Gleichlaufgelenke (auch homokinetische Gelenke oder CV-Gelenke genannt) ermöglichen einer Antriebswelle eine winkelvariable Kraftübertragung bei konstanter Drehzahl ohne nennenswerte Reibungs- oder Spielzunahme. Sie werden hauptsächlich in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb eingesetzt. Moderne Fahrzeuge mit Hinterradantrieb und unabhängiger Hinterradaufhängung verwenden typischerweise Gleichlaufgelenke an den Enden der Hinterachs-Halbwellen und zunehmend auch an der Antriebswelle.
Gleichlaufgelenke werden durch eine Gummimanschette, eine "CV-Manschette", geschützt, die normalerweise mit Molybdändisulfidfett gefüllt ist. Risse und Spalten in der Manschette lassen Verunreinigungen eindringen, was zu einem schnellen Verschleiß des Gelenks führen würde, da das Fett austritt. (Teile, die sich berühren, würden nicht richtig geschmiert werden, kleine Partikel würden Schäden und Kratzer verursachen, während das Eindringen von Wasser dazu führt, dass Metallteile rosten und korrodieren). Die Abnutzung des Kofferraums zeigt sich oft in Form von kleinen Rissen, die näher am Rad auftreten, da das Rad den größten Teil der Vibrationen und Auf- und Abwärtsbewegungen erzeugt. Risse und Sprünge in den Bereichen näher an der Achse werden meist durch äußere Einflüsse verursacht, wie z. B. festgefahrener Schnee, Steine oder unebene, felsige Wege im Gelände. Auch Alterung und chemische Beschädigungen können zum Versagen des Stiefels führen.
Das Kreuzgelenk, eines der frühesten Mittel zur Kraftübertragung zwischen zwei abgewinkelten Wellen, wurde im 16. Jahrhundert von Gerolamo Cardano erfunden. Die Tatsache, dass es die Geschwindigkeit während der Rotation nicht konstant halten konnte, wurde von Robert Hooke im 17. Jahrhundert erkannt, der das erste Gleichlaufgelenk vorschlug, das aus zwei um 90 Grad versetzten Kardangelenken bestand, um so die Geschwindigkeitsschwankungen auszugleichen. Dies ist der "Doppelkardan". Seitdem sind viele verschiedene Typen von Gleichlaufgelenken erfunden worden.
Frühe automobile Antriebssysteme
Frühe Vorderrad-Antriebssysteme wie die des Citroën Traction Avant aus den 1930er Jahren und die Vorderachsen von Land Rover und ähnlichen Fahrzeugen mit Allradantrieb verwendeten Universalgelenke, bei denen ein kreuzförmiger Metallzapfen zwischen zwei gegabelten Trägern sitzt. Dies sind keine CV-Gelenke, da sie, außer bei bestimmten Konfigurationen, zu einer Veränderung der Winkelgeschwindigkeit führen. Sie sind einfach herzustellen und können enorm stark sein und werden immer noch verwendet, um eine flexible Kupplung in einigen Kardanwellen zu schaffen, wo es nicht sehr viel Bewegung gibt. Allerdings werden sie bei extremen Winkeln "kerbenartig" und schwer drehbar.
Die ersten CV-Gelenke
Mit der zunehmenden Verbreitung von Frontantriebssystemen, wie z.B. dem BMC Mini mit kompakten, quer eingebauten Motoren, wurden die Unzulänglichkeiten von Kreuzgelenken in Vorderachsen immer deutlicher. Basierend auf einer Konstruktion von Alfred H. Rzeppa, die 1927 zum Patent angemeldet wurde (ein CV-Gelenk, das Tracta-Gelenk, das von Pierre Fenaille bei Jean-Albert Grégoires Firma Tracta entworfen wurde, wurde 1926 zum Patent angemeldet), lösten Gleichlaufgelenke viele dieser Probleme. Sie ermöglichten eine reibungslose Kraftübertragung trotz des großen Winkelspektrums, in dem sie gebogen wurden.
Tracta-Gelenk
Das Tracta-Gelenk arbeitet nach dem Prinzip des doppelten Nut- und Federgelenks. Es besteht aus nur vier Einzelteilen: den beiden Gabeln (auch Joche genannt, eine treibende und eine angetriebene) und den beiden halbkugelförmigen Gleitstücken (ein sogenanntes Vater- oder Zapfendrehgelenk und ein sogenanntes Mutter- oder Schlitzdrehgelenk), die in einer schwimmenden (beweglichen) Verbindung ineinandergreifen. Jede Jochbacke greift in eine an den Zwischengliedern ausgebildete kreisförmige Nut ein. Die beiden Zwischenglieder sind wiederum über ein Drehzapfen- und Nutgelenk miteinander gekoppelt.
Wenn die An- und Abtriebswellen in einem bestimmten Arbeitswinkel zueinander stehen, beschleunigt und verzögert das antreibende Zwischenglied bei jeder Umdrehung. Da das zentrale Nut- und Federgelenk um eine Viertelumdrehung phasenverschoben zu den Jochbacken ist, wirkt die entsprechende Drehzahlschwankung des angetriebenen Zwischenglieds und des Abtriebsbackenglieds der Drehzahlschwankung des Eingangshalbglieds genau entgegen und neutralisiert diese. Somit ist die abtriebsseitige Drehzahländerung identisch mit der des Eingangsantriebs und sorgt für eine geschwindigkeitskonstante Drehung.
