Wird geladen…

Maschinen und Bauwerkekostenlos

Flatternde Fledermaus mit Kurbel

Ein Automat aus Karton: Drehst du die Kurbel, schiebt eine in einem Kasten versteckte Exzenternocke eine Stange auf und ab, und die Stange zieht an zwei Fäden, die die Flügel der Fledermaus bei jeder Umdrehung um etwa 57° heben und senken.

Schwierigkeit★★★☆☆
Alter8–12 Jahre (6–7 mit einem Erwachsenen, der schneidet, Löcher sticht und mit Heißkleber klebt)
Zeit100–120 min (+ 30 min Trockenzeit, wenn du Bastelkleber statt Heißkleber verwendest)
Hilfe durch ErwachseneMittel: das Fenster mit dem Cuttermesser schneiden, die Löcher für Achse und Drehpunkte stechen und die Heißklebepistole an Nocke, Mast und Stange benutzen.
Endgröße23 × 9 × 26 cm (Flügelspannweite × Tiefe × Höhe mit hochgeklappten Flügeln); der Kasten misst 9 × 9 × 11,3 cm
Flatternde Fledermaus mit Kurbel

Was das Kind lernt

  • Was eine Exzenternocke ist: eine Scheibe, die sich um einen Punkt dreht, der nicht ihr Mittelpunkt ist, und so die Drehung in eine Auf-und-ab-Bewegung verwandelt.
  • Dass der Hub der Nocke (wie weit sie die Stange hebt) doppelt so groß ist wie die Exzentrizität: 2 × 12 mm = 24 mm.
  • Wie ein Stößel mit flachem Fuß und zwei Führungen die Stange gerade halten und warum die Schwerkraft sie wieder nach unten bringt.
  • Dass derselbe Hub den Flügel mehr oder weniger bewegt, je nachdem, wie nah am Drehpunkt der Faden festgebunden ist (Hebelarm).
  • Wie Automaten und Kurbelspielzeuge funktionieren: Eine Eingangsbewegung (Drehen) wird in eine Ausgangsbewegung (Flattern) umgewandelt.

Vorher vorbereiten

  • Drucke die Vorlagen in 100 % aus (ohne „an Seite anpassen“) und prüfe mit einem Lineal, dass die rote Linie in der Kopfzeile 50 mm misst.
  • Schneide die Schaschlikspieße vor der Einheit zu: 1 × 110 mm (Achse), 1 × 170 mm (Stößelstange) und 1 × 35 mm (Griff). Entferne die scharfen Spitzen.
  • Schneide vom Strohhalm ein Stück von 60 mm (Führung) und eines von 25 mm (Griffhülse) ab und prüfe, dass der Spieß locker darin gleitet.
  • Male den dünnen Karton für die Flügel und den Karton für den Körper schwarz an, bevor du sie ausschneidest: So trocknen sie, während ihr den Kasten baut.
  • Für kleine Kinder: Schneide das Fenster in Wand C vorher aus und stich alle Löcher vor.

Materialien und Werkzeuge

  • Wellpappe — insgesamt etwa 30 × 40 cm (zum Beispiel 2 Platten von 30 × 20 cm)
    einwellig, 3 mm, glatt und ohne Knicke (Versandkarton oder dicker Schuhkarton)
  • Dünner Karton — 1 Stück von 25 × 10 cm
    von einer Müsli- oder Keksschachtel (≈ 0,5 mm), für die Flügel
  • Schaschlikspieße — 3
    aus Bambus, Ø 3 mm und 25–30 cm, gerade (roll sie über den Tisch, um zu prüfen, dass sie nicht krumm sind)
  • Strohhalm — 1
    gerade, Ø 6 mm (du brauchst 60 mm für die Führung und 25 mm für den Griff)
  • Musterbeutelklammern — 2 (+1 als Ersatz)
    mit rundem Kopf von 6–8 mm und Beinchen von 15–20 mm (die aus dem Schulbedarf)
  • Faden — 2 Stücke von 15 cm
    durchsichtige Angelschnur von 0,3 mm (fast unsichtbar) oder doppelt gelegter schwarzer Nähfaden
  • Kleber — 1 Heißklebestick oder 1 Flasche Bastelkleber
    Heißkleber (schnell, nur für Erwachsene) oder Bastelkleber (30 min Trockenzeit)
  • Klebestift — 1
    zum Aufkleben der Papiervorlagen auf den Karton
  • Klebeband — 1 Rolle
    durchsichtig, zum Verstärken der Flügellöcher und zum Befestigen der Fäden
  • Farbe oder schwarzer Filzstift — 1
    schwarze Tempera- oder Acrylfarbe oder ein dicker Permanentmarker, für die Fledermaus
  • Weißes Papier und roter Filzstift — ein kleines Stück
    für die Augen und die Eckzähne
  • 5-Cent-Münze — 1 (nur bei Bedarf)
    ≈ 4 g; wird auf den Stößelfuß geklebt, wenn die Stange nur träge herunterfällt

Werkzeuge

  • Schere — die Teile, die Flügel und den Strohhalm ausschneiden
  • Cuttermesser mit Metalllineal und Schneidematte — das Fenster in der Vorderwand und die langen geraden Teile schneiden Erwachsene
  • Vorstecher oder spitzer Schaschlikspieß — die Löcher von 2–5 mm stechen (Achse, Drehpunkte, Führung, Nocke) Erwachsene
  • Heißklebepistole — die Nocke an die Achse kleben, den Kasten, den Mast und die Stange Erwachsene
  • Lineal und Bleistift — messen und die Markierungen prüfen
  • Leerer Kugelschreiber — die Falzlinien der Führung rillen
  • Pinsel — die Fledermaus anmalen

Teile und Vorlagen

  • A · Boden ×1 — Wellpappe 3 mm
  • B · Seitenwand (mit Achsloch) ×2 — Wellpappe 3 mm
  • C · Vorderwand mit Fenster ×1 — Wellpappe 3 mm
  • D · Deckel ×1 — Wellpappe 3 mm
  • G · Stangenführung (Brücke) ×1 — Wellpappe 3 mm
  • L · Exzenternocke (3 Lagen) ×3 — Wellpappe 3 mm
  • K · Kurbel (2 Lagen) ×2 — Wellpappe 3 mm
  • W · Achsscheibe ×2 — Wellpappe 3 mm
  • H · Stößelfuß (2 Lagen) ×2 — Wellpappe 3 mm
  • M · Mast ×1 — Wellpappe 3 mm
  • N · Stütze (Winkel des Masts) ×2 — Wellpappe 3 mm
  • E · Körper der Fledermaus ×1 — Wellpappe 3 mm
  • F · Flügel (rechts; den linken mit umgedrehter Vorlage) ×2 — dünner Karton (Müslischachtel)
  • T · Fadenquerstück ×1 — Wellpappe 3 mm
  • P · Führungsstrohhalm ×1 — Strohhalm
  • X · Achse ×1 — Schaschlikspieß
  • V · Stößelstange ×1 — Schaschlikspieß
  • J · Kurbelgriff ×1 — Schaschlikspieß
  • Q · Flügelfäden ×2 — Faden

🔒 Vorlagen in Originalgröße, Baupläne und Teile für den 3D-Drucker: mit dem Abo bekommst du die für dieses Projekt und für alle anderen.

100 % digital: Du druckst die Vorlagen zu Hause aus und baust mit Karton. Wir verschicken nichts.

Schritt für Schritt

  1. Schneide die Kartonteile aus

    Klebe die Vorlagen mit dem Klebestift auf die Wellpappe, mit den Kartonwellen so, wie es jeder Pfeil anzeigt, und schneide die 13 dicken Teile aus: Boden A, Seitenwände B (2), Vorderwand C, Deckel D, Führung G, Nocke L (3 Scheiben von 50 mm), Kurbel K (2), Achsscheiben W (2), Fuß H (2), Mast M, Stützen N (2), Körper E und Querstück T.

    Wellen
    1 Trage Klebestift auf den Karton auf und klebe die Vorlagen auf
    L50 mm
    2 Schneide jedes Teil an der durchgezogenen Linie aus, wie die Scheibe L
    BBCADGLH13 dicke Teile
    3 Halte die Teile für Kasten, Nocke und Fuß bereit
    Prüfe: Die 3 Nockenscheiben messen 50 mm und die 2 Seitenwände B 90 × 110 mm.
    Tipp: Schneide zuerst die großen Teile aus und leg die kleinen (Nocke, Achsscheiben, Fuß) in einen Becher, damit sie nicht verloren gehen.
  2. Schneide das Fenster und stich die Löcher Erwachsene

    Schneide mit Cuttermesser und Lineal das Fenster von 56 × 60 mm in Wand C. Stich mit dem Vorstecher das 4-mm-Achsloch in jede Seitenwand B, das 5-mm-Loch in Deckel D und Führung G und das außermittige 3-mm-Loch in jede Nockenscheibe L.

    C5660
    1 Schneide mit Cuttermesser und Lineal das 56 × 60 mm große Fenster
    RadiergummiBØ 4 mm
    2 Stich die Löcher, indem du den Vorstecher auf einem Radiergummi drehst
    Lstramm12 mm außermittig
    3 In der Nocke sitzt der Spieß stramm im Loch
    Prüfe: Der Spieß dreht sich locker in den Löchern von B und sitzt stramm in denen der Nocke.
    Tipp: Leg den Karton auf einen großen Radiergummi oder ein Stück Kork und dreh den Vorstecher, bis der Spieß stramm (Nocke) oder locker (Seitenwände) hindurchpasst.
  3. Baue den Kasten Erwachsene

    Klebe die beiden Seitenwände B stehend auf den linken und rechten Rand des Bodens A (90 × 90 mm) und Wand C dazwischen an den vorderen Rand. Die Rückseite bleibt offen, damit man den Mechanismus sieht. Prüfe mit einem Geodreieck, dass die Wände im 90°-Winkel stehen.

    ABBoden A: 90 × 90
    1 Trage Heißkleber auf die Ränder des Bodens auf und klebe eine Seitenwand B an
    CBB
    2 Klebe Wand C vorne zwischen die Seitenwände, im 90°-Winkel
    45hinten offen
    3 Die beiden Löcher liegen sich gegenüber, 45 mm über dem Boden
    Prüfe: Die Achslöcher der beiden Seitenwände liegen auf gleicher Höhe (45 mm über dem Boden) genau gegenüber: Ein Spieß geht gerade durch beide hindurch.
  4. Klebe die Stangenführung ein Erwachsene

    Rille mit dem leeren Kugelschreiber die beiden Falzlinien der Führung G und falte die 15-mm-Laschen nach unten. Schieb die Führung von hinten in den Kasten und klebe die Laschen auf die Markierungen der Seitenwände, mit der Oberseite 95 mm über dem Boden und dem Loch in der Mitte.

    G1515
    1 Rille die beiden Falzlinien von G 15 mm von jedem Ende
    95 mmvon hintenG
    2 Klebe die Laschen innen an die Seitenwände, auf 95 mm
    Ansicht von obenvorne
    3 Von oben liegt das Loch von G in der Mitte
    Prüfe: Von oben gesehen liegt das Loch von G in der Mitte des Kastens (45 mm von jeder Seitenwand und von vorne).
  5. Baue die Nocke

    Fädle die 3 Scheiben L mit ihrem außermittigen Loch auf ein Stück Spieß, richte die Ränder und die Markierung der drei Lagen aus und klebe sie mit Kleber oder Heißkleber zusammen. Zieh den Spieß heraus, bevor alles ganz trocken ist. So entsteht eine Nocke von 50 mm und 9 mm Dicke.

    L× 3
    1 Fädle die 3 Scheiben durchs Loch auf und klebe sie ausgerichtet
    1337L37 − 13= 24 mm
    2 Prüfe: 13 mm auf der kurzen Seite und 37 mm auf der langen
    Prüfe: Miss vom Loch bis zum Rand: 13 mm auf der kurzen Seite und 37 mm auf der langen (der Unterschied, 24 mm, ist das, was die Stange steigen wird).
    Tipp: Drück die drei Scheiben mit Wäscheklammern zusammen, während der Kleber trocknet.
  6. Baue die Achse mit der Nocke ein Erwachsene

    Steck den 110-mm-Spieß durch das Loch der linken Seitenwand, fädle innen im Kasten die Nocke auf und führe den Spieß durch die rechte Seitenwand wieder hinaus, sodass rechts 12 mm und links 8 mm überstehen. Setz die Nocke in die Mitte (innen 37,5 mm von jeder Seitenwand) und klebe sie mit Heißkleber an die Achse.

    XNocke L innen110 mm
    1 Steck die Achse durch eine Seitenwand, fädle die Nocke auf und führ sie durch die andere hinaus
    37,537,59L
    2 Setz die Nocke mittig zwischen die Seitenwände und klebe sie mit Heißkleber an die Achse
    L8Wand C
    3 Dreh die Achse: Die Nocke berührt weder Boden noch Wand
    Prüfe: Drehst du die Achse mit den Fingern, dreht sich die Nocke, ohne den Boden (8 mm Abstand) oder die Vorderwand (5 mm) zu berühren.
    Tipp: Wenn die Nocke auf dem Spieß wackelt, wickle vor dem Einstecken einmal Klebeband um den Stab und gib dann den Heißkleber dazu.
  7. Bring die Kurbel und die Achsscheiben an Erwachsene

    Klebe die 2 Lagen der Kurbel K zusammen. Steck den 35-mm-Spieß in ihr äußeres Loch, klebe ihn fest und schieb die 25-mm-Hülse aus Strohhalm darüber. Klebe außen an jeder Seitenwand eine Achsscheibe W auf die Achse, mit 1 mm Spiel, und klebe die Kurbel außerhalb der rechten Achsscheibe auf die Achse.

    KJ442 Lagen
    1 Klebe die 2 Lagen von K und den Griff J mit seiner Strohhalmhülse
    BScheibe WKurbel KPapier: Spiel
    2 Klebe die Achsscheibe W mit Papier als Abstand und die Kurbel außen an
    mit einem Finger
    3 Die Kurbel dreht sich locker, und die Achse rutscht nicht zur Seite
    Prüfe: Die Kurbel dreht sich mit einem Finger, die Achse rutscht nicht zur Seite, und die Griffhülse dreht sich locker.
    Tipp: Leg beim Trocknen einen gefalteten Papierstreifen zwischen Achsscheibe und Seitenwand: Ziehst du ihn heraus, bleibt genau das richtige Spiel.
  8. Schließ den Deckel und klebe den Mast auf Erwachsene

    Klebe den Deckel D auf die Wände, mit dem als VORNE markierten Rand auf Wand C. Klebe den Mast M stehend auf seine Markierung, die beiden Stützen N davor und hinter den Mast den 60 mm langen Führungsstrohhalm P, stehend genau über dem Loch im Deckel.

    DVORNE
    1 Klebe den Deckel D auf die Wände, mit VORNE über C
    LMast MHalm PLochSeitenschnitt
    2 Klebe den Mast M und dahinter den Strohhalm P über das Loch
    LFührung G
    3 Ein Spieß gleitet gerade durch Strohhalm, Deckel und Führung
    Prüfe: Ein Spieß, den du in den Strohhalm steckst, gleitet gerade nach unten und läuft durch das Loch im Deckel und das der Führung G, ohne zu streifen.
  9. Steck die Stange ein und klebe den Fuß an Erwachsene

    Dreh die Kurbel, bis die kurze Seite der Nocke oben ist. Steck die 170-mm-Stange V von oben durch Strohhalm, Deckel und Führung. Klebe die 2 Lagen des Fußes H zusammen und setz den Fuß durch die hintere Öffnung mit einem Tropfen Heißkleber auf das untere Ende der Stange.

    LVkurze Seite oben
    1 Mit der Nocke unten steckst du die 170-mm-Stange V von oben ein
    Hdurch die hintere Öffnung
    2 Setz den Fuß H mit einem Tropfen Heißkleber auf das untere Ende
    L24
    3 Dreh die Kurbel: Die Stange steigt und sinkt um 24 mm
    Prüfe: Mit der Nocke unten ragt die Stangenspitze etwa 59 mm über den Mast hinaus; drehst du die Kurbel, steigt und sinkt sie um 24 mm.
    Tipp: Klebe den Fuß im rechten Winkel zur Stange: Sitzt er schief, streift er mit einem Rand an der Nocke.
  10. Bereite die Fledermaus vor

    Schneide die 2 Flügel F aus dem schwarz bemalten dünnen Karton aus (einen mit der Vorlage richtig herum, den anderen umgedreht) und male den Körper E an. Klebe die Augen aus weißem Papier auf und zeichne Mund und Eckzähne. Verstärke die Löcher der Flügel mit Klebeband und stich sie: 3 mm am Drehpunkt und 2 mm für den Faden.

    bemalter dünner Karton15 min trocknen
    1 Male den dünnen Karton für Flügel und Körper schwarz an
    FF umgedreht
    2 Schneide die 2 Flügel aus: einen mit der Vorlage richtig herum, einen umgedreht
    3 mm2 mmE
    3 Bring Augen und Eckzähne an und stich die mit Klebeband verstärkten Löcher
    Prüfe: Die beiden Flügel sind spiegelgleich, und jeder hat seine zwei Löcher am oberen Rand, 25 mm voneinander entfernt.
    Tipp: Für eine freundlichere Fledermaus mach die Augen groß (Ø 9 mm) mit nach oben blickenden Pupillen.
  11. Befestige die Flügel mit Musterbeutelklammern

    Leg jeden Flügel hinter den Körper, mit seinem Drehpunktloch über dem Schulterloch. Steck eine Musterbeutelklammer von vorne hindurch, biege die Beinchen hinten nach oben und unten auf und lass 1 mm Spiel, damit der Flügel durch sein Gewicht von allein herunterfällt.

    Flügel hintenE
    1 Leg den Flügel hinter die Schulter und steck die Klammer von vorne durch
    von hinten1 mm Spiel
    2 Biege hinten die Beinchen nach oben und unten auf, ohne festzudrücken
    fällt frei
    3 Heb den Flügel an und lass ihn los: Er muss von allein fallen
    Prüfe: Heb einen Flügel mit dem Finger an und lass ihn los: Er muss von allein herunterfallen, bis er hängt. Bleibt er oben, lockere die Beinchen.
    Tipp: Leg einen Streifen Fotokarton zwischen Klammerkopf und Körper, während du die Beinchen umbiegst; nimm ihn danach heraus.
  12. Klebe den Körper auf den Mast Erwachsene

    Klebe den Körper E vorne auf den Mast, mittig und mit den unteren 20 mm des Körpers über der Mastspitze. Die Flügel müssen hinter dem Körper frei bleiben und dürfen weder Mast noch Stange berühren.

    M20
    1 Trage Kleber auf die oberen 20 mm des Masts auf und klebe den Körper vorne an
    25
    2 Die Schultern liegen 25 mm über dem Mast, und die Flügel sind frei
    Prüfe: Die Schultern (Musterbeutelklammern) liegen 25 mm über der Mastspitze, und die Flügel lassen sich von Hand heben und senken, ohne zu streifen.
  13. Bring das Querstück und die Fäden an

    Klebe das 90 mm lange Querstück T vorne an die Stangenspitze, mittig und waagerecht. Binde einen 15-cm-Faden an das Loch an jedem Ende des Querstücks und das andere Ende an das 2-mm-Loch seines Flügels, sodass zwischen den beiden Löchern etwa 40 mm Faden bleiben.

    TV76
    1 Klebe das Querstück T mittig und waagerecht an die Stangenspitze
    ≈ 40 mmFlügel F
    2 Binde den Faden an den Flügel und fixiere die Länge am Querstück mit Klebeband
    Prüfe: Mit der Nocke unten sind beide Fäden gespannt, und die Flügel hängen gleich tief.
    Tipp: Binde den Faden zuerst mit einem Doppelknoten am Flügel fest und fixiere die Länge am Querstück mit einem Stückchen Klebeband: So kannst du sie noch anpassen.
  14. Einstellen und testen

    Stell mit der Nocke unten jeden Faden so ein, dass die Flügelspitze etwa 5 cm unter der Schulter liegt. Dreh die Kurbel langsam: Bei jeder Umdrehung müssen die Flügel bis etwa 5 cm über die Schulter steigen und wieder sinken. Wenn es funktioniert, sichere die Fäden mit einem Knoten.

    5 cmNocke unten
    1 Mit der Nocke unten liegt die Flügelspitze 5 cm unter der Schulter
    5 cm
    2 Dreh die Kurbel: Die Flügel steigen 5 cm über die Schulter
    Schönes Halloween!
    3 Gestalte den Kasten als Spukturm und los geht der Flug
    Prüfe: Bei einer Umdrehung pro Sekunde flattert die Fledermaus einmal pro Sekunde, mit beiden Flügeln gleichzeitig und ohne dass die Stange klemmt.
    Tipp: Für die passende Stimmung male den Kasten dunkellila mit Sternen und einem Mond an und klebe ein Spinnennetz aus Wolle in eine Ecke.

Funktioniert es? Der Test

Halte den Kasten mit einer Hand auf dem Tisch fest und dreh die Kurbel in verschiedenen Takten: 1 Umdrehung alle 2 Sekunden, 1 Umdrehung pro Sekunde und so schnell du kannst. Miss mit einem Lineal, wie weit die Spitze eines Flügels steigt.

Was passieren soll: Bei jeder Kurbelumdrehung steigt und sinkt die Stange um 24 mm, und die Flügel bewegen sich von etwa 29° unter der Waagerechten bis etwa 29° darüber (insgesamt 57°): Die Flügelspitze legt etwa 10 cm zurück. Bis etwa 2–3 Umdrehungen pro Sekunde (Schätzung) halten die Flügel den Takt; schneller haben Stange und Flügel keine Zeit herunterzufallen, und das Flattern wird kurz und unregelmäßig.

Wenn etwas nicht klappt

  • Die Flügel gehen hoch, fallen aber nicht wieder herunter — Musterbeutelklammern zu fest: Die Reibung ist stärker als das Gewicht des Flügels. Lösung: Öffne die Beinchen der Klammer ein wenig und weite das Flügelloch auf 4 mm. Der Flügel muss von allein fallen, wenn du ihn loslässt.
  • Die Stange bleibt oben hängen oder rutscht ruckartig herunter — Sie streift im Strohhalm, im Deckel oder in der Führung (Löcher nicht fluchtend oder Stange krumm), oder sie ist zu leicht. Lösung: Weite das streifende Loch auf 5 mm, ersetze den Spieß durch einen geraden und klebe bei Bedarf eine 5-Cent-Münze auf den Fuß H.
  • Die Nocke dreht sich, aber die Stange steigt nicht — Die Nocke hat sich gelöst und rutscht auf der Achse durch, oder das Loch wurde in die Mitte der Scheibe gestochen. Lösung: Klebe die Nocke erneut mit Heißkleber fest. Prüfe, dass das Loch 12 mm vom Mittelpunkt entfernt ist (13 mm vom nächsten Rand).
  • Ein Flügel steigt höher als der andere — Die Fäden sind unterschiedlich lang, oder das Querstück ist schief. Lösung: Gleiche mit der Nocke unten beide Fäden an, bis beide Spitzen auf gleicher Höhe sind, und richte das Querstück gerade aus.
  • Die Kurbel lässt sich schwer drehen, oder die Achse wandert zur Seite — Achsscheiben direkt an die Seitenwände geklebt, oder die Nocke streift am Boden oder an der Vorderwand. Lösung: Löse eine Achsscheibe und klebe sie mit 1 mm Spiel wieder an. Prüfe, dass die Nocke mittig und auf 45 mm Höhe sitzt.
  • Der Kasten verrutscht beim Drehen — Er ist sehr leicht, und die Kurbel zieht ihn mit. Lösung: Halte ihn mit der anderen Hand fest oder leg ein paar Münzen oder ein Stück Knete hinein, auf den Boden hinter die Nocke.
  • Der Fuß bleibt am Rand der Nocke hängen — Fuß schief oder außermittig geklebt, sodass die Nocke seinen Rand berührt. Lösung: Löse ihn und klebe ihn flach und mittig wieder an: Der 36-mm-Fuß lässt auf jeder Seite des Berührungspunkts 6 mm Rand.

Sicherheit

  • Das Cuttermesser für das Fenster und den Vorstecher benutzt ein Erwachsener, auf einer Schneidematte und mit der anderen Hand weit weg von der Spitze.
  • Die Heißklebepistole verbrennt die Haut: Ein Erwachsener benutzt sie und lässt jeden Tropfen 1 Minute abkühlen, bevor man ihn berührt.
  • Schneide die Spitzen der Schaschlikspieße ab, bevor du sie den Kindern gibst: Achse und Stange bleiben ohne Spitze.
  • Musterbeutelklammern und Achsscheiben sind Kleinteile: Bewahre sie außer Reichweite von Kindern unter 3 Jahren auf.
  • Halte das Gesicht von der Stange fern, während du die Kurbel drehst: Sie schießt plötzlich 24 mm hoch.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Die Nocke ist eine Scheibe, deren Loch nicht in der Mitte ist. Wenn sie sich dreht, ist der Rand mal nah an der Achse und mal weit weg, wie bei einem Rad mit einer Beule. Die Stange liegt oben auf: Wenn die lange Seite oben vorbeikommt, schiebt sie die Stange hoch, und wenn die kurze kommt, fällt die Stange durch ihr Gewicht herunter. Die Stange zieht an zwei Fäden, die die Flügel heben, und die Flügel sinken von allein, weil sie etwas wiegen. So wird aus einer Drehung deiner Hand ein Flügelschlag.

Für Erwachsene

Es handelt sich um einen Nocke-Stößel-Mechanismus mit Exzenternocke (Scheibe mit R = 25 mm, die sich um einen Punkt e = 12 mm neben ihrem Mittelpunkt dreht) und Flachstößel mit Translationsbewegung (der Fuß H, Ø 36 mm). Beim Flachstößel ist der Hub genau s(φ) = e·(1 − cos φ): eine harmonische Bewegung mit dem Hub 2e = 24 mm, ohne Rastphasen, pro Kurbelumdrehung. Die Höhe des höchsten Punkts der Nocke über der Achse schwankt zwischen R − e = 13 mm und R + e = 37 mm; mit der Achse 45 mm über dem Boden lässt die Nocke unten 8 mm frei, und der Fuß (6 mm) reicht höchstens bis 88 mm, unterhalb der Führung G (92 mm). Der Berührungspunkt verschiebt sich seitlich um e·sin φ, bis zu ±12 mm, deshalb misst der Fuß 36 mm (6 mm Rand). Bei flacher Stößelfläche ist der Druckwinkel 0°: Die Kraft der Nocke wirkt immer senkrecht (abgesehen von der Reibung), sodass die Stange kaum in ihren Führungen klemmt, also in der Führung G, dem Deckel D und dem 60-mm-Strohhalm. Die Rückstellung erfolgt durch die Schwerkraft: Die Stange mit Fuß und Querstück wiegt etwa 3 g und jeder Flügel aus dünnem Karton ≈ 1,5 g, mit dem Schwerpunkt etwa 45 mm vom Drehpunkt; das Drehmoment jedes Flügels (1,5 g × 45 mm) überträgt sich auf den Faden, der bei r = 25 mm vom Drehpunkt angebunden ist, mit einer Zugkraft von ≈ 2,7 g, sodass die Nocke insgesamt etwa 9 g hebt (geschätzte Werte). An den Flügeln wandelt der fast senkrechte Faden den Hub in eine Drehung um: 25·(sin θmax − sin θmin) = 24 mm → sin θ = ±0,48 → θ = ±29°, etwa 57° pro Flügelschlag; die Spitze, 100 mm vom Drehpunkt entfernt, steigt und sinkt um ±48 mm. Wird der Faden näher am Drehpunkt angebunden (kleineres r), ergibt sich beim gleichen Hub ein größerer Winkel, aber es braucht mehr Kraft, und unter r = 12 mm würde der Flügel überschlagen. Geschwindigkeitsgrenze (Schätzung): Die Stange fällt die 24 mm in t = √(2h/g) ≈ 0,07 s, und der Flügel, der sich wie ein physikalisches Pendel mit etwa 0,5 s Periode verhält, braucht ≈ 0,15 s zum Absinken; solange die abwärts gerichtete halbe Umdrehung länger dauert (≲ 3 Umdrehungen/s), löst sich der Stößel nicht von der Nocke. Das nötige Drehmoment an der Kurbel ist sehr klein: F·e·sin φ ≈ 0,09 N × 12 mm ≈ 1 mN·m, etwa 2–3 g Kraft am Griff bei 44 mm; fast der gesamte tatsächliche Kraftaufwand ist Reibung in Achse und Führungen.

  • Nocke: Teil, das sich dreht und durch seine Form ein anderes Teil auf und ab schiebt.
  • exzentrisch: dreht sich um einen Punkt, der nicht sein Mittelpunkt ist.
  • Stößel: die Stange mit Fuß, die auf der Nocke aufliegt und ihre Bewegung nachmacht.
  • Hub: Abstand zwischen dem tiefsten und dem höchsten Punkt, den der Stößel erreicht (hier 24 mm).
  • Drehpunkt: Punkt, um den sich ein Teil dreht; hier die Musterbeutelklammer an der Schulter.
  • Automat: Figur, die sich dank eines versteckten Mechanismus von allein bewegt.

Nach Alter

  • 5–7 Jahre: Der Erwachsene schneidet alle Teile aus, schneidet das Fenster, sticht die Löcher, baut den Kasten und klebt Nocke und Mast. Das Kind malt die Fledermaus an, klebt ihr die Augen auf, setzt mit Hilfe die Musterbeutelklammern ein und dreht die Kurbel, um den Mechanismus durch das Fenster zu entdecken.
  • 8–10 Jahre: Kompletter Aufbau mit einem Erwachsenen für Cuttermesser, Vorstecher und Heißkleber. Lass sie die Nocke (13 und 37 mm) selbst messen, bevor sie sie einbauen, und die Fäden einstellen, bis beide Flügel gleich hoch steigen.
  • 11–12 Jahre: Lass sie vor dem Testen den Hub (2 × Exzentrizität) und den Flügelwinkel berechnen und mit einem Winkelmesser überprüfen. Challenge: eine zweite Nocke entwerfen, damit die Fledermaus zusätzlich den Kopf dreht oder das Maul öffnet.

In der Gruppe oder in der Klasse

Zu zweit (einer hält, einer klebt), 12 Automaten für eine Klasse mit 24 Kindern. Vorher: die Kastenteile ausdrucken und ausschneiden, die Fenster schneiden, alle Löcher stechen, die Schaschlikspieße (110, 170 und 35 mm) und die Strohhalme (60 und 25 mm) zuschneiden und die Flügelplatten am Vortag schwarz anmalen. Einheit von 2 × 60 min: in der ersten Kasten, Nocke und Achse (mit 2 Heißklebestationen unter Aufsicht von Erwachsenen); in der zweiten Mast, Stange, Fledermaus und Einstellen der Fäden. Zum Abschluss eine Fledermausparade und die Frage, was mit einer mittigen Nocke passieren würde.

Challenges

  • Tausche die Nocke gegen eine mit 6 mm und eine mit 15 mm Exzentrizität aus und vergleiche, wie stark jede flattert.
  • Füge auf derselben Achse eine zweite, um 90° verdrehte Nocke hinzu, die neben der Fledermaus einen Kürbis oder einen Mond auf und ab bewegt.
  • Gestalte den Kasten als Spukturm: Male ihn lila an, schneide gelbe Fenster aus und klebe einen Mond aus Fotokarton hinter die Fledermaus.
  • Baue eine Kolonie aus 3 Fledermäusen in einem längeren Kasten, mit 3 Nocken, die um je 120° verdreht sind, damit sie nacheinander flattern.
  • Setz statt der Kurbel einen Getriebemotor (3–6 V) ein, damit sie von allein flattert, mit höchstens 2 Umdrehungen pro Sekunde.

Weitere kostenlose Projekte

Alle Projekte ansehen