Dampfmaschine (3D)
Über diese App
Laufendes Schnittmodell: Glaszylinder mit Kolben, Kreuzkopf, Pleuel, Schieber und großem Speichen-Schwungrad — angetrieben über die Schubkurbel. Dampfzufuhr und Last regelbar, der Watt’sche Fliehkraftregler hält die Drehzahl selbsttätig (Rückkopplung). Dampfschwaden im Ausström-Takt.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Wie eine Dampfmaschine arbeitet
Eine Kolbendampfmaschine wandelt die Energie von Dampf unter Druck in Drehbewegung. Ein Schieber lässt den Dampf abwechselnd auf beide Seiten des Kolbens strömen, die Maschine ist doppeltwirkend. Über Kreuzkopf und Pleuel treibt der Kolben die Kurbel, ein schweres Schwungrad glättet die ungleichmäßige Kraft durch seine Trägheit. Der Kolbenweg folgt der Schubkurbel-Beziehung x = r·cos θ + √(L² − r²·sin² θ). James Watt setzte einen Fliehkraftregler ein, der die Dampfzufuhr bei steigender Drehzahl selbsttätig drosselt.
Was die App zeigt
Das Modell läuft: Ein gläserner Zylinder zeigt den Kolben, darüber sitzt der Schieberkasten mit Schieber, der um 90° vorauseilt. Kreuzkopf, Pleuel und Kurbel treiben ein großes Speichen-Schwungrad. Hinten dreht der Fliehkraftregler, angetrieben über einen Riemen. Im Ausström-Takt entweichen Dampfschwaden. Die Anzeige nennt Drehzahl, aktuellen Takt, Reglerstellung und den tatsächlich wirksamen Anteil des Dampfes.
Was du ausprobieren kannst
Öffne die Dampfzufuhr und sieh zu, wie das Schwungrad anläuft. Erhöhe dann die Last: Die Drehzahl sinkt zunächst, die Kugeln des Reglers fallen nach innen und öffnen das Ventil weiter, bis sich die Drehzahl wieder einpendelt. Nimmst du die Last weg, fliegen die Kugeln nach außen und drosseln. So siehst du eine selbsttätige Rückkopplungsregelung am laufenden Modell.
Häufige Fragen
- Wie funktioniert der Fliehkraftregler von James Watt?
- Zwei Kugeln an Pendelarmen drehen sich mit einer Spindel, die von der Maschine angetrieben wird. Steigt die Drehzahl, drückt die Fliehkraft die Kugeln nach außen und oben; über ein Gestänge schließen sie dabei das Dampfventil ein Stück. Sinkt die Drehzahl, fallen die Kugeln und öffnen das Ventil. Das ist eine frühe Rückkopplungsregelung, die die Drehzahl bei wechselnder Last nahezu konstant hält.
- Wozu braucht eine Dampfmaschine ein Schwungrad?
- Der Kolben drückt nicht gleichmäßig auf die Kurbel; in den Totpunkten liefert er kein Drehmoment. Das schwere Schwungrad speichert kinetische Energie, trägt die Kurbel über die Totpunkte und glättet die Drehzahl über eine Umdrehung.
- Was bedeutet doppeltwirkend bei einer Dampfmaschine?
- Bei einer doppeltwirkenden Maschine bekommt der Kolben abwechselnd auf beiden Seiten Dampf: einmal drückt er nach vorn, einmal zurück. Der Schieber steuert, welche Seite gerade Frischdampf erhält und welche ausströmt. So liefert jeder Hub Arbeit, und die Maschine leistet bei gleicher Größe etwa doppelt so viel wie eine einfachwirkende.
- Was kann ich in dieser App ausprobieren?
- Du regelst Dampfzufuhr und Last und beobachtest am laufenden Schnittmodell Kolben, Schieber, Kurbel, Schwungrad und Fliehkraftregler. Drehzahl, Takt, Reglerstellung und wirksamer Dampf werden live angezeigt.
Fach: Physik-Experimente (Deutsches Museum)
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