Projekte

 

 

Stirling-Motor

 

Projektabschlussarbeit der Grundausbildung 1. Lehrjahr

Im August 2016 begannen wir mit unserer Berufslehre als Polymechaniker. In den ersten sechs Monaten absolvierten wir unsere Grundausbildung und fertigten als Abschlussarbeit einen Stirling-Motor. Die Zielsetzung war, dass wir dieses Projekt selbständig erarbeiten und am Ende des Projektes zwei funktionierende Stirling-Motoren vorweisen können. Für dieses Projekt hatten wir einen Monat Zeit. Nachdem wir das Dossier mit der Anleitung zum Erstellen eines Stirling-Motors erhalten haben, mussten wir dieses erstmal durcharbeiten und einen Zeitplan erstellen. Unsere Ausbildner Matthias Ulrich und Adrian Jenk griff uns ein bisschen „unter die Arme“ und händigte uns noch die Zeichnungen vom Stirling-Motor aus. Er half uns auch beim Erstellen der Arbeitspläne. Diese zusätzliche Zeit konnten wir dann gut bei der Teilefertigung nutzen. Da wir einige Arbeitstechniken in der Grundausbildung noch wenig angewendet hatten, konnten wir durch das Erarbeiten dieses Projektes viel Wissen erwerben und üben, üben, üben.

Der Motor besteht grundsätzlich aus einem Verdrängerkolben, Arbeitskolben, Schwungrad, Sockel und mehreren Pleueln. Bei diesem Projekt war die Auswahl der Materialen und die Präzision sehr wichtig. Die Präzision spielte vor allem beim Arbeitskolben und dem Deckel des Motors eine grosse Rolle. Hätten wir eine zu hohe Toleranz gewählt, wäre die Dichtigkeit (Luftdicht) nicht mehr gewährleistet gewesen. Die Toleranzen beim Erstellen eines Stirling-Motors sind sehr klein (0.01mm – 0.03mm) damit dieser auch einwandfrei funktioniert. Der Arbeitskolben ist eng toleriert, damit gleiten und geringer Luftverlust garantiert sind.

Mit der Teilefertigung sind wir rasch vorangekommen. Der Zusammenbau benötigte mehr Zeit, als wir angenommen hatten. Schon fast am Ende angelangt, mussten wir noch einen Fehler beheben. Wir haben für das Schwungrad das falsche Material gewählt. Das Rad wurde mit Messing zu schwer und drehte sich nicht. Wir mussten deshalb das Schwungrad nochmals aus Aluminium herstellen, damit es leicht wird und hofften, dass es sich diesmal dreht.

Am Schluss haben wir alle Einzelteile zu einem Stirling-Motor montiert. Der Test verlief sehr positiv und alles hat super funktioniert!

Wir danken Matthias Ulrich und Adrian Jenk, Abt. IAP für die Betreuung und Unterstützung bei der Fertigung des Abschlussprojektes.

Luca Jäger, Jan Zehnder

 

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Transit Planetenmodell 

 

Das Modell 

Das Projekt Transit Planetenmodell wurde im Auftrag von Prof. Dr. Willy Benz durch die Polymechanikerlernenden Lorenz Tschumi und Sebastian Aellig realisert.

Das Transit Planetenmodell soll die Funktionsweise des Satelliten Cheops (Teleskop) auf einfache Art aufzeigen. Dabei wird die sogenannte Transitmethode angewendet. Sie vermisst präzise den Durchmesser von ausgewählten Exoplaneten. Damit lässt sich zusammen mit der Masse des Himmelskörpers die Dichte des Planeten bestimmen. Diese Dichte wiederum verrät, ob der Planet aus Stein, Eis oder Gas besteht und wie seine Atmosphäre beschaffen ist. All dies sind unentbehrliche Kriterien, um mehr über Lebensfreundlichkeit oder -feindlichkeit eines Himmelskörpers zu erfahren.

Das Video simuliert die Teleskopaufnahmen des um die Erde kreisenden Satelliten Cheops zu Exoplaneten mit der Umlaufbahn um einen Stern.

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Cheopsmodell 

 

 

«CHEOPS» ist die erste Kleinmission der Europäischen Weltraumorganisation ESA und wird gemeinsam mit der Schweiz durchgeführt. Die Universität Bern nimmt dabei eine führende Rolle ein: Im Auftrag des Swiss Space Office (SSO) koordiniert sie die Mission, und Astrophysiker Willy Benz fungiert als «Principal Investigator».

Die Universität Bern ist bei der «CHEOPS»-Mission der ESA sowohl für die Koordination als auch für die technische und wissenschaftliche Durchführung verantwortlich. Dies umfasst die Entwicklung des wissenschaftlichen Instruments von «CHEOPS», den Aufbau von dessen «Träger», dem Bodensegment, sowie die wissenschaftliche Auswertung der Mission.

«CHEOPS» ist ein kleiner Satellit, der rund 250 Kilogramm wiegt und ein Teleskop von 30 Zentimeter Durchmesser und eineinhalb Meter Länge trägt, das am CSH der Uni Bern zusammengebaut wird. Er soll bereits 2017 in eine erdnahe Umlaufbahn geschossen werden, wo er in 800 Kilometer Höhe über dreieinhalb Jahre rund 700 helle Sterne ausserhalb unseres Sonnensystems untersucht und ihre Planeten charakterisiert.

 

Modell

Im Auftrag von Prof. Dr. Willy Benz erstellten die Polymechaniker-Lernenden zwei Cheopsausstellungsmodelle im Massstab 1:2.

Mit viel Motivation stellten sich die Lernenden der Herausforderung. Viele Einzelteile konnten mit CNC- oder konventionellen Maschinen hergestellt werden. Die komplizierten und dünnwandigen Teile wurden aus Zeitgründen mit einem 3D-Printer hergestellt. Für den optischen Effekt mussten die Teile entsprechend beschichtet oder mit Folien abgedeckt werden.

 

 

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Dopplereffekter 2010

 

Was ist der Dopplereffekt

Wenn ein Krankenwagen mit Blaulicht und Sirene an uns vorbeifährt, können wir beobachten (oder besser hören), dass sich die Tonhöhe der Sirene oder auch des Motors beim Vorbeifahren ändert: Kommt der Wagen auf uns zu, hört sich die Sirene höher an, als wenn sich der Wagen von uns entfernt. Der Grund ist einfach: Nähert sich der Wagen uns, werden die Schallwellen der Sirene "zusammengedrückt", was zu einem höheren Ton führt. Entfernt sich dagegen der Wagen von uns, werden die Schallwellen gestreckt, was einen tieferen Ton verursacht. Die Änderung der Tonhöhe ist also nur ein Beobachtungseffekt. Für den Fahrer hört sich seine Sirene die ganze Zeit gleich an.

Herstellung des Dopplereffekter

Im Auftrag von Urs Lauterburg  konstruierten und fertigten die PM-Lernenden 10 Dopplereffektermodelle für die Studenten des physikalischen Unterrichts.

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Fallrinne 2008

Die Verwendung

Dieses Projekt wurde ausschliesslich für den Unterricht der Physikstudierenden entwickelt. Mit diesem Fallversuch zeigen die Dozierenden den Studierenden die Zusammenhänge zwischen Beschleunigung, Geschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke auf.

Diese Zusammenhänge wurden schon früher von Galileo Galilei entdeckt.

„Die zurückgelegte Strecke ist direkt proportional zum Quadrat der dazu benötigten Zeit“

Entwicklung und Konstruktion

Kai Bachofner (PM-Lernender, 4.Lehrjahr) war für die Konstruktion zuständig. Seine Aufgabe war es, die Wünsche des Auftragsgebers, wie Genauigkeit, Grösse und Gewicht, zu verwirklichen. Für die Entwicklung und Konstruktion der Fallrinne benötigte er mit langen Unterbrüchen für Abklärungen ca. vier Monate. Mit der Bestellung des Rohmaterials, welches mit Wasserstrahl und 5mm Materialzugabe zugeschnitten wurde, war die Aufgabe abgeschlossen.

Fertigung und Montage

Für die Produktion waren Daniel Kunz, Gerhard Reubi (PM-Lernende, 2. Lehrjahr), Christian Märki (PM-Lernender, 3. Lehrjahr) Kai Bachofner und Olivier Högger (PM-Lernende, 4. Lehrjahr) zuständig.

Sehr viel Zeit wurde für das Fräsen der beiden Bahnen in Anspruch genommen. Die Schwierigkeit bestand darin, dass die Teile grösser waren als der Verfahrweg der Maschine. So mussten die Teile in drei bis vier Aufspannungen genau ausgerichtet werden, um eine übergangslose Bearbeitung zu erhalten, welches für das Abrollen der Kugel in der Rinne von grosser Wichtigkeit ist.

Olivier Högger