Fahrzeugbau – Didaktische Überlegungen - Universität Kassel

Fahrzeugbau – Didaktische
Überlegungen
Dr. Monika Zolg
Universität Kassel

Rahmenplan Sachunterricht
Klasse 1-2
• Räderfahrzeuge bauen und ihre Rollfähigkeit
prüfen, Rollversuche mit Modellautos auf der
schiefen Ebene durchführen
Klasse 3-4
• Lenkbare und nicht lenkbare Fahrzeuge
untersuchen und nachbauen

Weitere Themenaspekte rund ums Fahrzeug
– Historische Aspekte (Erfindung des Rades, Geschichte des
Transports per Karren/Wagen, die Erfindung und Entwicklung des
Fahrrades,…)
–
– Lenkung von Fahrzeugen
– Verschiedene Fahrzeuge – Bestandteile: Was ist
allen gemeinsam, was unterschiedlich?
– Mobilität – Zukunft der Mobilität?
– Probleme und Chancen des Verkehrs

Fahrtest – schiefe Ebene
Kinder entwickeln in
Gruppen ihre Theorie und
bauen ein entsprechendes
Fahrzeug,
Test auf der schiefen Ebene
Messung der Rollweite,
Vergleich der Fahrzeuge
Suche nach den Ursachen
der Rollweite
2te Testserie:
Ein Fahrzeug mit
unterschiedliche große
Rädern, unterschiedlichem
Gewicht
• Baukastenmodelle am
besten geeignet, da
vergleichbar.
Dr. Monika Zolg, Universität Kassel

Was beeinflusst die
Rollweite?

Einflussfaktoren
– die Lagerung der Achsen/Reibung
– das Gewicht
– die Radgröße
– die Form/Luftwiderstand
– die Beschaffenheit des Bodens
– die Beschaffenheit der Reifen
...

Haftreibung
der Bewegung entgegen gerichtete Kraft, die auftritt, bevor sich
etwas bewegt.
Reibungskraft
Gleitreibung
bremsende Kraft, die auftritt, wenn sich Flächen
gegeneinander bewegen (aufeinander gleiten).
Reibungskraft
Zugkraft
Rollreibung
bremsende Kraft, die auftritt, wenn ein Körper rollt.
Reibungskraft
Reibung
Zugkraft
Zugkraft

Rollreibung beim Fahrzeug
= Reibung in der Lagerung
+ Reibung zwischen Reifen und Boden
wenig Rollreibung:
• Kugellager (Wälzlager) statt Gleitlager
• schmale Reifen
• harte Reifen
• glatter, fester Untergrund
(Die Breite der Reifen beeinflusst auch die Haftung mit dem Boden: kleine
Fläche => hoher Druck => bessere Haftung)

Achsen und Räder
– umlaufende Achse: Räder sind fest mit der Achse verbunden
(typisch für Spielzeugautos)
– feststehende Achse: Räder drehen sich auf den Achszapfen
(bei echten Autos)
gutes Rollverhalten/wenig Reibung verlangt, dass
– die Achsen genau durch den Mittelpunkt der Räder und
parallel zueinander verlaufen.
– sich nichts festklemmt oder wackelt.

Fahrzeuge mit größerem Gewicht rollen weiter als baugleiche mit
geringem Gewicht.
E = m g h
Gewicht
Man steckt mehr Energie hinein, um das Auto hochzuheben.
� Es steht mehr Energie zur Verfügung. Das Auto wird schneller
und rollt weiter.
(Gleichzeitig steigt aber auch die Reibung.)

Radgröße
Je größer die Räder, desto weniger Umdrehungen sind für eine
bestimmte Wegstrecke nötig => weniger Reibung im Lager =>
größere Weite
2 Umdrehungen
1 Umdrehung

Form
Je aerodynamischer das Auto (d.h. je geringer die
Querschnittsfläche), desto geringer der Luftwiderstand.
Bei geringen Geschwindigkeiten ist der Einfluss gering.
Bei realen Autos geht bei Tempo 100 ca. 75% der Energie in die
Überwindung des Luftwiderstands.

Lenkung
Lenkformen bei ein- und mehrspurigen
Starrachsfahrzeugen
• Fahrrad, Roller, Motorrad: Richtungsänderung durch
Gewichtsveränderung, Lenkeinschlag des Vorderrads
dient v.a. der Stabilisierung
• Schubkarre: Lenken durch Anheben/Senken einer Seite,
Schrägstellung des Rades
• Starrachsfahrzeuge: Schwer beladen können sie in Fahrt
keine Richtungsänderungen vornehmen.
• Schienenfahrzeuge: Richtungsänderung über
Schienenstraße.

Lenksysteme bei beweglichen Achsen:
• Drehschemellenkung (Handkarren, Anhänger,
Bauernleiterwagen). Einfachste Form der Lenkung eines
mehrspurigen Fahrzeugs. Die Lenkung erfolgt durch die
Deichsel = Drehung um den Drehzapfen. Kreisbahn
beider Räder ist identisch.
• Vorteil: einfache Konstruktion, kleiner Wendekreis
• Nachteil: Kippgefahr bei Radeinschlag, großer
Platzbedarf unter dem Fahrzeuge
Abb. aus Eckel/Halamiczek

Lenksysteme bei beweglichen Achsen:
• Achsschenkellenkung: Jedes Rad hat
einen eigenen Drehpunkt
(Achsschenkelbolzen),
• keine Kippgefahr in
engen Kurven.
Abb. Aus: Wiederrecht (Hrsg.):Technische Elementarbildung in der Primarstufe, Braunschweig 1973, S. 34

Bilder aus dem Unterricht-
Drehschemellenkung
Aus: Ullrich/Klante

Bilder aus dem Unterricht -
Drehschemellenkung
aus: Ullrich/Klante

Lenkbare Autos

Fahrzeugbau - Konzept einer Unterrichtseinheit in einer dritten Klasse
Von Mark Meusel
Grobziel:
Die Kinder sollen selbstständig ein funktionstüchtiges vierrädriges Fahrzeug ohne
Lenkung planen und konstruieren
Aufbau der Einheit
Räder sind überall oder Dinge, die rollen können
Die Kinder sollen Räder und Rollen in ihrer Umwelt aufspüren und Erfahrungen zur
Universalität von Rädern machen (Kataloge, Zeitungen, Prospekte – alles was rollt
ausschneiden und ordnen – gemeinsames Erstellen einer Collage)
Oldtimer, LKW oder Mähdrescher – Fahrzeuge haben etwas gemeinsam
Mitgebrachte Fahrzeuge beschreiben und im Hinblick auf Gemeinsamkeiten und
Unterschiede (kann schnell fahren, kann schwere Lasten transportieren..)
vergleichen, besonders Räder, Achsen, Fahrgestell
Fahrzeuge rollen unterschiedlich gut
Vermutungen über den Einfluss von Radgröße, Radform, Gewicht und Reibung für
die Rollfähigkeit aufstellen (Mitgebrachte Fahrzeuge auf die schiefe Ebene)
Wir bauen ein Fahrzeug aus Fischertechnik, das möglichst weit rollt
Bau in Partnerarbeit eines 4rädrigen Fahrzeuges aus Fischertechnik unter
Berücksichtigung der Ergebnisse von 3 – Zeit 20 min

Fahrzeugbau - Konzept einer Unterrichtseinheit in einer dritten Klasse
-2- Von Mark Meusel
Wir planen und bauen eine eigene Seifenkiste
Wir sammeln und sichten Material und planen den Bau einer „Seifenkiste“
Mitgebrachtes Material wird gesichtet, gemeinsam geordnet, begründet, wofür es
gedacht ist – diskutiert (Zahnstocher oder Bleistifte als Achse – was ist besser?),
Bauzeichnung anfertigen
Wir bauen eine Seifenkiste aus Abfallholz und Alltagsmaterial
Bauen der Seifenkiste, Werkzeug sachgerecht auswählen und nutzen, bei
Konstruktionsproblemen nach Alternativen suchen, auf gute Rollfähigkeit achten
Ein Seifenkistenrennen im Klassenzimmer
Das eigene Fahrzeug auf Funktionsfähigkeit überprüfen, Mängel erkennen und
beschreiben
TÜV-Prüfung (Prüfungsbogen) und Erfinderwerkstatt
Die Kinder sollen mit Hilfe des gemeinsam entwickelten Testbogens in Form einer
Produktanalyse die Fahrzeuge der anderen Kinder überprüfen und ihre Ideen für eine
Optimierung entwickeln (s. 23)

Fahrzeugbau - Konzept einer Unterrichtseinheit in einer dritten Klasse
-3- Von Mark Meusel
Ein Seifenkistenrennen im Klassenzimmer
Das eigene Fahrzeug auf Funktionsfähigkeit
überprüfen, Mängel erkennen und beschreiben
TÜV-Prüfung (Prüfungsbogen) und
Erfinderwerkstatt
Die Kinder sollen mit Hilfe des gemeinsam
entwickelten Testbogens in Form einer Produktanalyse
die Fahrzeuge der anderen Kinder überprüfen und ihre
Ideen für eine Optimierung entwickeln
Fortsetzung:
Bau einer richtigen Seifenkiste in einer AG

Literatur
• Eckel, Johann/Halamiczek, Herbert: Werkerziehung Grundstufe 2,
Wien 1983
• Kälberer/ Hüttenmeister: Bauen, Konstruieren, Montieren, Leipzig,
2002
• Lanz, Sarah: Bootsbau – Handreichungen für den technischen
Sachunterricht, Kassel 2007
• Ullrich, Heinz/ Klante, Dieter: Technik im Unterricht der
Grundschule, Villingen-Schwenningen 1994
• Wiederrecht (Hrsg.): Technische Elementarbildung in der
Primarstufe, Braunschweig 1973
• Zeidler, Hatto: Fahren, ALS-Verlag o.Jg.
• Zolg, Monika: Baut ein Fahrzeug, das möglichst weit rollt! in: Beilage
in Heft 1/2008, Gute Aufgaben für den Sachunterricht, 12-13