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Kardan
Kardanische Aufhängung
Gerolamo Cardano (1501–1576) beschrieb 1550 1) eine Sänfte von Kaiser Karl V., die in drei konzentrischen Ringen drehbar gelagert war, indem die Aufhängepunkte der Ringlager um 90° Grad gedreht waren. 1557 schrieb er 2), ein solches Gerät bei Johann Sager aus Gießenhagen bei Pressburg gesehen zu haben, einem Berater Kaiser Maximilians.
Solche Ringgehänge werden heute auf dem Kontinent als kardanische Aufhängung bezeichnet (engl. gimbal mountings). Cardano hat jedoch nie beansprucht, der Erfinder zu sein, zumal diese Art der Aufhängung bereits 230 vor Christus von Philon beschrieben wurde. Eingesetzt wurde sie für Weihrauchkessel, als Kerzenhalterung, zum Lagern von Schiffskompassen.
Kardangelenk
Auch das aus dem Ringgehänge abgeleitete Ringgelenk wird heute als Kardangelenk bezeichnet (eng.: universal joint, auch Hooke's joint) und auch dieses wurde bereits von Euclid von Alexandria in der Antike beschrieben. Seit dem 14. Jahrhundert wurde es als kraftübertragendes Element in Turmuhrleitungen benötigt, da die Zeigerbewegung nicht unbedingt auf der Achse des Uhrwerks lag, je nachdem wo das Zifferblatt außen angebracht war.
Auch dieses ist seit der Antike bekannt und beschrieben wurde dies erstmals 1664 von Caspar Schott 3) am Beispiel des Straßburger Münsters, dessen Uhr von 1353 stammt. In holländischen Windmühlen wurden Kreuzgelenke benutzt, um archimedische Wasserschrauben anzutreiben.
1663 baute und untersuchte der englische Physiker Robert Hooke Kreuzgelenke und erkannte, dass trotz gleichmäßiger Geschwindigkeit der Antriebswelle die gekoppelte Abtriebswelle ungleichmäßig läuft. Das führt zu Schwingungen und erhöhtem Verschleiß. 1683 baute er Wellen mit Doppelgelenk und hob damit die ungleichmäßige Übertragung auf (engl. CV constant velocity) - eine Voraussetzung für deren spätere Verwendung im Antriebsstrang von Fahrzeugen.
Kardanwelle
Die ersten (dampfgetriebenen) Automobile trieben die Achswellen entweder direkt an oder nutzten Kettenantriebe. Die Kardanwelle wurde im Fahrzeugbau eingeführt, weil es sich als günstig erwies, den Verbrennungsmotor über der Vorderachse zu positionieren und die Hinterachse anzutreiben.
1878 war Amédée Bollées»La Mancelle« das vermutlich erste Motorfahrzeug mit Frontantrieb unter einer Motorhaube, mit Kraftübertragung über eine Kardanwelle auf Stirnräder und mit Ketten auf die hinteren Räder, jedoch noch ein Dampfwagen. 4)
Bei den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor führte Renault 1899 den Kardanantrieb serienmäßig ein.
Bei Personenkraftwagen für die Straße spart der direkte Vorderradantrieb ohne Kardanwelle nicht nur den Kardantunnel, ermöglicht also eine bessere Innenraumnutzung und einen einfacheren Rahmenbau sowie die Tieferlegung des Fahrzeugs. Weniger Gewicht und ein höherer Wirkungsgrad machen diese Konstruktion unter ökologischen Gesichtspunkten attraktiv.
Praktische Aspekte bei Kardanwellen
Kardanwellen zeigen ihre Vorteile, wenn die Kraftübertragung nicht-fluchtend erfolgt, also ein Winkelversatz zu 180° Grad besteht. Mit zunehmendem Winkelversatz sinkt die Haltbarkeit der Welle, über 15° Grad nimmt sie drastisch ab. Ein Doppelkardangelenk ist dabei zwingend nötig, damit Antriebswelle und Abtriebswelle identische Winkelgeschwindigkeiten haben. Bei gestörtem Rundlauf sind Kardanwellen schwingungsanfällig; zum Dämpfen werden * Hardyscheiben eingebaut. Der Längenausgleich erfolgt über ein Schiebestück, das auf einer Seite Nuten, auf der anderen Seite passende Rillen hat. Beim demontieren muss die genaue Position zueinander markiert werden; manche Schiebestücke sind auch so gebaut, dass sie nur in einer einzigen Position ineinander geschoben werden können. Kardanwellen können durch homokinetische Wellen mit Kugellagern ersetzt werden.
siehe auch * Wellen, * Antriebsstrang, * CV-Joint
Literatur
Hans-Christoph Graf v. Seherr-Thoss, Friedrich Schmelz, Erich Aucktor
Gelenke und Gelenkwellen: Berechnung, Gestaltung, Anwendungen
Springer-Verlag 2002
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