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- Kinderfachhochschule - 1.Kennenlernen und Sicherheit 2.Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern) 3.Mechanik: Schaltung 4.Mechanik: Hydraulik.

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Präsentation zum Thema: "- Kinderfachhochschule - 1.Kennenlernen und Sicherheit 2.Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern) 3.Mechanik: Schaltung 4.Mechanik: Hydraulik."—  Präsentation transkript:

1 - Kinderfachhochschule - 1.Kennenlernen und Sicherheit 2.Historie und Einführung zum Fahrrad (mit Fahrrädern) 3.Mechanik: Schaltung 4.Mechanik: Hydraulik 5.Mechanik: Federung und Kreisel (mit Fahrrädern) 6.Elektrizität und Optik 7.Akustik: Wind und Klingelt ö ne 8. Bewegung, Geschwindigkeit und Reaktion 9. Aerodynamik 10. Ernährung, Energie, Training, Ergometer Frank Kameier Themenübersicht 2. Schulhalbjahr 2010/2011 (Mai bis Juli 2011 – 10 Termine)

2 - Kinderfachhochschule - Frank Kameier Bremsen

3 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik Versuchsaufbau Wärmebildkamera 24 Zoll Mountainbike Rollentrainer hydraulische Scheibenbremse mechanische Scheibenbremse

4 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik Beschreibung und Erklärung des Versuches Durchführung: -ein Kind sitzt auf dem Fahrrad und tritt in die Pedale -die Wärmebildkamera wird auf die hintere Bremsscheibe gerichtet -die hintere Bremse wird schleifen gelassen (das Kind merkt einen höheren Widerstand, da durch die erhöhte Reibung mehr Kraft nötig ist) -auf dem Bildschirm der Kamera färbt sich die Scheibe von grün über gelb/orange nach rot (sie wird heißer -> durch Reibung entsteht Wärme) Ziel: -jedes Kind hat 20 Sekunden Zeit um die höchste Temperatur zu erreichen. Ob dies durch schnelleres Treten oder stärkeres Bremsen erreicht wird, ist jedem Kind selbst überlassen. -außerdem können die Kinder durch die verschiedenen verbauten Bremsen (vorne mechanisch und hinten hydraulisch) am Bremshebel die unterschiedliche Reibung in den Leitungen spüren

5 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik Was ist Reibung? Reibung ist die Hemmung einer Bewegung, die zwischen sich berührenden Festkörpern auftritt. Art der ReibungErklärungBeispiel Haftreibung tritt an den Flächen zwischen Körpern auf, die aufeinander liegen Buch liegt auf dem Tisch (keine Bewegung = Haftung) Gleitreibung tritt an den Flächen zwischen Körpern auf, die sich geradlinig zueinander bewegen Schlitten fahren (Bewegung = Gleiten) Rollreibung entsteht beim Rollen eines Körpers auf einer UnterlageReifen auf Straße Bohrreibung entsteht am Auflagepunkt eines sich um die vertikale Achse drehenden Körpers auf einer Ebene Feuer machen durch drehen eines Stockes auf einem Brett Seilreibung beschreibt die Reibung eines um einen runden Körper gelegten Seils Seil um Poller (z.B. bei einem Schiff) Quellen: Bilder Text

6 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik, wie und wodurch entsteht durch Reibung Wärme? -Reibungsarbeit (Wr) ist eine Art der mechanischen Arbeit -die bewegungshemmende Kraft ist die Reibungskraft (Fr=μ*Fn) Daraus ergibt sich folgende Formel: Wr=μ*Fn*s (Reibungsarbeit=Reibungszahl*Normalkraft*Strecke) -Wird also einer der Faktoren kleiner, beim Bremsen zum Beispiel die Reibungszahl durch Wasser oder Öl auf der Felge oder die Normalkraft durch weniger zu bremsendes Gewicht oder weniger Geschwindigkeit, so wird die Reibungsarbeit kleiner. -Beim Verrichten von Reibungsarbeit wird mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt. So entsteht bei Reibung bzw beim Bremsen Wärme.

7 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik, Bremstypen Stempelbremse Rücktrittbremse Felgenbremse (Cantilever) Felgenbremse (V-Brake) Trommelbremse Scheibenbremse Quellen:

8 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik BremstypVorteileNachteile -Stempelbremse-einfaches Prinzip-der Reifen verschleißt -Rücktrittbremse-kein Verschleiß-die Kurbel kann im Stand nicht bewegt werden(z.B. beim Anfahren am Berg) -benötigt Bremsmomentabstützung -Felgenbremse-günstig -leicht -schlechte Bremswirkung bei Nässe -die Felge verschleißt und kann reißen -Trommelbremse-gute Bremswirkung bei Trockenheit-schwer -benötigt Bremsmomentabstützung -Scheibenbremse-sehr gute Bremswirkung bei jeder Witterung -gute Dosierbarkeit bei hydraulischen Modellen -teuer Vor- und Nachteile verschiedener Bremstypen

9 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik, Funktionsweise einer Trommelbremse Trommelbremsen sind Radialbremsen, bei der zwei gewölbte Bremsbeläge von innen auf die sich drehende Trommel gepresst werden. Die Trommelbremse wird mechanisch oder hydraulisch betätigt. Bei der mechanischen Version erfolgt das Anpressen der Bremsbeläge über einen Nocken- oder Spreizkeil. Bei der hydraulischen Version über einen Radbremszylinder. Trommelbremsen werden heutzutage meist nur noch an der Hinterachse schwach motorisierter Autos eingesetzt. Bei Motorrädern und Fahrädern sind Trommelbremsen veraltet und durch Scheibenbremsen ersetzt worden. Bremse offen (Spalt zwischen Bremsbelag und Trommel) Bremse zu (kein Spalt zwischen Bremsbelag und Trommel)

10 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik, Fading: Als Fading bezeichnet man das Nachlassen der Bremswirkung, die durch Reibungswärme entsteht. Außerdem bilden sich, bei hydraulischen Bremsen, Blasen im Öl, sodass der Druckpunkt am Bremshebel wandert. Dies kann zu einem erheblich längeren Bremsweg führen. Man kann Fading verhindern indem man die Bremse nicht schleifen lässt, sondern kurz und beherzt bremst. Reibung in Leitungen: Bei mechanischen Bremsen ist die Reibungszahl des Bremszuges in der Außenhülle merklich höher als die Reibungszahl zwischen Öl und Leitung bei hydraulischen Bremsen. Daher wird bei hydraulischen Bremsen für die gleiche Bremswirkung weniger Handkraft benötigt. Mittlerweile werden Bremszüge mit Teflon beschichtet, um die Reibungszahl zu senken. Außerdem sollten Bremszüge nie in kleinen Radien verlegt werden, da dies zusätzlich die Reibung erhöht. Erklärungen

11 - Kinderfachhochschule - Koschack, MartinGruppe: Mechanik, Bremsen und Hydraulik

12 - Kinderfachhochschule - Hydraulische Scheibenbremsen: Man unterscheidet beim Arbeiten mit Druck zwischen zwei verschiedenen Wirkprinzipien: Hydraulik: Pneumatik: Medium: Öl Medium: Luft => nicht kompressibel => kompressibel => Anwendung bei hohen Drücken => Anwendung bei Drücken bis 10 bar oder wenn präzise Bewegungen => schlechter Wirkungsgrad erforderlich sind => Beide dienen der Kraftübertragung Druck = Kraft pro Fläche => Kraft = Druck x Fläche => große Kraft = große Fläche bei konst. Druck oder großer Druck bei konst. Fläche duesseldorf.de/fahrradphysik Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

13 - Kinderfachhochschule - Wenn auf Kolben 1 eine Gewichtskraft von 200 N wirkt, reicht bei Kolben 2 eine Kraft von 50 N aus, um das Ganze in Ruhe zu halten. Drückt man nun Kolben 2 um einen gewissen Weg nach unten, so bewegt sich Kolben 1 nur um ein Viertel dieses Weges nach oben duesseldorf.de/fahrradphysik Till Biedermann Mechanik/Bremsen & Reibung Bsp.: Druckversuch: Man nehme einen Schwimmring und lege ein Brett darauf. Eine Person stellt sich nun auf dieses Brett eine andere pumpt den Ring mit einer Fußpumpe auf => relativ geringer Kraftaufwand, da große wirkende Fläche..

14 - Kinderfachhochschule - Roboterarmexperiment: Bei unserem Roboterarm kann man sehen wie ein hydraulisches System arbeitet und wozu so etwas eingesetzt wird. duesseldorf.de/fahrradphysik In diesem Fall sind die 6 Spritzen unsere Zylinder. Durch das reindrücken und herausziehen der Kolben führt der Roboter verschiedene Bewegungen durch,wie z.B. öffnen und schließen des Greifers, schwenken des Kranbaumes um die eigene Achse oder heben und senken des Hauptarmes. Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

15 - Kinderfachhochschule - Nicht jedes Fahrrad hat Scheibenbremsen und schon gar nicht auch noch hydraulische. Was für Bremsen ein Fahrrad hat, hängt immer davon ab wofür es gebraucht wird. Hollandräder haben ganz einfache Bremsen, da mit ihnen nicht so schnell gefahren wird. Aber auch z.B. Rennräder haben keine Scheibenbremsen. Hier hängt es aber damit zusammen, dass Rennräder so leicht sind, dass sie sich sofort überschlagen würden, wenn man mit Scheibenbremsen bremsen würde. Fahrräder, die fast immer Scheibenbremsen benutzen sind z.B Mountainbikes, aber auch Motorräder und Autos benutzen diese Bremsen, da sie die stärksten sind. duesseldorf.de/fahrradphysik Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

16 - Kinderfachhochschule - Durch ziehen an der Bremse wird der Geber im Handgriff betätigt und baut durch die Bremsleitung Druck auf den Kolben in der Bremszange an der Bremsscheibe auf. Die Bremszange schließt sich um die Bremsscheibe und die Bremsbeläge bremsen das Rad. duesseldorf.de/fahrradphysik Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

17 - Kinderfachhochschule - Geberprinzip einer hydraulischen Scheibenbremse Hier sieht man den Teil einer Scheibenbremse, welcher mit der Bremsscheibe an der Fahrradfelge montiert wird. Der Kolben wird durch das ziehen, bzw. loslassen der Bremse am Fahrradlenker bewegt. duesseldorf.de/fahrradphysik Geber mit Ausgleichsbehälter Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

18 - Kinderfachhochschule - Nach dem überfahren des Schnüffellochs wird Öl in die Bremszange gepumpt. Sobald die Beläge an der Scheibe anliegen wird Druck aufgebaut. Wird an der Bremse gezogen bewegt sich der Kolben nach links, Öl fließt in den Ausgleichsbehälter bis das Schnüffelloch mit der Dichtung überfahren wird. Hierbei wird der Balg nach oben gedrückt und Luft kann durch die Lüftungsbohrung entweichen Geberprinzip einer hydraulischen Scheibenbremse (betätigt) Balg Schnüffelloch duesseldorf.de/fahrradphysik Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

19 - Kinderfachhochschule - Wird die Bremse am Lenker losgelassen bewegt sich der Kolben durch die Feder direkt wieder zurück in seine Ausgangsstellung, die Beläge entfernen sich wieder von der Bremsscheibe und das Rad wird nicht mehr gebremst. Geberprinzip einer hydraulischen Scheibenbremse ( Rückstellung ) Feder duesseldorf.de/fahrradphysik Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann

20 - Kinderfachhochschule - Jetzt, wo ihr das Prinzip von Hydraulik oder auch pneumatischen Zylindern verstanden habt, könnt ihr euch sicher denken, dass man die wirkenden Kräfte natürlich auch berechnen kann. Allgemein berücksichtigt der Wirkungsgrad η Verluste, die im Zylinder und den Leitungen auftreten, zB. Reibungsverluste oder Wärmeverluste. Hier sind es in erster Linie Reibungsverluste. Formel zur Berechnung der Kolbenkraft: F = pe A η Quelle: duesseldorf.de/fahrradphysik Nehmen wir den oben stehenden Zylinder. Es gibt eine Kolbenfläche A, einen Druck pe und eine wirkende Kraft F. Damit unsere Ergebnisse auch realistisch sind, müssen wir den Wirkungsgrad η beachten. Mechanik/Bremsen & ReibungTill Biedermann


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