Begleitheft Activity booklet Manual d‘accompagnement Begeleidend boekje Cuaderno adjunto Folheto Libretto di istruzioni Сопроводительная инструкция 附带说明书
Maschinen in unserer Umgebung Was ist Mechanik? Der Elektromotor Schneckenradgetriebe 2 2 2 3 Schranke Drehtisch 3 4 Zahnradgetriebe 4 Kurbelgetriebe 4 Schiefe Ebene 6 Fahrzeugantriebe Zahnradgetriebe mit Ketten Vergleich der Lenkungsarten 7 7 9 Kardangelenk Schaltgetriebe mit mehreren Gängen Planetengetriebe Kegelradgetriebe 10 10 12 13 Küchenmaschine Differentialgetriebe Scherenhubtisch 13 14 15 Koppelgetriebe 16 Scheibenwischer Viergelenkkette Bügelsäge 16 16 17 Hebel 17 Ba
Maschinen in unserer Umgebung Wer schleppt heute noch schwere Lasten durch die Gegend? Wer bohrt ein Loch mit reiner Muskelkraft in eine Wand? Wer wäscht seine Wäsche noch mit einem Waschbrett? Fast niemand. Der Mensch hat viele Geräte erfunden, die ihm das Leben und die Arbeit erleichtern. Angefangen beim Mahlwerk einer Mühle über die Düsentriebwerke eines Jumbo-Jets bis hin zum Computer. Geräte, die dir eine Arbeit erleichtern oder sogar abnehmen können, nennt man in der Fachsprache Maschinen.
Um die hohe Drehzahl des Motors zu drosseln, eignet sich am besten ein Schneckenradgetriebe. Dabei wird auf die Motorwelle, das ist die Stange, die aus dem Motorengehäuse herausragt, eine Schnecke aufgesetzt. Die Schnecke treibt ein Zahnrad an. Man verwendet diese Art von Getriebe dort, wo auf engem Raum hohe Umdrehungszahlen herabgesetzt werden sollen. Ein Schneckengetriebe arbeitet selbsthemmend, d. h.
Drehtisch Der Mechanismus des Schneckengetriebes wird in vielen Maschinen angewendet. Ein einfaches Beispiel dafür ist der Drehtisch, dein nächstes Modell. Bei diesem Modell soll die Drehzahl verringert und die Drehrichtung geändert werden. Der Widerstand des belasteten Drehtisches darf den Motor nicht anhalten. Aufgabe: l Baue den Drehtisch nach. l Stelle einen Topf mit Wasser oder Erde auf die Drehtischplatte, natürlich nur einen Topf, der auch auf die Platte passt.
Wenn du auf diese Art ein Fahrzeug bewegen möchtest, würdest du nur sehr langsam von der Stelle kommen. Außerdem würdest du rückwärts fahren. Dieses Modell soll dir auch nur zeigen, wie man ein einfaches Getriebe aufbaut und berechnet. Berechnung des Übersetzungsverhältnisses von Zahnradgetrieben Antriebsrad Abtriebsrad Rad Nr. 1 2 Zähnezahl eines Zahnrades Z1 Z2 Umdrehungszahl n1 n2 Drehrichtung (links/rechts) Aufgabe: l Baue das Kurbelgetriebe 2 nach l Drehe die Kurbel ein Mal.
Schiefe Ebene Bist du auch schon mal mit dem Rad oben auf einem Hügel gestanden und wusstest nicht, welche der beiden Straßen du bergab nehmen sollst? Die steile Strecke, wo ordentlich Tempo entsteht, oder den flachen Weg auf dem du zwar langsamer bist, aber dafür weiter vorankommst. Aber stimmt das überhaupt? Rollt man auf der flachen Strecke weiter als auf der steilen Straße? Lass es uns doch einfach ausprobieren, in einem Experiment.
Du hast jetzt schon viel über Getriebe gelernt und kannst dieses Wissen an einem Modell ausprobieren. Baue das Fahrzeug 1 auf. Du hast mit dem Motor und dem Getriebe jetzt einen richtigen Fahrzeugantrieb. 1 Fahrzeugantriebe Damit es noch schneller geht, baue Fahrzeug 2 nach. Dein Mobil fährt nun 1,5 mal so schnell wie sein Vorgänger. Dafür hat diese Übersetzung aber ihre Probleme am Berg. 2 Das Fahrzeug 3 hat einen „umgekehrten“ Getriebeaufbau wie das Fahrzeug 2.
Aufgabe: l Baue das Fahrzeug mit Kettenantrieb zuerst nur mit einer Kurbel statt mit dem Motor nach. l Drehe die Kurbel ein Mal. Wie oft dreht sich das Rad? l Drehe die Kurbel im Uhrzeigersinn. In welche Richtung dreht sich das Rad? Berechnung des Übersetzungsverhältnisses von Zahnradgetrieben Antriebsrad Abtriebsrad Rad Nr. 1 2 Zähnezahl eines Zahnrades Z1 Z2 Umdrehungszahl n1 n2 Drehrichtung (links / rechts) Ein solches Getriebe hast du auch an deinem Fahrrad.
Um Fahrzeuge lenkbar zu machen gibt es verschiedenste Systeme. Wir betrachten zwei davon. Die Achsschenkellenkung deines motorgetriebenen Fahrzeugs und die Drehschemellenkung des Bollerwagens. Bei der moderneren Achschenkellenkung werden nicht die Räder mitsamt einer durchgehende Achse gedreht, wie noch bei der Drehschemellenkung, sondern schwenkbare Räder mit einem Lenksystem verbunden. Das Lenken beginnt mit dem Lenkrad. In diesem steckt eine Stange, an deren Ende ein kleines Zahnrad befestigt ist.
Kardangelenk In der Antriebstechnik hat man meist einen Motor, und ein Maschine die angetrieben werden soll. Oft sind die beiden Elemente ein Stück voneinander entfernt, nicht auf gleicher Höhe oder bewegen sich auch noch hin und her. Würde man beides mit einer starren Welle verbinden so würde sie unweigerlich brechen. Eine weiche biegsame Welle wiederum wäre zu schwach um große Kräfte zu übertragen. Aufgabe: ● Baue das Kardangelenk auf, wie in der Bauanleitung beschrieben.
Aufgabe: ● Baue das Getriebe nach. ● Schalte den Motor ein und bewege den „Schalthebel“ langsam von Gang 1 nach Gang 3. Achte darauf, dass die Zahnräder eines Ganges exakt ineinander greifen. ● Notiere deine Beobachtungen. Beobachtung der einzelnen Gänge Gang Nummer 1 2 3 Beobachtung schneller/langsamer Drehrichtung gleich/entgegengesetzt Dieses Getriebe steuert in Gang 3 in eine andere Richtung als in Gang 1 und Gang 2. Das liegt daran, dass hier drei Zahnräder in einer Reihe sind.
Planeten getriebe Ein Planetengetriebe ist ein sehr komplexes System aus unterschiedlichen Zahnradarten. Es wird in vielen Bereich eingesetzt, z. B. als Rührwerk in einer Küchenmaschine oder als Automatikgetriebe im Auto. Dort ist der Aufbau allerdings etwas komplizierter. Aufgabe: l Baue das Planetengetriebe nach. l Drehe an der Kurbel, dem „Antrieb“, und beobachte, welche Wellen, Zahnräder und Zahnradverbunde du dadurch in Rotation versetzt.
Kegelrad getriebe Mit dem Kegelrad lernst du jetzt eine einfache Zahnradübertragung kennen. Aufgabe: l Baue das Getriebemodell nach. l Beobachte, wie sich Drehzahl, Drehrichtung und Drehmoment bei diesem Modell ändern. Dieses Getriebe ändert nur die Richtung der Drehbewegung um 90°, Drehzahl und Drehmoment bleiben gleich. Küchenmaschine In diesem Modell werden Kegelradgetriebe und Planeten getriebe kombiniert. Baue es wie in der Bauanleitung gezeigt nach.
Differential getriebe Ein Differential braucht man immer dann, wenn bei einem mehrspurigen Fahrzeug, wie einem Auto, mehrere Räder einer Achse angetrieben werden. Differentiale erfüllen zwei Aufgaben: Die Aufteilung der Antriebsleistung auf zwei Achsen und den Ausgleich von Drehzahl u nter schieden zwischen diesen Zweigen.
Der Scherenhubtisch zeigt dir, wie man eine Drehbewegung mit Hilfe von Schraubenspindel, Gelenken und Hebeln in eine parallele Auf- und Abbewegung umwandelt. Plattform Drehpunkt Gelenkarm Aufgabe: l B aue den Scherenhubtisch auf. l Stelle einen Becher mit Wasser auf die Plattform. l Wie bewegen sich Plattform und Becher, wenn du an der Kurbel drehst? Die Schraubenspindel bewegt die Schneckenmutter hin und her. Durch diese Bewegung wird über das Gelenk die Plattform auf und ab bewegt.
Koppel getriebe Scheiben wischer Weißt du eigentlich wie ein Scheibenwischer funktioniert? Das nächste Modell zeigt es dir. Hier wird eine Drehbewegung in eine hin- und hergehende oder schwingende Bewegung umgewandelt. Dazu braucht man eine Kurbel- oder Nockenscheibe. Dieses Getriebe nennt man Kurbelschwingengetriebe.
Den Effekt der Kurbelschwinge gibt es auch in anderen Bügelsäge Bereichen. Lange Zeit war die Bügelsäge ein großer Helfer der Metallbauer. Ihr einfacher Aufbau hilft dir, ein Koppelgetriebe besser zu verstehen. Bei dieser Getriebeart wird eine Drehbewegung in eine geradlinig hin- und hergehende Bewegung umgewandelt. Die jeweiligen Endpunkte, an denen die Säge nicht mehr weiter kann, werden als Totpunkte (T1 und T2) bezeichnet.
Waage mit Laufgewicht Es braucht schon etwas Geduld, um zwei Gewichte zu finden, die genau gleich schwer sind. Eine Weiterentwicklung der Balkenwaage ist daher die Waage mit einem Laufgewicht. Auch diese Waage arbeitet nach dem Prinzip der gleich langen Hebel, nur wird hier mit den Drehmomenten getrickst. Die beiden Seiten neben dem Drehpunkt sind die Kraftarme. Je weiter außen ein Gewicht an einem Kraftarm hängt, desto höher ist seine Kraft.
Flaschenzug mit 2 Seilrollen Aufgabe: l Baue das Flaschenzugmodell mit 2 Seilrollen (eine feste und eine lose Seilrolle). l Hänge an den Haken ein Gewicht. l Ziehe am Seil und messe, wie weit du ziehen musst, um deine Last 10cm anzuheben. Brauchst du dazu viel Kraft? l Notiere deine Beobachtungen in der Tabelle Zuglänge in cm Kraftaufwand nach Gefühl Anzahl Seilteile 2 Seilrollen Bei diesem Modell hat sich die eingesetzte Kraft auf die Hälfte reduziert.
Die Welt der Statik Tisch Die Statik untersucht die Bedingungen, unter denen die an einem Körper angreifenden Kräfte im Gleichgewicht sind. Sie ist damit die Grundlage aller Berechnungen und Konstruktionen von Bauwerken wie Brücken oder Häusern. Auf Bauteile der Statik wirken unterschiedliche Belastungen. Das Gewicht einer Konstruktion nennt man Eigenlast. Das Gewicht von Personen, Möbeln, Tellern oder sogar Autos nennt man Verkehrslast Auch dein Tisch ist ein statischer Gegenstand.
Einen sehr einfachen statischen Aufbau hat die Bockleiter. Auch sie hat abgewinkelte Beine, die verstrebt sind. Die Verstrebungen dienen als Leitersprossen. Die Bockleiter besteht aus zwei einzelnen Leitern, die oben in einem Drehpunkt verbunden sind. Dazu kommt noch eine Verspannung der beiden Leitern im unteren Teil. Bockleiter Verspannung Aufgabe: l Baue die Bockleiter zunächst ohne die Verspannung auf.
Brücke mit Unterzug Die Brücke mit Unterzug erinnert an Hängebrücken, die über wilde Schluchten gespannt sind. Mit der Konstruktion einer Hängebrücke hat sie aber fast nichts gemeinsam. Warum das so ist, erfährst du in den Experimenten mit dem Modell. Aufgabe: l Baue die Brücke mit Unterzug nach. l Belaste die Brücke in der Mitte. Verwende diesmal ein etwas schwereres Gewicht.
Diese Brückenform ist belastbarer als die Balkenbrücke. Die Druckkraft wird jetzt nicht nur auf einen Balken übertragen, sondern verteilt sich auf die zusätzlichen Bauteile. Der Obergurt besteht aus gekreuzten Diagonalen, die jeweils an den oberen Knoten der Seitenelemente befestigt sind. Die Diagonalen am Obergurt verhindern eine Verwindung der Brücke. Ragen die Streben nach oben, bezeichnet man diese Brückenkonstruktion als Hängewerk.
Kran Bei den bisherigen Modellen aus den Bereichen Mechanik, Hebel und Statik konntest du Erfahrungen in diesen Bereichen sammeln. Im Abschlussmodell werden diese Erfahrungen nun miteinander verbunden. Der Kran ermöglicht dir, das Zusammenspiel von Bauteilen und Baugruppen zu erkennen und die Statik auf ihreBelastbarkeit hin zu testen. Aufgabe: l Baue den Kran auf, wie in der Bauanleitung beschrieben. l Montiere zuerst den feststehenden Turm mit seiner Rahmenkonstruktion.
