Hyperboloid in der Trommel, Challenge März 2019

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Challenge Beitrag März 2019
HyperB
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    10 €
  • Dauer
    Unter 1 Tag
  • Wertung

Windrad mit der Besonderheit einer "Hyperboloidtrommel" und bewegten Perlen.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Akku-Schrauber
  • Tischbohrmaschine
  • Klebepistole
  • Oberfräse
  • Heißluftgebläse
  • Bandschleifer
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Materialliste
  • 3 x Kugellager | Inleiner
  • 1 x Gewindestange | Eisen (M8 x 50 cm)
  • 3 x Abstandsröhrchen (nach Bedarf)
  • 1 x Möbelroller | Als Drehpunkt
  • 2 x Ariel-Turbinen | PVC (78 mm)
  • 1 x Windleitröhre | PVC ("Mon Cherie")
  • 1 x Windrad | 8 Blatt PVC
  • 1 x Reduzierhülsen | Auf Gewindestange (nach Bedarf)
  • 1 x Standrohr | Metall (nach Bedarf)
  • 1 x Hutmutter | Eisen (M 8)
  • 3 x Scheiben | Plexiglas (Größe anpassen)
  • 1 x Schnur | Angelschnur (Ø ca 0,4 mm >7 Meter)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Gedanken- und Materialansammlung

Das Hyperboloid-Gitter, erinnert an einen Basketballkorb oder Rattansessel (Pfauenthron)
hier der untere Teil des Rattan- Pfauenthronsessels
alte Spielzeugreste und eine Halskette als Perlen
Ariel-Turbinen, oh ja die müssen dabei sein,um das Windspiel in Bewegung zu bringen. Die anderen Windräder waren zu klein
Gedanken zur Achse, Kugellager?

Für die März-Challenge war die Vorgabe: Rad und Faden. Nun mit dem Faden hatte ich einen besonderen "Augenschmaus" vor, ein Hyperboloid. Fachlich genauer ein einschaliger Hyperboloid.

Was das ist sagt uns Wikipedia: "Ein Hyperboloid ist im einfachsten Fall eine Fläche, die durch Rotation einer Hyperbel um eine ihrer Achsen entsteht. Bei Rotation einer Hyperbel um ihre Nebenachse entsteht ein einschaliges Hyperboloid"

Das hört sich ja sehr kompliziert an, ist im meinem Fall aber eine einfache Gitterkonstruktion, wenn man es so auslegen möchte.

 Perlen aus alten Ketten und Spielzeug hatte ich auch noch. Ein Stückchen Angelschnur war eh noch genügend vorhanden, ebenso Plexiglasreste, Röhren in verschiedenen Ø und eine PET-Flasche.
Zwei "Ariel-Turbinen" aus Mutters Waschküche staubten auch noch vor sich hin, diese sollen Bewegung in die Sache bringen.
 Ok, konnte dann losgehen.

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Hyperboloid-Gerüst herstellen

Die 24er- Teilung, Zeichnung und die 3 Scheiben vor dem Sägen.
Bündige Rundfräsung der 3 Plexischeiben
Das Sägeblatt mit 0,4 mm
Aufspannen zum Fräsen
1. Runde mit den tiefen Sägeschnitten
2. Runde mit den kleinen Sägeschnitten
Einscherung der Perlen mit der Schnur
Die Buddel "Hohes C" sei Dank.

Um so eine Gitterkonstruktion als  "Rutschkörper" herzustellen, bedarf es eines Gerüstes auf dem die Perlen o.ä. über eine Schnur entlang rutschen können.

In meinem Fall habe ich 3 Plexiglasscheiben dazu genommen, die im Abstand von ca 2 x 10 cm auf einem Röhrchen 12 mm x 30 cm mit der Heißklebepistole befestigte.
Die Ø-Größe war abhängig von dem Flaschendurchmesser in die das Ganze, ähnlich eines Buddelschiffes, eingebaut werden sollte.
 
Der Durchmesser der PET-Flasche, war bei 28 cm Umfang mit ca. 87 mm (innen) angenommen worden.
Die 3 Scheiben fräste ich über einen Drehpunkt auf den gewünschten Durchmesser. Bei einer Probepassung stellte ich fest, daß zwar die äußere Scheibe stramm passte, jedoch ein Durchschieben auf die vorderste Position nicht möglich war.
Mit einer weiteren Runde wurde der Durchmesser bei 2 Scheiben um ca 3 mm fräsend verringert.

Zur Aufteilung der Schnüre nahm ich eine 24er Teilung auf alle 3 Scheiben mit je  2 x 12er Abständen. Das war die einfachste und platzmäßig machbare Lösung. Die Perlen dürfen sich ja nicht gegenseitig berühren bzw. stoppen.
Mit einer Zeichnung markierte ich mir die geplanten Einschnitte in kurze (roter Strich) und längere Strecken (grüner Strich).
Auf die letzte Scheibe aufgeklebt konnten nun alle 3 gleichzeitig bearbeitet werden, da ein Durchblick auf die Zeichnung die Positionierung vereinfachte.
Im 15 ° Winkel werden so abwechselnd auf 5 mm und 15 mm tiefe Schlitze eingesägt. Dies ließ sich auf der PBD40 einfach herstellen. Auf einer M10 Schraube konterte ich ein kleines Sägeblatt mit ca 0,4 mm Zahnbreite.
Auf ein Abfallbrettchen wurden die 3 Scheiben zusammen mit einer Holzschraube im Zentrum befestigt, das dann wieder im Bohrschraubstock festgeklemmt war. Eine zusätzliche Handklemme hielt beim Sägen alles in Position um nach jedem Schlitz weitergedreht wieder neu fixiert wurde bis alle Schlitze fertig gesägt waren.

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Bespannen der Angelschnur mit den Perlen.

Die Auswahl an Perlen
Aufgereiht, fertig zum Auffädeln
Fertig auf der Schnur
Beginn der Bespannung

Als Perlen nahm ich eine alte unbenutzte Halskette, die ich aufdröselte, sowie weitere bunte Perlen, die noch in einer Spielzeugschachtel lagerten.

Die Reihenfolge mußte jedoch zuerst überdacht werden, da ja 2 Ebenen und 2 Felder mit nur einer Schnur bespannt werden sollten.
Im Prinzip ist es ja einfach, wenn man sich da hineingedacht hat.
  • 1. Feld -untere Ebene eine "U-Perle", 
  • 2. Feld- untere Ebene 2 Ub-Perlen, 
  • dann wieder 1. Feld zwei,
  •  2. Feld zwei, 
  • 1. Feld zwei usw. bis die 12er Teilungen alle belegt sind. Die letzte Perle muß dann wieder wie die erste Perle aussehen, damit das Muster stimmig ist. 
Sodann geht es mit dem 1. Feld der oberen Ebene und dem 2. Feld der oberen Ebene . Nach dem gleichen Muster weiter: 1,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,1
Der Faden bzw. Schnur muß natürlich zu erst vom Ende her durch die Perlen aufgefädelt werden. (die Fadenlänge ergibt sich ja erst am Ende, wenn alles aufgesteckt wurde) Dazu legte ich mir das Muster in eine Heft-Falte um die Reihenfolge richtig abzählen zu können und um die Optik zu überprüfen.
  1. Die Angelschnur wurde auf dem Gerüst an der Achse verknotet, mit Heißkleber fixiert und nun konnte in den Schlitz (grün) die 1. untere Ebene begonnen werden. 
  2. Schräg gegenüber wurde die erste Perle so gespannt, daß sie knapp an der Achse vorbei geführt, diese nicht berührt. 
  3. Das 2. Feld wird nun ebenfalls so weiter befüllt und um ein Sägeschnitt weiter umgedreht zurückgeführt bis ins erste Feld, dort auch wieder einen Sägeschnitt weiter im Zickzackbetrieb, bis alles verarbeitet wurde.
  4. Das Schnurende wurde am Schluß mit dem Schnuranfang verknotet und mit Heißkleber fixiert.
 An Angelschnur wurde dabei mehr als 6,5 Meter verbraucht. 

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in die Buddel damit

Der Flaschenumfang mit 28 cm.
der 4fache Hyperboloid in der Flasche

So, nachdem der Hyperboloid fertig bespannt war kam er in die Flasche, um zu einem gegenüber dem Wetter geschützt zu sein, zum zweiten, daß sich keine Fremdkörper (Blätter, Zweige usw.) darin verfangen und somit das Spiel zerstören würde.
Das war leichter gesagt als getan. Die Einschnürungen der PET-Flasche stellten sich doch noch als kleines Hindernis heraus. Mit Geduld und "Spucke" flutschte es doch noch passend hinein. Es zeigte sich also, daß ich viel zu genau mit dem Durchmesser gerechnet hatte, etwas kleiner wäre doch besser gewesen.
Den abgeschnittene Flaschenboden drückte ich wieder in die Flasche zurück. Mit Heißkleber wollte ich den Boden dann abdichten. Welch ein FEHLER; der heiße Kleber verformte den Flaschenboden. Davon mußte ich vieles wieder abschneiden und sieht trotzdem noch verrupft aus.
Der Schraubverschluß wurde für die Achse durchbohrt.
Als Windfahne sollte nun diese gefüllte PET-Flasche herhalten. Für die Achse wurde eine 8 mm Gewindestange, (ca 50 cm lang) verwendet, auf den die ganze Konstruktion aufgeschoben wurde. Mit einer Hutmutter wurde nun die Flasche gegen herausrutschen gesichert.

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Windrad & Lager

Als "Turbinenantrieb" nahm ich Mutters alte "Ariel-Waschpulver-Dosierer" (ohne dem Säckchen; kennt das überhaupt noch jemand?)
Kleines Kugellager paßt aber die Achse?? viel zu klein
Eine "Mon Cherie-Osterglocke" (so was lag da schon lange noch herum, kann auch noch von etwas anderem sein) mußte dran glauben.
Als Strömungskanal vorgesehen, war die Glockenkuppel im Weg.
Versuch eines Gleit-Lagers, wurde verworfen. Da neu eine Gewindestange eingebaut wurde.
Das Problem, die Mutter verhindert ein Drehen.
Problemlösung mittels Abstandröhrchen
Ein Spinner muß natürlich auch sein. Silvesterüberbleibsel Rakentenspitzen
Flügel um das Kugellager herum zusammenkleben
Einseitig eingepaßte Flügel sind schon mal fertig.

Um nicht immer alles von Hand drehen zu müssen, sollte ein Windradantrieb dienen. Was liegt da näher als ein Windrad aus "Ariel-Turbinen".
Da ich noch zwei Stück davon hatte, konnte ich diese in einer "Mon Cherie-Glocke" passend einbringen, dazu wurde die Kuppel abgetrennt. Warum fragt ihr euch nun was das soll, einfach strömungstechnisch soll so ein "Unterdruck" auf der Turbinenabgangseite entstehen (hab ich mal irgendwo gelesen) damit sich das Windrad besser dreht. Na, warten wir mal ab ob das was bringt.
Als Lager dachte ich zu erst an so ein kleines Kugellager, welches vom Durchmesser her gerade noch so in diese "Turbine" passte, jedoch Denkfehler, als Achse wäre ja nur eine Stricknadel machbar gewesen.
Ein M8-Gewindestab war die passende Alternative. Reduzierhülsen machten die Übergänge passend.

Diese "Turbinenschaufeln", so dachte ich mir, bringen genügend langsame Drehungen, damit man das "Perlenspiel" beobachten kann.
Das vorgeschaltete Windrad läuft auf einem eigenen Kugellager ist also nicht mit der Achse und der PET gekoppelt, kann also eine eigenen Drehzahl erreichen ohne daß der Hyperboloid mit dreht.
(Die Perlen sollen ja nur langsam rutschen!)
Um dem Windrad die Möglichkeit zu geben sich auch nach der Windrichtung auszurichten, war es notwendig auch um die senkrechte Achse beweglich zu sein.
Dafür nahm ich die keinste drehbare Möbelrolle und entfernte die Rolle durch abflexen (Dremeltrennscheibe) der Achse. 2 parallele Kugellager (mittig eine Unterlegscheibe dazwischen) wurden mit einer breiten 32er Rohrschelle um eine M5 Schraube herum gespannt, welche durch die nun offenen Achsenlöcher gesteckt fixiert wurde.
Problem: die Kontermuttern schlugen an der Wange der Möbelrolle an. Lösung: mit kurzen Alu-Abstandsröhrchen wurden die Muttern auf genügenden Abstand gebracht.

Doch das waren zu kleineTurbinchen welche nicht genügend Drehzahlen brachten.

Das verstaube Windrad das noch in Einzelteilen da lag wurde wieder reaktiviert.
Die Windradflügel mußten wieder eingebaut und als Lager um das Kugellager herum befestigt werden. Dazu nahm ich die Heißklebepistole. Auf der Gewindestange wurde dann das Flügelrad mit Kontermuttern fixiert. Die Idee dahinter war, daß sich das Windrad schneller drehen könnte, ohne daß die Turbinen die gleiche Geschwindigkeit haben müssen. Sprich langsamer laufen können.

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Die Lagerbefestigung auf dem Standrohr

Die 2 Kugellager welche die Hauptachse mittig lagerten wurden mit der 32er Rohrschelle am Drehlager befestigt
Rohr diagonal schlitzen umbiegen bohren, zurecht feilen.
Drehlager auf gestrichenen Standrohr befestigen
Nabe alleine sieht ja nach nichts aus
Also ein Spinner muß da drauf !
Auf das Stativ gestellt und auf Wind warten.
na... horizontal drehen klapp schon mal
Seitenansicht von schräg hinten mit dem Hyperboloiden in der Flasche

Das Standrohr war ein 4-kant-Rohr, welches ich für die Montage über die Ecken ein sägte, um 90° nach außen bog, die Löcher für die Befestigungsschrauben anzeichnete, bohrte und nach dem die Farbe getrocknet war verschraubte ich beide. 


Auf ein Fotostativ gestellt, war warten auf ausreichend Wind angesagt, was natürlich den Vorführeffekt  hatte, nix los, Windstille.

Somit müßt ihr noch auf ein Aktionvideo warten..... bis demnächst.


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1. Probelauf, und noch einer. Hurra es funzt

Probelauf Digicam schlechte Auflösung
Nabenlager für die 3 zusätzlichen Flügel, Gewinde M8 schneiden
Lager mit den Flügeln Heißkleber, damit's schneller geht.
So und nun die vorletzte Version, die Flasche wird noch geändert.

Da zu schwacher Wind nur das Windrad dreht, muß ich noch etwas bei den "Turbinen" nacharbeiten, sprich zusätzliche steile Leitbleche/Flügel anbauen, damit sich auch die Trommel langsamer mitdreht.


Der Clou dabei ist, daß sich das Windrad schneller dreht als die gegenläufige Trommel.

Ich mußte noch eine Änderung vornehmen und jetzt klappt es endlich.  Die Trommel werde ich mit Klarsichfolie (Tragflügelfolie aus dem Modellbau) bespannen, damit die doofe Flasche wegkommt.

Die "Turbinchen" saßen im Windschatten und noch ungünstig zum ausbalancieren.   Ausgebaut war nichts.

Ein dreier Propellerflügel  aus PVC 2mm stark vor das Windrad auf die Achse gekontert und mit der Flügelstellung auf 20° gesetzt, dreht sich der Hyperboloid auch langsamer als das nachgeschaltete Windrad. (60° Stellung)  Dadurch sollte auch bei Starkwind keine Zerlegung erfolgen. Die Trommel dient nun auch noch als Wetterfahne bzw. Richtungsanzeiger.

Aber zur späten Stunde war natürlich wieder zu wenig Wind, also was tun.
.
Der Meister macht selbst den Wind   ;)


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