Arbeitshilfen für erfolgreichen Technikunterricht. Umformung der linearen Bewegung in eine Kreisbewegung mit Kurbelwelle - Pleuel - Kolben

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1 Heiner Prüser UE 11 Arbeitshilfen für erfolgreichen Technikunterricht V i e r t a k t - O t t Klasse 8 Die Schüler sollen das Funktionsprinzip des Viertakt-Otto-Motores kennen lernen und die Bewegungsumformung in einem Funktionsmodell anwenden. Dabei kann jeder Schüler die Zylinderzahl variieren: 2, 4, 6, 8-Zylinder als Boxer-, Reihen, V-Motor. Umformung der linearen Bewegung in eine Kreisbewegung mit - - Kolben ca. 8 h gekürzte Version für den kostenlosen download (ohne Sachinformation auf Seite 2 bis 7)

2 Sachinformation Viertakt-Otto-Motor Zündkerze V e n t i 4 V e r g a s e r Katalysator / Auspuff Zylinder Kolbenring Kolben stange 2 3 Ölwanne 9

3 Funktionsweise des Viertakt-Otto-Motors Auspuff Einlassventil V e r g a s e r Ansaugtakt Durch die Verbrennung eines Benzin-Luft-Gemisches im Zylinder des Motors wird ein Kolben auf- und abbewegt. Diese Hin- und Herbewegung wird über stange und in eine Drehbewegung umgewandelt. Der Motor arbeitet in vier Takten. (Takt = der Zeitraum für eine Bewegung des Kolbens von "Totpunkt" zu Totpunkt.) Totpunkt: In diesem Punkt ist die Kolbenbewegung "tot"; für einen kurzen Zeitraum bewegt sich der Kolben nicht mehr. 1. Takt - Ansaugen: Zu Beginn des 1. Taktes öffnet sich das Einlassventil. Während sich der Kolben nach unten bewegt, saugt er ein Benzin-Luft- Gemisch in den Zylinder. Dieses wird im Vergaser erzeugt, der in der Ansaugleitung liegt. 2. Takt: Wenn sich der Kolben an seinem tiefsten Punkt befindet, schließt sich das Einlassventil. Der Kolben gleitet nach oben und drückt das Benzin-Luft- Gemisch zusammen (er komprimiert das Gas). Dabei V e r d i c h t u n g s t a k erhitzt t es sich. Arbeitstakt 3. Takt: Ist der Kolben im höchsten Punkt, springt an der Zündkerze ein Funke über. Dadurch entzündet sich das Gemisch und verbrennt. In den Verbrennungsgasen entsteht ein Druck von ca. 50 bar und eine Temperatur von etwa 1500 C. Der Kolben wird mit großer Wucht nach unten gedrückt. Die Verbrennungsgase dehnen sich aus und kühlen dabei ab. Auslassventil Auspuff Auspufftakt 4. Takt : Das Auslassventil öffnet sich. Der Kolben gleitet nach oben und schiebt die V e r b r e n n u n g s g a s e a u s d e m Z y l i n d e r Bei modernen Fahrzeugen sitzt dazwischen noch der Katalysator, der den Schadstoffausstoß verringert. Nun beginnt der Vorgang wieder bei Takt 1. Nur in einem Takt verrichtet der Kolben Arbeit. In den anderen drei Takten muss er angetrieben werden: Bei Einzylindermotoren sorgt dafür ein Schwungrad. Bei Mehrzylindermotoren wechseln sich die Arbeitstakte der verschiedenen Zylinder so ab, dass immer ein Zylinder arbeitet. 10

4 Schülerarbeitsblatt Z y li n de r b l ock Hubkolbenmaschine Baue ein Kurbelgetriebe! Arbeitsanweisung: Bohrung 2,5 mm O Grundplatte ca. 8 x 15 cm Biege eine mit der Flachzange (Schweißdraht 2 mm Durchmesser). V e r s u c h e, s i e m ö g l i c h s t k l e i n z (Zangenbreite = Abstand zur nächsten Biegung) Die Exzenter sollten gleich groß sein! Schmiede den Schweißdraht (2 mm O ) für die nlager am Ende platt, bis eine Bohrung von 2,5 mm O hineinpasst. Ankörnen, bohren; am Lager zurecht- feilen. Kolben S t e l l e d i e P l e u e l a u f d i e g l e i c h e W e i Beide müssen gleich lang sein; die plattgeschmiedeten Enden müssen in derselben Ebene liegen. Durchbohre den Rundstab (8 mm O ) nahe am Ende mit 2 mm O. Säge einen Schlitz für das lager; befestige das mit einem Bolzen aus Schweißdraht 2 mm O. Bolzen Sichere die auf der mit aufgelöteten Muttern M3 vorm Verrutschen. Bohre die Zylinder in den Motorblock (ca. 9 mm O ); achte auf den richtigen Abstand der Bohrungen (wie Abstand der auf der ). Bohre für die n zwei Löcher in die Grundplatte mit 2 mm O. 1 1

5 Zusatzhinweise Schülerarbeitsblatt Baue ein Motormodell! S t ü t z e a u s S c h w e i ß d r a h t 2 m m Z y li nd er block stange Kolben aus Bucherundstab 8 mm oder 10 mm Bohrung 2 mm Arbeitsanweisung: Halte die Reihenfolge ein! Grundplatte ca. 8 x 15 cm ca. 60 mm Bohrung 2,5 mm O Aufsicht durch den Lehrer beim Bohren! beschneiden mit der Uhrmacherblechschere Schmiede den Schweißdraht (2 mm O ) für die nlager am Ende platt, bis eine Bohrung von 2,5 mm O hineinpasst: Nimm ein längeres Drahtstück und lege das Drahtende auf den Amboss (oder Schraubstock) und schmiede so mit der Hammerbahn, dass eine glatte Fläche entsteht: Wenn das Ende breit genug geschmiedet ist, setze den Körner an und schlage mit dem Hammer auf den Körner. Jetzt wird das Loch gebohrt: Eine schmale Leiste im Maschinenschraubstock einspannen und das zu bohrende Ende auflegen. Beim Bohren Schutzbrille tragen; nur mäßig Druck beim Bohren ausüben. Achtung, zum Schluss kann sich der Bohrer im Bohrloch verkanten und schleudert dann den Draht mit herum! Nach dem Bohren schneidet man mit der Blechschere noch überstehende Blechteile ab und entfernt alle Grate mit der Metallfeile. 12

6 Zusatzhinweise Schülerarbeitsblatt 2 Baue ein Motormodell! stangen ca. 80 mm Bohrung 2,5 mm O S t e l l e d i e P l e u e l a u f d i e g l e i Die plattgeschmiedeten Enden müssen in derselben Ebene liegen. Alle müssen gleichlang sein! Jetzt entscheide Dich, welchen Motortyp Du bauen willst! Ist Dir bisher alles gut gelungen, kannst Du einen Vierzylinder-Motor bauen. Biege eine mit der Flachzange (Schweißdraht 2 mm Durchmesser). V e r s u c h e, s i e m ö g l i c h s t k l e i n (Zangenbreite = Abstand zur nächsten Biegung) Die Exzenter sollten gleich groß sein! Kurbel Exzenter Kolben Bucherundstab 8 mm Bucherundstab 10 mm Bohrung 2,5 mm O Durchbohre den Rundstab nahe am Ende mit 2 mm. Säge einen Schlitz für das lager (2 Sägeschnitte parallel zueinander; mit der Laubsäge das Holz quer heraussägen.) Befestige das mit einem Bolzen aus Schweißdraht 2 mm. Der Kolbenbolzen darf nicht aus dem Kolben herausstehen; deshalb sägt man ihn mit der Metallsäge etwas kürzer ab. Lötstelle Kurbel Sichere die auf der mit aufgelöteten Muttern M3 vorm Verrutschen. (Achtung nur außen löten!) Bohre die Zylinder in den Motorblock 1 mm größer als Kolbenstärke. Achte auf den richtigen Abstand der Bohrungen (wie Abstand der auf der ). Bohre für die n zwei Löcher in die Grundplatte mit 2 mm O. 13

7 erhöhter Schwierigkeitsgrad Schülerarbeitsblatt Hubkolbenmaschine Zylinderb l ock Stern-Motor Draufsicht Vi e r z y l i n d e r - B o x e r m o t o r Seitenansicht Seitenansicht Draufsicht Vi e r z y l i n d e r - R e i h e n m o t o r V - M o t o r Seitenansicht 14

8 W e r k b e i s p i e Vierzylinder - Boxermotor Vierzylinder - Reihenmotor 15