Grundlagen der Mechanik: Getriebe, Motoren und Bewegung

Grundlagen der Mechanik und Motorentechnik

Das Übersetzungsverhältnis (r)

Das Übersetzungsverhältnis (dargestellt durch r) ist das Verhältnis der Geschwindigkeiten zweier sich bewegender Elemente in einem Getriebe oder Mechanismus.

Getriebezüge und ihre Funktion

Getriebezüge sind die Vereinigung mehrerer einfacher Mechanismen. Es gibt drei Hauptarten:

• Untersetzungsgetriebe (Reduzierung): Dient dazu, die Geschwindigkeit eines Motors zu reduzieren. Dies wird durch ein System von Zahnrädern oder Riemenscheiben erreicht.
• Übersetzungsgetriebe (Steigerung): Dient der Steigerung der Geschwindigkeit eines Mechanismus. Hierbei werden ebenfalls mehrere Zahnräder oder Riemenscheiben verwendet.

Mechanismen zur Bewegungsumwandlung

Diese Mechanismen verändern die Art der Bewegung, beispielsweise von linear zu kreisförmig oder umgekehrt. Die wichtigsten sind:

• Zahnstange und Spindelmutter: Für die Umwandlung von Kreisbewegung in Linearbewegung (und zurück).
• Kurbel-Pleuel-Mechanismus (Biela-Kurbel), Exzenter, Nocken und Kurbelwelle: Für die Umwandlung von Kreisbewegung in alternierende Bewegung.

Wärmekraftmaschinen

Wärmekraftmaschinen wandeln thermische Energie in mechanische Energie um. Man unterscheidet zwei Hauptarten:

1. Externe Verbrennung: Der Kraftstoff wird außerhalb des Motors verbrannt (z. B. Dampfmaschine).
2. Interne Verbrennung (Verbrennungsmotor): Der Kraftstoff wird innerhalb der Maschine verbrannt (z. B. der Motor eines Autos).

Kolbenmotoren: Viertakt- und Zweitaktprinzip

Der Viertaktmotor ist der am weitesten verbreitete. Er durchläuft vier verschiedene Phasen:

1. Ansaugen (Aufnahme)
2. Verdichten
3. Arbeiten (Explosion)
4. Ausstoßen (Auspuff)

Der Zweitaktmotor führt die gleichen Prozesse in nur zwei Phasen pro Zylinder durch: Kompression/Explosion und Ausstoß/Kompression.

Der Hubraum (Verschiebung)

Der Hubraum entspricht der Summe des Gesamtvolumens aller Zylinder in einem Hubkolbenmotor. Er wird üblicherweise in Kubikzentimetern (cc) gemessen.

Die Berechnung des Hubraums basiert auf:

• r = Radius des Zylinders
• h = Hub (Weg des Kolbens)

Spezialantriebe

Raketenmotoren

Raketenmotoren benötigen zwei Komponenten: einen Treibstoff im Tank und ein Oxidationsmittel (eine Substanz, die mit dem Treibstoff reagiert).

Flugzeugtriebwerke

Wichtige Arten von Flugzeugtriebwerken sind:

• Turbojet
• Turbofan
• Turboprop
• Staustrahltriebwerk (Estratorreactor)
• Pulsstrahltriebwerk (Pulse-Jet-Engine)