Elektronischer Flaschenteufel

Elektrische Energie wird normalerweise über Kabel und Leiter übertragen. Bei einer drahtlosen Energieübertragung nutzt man hingegen elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder, um einen Verbraucher mit Strom zu versorgen.

Beim hier vorgestellten Bastelprojekt wird elektrische Energie mittels resonant induktiver Kopplung zu einem Objekt, dem elektrischen Flaschenteufel, übertragen. Dieser nutzt die Energie, um in einem mit Wasser gefüllten Glaszylinder auf- und abzutauchen und dabei zu leuchten. Die dafür nötige Elektronik ist einfach aufgebaut und lässt sich auch für andere Anwendungen nutzen, bei denen Verbraucher im unteren Wattbereich über eine Distanz von einigen Zentimeter drahtlos mit Strom versorgt werden sollen.

Der Bau des elektronischen Flaschenteufels mit drahtloser Energieübertragung beschreibt ausführlich ein Artikel in der Make-Ausgabe 1/16. An dieser Stelle hingegen beschreiben wir detailliert und Schritt für Schritt, wie man den Taucher zu Wasser lässt und ihn dort austariert.

Schritt für Schritt

• Der fertige Taucher wird seitlich gekippt und so ins Wasser gegeben, wie auf dem Bild zu sehen. Durch die Wasseraustausch-Löcher füllt sich sein Inneres, durch das Kippen verbleibt aber im oberen Teil eine Luftblase. Das Volumen dieser Luftblase muss so bemessen werden, dass er gerade nicht mehr an der Wasseroberfläche bleibt, sondern ganz langsam auf den Grund sinkt. Die Heizwiderstände müssen dabei innerhalb der Luftblase liegen und dürfen keinen Kontakt zum Wasser haben.
• Taucher aufrichten und loslassen. Kippt er um oder schwimmt er stabil an der Wasseroberfläche hat er noch zuviel Luft. Säuft er gleich ab, hat man ihn zu stark gekippt und die ganze Luft ist entwichen. Falls er dann auf der Seite liegt, mit dem Luftbefüller rausfischen und von vorne anfangen. Steht er aufrecht am Grund, mit Luft befüllen.
• Hat er zuviel Luft, wieder etwas kippen und so drehen, das die vier kleinen Entlüftungslöcher oben liegen. Soweit kippen, dass ein Teil der Luftblase unterhalb dieser Löcher liegt und mit dem Zeigefinger gegen die Hülle klopfen. Durch die Löcher wird jetzt ein kleines Luftbläschen freigesetzt; fortgesetztes Klopfen löst weitere.
• Den Taucher wieder aufrichten und testen, ob die Balance stimmt. Schwimmt er weiterhin oben, oder taucht er wieder auf, wenn man ihn unter die Wasseroberfläche gedrückt hat, wiederholt man den Vorgang. Sinkt er schnell ab, hat er zuwenig Luft und wird trotz Heizung nicht wieder auftauchen.
• Ist die Luftblase im Taucher sehr groß, dauert das Ausbalancieren über die kleinen Entlüftungslöchern zu lange. Man dreht jetzt den Taucher in diesem Fall so weit, das eines der vier Wasseraustausch-Löcher oben liegt und kippt ihn vorsichtig, bis ein Teil der Luft darüber entwichen ist. Dann weiter wie oben beschrieben.
• Mit dem Luftbefüller kann man den Taucher am Grund befüllen und beim Auftauchen wieder neu ausbalancieren. Hat mas das einige Male gemacht, bekommt man bald ein Gefühl dafür, sodass das Ausbalancieren schneller gelingt hinbekommt.
• Ist der Taucher ausbalanciert, prüft man, ob sich die Heizwiderstände innerhalb der Luftblase befinden. Kommt Wasser an die Widerstände, obwohl ihre Höhe richtig eingestellt ist, muss etwas Ballast in Form kleiner Steinchen oder Glasgranulat (keine Metallteile!) im Taucher oder an seiner Hülle befestigt und neu ausbalanciert werden.
• Der Richtwert für die Sinkzeit eines Taucher mit Propeller liegt bei etwa 30 Sekunden bei einer Wasserhöhe von 45 cm, wobei die Sinkzeit startet, sobald die Spitze des Tauchers die Wasseroberfläche verlässt, und gestoppt wird, wenn der Taucher auf dem Grund aufsetzt.

Tipps und Tricks

• Abgestandenes Wasser verwenden: Im Leitungswasser ist mehr oder weniger Luft gelöst. Füllt man das Taucherglasgefäß damit, perlt sie langsam aus. Dabei entstehen an der Glasinnenseite und am Taucher kleine Bläschen, die im Laufe von Stunden größer werden. Sie verleihen dem Taucher unerwünschten zusätzlichen Auftrieb. Abhilfe: Wasser ins Gefäss füllen und eine zerknitterte Kunstofffolie (für möglichst große Oberfläche) ins Wasser tauchen und über Nacht stehen lassen. Die Bläschen lagern sich dann überwiegend an der Folie ab, die man dann wieder aus dem Wasser zieht. Danach ist der Spuk meist vorbei.
• Heizwiderstände: Hier empfiehlt es sich, etwas größere Typen zu nehmen, soweit der Platz es zulässt – sie speichern mehr Wärme. Bei zu kleinen Widerständen geht dem Taucher sonst auf dem Weg nach oben die Wärme aus und er sinkt wieder ab.
• Führung des Tauchers zur Mitte: Das hier verwendete Spaghettiglas hat einen Innendurchmesser von 9 cm, die Sendespule 7 cm. Kommt der Taucher am Grund des Glases direkt am Innenrand zu stehen, ist die Energieübertragung dennoch ausreichend, um ihn wieder auftauchen zu lassen. Wird ein Glas mit größerem Innendurchmesser verwendet, kann es sein, dass die Energie am Glasrand nicht mehr ausreicht. In diesem Fall kann man sich mit einer Führung behelfen. Man schneidet eine Kunstoffscheibe in Größe des Bodens zurecht und versieht sie mit nach oben stehenden Drähten, die dann etwas zum Glasrand hin gebogen werden. Acht Drähte, die in einem Kreis mit 7 Zentimeter Durchmesser gleichmäßig in die Scheibe eingelassen werden, sollten ausreichen, den Taucher beim Sinken in die Mitte des Bodens zu lenken.
• Resonanzfrequenz am Sender optimieren mit den DIP-Schaltern: Falls es durch Bauteiletoleranzen und beim Wickeln der Spulen zu größeren Abweichungen von der errechneten Resonanzfrequenz kommt, kann man mit den Schaltereinstellungen experimentieren, um eventuell eine bessere Leistungübertragung zu erreichen (siehe auch Tabelle im Senderschaltplan – Schalterstellung 3, 4, 6 und 8).
• Beleuchtung von unten: Wenn es etwas dunkler im Raum ist, sehen LED gut aus, die man unterhalb der Sendespule anbringt und die das Wassergefäß von unten beleuchten.

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