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Constructopedia

Ein Referenzwerk mit Artikeln über unterschiedliche Aspekte des Konstruierens. Hier erfahren Sie alles darüber, wie Maschinen, Mechanismen usw. funktionieren.

Dieser Abschnitt erweist sich als tolle Ergänzung für Lehrkräfte, die die Produktreihe Wissenschaft & Technik aus LEGO Education verwenden, um den Kindern die Prinzipien aus der Welt der Maschinen & Mechanik begreiflich zu machen.
  • Drehrichtung

    Prinzip:
    Zwei ineinandergreifende Zahnräder drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.

    Zusatzinfo:
    Hier sind zwei ineinandergreifende Zahnräder zu sehen. Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, wird durch Drehen des Antriebsrads das angetriebene Rad ebenfalls in Drehung versetzt – allerdings in die entgegengesetzte Richtung.

  • Änderung der Drehrichtung von Riemenrädern

    Prinzip:
    Zwei mit einem gekreuzten Riemen verbundene Riemenräder drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.

    Zusatzinfo:
    Zwei mit einem nicht gekreuzten Riemen verbundene Riemenräder drehen sich in dieselbe Richtung. Wenn sich die Riemenräder in entgegengesetzte Richtung drehen sollen, muss der Riemen gekreuzt werden, das heißt der Riemen verläuft dann in der Form einer Acht. Bei diesem Modell wird der Riemen so gekreuzt, dass sich Antriebsrad und angetriebenes Rad in entgegengesetzten Richtungen drehen. Wie bei jedem Riemenradmodell verfügt der Riemen auch hier über einen gewissen Schlupf, der dafür sorgt, dass der Riemen locker genug sitzt, um bei einer plötzlichen Blockade der Räder nicht zu reißen.

  • Übersetzung

    Prinzip:
    Wird ein großes Zahnrad verwendet, um ein kleines Zahnrad anzutreiben, dann dreht sich das kleine Zahnrad schneller.

    Zusatzinfo:
    Hier sehen wir ein großes Antriebszahnrad und ein kleines angetriebenes Zahnrad. Jetzt können wir schon selbst das kleine Zahnrad ziemlich schnell drehen lassen. Doch mithilfe eines Vorgangs namens Übersetzung lässt es sich sogar noch schneller drehen. Bei einer Übersetzung wird zwar die Drehzahl erhöht, aber gleichzeitig wird die Kraft verringert. Ein gutes Beispiel für ein Übersetzungssystem aus dem wirklichen Leben ist ein 10-Gang-Fahrrad. Wenn man in den 10. Gang schaltet, wird ein großes Zahnrad mit den Pedalen in Drehung versetzt, das wiederum ein am Hinterrad befestigtes kleines Zahnrad antreibt. Bei diesem Modell bewirkt eine Umdrehung des Anriebszahnrads mit 40 Zähnen genau fünf Umdrehungen des angetriebenen Zahnrads mit 8 Zähnen. Dieses Verhältnis von 1:5 wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet.

  • Untersetzung

    Prinzip:
    Wird ein kleines Zahnrad verwendet, um ein großes Zahnrad anzutreiben, dann dreht sich das große Zahnrad langsamer.

    Zusatzinfo:
    Hier sehen wir ein kleines Antriebszahnrad und ein großes angetriebenes Zahnrad. Es ist sehr schwer, ein derart großes Zahnad anzutreiben, denn dazu wäre eine große Kraft erforderlich. Doch mit einem kleineren Zahnrad lässt sich die sogenannte Untersetzung nutzen. Bei einer Untersetzung wird die Drehzahl gesenkt und gleichzeitig wird die Kraft erhöht. Weil es ganz leicht ist, ein kleines Zahnrad mit hoher Drehzahl zu drehen, verwenden wir das kleine Zahnrad, um das große Zahnrad anzutreiben. Ein kleines Antriebszahnrad versetzt ein großes angetriebenes Zahnrad in Drehung – allerdings mit geringerer Drehzahl. Bei diesem Modell bewirken fünf Umdrehungen des Anriebszahnrads mit 8 Zähnen genau eine Umdrehung des angetriebenen Zahnrads mit 40 Zähnen. Dieses Verhältnis von 5:1 wird als Untersetzungsverhältnis bezeichnet.

  • Getriebe mit Zwischenrad

    Prinzip:
    Ein Zwischenrad wird verwendet, damit sich Antriebszahnrad und angetriebenes Zahnrad in dieselbe Richtung drehen.

    Zusatzinfo:
    Manchmal müssen sich das Antriebszahnrad und das angetriebene Zahnrad in dieselbe Richtung drehen. Das sich das Antriebszahnrad und das angetriebene Zahnrad in entgegengesetzte Richtungen drehen, wird zwischen diese beiden Zahnräder ein Zwischenrad gesetzt. Das Zwischenrad und das Antriebszahnrad drehen sich in entgegengesetzten Richtungen. Und das Zwischenrad und das angetriebene Zahnrad drehen sich ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen. Folglich drehen sich das Antriebszahnrad und das angetriebene Zahnrad in dieselbe Richtung.

  • Steigerung der Drehzahl des Riemenrads

    Prinzip:
    Wird ein großes Riemenrad verwendet, um ein kleines Riemenrad anzutreiben, dann dreht sich das kleine Riemenrad schneller.

    Zusatzinfo:
    Dieses Riemenradmodell besteht aus einem großen Antriebsrad und einem kleinen angetriebenen Rad. Jetzt können wir schon selbst das kleine Rad ziemlich schnell drehen lassen. Doch mithilfe eines Vorgangs namens Übersetzung lässt es sich sogar noch schneller drehen. Bei einer Übersetzung wird zwar die Drehzahl erhöht, aber gleichzeitig wird die Kraft verringert. Ein großes Antriebsrad versetzt ein kleines angetriebenes Rad in Drehung – allerdings mit höherer Drehzahl. Im Gegensatz zu einem Zahnradmodell drehen sich bei einem Riemenradmodell beide Räder in dieselbe Richtung.

  • Verringerung der Drehzahl des Riemenrads

    Prinzip:
    Wird ein kleines Riemenrad verwendet, um ein großes Riemenrad anzutreiben, dann dreht sich das große Riemenrad langsamer.

    Zusatzinfo:
    Bei diesem Modell kommt ein Riemenantrieb mit kleinem Antriebsrad und großem angetriebenem Rad zum Einsatz. Es ist sehr schwer, ein derart großes Rad anzutreiben, denn dazu ist eine große Kraft erforderlich. Doch mit einem kleineren Rad lässt sich die sogenannte Untersetzung nutzen. Bei einer Untersetzung wird die Drehzahl gesenkt und gleichzeitig wird die Kraft erhöht. Weil es ganz leicht ist, ein kleines Rad mit hoher Drehzahl zu drehen, verwenden wir das kleine Rad, um das große Rad anzutreiben. Ein kleines Antriebsrad versetzt ein großes angetriebenes Rad in Drehung – allerdings mit geringerer Drehzahl. Da es sich hierbei um ein Riemenradmodell handelt, drehen sich beide Räder in dieselbe Richtung.

  • Mehrstufiges Getriebe

    Prinzip:
    Zahnräder unterschiedlicher Größe an derselben Achse können mit anderen Zahnrädern verbunden werden, um Anordnungen mit größerer Untersetzung oder Übersetzung zu bauen.

    Zusatzinfo:
    Mehrstufige Getriebe bieten die Möglichkeit, noch mehr Kraft nutzen zu können, indem weitere Zahnräder zu der Anordnung hinzugefügt werden. Dieselbe Achse kann mit weiteren Zahnrädern bestückt werden, um komplexere Anordnungen zu bauen. Bei diesem Modell sind zwei separate 5:1-Untersetzungen zu erkennen: Bei dieser Anordnung ist das erste Zahnrad mit 40 Zähnen mittels einer Achse mit dem zweiten Zahnrad mit 8 Zähnen verbunden. Das erste Zahnrad mit 40 Zähnen dreht sich langsam. Das zweite Zahnrad mit 40 Zähnen dreht sich sogar noch langsamer. Durch diese Verbindung wird das Untersetzungsverhältnis auf 25:1 erhöht.

  • Mehrstufige Riemenantriebe

    Prinzip:
    Zwei Riemenräder unterschiedlicher Größe an derselben Achse können mit anderen Riemenrädern verbunden werden, um Anordnungen mit größerer Untersetzung oder Übersetzung zu bauen.

    Zusatzinfo:
    Wenn noch mehr Kraft oder Geschwindigkeit benötigt wird, als eine Anordnung mit zwei Riemenrädern liefern kann, können mehrere Riemenräder und Riemenantriebe kombiniert werden, um ein besser abgestuftes Getriebe zu erhalten. Bei diesem Modell ist zu erkennen, dass eine weitere Achse sowie ein weiteres Riemenrad hinzugefügt wurden, um eine noch besser abgestufte Untersetzung zu erhalten. Das erste angetriebene Rad dreht sich langsam – und das zweite sogar noch langsamer. Es ist aber auch möglich, Anordnungen mit größerer Übersetzung zu bauen.

  • Drehrichtung von Riemenrädern

    Prinzip:
    Zwei mit einem Riemen verbundene Riemenräder drehen sich in dieselbe Richtung.

    Zusatzinfo:
    Hier sind zwei Räder zu sehen, die per Riemen miteinander verbunden sind, Dreht man das Antriebsrad, versetzt der Riemen das angetriebene Rad in Drehung. Hierbau handelt es sich um ein Riemenradsystem. Die beiden auf diese Weise miteinander verbundenen Riemenräder drehen sich in dieselbe Richtung. Wie bei jedem Riemenradmodell verfügt der Riemen auch hier über einen gewissen Schlupf, der dafür sorgt, dass der Riemen locker genug sitzt, um bei einer plötzlichen Blockade der Räder nicht zu reißen.

  • In einem Winkel angeordnete Riemenräder

    Prinzip:
    Mit einem Riemenantrieb lässt sich die Drehrichtung um 90 Grad ändern.

    Zusatzinfo:
    Falls die Drehrichtung einer Achse um 90 Grad geändert werden muss, kann das Riemenrad in einem rechten Winkel angeordnet werden. Bei diesem Modell ist das Antriebsrad in einem 90-Grad-Winkel zum angetriebenen Rad angeordnet. Beim Drehen des Antriebsrads wird die Drehrichtung um 90 Grad verändert. Das Antriebsriemenrad und das angetriebene Riemenrad drehen sich in dieselbe Richtung. Dieses Modell zeigt darüber hinaus eine Anordnung mit Untersetzung, denn das Antriebsriemenrad ist kleiner als das angetriebene Riemenrad.

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