Die folgende Animation veranschaulicht den Kurbeltrieb – das grundlegende Getriebe zur Umwandlung von Drehbewegung in geradlinige Bewegung. Kurbelwinkel, Pleuelneigung und Kolbenposition werden in Echtzeit visualisiert.
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Beschreibung der Animation
Die Animation zeigt einen Kurbeltrieb bestehend aus Kurbel, Pleuel (Pleuelstange) und Kolben. Der Play-Button startet die Rotation. Die Kurbel dreht sich, der Kolben bewegt sich im Zylinder hin und her.
Die Position des Kolbens ergibt sich aus der Überlagerung von Kurbelradius und Pleuelgeometrie:
\[ x = r \cdot \cos(\varphi) + \sqrt{l^2 – r^2 \cdot \sin^2(\varphi)} \]
Mit den Größen:
- \( r \) – Kurbelradius
- \( l \) – Pleuellänge
- \( \varphi \) – Kurbelwinkel
Der Kolbenhub entspricht dem doppelten Kurbelradius: \( H = 2r \).
Interaktive Steuerung
Über die Schieberegler können folgende Parameter eingestellt werden:
- Winkel (0–360°): Kurbelwinkel für manuelle Positionierung
- Radius (0–300): Kurbelradius, bestimmt den Kolbenhub
- Länge Pleuel (100–500): Länge der Pleuelstange
Der Play/Pause-Button startet bzw. stoppt die kontinuierliche Drehbewegung der Kurbel.
Physikalischer Hintergrund
Der Kurbeltrieb wandelt eine gleichförmige Drehbewegung in eine oszillierende Linearbewegung um – oder umgekehrt. Der Kolben bewegt sich nicht sinusförmig, sondern mit einer Abweichung, die vom Schubstangenverhältnis \( \lambda = r/l \) abhängt. Je kürzer das Pleuel im Verhältnis zum Kurbelradius, desto stärker weicht die Kolbenbewegung von der reinen Sinusform ab.
Der Pleuelwinkel ändert sich während einer Umdrehung kontinuierlich, was zu einer ungleichförmigen Kolbengeschwindigkeit führt. Bei Kurbelwinkel 90° und 270° erreicht der Pleuelwinkel seine Maximalwerte.
Praktische Anwendungen
- Verbrennungsmotoren: Umwandlung der Kolbenbewegung in Drehbewegung der Kurbelwelle
- Kolbenpumpen: Antrieb von Pumpenkolben für Flüssigkeiten und Gase
- Kompressoren: Verdichtung von Gasen durch oszillierende Kolbenbewegung
- Dampfmaschinen: Historische Anwendung zur Umwandlung von Dampfdruck in mechanische Arbeit
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HD-Animationen
Web-Animationen
Überblick
| Titel | Kurbelgetriebe |
| Zielgruppe | Lehrer/innen und Vortragende |
| Features | Vollbildmodus verlustfreie Vergrößerung Großbildschirme und Leinwände unterstützt |
| Lizenz | MIT |