колесо

Дисковое колесо из дерева
Тележки ручные (двухполосные, одноосные) с деревянными спицами колес
Пушка времен Тридцатилетней войны с колесами с металлическими шипами

Колесо представляет собой дискообразный объект с идеально круглым контуром , который находится с возможностью вращения , установленного вокруг оси , которая является перпендикулярной к идеализированной круговой плоскости и наиболее часто используются в качестве вагона колеса . Его изобретение и использование на повозках или повозках было важным событием в развитии технической культуры в доисторические времена .

Существенным преимуществом является катание его окружности по земле. Теперь скольжение происходит только в смазанных подшипниках. Сопротивление качению на твердом, сухой земле и сопротивление скольжения в подшипниках вместе значительно меньше , чем сопротивление скольжению при использовании петли стержня или санки транспортировать нагрузку на сухую земле. Износ материала также меньше, чем при шлифовании. Транспортные средства и команды с колесами и тягловыми животными в доисторические и ранние годы стали легкодоступными и надежными транспортными средствами для грузов и людей.

Уже в бронзовом веке колесо превратилось из диска в колесо с более легкими спицами. Форма спицы была создана путем замены частей диска между ступицей и внешним ободом колеса устойчивыми к давлению или растяжению, часто более специальными материалами и зачастую сложной технологией соединения.

К простым элементам машины относится только одно вращающееся колесо ( например, маховик , штурвал ). Автомобиль колесо сегодня является сложной технической составляющей .

Рад ( nhd. И ahd. ) Первоначально связано с латинским rota и санскритским словом ratha , «повозка» .

история

Воронка-стакан датируется 3500-3350 гг. До н.э. До н.э., слева самая старая из известных иллюстраций повозки с колесами, найденная в Броночицах недалеко от Дзялошиц в Польше.
Частично сохранившиеся колеса повозки группы Гольдберга III (2900 г. до н.э.) из музея бассейна Федерзее
Колесо телеги из Чога-Занбил , Иран, середина и конец 2-го тысячелетия до нашей эры. BC
National Museum Тегеран
Рельеф из Амарны , Египет, ок. 1345–1335 гг. До н. Э. Британская Колумбия, Метрополитен-музей , Нью-Йорк
Бронзовые колеса Stader около 1000 г. до н.э. Chr.
Дисковые колеса от Glum

Долгое время истоком считалась шумерская культура . Сегодня даты находок и изображений повозок и колес из Центральной и Восточной Европы, а также из Месопотамии относятся к середине 4- го тысячелетия до нашей эры. Chr., В непосредственной близости. Более точная хронологическая и пространственная классификация изобретения пока невозможна. В доколумбовой Америке и Австралии колесо было неизвестно транспортному средству.

Чуть раньше или в то же время стал известен быстро вращающийся гончарный круг , также снабженный подшипниками скольжения . Признак того, что элемент подшипника скольжения теперь хорошо освоен: смазка и небольшой люфт .

Старое транспортное оборудование

Первыми транспортными средствами , с помощью которых можно было перемещать грузы по суше без их переноски, были сани и петли для стержней . Однако в случае петли необходимо нести часть груза и вес конструкции; преимущество перед другими видами транспорта заключается в хорошей мобильности по пересеченной местности. При использовании салазок и петель для удилища обычно требовалось преодолеть высокий уровень сопротивления скольжению. Транспортировка на катках или цилиндрах была возможна только по хорошо подготовленной земле и на короткие расстояния. Есть свидетельства о подвижном транспорте из Египта бронзового века . Недостатком было то, что катки приходилось раскладывать по всему маршруту или многократно снимать сзади и помещать перед объектом, который нужно снова транспортировать. Но можно было перенести сравнительно высокие нагрузки, так как они распределяются по большей площади, чем в подшипниках скольжения более позднего колеса. Роликовый транспорт до сих пор используется для специальных целей, таких как перемещение зданий или перевозки экстремальных грузов на короткие расстояния.

Самое старое свидетельство колеса

Колесо, закрепленное с возможностью вращения, то есть «бесконечно» вращающееся вокруг оси, могло быть выполнено с помощью каменных орудий. По-видимому, в 5-м тысячелетии до нашей эры они первыми обратились. Христианские гончары из Инда применяют этот принцип при производстве керамики в виде гончарных кругов.

Самые старые свидетельства можно найти в виде миниатюрных глиняных колес к северу от Черного моря еще в 4000 году до нашей эры. Начиная с середины 4-го тысячелетия и далее, упоминания об автомобилях концентрируются по всей Европе в виде моделей автомобилей. Были найдены и другие косвенные упоминания о применении в качестве колеса вагона, для. Б. в виде надрезов на сосуде с культивированием из воронкообразного стакана в Броночицах близ Повята Пиньчовского ( Польша ). Еще одно косвенное свидетельство - переулок середины IV тысячелетия до нашей эры. В бесплодной постели возле Флинтбека (район Рендсбург- Эккернферде ).

Первые прямые находки повозок, колес, повозок или их моделей относятся ко второй половине 4-го тысячелетия до нашей эры. В Европе, например Б. в контексте культуры воронкообразных стаканов и баденской культуры , в предгорьях Альп , на северо-западе Кавказа ( майкопская культура ), а также в Месопотамии и на Ближнем Востоке. Это были цельные или составные дисковые колеса диаметром от 40 до 80 см, с фиксированной, свободной втулкой или без ступичной втулки или фиксированной оси (и с квадратными отверстиями для оси). Самые старые находки - это преимущественно двухосные автомобили. Находки происходят либо из погребений в вагонных могилах, либо на болотах .

Самая старая хорошо датированная комбинация колесо-ось происходит из Старе Гмайне в болоте Лайбахер возле Любляны в Словении , чье колесо в диапазоне 2σ датируется 3340–3030 кал. До н.э., ось - 3360–3045 кал. Маленький велосипед помоложе был найден в Federseemoor в Seekirch -Achwiesen. Ему около 5000 лет, и он состоит из двух частей.

Остатки двух повозок были раскопаны в восточной Грузии под курганом в Ананаури (регион Кахети ) и датированы примерно 2400 ± 150 г. до н.э. Датировано. Этот курган, вероятно, принадлежит лидеру последней фазы куро-араксской культуры , имеющей явные связи с майкопской культурой . Более подробное расследование еще не завершено. Помимо обсидиана и кремня в могиле были найдены янтарные бусы. Это подтверждает тезис о том, что колесница пришла из северного региона задолго до лошади и пошла по маршруту на юг с распространением культуры Кура-Араксес.

Датировка сайтов в настоящее время не позволяет принять решение о месте происхождения техники колес и тележек.

Следы использования

Одно из четырех дисковых колес Glum бронзового века имело бороздку, которая не проходила по всему периметру поворота. Это произошло из-за износа кузова автомобиля перекосом («шатанием») колеса. Более короткая борозда на другой стороне показывает, что колесо также было включено. Край проступи был скошенным или закругленным. Некоторые участки сохранились настолько хорошо, что видны сглаживающие удары инструмента. Колесо из ольхи принадлежало машине, передняя ось которой не могла поворачиваться. При изменении в направлении движения , то тягловые тащил передний конец в сторону , пока дышло не указало в нужном направлении. Втулки из древесины березы застревают в отверстиях колёс , что, благодаря своему (мягкому) материалу, указывает на то, что автомобиль не предназначен для длительного использования. Боковые силы (например, при изменении направления) заставляли концы расширяться в форме воронки. Из других находок можно сделать вывод, что колеса были сняты с припаркованных вагонов, чтобы сохранить эластичность деревянных осей .

Достижения

Уже в каменном веке люди начали уменьшать вес дисковых колес с помощью канавок. Сомнительно, чтобы колеса с символическим рисунком подходили для перевозки грузов. Металл возраст изобретение было спицей , которая была сделана около 2000 г. до н.э.. Был завезен на Востоке. Устойчивое и легкое колесо со спицами использовалось для создания так называемых колесниц , то есть двухколесных транспортных средств, которые собственно и следует называть повозками . Поскольку двухколесные транспортные средства были хорошим способом снизить вес, позже были построены и более сложные одноосные автомобили. Если первые колеса со спицами имели бронзовые спицы, то в дальнейшем в эпоху бронзы и впоследствии в основном строились колеса со спицами из дерева, на которых были только внутренняя поверхность ступицы колеса, трущаяся о ось, и внешняя рабочая поверхность обода. покрыт металлом . Металлические спицы снова стали лидером только в 19 веке, будь то из-за более высоких нагрузок и скоростей, как в железнодорожном движении , или после изобретения перемычки со спицами , позволившей построить очень легкие, устойчивые колеса с тонкими натянутыми проволочными спицами. как и сегодня, в частности, велосипеды являются обычным явлением.

Колесо в Новом Свете

Майя изобрели колесо в Мезоамерике, а в храмах его также можно увидеть на каменных украшениях в виде колеса со спицами или зубчатого колеса . Однако, как ранее показали находки, они использовали это только в приложениях, которые не допускали никаких нагрузок, например, для зубчатой ​​передачи, чтобы отображать их календарь и для игрушек (например, в Этнологическом музее Берлина ). Уже в доколумбовые времена они использовали колеса, даже шестерни, в более или менее точных механических устройствах . Однако пригодность вагонов еще не была доказана в древних американских культурах. Скорее всего, это связано с отсутствием подходящих тягловых животных ( лошадей , быков , ослов ).

материалы

Ремонт колес вагонов

Тысячи лет в качестве материала использовалось только дерево . Первые колеса со спицами имели бронзовые спицы, в дальнейшем в эпоху бронзы, а затем преобладали деревянные колеса со спицами, у которых только внутренняя поверхность ступицы колеса, трущаяся о ось, и внешняя рабочая поверхность обода были покрыты металлом. Тогда здесь также использовались достижения в области металлургии в направлении все более и более стойких металлов. Только с изобретением паровой машины и двигателя внутреннего сгорания , которые сделали возможными более высокие транспортные возможности и скорости, колеса стали полностью из железа , а затем из листовой стали, сваренных вместе в виде ободов . Смазываемые втулки ступицы были заменены на роликовые подшипники . Легкие колеса для низких нагрузок снабжены проволочными спицами , которые предварительно натянуты и подвергаются растягивающему напряжению.

Конструкция колес всегда адаптировалась к поверхности, по которой можно было двигаться (только более поздние тропы и дороги), или поверхность улучшалась в соответствии с повышенными требованиями. Так произошло:

Специальными разработками колеса для транспортных средств, кроме дорожных, являются:

Сегодня шины из твердой резины используются на стальных колесах в качестве опорных колес z. B. для гусеничных транспортных средств , каруселей , канатных дорог и кресельных подъемников или используемых в промышленных транспортных средствах, таких как вилочные погрузчики .

Пластиковые колеса с металлической ступицей или подшипниками или без них , часто без резиновых шин, доступны для мобильных столов , строительных лесов , лестниц (также выше), мебели , тележек для европоддонов и тележек для покупок (с перемычками для захвата движущихся дорожек ).

Колеса, в основном пластиковые , используются, например, в точном машиностроении для передачи энергии переключателям.

Системное колесо и ось

Колесно-осевая система в основном используется для транспортных средств ; с одной стороны на транспортных средствах , с другой стороны, как отклонение силы на подъемниках . Оси используются для перевозки грузов и поэтому в основном подвержены изгибу ; Валы передают крутящий момент и поэтому в основном подвергаются скручиванию .

Колеса для автомобилей

Колесо авто ( VW 1303 )
Колесо деревянное со стальной шиной от вагона № 8 ФОТГ
Колесо автомобиля с резиновыми шинами и деревянными спицами, ступица и обод изготовлены из стали.
Переднее колесо велосипеда с мотором ступицы колеса ( Техническая коллекция Hochhut , Франкфурт - Галлус )

Если колеса установлены с возможностью вращения на осях с помощью подшипников - сегодня в основном только на цапфах осей - транспортного средства, достигается значительное снижение сил трения по сравнению со шлифованием объекта, который необходимо транспортировать на расстояние, и, таким образом, энергосберегающий транспорт. тяжелых грузов или .. Достигается быстрое перемещение товаров и людей , в первую очередь по относительно ровным маршрутам .

Для сравнения: чтобы отшлифовать или прогнать стальную плиту весом 100 кг на расстояние в десять метров, необходимо выполнить следующую работу (соответствующую силе, умноженной на расстояние): Соответствующая сила трения, возникающая в результате нормальной силы (соответствует масса, умноженная на ускорение свободного падения), умноженная на коэффициент трения . Коэффициент трения для комбинации стали по шероховатой поверхности составляет 0,5, для стали по стали (гладкой) 0,1. При шлифовании, сила трения действует на неровной поверхности для всей дистанции десять метров, так что работа W ев результатам

При движении с колесами диаметром 1000 мм и диаметром оси 50 мм путь стальной ступицы, которая трется о стальную ось, уменьшается пропорционально диаметру и, следовательно, работе W f к результатам

(с учетом размеров : метр в ньютон эквивалентен джоуля)

Даже если мы предположим и добавим дополнительную работу, которая должна быть проделана на земле из-за массы автомобиля и сопротивления качению колес в порядке величины самой работы W f , экономия энергии (работы) огромен.

На высоких скоростях решающее значение имеет другое свойство колеса: гироскопический эффект заставляет колесо стабильно вращаться вокруг своей оси, как волчок, тем самым помогая транспортному средству держаться прямо.

Дризин, предшественник велосипеда, уже был одноколейным двухосным двухколесным автомобилем , но еще не имел спиц из проволоки.

Примеры этого:

  • езда на велосипеде без помощи рук
  • Если бы колеса «раскачивались», мы бы очень растерялись в машине.

Транспортные средства с суффиксом или префиксом "рад"

Термин колесо использовался для обозначения транспортных средств, как в

  • одноколесный велосипед
  • трехколесный велосипед
  • Bicycle (двухколесный, низко-Wheeler) и его предшественники с высоким велосипедом и баланс велосипед
  • Колесо спортзала (технически роль, ось отсутствует)
  • мотоцикл
  • Radlbock - одноколесная деревянная тачка длиной 150–200 см, две слегка изогнутые продольные балки с поперечными подкосами образуют низкую погрузочную площадку. Лонжероны служат рукоятками сзади и поддерживают ось колеса с деревянными спицами с длинной в осевом направлении деревянной ступицей и железными шинами спереди. Две парковочные опоры немного впереди концов ручки могут быть выполнены в виде железных скоб (закругленная V). Передний упор для нагрузки и, таким образом, защита перед колесом образованы двумя поперечными распорками, слегка наклоненными вперед стойками, которые опираются на стальные стержни рядом с колесными подшипниками. Для перевозки крупногабаритных грузов, например сена, разделочной палки, ящика для раствора или мебели.
  • Лопастной пароход
  • Фронтальный погрузчик
  • Броневик

Особые случаи

Скатывание огненного колеса с горы или холма - это народный обычай, который все еще практикуется сегодня на Рождество, Новый год, карнавал, Пасху или Троицу в общинах во Фриули , Оденвальде , Зауэрланде , Шпессарте , Тичино , Тироле и на возвышенности Везер . Чтобы раскрутить огненное колесо, колесо высотой в человеческий рост предварительно набивают по бокам соломой. В темноте солома зажигается, и колесо, ведомое молодыми людьми деревни на двух березнях, катится с холма. Предполагается, что огненное колесо было весенним обычаем в день равноденствия в дохристианские времена , которые после христианизации разделились на связь с Великим постом на юго-западе Германии и с Пасхой в северной Германии. В летописи монастыря Лорш также упоминается такой праздник в день весеннего равноденствия . 21 марта 1090 года, как раз в день равноденствия , такой пожар вызвал пожары в больших частях монастырского здания.

В Китае автомобили оснащены овальными колесами, чтобы пассажиры могли наслаждаться поездкой вверх и вниз по горе. Подобные приключенческие поездки еще предлагались на ежегодных ярмарках в 1920-х годах , сегодня у нас все еще есть карусели .

Эллиптическая шестерня : если объединены две одинаковые эллиптические шестерни, межосевое расстояние остается постоянным во время работы. Колеса вращаются вокруг одной из двух фокусных точек эллипсов. Передаточное число изменяется на один оборот вокруг среднего значения i = 1. Если только одно колесо имеет эллиптическую форму, одно колесо должно быть установлено на качающейся оси. Такие шестерни используются , например, в ткацких станках . В 1980-х и 1990-х годах некоторые велосипеды имели эллиптическую звезду ( Biopace ).

Еще один особый случай, который не используется для передвижения, - колесо обозрения , поездка на ярмарках .

Колеса для перенаправления мощности

Чтобы отвести силы, действующие на пеньковые или стальные канаты, колеса, часто называемые роликами в этих применениях, устанавливаются на осях неподвижно. Обод колеса снабжен кольцевой канавкой для направления троса.

Примеры:

  • роль каменщика на небольших строительных площадках , где помощник вручную тянет ведра с материалом наверх
  • Конвейерные колеса на обмотку башни для шахт по добыче
  • Колеса на лифтовых системах
  • система шкива , в котором оба шкивы установлены на стационарных, так называемых бутылках, а также на подвижные единица, в результате чего непрерывная веревка , расположенные вокруг соответствующих пары шкивов на две бутылках таким образом , что, в соответствии с По законам рычагов они переносят большие нагрузки по более коротким по длинной канатной дороге. Подъемные участки.

Системное колесо и вал (колесная пара)

Колесная пара паровоза класса 44.
Здесь колеса соединены коленчатым валом .
Колесная пара имеет тройной привод через три сдвинутых по фазе шатуна , две (характерные для внешнего вида паровозов) снаружи колес и еще одну посередине.

Если ступица колеса стационарно установлена ​​на валу с подшипником - см. Соединение вал-ступица - ее можно использовать для передачи крутящего момента или для передачи движущих сил по траектории. С этой целью компоненты колеса были модифицированы в различные формы. Колесо также можно использовать как накопитель энергии ( маховик ).

Колесные пары рельсового транспорта

Рельсовые транспортные средства обычно работают на колесных парах , то есть на колесах, жестко соединенных осью . Такая конструкция позволяет использовать более крупные и прочные колесные подшипники и в сочетании с коническими рабочими поверхностями приводит к синусоидальному ходу .

Датчик крутящего момента

Для передачи крутящего момента обод колеса конструируется по типу привода:

Принадлежащие друг другу фрикционные или зубчатые колеса меняют направление вращения. В случае ременных передач это делается путем закручивания ремня на 180 °; Ремни, повернутые на 90 °, позволяют повернуть плоскость вращения из горизонтального положения в вертикальное. Увеличивая или уменьшая размер ведомого колеса по сравнению с ведущим колесом, угловые скорости и, в соответствии с законами рычагов, крутящие моменты могут быть адаптированы к функции.

В зависимости от материалов и вариантов обработки, доступных в соответствующее время, в конструкции были разработаны, в частности, улучшения эффективности , формы и износостойкости :

  • из дерева с деревянными выступами ( зубчатое колесо ) на стороне обода колеса в качестве зубчатого колеса или, в случае больших усилий, с двумя колесами в качестве опорного колеса, с цапфами на внешней стороне обода колеса в качестве зубца механизм
  • из металла с разными зубьями в зависимости от положения валов по отношению друг к другу в виде прямозубой, конической, косозубой или червячной передачи.

Колесо в рабочих машинах

Невысокое водяное колесо у Рейнского водопада в Нойхаузене ( Швейцария )

Чтобы передать силы обрабатываемым материалам и средам ( жидкости , пары , газы ), детали колеса варьируются и дополняются различными способами, например:

Колесо для создания крутящего момента в первичных двигателях

Руль исторического DAAG - Почтовые автобусы

Для производства и вывода электроэнергии людьми, животными и средствами массовой информации, например, с помощью

Функция как накопитель энергии

Маховик с прокатным станом
Ось первого в Германии паровоза Адлер (реплика 1935 года) на паровозостроительном заводе Майнинген

Как устройство накопления энергии ( маховик , устройство накопления энергии вращения ) колесо спроектировано с достаточно большой массой в соответствии с энергией, которая должна быть поглощена. Он используется в машинах, которые преобразуют возвратно-поступательные движения во вращательные движения для компенсации колебаний крутящего момента. Маховики предотвращают остановку таких машин из-за мертвой точки или временного отсутствия мощности привода.

Приложения:

Смотри тоже

Мелочи

Джон Кеог из Хоторн, штат Виктория (Австралия), зарегистрировал колесо в качестве австралийского патента на инновации в 2001 году , при этом патенты на инновации регистрируются и рассматриваются только после подачи заявки. Он и Австралийское патентное ведомство, выдавшее ему патент на инновации № 2001100012, получили сатирическую Шнобелевскую премию в области технологий в 2001 году.

литература

  • М. Фанса, С. Бурмейстер (ред.): Rad und Wagen. 2004 г., ISBN 3-8053-3322-6 .
  • Кенингер и др. (Ред.): Петля, сани, колесо и тележка. (= Скрипты Хемменхофена. Том 3). Издательство Janus, Фрайбург и. Br.2002 , DNB 987282387
  • Вероника Р. Мейер, Марсель Хальбайзен: Кажется, парадокс: почему в природе нет колес? В кн . : Биология в наше время. Том 36, № 2, 2006 г., стр. 120-123, ISSN  0045-205X

веб ссылки

Commons : Wheels  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.
Викисловарь: Rad  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы
Викицитатник:  Цитаты о колесах

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Этимология в цифровом словаре немецкого языка.
  2. ↑ Ханс Дж. Дж. Дж. Хольм: Самые ранние находки колес, их археология и индоевропейская терминология во времени и пространстве, а также ранние миграции вокруг Кавказа. Археолингва Алапитвани , Будапешт 2019, ISBN 978-615-5766-30-5 .
  3. ↑ http://www.geschichtsverein-bordesholm.de/Veroeffnahmungen/jahrbuecher/J01_2_Zilch_Flintbek.pdf Курган Флинтбек после двадцати лет раскопок, Бернд Зич (файл PDF; 2,03 МБ)
  4. ↑ А. Велушек, К. Чуфар, М. Зупанчич: Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem Barju. В: А. Велушчек (ред.): Колишчарска насельбина Старе гмайне в ньен а.с. Люблянское барье в 2. половичи 4. тисочлетя пр. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16 (Любляна, 2009 г.), стр. 197–222. Цитата из Стефана Бурмейстера: Ваген в 4-м тысячелетии. Chr. In: С. Хансен, Дж. Мюллер (ред.): Социально-археологические перспективы: социальные изменения 5000–1500 гг. До н.э. Между Атлантикой и Кавказом. Лепет.
  5. ↑ Альмут Бик: Каменный век . Тайсс, 2006, ISBN 3-8062-1996-6 , стр. 13 .
  6. ↑ Ганс Дж. Дж. Дж. Хольм: Самые ранние находки колес, их археология и индоевропейская терминология во времени и пространстве, а также ранние миграции вокруг Кавказа. В: Archaeolingua Alapítvány. Будапешт 2019, ISBN 978-615-5766-30-5 , стр.113 .
  7. ↑ Обнаружена могила древнего фургона
  8. ↑ Патент № 2001100012 в Патентном ведомстве Австралии ( PDF , английский; 632 kB)
  9. ↑ Шнобелевские премии 2011 г.