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Homepage > Aktivitäten > Mechanik > Bewegung > Ich bin öko-mobil! > Große Erfindungen > 4: Die Eisenbahn > Funktionsweise einer Dampflokomotive

4.6: Funktionsweise einer Dampflokomotive

Autor/inn/en:
Publikation: 9.3.2015
Lernstufe: 3
Übersicht: Es wird die Funktionsweise einer Dampflokomotive – Dampfmotor + Pleuel-Kurbel-System – erörtert.
Angestrebte Kenntnisse: Die (kontinuierliche) Hin-und-her-Bewegung des Kolbens treibt die Räder an.
Wortschatz: geradlinige Bewegung
Dauer: 45 Minuten
Material: Für jeden Schüler:
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Untersuchung anhand des Arbeitsblattes 12 (Einzelarbeit)

Die Schüler arbeiten mit dem Arbeitsblatt 12 (Funktionsweise einer Dampfma­schine). Sie versehen die schematische Zeichnung der Dampfmaschine mit einer Legende und erläutern, wie sich der Kolben und das Rad bewegen. Bei Schwie­rigkeiten mit dem Vokabular hilft die Lehrerin bei der Wortwahl.

Gemeinsame Erörterung und Zusammenfassung

Die von den Schülern geschriebenen Legenden der Zeichnung werden bespro­chen. Anschließend werden die Schüler aufgefordert, gemeinsam einen zusam­menfassenden Text zur Funktionsweise der Dampfmaschine zu formulieren. Dieser Text stellt auch die Schlussfolgerung der Unterrichtsstunde dar.

Beispiel: Im Kessel wird Wasser erhitzt, damit Dampf entsteht. Der Druck des Dampfes setzt einen Kolben in Bewegung, der mit einem Antriebsrad verbunden ist. Die andauernde Hin-und-her-Bewegung des Kolbens treibt das Rad an.

Die beiden folgenden interaktiven Animationen – zur Funktionsweise einer Dampfmaschine und zur Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung beim Radantrieb einer Lokomotive – sind der französischen Originalseite des Projekts entnommen. Sie sind auch ohne Französischkennt­nisse sehr anschaulich. Das Textfenster einfach schließen und den franzö­sischen Legendentext mit einem Klick auf den Knopf "abc" entfernen.

Animation zur Funktionsweise der Dampfmaschine

Abb. 1: Funktionsweise einer Dampfmaschine. Mit dem Cursor oben links lässt sich die Temperatur im Heizkessel verändern.

Animation zur Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung beim Radantrieb einer Lokomotive

Abb. 2: Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung beim Radantrieb einer Lokomotive. Auch hier kann mit dem Cursor wieder die Tempe­ratur im Heizkessel verändert werden.

Wissenschaftliche Anmerkungen

In Abb. 1 ist James Watts Dampfmaschine zu sehen. Mit dem Fliehkraft­regler (auch Watt'scher Regler genannt, weil er von Watt aus dem Mühlen­bau für die Dampfmaschine übernommen wurde) wird die Geschwindigkeit (die Drehzahl) der Dampfmaschine geregelt. Der Fliehkraftregler wird über einen Treibriemen vom Rad in Bewegung gesetzt. Je höher die Geschwindig­keit der Drehachse des Fliehkraftreglers, desto höher steigen die beiden Kugeln und der mit den Kugeln über einen "Kniehebel" verbundene Ring (was man in der Animation sehr schön sehen kann). Der Ring ist seinerseits über eine Schnur bzw. ein Kabel mit dem Ventil verbunden, das die Dampfzufuhr zum Kolben reguliert. Über die Masse der Kugeln und die Länge der Hebel­arme lässt sich die Drehzahl des Rads einstellen, die wiederum die Drehge­schwindigkeit des Fliehkraftreglers bestimmt, und so weiter und so fort. Es handelt sich hier um einen Rückkopplungsmechanismus.

Mögliche Erweiterung

In den letzten vier Unterrichtsstunden wurde untersucht, wie eine Dampfma­schine funktioniert. Da es heutzutage kaum noch Dampflokomotiven gibt, ist es für die Schüler sicher interessant, etwas über die Elektrifizierung der Bahn in Erfahrung zu bringen. Für den Personentransport wurden ab 1880 immer häufi­ger elektrisch betriebene Züge (bzw. Straßenbahnen oder U-Bahnen) einge­setzt.

Die Schüler können zum Beispiel die Energieversorgung einer Elektrolokomotive schematisch darstellen und anschließend mithilfe ihrer Kenntnisse über Stromkreise ein Modell bauen. Im Modell sind die Oberleitung und die Schienen über "Zuleitungen" (Kabel) mit dem Kraftwerk (der Batterie) verbunden. Die Schienen bilden die Rückleitung und schließen den Stromkreis.

Arbeitsblatt zur Energieversorgung von Lokomotiven

Abb. 3: Arbeitsblatt zur Energieversorgung von Lokomotiven [1]. Für ein "leeres" Arbeitsblatt auf das Bild klicken. Quelle für die drei Lokomotivbilder: Wikimedia Commons: M. J. Richardson (CC BY-SA 2.0), Noben k (CC BY-SA 3.0) und Alaric Favier (CC BY-SA 3.0)


Fußnote

1: Abb. 3: 6. Klasse von Sophie Gouet (Paris)

Letzte Aktualisierung: 12.7.2016

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