Arbeitsblatt: Go-Kart mit Schwungradmotor

Material-Details

Das kostengünstige Schwungradmodell wird Knaben wie Mädchen gleichermassen begeistern. Interessante Materialien und Halbzeuge, leichte Montagearbeiten, überschaubare Bauweise und ein robuster Schwungmotorantrieb garantieren einen gelungenen Einstieg in die Thematik „Antriebe“. Mit dem Bau des vorliegenden Modells können folgende Themenkreise abgedeckt werden: - Lagerungen von Radachsen - Wirkungsweise des Schwungrades („Masse in Bewegung“) - Grundlegende Arbeiten mit Acrylglas (sägen, polieren) Der relativ einfache Aufbau ermöglicht eine Realisation durchaus ab der 3. Primarklasse!
Werken / Handarbeit
Gemischte Themen
5. Schuljahr
9 Seiten

Statistik

42451
711
9
10.07.2009

Autor/in

Andreas Merz
Land: Schweiz
Registriert vor 2006

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Textauszüge aus dem Inhalt:

Go-Kart mit Schwungradmotor OPITEC, Bestellnummer 101.174 – www.opitec.ch Modifiziert von Andreas Merz, Muotastrasse 9, 6440 Brunnen Ergänzende Hinweise zur Bauanleitung 1. Beschrieb Das kostengünstige Schwungradmodell wird Knaben wie Mädchen gleichermassen begeistern. Interessante Materialien und Halbzeuge, leichte Montagearbeiten, überschaubare Bauweise und ein robuster Schwungmotorantrieb garantieren einen gelungenen Einstieg in die Thematik „Antriebe. Mit dem Bau des vorliegenden Modells können folgende Themenkreise abgedeckt werden: Lagerungen von Radachsen Wirkungsweise des Schwungrades („Masse in Bewegung) Der relativ einfache Aufbau ermöglicht eine Realisation durchaus ab der 3. Primarklasse! -2- 2. Instrumentelle Lernziele ) ) ) ) Allgemein: feinmotorische Fertigkeiten schulen Genaues Einmessen und materialgerechtes Aussägen von Plexiglas Grundplatte exakt verschleifen und polieren Bohren von Kunststoffen Thermisches Biegen von Acrylglas Verformen von (Schweiss)drähten und Lochblechstreifen Montagearbeiten von Halbzeugen Fakultativ: Bemalen der Räder und allenfalls Einfärben des Sitzes 3. Allgemeines Die einseitige, im Telegrammstil eher knapp gehaltene Bauanleitung mit 1:1-Schablone für die Grundplatte ist zwar gut verständlich verfasst, bietet aber wenig handwerkliche Angaben. Als hilfereiche Ergänzungen sind denn auch die folgenden Anmerkungen zu verstehen: Diese sind während des Baus eines solchen Modells entstanden und geben Erfahrungen wieder. Spezielle Tipps sollen die weniger erfahrene Werklehrperson, aber auch die Schüler vor Misserfolgen bewahren. Der Umgang mit dem leicht zu bearbeitbaren aber kratzempfindlichen Acrylglas erfordert spezielle Kenntnisse in Bezug auf seine Verarbeitung. Deshalb gleich zu Beginn ein paar Hinweise: 4. Der Umgang mit Acrylglas („Plexiglas) 4.1 Materialeigenschaften Polymethylmetacrylat, (abgekürzt PMMA), kennen wir unter dem Namen Plexiglas. Es ist die Handelsbezeichnung einer synthetischen chemischen Verbindung, die seit 1928 industriell hergestellt wird und heute aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken ist. Acrylglas – wie PMMA auch genannt wird – ist ungiftig, witterungsbeständig, unzerbrechlich, leicht und verbrennt ohne Rückstände. Diese guten Eigenschaften machen es für viele Anwendungen interessant: Vom Bauwesen bis zur Automobilindustrie, im Messe- und Ladenbau, für Mobiliar und Haushalt, in der Lichtwerbung, für Schutzverglasungen, Displays und Laborgeräte. Acrylglas dient häufig als Ersatz für normales Glas. Es ist nur etwa halb so schwer, leichter zu bearbeiten, und leitet Licht besser. Sein Nachteil ist jedoch, dass Acrylglas schneller zerkratzt. Es lässt ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen durch, hält aber Wärmestrahlen zurück. Daher wird es auch für Gewächshäuser verwendet. Wenn Glasfenster zu dick sind, wird es schwierig, hindurchzusehen. Bis zu 30 cm dicke Scheiben aus PMMA sind dagegen immer noch perfekt transparent! Damit ist Plexiglas ein optimales Material für grosse Aquarien, deren Scheiben sehr dick sein müssen, um dem Druck von Tonnen von Wasser standzuhalten. Plexiglas ist ein hartes Material und trotzdem sehr leicht formbar: Bei 100C für 5 Minuten in den Ofen gelegt, wird es elastisch wie ein Blatt Papier und kann in verschiedenste Formen gebracht werden. Im Wasser abgekühlt und das Ganze ist wieder hart wie vorher. Deshalb arbeiten auch Künstler und Designer gerne mit Acrylglas. Acrylglasplatten gibt es in verschiedenen Stärken und Farben, glasklar und auch opak. Es ist – nicht ganz billig – bei speziellen Firmen, aber auch im Do-it yourself-Laden erhältlich. In einzelnen Betrieben bekommt man Schnittresten nach Kilopreis zu günstigeren Konditionen. -34.2 Bearbeiten von Acrylglas Das hoch transparente Acryl- oder Plexiglas ist nicht viel schwieriger zu sägen als Sperrholz. Es kann zudem problemlos gebohrt, gefräst, gefeilt, geschliffen, geklebt und warm verformt werden. Selbst Gewinde können in diese Materie geschnitten werden. Bei relativ grosser Oberflächenhärte ist seine Oberfläche hart und spröde und sie kann deshalb poliert werden. Allerdings müssen scharfe Werkzeuge (Bohrer, Fräsköpfe, Sägeblätter) bei der Bearbeitung zum Einsatz gelangen, ansonsten die Gefahr besteht, dass das Material ausreisst. Seine UV-Beständigkeit ist enorm, sodass es sogar nach Jahren nicht zu Trübungen des Materials kommt! Acrylglas gibt es in Platten, als Rundstäbe, als Vierkantprofile, als Rohre und für den industriellen Gebrauch in verschiedensten anderen Rohformen. 4.3 Bau des Go-Karts Zu Beginn der Arbeit wird der Bausatz mit den Schülern auf Vollständigkeit geprüft. Gleichzeitig lernt der Schüler auch die verschiedenen Teile und deren spätere Funktionen kennen. Auch eine kleine Materialkunde und damit verbunden das entsprechende Vokabular anwenden können, bieten sich als Lernziele im Unterricht an (Plexiglas, Schweissdrähte, Lüsterklemmen, Metallschrauben, Muttern, Lochblech, Reduzierhülsen usw.). Wir beginnen mit der Herstellung der Grundplatte: Zuerst beklebt man die entsprechende Plexiglasplatte beidseits mit Malerabdeckband. Dies ermöglicht es, die ausgeschnittene Papierschablone direkt auf die Platte zu kleben. Aber auch, um die beim Sägen frei werdende Wärme besser abzuleiten. Ferner bietet das Klebeband einen optimalen Schutz gegen Kratzer beim späteren Bearbeiten des Glases. Die relativ kantige Form der Grundplatte kann nach Belieben von den Schülern noch etwas eleganter gestaltet werden. Das zusätzliche, beidseitige Abkleben des Plexiglases (über die werkseits schon aufgebrachte Schutzfolie) hat mehrere Vorteile: Kratzschutz, sauberes Aufkleben der Vorlage, Wärme ableitende Wirkung. Im Heck- Mittel- und Vorderteil wurden hier die eckigen Formen durch eleganter wirkende Rundungen ersetzt. Die Bohrungen werden mit einer Stechahle oder einem Körner leicht angestochen, damit exakt gebohrt werden kann. Vorsicht: Plexiglas kann zerspringen! -4Sicherheitshalber wird die korrekte Lage der Bohrungen für die Antriebsverschraubung überprüft, indem man den Motor an entsprechender Stelle auf die Schablone legt und nötigenfalls die Bohrungen leicht korrigiert. Auch der Sitz wird etwas ausgestaltet: Je nach Jahrgangsstufe und Geschicklichkeit der Schüler können dabei auch der Zirkel oder das Kurvenlineal zur Anwendung kommen. Die spätere Biegekante wurde gestrichelt eingezeichnet. Auch hier wurde das Plexiglas aus den geschilderten Gründen beidseits mit Malerabdeckband beklebt. Mittels der Laubsäge (mit mittlerem Sägeblatt für Kunststoffe) werden nun die Umrisse der beiden Teile ausgesägt. Die Schüler sind anzuhalten, den Sägevorgang mit langsamen Armbewegungen auszuführen. Wird zu schnell gesägt, kann es vorkommen, dass durch die dabei entstehende hohe Reibungswärme das Plexiglas hinter der Sägestelle gleich wieder verschweisst wird! Danach werden die Löcher mit Ø 3.5 mm mit einem Spiralbohrer und mässiger Drehzahl gebohrt. Das Loch für den Sitz (Ø 3.0 mm) wird zusätzlich mit dem Krauskopf vorsichtig angesenkt. Die Senkkopfschraube M3 10 sollte dabei als Muster dienen, um herauszufinden, wie tief abgesenkt werden muss (der Schraubenkopf sollte exakt bündig mit der Plexiglasoberfläche sein). Sind beide Platten ausgesägt und gebohrt, werden die allfällige Unebenheiten an den Kanten der Teile mit einer Feile ausgeglichen und dann mit Schleifpapier der Körnung 150 – 220 fein verschliffen. Die nun matt gewordenen Schnittkanten können mit Nassschleifpapier und allenfalls Polierpaste oder aber mit Stahlwolle (00) wieder transparent poliert werden (am besten unter fliessendem Wasser!). Während des ganzen Bearbeitungsganges bleibt das Malerabdeckband als Schutz gegen Kratzer auf der Scheibe aufgeklebt! Bohrung Ø 3 mm ansenken! Glaskanten gefeilt, geschliffen und mit Nassschleifpapier und Polierpaste poliert Mit einem so genannten Linear-Biegegerät wird nun der Sitz umgebogen. Dieses Gerät besteht eigentlich nur aus einem gespannten Wolfram-Draht, welcher elektrisch aufgeheizt -5wird. Der Draht erwärmt das Plexiglas exakt auf einer Linie, sodass dieses haargenau umgebogen werden kann. Ergebnisse mit einem Industrieföhn fallen da eher kläglich aus. Acrylglassitz Biegekante Heizdraht Heisser Wolframdraht (orange sichtbar gemacht) Die mit einem Faserschreiber eingezeichnete Biegekante wird genau über den Heizdraht gelegt. Ein bis zwei Minuten Wärmezeit genügen (Stück zwischendurch mal wenden!), um das Plexiglas so zu erhitzen, dass es an einer Tischkante nach Belieben bequem abgewinkelt werden kann. Achtung: Plexiglas vor dem Biegen genügend erhitzen! Biegerichtung beachten (Senkloch!) Da in den seltensten Fällen mehrere Biegegeräte für die Kinder zur Verfügung stehen, beginnen wir mit einer nächsten Arbeit; ein Kind arbeitet dann jeweils (unter Aufsicht der Lehrperson) am Thermo-Biegegerät, die anderen arbeiten an der Montage der vorderen Achshalterung, des Schwungradantriebes und der Lüsterklemmen für die Überrollbügel. Rippen abwinkeln Die beiden Lochblechstreifen werden auf 5 Löcher lang mit einer Blechschere abgeschnitten und gemäss der Schablone mit einer Flachzange abgewinkelt. Um die Statik noch zu verbessern, krümmt man die überstehenden, seitlichen Rippchen ebenfalls rechtwinklig ab (siehe Fotovergrösserung). Mit einer Reibahle werden die beiden Öffnungen, in welche später die Radachse eingeführt wird, minimal erweitert, Achsöffnung erweitern Während die einen Schüler am Thermobiegegerät ihre Sitze formen, sind die restlichen Schüler mit der Montage des Antriebs, der vorderen Achslagerung und der Lüsterklemmen für die spätere Befestigung der Überrollbügel beschäftigt (M8 8 mm). Der fertig abgebogene Sitz kann ebenfalls mit der Schraube M3 10 mm und einer Mutter bereits montiert werden! Da der Bausatz „nur glasklare Acrylglasteile enthält, kann der Sitz mit wasserfesten Filzschreibern oder gar mit Glasmalfarben (Opitec, „Marabu Decorglas, Best.Nr. 491.XXX) eingefärbt werden. Denkbar wäre es aber auch, den Schülern zusätzliche farbige – transparente oder opake – 3 mm starke Plexiglasplättchen für den Sitz zur Verfügung zu stellen. Sind diese Arbeiten erledigt, geht man über zur Herstellung und Montage der Radachsen über. Um das Modell etwas eleganter zu gestalten, wird als Alternative zur Originalanleitung der vordere Radabstand etwas schmaler gebaut als der hintere. Dies ist leicht zu bewerkstelligen: Vom Radelement wird gemäss der nachfolgenden Abbildung einfach die vorstehende -6Achshalterung mit einer Pucksäge verkürzt. Mit einem Seitenschneider kerben wir die AchsEnden ein, sodass sie später in den Rädern ohne Verklebung fest sitzen. ca. 1.6 cm Achshalterung kürzen, Reduzierhülsen einsetzen So wird die Adhäsion zwischen den Metallachsen und der Kunststoff-Felge vergrössert: Mit einem Seitenschneider werden in kurzen Abständen Kerben in einem Winkel von 45 zur Achse eingepresst. Rechtwinklig dazu kerbt man eine zweite Reihe solcher Vertiefungen. Dann dreht man die Achse längsseits um 90 und wiederholt das Ganze. Diese ist jetzt rundherum „gekerbt und die Kunststofffelge wird satt – und ohne Kleber – auf der Achse sitzen. Bevor das zweite Rad auf die Achse aufgesetzt wird, können die Felgen noch etwas professioneller gestaltet werden: Mit Acrylfarbe bemalen wir diese. Eine besondere Wirkung erzeugen wir damit, dass die kunststoffgespritzten „Schrauben mit einer Kontrastfarbe und einem entsprechend feinen Pinsel getupft werden. Damit die Farbe auf dem Kunststoff hält, müssen sämtliche Felgen vorgängig mit Nitroverdünner oder noch besser mit Azeton abgerieben werden. Ist die Farbe restlos getrocknet, können die „Luftschläuche wieder aufgezogen werden. Dies geschieht am besten von der Rückseite der Felgen her! Jetzt müssen noch die Überrollbügel hergestellt werden. Der Verfasser der Originalanleitung schlägt vor, dass die Drahtgebilde bei schwachen Schülern oder niederen Klassenstufen weggelassen werden können. Dieser Entscheid soll schlussendlich der unterrichtenden Werklehrperson überlassen werden. Im Folgenden wird geschildert, wie mit einfachen Hilfsmitteln relativ gute Ergebnisse erzielt werden können. Einzige Hilfsmittel sind (Mini-) Schraubstöcke und Metallschrauben oder Holzrundstäbe, um welche punktgenau die entsprechenden Radien geformt werden können. Die Abbildungen erleichtern den Entscheid: -7- Mitte M4 – M10-Schraube nach Gutdünken Gewünschte Bügelhöhe a) b) Zuerst wird die Mitte der beiden Schweissdrähte ermittelt und mit einem Faserschreiber markiert. Von diesem Mittelpunkt ausgehend, markiert man die entsprechenden Breiten des Bügels nach links und rechts (vorne je 2 cm, hinten je 2.25 cm). In einem Schraubstock wird nun eine Metallschraube, ein Holzdübel oder ähnliches senkrecht eingespannt (Durchmesser dem gewünschten Biegeradius entsprechend). Um diese herum wird der Draht rechtwinklig abgebogen (a). Auf den beiden Schenkeln wird sodann die Bügelhöhe markiert. Der entstandene Drahtrahmen wird senkrecht gestellt und die beiden Schenkel so um die Schraube gebogen, bis der Überrollbügel die gewünschte Neigung erhält (Siehe Abbildungen b) und c) c) d) Der Bügel wurde so stark um die Schraube gebogen, bis er die gewünschte Schräglage erreicht (c). Schlussendlich muss der Draht an den beiden Enden noch soweit gekürzt werden, dass er in die beiden Lüsterklemmen eingeschoben werden kann. Allenfalls muss man mit einer Zange noch korrigierend eingreifen. Die Abkrümmung des hinteren Bügels erfolgt auf genau gleiche Weise: Ein eingespannter Holzrundstab oder eine Metallschraube hilft, den gewünschten Biegeradius herzustellen (d). Partnerarbeit anstreben! Die fertig eingeschraubten Stossstangen, bzw. Überrollbügel. Allenfalls muss der Verlauf der Bügel auch hier mit einer Rund- oder Flachzange noch etwas nachkorrigiert werden. Jetzt noch die Reifen montiert, und ab geht die Post! -8Nachdem die Reifen aufgezogen wurden, präsentiert sich unser Go-Kart von seiner besten Seite: Hier noch ein paar Angaben zum Funktionsprinzip des Schwungrades: Das Prinzip des Schwungrades ist auf die Massenträgheit zurückzuführen: Wer kennt ihn nicht, den alten, hölzernen oder blechernen Schwungkreisel? Mit einer Schnur, mit einem Antriebsgestänge oder ganz einfach von Hand wird eine mehr oder minder grosse, ausgewuchtete Scheibe (Kreisel) in Bewegung gesetzt. Nach dem „Loslassen dreht der Kreisel oft minutenlang um seine Achse, bis seine Bewegungsenergie (welche man durch manuelle Kraft „hineingepumpt hatte) aufgebraucht ist. Der Kreisel fällt um! Das gleiche Phänomen kann man mit einer stehenden Münze veranschaulichen: Durch eine rasche Drehbewegung wird diese in Rotation versetzt, welche je nach der eingespiesenen Kraft für längere Zeit rotiert, bis sie schliesslich mit immer fahrigeren Bewegungen wieder umfällt. Kreisel und das bekannte Diabolo in verschiedensten Ausführungen, aus Holz, Kunststoff und Blech. Manche dieser Spielzeuge gaben infolge ihrer Rotation einen Ton von sich! -9Überall in der Industrie wird dieses physikalische Grundprinzip eingesetzt: In Hometrainern sorgt eine schwere grosse Scheibe dafür, dass der Gesundheitsbewusste zuerst eine rechte Arbeit verrichten muss, bis die Scheibe in Bewegung gesetzt ist. Ist diese Arbeit verrichtet, sorgt die Scheibe mit ihrer Trägheit für einen gleichmässigen Gang. Ein einstellbarer Gummiriemen erhöht den Widerstand der Scheibe und verlangt vom Trainierenden einen kleineren oder grösseren Arbeitsaufwand ab. In der Fliehkraftkupplung wird diese Kraft ausgenützt, um bestimmte Motorenteile „einzukuppeln, d. h. gewisse Teile mitdrehen zu lassen. Im Flug- und Fahrzeugbau sind solche – auf der Massenträgheit beruhende – Kupplungsmechanismen gang und gäbe. Schwungrad Getriebe Der Schwungradantrieb funktioniert nach dem Prinzip des Kreisels: zuerst muss (durch mehrmaliges „Anstossen) eine Energie das Schwungrad in Bewegung setzen. Dieses beginnt sich – bedingt durch die Trägheit ihrer Masse – für längere Zeit zu drehen und zwar so lange, bis die Scheibe die in sie hineingesteckte Bewegungsenergie „zurückgegeben, bzw. aufgebraucht hat. Unser Go-Kart legt mehrere Meter zurück! Über die Radachse wird das Schwungrad in Bewegung gesetzt und Energie eingespiesen Hinweis: Um das Prinzip des Schwungradmotors den Kindern noch näher zu bringen, bietet Opitec einen zwar teuren, aber gut funktionierenden Kreisel-Beschleuniger an (Bestell-Nr. 106.681, Leonardo da Vinci Beschleuniger). Ev. baut sich die Lehrperson eigen eigenen zu Demonstrationszwecken. by Himself, April. 2005