Planung einer Unterrichtseinheit zum Thema ‚Der 4-Takt-Ottomotor‘

Studienarbeit aus dem Jahr 2012 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften – Maschinenbau, Note: 1.0, Pädagogische Hochschule Ludwigsburg, Veranstaltung: Fachdidaktik, Sprache: Deutsch, Abstract: Die vorliegende Arbeit entstand nach der Unterrichtssequenz zum Ottomotor und dessen Aufbau in einer 8. Klasse Realschule. Die dreistündige Unterrichtssequenz macht einen Teil der gesamten Unterrichtseinheit zu Kraftmaschinen aus, die auch den eventuellen späteren beruflichen Weg der SchülerInnen in Form von Werksbesichtigung usw. nicht ausspart, ebenso wenig wie neue Techniken und Umweltschutz/-probleme durch den Verkehr. Nachfolgende Ausarbeitung bezieht sich hauptsächlich und ausführlich auf den Bereich des Ottomotors und seine didaktische Umsetzung im Unterricht in Form einer Fertigungs-/Konstruktionsaufgabe. Ausschnitt aus Kap. 2: 2. Sachanalyse 2.1. Aufbau eines Zylinders und Zusammenspiel wichtiger Bauteile Abbildung 1 zeigt die wichtigsten Bauteile eines Ottomotors, deren Funktion und Zusammenspiel in der Unterrichtseinheit vergegenwärtigt werden sollen. Die wichtigsten Zusammenhänge sollen beschrieben werden: Der Kolben läuft im Zylinder auf und ab, dabei sorgen die Kolbenringe für eine Abdichtung zur Zylinderwand hin. Beim Auf- und Abgleiten des Kolbens im Zylinder erreicht der Kolben in seinen Endlagen abwechselnd den oberen Totpunkt (OT) und den unteren Totpunkt (UT). Das Pleuel ist unten im Kolben befestigt und verbindet den Kolben mit der Kurbelwelle. Es setzt die lineare Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle um. Diese leitet die Drehbewegung über das Schwungrad als Antriebskraft an das Getriebe weiter und ist über eine Steuerkette mit einem oder zwei Steuerrädern oberhalb des Zylinders verbunden. Die Steuerräder treiben die Nockenwelle an, die oberhalb des Zylinderkopfs die Ein- und Auslassventile betätigen. Pro Drehung schließen bzw. öffnen die Nocken die Ventile ein Mal. Das Einlassventil ist für frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch zuständig, durch das Auslassventil können die Verbrennungsabgase aus dem Zylinder abgeführt werden. Der Kompressionsraum/Verbrennungsraum ist der Zylinderraum oberhalb des Kolbens, der immer frei bleibt. Die Zündkerze zündet das komprimierte Gemisch durch Funken. Die bei der Explosion entstehende Kraft wird über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. Die Aufeinanderfolge von Ansaugen, Verdichten, Verbrennen (Arbeiten) und Ausstoßen nennt man das Arbeitsspiel oder den Motorzyklus. Dieser Vorgang kann sich in vier Kolbenhüben (= zwei Kurbelwellenumdrehungen) abspielen, dann spricht man vom Viertaktverfahren, das im nächsten Abschnitt genau beschrieben wird.