STEM Pneumatics

Modell 1: Funktionsmodell - Druckluft erfahren

Thema: Druckluft mit einer selbstgebauten Pumpe herstellen und ihre Wirkungsweise in einem Pneumatik-Zylinder kennenlernen. Steuerung eines Pneumatik-Zylinders durch ein Ventil.
Lernziele:

• Druckluft lässt einen Pneumatik-Zylinder aus- bzw. einfahren. Das Blockieren der Abluft verhindert das aber, sie muss also auf der anderen Seite des Zylinders herausströmen können.
• Rückschlagventile lassen Druckluft nur in eine Richtung durch und können u. a. für den Bau einer Druckluft-Pumpe genutzt werden.

Zeitaufwand: 45 min

Modell 2: Erweitertes Funktionsmodell - Kompressor, Manometer, Abluftdrosselung

Thema: Wir erzeugen Druckluft mittels eines elektrisch betriebenen Kompressors, messen den Luft¬druck mit einem Manometer und befassen uns ausführlicher mit der Drosselung von Druckluft.
Lernziele:

• Kompressoren erzeugen Druckluft im Dauerbetrieb, Ein Manometer ist ein Messgerät für den Druck von Luft (oder allgemein Gasen). Es gibt wertvolle Einblicke in die Wirkungsweise pneumatischer Aufbauten.
• Um Zylinder langsam zu verfahren, wird ihre Abluft gedrosselt. Die Drosselung der Zuluft ist unzweckmäßig.

Zeitaufwand: zwei Aufgabenblätter, jeweils 45 min

Modell 3: Schranke mit einfachwirkendem Zylinder - Einfachwirkender Zylinder, Magnetventil

Thema: Wir setzen Pneumatik in einer selbst gebauten Schranke ein. Dabei lernen wir den „einfachwirkenden“ Zylinder und das elektromagnetische Ventil kennen. In weiteren Aufgaben werden wir die Schranke noch verändern – das Modell sollte also idealer­weise aufgebaut bleiben.

Lernziele:

• Wirkungsweise und Einsatzgebiete eines einfachwirkenden Zylinders kennenlernen
• Die Verbindung von Elektrik und Pneumatik über Taster und Magnetventil herstellen

Zeitaufwand: 45 min, je nach Aufbaugeschwindigkeit und Experimentierfreude auch mehr

Modell 4: Schranke mit doppeltwirkendem Zylinder

Thema: Wir stellen dar, wie man die Bewegung eines doppeltwirkenden Zylinders nur in eine Richtung drosseln kann, oder in beiden Richtungen unterschiedlich stark.

Lernziele: 

• Auswirkungen vom Parallelschalten einer Drossel und eines Rückschlagventils
• Dadurch lässt sich Druckluft in nur einer Flussrichtung drosseln, während sie in der anderen praktisch frei strömt.
• Auf diese Weise können wir die Abluft einer Zylinderseite drosseln, deren Zuluft aber ungedrosselt in den Zylinder lassen. Wir erhalten eine richtungsabhängige Drosselung.

Zeitaufwand: 45 min, wenn die Schranke der vorherigen Aufgabe noch aufgebaut war

Modell 5: Unterdruckgreifer - Erzeugen und Arbeiten mit Unterdruck 

Thema: Wir erzeugen Luftdruck, der kleiner ist als der der Umgebungsluft, und wenden das in einem Saug-Greifer an.

Lernziele:

• Ein wie bei der selbstgebauten Handpumpe mechanisch betätigter Zylinder kann nicht nur Über- sondern am anderen Anschluss auch Unterdruck erzeugen.
• Damit und mit einem geeigneten flexiblen Saugnapf lassen sich leichte Teile mit glatter Oberfläche festhalten, anheben und bewegen.

Zeitaufwand: 45 min für Konstruktion und thematische Aufgaben, je nach Umsetzung der optionalen Aufgaben auch mehr

Modell 6: Elektropneumatischer Druckluftmotor

Themen: Wir konstruieren einen Druckluftmotor, der ähnlich wie eine Dampfmaschine funktioniert.

Lernziele: 

• Im Funktionsmodell des Druckluftmotors führt die Kombination mehrerer Disziplinen zum Erfolg: Pneumatik, Elektrik und Mechanik/Kinematik.
• Erst das korrekte Zusammenspiel aller Teilgebiete führt zur Lösung.

Zeitaufwand: 45 min

Modell 7: Scherenhubtische - Pneumatische Hebebühne

Thema: Wir konstruieren eine Hebebühne – einen sogenannten „Scherenhub“ – und lassen sie pneumatisch antreiben.

Lernziele:

• Die Mechanik des Scherenhubs und die notwendige Sorgfalt bei der präzisen Konstruktion,
• die Vergrößerung der erreichbaren Kraft durch parallele Paarung zweier Pneumatikzylinder,
• die Vergrößerung des erreichbaren Schiebewegs durch Aneinanderreihung zweier Pneumatikzylinder

Zeitaufwand: 90 min

Modell 8: Projektmodell - Unterdruck-Ablegespiel

Thema: Dieses Modell stellt die Pneumatik im Rahmen eines etwas komplexeren Modells dar – einer pneumatischen Positioniereinheit, die auch als Spiel verwendet werden kann.

Lernziele:

• Konstruktionstechniken aus dem Maschinenbau
• Umsetzung einer linearen in eine Drehbewegung
• Geeignete Zuführung von Druckluft auf ein drehbares Maschinenteil

Zeitaufwand: Dieses Modell ist konstruktiv aufwändig und wird mehrere Einheiten von z. B. 45 min in Anspruch nehmen.