Große CFK Vakuumkammer - erster Test

Kurt · 23. Oktober 2017

Hallo Amateurastronom,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Amateurastronom
 Hallo!

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Kurt
 
Dazu bin ich gerade mitten am dransten am tun und probieren. In meiner neuen 17"- Kammer muss ich wahrscheinlich mit mindestens 6 "Wendeln" und insgesamt ca. 500 bis 700 W Heizleistung arbeiten.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Bei CFK würde ich bei 700 W Heizleistung aber vorsichtig sein, dass der Kunststoff nicht auf Temperaturen über der Glasübergangstemperatur erwärmt wird. Letztere hängt, soweit ich mich erinnere, von der Temperatur beim Tempern der Teile ab. Sie liegt scheinbar bei normaler Härtung bei Raumtemperatur soweit ich mich erinnere nur bei 50-60°C, durch Tempern bei höherer Temperatur erreicht man 120°C.

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
diese 700 W Heizleitung gilt für meine Alu- Kammer. Die Einschaltdauer beträgt bei mir nur ca. 2O s bis zur vollständigen Verdampfung des eingeladenen Aluminiums. Danach kann man die Heizung getrost abschalten und man hätte 14kJ an Wärmeenergie eingebracht. Damit könnte man Kai´s 100 kg schwere KFK- Kammer größenordnungsmäßig gleichförmig um 0,1°C erwärmen. Selbst bei wesentlich mehr an eingetragener Wärmeenergie und ungleichförmiger Erwärmung der Kammerwand kann ich mir nicht so recht vorstellen dass sie auch nur partiell weich werden könnte.

Gruß Kurt

fraxinus · 23. Oktober 2017

Guten Morgen Martin,

wirf mal einen Blick in das verlinkte PDF, die Idee mit den Bleiakkus hatten die Jungs dort auch schon.[;)]
Insgesamt eine super Idee, in Anbetracht von deren Rahmenbedingungen (Strommangel).
Und elektronisch sehr interessant umgesetzt.

Davon abgesehen, daß Elektronik nicht so mein Ding ist (Motto: wo Rauch ist, da ist auch Feuer[:D]), bleibe ich bei meiner konventionellen Technik. Die ist absolut flexibel und nahezu unkaputtbar.

Das Problem ist, daß man für unterschiedliche Drahtdurchmesser der Verdampfer recht unterschiedliche Maximalspannungen braucht.
So von 2V bis über 12V.

Ich habe das von Anfang an so gelöst:
Ein Stelltrafo an 240V lässt sich von stufenlos bis 270V durchdrehen. Strom ist maximal 20A.
Danach kommt ein großer 100kg Trafo, den ich durch Abwickeln der äußeren Wicklung so "umgebaut" habe, daß man zwischen die Schenkel eine Hochstromwicklung legen kann. Hier sind es zwei Windungen. Die grün-gelbe Farbe ist nicht ganz korrekt, aber das war als 50mm^2 Erdungskabel halbwegs preiswert zu bekommen.

Die Strombelastung für so ein Kabel:

Code

60s      500A
24s      780A
 5s     3000A (noch nie getestet[;)])

Auf dem Bild sieht man hinter dem Tischbein noch einen braunen Klotz, das ist ein Stromwandler 1:500, der zu einem Messgerät führt.
Es ist also mit dieser Technik und etwas mehr "Erdungskabel" möglich, 30-40 kleinere Verdampfer parallel zu schalten.
Ist nur die Frage, wie die Querschnitte im inneren der Kammer und die Stromdurchführung zu dimensionieren sind. Da bin ich gerade dabei.

Viele Grüße
Kai

fraxinus · 23. Oktober 2017

Hallo Kurt,

wegen der Reihenschaltung habe ich meine Zweifel vorsichtshalber nur "theoretisch" angebracht. [;)]

Das Problem liegt in dem positiven Temperaturkoeffizienten von metallischen Leitern, hier Wolfram.
Bei Betriebstemperatur (Annahme 1600°C) ist der Widerstand um Faktor 10x höher als im kalten Zustand.

https://wetec.vrok.de/rechner/cspezir.htm

In einer Reihenschaltung fließt duch alle Widerstände der gleiche Strom.
Die Spannung teilt sich entsprechend der aktuellen Widerstandwerte auf.

Ist beispielsweise ein Widerstand um 100°C heißer, hat er mehr Widerstand.
Damit liegt dort eine höhere Spannung bei gleichem Strom an.
Also mehr Leistung ---> noch heißer.

Jetzt ist das bei Wolfram nicht so ausgeprägt, dass sich extreme Ungleichgewichte ausbilden.
Das wird duch Deine bisherige Praxis bestätigt.
Es ist eher eine Art "schwammiger" Arbeitspunkt.

Ich meine, wenn man die Wendel komplett abdampft spielt es keine Rolle.
Es stört ja nicht, wenn die heisseste Wendel etwas eher damit fertig wird.

Wenn man aber vorzeitig mit der Badampfung stoppt, dann wird es Ungleichgewichte geben.

In dem PDF schreiben die Jungs, dass die Wendel auf keinen Fall komplett abgedampft werden sollen.
Den Grund habe ich noch nicht verstanden. Vielleicht steht das ja noch irgendwo drin.

Viele Grüße
Kai

mkoch · 23. Oktober 2017

Hallo Kai,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: fraxinus
In dem PDF schreiben die Jungs, dass die Wendel auf keinen Fall komplett abgedampft werden sollen.
Den Grund habe ich noch nicht verstanden. Vielleicht steht das ja noch irgendwo drin.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Vielleicht weil dann zum Schluss eine sehr dünne Wolfram-Schicht über das Alu gedampft wird, wodurch möglicherweise der Reflexionsgrad etwas schlechter wird. Aber das ist nur eine Vermutung.
Vielleicht auch deshalb, weil der Wolframdraht ohne das flüssige Alu drumherum einen höheren Widerstand hat und dann noch heisser wird und möglicherweise durchbrennt. Das kommt auf die Eigenschaften des Netzgerätes an. Wenn's eine Spannungsquelle ist, dann wäre das unkritisch. Aber wenn's eine Stromquelle ist, dann steigt die Leistung mit steigendem Widerstand.

Gruß
Michael

Kurt · 23. Oktober 2017

Hallo Kai,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Also mehr Leistung ---> noch heißer.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

richtig, aaaber bei Temperaturen weit über 1000°C strahlt dieser Widerstand auch ganz kräftig Wärme ab. Das verhindert dann ziemlich effektiv einen exzessiven Anstieg der Betriebstemperatur, auch bei annähernd Konstantstrom.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Jetzt ist das bei Wolfram nicht so ausgeprägt, dass sich extreme Ungleichgewichte ausbilden.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Sonst wären die altehrwürdigen „Heizleuchten“ auch nicht so alt geworden.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...In dem PDF schreiben die Jungs, dass die Wendel auf keinen Fall komplett abgedampft werden sollen.
Den Grund habe ich noch nicht verstanden. Vielleicht steht das ja noch irgendwo drin.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Bemerkenswert! Bei meiner Anordnung lässt sich sehr gut erkennen wann die Verdampfung zu Ende geht und könnte demnach auch kurz vorher abschalten. Es wäre für mich kein Problem durch vorher- nachher Wägung der einzelnen Heizelemente die verbliebene Restmenge an Alu zu ermitteln. Jetzt muss ich aber erst mal die mehr als 100 Einzelteile des neuen 6-fach Verdampfers zusammenschrauben und in dem Vakuumtopf unterbringen…

Aber noch etwas zu deinem Problem mit den relativ hohen Heizleistungen und Strömen: Was zwingt dich denn dazu alle „Wendeln“ gleichzeitig zu heizen? Das mit nicht in Serie schalten sollen/dürfen leuchtet mir hier überhaupt nicht ein. Ich würde diese in mehrere Serien- Gruppen aufteilen und eine nach der anderen nacheinander ein - ausschalten. Vermutlich würde dann auch ein einfacher Schweißtrafo ausreichen. Meiner hat in neu nur 68€ gekostet. Irgendwelche Akkus zu verwenden halte ich danach für suboptimal.

Gruß Kurt

Alfredo Segovia · 23. Oktober 2017

Hallo Kurt,

nach unserem Telefonat gestern verstehe ich jetzt nicht ganz,
wie Kai diese Gruppen zeitlich versetzt heizen soll ohne dass
du eine ungleichmäßige Bedampfung der Spiegeloberfläche hinbekommst?
Oder wäre die Frequenz des Umschaltens so hoch zu wählen,
dass quasi alle Wendel gleichzeitig heiss würden?

lg,

Alfredo[:)]

fraxinus · 23. Oktober 2017

Hallo Michael, Kurt und Alfredo,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Vielleicht weil dann zum Schluss eine sehr dünne Wolfram-Schicht über das Alu gedampft wird...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Gut möglich.
Oder man wollte einfach sicher gehen, dass es nach zwei durchwachten Nächten mit Aluminium-Mangel und einem halbdurchlässigem Spiegel endet.[xx(][V][}:)]

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">richtig, aaaber bei Temperaturen weit über 1000°C strahlt dieser Widerstand auch ganz kräftig Wärme ab.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Einverstanden, dieser Effekt wirkt "strafmildernd".[;)]

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Was zwingt dich denn dazu alle „Wendeln“ gleichzeitig zu heizen?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Im PDF steht: Aufdampfgeschwindigkeit mindestens 2nm/s
Das ist immer mal wieder zu lesen. Es sollte schnell gehen.

Früher hat man tatsächlich auch umgeschalten. Ich kann mich an ein Video oder eine Bilderserie erinnern, wo händisch Dutzende (oder Hunderte?) Wendel einzeln "gezündet" wurden. Mit Strichliste.

Das wird natürlich genauso gleichmäßig wie sonst auch, eben so wie es die Wendelgeometrie hergibt.
Nur sind 2nm/s nie und nimmer zu schaffen.[:D]

Also das ist alles eine Frage der Wichtung der einzelnen Anforderungen.
Ich werde mal mit Parallelschaltung und 3000A kurzzeitverträglichkeit planen und bauen.
Und natürlich Kurts Ergebnisse aufmerksam verfolgen. Reihenschaltung ist schon verlockend[:)]

Übrigens, soeben getestet:
Eine Alu-Schiene 10x5mm hält
300A für 60s (gut warm, anfassbar) oder
600A für 15s (dito)

Viele Grüße
Kai

mkoch · 23. Oktober 2017

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: fraxinus
Ich werde mal mit Parallelschaltung und 3000A kurzzeitverträglichkeit planen und bauen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Ich würde auch die Parallelschaltung bevorzugen. Bei Reihenschaltung weiss man nie so genau wie sich die Leistung auf die einzelnen Verdampfer verteilt. Und es gibt sehr unschöne Effekte, falls mal ein Verdampfer durchbrennt und dann die volle Spannung abkriegt.

Gruß
Michael

Kalle66 · 23. Oktober 2017

Was passiert eigentlich legierungstechnisch (Al/W) bei 1000°C und mehr?

Ich fand diesen Abschnitt im Wiki dazu, wo sie am Beispiel Aluminium und Wolfram, das eutektische Verhalten erläutern.
https://de.wikipedia.org/wiki/Eutektikum#Verwendung

Ich bin da kein Fachmann. Meine (laienhafte) Überlegung dazu wäre:

Wenn da an der Grenzschicht von Al/W per Diffusion eine Mischlegierung entsteht, so wird die beim Verdampfen am Ende sozusagen mitverdampft und verunreinigt die AL-Bedampfung. Dazu muss nicht die Schmelztemperatur des Wolframs erreicht werden, vielmehr liegt der Schmelzpunkt der Legierung sogar noch unter der von Aluminium und könnte kurz vor der vollständigen Verdampfung des Al, noch nicht verdampfte Al-Kristalle "mitreißen". Das wiederum versaut die glatte Bedampfungsschicht.

Viellleicht liege ich auch komplett daneben.

fraxinus · 23. Oktober 2017

Hallo Kalle,

in diesem Punkt kann Entwarung gegeben werden - da verdampft erst mal nix.
Nachzulesen bei John Strong "Procedures in Experimental Physics" S.173

"A chemical analysis of the condensed
metal film was made to test whether or not tungsten is
evaporated. The analysis gave no definite indication of
tungsten. A concentration of 0.03 per cent by weight was detectable."

cs Kai

Kurt · 23. Oktober 2017

Hallo Kai,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...Im PDF steht: Aufdampfgeschwindigkeit mindestens 2nm/s
Das ist immer mal wieder zu lesen. Es sollte schnell gehen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
aus meinen Versuchen mit 4 W- Heizstäben 1 x 80 in Serie kann ich abschätzen dass die Aufdampfgeschwindigkeit bei ca. 3 nm/s liegt. Mit 6 kürzeren Stäben müsste es dann noch schneller gehen, ohne dass die Gesamt- Heizleitung von ca. 700 W wesentlich erhöht werden muss.

Ich melde mich wieder sobald der Sechser- Verdampfer in Betrieb ist. Probieren bringt mir im Moment mehr als weiter zu diskutieren[:D]

Gruß Kurt

fraxinus · 24. Oktober 2017

Hallo Kurt,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Probieren bringt mir im Moment mehr als weiter zu diskutieren<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Exakt![:)]

Meinen Versuch von gestern abend möchte ich Euch trotzdem nicht vorenthalten:
Zwei 60W Glühampen in Reihe geschaltet an einem Stelltrafo. Sind visuell oder fotografisch Unterschiede zu erkennen?

Trotz intensiver Beobachtung aller Betriebszustände: Nein.

Lediglich im dunkelroten Zustand gibt es *innerhalb* einer Wendel Unterschiede.
Dieses Verhalten kann man auch bei den Wolfram Stäben in der Kammer beobachten. Manchmal beginnt die Rotglut nicht mittig sondern am Rand.

Wie kurt schon vermutete, ist theoretische Erklärung für die Stabilisierung des eigentlich labilen Zustandes der Energieverlust durch Strahlung die mit der 4.Potenz der Temperatur zunimmt.

Wie gesagt, ich bleibe vorerst bei der Parallelschaltung weil es sich um 100€ Mehrkosten handelt und der größte Teil der Kabel und die Trafos eh schon hier herum lungern.
Weiterhin ist eine gewisse Masse an Alu in den Zuleitungen innerhalb der Kammer aus thermischen Gründen nötig - die Wärme an den Wendel-Klemmungen muss irgendwo hin.

Frohes Schaffen weiterhin wünscht
Kai

MartinB · 24. Oktober 2017

Hallo Kai,

Zwei Wendeln in Reihe sollte bei gleicher W-Drahtlänge, Geometrie und Al-Beladung noch zu tolerieren sein, mehr würde ich nicht versuchen.
Wenn Du mehrere Paare von je 2 in Reihe geschalteten Wendeln hast, kannst Du die "Mittelanzapfungen" innerhalb der Vakuumkammer potentialfrei parallel schalten. Durch diese Maßnahme verhinderst Du relativ einfach stärkere Abweichungen zwischen den Teilwendeln.

Wenn Du mit Leistungselektronik bisher nicht viel am Hut hattest, macht es natürlich Sinn, bei der bewährten Trafotechnik zu bleiben.
Ist schon witzig, wenn man die Ausgangsspannung eines Trafos durch kurzfristiges Ändern der Sekundär-Windungszahl regeln kann.
Wobei Du dich ja sowieso langsam in Leistungsbereichen bewegst, wo normale Hauselektrik an ihre Grenzen stößt.
Aber das bist Du ja schon seit dem Warmverformen der Glasscheiben gewohnt[^].

Wie hast Du eigentlich die elektrischen Durchführungen der Kammer gelöst?

Hast Du eine definierte Erdung der CFK-Segmente vorgesehen? Zumindest während der Glimmentladung dürfte das durchaus Sinn machen...

Gruß,
Martin

RogerZi · 24. Oktober 2017

Hallo Kai

Eine Lampen à 60W hat rechnerisch mit 240V betrieben 960 Ohm Widerstand, zwei parallel haben vermutlich seriell betrieben immer noch mehrere hundert Ohm.
Da dürften ein paar Ohm Unterschied der einzelnen Wicklung wenig ausmachen.
Ich vermute mal, dass die einzelnen Verdampfer deutlich weniger Widerstand haben, somit ein Unterschied von einem Ohm sich deutlich in Leistungsänderungen zeigen würde.
Bin kein Fachman dazu, ist halt so meine Überlegung dazu.
Ansonsten staune ich was du da angehst.

Gruss
Roger

fraxinus · 25. Oktober 2017

Hallo Martin,

Durchführungen und Erdung stelle ich später vor.
Klar, die Kammer muss geerdet werden weil CFK den Strom leitet[;)]
Aber das macht mir keine Sorgen, viel eher die Qualität des Hochvakuums.
Davon hängt wieder der Abstand der Wendel zum Glas ab.

Deshalb kommen als nächstes erst mal die endgültigen O-Ring-Dichtungen dran.

Hallo Roger,

es geht nicht um einen anfänglichen Unterschied in den Widerständen - das kann man vermeiden.
Es geht um sich zufällig entwickelnde Unterschiede während die Wendel aufheizen.
Dabei steigt der Widerstand ca um Faktor 10x.

Die Verlockung der Reihenschaltung ist der geringe Leiterquerschnitt und Verkabelungsaufwand.
Deshalb steht in dem PDF vom MMT auch, daß sie es, mit Teilerfolgen, versucht haben.
Aber das waren auch 200 Wendel.

Viele Grüße
Kai

MartinB · 25. Oktober 2017

Hallo Kai, <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">es geht nicht um einen anfänglichen Unterschied in den Widerständen - das kann man vermeiden.
Es geht um sich zufällig entwickelnde Unterschiede während die Wendel aufheizen.
Dabei steigt der Widerstand ca um Faktor 10x.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Was macht eigentlich das schmelzende Alu mit dem Widerstand? Meine Spekulation ist, sobald das Alu flüssig ist und die Wendel gleichmäßig benetzt, sollte der Widerstand erst mal wieder abnehmen, um dann während des Verdampfens leicht anzusteigen.

Ich kann mir vorstellen, dass es eine bestimmte typische Widerstandskurve gibt. Wenn man die kennt, könnte man im Prinzip die einzelnen Heizwendeln individuell optimal ansteuern, d.h. nahezu zeitgleich an den Punkt bringen, an dem das Alu zu verdampfen beginnt, und die Leistungsaufnahme so regeln, dass die gewünschte Verdampfungsrate erreicht wird. Ich kann mir bei einer geregelten Verdampfung noch weitere Vorteile vorstellen.

Kleine Prozessormodule, die sowas prinzipiell messen und steuern könnten, kosten heute nur noch wenige Euros. Leistungsregelung per Pulsweiten-Modulation mittels Leistungs-MOSFET Transistoren sollte auch nicht sehr teuer sein, je nach Strom noch mal 3-20 Euro pro Wendel. Pro Heizwendel sollten 100-200A ohne Weiteres handhabbar sein.

Haupt-Nachteil für deinen jetzigen Aufbau ist wohl, dass Du für sowas nicht ohne Weiteres eine Wechselspannungsquelle verwenden kannst.
Eine "nachgiebige" Spannungsquelle wie ein Schweißtrafo ist hier allerdings auch keine Top-Lösung.

Falls es Interesse an entsprechenden Vorversuchen gibt, könnte ich das nach Fertigstellung des Fünflinge-Projekts gern mal angehen. Mangels Vakuumkammer natürlich erst mal nur als "Trockenübung mit Dummy", z.B. sämtliche Glühfäden von 10 Stück 12V H4-Birnen parallel geschaltet. Das gibt schon mal ein halbes kW Last bei 12V.

Gruß,
Martin

fraxinus · 25. Oktober 2017

Hallo Martin,

meine kindliche Prägung in Sachen Elektrik hat mein Opa übernommen.
Er war in den 30'er Jahren Elektriker in einem Kraftwerk, konnte Cosinus(Phi) im Kopf berechnen und hatte immer einen Phasenprüfer einstecken. Elektronik konnte er mich nicht lehren, feine Lötarbeiten waren wegen beiseitig Graum Star nicht so sein Ding.[8D]

Also probier es aus, ich finde Elektronik faszinierend und vielleicht funktioniert es sogar.
Billig wird es hier definitiv nicht. Das sagt mir meine kindliche Prägung.
Auf die Dauer hilft nur ... viel Eisen, Kupfer und ein 19'er Maulschlüssel! [:D]

Ein Vorschlag zum Test: Nimm eine alte Sägeketten-Rundfeile und glühe die mal richtig durch.
Wenn das funktioniert, dann geht's auch mit den Wendeln.[:p]

Viele Grüße
Kai

MartinB · 26. Oktober 2017

Hallo Kai,<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">meine kindliche Prägung in Sachen Elektrik hat mein Opa übernommen.
Er war in den 30'er Jahren Elektriker in einem Kraftwerk...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Ah ja, das erklärt so einiges! Sowas hätte ich mir denken können, so unerschrocken, wie Du mit den kW umgehst[^].
Dein Opa wäre sicher stolz auf dich!

Mein eigenes kindliches Interesse ging schon früh Richtung elektrische Antriebstechnik, im Besonderen für Flugmodelle. Schon vor über 30 Jahren habe ich elektronische Drehzahlsteller selbst gelötet, das ging vor etwa 15 Jahren bis zum Leistungslevel um 1kW (bei etwa 60g Masse, von denen etwa 50% auf die kurzen 4mm² Anschlusskabel entfielen).

Von der Familie bekam ich die Prägung mit, möglichst viel selber zu machen oder mit gegenseitiger Verwandtenhilfe, und nur im äußersten Notfall regulär bezahlte Fachleute zu beauftragen.
So gesehen musste ich fast zwangsläufig irgendwann bei den Teleskopspiegelschleifern landen[:D].

In dem Sinne geht dein aktuelles Projekt also auch absolut konform mit meiner eigenen kindlichen Prägung[8D]. Was ich bei dir bewundere, ist die Akribie und der Tiefgang, mit dem Du dich mit den dich interessierenden Themen beschäftigst.
Was vielleicht manche Leute bei oberflächlicher Betrachtung als "ziemlich durchgeknallt" betrachten, ist bei genauem Hinsehen sehr planvolles Vorgehen, um mit den erreichbaren Ressourcen das maximal Mögliche heraus zu holen.

Zurück zum Thema: Ein elektronisch geregeltes Akku-Schweißgerät wollte ich sowieso schon länger mal bauen. Experimente zur Verdampferwendel-Regelung könnten da vielleicht eine nette Vorübung sein.
Auch falls es nix wird, der Versuch macht bestimmt Spaß!

Gruß,
Martin

Amateurastronom · 26. Oktober 2017

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Kurt
 
diese 700 W Heizleitung gilt für meine Alu- Kammer. Die Einschaltdauer beträgt bei mir nur ca. 2O s bis zur vollständigen Verdampfung des eingeladenen Aluminiums. Danach kann man die Heizung getrost abschalten und man hätte 14kJ an Wärmeenergie eingebracht.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

So schnell? Ich dachte eigentlich, das dauert länger. Bei Aluminium ist das natürlich kein Thema.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Damit könnte man Kai´s 100 kg schwere KFK- Kammer größenordnungsmäßig gleichförmig um 0,1°C erwärmen. Selbst bei wesentlich mehr an eingetragener Wärmeenergie und ungleichförmiger Erwärmung der Kammerwand kann ich mir nicht so recht vorstellen dass sie auch nur partiell weich werden könnte.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Notfalls müsste man dann den Kunststoff entweder gegen IR-Strahlung reklektierend beschichten oder eine Kühlschlange zum Aufkleben aussen anbringen, die aus Gummi im Laborgeräte-Handel erhältlich sind.

fraxinus · 26. Oktober 2017

Hallo Martin,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...bis zum Leistungslevel um 1kW (bei etwa 60g Masse<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Keine Frage, das ist verblüffend!
Bin gespannt was Deine Erfahrungen werden.
Mich macht nur stutzig, dass in dem MMT PDF von größeren Schwierigkeiten berichtet wird, und daß mittlerweile auf umgebaute Schweißgeräte umgestellt wurde.
Gut, der Artikel ist nun auch schon 15 Jahre alt...

Hallo Amateurastronom,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Kunststoff entweder gegen IR-Strahlung reklektierend beschichten ...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Das werde ich so wie in dem MMT PDF lösen: mit Blenden!

Dazu kommt, daß der Abstand der Wendel von der Wand nur 50mm beträgt.
Eine kurze Überschlagsrechnung (Stefan-Boltzmann) zeigt, dass die Wandtemperatur der obersten Schicht dann (stationär) bis 700°C gehen kann.
Das gibt eine Menge Rauch[;)]

Da der (Fern-)Wärmetransport im Vakuum über durch Strahlung läuft, kann man das Problem allein durch reflektierende Blenden lösen.
Konvektion, also aufsteigende Warmluft, gibt es ja nicht. [:D]

Viele Grüße
Kai

Heljerer · 26. Oktober 2017

Hallo Kai,

das ist ja der Hammer!

Leider habe ich deine Arbeiten erst jetzt entdeckt. Ich verfolge die Selbstbauprojekte normalerweise allenfalls am Rande.

Für mich ist das Ganze interessant, weil ich mich beruflich mit solchen Apparaten beschäftige. Dazu gehören u.a. auch Vakuumtechnik, GFK-Apparate sowie Wärme- und Stoffautausch (Diffusion, Konvektion, Strahlung). Wir haben auch einen eigenen GFK-Apparatebau und können (müssen) solche Apparate natürlich auch festigkeitstechnisch berechnen. In der Hinsicht hätte ich dir vielleicht den einen anderen Tipp geben können. Naja, jetzt existiert das Teil ja bereits und offensichtlich ist es ja auch vakuumfest. Sieht schon seeeehr abenteuerlich aus. Trotzdem: Daumen hoch für dieses beindruckende Projekt.

Gruß
Wolfgang

fraxinus · 26. Oktober 2017

Hallo Wolfgang,

freut mich, wenn Dir meine Basteleien gefallen[:)]

Die Optik leidet noch etwas unter dem Abreißgewebe, welches ganz zum Schluss abkommt.
Dann wird weiß-grau lakiert. Hammerschlagoptik[8D]

Demnächst werde ich ein paar Durchbrüche bohren, dann kann ich die Wandstärke genau messen.
Mal sehen, was Du dazu sagst.

Bei meinen eigenen Berechnungen ist mir schnell klar geworden, dass es hier nicht allein um die Wandstärken geht.
Sondern um die Steifigkeit und Fertigungsgenauigkeit.
Ich denke, letzeres habe ich ganz gut in den Griff bekommen.

Viele Grüße
Kai

Heljerer · 26. Oktober 2017

Hallo Kai,

ich weiß ja nicht, was du im Einzelnen gerechnet hast. Normalerweise rechnet man so etwas mit den AD-Merkblättern. Für metallische Merkstoffe insbesondere Stahl gibt es jede Menge Leute, die das beherrschen. Ich musste das im Studium auch machen, praktiziere das heute im Beruf aber nicht mehr, da ich einfach ein anderes Fachgebiet habe. Ich würde solche Rechnungen nur für den Privatbereich machen. Wir haben bei uns in der Firma einen Mitarbeiter der Festigkeitsberechnungen auch speziell für GFK- (und bei Bedarf natürlich auch CFK) Apparate macht. Hierfür gibt es in Deutschland gar nicht so viele Leute, die das so beherrschen, dass es auch allgemein anerkannt wird. Bei Verbundwerkstoffen ist es einfach schwieriger zuverlässige Werte für die Festigkeitskennwerte zugrundezulegen.

Das, was du für deinen Eigenbedarf mal so locker gebaut hast, würde als Industriestandard natürlich vollkommen anders aussehen.

Ich werde den Fortschritt deines Projektes auf jeden Fall weiter mit Interesse verfolgen.

Gruß
Wolfgang

fraxinus · 27. Oktober 2017

Guten Morgen Wolfgang,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Bei Verbundwerkstoffen ist es einfach schwieriger zuverlässige Werte für die Festigkeitskennwerte zugrundezulegen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Jetzt ist mir klar was Du meinst.
Vorweg: Nein, meine Berechnungen taugen keineswegs für einen Nachweis.
Ich kann deshalb nicht sagen, ob ich Sicherheitsfaktor S=4 oder nur S=1 habe.[;)]

Wie das in Stahl und Alu geht ist mir klar (Sicherheit gegen plastische Verformung und Einbeulen).
Das habe ich mit extrem konservativen Annahmen, besonders bei den Druckfestigkeiten, auf CFK übertragen.

Da nun feststeht, daß der Sicherheitsfaktor mindestens bei S=0.999 liegt, werde ich einfach noch ein paar Schichten auflegen und gut isses. Nicht sehr elegant aber wirkungsvoll [:D]
Was mich jetzt schon beruhigt, sind die kaum sichtbaren Verformungen an den Flanschen während des Abpumpens.

Und dann muss man immer bedenken, daß das kein Airbus ist und niemand zu Schaden kommen kann.

Viele Grüße
Kai

Kurt · 27. Oktober 2017

Hallo Kai, liebe Mitleser,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...nicht vorenthalten:...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

da hätte ich mittlerweile auch etwas [:)] So schön blendend hell glüht mein neuer Sechsfach- Verdampfer bei Serienschaltung der Heizelemente und Volllast.

Bild 1

Vor lauter Helligkeit sieht man hier natürlich nicht mehr wo genau etwas wie hell glüht. Also, ohne Veränderung der Last Belichtungszeit herunterschalten und Blende fast schließen.

Bild 2

So nach Augenmaß kann ich keine Helligkeitsunterschiede der einzelnen Heizelemente erkennen. Ich weiß auch immer noch nicht so recht wo denn hier wegen Serienschaltung Probleme auftreten könnten.

Dieser Verdampfer hat gestern und heute auch schon echt life und und erfolgreich gearbeitet. Sein Arbeitsplatz sieht derzeit so aus.

Bild 3

(Für Alfredo, ß- Version heißt bei mir: funktioniert, ist aber noch nicht ganz fertig...)

Für alle Leser: Der Verdampfer ist tatsächlich unter „Bavaria“ verborgen. Dazu nachfolgend einige überwiegend selbst erklärenden Bilder. Fragen dazu sollen damit natürlich nicht ausgeschlossen werden.

Bild 4

Bild 5

Bild 6

1. Versuch
Der Verdampfer hat auch tatsächlich gleich beim ersten Versuch so wie erwartet funktioniert.

Bild 7

Dummerweise hatte ich aber bei der Reinigung des Spiegels nicht gründlich genug gearbeitet.

Bild 8

2. Versuch
Spiegel ablaugen, gründlich reinigen, Heizelemente wieder mit Al- Reiter laden, Deckel drauf und neuen Versuch starten. Auch diesmal hat der Verdampfer einwandfrei gearbeitet. Aber diesmal machte die Hochspannungsglimmstrecke Ärger.

3. Versuch
Also wieder zurück auf Anfang, ohne Austausch von Heizelementen. 3 x ohne Probleme mit einen Satz Heizelementen ist mir bisher noch nicht gelungen. Ca. 5 s Einschaltung war dann auch Ende der Vorstellung wg. Bruch eines Heizelements.

4. Versuch
Zur Entspannung hab ich dann einen neuen Satz Heizelemente eingespannt. Davon waren aber fünf
bolzgerade 1 x 57 mm W- Drähte und nur eines kunst- und gefühlvoll gebogen. Ich wollte mit diesem Versuch herausfinden ob denn die Biegerei der Drähte wirklich zwingend notwendig ist. Ganz offensichtlich ist sie das:

Bild 9

Der Al- Tropfen hat offensichtlich einen Fluchtreflex in Richtung kalten Drahtende.

Bild 10

5. Versuch
Der Verdampfer wurde mit 6 neuen kunst- und gefühlvoll gebogen Elementen und mit Alureitern beladen. Danach kam wieder mal der obige 16“ Spiegel dran. Diesmal war das Ergebnis OK.

Bei diesem Versuch hab ich auch die wichtigsten Betriebsdaten während er Bedampfung erfasst.

Bild 11

Danach wurden mehrere in einigen s Abstand geschossen Fotos ausgewertet und die Ergebnisse grafisch dargestellt.

Bild 12

Die Verdampfung startet bei einem Kammerdruck von 3,3 x E-5 mb. Die schlagartig einsetzende Wärmeleistung von ca. 700 W setzt in den ersten s doch einige viele irgendwie gebundene Moleküle frei. Das führt natürlich zu einem merklichen Druckanstieg in der Kammer. Aber noch vor der Abschaltung der Heizung ist der Ausgangsdruck 3,3 x E-5 mb wieder erreicht.

Aus der Grafik kann man nicht so recht erkennen wann denn das Alu vollständig verdampft ist. Bei vis. Beobachtung der Heizelemente sieht man nach Einschaltung der Stromversorgung folgendes:
Das Element kommt innerhalb von wenigen s fast auf Weißglut, mit Ausnahme in der Nähe der Klemmstellen. Nach diesen wenigen s schmilzt der Alu- Reiter zu einem Tropfen. die Helligkeit des Elementes nimmt schlagartig erheblich ab. Der Alutropfen beginnt merklich zu glühen und ist nach ca. 15- 20s verschwunden. Danach steigt die Helligkeit des Elementes wieder sehr schnell auf blendend hell an. Draus schließe ich dass nach 30 s Heizzeit wirklich alles an Alu verdampft ist, sofern der Tropfen nicht zu einem der kälteren Enden des Heizelementes gewandert ist. Das passiert aber bei richtig kunstvoll gebogenen Elementen nicht.

Vorläufiges Fazit
An meinem älteren 16“- Kessel hab ich 4 x 4 Elemente und an dem hier vorgestellten Verdampfer 4 x 6 Elemente ausgetauscht. In keinem Falle hat bei der Erstbenutzung eines frischen Satzes ein Element und damit der Verdampfer versagt. Ein Satz kostet jeweils zwei 176 mm WIG- Elektroden entsprechend 2,20€. Als nächstes werde ich mich schlau machen was denn professionell hergestellte W- Wendeln kosten und wie es um deren Lebensdauer steht.

Alternativ könnte man auch Elemente aus mehreren verzwirbelten dünneren Drähten frickeln. Die Profis machen so etwas in der Art. Das kunstvolle biegen von 1mm WIG Elektoden ist nämlich wg. deren Sprödigkeit fast grenzwertig.

Gruß Kurt

Große CFK Vakuumkammer - erster Test

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