem Fall gefedert in Fahrzeuglängsrichtung im Bodenrahmen oder Laufgestell gelagert. Auf den Radsatzwellen liegt auch in diesem Fall ein achsreitendes Winkelgetriebe auf. Die ungefederten Massen sind damit deutlich geringer als bei einem Fahrmotor, der sich inTatzlageranordnung zur Hälfte auf der Achswelle abstützt.
BeiPendolino-Triebwagen mit aktiverNeigetechnik werden die Fahrmotoren ebenfalls aus Platz- und Massegründen unter dem Bodenrahmen aufgehängt und mit dem Achsgetriebe des benachbarten Radsatzes ebenfalls durch eine Kardanwelle verbunden.
Eine Sonderform sind Kardanwellen in Form vonHohlwellen insbesondere bei leistungsfähigen und schnellfahrenden Lokomotiven und Triebwagen mit elektrischem oder dieselelektrischem Antrieb. Die Fahrmotoren können damit vollständig gefedert im Fahrzeug- oder Drehgestellrahmen aufgehängt werden. DasGroßrad des Antriebes ist dann ebenfalls gefedert gelagert. Die Hohlwelle umgreift die Radsatzwelle, die Kardangelenke befinden sich einerseits am Großrad und andererseits an der gegenüberliegenden Radscheibe. Die Kardangelenke gleichen auch in diesem Fall die Relativbewegungen zwischen Fahrmotor und Radsatz aus.
DieKardanwelle an Motorrädern wird für dieDrehmoment-Übertragung auf das Hinterrad verwendet. Häufig haben solche Wellen nur ein einzelnes Kreuz- oder Gummigelenk, um die Hubbewegung des Hinterrades beim Einfedern auszugleichen.
BeimKardanantrieb vonFahrrädern handelt es sich zumeist um eine gelenkloseKönigswelle, sieheKardanwellentrieb zum Hinterrad.
Frühe Versuche zur Realisierung des Kardanantriebs führten u. a. dieWanderer-Fahrradwerke durch[2].
