Rakete

von David Schuller

Wir hatten doch alle schon mal den Gedanken, eine Rakete zu bauen. Leider können wir selbst aus eigener Erfahrung sagen, dass dies meist schwieriger umzusetzen ist, als es auf den ersten Blick erscheint. In diesem Blog-Post wollen wir euch zeigen, wie ihr, hoffentlich ohne unsere Fehler nachzumachen, selbst eine bauen könnt.

1. Materialien

  • 2 große Plastikflaschen
  • Müllsack
  • Korken
  • Ventil (Fahrrad)
  • Kleber / Klebeband
  • Schnur
  • Kleinere Plastikflaschen (für Finnen)
  • Fahrradpumpe
  • Holzstäbchen
  • Plastikschüsseln (nicht rund)

2. Beschreibung

Zuerst schneidest du bei einer der beiden größeren Flaschen den Flaschenhals ab und hebst diesen auf, falls du einen Fallschirm machen möchtest. Schneide nun auch den Boden weg und klebe mithilfe des Klebers – wir empfehlen Heißkleber in Kombination mit Panzertape – die zweite Flasche mit dem Flaschenhals nach unten in die abgeschnittene Flasche. Wenn du einen Korken gefunden hast, der perfekt in die Flaschenöffnung passt, bohre ein so großes Loch in diesen, dass das Ventil hineinpasst. Um zu verhindern, dass während der Benutzung dennoch Luft aus der Flasche austritt, empfehlen wir, den Korken zusätzlich mit Heißkleber und Isolierband zu umwickeln. Klebe das Ventil so in den Korken, dass beim Verschließen der Flasche die Öffnung, aus der die Luft kommt, im Inneren ist.

Damit du den Start deiner Rakete ohne Komplikationen durchführen kannst, solltest du am besten dafür sorgen, dass deine Finnen stabiler sind als unsere – von Papierfinnen ist abzuraten! Dies erreichst du, in dem du 2 kleine Wasserflaschen halbierst und sie innen mithilfe von Holzstäbchen stabilisierst. Klebe diese anschließend so auf deine Rakete, dass sie am unteren Teil so weit überstehen, wie deine Hand breit ist.

Falls du noch einen Fallschirm bauen möchtest, schneidest du einfach einen sehr großen Kreis aus dem Müllsack. Schneide dann am Rand des Kreises 8 gleich verteilte Löcher und befestige jeweils eine 50 cm lange Schnur an jedem Loch. Binde nun die freien Enden der Schnüre zusammen und befestige diesen Knoten mit Panzertape am oberen Ende deiner Rakete. Zum Schluss nimmst du noch den Flaschenhals, den du anfangs aufgehoben hast, und faltest den Fallschirm so, dass er in diesen hineinpasst. Nur noch den Flaschenhals oben auf deine Rakete stecken und beachten, dass der Fallschirm nicht zu fest sitzt.

Weitere Details sind im untenstehenden Video zu finden.

3. Start

Suche dir am besten draußen einen Platz, wo du nichts zerstören kannst, und stelle die beiden Plastikschüsseln einander gegenüber so auf, dass du deine Rakete darauf stellen, aber trotzdem die Fahrradpumpe am Ventil befestigen kannst. Befülle nun deine Rakete zur Hälfte mit Wasser und verschließe die Öffnung mit dem Korken. Du startest die Rakete, indem du die Fahrradpumpen an das Ventil anschließt und so lange pumpst, bis die Rakete wegfliegt.

4. Erklärung

Dadurch, dass die Flasche beinahe luftdicht verschlossen ist, erhöht sich der Druck: Da das Ventil die Luft, die hineingepumpt wird, nicht wieder ausströmen lässt, steigt der Druck an, bis der Korken hinausgepresst wird – die Rakete startet.

Foto- und Videocredit: © by BRG Steyr Michaelerplatz

Stirling-Motor

von Johannes Kramlinger

Der Stirling-Motor ist ein relativ einfacher Heißluftmotor, der uns im Wahlpflichtgegenstand „Hands-on Experiments“ auf den ersten Blick fasziniert hat. Doch als Erstes stellt sich die Frage, wie dieser Motor überhaupt funktioniert.

Wie funktioniert ein Stirling-Motor?

Generell kann man das Funktions-Prinzip in 4 Sätzen erklären:

  • In einem abgedichteten, von einer Seite beheizten Zylinder schiebt ein Kolben (Verdrängerkolben) die eingeschlossene Luft im ständigen Wechsel zwischen der heißen und der kalten Seite hin und her.
  • Die Luft wird dadurch abwechselnd erwärmt und abgekühlt, was zu einer abwechselnden Ausdehnung und Zusammenziehung und damit auch zu einem abwechselnd höheren und niedrigeren Druck der Luft führt.
  • Dieser pulsierende Luftdruckwechsel wird über einen mit dem Hauptzylinder verbundenen Kolben (Arbeitskolben) in die Bewegung einer Kurbelwelle mit Schwungrad umgesetzt: Überdruck schiebt ihn weg, Unterdruck saugt ihn an.
  • Mit einem kleinen Teil der dabei erzeugten Energie wird auch der Verdrängerkolben bewegt, das System hält sich auf diese Weise selbst in Gang.

Versuch 1

Die Idee, einen Stirling-Motor zu bauen, erhielten wir durch ein Video auf YouTube. In diesem wurde der Bau sehr einfach gezeigt, allerdings stellte er sich schwieriger heraus als gedacht.

YouTube-Video, welches als Inspiration für den ersten Versuch diente

Wie man in dem Foto sehen kann, gibt es in dieser Variante keinen Arbeitskolben. Dies sollte jedoch kein Problem sein. Ein Problem war allerdings, dass der Zylinder eine Verengung an der Öffnung aufwies und es daher unmöglich war, den Kolben perfekt abzudichten und die Reibung des Kolbens gering zu halten. Dadurch ist viel Luft seitlich verlorengegangen. Dasselbe gilt auch für die Düse.

Vom YouTube-Video inspirierter Stirling-Motor

Versuch 2

Von einem ersten erfolglosen Versuch ließen wir uns natürlich nicht unterkriegen und unternahmen sofort einen weiteren Versuch. Nach einiger Zeit an Recherche stießen wir auf ein rein aus dem 3D-Drucker stammendes Modell, welches vor einigen Jahren von einem neuseeländischen Professor ins Internet gestellt worden war. Im nächsten Augenblick waren die Teile ausgedruckt und das Zusammenbauen konnte beginnen.

Nach den ersten Bauschritten erlebte die Motivation ein Hoch, da alle Beteiligten sehr zuversichtlich waren, dass dieses Projekt, welches uns nun schon seit einigen Stunden beschäftigte, nun endlich ein Ende hat. Als alle Teile verbaut waren und die Nerven bereits blank lagen, kam die schockierende Wendung: Der Motor funktionierte nicht. Uns blieb nur mehr eines übrig: Einstellungen verbessern. Tests unternehmen. Nochmal von vorne.

Nachdem wir viele Stunden experimentierten, schwand die Hoffnung. Schließlich wurde auch dieses Modell aufgegeben.

Komplett 3D-gedruckter Stirling-Motor nach Vorlage von neuseeländischem Professor

Ein sehr wahrscheinlicher Grund des Scheiterns war die Tatsache, dass wir nicht das im Original verwendete Material ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), sondern alle Teile mit PLA (Polylactic Acid) gedruckt haben. Diese Materialien weisen nämlich verschiedene Schmelztemperaturen und, viel wichtiger, verschiedene Flexibilitäten auf.

Video von neuseeländischem Professor, von dem wir die 3D-Druck Dateien haben

Versuch 3

Nach dem vorherigen Versuch war der Wille, weiterzuarbeiten, sehr klein, doch unser Professor besorgte uns den Stirling-Motor Bausatz von AstroMedia (keine bezahlte Werbung). Unsere Hoffnung stieg noch ein letztes Mal an, da dies ein Bausatz ist und folglich funktionieren muss, oder?

Nachdem wir allen Schritten in der Anleitung gefolgt waren, kam es zu den ersten Tests. Wie bei den vorherigen Versionen war die Spannung groß und die Ernüchterung danach noch größer, denn auch dieser funktionierte nicht.

Jedoch gibt es auf der letzten Seite der Anleitung einige Tipps, denen man nachgehen kann, um ihn vielleicht doch noch zum Laufen zu bringen. In unserem Fall haben wir mit dem Wundermittel WD40 (ebenfalls keine bezahlte Werbung) den Arbeitskolben und die Verbindungen der Kolben zur Kurbelwelle eingefettet. Dann haben wir es noch einmal probiert. Und er lief, für circa 15 Sekunden.

Doch diese Zeit genügte, um uns ein letztes Mal zu motivieren, damit er schlussendlich wirklich funktioniert. Wir haben weitere Feinjustierung betrieben und mit Eiswürfeln den Temperatur-Unterschied erhöht. Und dieses Mal war es so weit: er lief, für circa 30 Minuten. Auch wenn laut Anleitung bis zu 60 Minuten möglich sind, waren wir mit der Hälfte der maximalen Zeit schon mehr als zufrieden.

Zusammengebauter AstroMedia Stirling-Motor

Fazit

Wir haben im Prozess des Arbeitens einiges festgestellt:

  • Ein Stirling-Motor ist in der Umsetzung deutlich komplizierter und zeitaufwendiger als gedacht.
  • Nur wenige kleine Fehler können ein solches Projekt bereits zum Scheitern verurteilen.
  • Selbst mit einem professionellen Bausatz gibt es keine Garantie, dass es sofort funktioniert.

Allerdings war die Freude, nachdem der Motor endlich funktioniert hat, so groß, dass wir es jedem Interessierten empfehlen können.

Und wenn er noch nicht abgekühlt ist, dann dreht er sich noch heute.

Quelle:
Hünig, Klaus: Der Stirling-Motor. Bauanleitung. Waltrop, AstroMedia

Foto- und Videocredit: © by BRG Steyr Michaelerplatz