Fachwissenschaftlicher Bezug
Bei dem Aufgabenschwerpunkt "Geräte und Maschinen" ist eine Beschränkung auf wenige Themen und Funktionselemente erforderlich.
Hier sind es insbesondere Bewegungsübertragungen mit Hilfe einfacher Funktionselemente (z.B. Rollen) und Übertragungsmitteln (z.B. Seil). Andere Aspekte wie Fahrzeugtechnik und Energietechnik finden sich jeweils unter dem jeweiligen Stichwort.
Die vier einfachen Maschinen sind der Hebel, Flaschenzug, Wellrad (Rolle) und die geneigte Ebene. Mit ihrer Hilfe können Angriffspunkt, Größe oder Richtung einer Kraft geändert werden. So kann Arbeit mit einem geringen Kraftaufwand verrichtet werden.
Ein Hebel ist eine einfache Vorrichtung der sich an seiner Aufhängung um einen festen Punkt drehen kann. Sobald auf einen der beiden Hebelarme eine Last wirkt, dreht sich der Hebel um die Aufhängung. Nach dem Hebelgesetz ist das Produkt aus der Kraft und der Entfernung vom Drehpunkt ist auf beiden Seiten stets gleich groß. An einem Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn das Drehmoment aller an ihm angreifenden Kräfte gleich null ist.
Bei Wippen und Waagen, Brechstangen und Schranken, Schubkarren und Scheren sowie vielen anderen Geräten und Einrichtungen wird das Hebelgesetz angewandt.
Wellräder sind die Grundelemente der Winden und Kräne. Sie dienen wie Haspeln dem Aufwickeln von Zugelementen.
Transport mit Seil und Scheibe (Rolle)
Die Seilscheibe ist ein wesentlicher Teil bei Transport- oder Hebevorrichtungen und dient der Seilführung und werden häufig auch als Rollen bezeichnet. Winden wenden die Vorteile der Rollen an.
Seilrolle und Seilwinde, häufig in Verbindung mit Kurbel (Ziehbrunnen).
Das bekannteste Beispiel für den Transport mit Hilfe eines Seils sind Seilbahnen, die horizontal oder schräg transportieren können. Häufig sind endlose Förderseile, die am Ende der Transportstrecke über Umlenkrollen laufen.
Stützenfreie Transportstrecken benötigen keine frei überrollbaren Seilauflager.
Für den senkrechten Transport werden Kräne benutzt, die neben den o.g. Bauteile sowie einen Ausleger oder eine "Katze" aufweisen. So sind Transporte in alle Richtungen möglich.
Bei Kränen mit Auslegern sind die Hebelgesetze zu beachten.
Geneigte Ebene
ist die letzte einfache Maschine zur Kraftverstärkung. Sie besteht aus einer Ebene, die gegenüber einer waagrechten Hauptachse geneigt ist. Nicht nur Wege und Straßen, die die Neigung am Berg verringern, auch Keile und Schrauben sind Abwandlungen der schiefen Ebene.
Perpetuum Mobile
Eine Maschine, die, einmal in Bewegung versetzt, immer weiterläuft. Ein schöner Traum, der sämtliche Energieprobleme der Menschheit lösen könnte. Wenn so eine Maschine denn möglich wäre...
http://www.hp-gramatke.de/perpetuum/
Pendel
Als Pendel (ebenes Pendel) wird ein meist starrer Körper bezeichnet, der beweglich an einem Punkt aufgehängt ist und unter dem Einfluss der Schwerkraft (Gravitation) um eine Achse hin- und her schwingt. Pendel werden in verschiedenen mechanischen Geräten eingesetzt.
Wasserrad und Windmühle, Wärmeschlange nutzen die kinetische Energie von Wasser oder bewegter Luft. Dabei bewegen sich Schaufeln oder Flügel bewegen sich um einen Mittelpunkt
Die älteste Form des Wasserrades - und für den Nachbau am besten geeignet - ist das unterschlächtige Schaufelrad. Es benötigt nur ein Fließgewässer, nicht aber ein größeres Gefälle wie ein oberschlächti-ges Rad, wie es in gebirgigen Regionen weit verbreitet ist. Fallendes Wasser liefert durch den größeren Höhenunterschied deutlich mehr Energie als Fließwasser.
Mittelschlächtige Wasserräder sind technische Kompromisslösungen.
Einfache Geräte ohne Übersetzung sind z.B. Pfeffermühle oder der Fleischwolf. Sie bestehen meist aus einer Kurbel oder ähnlichem Antriebsteil, einem Arbeitsteil und einer Achse. Diese Teile befinden sich in einem starren Gehäuse oder einer festen Vorrichtung.
Weiterleitung von Drehbewegung
ist mittels Zugmittelgetrieben möglich. Hierbei werden die Kräfte von der Antriebseinheit (Kurbel, Motor) auf die Arbeitseinheit übertragen.
Getriebe können Drehrichtung und Drehzahl verändern oder aus einer zirkularen eine lineare Bewegung machen.
Bei Zahnradgetrieben wird die Drehbewegung direkt von einer Welle auf eine andere übertragen. Beim zweiten Zahnrad ändert sich die Drehrichtung. Die Anzahl der Zähne bestimmt die Übersetzung. Stirnräder übersetzen die Kraft parallel, bei rechtwinkliger Übersetzung werden Kegelzahnräder genutzt.
Bei der Übertragung der Kraft über größere Entfernung werden Ketten oder Riemen eingesetzt. Meist werden Endlosketten oder -riemen verwandt. Bei gekreuzten Riemen wird die Drehrichtung umgekehrt, beim "offenen Riementrieb" bleibt sie gleich.
Mehrstufige Getriebe kombinieren die Möglichkeiten, Drehrichtung und Drehzahl zu ändern. Letztlich ist die Uhr nichts anderes als ein kompliziertes Getriebe mit Zeigerdarstellungen.
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