ARD-alpha - Schulfernsehen


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Werkzeugkonstruktion Werkzeuge als Kraftwandler

Seit der Faustkeil den Steinzeitmenschen half, ihre Jagdbeute zu zerteilen, erfinden die Menschen immer neue Hilfsmittel. So unterschiedlich diese auch sind, gemeinsam ist ihnen eines: Sie alle sind Kraftwandler.

Von: Stefan Gneiting & Sabine Schmitt, ein Film von Wolfgang Voelker

Stand: 10.02.2012

Nüsse knacken, einen Nagel in einen Balken schlagen oder einen Baumstamm zersägen – all diese Arbeiten sind mit bloßen Händen extrem anstrengend oder gar unmöglich. Deshalb bedienten sich schon die Steinzeitmenschen hilfreicher Werkzeuge, die ihnen ihr Leben erleichterten.

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Werkzeuge können die Kraft, die wir mit den Händen ausüben, um ein Vielfaches verstärken. Das nutzt Suse, als sie sich Bücherregal baut. Beim Einschlagen der Nägel zum Beispiel hilft ihr ein Hammer: Der schwere Eisenhammer treibt mit der Kraft, die er bei der Beschleunigung seiner Masse gewinnt, die Nägel mühelos ins Holz. Ganz ohne Anstrengung geht es aber trotzdem nicht: Je fester Suse zuschlagen will, desto weiter muss sie mit dem Arm ausholen, um die potenzielle Energie des Hammers zu erhöhen.

Weitere Beispiele aus dem Alltag demonstrieren die Wirkung eines Hebels. Das Nageleisen arbeitet nach dem Prinzip eines zweiseitigen Hebels: Mit der Bewegung des längeren Hebels können sie ihre Muskelkraft auf das Ende des zweiten Hebels – jenseits der Drehachse – übertragen und damit einen festsitzenden Nagel aus dem Boden ziehen. Der Schraubenschlüssel dagegen ist ein einseitiger Hebel: Die Mutter sitzt genau in der Drehachse.

Auch die Materialeigenschaften oder die Form eine Werkzeugs spielen bei ihrer praktischen Anwendung eine Rolle: Werkzeuge aus harten Materialien, die zu spitzen Werkzeugen oder scharfen Klingen geformt werden, haben eine reduzierte Auflagefläche. Damit kann man mit geringem Kraftaufwand extrem hohen Druck auf ein Werkstück ausüben und es damit zerteilen; das ist das Prinzip, nach dem Messer, Äxte, Sägen, Hobel aber auch Scheren und Nadeln arbeiten.

Wenn man die menschlich erzeugte Kraft durch einen Maschinenantrieb ersetzt, kann man die Leistungsfähigkeit von Werkzeugen enorm steigern. Schon früh kamen die Menschen auf die Idee, Ihre Maschinen mit Kraft aus Wasser anzutreiben. In historischen Hammerschmieden oder Sägewerken ist das Prinzip noch heute zu besichtigen. Im Gegensatz zu den wasserbetriebenen Betrieben sind die Standorte von dampf- oder strombetriebenen Werken frei wählbar.


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