Archiv der Kategorie: Mechanische Basteleien

3D-Druck: ein schneller Test und gleichzeitig praktisch

dsc_2935Einfach praktisch ist er schon, der 3D-Drucker. Ein Kunststoff-Filament bis zum flüssigen Zustand erwärmen und mit einem Drei – Achsen – Positionierer den Kunststoff schichtweise auftragen. Das ist ganz das grob beschriebene Prinzip eines 3D-Druckers.  Und mit genau so einem Drucker habe ich schlussendlich das hier beschriebene Objekt ausgedruckt. Bei dem verwendeten Drucker handelt es sich um einen Ultimaker 2+, der mit ABS-Filament mit 2.85mm Durchmesser als Druckmedium befüllt ist.

Doch vor dem Ausdrucken muss erst einmal ein Druckmodell her. Hier gibt es im Netz eine Vielfalt an fertigen herunterladbaren Modellen, die direkt gedruckt werden können. Eine Website ist hier zum Beispiel  thingiverse. Hier können die Community – Mitglieder ihre Designs und Objekte veröffentlichen und frei zugänglich machen. Doch ich wollte kein fertiges Modell nehmen, sondern den gesamten Designflow einmal von Beginn an durchmachen und testen, ob die, hier bei uns in der Arbeit verwendeten Tools auch zuverlässig funktionieren. Für dieses Testobjekt, einen Telefonaufsteller – oder „Handyhalter“ habe ich folgende Tools verwendet:

acadmodelDie 3D – Konstruktion habe ich mit AutoCad 2013 von Autodesk gezeichnet. Hier kamen einfach nur 3D Körper wie Quader und Zylinder zum Einsatz, die durch Addition, Subtraktion und extrudieren von Objekten das gewünschete Ergebnis liefern. Das fertige Objekt wird dann als Stereo-Lithografie-Datei (.stl) exportiert.

Jetzt kommt die sogenannte Slicer – Software zum Einsatz. Slicer bedeutet sinngemäß soviel wie zerscheneiden, aufscheiden. Und nichts anderes macht diese Software. Das dort geladene Druckmodell wird in Schichten zerlegt, so wie sie der Drucker später auch als Kunststoffebene schichtenweise auftägt. Auch hier gibt es einiges an open-source und freeware Software. Ich habe Cura verwendet. Dieses Slicer-Tool wird auch von Ultimaker angeboten und kann auch direkt mit deren Hardware arbeiten. Im Slicer werden dann einige Parameter festegelegt, die für den Druck dann wichtig sind. Das sind die Temperatur auf die das Filament erwärmt wird, die Plate Temperatur, die Materialvorschubgeschwindigkeit (ist abhängig von der Druckdüse und dem Material selbst), die Druckgeschwindigkeit usw. Hier sind etliche Dinge zu beachten und definieren, die schlussendlich erhebliche Auswirkung auf die Qualität, den Materialverbrauch und die Druckzeit haben…

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Der Ultimaker bei der Arbeit
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Das Modell im Cura-Slicer

 

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Frisch aus dem Drucker

 

Schatz Drehpendeluhr

DSC_2159Das neue Jahr hat gerade erst begonnen und schon ist wieder eine kleine Arbeit der letzten Tage online. Dieses Schätzchen habe ich wieder als „überholungsbedürftig“ günstigst ergattert. Die Uhr war in einem relativ guten Zustand.  Auf den ersten Blick fehlte nur ein Stück der Torsionsfeder, bzw. war sie abgerissen und die Reste total verdrillt und geknickt. Die Befestigungsteile der Feder waren glücklicherweise da.

Die Uhr dürfte einst in einem starken Raucherhaushalt gestanden sein, denn sie roch wie ein voller Aschenbecher und die Glasscheiben waren mit einer gelblichen Nikotinschicht überzogen. Also, wie üblich nach der ersten Sichtung erstmal alles zerlegen und mit Reinigungsbenzin und Pinsel bzw. auch Glasfaserpinsel die Einzelteile von den verharzten Ölresten und Nikotinschichten befreien. Leider meinen manche Besitzer, dass viel Öl im Räderwerk auch viel hilft und alles wieder flutscht. Deshalb wird anscheinend gern und viel mit allem was griffbereit ist, geschmiert. Das gibt dann bald eine schöne, klebrige Schicht, die dann genau das Gegenteil eines leichtlaufenden Rades bewirkt. Auch ist die Zugfeder interessanterweise immer bis auf den allerletzten Anschlag aufgezogen … Also zuerst immer Feder entspannen und dann mit dem Demontieren beginnen.  Die Reinigung war diesmal recht mühsam und langwierig… ich werd´mir echt einmal ein Ultraschallbad organisieren müssen (in den Foren liest man immer wieder davon – scheint ja ein perfektes Reinigungsgerät zu sein…)

DSC_2154Doch irgendwann war alles gereinigt und ich konnte das Werk wieder zusammenbauen. Es handelt sich übrigens um eine „Schatz 400“ mit der 53 auf der Rückenplatine. Das Ziffernblatt  hat einen Druckmesser von 80mm. Die Uhr ist in einem Laternengehäuse mit drei Glasscheiben untergebracht und hat die Gesamtabmessungen von: 13x11x20cm (BxTxH). An der Bodenplatte befinden sich drei in der Höhe einstellbare Schrauben um die Nivellierung durchzuführen. Ein Hebel an der Bodenplatte fixiert bei Bedarf das Pendel.

Nach dem Zusammenbau fehlte jetzt nur noch eine neue Pendelfeder. Da ich hier keine Ahnung hatte, welche Federstärke für diese Uhr notwendig ist, habe ich in den Foren gesucht – und Dank eines sehr hilfsbereiten Forenmitgliedes – die passende Info und gleich einen Bestell-Link bekommen. Die Schatz 400 53er benötigt eine ‚Horolovar 0.0023″ = 0.058mm‘ Feder.  Zufälligerweise hatte ich noch genau die passende in meiner Sammlung und konnte die Uhr komplettieren. Im Uhrenfedern habe ich eine Liste mit gängigen Uhren und den dazu passenden Federn.

Jetzt kam die sehr zeitaufwendige Einstellarbeit. Die richtige Position des Ankers und die Nulllage des Mitnehmers auf der Feder sowie dessen Position ist ausschlaggebend für ein fortlaufendes Werk. Ansonsten pendelt die Uhr aus und bleibt nach einiger Zeit stehen. Läuft das Werk dann einmal, kann mit der Ausladung der Pendelgewichte die Ganggenauigkeit eingestellt werden. Ich mache das immer im „Eintagesrythmus“ und sehe um wieviel schneller oder langsamer sie in 24 Stunden läuft und stelle dann tageweise nach. Nach ca. einer Woche läuft sie dann schon ziemlich genau…

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Und hier ein kleines Video von der fertig restaurierten und wieder laufenden Uhr:

 

Die Dampfmaschine

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Wilesco Dampfmaschine

Beim folgenden Stück handelt es sich um eine ca. 40 Jahre alte Modelldampfmaschine des Herstellers Wilsesco. (danke an Manfred für die Leihgabe zur medialen Aufbereitung). Das Modell besteht aus einem hochglanzpolierten und vernickelten Messingkessel, der in ein altkupferfarbenes Kesselhaus mit Ziegelsteinmuster eingebaut ist. Geheizt wird mit einem unter dem Kessel befindlichen Trockenspiritusbrenner. IMAG0064Der Druckkessel besitzt ein Federsicherheitsventil sowie eine Domdampfpfeife. Die Druckleitung wird zu einem einfachwirkenden Pendelzylinder geführt, der wiederum über ein Pleuel die Kurbel und das daran befindliche Schwungrad antreibt.

Das gesamte Modell ist auf einer Eisenplatte montiert. Um mit der Maschine mechanische Modelle antreiben zu können, ist auf der Welle des Schwungrades eine Riemenscheibe montiert. Da das Modell die letzten vierzig Jahre in einem Karton gelagert wurde, waren ein paar kleine Arbeiten durchzuführen. Kolben und Kurbel waren schwergängig und mussten gereinigt und neu geölt werden. Die Kurbel war einwenig aus der Flucht der Schwungscheibenwelle. IMAG0057

Die Dichtungen der Domdampfpfeife und des Überdruckventils waren ebenfalls spröde und verhärtet und wurden getauscht. Hier konnte ich mit einem geeigneten Stanzwerkzeug aus „neuem“ alten Dichtungsmaterial zwei neue Dichtungen herausschlagen und einsetzen. Nun wurde das Modell noch ein wenig vom Staub der letzten Jahre befreit und gereinigt und einem Startversuch stand nichts mehr im Weg.

Nun konnte der Spiritusbrenner mit einem kleinen Stück Trockenspiritus befüllt werden, das wahrscheinlich noch älter war, als die Maschine selbst. Zumindest sieht die Originalschachtel so aus: IMAG0054 IMAG0055

Bildergallerie:

 

 

 

 

Der Flammenfresser

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Ein kleines Mechanik Projekt beschäftigte mich diesmal. Es geht dabei wieder um einen Heißluftmotor. Diesmal aber nicht um den Stirlingmotor, sondern den sogenannten „Flammenfresser“.

Bei der Suche im WorldWideWeb bin ich unter anderem auf die Website von Herrn James Maiwald gestoßen. Herr Maiwald ist ein ambitionierter Modellbauer und Spezialist im Bereich Stirling- und Vakuummotoren. Er entwickelt und fertigt eigene Modelle in allen Varianten und bietet sie auch als Bausatz an.

Genauer gesagt ist es ein Vakuummotor, der im Volksmund eben auch Flammenfresser genannt wird. Er zählt zu den Heißluftmotoren, ist aber im Gegensatz zur Stirlingmaschine ein offenes System.

Technisch gesehen handelt es sich um einen atmosphärischen Motor, da hier der äußere Luftdruck die Arbeit leistet (vergleichbar dem ersten Ottomotor). Dadurch ist die maximale Kolbenkraft auf das Produkt aus Kolbenfläche und Luftdruck beschränkt. (Wikipedia)

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Detailaufnahme Schieberventil

Und um genau ein solches Model (den Flammenfresser liegend) handelt es sich hier. Wie ich den Motor zusammenbaue und das erste mal Inbetriebnahme ist im folgenden kurzen Video zu sehen…

Weitere Informationen und interessante Modelle und Bausätze findet man auf der website von Herrn Maiwald: www.kellergeist71.de

Drehpendeluhr

Eine mit viel Geduld verbundene Arbeit ist das Restaurieren bzw. Reparieren einer Drehpendeluhr.

Bei einer Drehpendeluhr handelt es sich, wie der Name schon sagt, um eine mechanische Uhr, bei der der Takt von einem, um die eigene Achse rotierenden Pendel, erzeugt wird. Die Schwingungsenergie wird hier mit einer Torsionsfeder (Horolovar Feder), sprich einem sehr feinen Stahldraht spezieller Legierung, übertragen.IMAG1268_1 Die Drehpendeluhr wird auch Jahresuhr genannt, da durch die sehr langsame Schwingung und entsprechende mechanische Umsetzung der Hemmung, ein Aufzug des Federspeichers nur einmal in 300-400 Tagen notwendig ist.

Das erfordert natürlich auch eine gewisse Präzision der mechanischen Komponenten. Wenn hier etwas nicht korrekt eingestellt ist, pendelt die Uhr nach einigen Minuten aus. Auch die Feineinstellung der Ganggenauigkeit erfordert einiges an Geduld. Und eben genau so eine Uhr hat es mir angetan. Bei einem Online-Auktionshaus habe ich günstig eine ‚defekte‘ aber von den Bauteilen her vollständige Drehpendeluhr erworben und sogleich begonnen, sie zu demontieren und die Teile zu reinigen.

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Rändelschraube für den Pendeldurchmesser

 

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Pendelfeder

Nach diesen Arbeiten gings wieder an den Zusammenbau. Die Horolovar Feder wurde durch eine Neue ersetzt. Nun gings an die Einstellarbeiten. Zuerst musste ich herausfinden, wieviele Pendelschwingungen, genauer gesagt Halbschwingungen, die Uhr in einer Minute machen soll. Bei meiner Uhr (eine Kundo) sind dies acht Halbschwingungen. Am einfachsten ist es, mit einer Stopuhr die Dauer bis zum Erreichen der 8. Halbschwingung zu messen. Liegt die gemessene Zeit zum Beispiel über einer Minute, so läuft die Uhr zu langsam und muß mit der Rändelschraube (diejenige, die die Position der Pendelgewichte im Durchmesser verändert) eingestellt werden. Dreht man die Rändelschraube im Uhrzeigersinn, so wird die Uhr langsamer und gegen den Uhrzeigersinn natürlich schneller.

Hemmung mit Ankerplatte
Hemmung mit Ankerplatte

Es soll eine Ganggenauigkeit von +/- 1 Minute pro Monat möglich sein. Also eine Abweichung von 12 Miuten im Jahr. Dies setzt natürlich optimale Umgebungsbedingungen voraus. (gleichbleibende Temperatur und Luftfeuchtigkeit, sowie einen festen, schwingungsfreien Stand)

 

 

 

Die Stirlingmaschine

die fertig aufgebaute Maschine

Als Geschenk erhielt ich im Winter 2014 einen Bausatz für ein Modell einer Stirling-Heißluftmaschine. Die Konstruktionspläne, sowie die zum Großteil vorgefertigten Teile, stammen von Herrn Klaus Künneth, dem Betreiber der Website www.kk-stirlingmotor.de

Zum Aufbau und der Montage sind nur ein wenig handwerkliches Geschick und ein paar Messgeräte und Werkzeuge nötig. (Ständerbohrmaschine, Bohrer und Gewindeschneider, ein Schleifbock mit Polierscheiben, zumindest eine Schiebelehre, ein wenig Klarlack und Maschinenöl). An einigen Teilen sind Bohrungen verschiedenster Durchmesser anzufertigen. Zum Beispiel am Schwungrad, den Pleuelstangen. In die Zylinder und Kopfdeckel sind die Befestigungslöcher zu bohren und Gewinde zu schneiden.

bohren des Schwungrades

Nach dem Vorbereiten aller Einzelteile wird an der Poliermaschine alles auf Hochglanz poliert. Danach kann mit dem Zusammenbau begonnen werden. Alles in Allem sollte man sich einige Stunden dafür Zeit nehmen um das Modell schön, sorgfältig und auch funktionstüchtig zu haben. Aus wenigen Teilen ist dann auch noch schnell ein kleiner Spiritusbrenner angefertigt, der für die zum Betrieb nötige Wärme unter dem Arbeitskolben sorgt. Alles zusammen wird dann auf die mit Klarlack versiegelte Holzgrundplatte montiert.

fertig polierte Einheit
Die Funktionsweise des Stirlingmotors beschreibt Herr Künneth auf seiner Webseite wie folgt:
„Der  Stirlingmotor wird auch Heißluftmotor genannt und ist eine Wärmekraftmaschine, in der ein abgeschlossenes Arbeitsgas wie Luft (in diesem Fall) oder Helium von außen an zwei verschiedenen Bereichen (Heisse Seite und Kalte Seite) abwechselnd erhitzt und gekühlt wird, um mechanische Energie zu erzeugen. Der Stirlingmotor arbeitet nach dem Prinzip eines geschlossenen Kreisprozesses und ist ein Beispiel für die Energieumwandlung von einer schlecht nutzbaren Energieform (thermische Energie) in die besser einsetzbare Energieform mechanischer Energie. Der Stirlingmotor kann mit einer beliebigen externen Wärme- (oder Kälte)quelle betrieben werden (Solar, Holz, Gas, flüssige Brennstoffe, bei diesem Modell mit Spiritus).“