Grundlagen der Fahrzeugtechnik: Motoren, Bremsen, Getriebe & mehr

Grundlagen des Verbrennungsmotors

Ein Verbrennungsmotor wandelt chemische Energie in mechanische Arbeit um. Dies geschieht typischerweise in vier Takten:

• Einlasstakt

  Das Einlassventil öffnet sich, und der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt (OT) nach unten. Dadurch entsteht ein Vakuum, das ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder saugt.

• Kompressionstakt

  Beide Ventile sind geschlossen. Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und verdichtet dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch.

• Arbeitstakt (Explosion)

  Das verdichtete Gemisch wird gezündet (z.B. durch eine Zündkerze), was eine Explosion verursacht. Der dabei entstehende hohe Druck drückt den Kolben kraftvoll zum unteren Totpunkt (UT).

• Auslasstakt

  Das Auslassventil öffnet sich. Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und stößt dabei die verbrannten Abgase aus dem Zylinder. Danach beginnt der Zyklus von Neuem.

Ratsche: Funktion und Typen

Eine Ratsche ist ein mechanisches Bauteil, das aus einem Zahnrad mit einer Reihe von Vorsprüngen (Sperrzähnen) besteht. Sie ermöglicht eine Bewegung nur in eine Richtung und verhindert eine Rückwärtsbewegung.

Typen von Ratschen

• Feste Ratsche

  Verhindert die Drehung in eine bestimmte Richtung dauerhaft.

• Umkehrbare Ratsche

  Kann so eingestellt werden, dass sie die Rotation in eine der beiden Richtungen ermöglicht oder verhindert.

Bremssysteme in der Technik

Bremssysteme dienen dazu, die Geschwindigkeit von Fahrzeugen oder Maschinen zu reduzieren oder diese zum Stillstand zu bringen. Sie wandeln kinetische Energie in andere Energieformen um.

Mechanische Bremssysteme

Diese Systeme basieren auf dem Prinzip der Reibung zwischen zwei Kontaktflächen.

• Trommelbremse

  Besteht aus einer rotierenden Bremstrommel und feststehenden Bremsbacken. Beim Bremsen werden die Bremsbacken gegen die Innenseite der Trommel gepresst, wodurch Reibung entsteht und die Bewegung verlangsamt wird.

• Scheibenbremse

  Besteht aus einer rotierenden Bremsscheibe und einem Bremssattel, der Bremsbeläge enthält. Wenn die Bremse betätigt wird, pressen die Bremsbeläge von beiden Seiten auf die Bremsscheibe, was durch Reibung die Geschwindigkeit reduziert.

  Hinweis: Bei Scheibenbremsen kann thermische Ermüdung auftreten, daher ist eine gute Kühlung der Komponenten entscheidend für die Bremsleistung und -haltbarkeit.

Elektrische Bremssysteme

Bei elektrischen Bremssystemen wird die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann entweder als Wärme an die Umgebung abgegeben oder in Batterien zurückgewonnen (Rekuperation) werden.

Das Schwungrad: Energiespeicher und Gleichrichter

Ein Schwungrad ist eine hochmasse Scheibe, die mit einer rotierenden Welle verbunden ist. Seine Hauptfunktion ist es, Drehimpuls zu speichern und Drehungleichmäßigkeiten auszugleichen.

Wenn das Antriebsmoment oder der Widerstand an der Welle variiert, würde die Rotationsgeschwindigkeit tendenziell schwanken. Das Schwungrad wirkt dieser Schwankung entgegen, indem es Energie aufnimmt oder abgibt.

Die Drehbewegung wird umso gleichmäßiger gehalten, je größer die Masse und der Radius des Schwungrads sind, da dies seine Trägheit erhöht.

Elastische Elemente: Verformung und Rückstellung

Elastische Elemente sind Bauteile, die sich unter Krafteinwirkung verformen und nach Wegfall der Kraft in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Sie werden verwendet, um Stöße abzufedern, Energie zu speichern oder Kräfte zu übertragen.

Arten von Beanspruchungen

• Kompression

  Elemente werden gestaucht, z.B. Stoßdämpfer in Fahrzeugen.

• Traktion (Zug)

  Elemente werden auseinandergezogen, z.B. Zugfedern in Trommelbremsen oder Rückholfedern.

• Flexion (Biegung)

  Elemente werden gebogen, z.B. Blattfedern in schweren Fahrzeugen.

• Torsion (Verdrehung)

  Elemente werden verdreht, z.B. Torsionsfedern in Spielzeugen, die durch Aufziehen bewegt werden, oder in Drehstabfedern.

Das Getriebe: Übersetzungsverhältnis und Kraftübertragung

Ein Getriebe ist eine Anordnung von Zahnrädern (oder anderen Übertragungselementen), die verwendet wird, um das Übersetzungsverhältnis zwischen zwei Drehachsen zu variieren. Es dient dazu, Drehmoment und Drehzahl anzupassen.

Ein typisches Getriebe besteht aus einer Antriebswelle (Eingangswelle) und einer Abtriebswelle (Ausgangswelle).