Bauanleitung Gokart

Go-Kart
mit Schwungradmotor
OPITEC, Bestellnummer 101.174 – www.opitec.ch
Modifiziert von Andreas Merz, Parkstrasse 27, 6440 Brunnen
Ergänzende Hinweise zur Bauanleitung
1. Beschrieb
Das kostengünstige Schwungradmodell wird Knaben wie Mädchen gleichermassen begeistern.
Interessante Materialien und Halbzeuge, leichte Montagearbeiten, überschaubare Bauweise
und ein robuster Schwungmotorantrieb garantieren einen gelungenen Einstieg in die Thematik
„Antriebe“.
Mit dem Bau des vorliegenden Modells können folgende Themenkreise abgedeckt werden:
) Lagerungen von Radachsen
) Wirkungsweise des Schwungrades („Masse in Bewegung“)
Der relativ einfache Aufbau ermöglicht eine Realisation durchaus ab der 3. Primarklasse!
-2-
2. Instrumentelle Lernziele
)
)
)
)
)
)
)
)
Allgemein: feinmotorische Fertigkeiten schulen
Genaues Einmessen und materialgerechtes Aussägen von Plexiglas
Grundplatte exakt verschleifen und polieren
Bohren von Kunststoffen
Thermisches Biegen von Acrylglas
Verformen von (Schweiss)drähten und Lochblechstreifen
Montagearbeiten von Halbzeugen
Fakultativ: Bemalen der Räder und allenfalls Einfärben des Sitzes
3. Allgemeines
Die einseitige, im Telegrammstil eher knapp gehaltene Bauanleitung mit 1:1-Schablone für die
Grundplatte ist zwar gut verständlich verfasst, bietet aber wenig handwerkliche Angaben. Als
hilfereiche Ergänzungen sind denn auch die folgenden Anmerkungen zu verstehen: Diese sind
während des Baus eines solchen Modells entstanden und geben Erfahrungen wieder. Spezielle
Tipps sollen die weniger erfahrene Werklehrperson, aber auch die Schüler vor Misserfolgen
bewahren.
Der Umgang mit dem leicht zu bearbeitbaren aber kratzempfindlichen Acrylglas erfordert spezielle Kenntnisse in Bezug auf seine Verarbeitung. Deshalb gleich zu Beginn ein paar Hinweise:
4. Der Umgang mit Acrylglas („Plexiglas“)
4.1 Materialeigenschaften
Polymethylmetacrylat, (abgekürzt PMMA), kennen wir unter dem Namen Plexiglas. Es ist
die Handelsbezeichnung einer synthetischen chemischen Verbindung, die seit 1928 industriell hergestellt wird und heute aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken ist.
Acrylglas – wie PMMA auch genannt wird – ist ungiftig, witterungsbeständig, unzerbrechlich, leicht und verbrennt ohne Rückstände. Diese guten Eigenschaften machen es für viele
Anwendungen interessant: Vom Bauwesen bis zur Automobilindustrie, im Messe- und Ladenbau, für Mobiliar und Haushalt, in der Lichtwerbung, für Schutzverglasungen, Displays
und Laborgeräte.
Acrylglas dient häufig als Ersatz für normales Glas. Es ist nur etwa halb so schwer, leichter
zu bearbeiten, und leitet Licht besser. Sein Nachteil ist jedoch, dass Acrylglas schneller
zerkratzt. Es lässt ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen durch, hält aber Wärmestrahlen
zurück. Daher wird es auch für Gewächshäuser verwendet.
Wenn Glasfenster zu dick sind, wird es schwierig, hindurchzusehen. Bis zu 30 cm dicke
Scheiben aus PMMA sind dagegen immer noch perfekt transparent! Damit ist Plexiglas ein
optimales Material für grosse Aquarien, deren Scheiben sehr dick sein müssen, um dem
Druck von Tonnen von Wasser standzuhalten.
Plexiglas ist ein hartes Material und trotzdem sehr leicht formbar: Bei 100°C für 5 Minuten
in den Ofen gelegt, wird es elastisch wie ein Blatt Papier und kann in verschiedenste Formen gebracht werden. Im Wasser abgekühlt und das Ganze ist wieder hart wie vorher.
Deshalb arbeiten auch Künstler und Designer gerne mit Acrylglas.
Acrylglasplatten gibt es in verschiedenen Stärken und Farben, glasklar und auch opak. Es
ist – nicht ganz billig – bei speziellen Firmen, aber auch im Do-it yourselfladen erhältlich. In
einzelnen Betrieben bekommt man Schnittresten nach Kilopreis zu günstigeren Konditionen.
-34.2 Bearbeiten von Acrylglas
Das hoch transparente Acryl- oder Plexiglas ist nicht viel schwieriger zu sägen als Sperrholz. Es kann zudem problemlos gebohrt, gefräst, gefeilt, geschliffen, geklebt und warm
verformt werden. - Selbst Gewinde können in diese Materie geschnitten werden. Bei relativ
grosser Oberflächenhärte ist seine Oberfläche hart und spröde und sie kann deshalb poliert
werden. Allerdings müssen scharfe Werkzeuge (Bohrer, Fräsköpfe, Sägeblätter) bei der
Bearbeitung zum Einsatz gelangen, ansonsten die Gefahr besteht, dass das Material ausreisst. Seine UV-Beständigkeit ist enorm, sodass es sogar nach Jahren nicht zu Trübungen
des Materials kommt!
Acrylglas gibt es in Platten, als Rundstäbe, als Vierkantprofile, als Rohre und für den industriellen Gebrauch in verschiedensten anderen Rohformen.
4.3 Bau des Go-Karts
Zu Beginn der Arbeit wird der Bausatz mit
den Schülern auf Vollständigkeit geprüft.
Gleichzeitig lernt der Schüler auch die verschiedenen Teile und deren spätere Funktionen kennen. Auch eine kleine Materialkunde und damit verbunden das entsprechende Vokabular anwenden können, bieten sich als Lernziele im Unterricht an (Plexiglas, Schweissdrähte, Lüsterklemmen,
Metallschrauben, Muttern, Lochblech, Reduzierhülsen usw.).
Wir beginnen mit der Herstellung der Grundplatte: Zuerst beklebt man die entsprechende
Plexiglasplatte beidseits mit Malerabdeckband. Dies ermöglicht es, die ausgeschnittene
Papierschablone direkt auf die Platte zu kleben. Aber auch, um die beim Sägen frei werdende Wärme besser abzuleiten. Ferner bietet das Klebeband einen optimalen Schutz gegen Kratzer beim späteren Bearbeiten des Glases. Die relativ kantige Form der Grundplatte kann nach Belieben von den Schülern noch etwas eleganter gestaltet werden.
Das zusätzliche, beidseitige Abkleben des Plexiglases (über die werkseits schon aufgebrachte
Schutzfolie) hat mehrere Vorteile: Kratzschutz, sauberes Aufkleben der Vorlage, Wärme ableitende
Wirkung. Im Heck- Mittel- und Vorderteil wurden hier die eckigen Formen durch eleganter wirkende
Rundungen ersetzt. Die Bohrungen werden mit einer Stechahle oder einem Körner leicht angestochen, damit exakt gebohrt werden kann. Vorsicht: Plexiglas kann zerspringen!
-4Sicherheitshalber wird die korrekte Lage der Bohrungen
für die Antriebsverschraubung überprüft, indem man
den Motor an entsprechender Stelle auf die Schablone
legt und nötigenfalls die Bohrungen leicht korrigiert.
Auch der Sitz wird etwas ausgestaltet: Je
nach Jahrgangsstufe und Geschicklichkeit der Schüler können dabei auch der
Zirkel oder das Kurvenlineal zur Anwendung kommen. Die spätere Biegekante
wurde gestrichelt eingezeichnet. Auch
hier wurde das Plexiglas aus den geschilderten Gründen beidseits mit Malerabdeckband beklebt.
Mittels der Laubsäge (mit mittlerem Sägeblatt für Kunststoffe) werden nun die Umrisse der
beiden Teile ausgesägt. Die Schüler sind anzuhalten, den Sägevorgang mit langsamen
Armbewegungen auszuführen. Wird zu schnell gesägt, kann es vorkommen, dass durch die
dabei entstehende hohe Reibungswärme das Plexiglas hinter der Sägestelle gleich wieder
verschweisst wird!
Danach werden die Löcher mit Ø 3.5 mm mit einem Spiralbohrer und mässiger Drehzahl
gebohrt. Das Loch für den Sitz (Ø 3.0 mm) wird zusätzlich mit dem Krauskopf vorsichtig angesenkt. Die Senkkopfschraube M3 x 10 sollte dabei als Muster dienen, um herauszufinden, wie tief abgesenkt werden muss (der Schraubenkopf sollte exakt bündig mit der Plexiglasoberfläche sein).
Sind beide Platten ausgesägt und gebohrt, werden die allfällige Unebenheiten an den Kanten der Teile mit einer Feile ausgeglichen und dann mit Schleifpapier der Körnung 150 –
220 fein verschliffen. Die nun matt gewordenen Schnittkanten können mit Nassschleifpapier
und allenfalls Polierpaste oder aber mit Stahlwolle (00) wieder transparent poliert werden
(am besten unter fliessendem Wasser!). Während des ganzen Bearbeitungsganges bleibt
das Malerabdeckband als Schutz gegen Kratzer auf der Scheibe aufgeklebt!
Bohrung Ø 3 mm ansenken!
Glaskanten gefeilt, geschliffen und mit Nassschleifpapier und Polierpaste poliert
Mit einem so genannten Linear-Biegegerät wird nun der Sitz umgebogen. Dieses Gerät besteht eigentlich nur aus einem gespannten Wolfram-Draht, welcher elektrisch aufgeheizt
-5wird. Der Draht erwärmt das Plexiglas exakt auf einer Linie, sodass dieses haargenau umgebogen werden kann. Ergebnisse mit einem Industrieföhn fallen da eher kläglich aus.
Acrylglassitz
Biegekante
Heizdraht
Heisser Wolframdraht (orange sichtbar
gemacht)
Die mit einem Faserschreiber eingezeichnete Biegekante wird genau über
den Heizdraht gelegt. Ein bis zwei
Minuten Wärmezeit genügen (Stück
zwischendurch mal wenden!), um das
Plexiglas so zu erhitzen, dass es an
einer Tischkante nach Belieben bequem abgewinkelt werden kann.
Achtung: Plexiglas vor dem Biegen
genügend erhitzen! Biegerichtung
beachten (Senkloch!)
Da in den seltensten Fällen mehrere Biegegeräte für die Kinder zur Verfügung stehen, beginnen wir mit einer nächsten Arbeit; ein Kind arbeitet dann jeweils (unter Aufsicht der Lehrperson) am Thermo-Biegegerät, die anderen arbeiten an der Montage der vorderen Achshalterung, des Schwungradantriebes und der Lüsterklemmen für die Überrollbügel.
Rippen abwinkeln
Die beiden Lochblechstreifen werden auf 5 Löcher lang mit einer
Blechschere abgeschnitten und gemäss der Schablone mit einer
Flachzange abgewinkelt. Um die Statik noch zu verbessern,
krümmt man die überstehenden, seitlichen Rippchen ebenfalls
rechtwinklig ab (siehe Fotovergrösserung). Mit einer Reibahle
werden die beiden Öffnungen, in welche später die Radachse
eingeführt wird, minimal erweitert,
Achsöffnung erweitern
Während die einen Schüler am Thermobiegegerät ihre Sitze formen, sind die restlichen Schüler
mit der Montage des Antriebs, der vorderen
Achslagerung und der Lüsterklemmen für die
spätere Befestigung der Überrollbügel beschäftigt (M8 x 8 mm).
Der fertig abgebogene Sitz kann ebenfalls mit der Schraube M3 x
10 mm und einer Mutter bereits montiert werden!
Da der Bausatz „nur“ glasklare Acrylglasteile enthält, kann der
Sitz mit wasserfesten Filzschreibern oder gar mit Glasmalfarben
(Opitec, „Marabu Decorglas“, Best.Nr. 491.XXX) eingefärbt werden. Denkbar wäre es aber auch, den Schülern zusätzliche farbige
– transparente oder opake – 3 mm starke Plexiglasplättchen für
den Sitz zur Verfügung zu stellen.
Sind diese Arbeiten erledigt, geht man über zur Herstellung und Montage der Radachsen
über. Um das Modell etwas eleganter zu gestalten, wird als Alternative zur Originalanleitung
der vordere Radabstand etwas schmaler gebaut als der hintere. Dies ist leicht zu bewerkstelligen: Vom Radelement wird gemäss der nachfolgenden Abbildung einfach die vorstehende
-6Achshalterung mit einer Pucksäge verkürzt. Mit einem Seitenschneider kerben wir die AchsEnden ein, sodass sie später in den Rädern ohne Verklebung fest sitzen.
ca. 1.6 cm
Achshalterung kürzen, Reduzierhülsen einsetzen
So wird die Adhäsion zwischen den Metallachsen und der Kunststoff-Felge vergrössert: Mit einem
Seitenschneider werden in kurzen Abständen Kerben in einem Winkel von 45° zur Achse eingepresst. Rechtwinklig dazu kerbt man eine zweite Reihe solcher Vertiefungen. Dann dreht man die
Achse längsseits um 90° und wiederholt das Ganze. Diese ist jetzt rundherum „gekerbt“ und die
Kunststofffelge wird satt – und ohne Kleber – auf der Achse sitzen.
Bevor das zweite Rad auf die Achse aufgesetzt wird, können die
Felgen noch etwas professioneller gestaltet werden: Mit Acrylfarbe bemalen wir diese. Eine besondere Wirkung erzeugen wir damit, dass die kunststoffgespritzten „Schrauben“ mit einer Kontrastfarbe und einem entsprechend feinen Pinsel getupft werden.
Damit die Farbe auf dem Kunststoff hält, müssen sämtliche Felgen
vorgängig mit Nitroverdünner oder noch besser mit Azeton abgerieben werden. Ist die Farbe restlos getrocknet, können die „Luftschläuche“ wieder aufgezogen werden. Dies geschieht am besten
von der Rückseite der Felgen her!
Jetzt müssen noch die Überrollbügel hergestellt werden. Der Verfasser der Originalanleitung schlägt vor, dass die Drahtgebilde bei schwachen Schülern oder niederen Klassenstufen weggelassen werden können. Dieser Entscheid soll schlussendlich der unterrichtenden
Werklehrperson überlassen werden. Im Folgenden wird geschildert, wie mit einfachen
Hilfsmitteln relativ gute Ergebnisse erzielt werden können. Einzige Hilfsmittel sind (Mini-)
Schraubstöcke und Metallschrauben oder Holzrundstäbe, um welche punktgenau die entsprechenden Radien geformt werden können. Die Abbildungen erleichtern den Entscheid:
-7-
Mitte
M4 – M10-Schraube
nach Gutdünken
Gewünschte Bügelhöhe
a)
b)
Zuerst wird die Mitte der beiden Schweissdrähte ermittelt und mit einem Faserschreiber
markiert. Von diesem Mittelpunkt ausgehend, markiert man die entsprechenden Breiten des
Bügels nach links und rechts (vorne je 2 cm, hinten je 2.25 cm). In einem Schraubstock wird
nun eine Metallschraube, ein Holzdübel oder ähnliches senkrecht eingespannt (Durchmesser dem gewünschten Biegeradius entsprechend). Um diese herum wird der Draht rechtwinklig abgebogen (a). Auf den beiden Schenkeln wird sodann die Bügelhöhe markiert. Der
entstandene Drahtrahmen wird senkrecht gestellt und die beiden Schenkel so um die
Schraube gebogen, bis der Überrollbügel die gewünschte Neigung erhält (Siehe Abbildungen b) und c)
c)
d)
Der Bügel wurde so stark um die Schraube gebogen, bis er die gewünschte Schräglage erreicht (c).
Schlussendlich muss der Draht an den beiden Enden noch soweit gekürzt werden, dass er in die
beiden Lüsterklemmen eingeschoben werden kann. Allenfalls muss man mit einer Zange noch korrigierend eingreifen.
Die Abkrümmung des hinteren Bügels erfolgt auf genau gleiche Weise: Ein eingespannter Holzrundstab oder eine Metallschraube hilft, den gewünschten Biegeradius herzustellen (d).
Partnerarbeit anstreben!
Die fertig eingeschraubten Stossstangen, bzw.
Überrollbügel. Allenfalls muss der Verlauf der
Bügel auch hier mit einer Rund- oder Flachzange noch etwas nachkorrigiert werden.
Jetzt noch die Reifen montiert, - und ab geht
die Post..!
-8Nachdem die Reifen aufgezogen wurden, präsentiert sich unser Go-Kart von seiner besten
Seite:
Hier noch ein paar Angaben zum Funktionsprinzip des Schwungrades: Das Prinzip des
Schwungrades ist auf die Massenträgheit zurückzuführen: Wer kennt ihn nicht, den alten, hölzernen oder blechernen Schwungkreisel? Mit einer Schnur, mit einem Antriebsgestänge oder
ganz einfach von Hand wird eine mehr oder minder grosse, ausgewuchtete Scheibe (Kreisel) in
Bewegung gesetzt. Nach dem „Loslassen“ dreht der Kreisel oft minutenlang um seine Achse,
bis seine Bewegungsenergie (welche man durch manuelle Kraft „hineingepumpt“ hatte) aufgebraucht ist. Der Kreisel fällt um! Das gleiche Phänomen kann man mit einer stehenden Münze
veranschaulichen: Durch eine rasche Drehbewegung wird diese in Rotation versetzt, welche je
nach der eingespiesenen Kraft für längere Zeit rotiert, bis sie schliesslich mit immer fahrigeren
Bewegungen wieder umfällt.
Kreisel und das bekannte Diabolo in verschiedensten Ausführungen, aus Holz, Kunststoff und Blech.
Manche dieser Spielzeuge gaben infolge ihrer Rotation einen Ton von sich!
-9Überall in der Industrie wird dieses physikalische Grundprinzip eingesetzt: In Hometrainern
sorgt eine schwere grosse Scheibe dafür, dass der Gesundheitsbewusste zuerst eine rechte
Arbeit verrichten muss, bis die Scheibe in Bewegung gesetzt ist. Ist diese Arbeit verrichtet,
sorgt die Scheibe mit ihrer Trägheit für einen gleichmässigen Gang.
Ein einstellbarer Gummiriemen erhöht den Widerstand der Scheibe und verlangt vom Trainierenden einen kleineren oder grösseren Arbeitsaufwand ab.
In der Fliehkraftkupplung wird diese Kraft ausgenützt, um bestimmte Motorenteile „einzukuppeln“, d. h. gewisse Teile mitdrehen zu lassen. Im Flug- und Fahrzeugbau sind solche – auf der
Massenträgheit beruhende – Kupplungsmechanismen gang und gäbe.
Schwungrad
Getriebe
Der Schwungradantrieb funktioniert nach dem Prinzip des
Kreisels: zuerst muss (durch mehrmaliges „Anstossen“)
eine Energie das Schwungrad in Bewegung setzen. Dieses
beginnt sich – bedingt durch die Trägheit ihrer Masse – für
längere Zeit zu drehen und zwar so lange, bis die Scheibe
die in sie hineingesteckte Bewegungsenergie „zurückgegeben“, bzw. aufgebraucht hat.
- Unser Go-Kart legt mehrere Meter zurück!
Über die Radachse wird
das Schwungrad in Bewegung gesetzt und Energie
eingespiesen
© by Himself, April. 2005