Teil 2: Bau - Tag 5

Kraftsensoren

Die Kraftsensoren haben wir wie vorgesehen eingebaut. Erste provisorische Messungen ergaben aber schnell, dass die Waagen überhaupt nicht stimmen. Das Problem ist, dass ein Teil der Auftriebskraft auf die Widerstandskraft übergeht. Um dies zu umgehen, haben wir die Gewindestange für die Widerstandskraft nun frei gelagert, sie ist also nicht mehr fest mit der Gewindestange für die Auftriebskraft verbunden. Ein weiteres Problem war, dass das Loch im Messbereich zu klein war, so das die Gewindestange bereits bei geringer Widerstandskraft dort ankam. Deshalb haben wir das Loch stark ausgeweitet. Die Testmessungen ergeben nun viel bessere Resultate. Trotzdem sind sie nicht perfekt, da sich die Gewindestangen leicht verformen -> ein Teil der Kraft wirkt als Verformungsarbeit. Damit die Kraftsensoren nicht verschoben werden können, montierten wir die Platte (der Kraftsensoren) fix am Messbereich. Damit die Anzeigleiste gut abgelesen werden kann, bauten wir sie schräg ein.

Verbindung und Nebelmaschine

Um die einzelnen Elemente zu verbinden, montierten wir - wie unter Planung beschrieben - Schrauben und Federn. Für die Strömungsbilder stellten wir hinter der Düse eine Nebelmaschine auf. Diese wurde auf einige Holzblöcke gelegt, damit der Nebel zentral eingespiesen wird.

Windgeschwindigkeitsmesser

Für die Messung der Windgeschwindigkeit installierten wir den Windgeschwindigkeitsmesser an einer Dachlatte. Diese schnitten wir strömlinienförmig zu, damit möglichst wenig Luftwiderstand entsteht. Für diese Konstruktion schnitten wir ein Loch in den Diffusor. Durch dieses lässt sich die Dachlatte mit dem Windgeschwindigkeitsmesser durchstecken. Die Windgeschwindigkeit kann dadurch an verschiedenen Positionen im Windkanal gemessen werden.

Der Antrieb

Wir wollten unseren Windkanal zuerst mit einem Modellflugzeugmotor oder einem grossen PC-Lüfter betreiben. Die beiden oben genannten Optionen hätten aber zu wenig Leistung gehabt, um im grossen Windkanal hohe und gleichmässige Windgeschwindigkeiten zu erreichen. Also haben wir uns nach einer Lösung für dieses Antriebsproblem umgesehen und wurden in der eigenen Werkstatt fündig. Wir entschieden uns für den Antrieb einer grossen Trennscheibe mit 2200 Watt Leistung. Die Drehzahl von 6500 Umdrehungen pro Minute ist zwar ein wenig gering (ca. 100 U/s) um hohe Windgeschwindigkeiten zu erreichen. Diese Einbusse konnten wir aber mit einer grossen Steigung der Rotoren wieder ausgleichen. Ein weiterer grosser Vorteil der Trennscheibe sind die drei Fixierungspunkte am Gehäuse, aufgrund welcher wir den Antrieb im Gehäuse verbaut lassen konnten. Leider ist der Antrieb nicht regelbar. Um im Windkanal trotzdem verschiedene Geschwindigkeiten zu erhalten, muss der Abstand zwischen dem Motor und dem Diffusor verändert werden, unsere Testmessungen ergaben, dass die Geschwindigkeit schon bei wenigen Zentimeter Abstand sehr stark abnimmt.

Die Aufhängung für den Antrieb
Die Aufhängung musste mehrere Vorgaben erfüllen:

• Sie muss genügend stabil sein um die sechs Kilogramm des Antriebs unter vollem Betrieb zu halten.
• Es darf nur minimal Widerstand geben um die maximale Windgeschwindigkeit zu erreichen.
• Die Aufhängung muss an den schon bestehenden Windkanal angeschlossen werden können.

=> Um diesen Anforderungen gerecht zu werden entschieden wir uns, die Aufhängung aus Stahl zu konstruieren.

Um den nahtlosen Übergang zu gewährleisten, musste das Grundgerüst aus einem quadratischen Rahmen bestehen, dieser wurde aus Winkelstahl (30x30x4) geschweisst. Nun musste der Antrieb mit diesem Rahmen sinnvoll verbunden werden. Er darf nicht zu nahe am Rotor sein, da sich sonst die Luft staut und das führt unweigerlich zu einem Tempoverlust. Also musste der Motor nach hinten versetzt werden, was mit gebogenen Flachstahlstücken (30x4) bewerkstelligt wurde. Diese Stahlstreifen werden so angepasst, dass sie parallel zur Stromrichtung liegen. Die Befestigung am Motor besteht aus einem Bügel aus Flachstah,l der die drei Fixierungspunkte nutzt. Diese Fixierungspunkte benötigen M14 Gewinde, was sehr unüblich ist.

Um nun den Rotor, bestehend aus zwei Dreiblattluftschrauben, auf eine Höhe mit dem Grundrahmen zu bringen, musste zwischen den Motor und die Luftschrauben ein Dorn angebracht werden, der diese Distanz überbrückt. Zu diesem Zweck haben wir einen Metallstab, der auf der einen Seite auf die Luftschrauben passte, auf der anderen Seite mit einem M14 Gewinde versehen, sodass wir sie mit dem Motor verbinden konnten.

Das Ganze musste nur noch auf die richtige Höhe gebracht werden. Dazu haben wir zwei Stahlfüsse aus Vierkantrohren (25x25x2) zugeschnitten und diese auf der richtigen Höhe angeschweisst.





Gleichrichter

Parallel zum Bau der diversen Bestandteile wurde auch der Gleichrichter fertiggestellt. Die Verarbeitung der Trinkhalme erwies sich als enorm zeitaufwendig, brachte uns aber zufriedenstellende Resultate.

Bei der Vorbereitung musste beachtet werden, dass eine enorme Anzahl Halme benötigt wurde. Achtung: Mehrere Tausend wurden verarbeitet (4500 Stück)! Mit etwas Glück fanden wir eine Aktion welche das ganze bezahlbar machte, ansonsten hätte man eine Alternative suchen müssen. Wir erwarben also die benötigte Menge und überlegten uns wie wir diese am kompaktesten in den dafür vorgesehenen Rahmen einpassen könnten. Dabei sollte darauf geachtet werde, dass ein möglichst kleines Risiko besteht, dass sich ein Trinkhalm löst. Die Entscheidung fiel auf ein Weissleim-Wasser-Spülmittel (zur Reduzierung der Oberflächenspannung)-Gemisch welches sich bestebewährte. Bevor jedoch geleimt werden konnte mussten wir den biegbaren Teil der Halme abschneiden was einige Zeit beanspruchte. Danach wurden die Halme schichtenweise eingepasst. Der Leim wurde grösstenteils mit einem Pinsel verteilt, aber manchmal auch gegossen. Damit die Halme auch möglichst eine Fläche bilden und nicht verschieden weit vorstehen nutzten wir ein Brett, welches wir auf das eine Ende des Gehäuses pressten, um die Halme von der andern Seite dagegen drücken zu können.