Een Dynamo Aangedreven Met Perslucht

Voor het vak Design Engineering voor Fysici (DEF) aan de TU Delft hebben wij een opstelling moeten maken die één energievorm in een andere energievorm omzet. Wij hebben ervoor gekozen om rotatie energie om te zetten in elektrische energie. Dit hebben wij gedaan door een soort dynamo te bouwen. Deze dynamo bestaat uit een houten wiel met daarin 4 magneten. Daarnaast hebben wij een spoel neergezet en deze aangesloten op een breadboard met twee LEDs. Als de LEDs gaan branden hebben wij aangetoond dat er elektrische energie is opgewekt. We hebben er ook een schuifmechanisme bij gebouwd zodat de spoel ook nog op verschillende afstanden van het wiel gezet kan worden om zo de LED feller of minder vel te laten branden.

Voor het wiel met de magneten heb je nodig:

• MDF hout (6x450x300 mm) x2
• 4 kleine ronde schijf magneten (diameter: 20 mm, dikte: 1.5 mm, sterkte: ongeveer 0.2 T)
• Kogellager (binnendiameter: 15 mm, buitendiameter: 32 mm, dikte: 9 mm)
• Teflon cilinder (Je hebt genoeg nodig om een cilinder van 25 mm lang met een diameter van 15 mm te maken)
• Schroefje (Deze schroef je in de elektromagneet waarvoor de link hieronder is weergegeven)
• 4 schroeven (Om de onderdelen aan de ondergrond vast te maken)
• Plexiglas

Qua elektronica heb je nodig:

• Een elektromagneet (dit is je spoel) https://www.tinytronics.nl/shop/nl/mechanica-en-actuatoren/elektromagneten/elektromagneten/elektromagneet-10kg-12v-dc-jf-xp3022
• Een breadboard
• Een rode en een blauwe LED

Verder heb je nog nodig:

• Houtlijm
• Een lasersnijder
• Perslucht
• Een draaibank
• Schuurmachine
• Zaag
• Lijmpistool

In de eerste stap gaan we de houten onderdelen van de opstelling maken. Wij hebben hier het programma Inkscape voor gebruikt.

Onderin de foto zijn de houders voor de kogellager te zien. Linksonder zijn de onderdelen die op de ondergrond komen te liggen. De afmetingen hiervan zijn 60x60 mm met aan de binnenkant een rechthoek van 12x45 mm. Rechts hiervan zie je de houders van de kogellager die rechtop komen te staan de afmetingen hiervan zijn 45x90 mm met binnenin een cirkel met een diameter van 32 mm op een hoogte van 65 mm. Van beide houders hebben we twee exemplaren gemaakt omdat dit zorgt voor meer stevigheid. Deze worden in een volgende stap aan elkaar gelijmd.

Het wiel heeft een diameter van 100 mm met in het midden een gat met een diameter 15 mm. De gaten zitten allemaal op 90 graden afstand van elkaar op een afstand van 30 mm van het midden. Deze hebben een diameter van 20 mm.

De rest van de onderdelen zijn voor het schuifmechanisme van de elektromagneet. Daarvoor kan het document hieronder geopend worden met Inkscape om te afmetingen af te lezen.

In deze stap gaan we de houder van de kogellager in elkaar zetten.

• Eerst gaan we de twee langwerpige kogellager houders aan elkaar vastlijmen met houtlijm. Dit vereist wel wat precisie, want de kogellager moet er nog in kunnen passen. Dit kan je toen door tijdens het vastlijmen de kogellager in de houders te doen.
• Na dit gedaan te hebben kan deze houder in de vierkante houder gezet worden. Wij hebben er uiteindelijk 1 gebruikt, maar mocht je dit niet stevig genoeg vinden kan je de tweede ook gebruiken en de twee aan elkaar vast lijmen. Mocht het niet helemaal goed passen kan de opening met wat schuurpapier wat groter gemaakt worden.

Deze 2 onderdelen maak je vervolgens aan elkaar vast door wat lijm in de opening van de vierkante houder te doen en de langwerpige houders hierin vast te drukken.

In deze stap wordt de aansluiting gemaakt die het wiel met de kogellager verbindt. Hiervoor wordt teflon gebruikt.

Met de teflon wordt een kleine cilinder gemaakt van 25 mm lang en met een diameter van 15 mm.

• Allereerst bewerk je de teflon cilinder op de draaibank totdat het de juiste diameter heeft (15 mm)
• Daarna zaag je de juiste lengte af (25 mm)

Vervolgens kan je de kogellager in zijn houder doen en dit onderdeeltje door het midden van de kogellager doen. Op het andere eind van de aansluiting bevestig je het wiel. Dit doe je op zo'n manier dat het wiel en de houder geen contact maken.

Voor deze stap heb je de laatste onderdelen van het lasersnijden nodig. Hier ga je het schuifmechanisme maken. Het schuifmechanisme bestaat uit 4 delen: 2 platformdelen en 2 schuifdelen. Deel 1 en 3 zijn de platform delen. Deze delen zijn aan elkaar vastgelijmd. Deel 2 en 4 zijn ook aan elkaar vastgelijmd. Het is wel belangrijk dat je onderdeel 2 eerst door onderdeel 1 heen doet voordat je 2 en 4 aan elkaar vast lijmt anders kan het er niet meer doorheen. Vervolgens doe je een schroefje door het gat dat je gemaakt heb in onderdeel 4 en schroef je deze vast in de elektromagneet. Nu zit de elektromagneet vast aan onderdeel 4 en kan je deze samen met onderdeel 2 en 4 als geheel verschuiven.

Het elektrische circuit is redelijk eenvoudig. Het bestaat uit de elektromagneet, de 2 LEDs (een rode en een blauwe) en een breadboard.

De draden in de foto komen vanaf de elektromagneet. Deze draden zitten al ingebouwd in de elektromagneet. Het maakt niet uit welke van deze draden links of rechts zit.

De ene LED staat + naar - geschakeld en de ander - naar +. Dit is omdat de LEDs dan om en om aan en uit zullen gaan. Het wiel zal namelijk zorgen voor een wisselspanning.

Omdat de magneten op hele hoge snelheid in het wiel rond zullen draaien is het verstandig om voor de zekerheid een bescherming om het wiel heen te plaatsen, zodat als het fout gaat, de magneten niet zomaar overal heen kunnen vliegen.

Hiervoor is plexiglas gebruikt zodat je de opstelling nog wel kan zien terwijl hij werkt. Wij hebben een plexiglas kooi gemaakt die over het wiel heen gezet kan worden en ook weer weggehaald kan worden. Deze kooi bestaat als het ware uit 5 puzzelstukken: 4 muren en een deksel.

In 1 van de muren zit een gat waar het schuifmechanisme door heen kan. Ook zitten er in de muren gaten. Deze zijn én om met de luchtdrukspuit het wiel aan te kunnen drijven én om te zorgen dat de lucht die je in de kooi spuit ook weer weg kan.

In het bestand hieronder vind je het ontwerp van de verschillende onderdelen van de kooi met de bijbehorende afmetingen. Deze onderdelen hebben wij laser gesneden uit plexiglas. In dit bestand vind je ook het ontwerp voor de ondergrond. uit de ondergrond zie je dat bepaalde stukken worden weggesneden. Deze stukken worden weggesneden zodat de kooi in de ondergrond geklikt kan worden. Deze ondergrond is van MDF hout gemaakt dus deze moet apart van de plexiglas onderdelen gesneden worden.

De verschillende onderdelen van de kooi kunnen aan elkaar vastgelijmd worden met een lijmpistool. De gehele kooi hoeft niet vastgelijmd te worden in de ondergrond.

Eerst wordt de houder van de kogellager vastgelijmd met houtlijm aan de ondergrond. Daarna worden er 2 schroeven in gedraaid zoals te zien is op de foto. Als er nog een deel van de schroef uitsteekt onder kan dit weggeschuurd worden met een schuurmachine.

Hetzelfde doen we voor onderdeel 3 uit stap 4. Eerst wordt het vast gelijmd aan de ondergrond en goed tegen de houder van de kogellager aangedrukt. Daarna worden de schroeven er ingedraaid op de plekken die te zien zijn in de foto.

Zorg dat je tijdens het positioneren van deze onderdelen rekening houdt met dat de kooi er nog overheen moet. Dit kan je doen door voor het vast te lijmen even de kooi er over heen zetten en kijken of het nog past.

Nu doe je ook de magneten in het wiel. De opstelling werkt het best als de magneten met de noordpool en zuidpool om en om ingedaan worden. Dus als jij naar het wiel kijkt staan de noordpolen van de bovenste en onderste magneet naar je toe en van de rechter en linker magneet van je af. Op deze manier is de fluxverandering namelijk maximaal.