Ein Universalgelenk kann auch als Universalkupplung, U-Gelenk, Kardangelenk, Spicer-Gelenk, Hardy-Spicer-Gelenk oder Hookegelenk bezeichnet werden.
Von Dr. Jody Muelaner
Ein Universalgelenk ist eine Verbindung zwischen zwei Objekten, typischerweise Wellen, die eine relative Drehung in zwei Achsen ermöglicht. Es besteht aus zwei Drehgelenken mit senkrechten und sich kreuzenden Achsen.
Wenn Wellen über ein Kreuzgelenk verbunden sind, endet jede Welle in einem Drehgelenk mit ihrer Achse senkrecht zur Rotationsachse der Welle. Dadurch kann eine Drehbewegung zwischen den Wellen übertragen werden, während eine Fehlausrichtung in beiden verbleibenden Drehfreiheitsgraden ermöglicht wird. Ein einzelner Rotationsfreiheitsgrad ist eingeschränkt (die Wellendrehung) sowie alle relativen Übersetzungen, was einem Universalgelenk zwei Freiheitsgrade (2-DOF) verleiht.
Das Universalgelenk ist kein Gleichlaufgelenk. Wenn sich die Eingangswelle mit konstanter Geschwindigkeit dreht, oszilliert die Geschwindigkeit der Ausgangswelle. Sie haben die gleiche Durchschnittsgeschwindigkeit, aber die Geschwindigkeit der Abtriebswelle ist zu einem bestimmten Zeitpunkt etwas höher oder niedriger als dieser Durchschnitt. Die Höhe der Schwingung in der Abtriebswelle hängt von der Höhe der Fehlausrichtung zwischen den Wellen ab, wenn die Wellen koaxial sind, dann hat die Abtriebswelle tatsächlich eine konstante Geschwindigkeit.
Es ist möglich, ein Gelenk mit konstanter Geschwindigkeit zu erzeugen, indem mehrere Kreuzgelenke kombiniert werden. Ein Doppelkardangelenk ist eine Anordnung von zwei Kreuzgelenken mit einer kurzen Verbindungswelle zwischen ihnen, die um 90 ° phasenverschoben sind. Wenn irgendein Biegewinkel gleichmäßig zwischen den zwei Universalgelenken geteilt wird, dann heben die zwei Gelenke Geschwindigkeitsschwingungen auf, damit die abschließende Abtriebswelle eine konstante Geschwindigkeit hat. Die Schwingung der Zwischenwelle verursacht jedoch Vibrationen und es sind Stützen erforderlich, um die gleichen Winkel beizubehalten.
Kreuzgelenke wurden in großem Umfang in Fahrzeugantrieben eingesetzt – werden jedoch durch Gleichlaufgelenke ersetzt. Kreuzgelenke werden heute selten verwendet, um die Kraft auf die Vorderräder von Fahrzeugen zu übertragen, mit Ausnahme einiger schwerer Geländefahrzeuge. Sie bleiben für Antriebswellen weit verbreitet, obgleich Gelenke der konstanten Geschwindigkeit sogar beginnen, für diese Anwendungen verwendet zu werden. Universalgelenke haben auch viele andere Anwendungen in mechanischen Steuerungssystemen und Industriemaschinen. Kreuzgelenke ermöglichen große Winkel zwischen den Wellen. Für geringfügige Fluchtungsfehler zwischen Wellen kann eine flexible Kupplung eine Alternative zu einem Universalgelenk sein.