DE1797222C3 - Lehrgerät zur Mechanik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lehrgerät zur Mechanik für die Darstellung von statischen Kräften und Drehmomenten, mit Gewichten, Kraftübertragungselementen und Krafcmeßge; äten sowie mit einer in einem rechteckigen Rahmen angeordneten Tafel und an dem Rahmen vorgesehenen Ang, riffspunkten für die js Kraftmeßgeräte.

Ein Lehrgerät dieser Art ist aus der GB-PS 6 32 190 zu entnehmen. Bei der bekannten Ausführungsform sind in dem oberen horizontalen Rahmenholm in geeigneten Abständen Bohrungen vorgesehen, in die zwei entfernbare Zapfen einsetzbar sind, an denen zur Demonstration der Kräftezerlegung Kraftmeßgeräte enthaltende Schnüre anbringbar sind.

Wenn bei der bekannten Ausführungsform die Lage der Kraftangriffspunkte geändert werden soll, müssen die Zapfen umgestöpselt werden. Hierdurch ist die Erkennung der stetigen Abhängigkeit des Kräftezusammenhangs von der Geometrie der Kraftwirkungslinien erschwert und wird außerdem die Demonstration durch den Umstöpselvorgang immer wieder unterbrochen. Außerdem sind bei der bekannten Ausführungsform die Kraftmeßgeräte in Gestalt von Federkraftmessern in die Schnüre eingehängt und verfälschen durch ihr Gewicht die Anzeige. Schließlich ist nur die Demonstration von Kräften, nicht aber die von Drehmomenten mögüch.

Dies gilt auch für die Ausführungsform nach der GB-PS 5 12 146, bei der als Kraftmeßgeräte Federn vorgesehen sind, die an an den Rändern einer Platte kontinuierlich verschiebbaren Klemmen angebracht ω sind.

Aus der DE-PS 34 562, die im übrigen eine an einem säulenartigen Ständer angebrachte Kräftedemonstrationseinrichtung zeigt, geht die Verwendung von Seilscheiben zur Umlenkung von Kräften hervor. h-,

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Lehrgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Darstellung des Zusammenhangs von Kräften und Momenten bei stetig veränderlichen Kraftangriffspunkten frei von Verfälschungen ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Rahmenseiten als Schlittenführungen ausgebildet und tragen verschiebbare Schlitten zur Anbringung der Kraftmeßgeräte, ist ein Hebelarm mit einer Schlitzführung versehen und mit einer Seilscheibe starr verbindbar, ist ein Zugstab mit einer Schlitzführung versehen und mit dem Kraftmeßgerät verbindbar und aind der Hebelarm und der Zugstab mittels eines Gelenkteils gelenkig miteinander verbindbar, welches in der Schlitzführung des Hebelarms und in der Schlitzführung des Zugstabs verschiebbar und festlegbar ist.

Durch die Merkmale der Erfindung ist erreicht, daß die Veränderung der Kräfte bei Veränderungen der Geometrie durch Verschieben der durch die Schlitten gegebenen Kraftangriffspunkte kontinuierlich sichtbar gemacht werden können. Da die Kraftmeßgeräte von den Schlitten getragen werden und das Gewicht der Kraftmeßgeräte daher nicht in den dargestellten Kräftezusammenhang eingeht unterbleiben durch das Gewicht der Kraftmeßgeräte bedingte Verfälschungen des Ergebnisses. Die Seilscheibe kann durch ein an einer über den Umfang geführten Schnur aufgehängtes Gewicht zur Erzeugung eines konstanten Drehmoments dienen, während in der Schlitzführung des Hebelarms in verschiedenen Abständen vom Drehpunkt Kraftübertragungselemente angreifen können. Durch die Vorsehung des Gelenkteils ist die Möglichkeit gegeben, einerseits den unbelasteten Hebelarm zunächst waagerecht festzulegen, ihm mit dem Zugstab zu verbinden und dann beide Teile der auf dem Hebelarm wirkenden Last auszusetzen und andererseits die auftretenden Wirkungen bei unterschiedlicher Länge des Hebelarms vorzuführen.

Dabei ist es zur Erleichterung der Bestimmung des wirksamen Hebelarms der ermittelten Drehmomente vorteilhaft, wenn ein dem Zugstab zugeordneter Läufer mit einem senkrecht vom Zugstab abstehenden Maßstab vorgesehen ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht mit teilweise weggebrochener Schreibtafel,

F i g. 2 eine Vorderansicht des Lehrgeräts,

Fig.3 eine Seitenansicht des Lehrgeräts mit zwei Zugkraftmessern zur Darstellung einer Kräfteverzweigung und

Fig.4 eine Seitenansicht des Lehrgerätes mit zwei Druckkraftmessern zur Darstellung von Auflagerkräften.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 besteht das neue Lehrgerät im wesentlichen aus einem Rahmen 1, einem an diesem Rahmen angelenkten Zugkraftmesser 2 mit angesetztem Zugstab 3 und einem im Rahmen 1 gelagerten Hebelarm 4 bzw. 5.

Der Rahmen 1 besteht aus einzelnen Rohrstäben 6, die mittels Stockverbindungsstücken 7 miteinander zu einem stabilen Gestell verbunden sind. Die Füße 8 des Rahmens sind mit Stellschrauben 9 versehen, so daß der Rahmen genau ausgerichtet werden kann.

Etwa in halber Höhe des Rahmens 1 ist seitlich eine Seilscheibe 10 drehbar gelagert, über die ein an dieser befestigtes Zugseil 11 geführt ist, an dessen freiem Ende ein in einem Zylinder 13 geführtes Gewicht 12 hängt.

Auf der Achse 14 der Scheibe 10 und mit dieser starr aber lösbar verbindbar sitzt der über die Breite des

Rahmens 1 reichende Hebelarm 4, der zur Führung eines Gelenkteils 15 eine Schlitzführung 16 aufweist.

An einer oberen Traverse 17 des Rahmens 1 ist ein Schlitten 18 geführt, an dem an der Stelle 19 der Zugkraftmesser 2 angelenkt ist. Dieser kann in bekannter Weise als ruckstellbare Federwaage mit Zifferblatt und Zeiger ausgebildet sein. Am lastseitigen Ende des Zugkraftmessers ist der Zugstab 3 befestigt, der ebenfalls eine Schlitzführung 20 besitzt.

Das Gelenkteil 15 besteht aus einem in der Schlitzführung 16 geführten und anklemmbaren Ring 21 und einer in diesem Ring drehbar gehaltenen, in der Schlitzführung 20 geführten und mittels einer Flügelmutter 23 befestigbaren Scheibe 22.

Auf dem Zugstab 3 ist ferner ein Läufer 24 angeordnet, der einen senkrecht in Richtung zur Achse 14 der Scheibe 10 weisenden Maßstab 25 trägt und eine vom Zugstab 3 aus zählende Skala trägt.

Das Lehrgerät bietet ferner auch die Möglichkeit, anstelle des Hebelarmes 4 einen Hebelarm 5 am unteren Ende des Rahmens wahlweise am einen oder anderen Ende 26 bzw. 27 gelenkig zu lagern. Dieser Hebelarm ist zweckmäßig als Winkelprofil ausgebildet, so daß er eine Unterlage für Gewichte 28 bilden kann. Dieser Hebelarm 5 ist gemäß F i g. 1 ebenfalls am einen oder anderen Ende mit dem Ende des Zugstabes 3 verbindbar und ermöglicht die Bestimmung von Auflagerkräften im Schulversuch.

Zwischen dem Rahmen 1 und dem Hebelarm 4, dem Zugstab 3 und dem Zugkraftmesser 2 ist im Rahmen eine Schreibtafel 29 lösbar befestigt. Auf dieser können gegebene und gefundene Maßwerte aufgezeichnet werden. Zugleich dient sie auch dazu, den Schüler hinsichtlich der Belastungsanordnung 10 bis 12 nicht zu verwirren, sondern sich auf die die Kraftwirkungslinien versinnbildlichenden Hebelarm 4 und Zugstab 3 zu konzentrieren.

Der Hebelarm 4 wird in unbelastetem Zustand in die Waagerechte gebracht Sodann wird der Zugstab 3 in eine Richtung gebracht, die der zu demonstrierenden -to Wirkungslinie einer Kraft in bezug auf die Achse 14 der Scheibe 10 entspricht. In der gefundenen Stellung wird der Schlitten 18 an einer Traverse 17 festgelegt, der Zugstab mittels des Gelenkteils 15 mit dem Hebelarm 4 verbunden und der Zugkraftmesser auf null gestellt. Anschließend wird die Scheibe 10 und damit auch der Hebelarm 4 mit dem Gewicht 12 belastet. Der Zugstabmesser 2 zeigt dann die im Zugstab 3 wirkende Kraft an, Der wirksame Hebelarm des dieser Kraft zugeordneten Drehmoments läßt sich durch die Entfernung des Zugstabes 3 von der Achse 14 mittels des Meßstabes 25 ermitteln, wenn dieser soweit auf dem Zugstab 3 verschoben wird, bis er die Achse 14 schneidet.

Dieser Versuch läßt sich für unterschiedliche Stellungen des Hebelarmes 4 des Zugstabes 3 und unterschiedliche Gewichte 12 wiederholen.

F i g. 3 zeigt das Lehrgerät mit zwei Zugkraftmessern 2, 2', die am Rand des Rahmens verschiebbar, jedoch festlegbar geführt sind. Im dargestellten Übungsbeispiel sind beide Zugkraftmesser 2, 2' an der waagerechten Traverse 17 des Rahmens geführt Sie können ebensogut auch an den lotrechten Seitenkanten des Rahmens geführt sein.

An den Zugkraftmessern 2, 2' und dem Hebelarm 4 greifen Schnüre 3' an, die zugleich die Kraftkomponenten einer vom Hebelarm 4 ausgeübten und am Verzweigungspunkt 30 angreifenden Kraft wiedergeben. Die Größe der einzelnen Komponenten lassen sich an den Zugkraftmessern 2,2' ablesen.

Zur Darstellung von Auflagerkräften kann sowohl die Anordnung nach F ΐ g. 1 als auch diejenige nach F i g. 4 benutzt werden.

Im ersten Fall wird der Hebelarm 5 an der Stelle 26 oder 27 gelagert und mit dem Zugstab 3 gelenkig verbunden. Dabei wird der Zugkraftmesser 2 auf »null« gestellt. Wird der Hebelarm 5 durch aufgelegte Gewichte 28 belastet, so zeigt der Zugkraftmesser die entsprechenden, am Hebelarm 5 wirkenden Auflagerkräfte an.

Bei der Anordnung nach Fig.4 sind auf einer waagerechten Führungsschiene 31 zwei Druckkraftmesser (Federwaagen) 2, 2' angeordnet, auf deren Druckstangen 32, 33 der Hebelarm 5 ruht. Die Druckstange 32 ist mit dem Hebelarm 5 gelenkig verbunden, während er auf der Druckstange 33 lose aufliegt. Bei Belastung durch ein Gewicht 28 zeigen die Druckkraftmesser die Auflagerkräfte an.

Das Lehrgerät ist außerordentlich vielseitig im Gebrauch und erspart dem Lehrer mühsame Zeichenarbeit, Vorbereitungsarbeit und Zeit.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lehrgerät zur Mechanik für die Darstellung von statischen Kräften und Drehmomenten, mit Gewichten, Kraftübertragungselementen und Kraftmeßgeräten sowie mit einer in einem rechteckigen Rahmen angeordneten Tafel und an dem Rahmen vorgesehenen Angriffspunkten für die Kraftmeßgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmensei- in ten (6, 17) als Schlittenführungen ausgebildet sind und verschiebbare Schlitten (18) zur Anbringung der Kraftmeßgeräte (2,2') tragen, daß ein Hebelarm (4) mit einer Schlitzführung (16) versehen und mit einer Seilscheibe (10) starr verbindbar ist, daß ein Zugstab (3) mit einer Schlitzführung (20) versehen und mit dem Kraftmeßgerät verbindbar ist und daß der Hebelarm (4) und der Zugstab (3) mittels eines Gelenkteils (15) gelenkig miteinander verbindbar sind, welches in der Schlitzführung (16) des Hebelarms (4) und in der Schlitzführung des Zugstabs (3) verschiebbar und festlegbar ist

2. Lehrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Zugstab (3) zugeordneter Läufer (24) mit einem senkrecht zum Zugstab (3) abstehenden Maßstab (23) vorgesehen ist