Wie man eine elektromagnetische Spulenkanone herstellt

Coil Gun ist, wie viele Leute denken (einschließlich mir), nicht nur ein lustiges Spielzeug mit einer Röhre und wenigen Spulen, die Projektile bis zu einer bestimmten Entfernung abschießen können. Wissenschaftler der Sandia National Laboratories glauben, dass eine Coilgun so konstruiert werden kann, dass sie Partikel mit einer höheren Geschwindigkeit beschleunigt, die hoch genug ist, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen. Ja, das hast du richtig gehört! Mit einer Spulenkanone könnten möglicherweise in Zukunft Satelliten gestartet werden. Vielleicht gibt es Leute, die es versucht haben und auch gerade daran arbeiten. Abgesehen von Weltraumanwendungen scheint das Militär auch an einer anderen Form von Coil Gun interessiert zu sein, die als Rail Gun oder Railway Gun bezeichnet wird und Projektile abfeuern könnte.

All dies hat mich daran interessiert, meine eigene Version Coil Gun zu bauen. Es ist auch so befriedigend, mit den Metallprojektilen zu spielen und zu beobachten, wie sie auf Knopfdruck aus der Spule herausspringen. Bevor wir beginnen, möchte ich klarstellen, dass dieses Projekt nur zu Bildungszwecken dient. Wenn Sie also diese Waffe bauen möchten, um diesem Mobber in Ihrer High School zu entkommen, sollten Sie wahrscheinlich einen Psychologen aufsuchen. Das Projekt beinhaltet auch fliegende Metallteile und hohe Spannungen. Seien Sie also vorsichtig beim Arbeiten. Davon abgesehen fangen wir an.

Erforderliche Materialien

• Kupferdraht (emailliert)
• IR-Sensor (Geschwindigkeitsmessart)
• IRFZ44N MOSFET
• BC557 PNP-Transistor
• 10k und 1K Widerstand
• 7805 Regler
• 0,1 uF
• Druckknopf
• Steckbrett
• Stromquelle (RPS)
• 9V Batterie

Wie funktioniert eine Coil Gun?

Das Grundprinzip einer Spulenkanone besteht darin, dass ein stromführender Leiter ein Magnetfeld um sie herum induziert, was von Faraday angegeben wurde. Um die Stärke dieses Magnetfeldes zu verbessern, wird der stromführende Leiter in Form einer Spule gewickelt. Nun, wenn diese Spule mit Strom versorgt wird, erzeugt er ein Magnetfeld um ihn herum, die stark genug ist, Metall zu gewinnen (oder einem anderen ferromagnetischem) Stücke aka Projektile hinein.

Eine solche Anordnung zieht das Projektil nur von einem Ende hinein an, und wenn es das andere Ende erreicht, wird es wieder innerhalb der Spule angezogen, und somit bleibt das Projektil nach wenigen Schwingungen innerhalb der Spule selbst. Dies liegt daran, dass das Projektil während des Prozesses magnetisiert wird und als Magnet wirkt. Solange das Magnetfeld vorhanden ist, bleibt das Projektil (Magnet) in der Regel nur in der Spule. Eine Spulenkanone sollte jedoch ein Projektil aus ihr herausschießen. Daher sollten wir einen Sensor verwenden, um zu überprüfen, ob das Projektil das andere Ende der Spule erreicht hat. Wenn die Spule ausgeschaltet werden sollte, bewegt sich das Projektil auf diese Weise mit der gleichen Geschwindigkeit und Geschwindigkeit aus der Spule entkommen.

Es mag einfach klingen, aber die Komplexität kann durch die Verwendung von mehr als einer Spule erhöht werden. Durch die Verwendung mehrerer Spulen kann die Geschwindigkeit des Projektils erhöht werden, während es durch die Spule läuft. Eine weitere herausfordernde Aufgabe besteht darin, genügend Strom für die Spule zu beschaffen. Die Spule kann je nach Windungszahl und Spulendicke zwischen 5A und 10A bei 24 V verbrauchen. Um einen so hohen Strom zu erzeugen, verwenden die meisten Menschen einen großen Kondensator, um damit umzugehen. Um die Dinge einfach zu halten , bauen wir in unserem Tutorial eine einstufige Spulenkanone und versorgen sie mit einer RPS-Einheit.

Schaltplan

Das vollständige Schaltbild für diese einstufige Spulenkanone ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wie Sie sehen können, ist die Schaltung ziemlich einfach. Die Hauptkomponente in der Schaltung ist die Spule selbst; Wir werden sehen, wie wir es in der nächsten Überschrift bauen. Die Spule wird über eine 24-V-Versorgungsspannung von unserem RPS mit Strom versorgt, die Versorgung wird über einen N-Kanal-MSFET IRF544Z gesteuert (geschaltet). Der Gate-Pin des Transistors wird durch einen 10k-Widerstand (R1) nach unten gezogen, und die Diode D1 wird verwendet, um den Rückstrom zu umgehen, wenn sich die Spule entlädt.

Der MOSFET ist ein N-Kanal und bleibt daher ausgeschaltet, bis eine Gate-Schwellenspannung in diesem Fall 5 V an den Gate-Pin angelegt wird. Dies erfolgt mit einem Druckknopf durch einen PNP-Transistor (BC557). Wenn der Knopf gedrückt wird, werden die 5 V an den Gate-Pin des MOSFET angelegt und die Spule eingeschaltet. Dadurch wird das Projektil angezogen und durch das andere Ende gedrückt. Sobald das Projektil das andere Ende erreicht, wird der IR-Sensorerkennt es und sendet ein 5-V-Signal über den 1K-Strombegrenzungswiderstand an den Basisstift des PNP-Transistors. Dies öffnet den Transistor und daher wird der 5V zum MOSFET getrennt und die Spule wird ebenfalls ausgeschaltet. Daher entweicht das Projektil aus der Spule und wird abgefeuert. Die 5 V zur Stromversorgung des IR-Sensors und zum Auslösen des Transistors und des MOSFET werden durch einen Spannungsregler-IC 7805 von einer 9 V-Batterie geregelt.

Wickeln Sie die Spule

Wie bereits erwähnt, ist die Spule die wichtigste Komponente in dieser Schaltung. Bevor Sie mit dem Aufwickeln der Spule beginnen, sollten Sie entscheiden, wie groß Ihr Projektil sein soll. In meinem Fall verwende ich einen Schraubendreher als Projektile. Sie können jedoch alles auswählen, was ferro-magnetische Eigenschaften hat. Nach der Auswahl des Projektils müssen wir eine lochrohrartige Struktur auswählen, die gerade ausreicht, um das Projektil ohne große Reibung durch das Projektil zu schieben. Ich habe versucht, einen leeren Nachfüllstift zu verwenden, und es hat bei mir hervorragend funktioniert. Sie können eine basierend auf der Größe Ihres Projektils auswählen. Dann kann die Länge der zylindrischen Basis bis zu 5 cm betragen. Schließlich kaufen Sie auch emaillierten Kupferdraht mittlerer Dicke, meiner ist 0,8 mm dick.

Nachdem Sie alle erforderlichen Materialien gesammelt haben, spielen Sie Ihre Lieblings-Wiedergabeliste ab und wickeln Sie die Spule auf Ihre zylindrische Basis. Stellen Sie sicher, dass die Wicklung nicht übereinander liegt und sich nicht leicht löst. Nachdem Sie die erste Wicklungsschicht verfeinert haben, können Sie sie mit einem Isolierband (Isolierband) befestigen und dann die zweite Schicht auf ähnliche Weise darüber beflügeln. Beachten Sie, dass Sie die Spule immer nur in eine Richtung wickeln sollten, wenn Sie nach Erreichen des Endes für die erste Schicht von links nach rechts begonnen haben. Beginnen Sie erneut von links, um die zweite Schicht aufzuwickeln. Sie können diesen Schritt wiederholen, bis Sie 5-7 Schichten erreichen. Ich habe ungefähr 6 Schichten gemacht, wobei jede Schicht ungefähr 60 Windungen hat. Meine Spulenanordnung sieht ungefähr so ​​aus, wie im Bild unten gezeigt.Ich habe zwei 3D-Druckscheiben (weiße Farbe) verwendet, um die Spule an ihrem Platz zu sichern. Sie sind optional.

Das Arbeiten mit Spulen ist immer eine Herausforderung und man muss es richtig wickeln, um richtig zu arbeiten. Wie im Tesla Coil Project erhalten viele Menschen aufgrund einer falschen Spulenwicklung nicht die richtige Leistung.

Arbeiten der Mini Coil Gun

Nachdem Sie die Spule gebaut haben, können Sie sie mit dem Rest des Spulenkanonenschaltkreises verbinden. Beachten Sie, dass die Spule möglicherweise 5 A verbraucht und der Spulenteil daher nicht auf einem Steckbrett aufgebaut werden kann, da Steckbretter normalerweise nur für 500 mA ausgelegt sind. Sie können also entweder die gesamte Schaltung auf einer Perf-Platine aufbauen, indem Sie die Komponenten verlöten, oder die Hochleistungsleitungen auf grobe Weise direkt über ein Steckbrett löten, wie ich es in der Abbildung unten gezeigt habe.

Wie Sie sehen können, wird die Spule durch die geregelten Stromversorgungsklammern (Krokodilklemmen) über einen Mosfet erregt, dessen Stifte direkt mit Drähten verlötet sind. Der Gate-Pin des Mosfets benötigt nur 5 V und wird daher zum Steckbrett gebracht, wo der verbleibende Stromkreis einschließlich Spannungsregler, Transistor und Schalter aufgebaut ist. Das Steckbrett wird von der 9-V-Batterie gespeist, obwohl die Batterie klemmt.

Um das Projekt der Spulenpistole zu testen, legen Sie einfach das Metallstück in die Spule und drücken Sie den Knopf auf dem Steckbrett. Dadurch sollte das Projektil außerhalb der Spule abgefeuert werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie den Knopf nicht ununterbrochen drücken, da dies die Spule nach dem Abschuss des Projektils wieder mit Energie versorgt und die Spule dauerhaft beschädigen kann. Die vollständige Arbeitsweise des Projekts finden Sie im Video.

Ich hoffe, Sie haben das Projekt erstellt und zum Laufen gebracht. Wenn Sie Fragen haben, können Sie diese im Kommentarbereich unten hinterlassen oder in unseren Foren für andere technische Fragen veröffentlichen.