Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

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oglbi
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Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#1 Beitrag von oglbi »

Totale.PNG
Hi

Ihr kennt die Sache mit dem bewegten Leiter aus dem Physikunterricht. Auch ich wollte das schon immer mal machen.
Neben vielen kleinen Unzulaenglichkeiten haenge ich momentan noch an einem grossen Problem.
Derweil habe ich aber genug zum Zeigen.
Vorab erstmal die Totale. Dann gehe ich auf die Historie, die Baugruppen und Problemchen ein.

oglbi


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oglbi
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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#2 Beitrag von oglbi »

Es ist schon eine Weile her da wollte ich eine coilgun bauen. Zu dem Zeitpunkt hatte ich 2 Elkos mit je 400V und 19000µF. Mir war ueberhaupt nicht klar wie ich die Elkos laden wuerde. Deshalb beschloss ich mir einen passenden Trafo zu wickeln. Jetzt muesst ihr wissen dass ich nicht so der begnadete Mechanikus bin.

Nach keinem Plan, viel Blutdruck, schmerzenden Fingern und akuter Unlust zum Trafo wickeln entschloss ich mich ersteinmal dazu allen Spulen zu entsagen und zur vermeidlich Einfacheren Variante (railgun) umzuschwenken.

Um moeglichst wenig mechanisch zu tun zu haben wollte ich zunaechst eine selbsttragende Konstruktion aus Sechskantprofilen bauen. Dann las ich mich tiefer ein und stolperte ueber das zweite Rappsche Railgunpostulat. Frei nach mir interpretiert heisst das:
Kloetze ohne Buersten als Leiter oder selbige gar noch als Schalter zu benutzen macht nur dann Sinn wenn man eine Plasmaapparatur mit viel Funkenflug, boom, peng plant.

Ich vollziehte einen Schwenk zu einer Zweischleifenkonstruktion aus geraden Schienen.
Wieder darauf bedacht nichts saegen, schleifen oder bohren zu wollen.
Die Konstruktion sah sehr cool aus.
V1d.PNG
V1c.PNG
V1b.PNG
V1_01.PNG


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oglbi
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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#3 Beitrag von oglbi »

Leider taugte die ganze Konstruktion keinen Schuss Pulver. Die Reibung der Materialien (Kunststoff und Kupfer) war zu gering. Die ganze Knstruktion war schicht zu instabil und unexakt. Ich nahm einen kleinen Thyristor (MCD161-22io1). Bei der Ansteuerung macht ich mir keine Gedanken. Er war zu klein (Pulsstrom 6kA) und die Ansteuerung war Kaese.
Er zuendete einmal und dann Nimmermehr. Danach machte ich erstmal Pause und las mich richtig ein.
V1e.PNG
V1e.PNG (448.95 KiB) 835 mal betrachtet


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oglbi
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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#4 Beitrag von oglbi »

Wenn man im Netz nach railguns sucht findet man fast ausschliesslich Aufbauten mit viel zuviel Spannung, festen Armaturen und keinem Schalter (wird mit Pressluft eingeschossen). Fairer Weise muss man aber auch sagen dass eine railgun ohne Feuerschweif und Knalltrauma fuer youtuber einen Zielkonflikt darstellen.

Ziemlich schnell findet man die einzige Seite die mit diesen Mythen bricht. Das ist auch der Einzige der andere Wege gegangen ist und im Hobbymassstab
herausragende Ergebnisse erzielte. Wer kennt ihn nicht...
https://www.rapp-instruments.de/
Leider ist die Seite des Oefteren down so dass zu befuerchten ist dass sie irgendwann verschwindet.

Das zweite Postulat hatte ich bereits erwaehnt.
Das erste Rappsche Postulat (wieder frei nach mir) lautet:
Fuer gewoehnlich macht jeder die Spannung zu hoch und die Schienen zu lang. Da ist der Puls schon lange durch.


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oglbi
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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#5 Beitrag von oglbi »

Aktuell habe ich 4 Elkos zu je 400V 19000µF.
Da musste ich bohren..und es wurde natuerlich schief.
schief.PNG
Wie lade ich nun meine Kondensatoren?
Die einfachte Moeglichkeit besteht, meiner Meinung nach, darin einen Stelltrafo zu nehmen und eine Villardschaltung zu nehmen (unnoetig loeten tue ich auch nicht gerne).
Bei 400V und einfacher Verdoppelung brauche ich 200V Spitzenspannung. Das ergibt 200V/Wurzel(2)=141V effektiv.

https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsverdoppler
Villard.PNG
Villard.PNG (7.94 KiB) 828 mal betrachtet

Im schnappte mir ein Simulationsprogramm um zu sehen wie gross ich die Kondensatoren machen sollte.
Villard_b.PNG
Villard_b.PNG (17.99 KiB) 828 mal betrachtet
Da passte es ganz gut dass ich zu der Zeit gerade 3x90µF guenstig gebraucht geschossen hatte.

Das ist die Schaltung (kleine Platine bitte ignorieren):
Beide Enden (90µF der Placeboelko) habe Entladewiderstaende. Wer schonmal drangefasst hat weiss warum.
Links nben dem Placeboelko sind die Ausgaenge (+-) verdeckt.
Ele1.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#6 Beitrag von oglbi »

Die Sache mit der Strombegrenzung.

Die Simulation sagt ca 10A.
Das deckt sich mit 90µF/50Hz -> 35Ohm
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-RC.htm

Ich schalte an..peng dunkel..ich aergere mich.
Ich probiere es nochmal...peng dunkel.
Ich aergere mich und stelle die Digitalwecker in 2 Raeumen neu.

Das wird bestimmt der Anlaufstrom sein vom Stelltrafo (2kW)..dachte ich.
Spartrafo.PNG
Spartrafo.PNG (304.5 KiB) 827 mal betrachtet
Wenn ich vorher dieses wirklich sensationell einfach aufgebaute Bild von dem Schuetz und dem Widerstand (Alexander? Phoenix?)
gesehen haette, dann haette ich es selbst gebaut. So habe ich das zeitverzoegerte Relais nur unsportlich gekauft.
Relais.PNG
Relais.PNG (329.28 KiB) 827 mal betrachtet


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#7 Beitrag von oglbi »

Aber es war noch nicht vorbei. Auch jetzt flog noch, wenn auch selten, die Sicherung. Da ich mich daran erinnerte, dass man ueber einen Blindwiderstand (nachzulesen auf der Kilovoltseite) den Stron drosseln kann, kam ich mal wieder auf die wahnwitzige Idee einen Spule zu wickeln. Ich habe mich 2 Nachmittage hingesetzt um 100m Bindedraht zu zerschnippeln. Das Kunstwerk mit einem guten Ohm ohmscher Widerstand bei 0.6mm Kupferlackdraht und 100m Bindedraht als Kern:
StromB.PNG
Ist sie nicht wunderhuebsch?
Leider kam ich nur auf 7Ohm *seufz*
Zum Glueck hatte ich in der Kruschelkiste noch einen 1kW Rinkerntrafo *jubel*.
Ich schaltete die 67V 7A-Wicklung in die Netzleitung. Seitdem ist Ruhe (hoffe das bleibt auch so).
Ringkern.PNG
Ringkern.PNG (145.57 KiB) 821 mal betrachtet
PS.
Hinzuzufuegen waere dass die Glassicherung im Trafo nie rausflog.


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#8 Beitrag von oglbi »

Laut Zangenamperemeter fliessen 7A-10A.
400V 76000µF sind in einer guten halben Minute geladen.

Als Enladewiderstaende an den Elkos habe ich das Dreheisenmesswerk mit 90kOhm und 2 Wiederstaende mit zusammen 60kOhm.


Als Prophylaxe gegen Verpolung habe ich noch ein paar Dioden antiparallel verschaltet.
Ele2.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#9 Beitrag von oglbi »

Die Schienenkonstruktion

Sollte ich mir eine Oberfraese kaufen? Da war sie wieder die Angst, etwas saegen oder bohren zu muessen.
Aber zum Glueck gibt es 3D-Drucker. Das ist zwar mit Nichten trivial..aber man muss nicht saegen oder bohren.

Ich kaufte mir einen 3D-Drucker und arbeitete mich in OpenSCad ein. In diesem Programm konstruiert man
indem man einfache geometrische Koerper kombiniert. Fuer einfache geometrische Koerper gibt es nichts Besseres.
OpenSCad3.PNG
OpenSCad2.PNG
OpenSCad2.PNG (6.76 KiB) 815 mal betrachtet
OpenSCad1.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#10 Beitrag von oglbi »

Das sieht dann in etwa so aus (PETG):
Schienen.PNG
Schienen.PNG (922.27 KiB) 810 mal betrachtet
Und kommt die erste Unschoenheit..
Ich isoliere mit Kaptonband. Dabei laufe ich Gefahr die Isolation kaputt zu machen. Die finale Version musste ich 4 Mal neu zusammenbauen.
Beim Zusammenbau habe ich x-Mal durchgepipst. Ob die Isolation gehalten hat wird sich spaeter zeigen.

Ich musste es wieder uebertreiben und hatte mich fuer 4 Schienenpaare entschieden. Das war bereits die x-te Variante Variante mit groesseren
Toleranzen. Haette ich bloss einen modulareren Aufbau gewaehlt. Auch haetten 3 Schienen gelangt. Die mittlere haette ich einschrumpfen oder
lackieren sollen. Wahrscheinlich muss ich das nach dem ersten Test noch tun. Dem aufmersamen Beobachter wird aufgefallen sein, dass ich
auf dem Foto versehentlich innen auch isoliert hatte...aber ich hatte ja Uebung mit dem Auseinanderbau.
Schienen_C.PNG
Zuletzt geändert von oglbi am Mo 13. Jul 2020, 19:00, insgesamt 1-mal geändert.


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#11 Beitrag von oglbi »

Als sehr knifflig erwies sich das Problem mit den Anschluessen. Ich entschied mich fuer Presskontakte mit Masseband weil ich mir dadurch
zusaetzliche Uebergangskontakte sparen konnte. Die Wartungsfreundlichkeit ist mnatuerlich unterirdisch. Auch ist nicht Ohne dass Massebaender
keine genormten Maße haben. Ich wuerde ein gleich breites/dickes Masseband nie wieder Nachkaufen koennen.
Ich unterschaetzte das Gefummel gewaltig. Ich habe geflucht wie ein Brunneputzer. Der Schweiss floss mir in Stroemen (davon gibt es kein Bild).
Klemmen.PNG
Klemmen.PNG (1.54 MiB) 808 mal betrachtet
Klemmen_B.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#12 Beitrag von oglbi »

vorne1.PNG
Totale_C.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#13 Beitrag von oglbi »

Ganz am Anfang hatte ich jede Baugruppe durch Relais geschaltet. Erst als ich Gefahr lief, wegen dem Kabelgewirr den Verstand zu verlieren, fiel mir ein dass Leistungsschutzschalter viel besser dafuer geeignet sind. Je ein Schalter fuer Netz/Trafo, Trafo/Spannungsverdoppler, Spannungsverdoppler/Elko, Steuerschaltung
sowie ein grosszuegig dimensionierter Taster fuer die Steuerschaltung.
LSS.PNG


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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#14 Beitrag von oglbi »

Die Sache mit dem Schalten

Nach meinem letzten kaputten Thyristor habe ich mir was Grosses geholt (TZ740N).
TZ740N.PNG
TZ740N.PNG (351.07 KiB) 793 mal betrachtet
Ich habe versucht den Thyristor mit maximal moeglichem Strom zu beschicken damit er moeglichst schnell und damit verlustfrei durchschaltet.
Den Gatewiderstand habe ich nachtraeglich korriigert weil sich zeigte dass ungefaehr die Haelfte der Spannung am gate abfiel.
Das tat ich mit folgender Schaltung:
GateMosfet.PNG
GateMosfet.PNG (17.66 KiB) 793 mal betrachtet
Ein Taster betaetigt die MAsfets. Die Mosfets schalten den Kondensator.
mosfet.PNG
mosfet.PNG (524.01 KiB) 793 mal betrachtet
Der Kondensator entlaed sich ueber das gate.
Gate.PNG
Der Thyristor hat einige Testzuendungen mit 2x2 60W-Birnen (Haltestrom reicht fuer einen Strang nicht) klaglos gemacht.
Das Signal am Oszi war auch OK gewesen. Bei der Zuendung der hohen Last ging er leider aber wieder kaputt.

Ob die Schaltung einen Wackler hatte, ich irgendwas uebersehen habe oder der Stromanstieg zu hoch war weiss ich nicht.
Bevor ich nicht weiss was da geflossen ist muss ich mir eine alternative Zuendung ausdenken.
Da haenge ich momentan.

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Re: Als ich versuchte eine railgun zu bauen...

#15 Beitrag von stoppi »

Es freut mich, dass du deine railgun und deine bisherigen Erfahrungen hier vorstellst. Die Zerstörung des TZ740 steht mir noch bevor :hihi:

Meine railgun ist bedeutend kleiner. Sie verfügt nur über eine Kondensatorbank mit 16 Stück 700µF/360V Kondensatoren, welche ich auf ca. 325V auflade. Dies entspricht dann einer Energie von nur 592 Joule verglichen mit 6080 Joule bei deinem Aufbau.

Deshalb reichen bei mir auch 2x12 Stück 2n6509 Thyristoren (mit je 250A surge current macht dies insgesamt 6000A einmalige Belastbarkeit) aus und überleben.

Auf die brachiale Hammer-auf-Schalter-Methode kann man zum Glück noch immer ausweichen...
Dateianhänge
Railgun_26.jpg
Railgun_35.JPG
Railgun_66.jpg
Railgun_44.JPG
Railgun_45.JPG
Railgun_59.jpg

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