Kreuzgelenk (Kardangelenk)

Ein Kreuzgelenk, auch Kardangelenk genannt, ist eine mechanische Verbindung, die eine Drehbewegung zwischen zwei Wellen überträgt, deren Achsen sich unter einem Winkel treffen. Es ermöglicht, dass der Antrieb um einen Knick im Antriebsstrang herum fortgeleitet wird, und gleicht dabei Änderungen dieses Winkels aus, wenn sich Bauteile bewegen. Die klassische Bauform, das Kardan- oder Hooke'sche Gelenk, besteht aus zwei rechtwinklig zueinander stehenden Gabeln, die durch ein zentrales kreuzförmiges Stück verbunden sind, das sogenannte Zapfenkreuz, dessen vier Arme in Nadellagern laufen.

Im Betrieb ist die eine Gabel mit der Eingangswelle und die andere mit der Ausgangswelle verbunden, wobei das Zapfenkreuz beide verknüpft. Dreht sich die Eingangswelle, schwenkt das Zapfenkreuz in seinen Lagern, sodass die Ausgangswelle folgen kann, obwohl sie in eine etwas andere Richtung weist. Am vertrautesten ist dies an den Enden der Gelenkwelle eines Fahrzeugs, wo das Gelenk es zulässt, dass Getriebeausgang und Hinterachse auf unterschiedlicher Höhe und in unterschiedlichem Winkel liegen und sich beim Ein- und Ausfedern des Fahrwerks über Unebenheiten gegeneinander bewegen.

Das kennzeichnende Merkmal des Gelenks und zugleich sein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass es die Drehbewegung beim Arbeiten unter einem Winkel nicht mit vollkommen gleichbleibender Geschwindigkeit überträgt. Innerhalb jeder Umdrehung beschleunigt und verlangsamt sich die Ausgangswelle zweimal gegenüber der Eingangswelle, eine Schwankung, die mit zunehmendem Betriebswinkel deutlicher wird. Diese ungleichförmige Bewegung ruft eine Drehschwingung hervor, die zu spüren und zu hören ist, und belastet den Antriebsstrang zyklisch.

Ingenieure beherrschen dies auf bekannte Weise: indem sie zwei Kreuzgelenke in einer Gelenkwelle einsetzen und deren Gabeln gleichphasig mit gleichem Betriebswinkel an beiden Enden anordnen, sodass die Beschleunigung des ersten Gelenks durch die Verlangsamung des zweiten aufgehoben wird und die Räder mit gleichmäßiger Geschwindigkeit drehen. Deshalb besitzt eine typische Gelenkwelle bei Hinterradantrieb an jedem Ende ein Gelenk. Wo ein gleichmäßiger Abtrieb über große und veränderliche Winkel hinweg benötigt wird, insbesondere an den angetriebenen und zugleich gelenkten Vorderrädern eines Fahrzeugs, kommt stattdessen das Gleichlaufgelenk zum Einsatz, da es das Drehmoment unabhängig vom Winkel mit gleichbleibender Geschwindigkeit überträgt.

Kreuzgelenke sind einfach, robust und in der Lage, hohe Drehmomente zu verkraften, weshalb sie bei Gelenkwellen und Seitenwellen von Lkw und Fahrzeugen mit Hinterradantrieb weit verbreitet bleiben. Sie erfordern allerdings Pflege: Viele besitzen Schmiernippel, die regelmäßig abgeschmiert werden müssen, und verschlissene Nadellager melden sich mit einem Klacken beim Lastwechsel oder mit einer Vibration, die mit der Geschwindigkeit zunimmt. Das Kreuzgelenk arbeitet im Zusammenspiel mit der Gelenkwelle, die es verbindet, mit dem Differenzial, das es speist, und mit dem Gleichlaufgelenk, das es an den Rädern ergänzt.