Einstieg und Allgemeines

  • Download: Unterrichtsplanung für das TG.
  • Download: Die Formelsammlung Energietechnik (PDF) wird auch beim Abitur (Technisches Gymnasium in Baden-Württemberg) mit den Aufgaben zur Energietechnik ausgegeben und darf bei der Lösung verwendet werden.
  • Download: Übungsaufgaben zur Energietechnik (PDF mit Lösungen)
  • Download: Kombinierte Aufgaben (PDF mit teilweise sehr ausführlichen Lösungen): Nicht nur im Fach Energietechnik, aber dort häufiger, taucht in den Abitur-Prüfungen ein Aufgabentyp auf, den viele Schüler gar nicht mögen. Die Ursache der Abneigung ist vermutlich, dass in diesen Aufgaben mehrere, wenn auch einfache technisch-physikalische Zusammenhänge verknüpft werden müssen. Wer die nicht verstanden hat oder wenigstens die Formeln präsent hat, insbesondere die Sache mit der Leistung, und/oder hilflos vor den Einheiten steht, ist schnell überfordert. Andere Schüler lösen diese Aufgaben im Handumdrehen, denn mathematisch sind sie so anspruchslos, dass ich sie die Dreisatz-Aufgaben nenne.
    Auch auf dieses Problem kann man sich vorbereiten, deshalb habe ich hier die bisher gestellten "Dreisatz-Aufgaben" mit ausführlichen Lösungen zum Üben zusammengestellt. Ein Vorschlag, wie man solche Aufgaben anpacken kann, ist in Ausarbeitung.

    Ich schätze diese Aufgaben übrigens sehr, denn wo soll sich technisches Verständnis schulisch auszahlen wenn nicht im Fach Technik? Dazu ein Zitat aus "Naturwissenschaft - Alles was man wissen muss" von Detlef Ganten, Thomas Deichmann und Thilo Spahl, München 2005, S.518: Das Lösen wohldefinierter Aufgaben macht nämlich nur einen kleinen Teil der menschlichen Intelligenz aus, ein weitaus komplexerer Teil besteht in der Fähigkeit, aus der unendlich vielfältigen Welt Probleme herauszuschälen, das heißt die Wirklichkeit zu begreifen und gestalten. Als Beispiele wohldefinierter Aufgaben nennen die Autoren Schach spielen und Fliegen fangen - beim ersten sind uns Computer überlegen, beim zweiten Frösche.
  • Zum Einstieg beginne ich mit Aufbau, Funktionsweise und p,V-Diagramm eines Viertakt-Otto-Motors ( siehe unten ).

Ideale Gase

Verhalten idealer Gase: Gasgesetze und pV-Diagramm

Gesetze idealer Gase

Bei allen Wärmekraftmaschinen wird mechanische Energie aus erhitztem Gas gewonnen. Um diese Vorgänge zu verstehen, muss man das Verhalten von Gasen kennen. Eine Möglichkeit dazu ist die Zustandsgleichung für ideale Gase, die auch allgemeine Gasgleichung genannt wird und das Verhalten von Gasen mit einer einfachen Formel beschreibt.

pV-Diagramm

Links

Kreisprozesse ideal angenommer Gase

Viertakt-Ottomotor

  • Interner Link: Motortechnik
  • Download: Unterrichtsplanung für Kfz-Mechatroniker 1. Lehrjahr (PDF)
  • p-V-Diagramm eines Ottomotors
  • Link: howstuffworks: How Car Engines work (Ottomotor), How Diesel Engines Work (Dieselmotor), How Two-stroke Engines Work (Zweitakter), How Rotary Engines Work (Wankelmotor) (genial !, 12/2003)
  • Link: Animationen von Zweitaktmotor, Viertakmotor, Dieselmotor und Wankelmotor gibt es bei anitech. Sie zeigen nicht nur den Ablauf der Prozesse, sondern auch interaktiv den Aufbau der Motoren und Bezeichnungen der Bauteile. (10/2007)
  • Externer Link: Gescheiterte Motorenkonzeptionen Von Prof. Stefan Zima (Fachhochschule Gießen Friedberg). (12/2007)
  • Externer Link: Das Kapitel Brennkammer zum Thema HVOF (ein Flammspritzverfahren) von Prof. Klassen am Institut für Werkstofftechnik der Universität der Bundeswehr Hamburg hat nur indirekt mit Verbrennungsmotoren zu tun, zeigt aber Probleme bei der Verbrennung (01/2008). Bei der Gelegenheit einen Gruß an Prof. Kreye, den ich noch als Student erlebt habe.

Stirlingmotor

  • Download: Stirlingmotor (PDF, 57 kB): Arbeitsblatt zur Funktion eines Stirlingmotors mit Lösungen
  • Link: Bei Motorlexikon.de findet man ein pV-Diagramm eines Stirlingmotors unter Teil- und Volllast. (06/2011)
  • Link: Die neuseeländische Firma Whisper Tech Limited preist mit Whispergen kleine Blockheizkraftwerke auf der Basis von Stirlingmotoren an und bietet interessante Animationen und Beschreibungen. (03/2009)
  • Link: Die Uni Würzburg zeigt Videos von Stirlingmotoren im Betrieb als Motor, Kältepumpe und Wärmepumpe mit p-V-Diagramm. (05/2007)
  • Link: Dieter Viebach: Stirlingmotoren zum Selbstbau: Eine Anleitung zum Bau eines Konservendosen-Stirlingmotors in Buchform (s.u.) und Zeichnungen, Erfahrungsberichte und Rohgussteile für einen Stirlingmotor mit ca. 0,5kW Leistung (ST 50 G). (11/2003)
  • Link: Klaus Wetzstein: Interaktive Animationen zu Motoren und zur Physik, darunter ist eine sehr gute Darstellung eines Stirling-Motors mit pV-Diagramm und Beschreibung. (09/2003)
  • Link: Hugo Lindner baut selbst Stirling-Motoren und bietet Bilder, Links und Tipps. (02/2005)
  • Link: www.stirlingmotor.com: Informationen und kommerzielle Angebote zu Stirlingmotoren. (12/2002)
  • Link: Peter Fette: Ausführliche Beschreibung der Funktionsweise eines Stirling-Motors. (12/2002)
  • Link: Artikel zu Stirlingmotor bei Wikipedia, Wikibooks, howstuffworks: How Stirling Engines Work (sehr gut)

Wärmepumpe

Allgemeine Links

Grundlagen der Thermodynamik

1. Hauptsatz der Thermodynamik

2. Hauptsatz der Thermodynamik

Carnot-Wirkungsgrad

Wasserdampf (reales Gas)

p,v,T-Diagramm und das Verhalten von realem Wasser

Ingenieure können recht großzügig sein, was die Genauigkeit ihrer Daten und Formeln angeht, denn eine ungenaue Abschätzung ist besser als gar keine. Aber selbst Ingenieure rechnen nicht mehr mit dem Gesetz für ideale Gase, wenn das Gas zwischendurch flüssig wird, wie das bei den Wasserdampfprozessen in großtechnischen Wärmekraftwerken oder in Kältemaschinen der Fall ist. Dort wechselt der Aggregatzustand des Mediums zwischen flüssig und gasförmig, und die Zustands%C3%A4nderungen können nicht mit einfachen Gleichungen beschrieben werden. In diesen Fällen arbeitet man mit experimentell ermittelten Tabellen (z.B. Wasserdampftafeln) oder Diagrammen, die daraus abgeleitet werden (z.B. T,s-Diagramm von Wasser).

  • pvT-Diagramm (PDF, 1,4 MB): p,v,T-Diagramm eines reinen Stoffes mit Verständnisfragen am Beispiel von Wasser (mit Lösungen, Begriffe: Anomalie des Wassers, Dampfkochtopf, Desublimieren, Dipol, Garen, Kavitation, Kondensieren, Kristallisationsenergie, Kritischer Punkt, Nassdampf, Oberflächenschmelzen, Partialdruck, Reif, Schlittschuhlaufen, Siedelinie, Sublimieren, Taulinie, Tripellinie, Tripelpunkt, Überhitzen, Tau, Verdampfen, Verdunsten, Wasserstoffbrücke.
  • T,s-Diagramm von Wasser: PDF, OpenOffice2 / LibreOffice (Calc), OpenOffice2 / LibreOffice (Draw)
  • Link: Wasserdampf beim deutschen Wikipedia. (06/2006)
  • Wasserdampftafel
    • Link: Peter Junglas: Wasserdampftafel für gesättigten Wasserdampf. (09/2003)

(Wasser-)Dampfprozesse

Dampfmaschine

Allgemeine Links

Energiewirtschaft

Sonstiges

Alternative Antriebe

  • Link: Thermikkraftwerk im deutschen Wikipedia mag als Überblick genügen, praktisch realisiert ist zur Zeit keine dieser Anlagen. (11/2005)

Brennstoffzelle

  • Link: Initiative Brennstoffzelle ist ein Zusammenschluss einiger Firmen, die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen auf Basis von brennstoffzellen anbieten. (05/2011)

Windenergieanlagen

  • Link: Windenergieanlage im deutschen Wikipedia geht auf alle Aspekte der Stromerzeugung aus Windenergie in Deustchland ein. Der Artikel ist gut. (11/2005)
  • Link: Thermikkraftwerk im deutschen Wikipedia mag als Überblick genügen, praktisch realisiert ist zur Zeit keine dieser Anlagen. (11/2005)

Wasserkraftwerke

Turbine

Links

Energieversorgungsunternehmen

Energiespartipps

  • EWS Schönau: umfangreiches PDF-Dokument (08/2004)
  • Initiative Energieeffizienz (05/2004)
  • Energie- und Wasserspartechnik Ralph Bauer: kommerziell, aber informativ (05/2004)
  • Wenn man den Begriff "sparsame Haushaltsgeräte" googlet, findet man Seiten, die dieselben auflisten. (08/2004)
    Darunter ist auch eine Seite, die für eine Verlinkung Gebühren verlangt !? Der Seitenbetreiber hat wohl keine Google-Aktien abbekommen;-)

Literatur

Buchdeckel: Schuberth: Technologie Energie

Reinhard Schuberth: Technologie Energie

Thermodynamik, Energietechnik, Umwelt, regenerative Energien, rationeller Energieeinsatz
2000, 199 Seiten, Handwerk und Technik Verlag Hamburg

Ist für den Unterricht sehr gut geeignet und an der Gewerbeschule Lörrach im Bestand

Umschlagbild des Buches

John Tyndall: Die Wärme, betrachtet als eine Art der Bewegung

1894 (4. deutsche Auflage nach der achten englischen Auflage von 1890, Erstauflage 1863 in London), 718 Seiten, Verlag von Friedrich Vieweg und Sohn
Tyndall ist nicht ganz aktuell, aber sehr anschaulich, denn es handelt sich um das Skript zu seinen Vorlesungen vor Laien. Wer das Buch noch findet, sollte zugreifen.

Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau

Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau

1989 (29.Auflage), ca. 1400 Seiten, Springer Verlag

Ist in der Bibliothek der Gewerbeschule Lörrach vorhanden.

Hütte - Grundlagen der Ingeniuerwissenschaften

Hütte - Grundlagen der Ingenieurwissenschaften

2001 (20.Auflage), ca. 1600 Seiten, Springer Verlag

Ist in der Bibliothek der Gerbeschule Lörrach vorhanden.

Metzler Physik

Joachim Grehn, Joachim Krause (Hrsg.): Metzler Physik

1998, 576 Seiten, Schroedel Verlag

Hering Martin Stohrer: Physik für Ingenieure

Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Physik für Ingenieure

1992, 743 Seiten, VDI Verlag

Tipler: Physik

Paul A. Tipler: Physik

1995 (Amerikanische Ausgabe 1991), 1522 Seiten, Spektrum Akademischer Verlag
Bietet Grundlagen zur Thermodynamik

Ist in der Bibliothek der Gewerbeschule Lörrach vorhanden.

Dietzel Wagner: Technische Wärmelehre

Fritz Dietzel, Walter Wagner: Technische Wärmelehre

2001, 186 Seiten, Vogel Verlag

Wolfgang Kalide: Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen

Wolfgang Kalide: Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmaschinen

1989, 423 Seiten, Carl Hanser Verlag
Aus dem Vorwort: "Das Buch gibt in einfacher Form zunächst einen Einblick in die physikalischen Grundlagen der Wärme- und Strömungslehre. Danach werden die technischen Vorgänge in Kolben- und Strömungsmaschinen erläutert, wobei.. auf die Verständlichkeit.. Wert gelegt wurde. Den Kraftanlagen ist ein großes Kapitel gewidmet..

Wagner Fischer Frommann: Strömungs- und Kolbenmaschinen

H.Th. Wagner, K.J. Fischer, J.-D. v. Frommann: Strömungs- und Kolbenmaschinen

1990, 450 Seiten, Vieweg Verlag

Baucke Herwig Kreymann: Kraftmaschinen Pumpen Verdichter Kälteanlagen Hebezeuge und Fördermittel

Europa: Kraft- und Arbeitsmaschinen

2003, 320 Seiten, Verlag Europa-Lehrmittel

Baucke Herwig Kreymann: Kraftmaschinen Pumpen Verdichter

Otto Baucke, Waldemar Herwig, Willy Kreymann: Kraftmaschinen Pumpen Verdichter Kälteanlagen Hebezeuge und Fördermittel

1982, 368 Seiten, Handwerk und Technik Hamburg

Martin Werdich: Stirling-Maschinen

Martin Werdich: Stirling-Maschinen

1991, 120 Seiten, ökobuch Verlag

Ein informatives Buch für Theorie und Praxis: es enthält anschaulich die thermodynamischen Grundlagen und den Bauplan für einen Flachplatten-Stirlingmotor zum Selbstbau

Dieter Viebach: Der Stirlingmotor

Dieter Viebach: Der Stirlingmotor - einfach erklärt und selbst gebaut

2002, 104 Seiten, ökobuch Verlag

Der Titel ist Programm. Neben einer Erklärung des Prinzips einschließlich p-V-Diagramm enthält das Buch eine ausführliche Anleitung zum Bau eines Konservendosen-Stirlingmotors aus einfachen Materialien mit einfachen Mitteln bis hin zur Leistungsmessung. Der Motor ist zum Selbstbau oder zur Fertigung im Technik-Unterricht geeignet.
Link zu einem weiteren Motor des Autors.

Buchdeckel: Baehr: Thermodynamik

Hans Dieter Baehr: Thermodynamik
Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen

1973, 440 Seiten, Springer Verlag

Gruß an meinen Professor in Thermodynamik

Kluge Neugebauer: Grundlagen der Thermodynamik

Gerhard Kluge; Gernot Neugebauer: Grundlagen der Thermodynamik

1994, 435 Seiten, Spektrum Akademischer Verlag

Wer's mathematisch mag..

Shachtman: Minusgrade - auf der Suche nach dem absoluten Nullpunkt

Tom Shachtman: Minusgrade - auf der Suche nach dem absoluten Nullpunkt

2001 (amerikanisches Original 1999), 317 Seiten, rororo

Wissenschaftsgeschichte von Galilei über Boyle, Amontons und Carnot bis Müller / Bednorz. Bringt zwar wenig zum Unterricht Energietechnik, ist aber trotzdem interessant

Leopold Niederstraßer: Leitfaden für den Dampflokomotivdienst

Leopold Niederstraßer: Leitfaden für den Dampflokomotivdienst

1940, 491 Seiten, Verkehrswissenschaftliche Lehrmittelgesellschaft
Eine Anwendung der Energietechnik, wenn auch nicht auf dem neuesten Stand.

Friedrich Neumann: Windkraftmaschinen

Friedrich Neumann: Windkraftmaschinen - Windmühlen, Windturbinen und Windräder

1907, 174 Seiten, Nachdruck durchReprint Verlag Leipzig
Auch eine Anwendung der Energietechnik, die nicht mehr ganz aktuell ist.