Nwt-Projekt Windpumpe by Paul

Der Anfang

paulmw2704 — 2024-07-03 12:55:41 UTC

Nachdem wir von Herr Palm die Arbeitsblätter mit allen Informationen zum Projekt bekommen haben, haben wir uns in der Gruppe überlegt wie wir die Teams einteilen. Emil und Malik waren für den Bau vom Rotor verantwortlich und Paul und Max von dem der Pumpe. In den Gruppen haben wir uns dann die Vorgaben für die zwei Bereiche durchgelesen und alle Teilaufgaben rausgeschrieben. Die Aufteilung in der Gruppe haben wir über Padlet gemacht.

Erste Schritte Pumpe

2024-07-03 12:57:20 UTC

Wir haben sich als erstes um das Pumpenrohr gekümmert. Mit der Blattsäge haben wir das Plexiglasrohr auf die richtige Größe zugeschnitten. Als nächstes haben wir mehrere Testbohrungen gemacht, bei welchen wir die beste Technik ausprobiert haben, damit das Rohr nicht springt. Die beste Technik war schlussendlich langsames Bohren, also eine kleine Drehzahl, und langsame Bewegungen nach unten. Bei den Testbohrungen haben wir außerdem getestet welche Größe die Beste für die Auslassöffnung ist. Unser Ergebnis war, dass neun Millimeter am besten gepasst haben. Bei nötiger Vergrößerung konnte man den Bohrkopf im Loch etwas nach links und rechts verschieben. Jetzt konnte man den Schlauch gut montieren.

Pleulstange, Einlassventil und Moosgummi

2024-07-03 12:58:57 UTC

Wir haben uns nach Fertigstellung des Hauptrohrs und des Auslassventils um das unten liegende Murmelventil gekümmert. Wir haben herausgefunden, dass es sehr viel besser funktioniert wenn wir eine richtige Murmel und keine Metallkugel verwenden. Die Murmel hatte eine passende Größe und ein passendes Gewicht. Den grauen Boden konnte man ganz einfach in das Hauptrohr stecken, so war das Grundgerüst der Pumpe schon gebaut. Danach haben sich Paul und Max um die Pleuelstange gekümmert. Als erstes musste man die richtige Länge der Stange mit einer Zange abknipsen, die perfekte Länge konnte man ungefähr feststellen, wenn man sich die Höhe des Testturms in Kombination mit dem Plexiglasrohr angeschaut hat. Als nächstes musste man die Gewinde an den Enden der Stange mithilfe des Gewindeschneiders machen. Diese Aufgabe hat aber mehrere Versuche benötigt, es war sehr schwer ein nutzbares Gewinde hinzubekommen. Die beste Technik war es die Stange im Handwerkstisch einzuklemmen, etwa, dass 2cm der Stange oben rausschauen. Dann konnte man nämlich mit viel Kraft von oben, ohne das sich die Stange gebogen hat, das Gewinde in die Stange drehen. Ein weiteres Problem war, dass die rote Stange beim Erstellen vom Gewinde sehr heiß wurde und dann das oberste Teil abgebrochen ist. Der letzte Schritt war die Befestigung des Moosgummis an der Stange mit zwei Muttern, also jeweils eine Mutter über und unter dem Moosgummi, am Gewinde.

1. Idee des Getriebes

paulmw2704 — 2024-07-03 13:01:00 UTC

Unsere erste Idee für ein geeignetes Getriebe bestand darin, ein mittleres Zahnrad mit einem großen Zahnrad zu verbinden. Dadurch konnten wir die hohe Drehzahl des Windrads in eine etwas niedrigere Drehzahl umwandeln und gleichzeitig ein höheres Drehmoment erzielen. Die an das Zahnrad befestigte Lochblechstange vergrößert den Radius der Kreisbewegung, wodurch der Hubweg in der Pumpe verlängert wird.

Erste Schritte Rotor

2024-07-03 14:44:29 UTC

Einer der ersten und wichtigsten Schritte bestand darin, geeignete Rotorblätter für unser Projekt auszuwählen. Zunächst planten wir, abgerundete Rotorblätter zu verwenden, da wir annahmen, dass diese Form aerodynamisch und ansprechend wäre. Nachdem wir jedoch einige Tests durchgeführt hatten, stellten wir schnell fest, dass diese abgerundeten Rotorblätter nicht die gewünschte Leistung erbrachten.

Durch weitere Tests und Vergleiche mit anderen Designs kamen wir zu dem Schluss, dass dreieckige Rotorblätter wesentlich besser geeignet wären. Diese Form zeigte sich auch in unseren Tests als deutlich effizienter. Darüber hinaus verleihen die dreieckigen Rotorblätter dem gesamten System ein professionelleres Erscheinungsbild, was für unser Projekt ebenfalls von Vorteil war.

Tests der Pumpe

2024-07-03 14:50:11 UTC

Hier haben wir die Funktionsweise der Pumpe getestet und festgestellt, dass das Moosgummi eine entscheidende Rolle spielt. Es durfte weder zu groß noch zu klein sein: Bei zu großem Moosgummi war die erforderliche Kraft zu hoch, bei zu kleinem Moosgummi lief das Wasser an den Seiten vorbei und die Pumpe konnte nicht richtig arbeiten. Die optimale Lösung, auf die wir erst spät kamen, bestand darin, das Moosgummi minimal größer als das Rohr zu machen und in 90-Grad-Abständen minimale Schlitze in die Seiten zu schneiden. Dadurch erzielten wir das perfekte Pumpergebnis, da das Moosgummi flexibler war und nicht zu viel Kraft benötigte, ohne einen zu großen Unterdruck zu verursachen.

Wie man in dem oberen Bild sehen kann, ist das Wasser teilweise sehr schnell oben rausgeschossen, als Erstes wollten wir dann einen Luftballon oder ähnliches oben als Abdeckung benutzen, was dann aber nicht funktioniert hat, da dieser wieder einen extra Widerstand darstellte, den wir uns bei unserer Pumpenleistung nicht leisten konnten.

Rotornarbe

2024-07-03 15:07:32 UTC

Für die Rotornarbe mussten wir erst zwei zentrale Bohrungen durchführen, um die Welle zu befestigen. Diese haben wir zusätzlich mit Heißkleber fixiert, damit sie nicht durchdreht. Außerdem haben wir noch acht Löcher in die Seite des Holzes gebohrt um dort die Rotorblätter anzubringen.

paulmw2704 — 2024-07-03 15:09:36 UTC

Verbesserung Pleulstange

2024-07-03 15:27:03 UTC

Da wir den Radius des Zahnrads vergrößert haben, hat die Pleulstange das Hauptrohr an der Seite jedes Mal berührt und ist dann fast stehen geblieben. Um das zu verhindern haben wir die Stange in der Mitte durchgeschnitten und mit einem Schlauchstrumpf, den wir erhitzt haben wieder zusammengeklebt. Dieser ermöglichte mehr Spielraum, da er beweglicher war.

Halterung der Pumpe

2024-07-03 15:34:31 UTC

Da das Getriebe sehr viel Platz genommen hat, mussten wir die Pumpe weiter nach außen bringen. Dafür haben wir vier Metallstangen mit einem Gewinde, zwölf Muttern, zwei zurechtgeschnittene Holzblätter und zwei Metallriemen genommen. So konnten wir die Pumpe weit genug vom Hauptgerüst entfernen so dass diese aber trotzdem stabil ist und keine Nachteile gegenüber der alten Pumpe aufweist.

Verbesserung des Getriebes

paulmw2704 — 2024-07-03 15:35:37 UTC

Da unser Getriebe aufgrund verschiedener Faktoren nicht funktionierte, hatten wir mehrere Ideen, um diese Probleme zu beheben. Ein Problem war, dass die Zahnräder nicht richtig ineinandergreifen konnten. Um dies zu lösen, spannten wir ein Gummiband um das Zahnrad, wodurch die Zahnräder näher zusammenkamen und mehr Grip hatten. Ein weiteres Problem war der hohe Widerstand der Pumpe, der das Windrad daran hinderte, sich zu drehen. Wir hatten verschiedene Lösungsansätze, aber kaum einer erwies sich als effizient. Erst in der letzten Stunde fanden wir eine Lösung, indem wir für das Getriebe zwei etwas kleinere Zahnräder verwendeten, was die Drehzahl wieder erhöhte und es dem Windrad ermöglichte, sich trotz des hohen Widerstands zu drehen.

Gleitlager

2024-07-03 15:58:43 UTC

In den vorherigen Bildern der Pumpe kann man sehen, dass wir den oberen Teil der Halterung geändert haben. Wir wollten nämlich Gleitlager aus Plastik in das Gerüst einbauen um die Reibung zu minimieren, dass wir keine Kraft verlieren. Das Problem war, dass der Durchmesser der Plastikteile zu groß für die Löcher im Metall waren. Deshalb haben wir Holzlochbretter montiert. In diese konnten wir mit einer Bohrmaschine größere Löcher machen, die perfekt für die Plastikteile waren. Am Ende haben wir die Plastikteile dann noch mit Heißkleber festgeklebt. Am Ende des grünen Pfeils sieht man ein der Gleitlager.

Fazit

paulmw2704 — 2024-07-03 15:59:21 UTC

Probleme:

ungleichmäßige Messwerte -> Leider war das Projekt an einigen Stellen etwas schwierig, da wir es nicht gut hinbekommen haben, die Kennlinien zu entwerfen und zu verwenden. Oft haben sie nicht wirklich Sinn gemacht und uns nicht weitergeholfen, ebenfalls war der Zeitaufwand viel zu groß. Deshalb haben wir eher immer das verbessert, was wir gerade gesehen haben und uns einfach immer mehr rangetastet haben. Wir denken auch, dass das die bessere Lösung war, da wir viele mechanische Probleme gut lösen konnten und so in allen Aspekten unsere Pumpe verbessert haben.
schlechte Verarbeitung (Schrauben, Zahnräder) - Sachen sind leider schnell kaputt gegangen, wie z.B. die Stellschrauben, die oft nach einem mal benutzen kaputt waren.

Schlusswort:

Wir hatten viel Freude am Projekt Windpumpe, da es uns großen Spaß gemacht hat, das Holz zuzuschneiden und Lösungen für die auftretenden Probleme zu finden. Auch das Zusammensetzen des Getriebes war eine besonders tolle Aufgabe. Definitiv das beste Projekt der letzten Jahre!

Pleulstange finale Lösung

2024-07-03 16:30:48 UTC

Später im Projekt haben wir dann wieder eine Stange ohne Unterbrechung genommen, da wir die Stange kürzer gemacht haben, damit die Wahrscheinlichkeit kleiner ist, dass sie während einer Umdrehung einknickt. Denn bei unserer langen Stange ist dies oft bei den Testläufen passiert. Außerdem haben wir das Zahnrad zur Befestigung der Stange ein bisschen eingesägt, damit wir den im nächsten Bild rot makierten Bereich eins weiter nach innen verschieben können, dass die Bewegung nach links und rechts nicht so groß war und die Stange nicht gegen unseres Rohr gekommen ist.