Das 'inoffizielle' LEGO®-Technic-Buch: Kreative Bautechniken für realistische Modelle (German Edition)

Mikromotorscheibe (
R
= 4,5) und einer halben Lagerbuchse (
r
= 2,9) erhalten wir 9/1,6 oder 5,63 – was ein ziemlich gutes Ergebnis für so kleine Teile darstellt! Die Kombination einer anderen frei drehbaren Felge (56902, siehe Abbildung 6-23 ) mit tiefer Rille und einem Innendurchmesser von 10 mm (
R
= 5) und einer Mikromotorscheibe (
r
= 4,5) ergibt eine Kraftverstärkung von 10/0,5, also um den Faktor 20.
    Mit Differenzialflaschenzügen können wir sehr leicht eine hohe Kraftverstärkung erreichen. Der Bewegungsfreiheit der unteren Gruppe ist jedoch durch die Entfernung zwischen der Stelle, an der die Schnur mit sich selbst verknüpft ist, und der Spule (zum Anheben) bzw. zu den oberen Scheiben (zum Absenken) begrenzt. Um Lasten sehr hoch anzuheben, ist daher eine sehr große Entfernung zwischen der Spule und den oberen Scheiben erforderlich.

    Abbildung 6-23: Ein Differenzialflaschenzug, bei dem die obere Gruppe aus einer frei drehbaren Felge und einer Mikromotorscheibe besteht. Die inneren Radien der beiden gerillten Scheiben unterscheiden sich nur um 0,5 mm, was eine Kraftverstärkung um den Faktor 20 ergibt.
Potenzflaschenzug
    Das komplizierteste und wirkungsvollste der drei Systeme ist der Potenzflaschenzug. Er zeichnet sich durch eine obere feste Rolle und mehrere hintereinander geschaltete lose Rollen aus, wobei der Haken an der letzten losen Rolle befestigt ist (siehe Abbildung 6-24 ).
    Wie du siehst, wird zunächst eine Schnur (schwarz) von der Spule über die obere Riemenscheibe und durch die erste lose Rolle geführt und dann an einem Teil der oberen Baugruppe befestigt. An der losen Rolle ist aber eine weitere Schnur befestigt (grün), die die zweite lose Rolle umläuft und dann wie die erste Schnur an einem Teil der oberen Baugruppe befestigt wird. Diese Anordnung wiederholt sich bis zur letzten losen Rolle, an der sich der Haken befindet, um die Last aufzuheben. In Abbildung 6-24 befindet sich der Haken der vierten losen Rolle, er könnte aber genauso gut auch an der zwanzigsten befestigt sein. Wenn die Punkte der oberen Baugruppe, an denen die Schnüre befestigt sind, horizontal weiter von den zugehörigen Scheiben entfernt werden (in Abbildung 6-24 nach links), können sich die losen Rollen nicht nur auf und ab, sondern auch vorwärts und rückwärts bewegen.

    Abbildung 6-24: Der Potenzflaschenzug besteht aus einer oberen festen Rolle und mehreren hintereinander geschalteten losen Rollen. Hier werden vier lose Rollen verwendet, was eine Kraftverstärkung von 16 ergibt.
    Die mechanische Kraftverstärkung eines Potenzflaschenzugs beträgt 2 n , wobei
n
die Anzahl der losen Rollen ist. Das bedeutet, dass die Verstärkung rapide ansteigt, je mehr lose Rollen wir hinzufügen – 2 für eine Rolle, 4 für zwei, 8 für drei, 16 für vier usw. Im Vergleich mit dem Faktor 22, den wir beim Differenzialflaschenzug erreicht haben, mag das nicht besonders beeindruckend klingen. Denke aber daran, dass du bei zehn losen Rollen eine Verstärkung von 1000 erhältst und bei zwanzig von einer Million! Es gibt keine technische Grenze für die Anzahl der losen Rollen. Allerdings wird das System wie alle anderen immer ineffizienter, da sich die Reibung der Scheiben summiert und sich die Schnur unter Last ausdehnt.

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Hebel und Koppelgetriebe
    Hebel und Koppelgetriebe gehören zu den einfachsten Maschinen und bilden die Grundlage für zahlreiche weit kompliziertere Mechanismen. Hebel werden meistens eingesetzt, um eine mechanische Kraftverstärkung zur Bewegung schwerer Lasten zu erreichen, wohingegen Koppelgetriebe gewöhnlich dazu dienen, eine Form von Bewegung in eine andere umzusetzen. Beide begegnen uns im täglichen Leben auf Schritt und Tritt. Ob jemand auf einer Wippe spielt oder eine Zange ansetzt, immer werden dabei Hebel und Koppelgetriebe eingesetzt.
Hebel
    Ein Hebel in seiner einfachsten Form ist ein Balken, der an einer Stelle durch ein Scharnier oder ein Drehgelenk unterstützt wird (siehe Abbildung 7-1 ). Diese Stelle ist der sogenannte
Drehpunkt
(oder
Angelpunkt
). Bei einem Hebel gibt es eine Eingangs-und eine Ausgangskraft. Die aufgewendete Kraft (Eingang) bezeichnen wir einfach als
Kraft
, die Reaktionskraft als
Last
. Die Abschnitte des Hebels zwischen dem Drehpunkt und seinen Enden sind die
Arme
.

    Abbildung 7-1: Ein einfacher Hebel besteht aus einem Balken (gelb) und einem Drehpunkt (schwarz). Der braune Behälter ist die Last, die grünen Pfeile zeigen die angewandte Kraft an. Wird die Kraft