Technikbroschüre Gleichlaufgelenke. Mehr Werkstattwissen unter: www.repxpert.de Service-Center: 00800 1 753-3333* *kostenfreie Rufnummer, Mo. Fr. von 8.00 17.00 Uhr www.schaeffler-aftermarket.de 999600770/09.015 015 Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG
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Inhalt 1 Funktionsweise von Gleichlaufgelenken Inhalt 1 Funktionsweise von Gleichlaufgelenken Seite 1 Funktionsweise von Gleichlaufgelenken 5 Typisierung von Gleichlaufgelenken und deren Aufbau 6.1 Festgelenke 6. Verschiebegelenke 6..1 Kugel-Verschiebegelenke 6.. Tripode-Verschiebegelenke 7..3 Tripode-Kreisverschiebegelenke 8.. DO-Verschiebegelenke (doppeltes Offset-Gelenk) 8 3 Lebensdauer von Gleichlaufgelenken in Abhängigkeit der Umweltbedingungen 9 Tripodestern Heute verfügen frontgetriebene und die meisten heckgetriebenen Fahrzeuge über zwei Seitenwellen, die jeweils aus einer festen Welle mit zwei Gleichlaufgelenken an den Enden bestehen. Die Seitenwellen ermöglichen einen vibrationsfreien und stetigen Antrieb der einzelnen Räder. Je kürzer die Distanz zwischen dem Antriebspunkt (Motor/ Getriebe) und dem Abtriebspunkt (Rad) ist, desto geringer ist der Energieverlust. Kernaufgabe der Gleichlaufgelenke ist die reibungsarme Übertragung der Drehkraft vom Getriebe zum Rad, wobei das Einfedern des Fahrwerkes sowie bei frontgetriebenen Fahrzeugen zusätzlich die Lenkbewegung ausgeglichen werden soll. Die für das Lenken und Einfedern benötigten Freiheitsgrade werden durch die Beugewinkel und das axiale Verschieben der Gelenke realisiert. Dafür ist pro Seitenwelle ein Verschiebe- und ein Festgelenk notwendig. Mögliche Schadensursachen für Schäden an Seitenwellen und Gleichlaufgelenken 10.1 Schäden an Festgelenken 10. Schäden an Verschiebegelenken 11..1 Schäden an Kugel-Verschiebegelenken 11.. Schäden an Tripode-Kreisverschiebegelenken 11..3 Schäden an DO-Verschiebegelenken 1 Antriebswellengelenk-Kit.3 Schäden an Achsmanschetten 1 5 Schmiermittel 13 5.1 Molybdändisulfid als Schmiermittel für Gleichlaufgelenke 13 5. Warum wird Molybdändisulfid als Fett bezeichnet? 13 6 Empfehlungen 1 7 Fehlerdiagnose 15 Antriebswellengelenk 5
Typisierung von Gleichlaufgelenken und deren Aufbau Typisierung von Gleichlaufgelenken und deren Aufbau.1 Festgelenke. Verschiebegelenke.. Tripode-Verschiebegelenke Die Bezeichnung ergibt sich aus der Bauweise: Der Angelpunkt der Welle ist nicht veränderlich, somit wird die Rotation erleichtert. Festgelenke ermöglichen keine axialen Bewegungen. Sie werden in der Regel bei frontgetriebenen Fahrzeugen am radseitigen Ende der Seitenwellen eingesetzt. Je nach Fahrzeugtyp sind so Beugewinkel von bis zu 53 möglich. 5 3 1 Sie ermöglichen neben der Winkelbewegung gleichzeitig auch eine Axialbewegung. Verschiebegelenke werden nach folgenden Typen unterschieden:..1 Kugel-Verschiebegelenke Auch benannt als Gelenke der Bauart VL. Diese Bezeichnung ist auf das V -förmige Design der Laufbahnen an der Innenseite des Gelenks zurückzuführen. Die Laufbahnen der Kugeln sind gerade ausgeführt. Beugewinkel von bis zu sind möglich. Der Verschiebeweg beträgt ca. 8 mm. Eine gute Drehmomentenübertragung ist auch bei hohen Geschwindigkeiten gewährleistet. Bei Fahrzeugen mit Frontantrieb werden sie nur getriebeseitig verbaut. In Fahrzeug mit Heckantrieb ist es möglich, Kugel-Verschiebegelenke an beiden Enden der Seitenwelle zu verwenden. Werden getriebeseitig verbaut und dämpfen die Übertragung der Motorschwingungen um bis zu 65%. Daher werden sie hauptsächlich in Fahrzeugen mit Dieselmotor verbaut, hier oft in Verbindung mit Automatikgetriebe. Zusätzlich wird somit für einen unterbrechungsfreien Kraftfluss zu den Rädern gesorgt. Tripode-Verschiebegelenke weisen eine geringere Reibung zwischen den Bauteilen auf und ermöglichen eine Längenänderung der Seitenwelle. Es sind Beugewinkel von bis zu 18 möglich. Der Verschiebeweg beträgt ca. 55 mm. Der Tripodestern verfügt über drei Stümpfe, die über Nadellager mit den äußeren Laufrollen verbunden sind. Die Laufbahnen der äußeren Rollen verschieben sich linear in jeder der inneren Laufbahnen des Gehäuses oder der Glocke. Die Nadellager der äußeren Rollen des Tripodesterns haben verschiedene Aufgaben. Neben dem reibungsarmen Längenausgleich der Seitenwelle müssen auch die Antriebskräfte vom Getriebe auf die Seitenwelle übertragen werden. 1. Tripodestern a) Lauffläche b) Nadeln c) Sicherung. Glocke 3. Gerade Laufbahn. Achsmanschette c b a 1 3 1. Gehäuse. Käfig 3. Kugeln. Kern 5. Achsmanschette 1 3 5 1. Äußere Laufbahn. Käfig 3. Kugeln. Kern 5. Achsmanschette 6 7
Typisierung von Gleichlaufgelenken und deren Aufbau 3 Lebensdauer von Gleichlaufgelenken in Abhängigkeit der Umweltbedingungen 3 Lebensdauer von Gleichlaufgelenken in Abhängigkeit der Umweltbedingungen..3 Tripode-Kreisverschiebegelenke Ideal für die getriebeseitige Verwendung in Kleintransportern und Sportwagen. Auf den Stümpfen des Tripodesterns sind drei unabhängige Rollen platziert, welche sich wie bei herkömmlichen Tripode-Verschiebegelenken innerhalb rinnenförmiger Laufbahnen bewegen. Die Stümpfe des Tripodesterns sind kreisförmig ausgeführt, so dass sich die Rollen wie ein Pendellager auf dem Tripodestern bewegen können. Somit werden ein ebenmäßiger Antrieb und eine Dämpfung der Stöße und Vibrationen bei der Drehmomentübertragung um bis zu 70% erreicht. Tripode-Kreisverschiebegelenke sind für die Übertragung hoher Drehmomente geeignet. Beugewinkel von bis zu 18 möglich. Der Verschiebeweg beträgt ca. 0 mm. 1 3.. DO-Verschiebegelenke (doppeltes Offset-Gelenk) Werden in frontgetriebenen Fahrzeugen, bei denen der Bauraum begrenzt ist, getriebeseitig verbaut. Das Design ist zapfenförmig und stellt eine Kombination aus Kugelund Tripode-Verschiebegelenk dar. DO-Verschiebegelenke besitzen gerade Laufbahnen. Beugewinkel von bis zu möglich. Der Verschiebeweg beträgt ca. 55 mm. 5 1. Gerade Laufbahn. Käfig 3. Kugeln. Kern 5. Achsmanschette 1 3 Die Lebensdauer von Gleichlaufgelenken hängt in erster Linie von den Bedingungen ab, unter denen das Fahrzeug betrieben wird. Wird ein Gelenk beschädigt, so können die Folgeerscheinungen sehr schwerwiegend sein, der günstigste Fall ist hier noch der Verlust der Zugkraft. Im schlimmsten Fall blockiert ein Rad oder die Seitenwelle löst sich. In diesen Situationen sind Schäden an umgebenden Teilen wie Getriebe, Ölwanne etc. keine Seltenheit. Probleme an Gleichlaufgelenken zeichnen sich durch auftretende Vibrationen und Geräusche während der Fahrt ab. Beim geringsten Anzeichen einer Unregelmäßigkeit ist es empfehlenswert, das Fahrzeug zur Überprüfung in die Werkstatt zum Fachmann zu bringen. 0% der Probleme an Gleichlaufgelenken entstehen durch eine Veränderung der Arbeitsdistanz der Seitenwelle, 10% durch Fehler oder Nachlässigkeit bei der Montage. 5% durch einen Riss der Achsmanschetten, welcher zu einem Verlust des Schmierfetts und im Gegenzug zu einer Verschmutzung des Gelenkes führt. Nur die restlichen 5% aller Ausfälle von Gelenken sind auf Schläge und normalen Verschleiß der Teile zurückzuführen. In vielen Schadensfällen an Seitenwellen wird die Ursache nicht sofort beim ersten Werkstattbesuch behoben. Das weiterhin vorhandene Problem tritt wiederholt auf und führt somit zur Unzufriedenheit des Kunden. Eine wichtige Größe für eine lange Haltbarkeit und Lebensdauer von Gelenken und Seitenwellen ist die korrekte Ausrichtung der aus Motor, Getriebe und Radaufhängung bestehenden Einheit. Im Normalfall besitzen Gleichlaufgelenke zwar eine hohe Lebensdauer. Diese ist jedoch nur durch regelmäßige Kontrolle der Achsmanschetten auf Dichtheit und festen Sitz der Schellen gegeben. Müssen Motor und/oder Getriebe aufgrund von Unfall oder Aggregatereparaturen ausgebaut werden, ist beim späteren Wiedereinbau auf die korrekte Zentrierung der Aggregateeinheit zu achten. Die Befestigungspunkte der Träger weisen entsprechende Toleranzen auf, um eine korrekte Ausrichtung zu erreichen. Bei Arbeiten am Lenktrapez ist die hundertprozentige Einstellung des Spurdifferenzwinkels und des maximalen Lenkeinschlages von äußerster Wichtigkeit. Befindet sich der maximale Lenkwinkel außerhalb des Beugewinkels des Gelenkes, besteht die Gefahr, dass das Gelenk zerstört wird. Bei Achskonstruktionen, bei denen Endanschläge des Lenkwinkels zum Einsatz kommen, sind diese auch auf Verschleiß oder Beschädigung zu prüfen. 1. Gerade Laufbahn. Rollen 3. Tripodestern. Achsmanschette 8 9
Mögliche Schadensursachen für Schäden an Seitenwellen und Gleichlaufgelenken Mögliche Schadensursachen für Schäden an Seitenwellen und Gleichlaufgelenken Die Arbeitsdistanz der Seitenwelle ist konstruktionstechnisch vorgegeben. Wird diese durch äußere Einflüsse verändert, kann es zu schwerwiegenden Beschädigungen kommen. Die benötigte Distanz wird vorwiegend durch folgende Einflussfaktioren verändert: 1. Motor- und/oder Getriebeträger.. Zentrierung von Motor und Getriebe. 3. Unregelmäßigkeiten in der Radaufhängung (Beschädigung der Naben, der Achsschenkel, Gelenke, Stoßdämpfer etc.).1 Schäden an Festgelenken Bei einer Überbelastung der Seitenwelle wird in der Regel zuerst das getriebeseitige Gelenk beschädigt. Übermäßige Vibrationen und Stöße werden auch auf das äußere Gelenk übertragen. Dadurch können Risse an den inneren Bauteilen des Gelenks entstehen. Die meisten Ausfälle der Gelenke sind auf eine defekte bzw. gerissene Manschette zurückzuführen. Hiervon ist häufig das äußere Gelenk betroffen, da die Manschette durch den größeren Beugewinkel stärker beansprucht wird.. Schäden an Verschiebegelenken Auch in Verschiebegelenken führen Unregelmäßigkeiten in der gesamten Einheit zwischen Aggregaten und Achskörper zu Fehlfunktionen...1 Schäden an Kugel-Verschiebegelenken Eine Distanzvergrößerung in Kugel-Verschiebegelenken führt dazu, dass der Kern zu weit heraustritt und die Antriebsarbeit nur an einem Ende des Gelenks geleistet wird. An den Enden der Laufbahnen entsteht eine übermäßige Spannung, und die inneren Bauteile des Gelenks (Käfig, Kern und Kugeln) unterliegen einem höheren Verschleiß bzw. werden beschädigt. Durch eine Distanzverringerung wird der Kern des Gelenks gegen den Getriebeflansch gedrückt. Auch in diesem Fall werden das Gelenk selbst und innere Bauteile des Getriebes übermäßig beansprucht und im ungünstigsten Fall beschädigt... Schäden an Tripode-Kreisverschiebegelenken In Tripode-Kreisverschiebegelenken, welche in der Regel getriebeseitig verbaut sind, wird der Tripodestern bei einer Längenänderung der Seitenwelle durch Einund Ausfedern oder Lenken in der inneren Laufbahn des Gehäuse hin und her bewegt. Hier besteht bei Unregelmäßigkeiten in der gesamten Einheit zwischen Aggregaten und Achskörper die Gefahr der Verlängerung oder Verkürzung der Arbeitsdistanz. Bei einer zu großen Distanzverlängerung rutscht der Tripodestern aus der Aufnahme und die Antriebskraft geht verloren. Im ungünstigsten Fall werden umliegende Bauteile zerstört. Bei einer Distanzverkürzung schlägt der Tripodestern gegen den Boden des Gehäuses und beschädigt die inneren Bauteile des Getriebes. Beanspruchung im täglichen Betrieb (Winkel- und Längenänderung) Symptome für diese Schädigungen sind eine starke Geräuschentwicklung und letztendlich ein zerstörtes Gelenk somit der Verlust der Kraftübertragung. Motorenträger Getriebeträger Fahrgestell oder Achsschenkel verschlissen Defektes Kugel-Verschiebegelenk Beanspruchung durch Veränderung der Arbeitsdistanz (durch verschlissene Motor- und Getriebelager, mangelhafte Zentrierung von Motor und Getriebe) 10 11
Mögliche Schadensursachen für Schäden an Seitenwellen und Gleichlaufgelenken 5 Schmiermittel 5 Schmiermittel..3 Schäden an DO-Verschiebegelenken Oftmals führen Unwissenheit und/oder Nachlässigkeit beim Aus- und Einbau dieser Komponenten zu vermeidbaren Schäden und vorzeitigen Verschleiß und Ausfall. Schäden am Käfig möglich durch: Natürlicher Verschleiß durch die Arbeitsweise des Bauteils (äußerst selten) Schläge oder Stöße, übertragen durch Unebenheiten in der Fahrbahn Schläge beim Aus- und Einbau des Gelenks Unzureichende oder übermäßige Schmierung Übermäßige Spannungen durch Distanzverlängerung oder -verkürzung.3 Schäden an Achsmanschetten Schäden an Achsmanschetten, vor allem an gelenkten Achsen, sind die häufigsten Schadensursachen. Oft ist die Ursache hierfür in der unsachgemäßen Montage der Schellen zu finden. Werden die Schellen nicht mit dem richtigen Drehmoment befestigt, oder werden gar Kunststoffbänder verwendet, fehlt der notwendige Anpressdruck, und die Manschette rutscht vom Gelenk. Auch durch eine mangelhafte Entlüftung im Inneren des Gelenks beim Einbau oder die Beschädigung des Materials aufgrund der Verwendung ungeeigneter Fette ist ein vorzeitiger Ausfall meist vorprogrammiert. Um eine angemessene Lebensdauer zu erreichen, müssen die Achsmanschetten solide und dicht verschlossen, aber dennoch mit der erforderlichen Flexibilität montiert werden. Nur so können sie ihre Aufgabe korrekt erfüllen. Ursachen von Schäden: Bei einem Riss oder einer Undichtheit der Achsmanschette tritt das Schmiermittel aus. Im Gegenzug kann Schmutz eindringen. Unzureichende oder übermäßige Schmierung oder gar ungeeignetes Schmiermittel führen zu einem frühzeitigen Verschleiß der inneren Bauteile. dünnen Schmierfilm bilden. Hierzu eignet sich Öl aufgrund seiner Eigenschaften besonders gut. 5. Warum wird Molybdändisulfid als Fett bezeichnet? Die hohen Belastungen in Gleichlaufgelenken erfordern eine widerstandsfähige Schmierung des Gelenks. Ein dünner Ölfilm hält diesen Belastungen nicht stand und würde verdrängt werden. Feste Zusatzstoffe wie Molybdändisulfid können aufgrund ihrer Struktur nicht einfach verdrängt werden und bilden in Kombination mit Öl den idealen Schmierstoff. Es werden damit schmierende Schienen zwischen den Oberflächen gebildet und so die Schmiereigenschaften erheblich verbessert. Molybdändisulfid ist ein polarer Zusatzstoff. Das heißt, dass sich seine polarisierten Moleküle senkrecht zur Metalloberfläche ausrichten und schließlich einen widerstandsfähigeren Schmierfilm bilden. Natürlicher Materialverschleiß bzw. Alterung (Porosität, Risse) Übermäßige Schmierung Unzureichende Entlüftung bei der Montage (Verringerung des Beugewinkels) Ungeeignete oder mangelhaft befestigte Schellen 5.1 Molybdändisulfid als Schmierstoff für Gleichlaufgelenke Für bestimmte Anwendungen ist die Benutzung von Fett als Schmierstoff ungeeignet. Im besonderen Maße gilt dies für Gleichlaufgelenke. In ihnen wird, entgegen der weit verbreiteten Meinung Öl und kein Fett benutzt. Metalloberfläche Metalloberfläche Schmierfilm zwischen den Reibpartnern Einer der Gründe für die Verwendung von Öl ist die hohe Temperatur, die durch die Umgebung, die hohen Drehzahlen, die starken Belastungen oder durch die konstante Reibung der inneren Bauteile entstehen kann. In Gleichlaufgelenken kommen alle diese Faktoren zusammen. Aus diesem Grund muss die Schmierung konstant und in geeigneter Weise erfolgen. Die rotierenden Komponenten und die Laufbahnen besitzen keine glatte Oberfläche, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Unter dem Mikroskop ist eine vollkommen unregelmäßige Oberfläche zu erkennen. Um eine direkte Berührung der beiden Oberflächen zu vermeiden, verwendet man Schmierstoffe, die einen 1 13
6 Empfehlungen 7 Fehlerdiagnose 6 Empfehlungen 7 Fehlerdiagnose Zusammenstöße durch Unfälle oder außergewöhnliche Fahrbahnstöße liegen nicht im Bereich des normalen alterungsbedingten Verschleißes. Werden durch diese Faktoren beschädigte Seitenwellen erneuert, müssen zur vollständigen und zuverlässigen Diagnose alle Umgebungsteile einer genauen Inspektion unterzogen werden, um eine Folgereparatur zu vermeiden. Folgende Punkte müssen überprüft werden: 1. Zustand und Befestigung aller Aggregatelager. Achsschenkel mit Anbauteilen (Gelenke, Spurstangen etc.) 3. Fahrgestell, Aggregatträger, Achse (inkl. aller Befestigungsbolzen). Radlager und Radnaben 5. Obere und untere Stoßdämpferaufhängung 6. Überprüfung der Achsgeometrie durch eine Achsvermessung Bitte beachten Sie die fahrzeugspezifischen Reparaturhinweise der Fahrzeughersteller. Um Schäden an den Achsmanschetten und an den Gleichlaufgelenken zu vermeiden und die Abdichtung zu gewährleisten, sind bei der Montage folgende Punkte zu beachten: 1. Montieren Sie nur neue und geeignete Schellen.. Keine schon benutzten Schellen wiederverwenden. 3. Weder Kunststoffbänder noch verdrillte Drähte verwenden.. Verwenden Sie stets das unseren Produkten beigelegte Schmiermittel. 5. Für eine Reinigung im Inneren wird Folgendes empfohlen: a) Das Gleichlaufgelenk von der Seitenwelle demontieren. b) Soviel Schmiermittel wie möglich entfernen. c) Reinigen Sie das zusammengesetzte Gelenk. d) Verwenden Sie acetonhaltige Lösemittel zur Reinigung und zur Entfernung von Schmutz. e) Mit Druckluft trocknen. 6. Vor dem Wiedereinbau befüllen Sie zunächst das Innere des Gelenks mit Molybdändisulfid und drücken vor dem Anbringen der Schelle das restliche Schmiermittel in die vormontierte Manschette. 7. Um überschüssige Luft aus dem Inneren der Achsmanschette zu entfernen, wird ein Schraubendreher zwischen Manschette und die Seitenwelle gesteckt. 8. Montieren und befestigen Sie die Schellen an ihrem Platz. Ablauf der Diagnose Symptome Mögliche Ursachen Prüfungen vor Demontage Geräusch bei hoher Geschwindigkeit Dauerhaftes Geräusch aus dem Bereich der Räder bei 80 km/h Ungeeignetes oder verschmutztes Schmiermittel oder Mangelschmierung Gelenk mit innerem Schaden Schlagen Zyklische Schläge jederzeit beim Fahren Schläge in der Lenkung beim Lenken in eine oder in beide Richtungen Äußeres Gelenk mit innerem Schaden Inneres Gelenk mit innerem Schaden Vibrationen und Seitenbewegungen Vibrationen beim Anfahren und Bremsen Seitenbewegungen der Karosserie und/oder der Lenkung Inneres Gelenk mit innerem Schaden Stange oder Welle der Halbachse beschädigt oder mit Unwucht Achsmanschette undicht Achsmanschette undicht Reifen deformiert /beschädigt oder Unwucht am Rad Radlagerschäden Reifen in schlechtem Zustand Prüfung auf korrekten Sitz und Befestigung der Schellen Prüfung auf Porosität und Risse in der Achsmanschette Reproduktion des Geräusches durch Drehen der Räder bei aufgebocktem Fahrzeug Falsches Anzugsmoment der Achsmutter Schäden an Motorträgern, Radaufhängung und/oder Fahrgestell Ausgleichgewichte oder Gummis der Seitenwelle lose oder beschädigt Prüfung auf korrekten Sitz und Befestigung der Schellen Prüfung auf Porosität und Risse in der Achsmanschette Überprüfung von Motorträger und Fahrgestell Ausrichtung der Räder außerhalb der Toleranz Motorträger in schlechtem Zustand oder gebrochen Karosserie und/oder Fahrgestell beschädigt Prüfung auf korrekten Sitz und Befestigung der Schellen Prüfung auf verbogene oder angeschlagene Seitenwellen Überprüfung von Zustand und Abnutzung der Reifen 7 8 Überprüfung auf Schäden oder Schmutz im Inneren der Gelenke Überprüfung auf ungleichmäßigen Verschleiß an den inneren Bauteilen der Gelenke Überprüfung des Zustands der inneren Bauteile des radseitigen Gelenks Prüfungen und Arbeiten nach Demontage Überprüfung der Radlager auf Geräuschentwicklung Reinigung und Überprüfung der Kegelrollenlager, bei ersten Anzeichen von Verschleiß erneuern Überprüfung der Verzahnung an der Seitenwelle zur Aufnahme des Gelenks Überprüfung der Ausgleichgewichte der Seitenwelle, bei Bedarf ersetzen und/oder befestigen Überprüfung auf Fluchtung aller Komponenten, Auswuchten der Räder Prüfung auf verbogene oder angeschlagene Seitenwellen, gegebenenfalls die komplette Welle austauschen Prüfung auf verbogene oder angeschlagene Seitenwellen, gegebenenfalls die komplette Welle austauschen 1 15