Kooperation mit der BBS2 in Wolfsburg: Bau eines Flachkollektors mit entsprechender Steuerung
Eine Gruppe aus dem Profil Technik hat einige Tage an der BBS2 in Wolfsburg an einem Projekt gearbeitet: Bau eines Flachkollektors. Dafür wurde im 2. Halbjahr eine Steuerung entwickelt.An der BBS sollte ein Kollektor gebaut werden. An der OBS sollen sich die Schüler eine Steuerung überlegen, die eine Pumpe ansteuert, die das warme Wasser aus dem Kollektor, bei einer bestimmten Temperaturdifferenz, in einen Speicher pumpen soll.
An der OBS sollten sich Gruppen von Schüler/innen überlegen, wie eine Pumpe angesteuert werden sollte, die dafür sorgt, das warmes Wasser aus dem Kollektor in ein entsprechenden Speicher (isolierter Wassereimer) gepumpt werden kann.
Wir einigten uns darauf, dass wir einen Sensor brauchten, der die Pumpe einschaltet, wenn der Kollektor warm genug ist. Die Pumpe sollte ausgeschaltet werden, wenn ein zweiter Sensor aus dem Speicher meldet, dass das Wasser dort warm genug ist.
Die Gruppen mussten sich nun überlegen, wie sie den „Sensor“ bauen wollten. Es bildeten sich schnell zwei Meinugen: Die einen wollten das Problem mit einem Bimetall lösen. Die Anderen favorisierten eine elektronische Lösung:
Protokoll über die Entwicklung unserer Bimetallsteuerung
Von Linda & Laura:
1. & 2. Stunde
Unsere Gruppe hat sich für die Steuerung, mit einem Bimetall entschieden, nachdem wir uns im Computerraum in der 1. Stunde Gedanken darüber gemacht haben, ob es eine sinnvolle Möglichkeit für den Solarkollektor wäre, den wir in der BBS gebaut haben.
Um heraus zu finden, wie wir die einzelnen Materialien und Teile benutzen können, haben wir an der Tafel eine Zeichnung von unseren Vorstellungen gemacht. Als wir zusammen beschlossen haben, dass wir die Bimetallsteuerung verwenden wollen, haben wir uns im Internet informiert, wo man ein Bimetall bestellen kann.
Gruppe: Kim, Nick, Felix, Linda & Laura
3. & 4. Stunde
In den nächsten beiden Technikstunden sind wir (Linda, Laura, Nick, Felix & Kim ) mit Herr Jubitz-Rahn in den Physikraum gegangen, um Materialien, für einen Versuch zu holen. Der Versuch sollte uns zeigen, ob die Idee mit dem Bimetall gut umzusetzen ist und ob es in der Praxis funktioniert. Statt dem Sonnenlicht/Warmwasser, was das Bimetall zum Biegen bringt, verwendeten wir ein Teelicht.
Versuchsdurchführung: Das Bimetall sollte durch die Hitze vom Teelicht so gebogen werden, dass es einen Kontakt berührt und der Stromkreis sich schließt.
Ergebnis: Nach der Durchführung haben wir gesehen, dass dies eine gut umsetzbare Idee ist und wir die Schaltung in dem Solarkollektor einbauen wollen.
5. & 6. Stunde
In den nachfolgenden Stunden ist das Bimetall angekommen und wir haben damit eine Prototypenschaltung gebaut. Um zu sehen, wie es mit den Orginalteilen funktioniert.
Die verwendeten Materialien waren: Lötkolben, Batterien, Bimetall, Glühlampe, Holzplatte, Zangen, Schraubenzieher, Schrauben und Krokodilklammern.
7. & 8. Stunde
Erstellung eines zweiten Prototyps.
In der 7. & 8. Stunde hat die Gruppe einen neuen Prototyp gebaut und dazu eine neue, größere Holzplatte verwendet. Das Bimetall und die Halter waren die Selben. Zu der Bimetallsteuerung haben wir ein Thermometer von Kim mit eingebaut, um zu sehen, ob und wie warm das Wasser wird. Außerdem schließt es bei Wärme den Kontakt und ersetzt einen Schalter. Der Schalter wird durch einen Draht geschlossen. Die Schaltung ist wie die Vorherige mit einer Batterie verbunden. Die Schaltung mit dem Thermometer stellt eine Alternative zu dem Bimetall dar.
9. & 10. Stunde
In der 9. und 10. Stunde haben wir die Schaltung nochmals auf Fehler überprüft, da die Glühbirne nicht mehr funktionierte und die Batterie leer war. Aufgrund dessen haben wir die Glühbirne und die Batterie gewechselt.
Um den Kontakt vom Thermometer zu verlängern haben wir ihn verlötet und mit einem Kleber von Kim auf die Thermometernadel geklebt. Damit haben wir nun eine funktionierende Schaltung. Letzte Stunde haben wir ein 2mm breites Loch durch das Thermometer gebohrt und haben Kupferdraht durchgesteckt und befestigt. Dadurch berührt der Kupferdraht die Nadel.
11. & 12. Stunde
Planung für den Nachbau des Solarkollektors:
Wir haben uns dazu entschlossen, den Solarkollektor nachzubauen, da wir den Kollektor von der BBS noch nicht haben. Dazu haben wir im Physikraum ein Glasrohr mit einer Öffnung ( Konvektions- Rohr ) verwendet und es mir Wasser gefüllt. In das Wasser haben wir Kaliumpermanganat gestreut (das Pulver fährt das Wasser Lila), um zu erkennen in welche Richtung das Wasser bei Erwärmung fließt (s. Bild).
Darunter haben wir einen Kartuschenbrenner gestellt und das Wasser erhitz, das gegen den Uhrzeigersinn geströmt ist.
13. & 14. Stunde
Wir haben eine Relaissteuerung von Herr Jubitz-Rahn auseinander gebaut und verdrahten es nun, sodass wir unsere Bimetallsteuerung anbauen können.
In dem kleinen Film kann man die Funktion des Bimetalls sehen. Nachdem die Steuerung eingeschaltet ist, wird das Wasser im Konvektions-Rohr erwärmt. Dieses erwärmt das Bimetall, welches am Ende mit einem hörbaren “Klick” das Relais für “Pumpe an”, einschaltet.
15. & 16. Stunde
Test mit dem Modell…
Wir haben das Bimetall von der Holzplatte abmontiert und es an das Glasrohr am niedrigsten Punkt montiert und verkabelt. Felix hat den Übergang zu dem Extraschalter abgebaut. Danach hat er den direkten Weg angeschlossen. Nick und Kim haben Schellen gebaut, um die Schaltung am Glasrohr zu befestigen. Nach einiger Zeit haben wir das Glasrohr mit dem befestigten Bimetall an der verkabelten Schaltung angebaut und haben es mit Erfolg ausprobiert.
In der Zwischenzeit haben Laura und Linda die Protokolle von den letzten Stunden im Computerraum abgetippt. Kim und Nick haben insgesamt 4 Schellen an das Glasrohr angebaut und befestigt. Zwischen Schelle und Rohr haben wir ein Bimetall geklemmt und haben die Kontakte mit Kabel und Krokodilsklammern verlötet. Felix hat die Standfüße für die Schaltung entworfen und befestigt. Zum Schluss hat Herr Jubitz-Rahn einen kurzen Film über die funktionierende Schaltung für die Website gedreht.
Weitere Infos folgen…
Wir beschreiben hier die Arbeiten, die an der BBS durchgeführt wurden:
Zur Einführung etwas Theorie:
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Die technische Zeichnung wird „gelesen“ und erarbeitet:
Die Länge der Rohrschlange wird berechnet und gebogen (Kaltbiegen):
Der Kollektorrahmen wird zusammengesetzt. Der Zuschnitt für die Rückwand ermittellt, Bohrungen werden hergestellt und alles montiert (verschraubt):
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Rahmen mit Rückwand und Rohrschlange:
Isolierung wird zugeschnitten und eingelegt:
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Das Absorberblech wird zugeschnitten und Hart aufgelötet:
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Die Abdeckung aus Plexiglas wird zugeschnitten und Halterungen angefertigt:
Bevor der Solarkollektor endgültig zusammen gebaut und erprobt werden kann, muss das Absorberblech noch geschwärzt werden.
So sieht der fertige Kollektor aus:
Unser Kollektor in der Praxis:
An einem schönen sonnigen Montag war es soweit. Wir haben unsere Anlage auf dem Schulhof aufgebaut und ausprobiert. Dabei haben wir auch einige Messungen durchgeführt. Danach konnte die Leistung des Kollektors berechnet werden.
Weitere Informationen: Thermische Solaranlage (Wikipedia)
