Hinweise

Bau einer Wärmekraftmaschine: Bau einer Weihnachtspyramide.

Hier wird der Bau einer Wärmekraftmaschine (Weihnachtspyramide) vorgestellt, da daran gut unterschiedliche Einflussfaktoren auf die Drehgeschwindigkeit des Rotors gezeigt und einzeln untersucht werden können:

Anstellwinkel der Flügel
Anzahl der Flügel
Anzahl der Kerzen
Entfernung der Kerzen vom Rotorblatt
Kerzenposition
u.a.

Über die unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten des Rotors kann man die unterschiedliche Energieübertragungseffizienz untersuchen. Dies ist in Videos auch gut dokumentierbar. Die Umlaufdauer des Rotors kann auch aus den Videos heraus bestimmt werden.
Von Bausätzen, die einen festen Anstellwinkel der Rotorblätter vorsehen, wird abgeraten, da dabei keine Variation der Anstellwinkel und dadurch keine weitergehende Untersuchung vorgenommen werden kann.
Da eine solch differenzierte Untersuchung bei einem selbstgebauten Fahrzeug nicht so leicht umsetzbar ist, haben wir uns gegen ein Fahrzeug entschieden. Außerdem ist dieser Bau einer Weihnachtspyramide auch im Unterrichtsgang sehr gut in das Themenfeld der inhaltsbezogenen Kompetenzen „3.1.4 Energie effizient nutzen“ integrierbar. So heißt es in den ibKs:
3.1.4 (14) an einem einfachen Beispiel beschreiben, wie Energie zielgerichtet in einem technischen Prozess genutzt werden kann (zum Beispiel Gummibandantrieb, Elektromotor, einfacher Sonnenkollektor, einfache photovoltaische Anwendung, Fahrrad, Weihnachtspyramide).

Zeitrahmen

4-6 Unterrichtsstunden Bau der Weihnachtspyramide
2-4 Unterrichtsstunden Betrieb der Weihnachtspyramide mit Untersuchung der Einflussfaktoren

Sicherheitshinweise

Der Bau der Weihnachtspyramide ist so konzipiert, dass keine Maschinen zur Bearbeitung verwendet werden müssen sondern der Bau mit Handwerkzeug möglich ist. Dies ist auch ohne kleinen Schulmaschinenschein möglich, da dieser nur bei Einsatz von Maschinen erforderlich ist. Bei der Wahl des Holzes muss auf die Hartholzliste geachtet werden (RiSU S.192); also kein Pappelsperrholz verwenden.

Arbeitsschritte:

Zusägen der Grundplatte (evtl. mit Dekupiersäge oder mit einfacher Handsäge)
Zusägen der Flügel (mit Laubsäge)
Zusägen der Stütze (mit einfacher Handsäge)
Zusägen Stützklotz (mit einfacher Handsäge)
Zurechtfeilen der Verbindungszapfen (Steckzapfen)
Zusägen der Achse (mit Metallsäge)
Rundfeilen der Kanten an der Schnittkante der Achse
Bohren des Verbindungsstücks Kugelschreiberspitze-Achse (durch Lehrkraft), falls nicht die Alternativlösung für dieses Bauteil gewählt wird, die ohne Bohren auskommt
Bohren des Sacklochs für Glaslager durch Lehrkraft (kann aber auch durch SchülerInnen ins Holz direkt hineingetrieben werden mit Hilfe von einem Nietenkörner und Hammer; oder direkt auf die Grundplatte geklebt werden, falls auf dieses Sackloch verzichtet wird)
Leimen der Steckzapfen an die Flügel (Holzleim)
Leimen der Stütze an die Grundplatte (Holzleim)
Leimen der Achse an das Holzrad mit Bohrungen (Holzleim)
Anschrauben der Führungsöse (geht von Hand)
Zusammenstecken Verbindungsstück / Spitze / Achse
Zusammenstecken Flügel / Holzrad

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