Kurbelgetriebe sind mechanische Systeme, die eine rotierende Bewegung in eine geradlinige Bewegung umwandeln. Sie bestehen typischerweise aus einer Kurbel, die an einer Welle befestigt ist, und einer Stange oder einem Hebel, der mit der Kurbel verbunden ist. Wenn die Kurbel rotiert, erzeugt sie eine auf- und abgehende Bewegung in der Stange.
Diese Art von Getriebe wird häufig in verschiedenen Maschinen und Mechanismen eingesetzt, um Bewegung und Kraft effizient zu übertragen. Kurbelgetriebe finden Anwendung in Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren und vielen anderen mechanischen Systemen.
Der Kurbelhub bezieht sich auf die maximale Verschiebung oder den maximalen Abstand, den die Kurbel einer Kurbelwelle in einem mechanischen System zurücklegt. In einem Kurbelgetriebe ist die Kurbel für die rotierende Bewegung verantwortlich, und der Hub ist die geradlinige Bewegung, die durch diese Rotation erzeugt wird.
Die erzeugte Bewegung ist hier nicht nur vom Kurbelhub abhängig:
Hinzu kommt der Abstand von der Kurbelbefestigung zur losen Führung an der Schubstange.
Deutlich ist im Video zu erkennen, dass die Bewegung sehr viel größer ist, wenn der Abstand von der Schubstangen-Führung zur Kurbelwelle verringert wird.
Hinweise zur Unterrichtsplanung
Je nach Ausstattung der Schule mit Computern / Ipads wird die Unterrichtsplanung unterschiedlich ausfallen.
Ideal wäre eine Verbindung von Technischem Zeichnen und Werkarbeit. Zuerst die Planung durch CAD und dann der Bau des Prototyps.
Viele Differenzierungsmöglichkeiten für selbständiges oder angeleitetes Arbeiten sind denkbar. Mein Vorschlag für die Umsetzung im Unterricht:
Den Schülern wird die fertige „Maschine“ in der Computeranimation
(oder als Modell) vorgestellt.
Die verschiedenen Maschinenelemente werden dabei benannt:
- Kurbelwelle, Hebel und ihre technische Umsetzung mit den hier verwendeten Materialien
- Information: Schrauben M3 Bohrung für lose Führung bzw. festen Sitz
- Aufgabenstellung mit Arbeitsblatt 1
- Differenzierung für schwache Schüler durch Hilfen auf Arbeitsblatt 2
- Differenzierung durch Druckvorlage mit größeren Teilen für einfacheres Arbeiten
- besonders motivierte Schüler mit Bastelgeschick können das Pferd mit beweglichen Teilen bauen
Die Geschichte des Maschinenbaus ist eng mit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation verbunden. Bereits im Mittelalter wurden technische Errungenschaften wie Wind- und Wassermühlen in ganz Europa genutzt, um die Energie von Wind und Wasser in nutzbare mechanische Arbeit umzuwandeln. Diese frühen Ingenieure, die Mühlenbauer, erwarben umfangreiche Kenntnisse in der Handhabung von Wind- und Wasserrädern, Getrieben und anderen mechanischen Übertragungselementen, die die Grundlage für die spätere Entwicklung des Maschinenbaus bildeten.
Mit dem Beginn der Industrialisierung im 18. und 19. Jahrhundert nahm die Bedeutung der Ingenieurwissenschaften rapide zu. Der Maschinenbau entwickelte sich zu einer institutionalisierten Wissenschaft, die für die Konstruktion und Fertigung von Maschinen und Anlagen unerlässlich wurde. Ingenieure, Techniker und Facharbeiter begannen, in immer größeren und spezialisierteren Teams zusammenzuarbeiten, um komplexe Maschinen und Produktionsanlagen zu entwerfen, zu konstruieren und zu optimieren. Diese Entwicklungen waren entscheidend für die massenhafte Produktion von Gütern und spielten eine zentrale Rolle im industriellen Aufschwung der modernen Gesellschaft.
Der Maschinenbau als Disziplin ist geprägt von der ständigen Suche nach Innovationen und Verbesserungen. Ingenieure erforschen und entwickeln neue Materialien, Technologien und Produktionsmethoden, um die Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit von Maschinen und Anlagen zu erhöhen. Die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie hat zu bahnbrechenden Erfindungen geführt, die unseren Alltag und unsere Arbeitswelt tiefgreifend verändert haben.
Heute steht der Maschinenbau vor neuen Herausforderungen, darunter der Übergang zu erneuerbaren Energien, die Digitalisierung der Produktion und die Entwicklung intelligenter Maschinensysteme. Die Ingenieurwissenschaften sind somit weiterhin ein zentraler Motor des technologischen Fortschritts und der sozioökonomischen Entwicklung.