Bau eines selbstständigen Hoverkrafts
Hovercraft Prototyp
Projektarbeit im Rahmen des Technikunterrichts von Robin Müller, Benjamin Seelig und Patrick Netzer
Im Zuge unserer Projektarbeit im Technikunterricht der Stufe 13, haben wir uns dazu entschieden ein „selbstständiges“ Hovercraft zu bauen. Es soll sich ohne fremde Eingriffe auf eine Lichtquelle zubewegen und dann in einem unbeschränkten Zeitraum in deren Nähe weiterfahren. Dazu ist eine automatisierte Steuerung notwendig, die wir mit „Siemens LOGO!“ realisieren werden.
Geplante Schaltung mit einem SiemensLogo! Baustein
Ein Hovercraft ist ein Fahrzeug, das auf einem durch Überdruck erzeugten Luftkissen schwebt. Dieses Grundkonzept ist im Vergleich zu beispielsweise einem Fahrzeug mit Rädern relativ komplex, weshalb einige theoretische Überlegungen zur Auslegung unseres Fahrzeugs gemacht werden müssen.
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Zunächst hatten wir vor, als Luftkissengebläse ein oder zwei Computerlüfter zu verwenden. Diese haben jedoch nur eine Leistung von wenigen Watt, was – wie beim Einsetzen von realistischen Werten in unsere Formel auffällt – nicht ausreicht. Vor allem fiel uns jedoch auf, dass der benötigte Druck im Luftkissen (p‘) sehr groß ist. Auch stärkere Lüfter stellten also für uns keine Option dar, da diese immer auf einen möglichst großen Volumenstrom bei möglichst kleiner Geräuschentwicklung, also möglichst geringem Druck, ausgerichtet sind. Dies macht sie für unsere Zwecke unbrauchbar.
Nachdem wir nun wussten, welche Anforderungen unser Luftkissengebläse erfüllen muss, war der nächste Schritt die Beschaffung eines geeigneten Gebläses. Dieses musste, wie schon erwähnt, eine relativ hohe Leistung haben und vor allem einen hohen Druck aufbauen.
Eine erste Idee für ein solches Gebläse war ein Haartrockner, der auf die Kaltstufe eingestellt wird. Ein Vorteil dieser Idee war, dass es auch Camping-Haartrockner gibt, die mit 12V arbeiten. Dies ist für uns sehr wichtig, da ein solcher dann mit Akkus betrieben werden könnte und das Hovercraft dadurch nicht zwangsläufig kabelgebunden wäre. Probleme wären jedoch die Größe, das relativ hohe Gewicht, die für uns unpassende Form eines solchen Haartrockners und vor allem der relativ hohe Anschaffungspreis.
Unsere nächste Idee war die Benutzung eines Gebläses, mit dem normalerweise Luftmatratzen und Ähnliches aufgeblasen werden. Diese Gebläse verfügen über alle Eigenschaften, die wir benötigen. Sogar 12V-Versionen sind verfügbar. Da wir recht schnell sowohl eine 12V, als auch eine 230V-Version eines solchen Gebläses in Robins Keller fanden, entschieden wir uns dazu, diese Gebläse zu benutzen.
Anordnung der Lüfter und Lichtsensoren
Für den Antrieb in horizontaler Richtung sollen die Computer-Lüfter verwendet werden, die ursprünglich für das Luftkissengebläse gedacht waren und deshalb nicht weiter gesucht werden mussten. Da diese Lüfter nach wie vor nur einen geringen Druck erzeugen, ist ihre Antriebsleistung sehr gering.
Dieser scheinbare Nachteil ist von uns jedoch ausdrücklich gewünscht, da das Hovercraft so keine hohe Geschwindigkeit erreicht und deshalb das Gleiten nach Abschalten des Antriebs besser kontrollierbar bleibt. Bei hohen Geschwindigkeiten wäre vor allem die Wahrscheinlichkeit einer schweren Beschädigung unseres Hovercrafts im Fall einer Kollision sehr viel höher, als bei einer niedrigen Geschwindigkeit. Da wir beim Testen unserer Steuerung nach Möglichkeit nicht mehrere Hovercrafts „verschleißen“ möchten, ist also eine niedrige Geschwindigkeit sehr wichtig.
Das letzte zentrale Bauteil, das uns nun noch fehlte, war die aufliegende Fläche. Bei einem normalen Hovercraft ist dies die sogenannte Schürze, welche das Luftkissen möglichst gut zurückhalten, gleichzeitig aber den Boden nicht berühren soll.
Nach einigen Versuchen, eine solche Schürze herzustellen, mussten wir feststellen, dass dies mit einem für uns vertretbaren Aufwand – schließlich sollte das Hovercraft primär als Basis für weitere Tests dienen und könnte bei diesen beschädigt werden – nicht realisierbar ist. Deshalb entschieden wir uns dazu, kein Hovercraft im eigentlichen Sinne, sondern ein sogenanntes Bodeneffektfahrtzeug (wir nennen es trotzdem weiterhin Hovercraft), zu bauen.
Es ist also nun keine Schürze mehr nötig, die sich dem Untergrund anpasst, sondern nur eine möglichst steife und absolut ebene Platte. Der Nachteil eines solchen Bodeneffektfahrzeugs ist, dass dieses keine größeren Bodenunebenheiten überwinden kann. Da unser Hovercraft jedoch ohnehin zunächst nicht für unebenes Gelände gedacht war, ist dieser Nachteil für uns nicht entscheidend.
Nach dieser Entscheidung testeten wir verschiedene Materialien, wie unter Anderem Pappkarton oder Holz. Diese waren jedoch entweder nicht steif genug, zu uneben in ihrer Oberfläche oder hatten ein sehr hohes Eigengewicht. Zwar wäre das hohe Eigengewicht für uns zu verschmerzen gewesen, da unser Gebläse auch dafür stark genug gewesen wäre, jedoch wollten wir eine möglichst hohe Zuladung – sei es auch in Form von größeren Akkus für eine längere Laufdauer – ermöglichen. Deshalb suchten wir weiter nach einem geeigneteren Material.
Letztendlich haben wir ein nahezu ideal geformtes Stück Hartplastik gefunden. Es ist sehr leicht, extrem steif und die aufliegende Fläche ist absolut eben.
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Bau eines selbstständigen Hovercrafts (Projektbeschreibung) |
14.03.2010, 16:27, Robin Müller, Benjamin Seelig, Patrick Netzer |