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Seifenblasen-Maschine mit Wellenantrieb

Wer öfters auf die größeren Drachenfeste besucht hat, ist bestimmt schon mal staunend vor einer Windspiel besonderer Art stehen geblieben: Der Seifenblasenmaschine. Mir ging das auch so und seit Jahren wollte ich mir auch so eine Maschine bauen. Endlich hatte ich wegen eines Jobwechsels etwas Zeit und ausserdem 2 Kinder im richtigen Alter für die Argumentation gegenüber der Ehefrau. Nach 2 Tagen war sie fertig und hat auf Anhieb wunderbar funktioniert.

Den Spaßerzeuger hängt man unter einem Zugdrachen oder der Besitzer hängt sie einfach an einer Angel in den Wind. Sogar Windstille ist kein Problem: Man dreht die Angel einfach im Kreis. Das reicht schon aus um Tausende von Blasen in Sekundenschnelle zu erzeugen und damit dem Publikum während der Windstille bei Laune zu halten.

Ich will meine Maschine hier recht genau vorstellen, damit ein Nachbau problemlos möglich sein dürfte. Auf genaue Maße verzichte ich aber bewusst, da Sie beim Bau wohl immer andere Bauteile einsetzen werden da es keine festgesetzten Bezugsquellen gibt. 

Es gibt unterschiedliche Varianten: Die Unterschiede liegen meistens in der Kraftübertragung vom Windrad auf die Antriebswelle. Oft werden hier Gummis oder Zahnradriemen eingesetzt. Einmal habe ich eine Variante gesehen, in der 20 unter einander montierte Zahnräder die Kraft übertragen haben. Ich wollte eine Maschine bauen, die von aussen möglichst "untechnisch" aussieht und auf Gummis verzichten, da diese immer dem Alterungsprozess unterliegen. Da hatte ich die Idee, die Kraft per Welle innerhalb des Halterohrs zu übertragen, so dass man von aussen überhaupt keine Bauteile sieht. Auserdem haben wir hier recht unterschiedliche Windverhältnisse in Worms, so daß ich ein Konzept überlegt habe, wie man je nach Windbedingungen das Windrad austauschen kann.

Die Probleme Die Seifenblasenmaschine hat prinzipiell 2 Probleme: Wie übertrage ich die Umdrehung des Windrades auf eine ca. 50 cm weiterunterliegende Achse und wie lasse ich die untere Achse um einiges langsamer laufen als das Windrad ? Würde man einfach mit einem Gummi die beiden Achsen verbinden, so würden die Seifenblasenringe mit Bohrmaschinengeschwindigkeit die Seifenlaufe aus dem Behälter schaufeln und man hätte nasse statt interessierte Zuschauer. Das Windrad Das Windrad selbst habe ich mir erspart zu bauen. Dazu gibt es in jedem Supermarkt zu viele Windräder, aus denen man sich für ein paar Euro das passende aussuchen kann. Die Achse des gekauften Windrade bohren wir in der Breite der eigenen Achse aus und verkleben sie mit Sekundenkleber. Generell ist der Sekundenkleber bei meiner Lösung das Allheilmittel, da ich aus Gewichtsgründen wenig Schrauben und stattdessen viel Kohlefaserrohe aus dem Drachenladen verbaut habe. In meinem Falle habe ich das Windrad (A) auf ein 4mm Kohlefaserrohr geklebt. Zur Kraftumlenkung wird eine Zahnradschnecke etwas weiter hinten auch auf die Achse geklebt. Alle Zahnradteile wie auch die Schnecken sind in meiner Lösung aus Gewichtsgründen aus Plastik. Sie stammen aus einem Zahnradsortiment, dass ich vor einiger Zeit bei Conrad Elektronik erstanden habe.

Jetzt will die Windradwelle befestigt sein. Mein Wunsch war es, das Windrad gegen ein Anderes schnell austauschen zu können. Die Lösung die dabei heraus kan ist höchst einfach: Auf einem Kreuzverbinder ((E) Eddykreuz 6mm aus dem Drachenladen) wurde ein 6 mm Kohlefaserrohr (CFK) in der Mitte eingeschoben. Jetzt wurden die beiden Enden von oben durchbohrt und zwei 8mm Pfeilnocken (C) dadurch befestigt. Diese Pfeilnocken nehmen normalerweise beim Drachenbau am Flügelende Gummi- oder Spannschnüre auf. Aber hier kann man die 4mm-Achse wunderbar einklippen, die Achse kann nicht mehr herausfallen hat aber noch gut Spiel so dass die Achse sich leicht drehen kann. und man kann die Achse mit einem Handgriff wieder rausdrücken um die Transportmaße zu veringern oder eine andere Welle mit einem größeren Windrad einzusetzen. Zwischen den Pfeilnocken und der Zahnradschnecke habe ich einfach noch zwei kurze Stücke 6mm CFK-Rohr aufgeschoben (nicht verklebt), damit die Welle in der Mitte bleibt (D). Die Längsachse In dem Eddy-Kreuz steckt ja schon das 6 mm CFK-Rohr (H), dass etwas seitlich der Zahnradschnecke endet. Wichtig ist, dass das Ende der Rohres vor der zukünftigen Reibung an beiden Enden geschützt wird, sonst wird das Rohr bald ausbrechen. Ich habe dazu einfach die beiden Zacken einer 6mm-Pfeilnocke abgesägt, geschliffen und aucf der Rohrende geklebt. In der Mitte habe ich noch ein 2 mm Loch gebohrt durch das nun die Achse eingezogen wird. Die Achse, die die Kraft innerhalb des Rohres übertragen soll ist ein 2 mm CFK-Vollstab. Dieser Stab ist sehr verwindungssicher und hält einiges aus. Am oberen Ende wurde ein Minizahnrad mit 10 Zähnen (G) geklebt und in das Längsrohr eingeführt, so dass es unten wieder herausschaut. Das Zahnrad muss so befestigt werden, dass die Zähne genau in die Zähe der Zahnradschnecke greifen. Damit ist der obere Teil auch schon fertig. Am unteren Ende wird zuerst wieder ein Eddykreuz aufgeschoben. Er dient zum einem als Halterung für die Wanne mit Seifenlauge und schützt gleichzeitig das Rohr am Ende vor Ausfranzungen. Damit die rausschauende Achse nun genau geführt wird, habe ich unten in das 6mm-Rohr ein 2 cm-langes 4mm Rohr eingeklebt. Dieses wiederum hat einen Innendurchmesser von 2mm, so dass die 2mm-Achse exakt geführt und doch keinen großen Reibungsverluist hat. Dirket nach dem Ausgang wurde eine weitere Zahradschnecke auf die Achse geklebt. Bitte immer auf etwas Spiel achten, die Achse soll sich nach oben und unten ruhig 1mm bewegen können, schließlich soll sie sich ja nicht verklemmen.

Die Seifenblasenringe

Die Ringe selbst sind schnell besorgt. Entweder man kauft 6 kleine Seifenblasenflaschen für Kinder im Spielzeugladen und sägt die Ringe samt Stiel am unteren Ende ab oder man biegt sich selbst welche aus Draht. Wegen der schönen Farben under besseren Laugenaufnahme habe ich mich für erstere Lösung entschieden.
Zur Aufnahme der Seifenblasenringe habe ich das Mittelstück eines ausgedienten Windspielsgenommen und 6 radialle Löcher im gleichen Abstand gebort. Man kann aber im Drachenladen solche Aufnahmen auch kaufen, hier werden sie als Mittelverbinder für Sterndrachen angeboten.
In die Löschen klebt man nun die Stiele der Ringe wobei natürlich schon auf die spätere Windrichtung und die Größe der eingesetzten Teller geachtet werden muss.

Die Wanne mit Seifenlauge Für die Wanne muss man ein wenig die Supermärkte abklappern: Gesucht werden 2 stabile Plastik-Teller mit dem richtigen Radiius und einem möglichst ebenen Boden. Gebogene oder gewellte Böden sind hier nicht zu gebrauchen. Die Tellen sägt man etas überhalb der Hälfte ab und schleift die Ränder glatt. Wer kein Freud von stundenlangen Sägen ist und der den Gestank aushält, kann die Teller auch mit einem Lötkolben zerteilen. Jetzt werden die beiden Hälften aufeinander gelegt und in regelmässigen Abständen in den äussersten Rand Löcher durch beide Hälften gebohrt. Jetzt noch die Löcher mit Schreiben und Muttern gefüllt und die beiden Hälften zusammenschrauben. Dies kann je nach Tellerausführung aber zu Problemen führen, die die Bohrungen eventuell doch so weit im Teller sitzen, daß die Lauge später diese als Fluchtweg benutzt. Man kann sich mit Einmachgummis oder zusammengelegten Fahrradschlauchen behelfen, die man zwischen den Tellerhälften mit einschraubt, In meinem Falle hatten die Teller einen so ungünstigen scharfen Rand, dass ich mit Silkon abdichten musste (Ich muss dazu sagen, dass ich nach 5 Jahren Hausrenovierung genug von der Silkon-Sauerei hatte und daher verständlicherweise eine andere Lösung gerne vorgezogen hätte). In der Mitte der Teller noch 2 Löcher für die Achse gebohrt und fetig ist die Wanne.

Die Achse in der Wanne

Wer wie ich 2 halbflexible Teller einsetzt hat das Problem, dass sich nach der Halbierung der Teller die Tellerböden nach innen biegen. Um dem entgegen zu wirken, habe ich ein 4mm CFK-Rohr fest in die Achsenlöcher eingeklebt (M), die gleichzeitig die Tellerböden wieder etwas nach aussen drücken und die Wanne gleichzeitig stabilisiert. Um die Achse sicher zu verkleben empfiehlt es sich an den Aufnahmen auf beiden Seiten noch Clips oder aufgeschobene Rohrstücke mit die vekleben sonst hat das Ganze keinen Halt.
Auf die 6 mm-Achse wird nun die Halterung mit den Seifenblasenringen (L) geschoben und direkt daneben ein kleines Zahnrad (K), das an die Halterung fest angeklebt wird. Dabei müssen das Zahnrad und die Halterung sich leicht auf der Achse drehen lassen also nicht mit der Achse verkleben !
Damit die Ringe später exakt in der Mitte der Tellerwanne sitzen werden auf beiden Seiten noch kleine 6 mm Rohrstücke aufgeschoben, die auch nicht verklebt werden sollten.
Jetzt ist die Wanne stabil und die die Seifenblasenringe lassen sich schon leicht durch den Teller drehen. Jetzt fehlt noch der Antrieb.

Das Getriebe

Jetzt kommt erst etwas Mathematik: Jeder hat seine eigene Vorstellung davon, wie schnell sich die Ringe durch die Lauge bewegen sollen. Ich empfehle, dass sich jede Sekunde ein neuer Ring mit Seifenlage aus dem Teller in den Wind drehen soll. Das entspricht bei 3 angebrachten Ringen einer Geschwindigkeit von 1/6 Umdrehungen pro Sekunde.
Das eingesetzte Windrad ist zwar klein aber hat steil angesetzte Flügel. Messungen ergaben, dass es sich bei Bewegungen an einer Angel bei Nullwind ca. 6 Mal pro Sekunde dreht. Alles in allem muß also eine Übersetzung von 1:36 eingebaut werden. Das würde schon ein größeres Getriebe erfordern aber wir setzen ja schon die Zahnradschnecken ein.
An beiden Schnecken wird ein kleines Zahnrad mit 10 Zähnen eingesetzt. Dies bedeutet, dass sich die Schnecke 10-mal drehen muss, bis sich das Zahnrad einmal um seine Achse gedreht hat. Da wir aber 2 Schnecken einsetzen, multipliziert sich der Faktor: 10 * 10 = 100. also dreht sich das Zahnrad an der unteren Schnecke (I) nur mit 1/100stel der Geschwindigkeit des Windrads. Wir müssen also mit unserem Getriebe nicht langsamer werden sondern sogar noch um den Faktor3 schneller !
Um dies zu erreichen ist das 10-zahnige Zahnrad an der Schnecke (I) über eine Achse fest mit einem größeren Zahnrad (J) im inneren der Wanne verbunden (40 Zähne). Dieses grosse Zahnrad greift wiederum direkt in das kleine 10-zahnige Zahnrad, das wir vorhin schon an die Ringaufnahme geklebt haben.
Wir erreichn daruch also wieder eine größere Geschwindigkeit an der Wannenachse um den Faktor 4. Ingesamt haben wir also ein Umsetzungsverhältnis von 4/100 = 1/25 über die gesamte Konstruktion, was unserem Wunsch von 1/36 schon recht nache kommt.
Das Umsetzungsverhältnis ist von jedem selbst zu bestimmen: Je nach eingesetztem Windrad, den Windverhältnissen oder der Verfügbarkeit an Zahnradgrößen kann sich jeder selber sein Optimum zusammenstellen. Obige Rechnung war nur eine Bespielsrechnung, die sich auch in der Praxis bewährt hat.

Noch ein Wort zur Getriebeachse: Die Achse, die die beiden Zahnräder I und J verbindet muss gut geführt werden, damit sich die Zahnrädern nicht verweinden können und guten Kontakt zu den anderen Zahnrädern haben. Ich habe die 4 mm -Achse wieder in einem möglichst langen 6 mm CFK-Rohr geführt, die durch zusätzliche Clips an der Wanne an beiden Seiten gesichert wurde.
Die Postition der Achse am Teller zubestimmen ist nicht ganz einfach und muss sehr genau gemacht werden. Am einfachsten geht es wohl, wenn man zuerst die Achse (M) etwas aus der Wanne herausstehen lässt und darauf ein Zahrad aufstckt, wie es auch im Inneren benutzt wird. So kann man das große Zahnrad exakt auf der Aussenseite der Wanne ausrichten und die Bohrung korrekt ansetzen. Erst nach der Anbringung der Getriebeachse sollte man die Längsstange samt Schnecke anbringen.
Generell ist noch zu sagen: Ein Windrad hat nicht so viel Kraft wie ein Akkubohrer, also macht im das Leben so leicht wie möglich! Achtet auf leichtgängige Achsen und passende Zahnradabstände. Die Zahnräder müssen immer Spiel haben und dürfen nicht kraftvoll einander gepresst werden.

Und jetzt ab zu den Kindern !

Ich hoffe, ich habe die Konstruktion verständlich rübergebracht und hoffe, dass ich auf zukünftigen Drachenfesten mehr Seifenblasenmaschinen bewundern darf. Auch wenn sich dieser Artikel kompliziert anhört, so ist der Bau doch relativ einfach wenn man etwas Geschick mitbringt. Bei mir hat der Bau knappe 2 Tage gedauert und meine Kinder waren begeistert. Also ran an die Teller! Und natürlich freue ich mich über jedes Photo von euren Werken, dass ihr an JoHerz@codev.de schicken könnt.

Viel Spaß, euer Jochen 'Nunz' Herz

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