Naturwissenschaftlich-technische
Aufgabenschwerpunkte des Lehrplans SU
|
Naturwissenschaftlich-technische
Aufgabenschwerpunkte des Lehrplans SU
|
|
Fahrzeuge
Fachwissenschaftlicher
Bezug
|
|
|||
|
|||
|
|
|||
|
|||
|
|
|||
| Fahrgestell / Karosserie | Der
grundlegende Bestandteil eines Fahrzeuges ist das Fahrgestell, an dem sowohl
die Achsen mit den Rädern als auch der Aufbau des Fahrzeuges, die Karosserie,
angebracht sind. Moderne Kraftfahrzeuge bestehen allerdings aus Gründen einer höheren Stabilität und einem geringeren Gewicht nicht mehr aus Fahrwerk und separat gebauter Karosserie. Beides bildet eine Einheit, eine selbsttragende Konstruktion. |
||
 |
|||
|
|
|||
| Räder | Die
ersten Räder waren Vollscheibenräder, wie man sie mitunter auch
heute noch in einigen Ländern bei einfachen Transportkarren antreffen
kann. Speicheräder bestehen dagegen aus Nabe, Felge, Bereifung und Speichen. Kinder nutzen in der Regel für eigene Modelle Vollscheibenräder (Holzscheiben, Bierdeckel, Marmeladendeckel etc.) |
||
|
|||
|
|
|||
| Achsen | Kinder
verwenden für ihre Modellautos einfache Achsenkonstruktionen, im Gegensatz
zu modernen Autos mit komplizierten Einzelradaufhängungen. Als Vorbilder können vielmehr einfache Fahrzeuge, Spielzeugautos etc. dienen. Die Befestigungen
der Achsen am Fahrgestell sowie der Räder an den Achsen werfen grundlegende
Probleme auf. Es gibt zwei Möglichkeiten von Achsenkonstruktionen. Die Kinder können zum einen die Achsen starr am Fahrgestell befestigen und daran bewegliche Räder befestigen. Zum anderen können sie die Räder fest an drehenden Achsen anbringen. Die letztgenannte Möglichkeit ist häufig erfolgreicher, da das Anbringen der Räder an den Achsen hierbei weniger Probleme bereitet. |
||
|
|
|||
|
|
|||
|
|||
|
|
|||
| Lenkung | Bei Fahrzeugen mit Lenkung muss die Achse beweglich konstruiert werden, Kinder bauen i.d.R. einfache Drehschemellenkungen - die erste Lenkung, die die Menschheit entwickelt hat. | ||
|
|
|||
| Dieses
Steuerprinzip wird bis heute u.a. bei Anhängern, Handkarren und Kutschen
angewandt. Bei der Drehschemellenkung wird die Achse mit den daran befestigten Rädern um einen Drehpunkt, der auf der Fahrzeuglängsachse liegt, geschwenkt. Dieses Prinzip hat einige Nachteile, denen auch Kinder beim Bau begegnen werden. Zum einen wird das Fahrzeug sehr instabil, wenn die Lenkung voll eingeschlagen ist. Zum anderen drehen die inneren Räder beim Kurvenfahren durch, wenn sie mit den äußeren Rädern verbunden sind, da sie einen kürzeren Weg zurücklegen müssen (bzw. einen kleineren Bogen beschreiben). Es empfiehlt sich also, die Räder nicht miteinander zu verbinden. |
|||
|
|||
|
|
|||
| Bremsen | Die Modelle
der Kinder werden i.d.R. über keine Bremsen verfügen, gleichwohl
ist die Funktionsweise verschiedener Bremsen für Kinder durchaus nachvollziehbar. Frühe Kutschen hatten Stockbremsen mit Hebelwirkung, ein Prinzip, das die Kinder eventuell von Seifenkisten oder "Kettcars" kennen. Bei Backenbremsen der meisten Kutschen presst sich ein Block auf die Lauffläche des Rades. Die Bremsbacken einer Trommelbremse beim Auto drücken auf die Innenseite der Bremstrommel, die mit der Felge verbunden ist. Das Prinzip entspricht in etwa der Rücktritt-Nabenbremse beim Fahrrad. Die Funktion der Felgenbremse beim Fahrrad ähnelt wiederum der Scheibenbremse beim Auto. Hier drücken zwei Bremsklötze von den Seiten auf eine Scheibe. |
||
|
|||
|
|
|||
| Antrieb | Kraftfahrzeuge
werden i.d.R. von Motoren angetrieben, die Benzin oder Dieselöl verbrennen.
Weitere, ökologisch vertretbarere Antriebsarten sind noch wenig verbreitet
bzw. entwickelt. Die Funktion eines Verbrennungsmotors spielt natürlich beim Bau der Fahrzeugmodelle keine Rolle. Für interessierte Kinder sollten aber in der Bücherecke geeignete Sachbücher ausliegen, die Funktionsweisen eines Verbrennungsmotors, einer Lichtmaschine oder des Getriebes anschaulich und kindgemäß beschreiben. |
||
|
Kraftübertragung |
Die Kraftübertragung mit verschieden großen (Zahn-) Rädern kann den Kindern außerdem mit Funktionsmodellen nahegebracht werden. Die grundlegende Problematik der Übertragung der Antriebsenergie auf die Räder lässt sich am Beispiel der Fahrradkette deutlich machen. | ||
| Spielzeugautos
werden häufig mit einem Federwerk oder einem Elektromotor angetrieben.
Auch Konstruktionsbaukästen enthalten mitunter Elektro- oder sogar
Solarmotoren, mit denen selbstgebaute Fahrzeuge angetrieben werden können. Geeignete Antriebsarten für einfache Modelle aus Holz oder anderen Materialien werden im Folgenden beschrieben. |
|||
|
|||
|
|
|||
| Gummimotor / Segel / Rückstoßmotoren | Die
Aussicht, ein selbstgebautes Fahrzeug mit einem eigenen Antrieb versehen
zu können, stellt eine hohe Motivation dar und veranlasst die Kinder
zu konstruktiven, problemorientierten Auseinandersetzungen mit physikalisch-technischen
Fragestellungen, auch wenn Gummi-, Segel- oder Rückstoßantrieb
für "richtige" Autos keine bzw. eine unbedeutende Rolle spielen. Die Prinzipien aller drei Antriebsarten sind recht einfach und können auch von Kindern in Grundzügen nachvollzogen werden. |
||
| Gummiantrieb |
|
||
| So
hat Gummi als elastisches Material das Bestreben nach einer Verformung (z.B.
Spannen, Verdrillen) wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Genauer wird beim Verdrillen und Spannen des Gummibandes Spannungsenergie gespeichert. Dabei werden Kräfte ausgelöst, die diese Veränderung rückgängig machen - bzw. die aus ihrem Gleichgewicht gebrachten Moleküle wieder in ihren Ursprungszustand bringen wollen. Bei dem somit folgenden Entspannen des Gummis dreht es sich zurück in die Ausgangslage. Bei Anschieben und Loslassen eines Fahrzeugs mit Gummimotor wird also Bewegungsenergie in Spannungsenergie und diese wieder in Bewegungsenergie umgewandelt. |
|||
| Fahrzeug mit Segel |  |
||
| Bei
einem "Windauto", einem Modell, das mit einem Segel versehen wurde,
werden die Kinder argumentieren, dass der Wind das Fahrzeug "schiebt".
Hierbei wird das Fahrzeug in Bewegung gesetzt, indem die kinetische Energie der Luft auf das Fahrzeug übertragen wird. |
|||
| Antrieb mit Luftballon | 
|
||
| Ein "Luftballon-Auto" wird durch Rückstoß angetrieben. Im aufgeblasenen Luftballon herrscht ein Überdruck, der die Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus dem Mundstück heraustreten lässt. Diese ausströmende Luft erfährt eine nach vorne gerichtete Kraft und erteilt dem Ballon eine ebenso starke entgegengerichtete Kraft, den Rückstoß. | |||
|
|||
|
|
|||
| Fahrwiderstand |
Unter dem Begriff "Fahrwiderstand" werden die Kräfte zusammengefasst, die ein Fahrzeug bei der Fortbewegung angreifen bzw. bremsen. Der "Rollwiderstand" ist abhängig von der Art und dem Durchmesser der Reifen, dem Reifendruck, der Fahrgeschwindigkeit, der Radlast und insbesondere auch von Art und Beschaffenheit der Fahrbahn. Der "Luftwiderstand" ist bei den Modellen der Kinder von geringerer Bedeutung, allerdings werden einige über entsprechendes Vorwissen verfügen und sich eventuell bemühen, möglichst windschnittige Modelle zu bauen. Der "Steigungswiderstand" ist vom Steigungswinkel der Fahrstrecke und vom Gewicht des Fahrzeuges abhängig; auch der "Beschleunigungswiderstand" hängt vor allem vom Fahrzeuggewicht ab. Im Zusammenhang hiermit
ist die Trägheit der Masse von Bedeutung: |
||
|
|
|
|
 |
