Antriebssysteme: Kardanwelle, Kardangelenk und Differential

Zusammenfassung

Der Text erklärt die Grundlagen der Kraftübertragung im Fahrzeug über Kardanwelle, Kardangelenke, Hinterachsgetriebe und Differential. Behandelt werden die Umlenkung der Motordrehung um 90 Grad, die Kompensation ungleichmäßiger Drehbewegungen und die Aufgabe des Differentials bei Kurvenfahrten. Ein Student lernt damit, wie das Drehmoment vom Motor zu den Rädern gelangt.

Kernpunkte

Die Kardanwelle überträgt die Motordrehung zur Hinterachse.
Ein Kardangelenk kann Drehbewegung auch bei hoher Beanspruchung übertragen, erzeugt bei Winkelversatz jedoch ungleichmäßige Drehzahlen.
Zwei Kardangelenke, eines an jedem Wellenende, kompensieren sich gegenseitig, wenn beide den gleichen Winkel bilden.
Das Hinterachsgetriebe lenkt die Drehung um 90 Grad um, meist über ein Kegelradgetriebe aus Ritzel und Tellerrad.
Das Differential erlaubt den Antriebsrädern unterschiedliche Drehzahlen, besonders bei Kurvenfahrten.
Ohne Differential würden Räder in Kurven rutschen oder blockieren, was Reifenverschleiß und instabiles Fahrverhalten verursacht.

Stellen Sie sich auf die Probe

Antrieb: Grundlagen der Kraftübertragung

Das Drehmoment, das auf die Antriebsräder eines Autos wirkt, erzeugt eine Impulsverschiebung, die zur Bewegung des Fahrzeugs entlang der X-Achse (Fahrtrichtung) übertragen werden muss. Dies wird durch ein System erreicht, das die Traktion über die Radaufhängung und andere Komponenten wie Stangen und Bänder überträgt. Die Reaktion der Aufhängung auf die Stoßrichtung ist entscheidend für die Traktionsübertragung. Diese Funktion des Antriebs wird sowohl beim Heckantrieb als auch beim Frontantrieb genutzt.

Kardanwelle und Gelenke

Die Kardanwelle (Antriebswelle) ist dafür vorgesehen, die Rotation des Motors zur Hinterachse zu übertragen. Die Übertragung der Rotation, die vom Motor bereitgestellt wird, erfolgt über die Kardanwelle. Ein elastisches Modell, das zwischen zwei Naben gekoppelt ist, kann Biege- und Getriebekräfte am Ausgang aufnehmen.

Funktionsweise eines Kardangelenks

Ein Kardangelenk bietet den wesentlichen Vorteil, dass es Rotation auch bei hoher Beanspruchung übertragen kann. Es hat jedoch den Nachteil, dass bei einem Winkelversatz der verbundenen Wellen die Ausgangswelle eine ungleichmäßige Drehbewegung im Verhältnis zur Eingangswelle aufweist. Wenn die Arme des Kreuzgelenks sich auf einer Kreisbahn bewegen und die Eingangswelle eine konstante Geschwindigkeit hat, folgt die Ausgangswelle nicht immer einer gleichmäßigen Rotation, insbesondere wenn die Wellen einen Winkelversatz zueinander haben.

Kompensation von Winkelgeschwindigkeits-Schwankungen

Um die periodischen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit, die durch die Kardangelenke entstehen, auszugleichen, werden üblicherweise zwei Kardangelenke verwendet – eines an jedem Ende der Welle. Diese sind so angeordnet, dass die Beschleunigungen und Verzögerungen des ersten Gelenks durch das zweite Gelenk kompensiert werden, vorausgesetzt, beide Gelenke bilden den gleichen Winkel.

Hinterachsgetriebe und Differential

Das Hinterachsgetriebe, oft als 'Brücke' bezeichnet, enthält Mechanismen wie Kegelräder oder die Ritzel-Tellerrad-Gruppe des Differentials. Diese Komponenten sind alle in einem Getriebegehäuse untergebracht. Die Motordrehung, die über die Antriebswelle zur Hinterachse gelangt, muss um 90 Grad umgelenkt werden, um die Räder anzutreiben.

Funktion des Differentials

Diese Richtungsänderung wird durch ein Kegelradgetriebe erreicht, das aus einem konischen Ritzel und einem konischen Tellerrad besteht. Das Ritzel empfängt den Antrieb von der Kardanwelle und überträgt ihn auf das Tellerrad des Differentialmechanismus, welcher die Kraft auf die Lager und schließlich auf die Räder verteilt. Das Differential ist ein entscheidender Mechanismus, der es den Antriebsrädern ermöglicht, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu drehen. Dies ist besonders wichtig bei Kurvenfahrten, da das kurvenäußere Rad einen längeren Weg zurücklegt als das kurveninnere Rad. Ohne ein Differential würden die Räder bei Kurvenfahrten rutschen oder blockieren, was zu erhöhtem Reifenverschleiß und instabilem Fahrverhalten führen würde. Das Differential gleicht diese Geschwindigkeitsunterschiede aus, indem es die Drehmomentverteilung zwischen den Rädern anpasst.

Häufige Fragen

Warum braucht ein Auto ein Differential?

Das Differential ermöglicht den Antriebsrädern, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu drehen. Bei Kurvenfahrten legt das kurvenäußere Rad einen längeren Weg zurück als das innere.

Was passiert bei einem Winkelversatz des Kardangelenks?

Die Ausgangswelle dreht sich ungleichmäßig im Verhältnis zur Eingangswelle, obwohl die Eingangswelle eine konstante Geschwindigkeit hat. Deshalb werden meist zwei Gelenke verwendet, um dies auszugleichen.

Warum wird die Drehung im Hinterachsgetriebe umgelenkt?

Die Motordrehung kommt über die Antriebswelle längs zur Hinterachse, muss aber quer um 90 Grad umgelenkt werden, um die Räder anzutreiben. Dies geschieht über das Kegelradgetriebe.