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Das Wort “Dampfmaschine” lässt einen sofort an Bilder von alten Dampflokomotiven oder dampfbetriebene Stanley Steamer Autos denken, doch diese Maschinen haben viel mehr Verwendungszwecke als nur zu Transportzwecken. Dampfmaschinen, die bereits vor mehr als zwei Jahrtausenden entwickelt wurden, sind in den letzten drei Jahrhunderten zu den Hauptantriebsquellen geworden, und Dampfturbinen erzeugen heutzutage mehr als 80 % der Stromenergie der Welt. Um zu einem besseren Verständnis für die physikalischen Kräfte zu kommen, die in einer Dampfmaschine wirken, baue deine eigene Dampfmaschine mit einfachen Materialien aus dem Haushalt und verwende dazu eine der in diesem Artikel beschriebenen Methoden.
Vorgehensweise
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Schneide den unteren Teil (ca. 64 mm) einer Aluminiumdose ab. Verwende dazu eine Schere oder eine Blechschere, um einen glatten horizontalen Schnitt in etwa ein Drittel der Höhe der Dose zu bekommen.
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Falte die Schnittkante mithilfe einer Zange nach innen um. Auf diese Weise beseitigst du die scharfen Kanten. Pass auf, dass du dich dabei nicht schneidest.
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Drücke den Boden der Dose nach außen, so dass er flach ist. Die meisten Cola-Dosen haben einen nach innen gewölbten Boden. Drücke diese Wölbung mit den Fingern nach außen oder nimm dazu den Boden eines kleinen Glases, um den Boden zu glätten.
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Steche zwei sich gegenüberliegende Löcher etwa 13 mm unterhalb des oberen Randes in die Dose. Du kannst dafür einen Papierlocher benutzen oder aber die Löcher mit einem Hammer und einem Nagel machen. Die Löcher sollten einen Durchmesser von etwa 3 mm haben.
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Platziere ein Teelicht in der Mitte der Dose. Knülle Aluminiumfolie zusammen und stopfe sie rund um das Teelicht auf den Boden der Dose, um die Kerze an Ort und Stelle zu halten. Teelichter haben eine Hülse aus Aluminium, so kann also kein Wachs auslaufen.
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Wickele das Mittelstück eines 15 bis 20 cm langen Kupferröhrchens zwei oder dreimal um einen Bleistift, um eine Spirale zu bekommen. Das Röhrchen mit einem Durchmesser von gut 3 mm sollte sich leicht um den Bleistift herum biegen lassen. Du wirst eine Spirale mit ausreichend Länge benötigen, so dass sie quer über die obere Öffnung der Dose passt und auf beiden Seiten jeweils noch ein etwa 5 cm langes, gerades Stück übersteht.
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Führe diese geraden Enden durch die beiden Löcher in der Dose. Richte die Spirale so aus, dass sie sich genau in der Mitte und oberhalb des Kerzendochtes befindet. Achte darauf, dass auf beiden Seiten ein gleichlanges Stück des Röhrchens aus der Dose herausragt.
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Biege die Enden des Röhrchens mit einer Zange zu einem 90° Winkel. Diese geraden Enden sollten so gebogen werden, dass sie an der Seite der Dose in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Dann biege sie noch einmal , so dass ihre Enden sich unterhalb des Bodens der Dose befinden. Auf diese Weise hast du eine Rohrspirale oberhalb der Kerze und an der Seite der Dose zwei Düsen , die entgegengesetzt ausgerichtet sind.
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Setze die Dose in eine Schüssel mit Wasser, so dass sich die Enden des Röhrchens unter Wasser befinden. Dein Boot sollte auf dem Wasser schwimmen. Sollten sich die Düsen nicht ganz unter der Wasserlinie befinden, beschwere das Boot etwas, so dass es tiefer ins Wasser sinkt (pass aber auf, dass es nicht untergeht).
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Fülle das Röhrchen mit Wasser. Die einfachste Art, dies zu tun, ist es, ein Ende unter Wasser zu halten und an dem anderen wie an einem Strohhalm zu saugen. Alternativ dazu kannst du ein Ende mit dem Finger verschließen und das offene Ende unter einen laufenden Wasserhahn halten.
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Zünde die Kerze an. Nach einer Weile wird sich das Wasser in dem Röhrchen erhitzen und zu kochen beginnen. Es wird verdampfen und aus den Düsen austreten und dabei die Dose (das Boot) dazu bringen, sich in der Schüssel um die eigene Achse zu drehen.Werbeanzeige
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Schneide ein rechteckiges Loch in der Nähe des Bodens einer großen Farbdose (ca. 4 l). Das Loch sollte 15 cm x 5 cm groß sein.
- Achte darauf, dass diese Farbdose (und die andere, die du auch verwenden wirst) nur Latex-Farbe auf Wasserbasis enthalten hat und du sie gründlich mit Seifenwasser ausgewaschen hast.
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Schneide ein 12 cm x 24 cm großes Stück Metallgitter aus. Biege jeweils 6 cm entlang der 24 cm langen Seiten in einem 90° Winkel um. Auf diese Weise sollte eine 12 cm x 12 cm quadratische Plattform mit zwei 6 cm langen Beinen entstehen. Setze dieses Metallgitter mit den Beinen nach unten in die Dose und richte es mit den Kanten des zuvor ausgeschnittenen Loches aus.
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Mache einen Halbkreis aus Löchern entlang des Umfanges des Deckels. Später wirst du Kohle in der Dose anzünden, um deine Dampfmaschine mit Hitze zu versorgen. Wenn es für die Kohle keine ausreichende Sauerstoffzufuhr gibt, wird sie nicht gut brennen. Dir Luftzufuhr wird gewährleistet, indem du eine Reihe von Löchern in einem halbkreisförmigen Muster in den Deckel bohrst oder stichst.
- Diese Lüftungslöcher sollten idealerweise einen Durchmesser von 1 cm haben.
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Stelle eine Spirale aus einem Kupferrohr her. Besorge dir etwa 6 m weiches Kupferrohr mit einem Durchmesser von 6,5 mm und messe von einem Ende her 30 cm ab. Beginne, von diesem Punkt an das Kupferrohr in fünf Windungen mit einem Durchmesser von je 12 cm zu wickeln. Biege die verbleibende Länge des Kupferrohres in etwa 15 Windungen mit einem Durchmesser von 8 cm. Du solltest nun noch etwa 20 cm Kupferrohr überstehen haben.
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Führe beide Enden durch die Lüftungslöcher im Deckel der Dose. Biege beide Enden der Spirale so, dass sie nach oben zeigen und führe jedes durch eines der Löcher im Deckel. Solltest du nicht genügend Länge an Kupferrohr übrig haben, musst du gegebenenfalls eine der Windungen wieder abwickeln.
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Setze die Windungen und Holzkohle in die Dose. Platziere die Rohrspirale auf der Plattform aus Metallgitter. Fülle den Raum um und innerhalb der Spiralen mit Holzkohle. Verschließe den Deckel fest.
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Bohre Löcher für das Kupferrohr in die kleinere Farbdose. Hierbei sollte es sich um eine 750 ml- oder 1 l- Dose handeln. Bohre ein 1 cm Loch in die Mitte des Deckels, dann zwei 1 cm Löcher in die Seite der Dose, eines nahe dem Boden und das andere genau darüber, nahe dem Deckel.
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Führe einen verkorkten Plastikschlauch durch die seitlichen Löcher der kleineren Dose. Benutze die Enden des Kupferrohres, um Löcher in die Mitte von zwei Korken zu bohren. Führe ein 25 cm langes Stücke eines harten Plastikschlauches in einen der Korken und ein 10 cm langes Stück in den anderen Korken, so dass sie gut sitzen und auf der anderen Seite der Korken etwas herausragen. Stecke den Korken mit dem längeren Plastikschlauch in das untere Loch der kleinen Dose und den Korken mit dem kürzeren Plastikschlauch in das obere Loch. Sichere die Plastikschläuche in jedem Korken mit Schlauchschellen.
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Verbinde die Rohre der großen Dose mit der kleinen. Platziere die kleinere Dose oberhalb der größeren, so dass die verkorkten Schläuche von den Belüftungslöchern der großen Dose weg zeigen. Verwende Metallband, um den Schlauch des unteren Korkens mit dem unteren Ende des Kupferrohres zu verbinden. Dann sichere den Schlauch des oberen Korkens am anderen Ende des Kupferrohres auf die gleiche Weise.
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Führe Kupferrohr durch eine Abzweigdose. Entferne mit Hammer und Schraubenzieher das Mittelteil einer runden elektrischen Abzweigdose aus Metall. Sichere eine Kabelklemme mit dem Haltering in der Abzweigdose. Führe ein 15 cm langes Stück Kupferrohr (1,25 cm Durchmesser) so durch den Klemmverbinder für Kabel, dass das Kupferrohr ein paar Zentimeter unterhalb des Loches in der Abzweigdose herausschaut. Stumpfe die Kanten dieses Endes ein wenig ab, indem du sie mit einem Hammer nach innen schlägst. Füge dieses Ende des Rohres in das Loch im Deckel der kleineren Dose ein.
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Füge einen Grillspieß aus Holz in einen Rundstab ein. Stecke einen normalen Grillspieß in das eine Ende eines 1,5 cm langen Stückes eines hohlen Holzdübels (1 cm Durchmesser). Stecke den Dübel mit dem Holzspieß nach oben zeigend in das Kupferrohr innerhalb der Abzweigdose.
- Der Spieß und der Dübel dienen als Kolben, wenn die Dampfmaschine läuft. Um die Kolbenbewegung besser sichtbar zu machen, kannst du ein Papierfähnchen am oberen Ende anbringen.
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Mache die Maschine betriebsbereit. Entferne die Konstruktion mit der Abzweigdose von der oberen Dose und fülle diese mit Wasser. Lasse dabei soviel Wasser in die Kupferspirale fließen bis sie zur etwa 2/3 gefüllt ist. Überprüfe die Verbindungsstücke auf Undichtigkeiten und vergewissere dich, dass alle Versiegelungen dicht sind. Setze die Decke beider Dosen fest auf, indem du sie mit dem Hammer festklopfst. Setze die Abzweigdose wieder ein.
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Bringe die Maschine zum laufen! Knülle ein paar Stücke Zeitungspapier zusammen und stecke sie in den Raum der von dem Metallgitter im unteren Bereich der Maschine umschlossen wird. Sobald die Holzkohle zu brennen begonnen hat, lasse sie 20-25 Minuten brennen. Wenn sich nach einiger Zeit das Wasser in der Kupferspirale genügend erhitzt hat, sollte Dampf in der oberen Dose entstehen. Wenn der Dampf ausreichend Druck aufgebaut hat, wird er den Bügel- und Holzspießkolben nach oben treiben. Sobald genügend Druck entwichen ist, wird die Schwerkraft den Kolben wieder nach unten ziehen. Du wirst das Gewicht des Kolbens etwas anpassen müssen – je leichter ist, desto häufiger wird er nach oben getrieben. Versuche, den Spieß so zu schnitzen, dass er leicht genug ist, damit der Kolben ständig auf und nieder läuft.
- Du kannst den Verbrennungsvorgang beschleunigen, indem du mit einem Haartrockner Luft durch die Lüftungslöcher bläst.
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Achte auf Sicherheit. Es versteht sich wahrscheinlich von selbst, dass diese selbst gebaute Dampfmaschine Vorsicht im Umgang mit ihr erfordert. Lasse sie niemals im Haus laufen. Achte darauf, dass sich keine brennbaren Materialien in ihrer Nähe befinden. Lasse sie nur auf einer widerstandsfähigen, nichtbrennbaren Fläche laufen, wie etwa Beton. Wenn du mit Kindern oder Teenagern zusammenarbeitest, vergewissere dich, dass stets eine erwachsene Aufsichtsperson anwesend ist. Erlaube Kindern und Teenagern nicht, sich der Dampfmaschine zu nähern, wenn die Holzkohle brennt. Wenn du dir nicht sicher bist, wie heiß die Maschine ist, gehe immer davon aus, dass sie zu heiß zum Anfassen ist.
- Vergewissere dich auch, dass der Dampf aus dem oberen Kessel entweichen kann. Wenn sich der Kolben aus irgendwelchen Gründen festsetzt, kann der Druck im Inneren der kleinen Dose ansteigen. Im schlimmsten Falle kann dies dazu führen, dass die Dose explodiert, was sehr gefährlich sein kann.
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Tipps
- Setze die Dampfmaschine in ein Plastikboot. Beide Enden des Kupferrohres sollten nach hinten zeigen und unter Wasser sein. Auf diese Weise hast du ein dampfbetriebene Spielzeug geschaffen. Du kannst eine einfache Bootsform aus einer beliebigen Plastikflasche schneiden und dein Projekt auf diese Weise umweltfreundlich gestalten.
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Warnungen
- Verwende stets eine Zange oder Backofen-Handschuhe, wenn du mit der Dampfmaschine umgehst, während sie in Betrieb ist.
- Versuche nicht, eine kompliziertere Dampfmaschine mit Kessel zu bauen, es sei denn, du weißt wirklich, wie man das macht. Eine Kesselexplosion, sei dieser auch noch so klein, kann zu schwerwiegenden Verletzungen führen.
- Solltest du die Maschine bewegen müssen, während sie läuft, achte darauf, dass die Enden des Kupferrohres niemals auf Personen zeigen, da heißer Dampf oder heißes Wasser Verbrennungen verursachen können.
- Verschließe die Röhrchen niemals, außer dass du ihre Enden unter Wasser tauchst. Wenn auch unwahrscheinlich, übergroßer Druck könnte sie zum Bersten bringen und zu Verletzungen führen.
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Dinge, die du benötigst
Dampfmaschine aus einer Cola-Dose
- Cola-Dose aus Aluminium
- Blechschere oder eine andere schwere Schere
- Zange
- Locher
- Teelicht
- Alufolie
- 3 mm Kupferrohr
- Bleistift oder Rundstab
- Wasser
- Schüssel
Dampfmaschine aus Farbdosen
- 4-Liter Farbdose
- 750 ml oder 1 Liter Farbdose
- 6m Kupferrohr (ca. 6,5 mm Durchmesser)
- Metallband
- 2 Korken
- runde Abzweigdose
- Kabelklemme passend zur Abzweigdose
- 15 cm Kupferrohr (ca. 1,3 cm Durchmesser)
- 12 x 24 cm Metallgitter
- 35 cm Plastikschlauch (3 mm oder 6 mm Durchmesser)
- 2 Schlauchschellen
- Grillspieß
- 1,5 cm Holzdübel (an einem Ende ausgehöhlt)
- Schraubenzieher
- Bohrmaschine
- Hammer
- Blechschere
- Zange
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