hjul

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk
Skivehjul laget av tre
Håndvogner (to-felts, enkelaksel) med eikede hjul i tre
Kanon fra tretti års krig med metallpinnar

Hjulet er et skiveformet objekt med en ideelt sirkulær kontur , som er roterbart montert rundt en akse som er vinkelrett på det idealiserte sirkelplanet og oftest brukes som et vognhjul . Oppfinnelsen og bruken på vogner eller vogner var en viktig begivenhet for utvikling av teknisk kultur i forhistorien .

En betydelig fordel er rullingen av omkretsen på bakken. Glidning skjer bare i de smurte lagrene. Rullemotstanden på fast, tørr grunn og glidemotstanden i lagrene er sammen vesentlig mindre enn glidemotstanden når du bruker en stangsløyfe eller en slede for å transportere en last over tørt underlag. Materialets slitasje er også mindre enn ved sliping. Kjøretøyer og lag med hjul og trekkdyr ble lett tilgjengelige og holdbare transportmidler i forhistorie og tidlig historie for laster og mennesker.

Allerede i bronsealderen ble hjulet utviklet fra skiven til det lettere eikede hjulet. Eikeformen ble skapt ved å bytte ut deler av skiven mellom navet og den ytre felgen med trykk- eller strekkbestandige, ofte mer spesielle materialer og en ofte sofistikert tilkoblingsteknologi.

De enkle maskinelementene inkluderer det eneste svinghjulet ( f.eks. Håndhjul , ratt ). En kjøretøyhjul i dag er en kompleks teknisk komponent .

Rad ( nhd. Og ahd. ) Er opprinnelig relatert til det latinske rota og sanskritordet ratha , "vogn". [1]

historie

Traktbegerglass datert 3500-3350 BC. F.Kr., til venstre den eldste kjente illustrasjonen av en vogn med hjul, funnet i Bronocice nær Działoszyce i Polen
Delvis bevarte vognhjul fra Goldberg III -gruppen (2900 f.Kr.) fra Federsee Basin Museum
Vognhjul fra Chogha Zanbil , Iran, midten til slutten av 2. årtusen f.Kr. Chr.
Teheran nasjonalmuseum
Relieff fra Amarna , Egypt, ca. 1345–1335 f.Kr. BC, Metropolitan Museum of Art , New York
Stader bronsehjul rundt 1000 f.Kr. Chr.

I lang tid ble den sumeriske kulturen ansett å være opprinnelsen. I dag er datoene for funn og representasjoner av vogner og hjul fra Sentral- og Øst -Europa samt Mesopotamia for midten av det fjerde årtusen f.Kr. Chr. I umiddelbar nærhet. En mer presis tidsmessig og romlig klassifisering av oppfinnelsen er ennå ikke mulig. I det pre-columbianske Amerika og Australia var hjulet ukjent for et transportmiddel.

Litt tidligere eller samtidig ble det raskt roterende keramikkhjulet , som også er utstyrt med glidelager , kjent. En indikasjon på at glidelagermaskinelementet nå har blitt godt behersket: smøring og lite spill .

Eldre transportutstyr

De første transportinnretningene som kunne brukes til å flytte last på land uten å bære dem, var sleder og stangløkker . Når det gjelder sløyfen, må imidlertid en del av lasten og konstruksjonsvekten bæres; fordelen i forhold til andre transportmidler er at den har god langrennsmobilitet. Ved bruk av pulker og stangløkker var det vanligvis et høyt nivå av glidemotstand å overvinne. Transport på ruller eller sylindere var bare mulig på godt forberedt underlag og korte avstander. Det er tegn på rullende transport fra bronsealder Egypt . Ulempen var at valsene måtte legges ut over hele ruten eller flere ganger fjernes bakfra og plasseres foran objektet for å transporteres igjen. Men det var mulig å forskyve relativt høye laster, da disse er fordelt over et større område enn det som er tilstede i glidelagrene til det senere hjulet. Rulletransport brukes fremdeles i dag til spesielle formål som flytting av bygninger eller ekstreme belastninger over korte avstander.

Eldste bevis på hjulet

Det roterbart festede hjulet, dvs. "uendelig" roterbart rundt en akse, kan lages med steinverktøy. Tilsynelatende i det femte årtusen f.Kr. var de de første som snudde. Chr. Potter på Indus bruker dette prinsippet i produksjon av keramikk som keramikkhjul.

Det eldste beviset finnes i form av miniatyrleirehjul nord for Svartehavet så tidlig som 4000 f.Kr. Fra midten av det fjerde årtusen og utover kondenseres referansene over hele Europa i form av bilmodeller. [2] Ytterligere indirekte referanser til bruken som vognhjul ble funnet, for. B. i form av innsnitt på et fartøy av den trakt begeret kulturen i Bronocice nær Powiat Pińczowski ( Polen ). Et annet indirekte bevis er en kjørefelt fra midten av det fjerde årtusen f.Kr. I en ufruktbar seng nær Flintbek (Rendsburg-Eckernförde-distriktet). [3]

De første direkte funnene av vogner, hjul, vogner eller deres modeller kommer fra andre halvdel av 4. årtusen f.Kr. I Europa, f.eks. B. i konteksten av traktbegerkulturen og Baden -kulturen , i Alpine foten , i det nordvestlige Kaukasus ( Maikop -kultur ), samt i Mesopotamia og Vest -Asia. Dette var skivehjul i ett eller flere deler med diametre mellom 40 og 80 cm, med faste, løse eller uten navbøsninger eller fast aksel (og firkantede akselhull). De eldste funnene var hovedsakelig to-akslede kjøretøyer. Funnene kommer enten fra graver i vogn graver eller bog funn .

Den eldste godt daterte hjul-akselkombinasjonen kommer fra Stare Gmajne i Laibacher Moor ved Ljubljana i Slovenia , hvis hjul i 2σ-serien var datert til 3340–3030 cal f.Kr., akselen til 3360–3045 cal BC. [4] En litt yngre sykkel ble funnet i Federseemoor i Seekirch -Achwiesen. Den er rundt 5000 år gammel og består av to deler. [5]

Restene av to vogner ble gravd ut i det østlige Georgia under en gravhaug i Ananauri ( Kakheti -regionen) og datert til ca. 2400 ± 150 f.Kr. Datert. [6] Denne Kurgan tilhører sannsynligvis en leder fra den siste fasen av Kura Araxes -kulturen , som har klare forbindelser til Maikop -kulturen . Mer detaljerte undersøkelser venter fortsatt. I tillegg til obsidian og flintstein, var det også ravperler i graven. Dette støtter tesen om at vognen kom fra den nordlige regionen lenge før hesten og tok ruten sørover med spredningen av Kura Araxes -kulturen. [7]

Dateringen av nettstedene tillater foreløpig ikke en avgjørelse om opprinnelsesstedet for hjul- og vognteknologien.

Bruksspor

Ett av de fire Glum -skivehjulene fra bronsealderen hadde en gnagsfure som ikke ble bearbeidet i hele snu -sirkelen. Det var forårsaket av bilkarosseriet, som slet av det skjevde ("vinglete") hjulet. En kortere fure på den andre siden viser at hjulet også er slått på. Kanten på slitebanen var avfaset eller avrundet. Noen områder var så godt bevart at glattende slag fra et verktøy kan sees. Hjulet av elletre tilhørte en bil hvis foraksel ikke kunne svinge. Ved å endre den retningen , er trekkdyrene dratt den fremre enden til den side til trekkstangen peker i den ønskede retning. I sokkelhullene på hjulene var det stikkontakter laget av bjørketre , som gjennom sitt (myke) materiale indikerer at bilen ikke var beregnet på langvarig bruk. Sidekrefter (f.eks. Ved endring av retning) fikk endene til å utvide seg i form av en trakt. Fra andre funn kan det utledes at hjulene ble fjernet fra parkerte biler for å opprettholde den elastisitet av de tre aksler.

Fremskritt

Allerede i steinalderen begynte folk å redusere skivenes tunge vekt ved hjelp av spor. Det er tvilsomt om hjulene, riflet med symbolske mønstre, var egnet for transport av last. En metall alder oppfinnelse var den eike , som ble gjort rundt 2000 f.Kr.. Ble introdusert i Orienten. Det stabile og lette eikerhjulet ble brukt til å bygge såkalte vogner , dvs. tohjulede kjøretøyer som egentlig skulle kalles vogner . Siden tohjulede kjøretøyer var en god måte å redusere vekten på, ble det også bygget mer sofistikerte enakslede kjøretøyer senere. Hvis de første eikede hjulene hadde bronse -eiker, ble det i løpet av bronsealderen og deretter hovedsakelig bygd tre -eikede hjul, som bare var på den indre overflaten av hjulnavet som gned på akselen og den ytre kjøreflaten på felgen. dekket med metall . Metall eiker ble ikke ledende igjen før på 1800 -tallet, det være seg på grunn av høyere belastninger og hastigheter som i jernbanetrafikk , eller etter at oppfinnelsen av eikebøylen gjorde det mulig å bygge veldig lette, stabile hjul med tynne, strammet tråd eiker , som tilfellet er i dag, spesielt med sykkel er vanlige.

Hjulet i den nye verden

Mayaene oppfant hjulet i Mesoamerica . Ved templer kan det også sees på steinornamenter som et eiket hjul eller tannhjul . Som tidligere vist av funn, brukte de det bare i applikasjoner som ikke tillot last, for eksempel for hjulene for å vise kalenderen og for leker (eksempel i etnologisk museum i Berlin ). Allerede i førkolumbiansk tid brukte de hjul, til og med gir, i mer eller mindre presisjonsmekaniske enheter . Imidlertid har brukbare vogner ennå ikke blitt bevist i de gamle amerikanske kulturer. Dette skyldes mest sannsynlig mangel på passende trekkdyr ( hester , okser , esler ).

materialer

Reparasjon av vognhjul

I tusenvis av år ble bare tre brukt som materiale. De første eikede hjulene hadde bronse -eiker, i det videre løpet av bronsealderen og etterpå dominerte tre -eikede hjul, hvorpå bare den indre overflaten av hjulnavet som gned på akselen og den ytre kjøreflaten på felgen var dekket med metall. Fremskritt innen metallurgi mot mer og mer resistente metaller ble da også brukt her. Bare med oppfinnelsen av dampmaskinen og forbrenningsmotoren , som gjorde høyere transportkapasiteter og hastigheter mulig, ble hjulene utelukkende laget av jern , senere av stålplate sveiset sammen som felger . De smurte navhylsene ble erstattet av rullelager . Lette hjul for lav belastning er utstyrt med wire -eiker som er forspent og utsatt for strekk.

Utformingen av hjulene var alltid skreddersydd for overflaten som skulle kjøres på (bare senere stier og veier), eller overflaten ble forbedret i henhold til de økte kravene. Så kom det til:

Spesielle utviklinger av hjulet for andre transportmidler enn kjøretøyer er:

I dag brukes harde gummidekk på stålhjul som støttehjul z. B. for beltebiler , for karuseller , for taubaner og stolheiser eller brukt i industrielle kjøretøyer som gaffeltrucker .

Plasthjul med eller uten metallnav eller lagre , ofte uten gummidekk er tilgjengelig for mobile bord , stillaser , stiger (også ovenfor), møbler , pallbil for Euro -paller og handlevogn (med baner for kløing på bevegelige gangveier ).

Hjul, for det meste laget av plast , brukes i presisjonsteknikk for å overføre strøm til brytere, for eksempel.

Systemhjul og aksel

Hjul- og akselsystemet brukes hovedsakelig til transportmidler ; på den ene siden på kjøretøyer , på den andre siden som en kraftavbøyning på taljer . Aksler brukes til å bære last og blir derfor hovedsakelig utsatt for bøyning ; Aksler overfører dreiemoment og blir derfor hovedsakelig utsatt for vridning .

Felger til kjøretøy

Hjul til en bil ( VW 1303 )
Av tre hjul med stål dekk fra jernbanevogn 8 i FOTG
Bilhjul med gummidekk og trekaker, nav og felg er laget av stål

Hvis hjul er montert roterende på aksler ved hjelp av lagre - i dag stort sett bare på akselblad - av et kjøretøy, oppnås en betydelig reduksjon i friksjonskreftene og dermed energibesparende transport av tungt gods eller gods sammenlignet med sliping av objektet til transporteres over en avstand som skal dekkes En rask bevegelse av varer og mennesker , først og fremst på relativt flate ruter , oppnås.

Til sammenligning: For å slipe eller drive en stålplate som veier 100 kg over en avstand på ti meter, må følgende arbeid (tilsvarer kraft ganger avstand) utføres: Friksjonskraften som oppstår i hvert tilfelle skyldes normal kraft ( tilsvarer massen ganger akselerasjonen på grunn av tyngdekraften) multiplisert med friksjonskoeffisienten . Friksjonskoeffisienten for en kombinasjon av stål på en grov overflate er 0,5, for stål på stål (glatt) er 0,1. Ved sliping, virker friksjonskraften på ujevn grunn for hele ti-meters avstand, slik at arbeidet W s til resultatene

Når du kjører med hjul med en diameter på 1000 mm og en akseldiameter på 50 mm, reduseres banen til stålnavet, som gnir mot stålakslen, i forholdet mellom diameteren og dermed arbeidet W f til resultater

(for å vurdere dimensjonene : en newtonmeter tilsvarer en joule)

Selv om vi antar og legger til tilleggsarbeidet som må utføres på bakken på grunn av bilens masse og rullemotstanden til hjulene i størrelsesorden for selve arbeidet W f , vil energibesparelsen (arbeid) er enorm.

Ved høye hastigheter er en annen egenskap ved hjulet avgjørende: Den gyroskopiske effekten får hjulet til å rotere stabilt rundt aksen som en topp, og dermed hjelpe bilen til å holde rett fram.

Draisinen, forløperen til sykkelen, var allerede en enkelsporet to-akslet tohjuls hjul , men hadde ennå ikke wire-eiker

Eksempler på dette:

  • håndfri sykling
  • Hvis hjulene skulle "vingle", ville vi bli rystet i bilen ganske forvirret.

Kjøretøy med suffikset eller prefikset "rad"

Begrepet hjul ble brukt for å navngi kjøretøyer, som i

  • enhjuling
  • trehjulssykkel
  • Sykkel (tohjuling, lavhjuling) og forgjengerne, sykkel med høy og balansert sykkel
  • Treningshjul (teknisk sett en rolle, akselen mangler)
  • motorsykkel
  • Radlbock -en enhjulet , tre, 150–200 cm lang trillebår, de to tverrstivede langsgående bjelkene, som er litt bøyd nedover, danner det lavtliggende lastområdet. Sparene fungerer som håndtak på baksiden og støtter akselen til tre -eikerhjulet med et aksialt langt trenav og jerndekk foran. To parkeringsstøtter litt foran håndtakendene kan utformes som jernbraketter (avrundet V). Et frontstopp for lasten og dermed beskyttelse foran hjulet er dannet av to tverrstivede, litt fremover skrå stolper, som støttes med jernstenger nær hjullagrene. For transport av store varer som høy, en huggpinne, et mørtelkiste eller et møbel.
  • Paddel
  • Hjullaster
  • Pansrede kjøretøyer

spesielle tilfeller

Rullingen av brannhjulet fra et fjell eller en ås er en folkeskikk som fremdeles praktiseres i dag ved jul, nyttår, karneval, påske eller pinse i lokalsamfunn i Friuli , Odenwald , Sauerland , Spessart , Ticino , Tyrol og Weser Uplands. For å rulle ut brannhjulet, er et mannhøyt hjul fylt med halm på sidene på forhånd. I mørket tennes halmen og hjulet, ledet av de unge mennene i landsbyen på to bjørkestammer, rulles ned en ås. Det antas at brannhjulet var en vårskikk ved jevndøgn i førkristen tid, som etter kristendommen delte seg i forbindelsen med fasten i sørvest-Tyskland og med påske i Nord-Tyskland. Krøniken om Lorsch -klosteret refererer også til en slik festival ved vårjevndøgn. 21. mars 1090, akkurat på equinox -datoen, startet en slik brann branner i store deler av klosterbygningen.

I Kina har kjøretøyer blitt utstyrt med ovale hjul slik at passasjerer kan nyte en tur opp og nedover fjellet. Slike eventyrreiser ble fortsatt tilbudt av årlige messer på 1920 -tallet , i dag har vi fortsatt noen karuseller .

Elliptisk gir : Hvis to identiske elliptiske tannhjul kombineres, forblir senteravstanden konstant under drift. Hjulene svinger rundt det ene av de to fokuspunktene til ellipsene. Overføringsforholdet varierer over en omdreining rundt middelverdien i = 1. Hvis bare ett hjul er elliptisk, må ett hjul monteres på en oscillerende aksel. Slike gir brukes for eksempel i vevemaskiner . På 1980- og 1990 -tallet hadde noen sykler et elliptisk kjedering ( Biopace ).

En annen spesiell sak, som ikke brukes til bevegelse, pariserhjulet , en turmesser .

Hjul for kraftomdirigering

For å avlede krefter som virker på hamp- eller vaier, installeres hjul, ofte kalt ruller i disse applikasjonene, stasjonært på aksler. Hjulkanten er utstyrt med et periferisk spor for å lede tauet.

Eksempler er:

  • murerens rolle sett på små byggeplasser , der en assistent drar bøtter med materiale oppe for hånd
  • Transportbånd hjul på svingete tårn for miner av gruvedrift
  • Hjul på heisanlegg
  • remskiven , der begge trinsene er installert på stasjonære, såkalte flasker, så vel som på bevegelige, hvorved et kontinuerlig tau plasseres rundt tilsvarende par remskiver på de to flaskene på en slik måte at det i samsvar med lover for spaker , de bærer større last over kortere over en lang kabelbane Løftestrekninger.

Systemhjul og aksel (hjulsett)

Hjulsett av et damplokomotiv i klasse 44.
Her er hjulene forbundet med en veivaksel .
Hjulsettet har en tredeling gjennom tre faseforskyvede koblingsstenger , to (typisk for utseende av damplokomotiver) på utsiden av hjulene og en annen i midten.

Hvis hjulnavet er permanent installert på en lageraksel - se tilkobling av akselnav - kan det brukes til å overføre dreiemomenter eller overføre drivkrefter langs en bane. For dette formålet ble hjulets komponenter modifisert til forskjellige former. Hjulet kan også brukes som energilager ( svinghjul ).

Hjulsett til jernbanekjøretøyer

Jernbanekjøretøyer kjører vanligvis på hjulsett , dvs. på hjul som er godt forbundet med en aksel . Denne konstruksjonen muliggjør bruk av større og mer robuste hjullager og, i kombinasjon med koniske løpeflater, fører det til et sinusformet løp .

Sender av dreiemomenter

For å overføre dreiemoment er hjulfelgen designet i henhold til drevstypen:

Friksjon eller girhjul som hører sammen reverserer rotasjonsretningen. Når det gjelder beltedrifter, gjøres dette ved å vri beltet 180 °; Belter rotert 90 ° gjør at rotasjonsplanet kan roteres fra horisontal til vertikal. Ved å øke eller redusere størrelsen på det drevne hjulet sammenlignet med drivhjulet, kan vinkelhastighetene og i samsvar med spaklovene tilpasses dreiemomentene til funksjonen.

Spesielt med tannhjul ble forbedringer i effektivitet , formtilpasning og slitestyrke utviklet i designene avhengig av materialene og behandlingsalternativene som var tilgjengelige på de respektive tidspunktene:

  • laget av tre med trespisser ( tannhjul ) på siden av felgen som et kronehjul eller, ved store krefter, med to hjul som et burhjul, med journaler på utsiden av felgen som en spur utstyr
  • i metall med forskjellige tenner i henhold til posisjonen til akslene i forhold til hverandre som spor-, skrå-, spiral- eller snekkegir.

Hjulet i arbeidsmaskiner

For å overføre krefter til materialer og medier som skal behandles ( væsker , damper , gasser ), er hjuldelene variert og supplert på en rekke forskjellige måter, for eksempel:

Hjulet for generering av dreiemoment i prime movers

Rattet i en historisk Daag post buss

For kraftproduksjon og produksjon av mennesker, dyr og medier, for eksempel med

Fungerer som energilagring

Aksel til det første damplokomotivet i Tyskland Adler (kopi fra 1935) i Meiningen damplokomotivverk

Som en energilagringsenhet ( svinghjul , rotasjonsenergilagringsenhet ) er hjulet designet med en tilstrekkelig stor masse i henhold til energien som skal absorberes. Den brukes i maskiner som konverterer frem- og tilbakegående bevegelser til roterende bevegelser for å kompensere for svingninger i dreiemoment. Svinghjul forhindrer at slike maskiner stopper på grunn av et dødpunkt eller sporadisk mangel på drivkraft.

Applikasjoner:

Se også

Trivia

John Keogh aus Hawthorn, Victoria (Australien), meldete das Rad 2001 zum australischen Innovationspatent an, wobei Innovationspatente nur registriert und nur auf Antrag geprüft werden. [8] Er und das australische Patentamt, das ihm das Innovationspatent #2001100012 ausstellte, erhielten dafür den satirischen Ig-Nobelpreis für Technik 2001. [9]

Literatur

  • M. Fansa, S. Burmeister (Hrsg.): Rad und Wagen. 2004, ISBN 3-8053-3322-6 .
  • Köninger ua (Hrsg.): Schleife, Schlitten, Rad und Wagen. (= Hemmenhofener Skripte. Band 3). Janus-Verlag, Freiburg i. Br. 2002, DNB 987282387
  • Veronika R. Meyer, Marcel Halbeisen: Nur scheinbar ein Paradox: Warum gibt es in der Natur keine Räder? In: Biologie in unserer Zeit. Band 36, Nr. 2, 2006, S. 120–123, ISSN 0045-205X

Weblinks

Commons : Räder – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Rad – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikiquote: Rad – Zitate

Einzelnachweise

  1. Etymologie beim Digitalen Wörterbuch der deutschen Sprache.
  2. Hans JJG Holm: The Earliest Wheel Finds, Their Archeology and Indo-European Terminology in Time and Space, and Early Migrations around the Caucasus. Archaeolingua Alapítvány, Budapest 2019, ISBN 978-615-5766-30-5 .
  3. http://www.geschichtsverein-bordesholm.de/Veroeffentlichungen/Jahrbuecher/J01_2_Zilch_Flintbek.pdf Das Hügelgräberfeld von Flintbek nach zwanzig Ausgrabungsjahren, Bernd Zich (PDF-Datei; 2,03 MB)
  4. A. Velušček, K. Čufar, M. Zupančič: Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju. In: A. Velušček (Hrsg.): Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Ljubljansko barje v 2. polovici 4. tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16 (Ljubljana 2009) S. 197–222. Zitiert nach Stefan Burmeister: Wagen im 4. Jt. v. Chr. In: S. Hansen, J. Müller (Hrsg.): Sozialarchäologische Perspektiven: Gesellschaftlicher Wandel 5000–1500 v. Chr. zwischen Atlantik und Kaukasus. Zabern.
  5. Almut Bick: Die Steinzeit . Theiss, 2006, ISBN 3-8062-1996-6 , S.   13 .
  6. Hans JJG Holm: The Earliest Wheel Finds, Their Archeology and Indo-European Terminology in Time and Space, and Early Migrations around the Caucasus. In: Archaeolingua Alapítvány. Budapest 2019, ISBN 978-615-5766-30-5 , S. 113.
  7. Antikes Wagengrab entdeckt
  8. Patent #2001100012 beim australischen Patentamt ( PDF , engl.; 632 kB)
  9. Ig-Nobelpreise 2011