Obwohl das Thema Kolbentanks schon an anderen Stellen hervorragend behandelt wurde möchte ich an dieser Stelle noch einmal den Bau eines 70mm Kolbentanks dokumentieren. Es handelt sich um einen einfachen Tank ohne besonderen Schörkel wie Kugelumlaufspindel oder Doppelkolbenausführung. Ich wende mich hier nicht an den Vollprofi der sowieso schon seit Jahren seine Tanks selbst baut, sondern eher an den unerfahrenen Drehbankbesitzer der auf der Suche nach einer Anleitung für einen einfachen und vor allem robusten Kolbentank ist. 
 

Gewünscht war ein Tank mit einem Volumen von ca einem Liter. Dieser sollte mit 12 Volt Betriebsspannung laufen und die Stellzeit bei ca 90 Sekunden liegen. Aufgrund der Verfügbarkeit des mir zur Verfügung stehenden Rohres baue ich nahezu ausschließlich Tanks mit 70mm Innendurchmesser. Gerade bei den Stellzeiten gibt es unterschiedliche Philosophien. Ich selbst bevorzuge langsam laufende Kolbentanks da ich mir einbilde das ich dann damit wesentlich feinfühliger trimmen kann als mit einem schnellaufenden Tank. Auch denke ich das die jeweils verwendete Elektronik deutlich entlastet wird wenn der Kolben etwas langsamer fährt, aber da hat jeder so seine eigene Meinung drüber. Tatsächlich ist es aber so, dass man mit den normalerweise verwendeten Standardgewindespindeln recht schlechte Wirkungsgrade erzeugt. Je schneller hier der Tank laufen soll desto größer muss der verwendete Motor sein. Ausserdem kann man hier auf fertige Getriebemotoren zurückgreifen die den Bau doch erheblich vereinfachen. Darüber hinaus ist der Stromverbrauch erfreulich klein und die Lärmbelastung hält sich stark in Grenzen

Das Rohr

Als Rohr verwende ich ein normales Kunststoffrohr mit 70mm Innendurchmesser. Vor Jahren ist ein Modellbaufreund per Zufall auf dieses Rohr gestossen. Es ist von innen sehr glatt und eben, leider von aussen nicht immer ansehnlich. Da ich aber die inneren Werte bevorzuge ist mir das Äussere gleichgültig. Das Rohr wird erst einmal angelängt. Zur Ermittlung der richtigen Länge bemühe ich meine alten Mathekenntnisse. Ich bevorzuge die Formel: l x pi x r2. Dazu addiere ich eine Länge von meist 4cm. Die wird benötigt für die beiden Deckel und für den Kolben. Alle sind jeweils 1cm dick. Der restliche Zentimeter ist Reserve. Bei einer Grundfläche von 38.48 cm2 ergibt sich eine Nettolänge von 26cm, das Rohr muss also 30cm lang sein. Um das Rohr sauber und vor allem winklig abzuschneiden benutze ich ein Stück breites Textilscheifband welches ich an passender Stelle so um das Rohr wickel sodass sich die zweite Lage mit der ersten deckt. Das Schleifband ist recht formstabil und weicht vom Filzstift nicht sofort ein, man kann auch etwas stabileres Papier nehmen. Entlang der Kante wird nun mit einem Filzstift eine Markierung gezogen und diese mit einem Streifen Klebeband optisch hervorgehoben. Anschließend länge ich das Rohr mit einer einfachen Eisensäge entlang des Klebebandes ab. Dabei wird das Rohr stetig im halb geöffneten Schraubstock gedreht während gesägt wird. Mit ein bisschen Übung werden die Schnitte erstaunlich gerade! Damit das Rohr nicht noch weiter verkratzt lege ich einen alten Lappen drunter. Zum Schluss werden die Kanten noch leicht mit Schleifpapier abgezogen und der Grat mit einem Entgrater entfernt. Die Seite die später mit dem Deckel verklebt wird muss innen noch angeschliffen werden damit sich der Kleber besser mit dem Material verbindet.

 Der Wasserdeckel

Der wasserseitige Deckel ist ein einfaches und unspektakuläres PVC Drehteil. Es hat eine Dicke von ca 11 Millimeter, von denen ca 10 Millimeter in das Rohr eingeklebt werden. Hier könnte man sicherlich noch am Gewicht und am Material sparen. Der Deckel wird recht stramm gedreht sodass er saugend in das Rohr reinpasst. Gröbere Passungen sind hier eher kontraproduktiv da der entstehende Spalt später vom Kleber aufgefangen werden muss. Mittig wird der Deckel mit einem Gewinde für einen Wasseranschluss versehen. Ich benutze hierfür meist Fittings von Festo. Diese sind sauber gearbeitet und einfach zu benutzen. Sie werden mit allen möglichen Innendurchmessern hergestellt. Nachteilig ist hier die Notwändigkeit eines zölligen Gewindeschneiders, aber ich habe mir vor Jahren mal sowas gekauft und in PVC nutzt der nur schwerlich ab.

Ebenso wie die korrespondierende Fläche im Rohr wird auch hier die Klebefläche des Deckel gut angeschliffen. Ich benutze für die Klebungen einen speziellen Kunststoffkleber. Wichtig ist hier das der Kunststoff angelöst und somit untereinander kaltverschweisst wird. Der Kleber muss nicht zu sparsam aufgetragen werden, allerdings sollte sich nachher im Inneren des Tanks auch nicht eine Wurst aus 0,5kg Kleber befinden. Bitte beachten, die Klebstoffreste ergeben hässliche Flecken auf dem Rohr wenn etwas übergequollen ist. Nachdem der Kleber ausgehärtet ist kann man sich an den motorseitigen Deckel machen. 

Der Motordeckel

Dieser Deckel ist deutlich aufwändiger als der Wasserdeckel, da hier nahezu die meiste Arbeit am Tank vereint ist. Ich drehe diesen Deckel traditionell meist aus Aluminium, PVC funktioniert hier aber genauso gut. Die Passung ist hier nicht ganz so wichtig da er nicht verklebt wird. Später wird er mit einigen Schrauben mit dem Rohr verbunden. Als Lagerung für die Spindelmutter dient hier ein doppelt abgedichtetes Kugellager. Ich benutze hier das was mir unter die Finger kommt, meist sind es sehr grobe Lager. Die vorliegende Ausführung hat die Maße 35x17x10mm. Sicherlich alles viel zu überdimensioniert, aber es gibt keinen Bauplan an den man sich halten muss und ich nehme grundsätzlich erstmal das was ich habe.

Der Deckel wird von den Grundmaßen wie der Wasserdeckel ausgeführt, auch hier beträgt die Dicke 11mm wovon 1mm Bund ist. Mittig in den Deckel wird auf der dem Motor abgewandten Seite ein Sackloch mit 10mm Tiefe und 35mm Durchmesser gedreht. Der Durchbruch durch den ganzen Deckel hindurch beträgt 25mm. Wenn die Passung hier nicht ganz genau saugend ist spielt das keine große Rolle. Das Kugellager wird später mit 3-4 M3 Schrauben eingeklemmt. Man kann es auch mit Loctite 648 einkleben, ich bevorzuge aber die uneingeschränkte Demontagefähigkeit im Fall der Fälle das doch mal was kaputt geht. Die Befestigung des Motordeckels mit dem Rohr ist recht einfach. Dazu wird erst einmal ein Stück Klebeband einmal um das Rohr gewickelt und die Enden so auf Stoß abgeschnitten das die Länge des Klebebandes perfekt den Umfang des Rohres repräsentiert. Nun wird die Länge des Klebebandes beispielsweise durch 6 geteilt und entsprechende Markierungen auf dem Klebeband angezeichnet. Ist der Motordeckel 10mm lang wird nun 7mm von der Kante des Rohres Richtung Wasserdeckel eine umlaufende Markierung angezeichnet. Nachdem das Klebeband nun wieder auf das Rohr aufgeklebt wurde kann man nun die Abstände übernehmen und hat nun exakt gleich lange Abstände zwischen den Bohrungen. Zur Sicherheit sollte aber trotzdem eine Markierung auf Rohr und Deckel angebracht werden da sich erfahrungsgemäß immer etwas verschiebt. Nun werden die Markeirungen gekörnt und die erste Bohrung mit 2,5mm gebohrt. Dabei zur Schmierung recihlich Spiritus benutzen und mit einem Pinsel an den laufenden Bohrer aufbringen. Anschließend ein Gewinde M3 schneiden und eine Schraube reindrehen. Nun kann sich der Deckel nicht mehr gegenüber dem Rohr verdrehen. Nachdem alle Bohrungen mit Gewinde geschnitten wurden können die Bohrungen im Rohr auf 3mm aufgebohrt und versenkt werden. 

Wer will kann noch eine weitere 5mm Bohrung zur Entlüftung vorsehen. Diese kann sinnigerweise so angebracht werden, das bei einer eventuellen Undichtigkeit des Dichtrings das Wasser direkt auf der normalerweise trockenen Seite des Kolbens ablaufen kann ohne zu lange dort zu bleiben.  

Der Kolben

Wie auch der Wasserdeckel ist der Kolben aus PVC gedreht. Die Dicke beträgt ebenfalls 10mm. In den Kolben wird nun eine Nut eingestochen die später den Dichtring aufnimmt. Ich benutze für meine Tanks ausschließlich sogenannte Airzetringe. Dies ist eine Sonderbauform die durchgeschnitten aussieht wie ein Z mit einer kleinen Dichtlippe oben drauf. Durch die Z Form sorgt der Überdruck dafür das der Dichtring an die Wandung des Rohrs angedrückt wird. Ausserdem hat die spezielle Form eine federnde Wirkung die einen unrunden Tank in gewissen Grenzen ausgleichen kann. Die Nut ist hier ca 4,2mm breit und hat am Boden einen systembedingten Durchmesser von 58mm. Für die Nut benutze ich einen speziell angeschliffenen Drehstahl der auch nur dazu benutzt wird. Er ist aus einem Rohling geschliffen, mit ein bisschen Übung geht das ganz gut wenn man einen guten Schleifbock zur Verfügung hat. Mittig wird ein Gewinde M10 geschnitten. Hier könnte man auch nur den Mittelschneider des Gewindebohrsets benutzen. Vorteil wäre dann ein unfertiges Gewinde das gegenüber der Gewindestange abdichtet und somit den Einsatz von Kleber überflüssig macht. Ich benutze ausschließlich normale metrische Gewindestangen aus Edelstahl mit einer Messingmutter. Diese Kombination ist robust, aber leider falsch herum. Eigentlich müsste die Mutter aus Edelstahl oder normalem Stahl sein und die Gewindestange aus Messing. Grund ist hier, dass das weichere Messing mit der Zeit vom Edelstahl abgenutzt wird und da ist es besser wenn es in dem Fall die Gewindestange ist. Es hat sich aber gezeigt das es doch sehr lange dauert bis die verwendeten Muttern durchgenudelt sind. In den letzten 15 Jahren hatte ich zumindest keinen Fall mehr von ausgenudelter Mutter in meinen Tanks, und ich kann nicht sagen das ich in der Zeit wenig Tanks gebaut habe...

Die Gewindestange wird mit ein wenig Übelänge abgeschnitten. Hier kann man kein genaues Maß angeben da es anhängig von den zu verwendenden Mikroschaltern ist wie lang die Spindel am Ende wird. Anschließend wird die Gewindestange an den Schnittkanten gut entgratet und an der Stelle auf der später der Kolben aufgeschraubt wird auch gut entfettet. Danach wird sie mit angedicktem Endfest300 eingeschmiert und in den Kolben gedreht. Sobald die Klebenaht ausgehärtet ist und der Airzetring eingelegt wurde, ist das Thema Kolben erstmal abgeschlossen. 

Die Spindelmutter

Wie bereits angeschnitten ist die Spindelmutter aus Messing gefertigt. Nach vielen unterschiedlichen Variationen bin ich bei einer sehr simplen Form angekommen die durchgeschnitten an ein T erinnert. Der Schaft ist 17mm dick und ca 13mm lang. Hier sollte schon eine gewisse Spielfreiheit angestrebt werden damit die Mutter nicht später im Kugellager schlackert und somit den Begriff KUGELlager ad absurdum führt. Nach 10mm wird im Schaft eine kleine Nut eingestochen in die ein Seegerring eingelegt wird. Diese Nut kann auch mit der Säge unter äusserster Vorsicht in der Drehbank ausgeführt werden. Der Seegerring dient dazu, das sich die Mutter unter der Belastung durch den Wasserdruck nicht aus dem Kugellager rausdrückt. Natürlich kann man auch hier kleben, aber dann ist es halt bei einer Demontage problematischer. Über dem Schaft ist ein Flansch mit einem Durchmesser von 24,2mm und ca 4mm Dicke. Das krumme Maß ergibt sich aus dem Innendurchmesser des verwendeten Zahnrades. Ich habe für diese Tanks preiswerte Zahnräder von Conrad verwendet. Diese haben 30 Zähne bei einem Modul von 1. Es gibt sie im Set mit anderen Größen oder auch einzeln. An diesem Zahnrad gibt es an der Nabe einen Bund der mit einem Beitel vorsichtig entfernt wird. Danach liegt das Zahnrad sauber und plan auf der Messingmutter auf und kann unter Benutzung der vier vorhandenen Bohrungen mit der Mutter verschraubt werden. Soll später mal ein Wegmessung mit Hallsensoren stattfinden sollte man diese Schrauben aus Messing oder Edelstahl wählen um die Magnete nicht zu schwächen. 

Motor und Mikroschalter

Die letzten Komponenten die zur Vervollständigung des Tanks dienen sind der Antriebsmotor und die beiden Mikroschalter für die Endlagenerkennung. Gerade an letzteren sollte man nicht sparen, selbst bei Verwendung einer Kolbenwegerkennung. Es kann immer mal passieren das hier die beste Elektronik versagt, und dann gibts immer noch die Endschalter die den Tank vor weiteren Beschädigungen schützen. Der Motor ist hier ein bewährter RB35 von Conrad. Dieser Motor hat eine Untersetzung von 1:30. Die Lastdrehzahl wird im Datenblatt im 174UpM angegeben. Zusammen mit der Steigung dem M10 Gewindespindel von 1,5, der Untersetzung von 1:1,5 ergibt sich hier rein rechnerisch eine Punktlandung von ca 1,5 Minuten da das Nettovolumen des Tanks für einen Liter bei knapp 26cm liegt. Man kann mit dieser Motor/Zahnrad Dimensionierung also überschlägig bei späteren Tauchtanks von 100ml pro 10 Sekunden ausgehen. Einfach zu merken. Der Motor sitzt auf einer gefrästen Platte aus 2mm dickem GFK und kann ein wenig über Langlöcher verschoben werden um das Zahnflankenspiel der Zahnräder genau einzustellen. Ausserdem gibt es schon einmal kleinere Toleranzen in den gespritzten Zahnrädern was man hier prima einstellen kann. Das Antriebszahnrad ist aus Stahl und fertig bei Conrad zu beziehen. Es ist zwar relativ teuer, aber eine wacklige Lösung zu fummeln die 2-3 Euro spart ist hier fehl am Platz. Spielraum fürs pfuschen gibts an anderen Stellen zur Genüge ;-) 

Die Platte wird mit 3 Abstandshaltern passender Länge aus Aluminium auf dem Motordeckel befestigt. Ich habe mir dazu eine Schablone gemacht um die entsprechenden Bohrungen genau ankörnen und platzieren zu können. Auf die Platte wird ebenfalls ein Halter aus GFK geschraubt der die Mikroschalter trägt. Einer der Schalter wird so platziert das er die Gewindestange abfährt. Sobald er montiert und justiert ist, kann die Gewindestange passend abgelängt werden sodass sie sehr kurz vor dem Anschlag an den Wasserdeckel den Mikroschalter freigibt udn der Motor stromlos geschaltet wird. Es empfehlen sich hier übrigens für die Leichtgängigkeit Mikroschalter mit Hebel und Rolle. Die Belastbarkeit der Mikroschalter muss selbstverständlich an die Leistungsdaten des Motors angepasst werden. Der Mikroschalter für die "Voll" Erkennung ist ein wenig aufwändiger. Hierzu muss an passender Stelle ein 5mm Loch durch GFK Platte und darunterliegendem Aludeckel gebohrt werden. In dieses Loch wird ein Messingrohr geschoben. Dieses Messingrohr hat einen Innendurchmesser von 4mm und führt später eine Gewindestange. Diese Gewindestange ist auf der motorabgewandten Seite federnd gelagert und in Richtung Mikroschalter mit einem kleinen gedrehten Kegel aus Messing versehen. Hier funktioniert auch eine Hutmutter. Die Funktionsweise ist folgende: Wird nun der Kolben Richtung "Voll" bewegt, so wird die Gewindestange auf den letzten Millimetern mitgenommen und sehr kurz vor Anschlag des Kolbens der Mikroschalter betätigt. Diese Funktion muss ein wenig ausprobiert werden. Wenn man aber das Prinzip verstanden hat ist das gar kein Problem mehr.

Als letzten Schritt sind noch die Mikroschalter mit passenden Dioden zu versehen. Einen sehr leicht verständlichen Verdrahtungsplan findet man zum Beispiel auf der Seite von Norbert Brüggen: http://www.modelluboot.de/ Unter Menü -> BTS findet man die entsprechende Skizze.  

Abschließende Montage und Prüfung

Die Teile vom Kobentank können nun zusammen gesetzt werden. Den Kolben bitte mit ein WENIG Haftfett benetzen bevor er in das gereinigte Rohr eingesetzt wird. Nicht zu viel Fett benutzen, der Airzetring braucht den Druck zum funktionieren und wenn die entsprechenden Kanäle vom Fett verschlossen sind bringt das nichts. Ebenfalls empfiehlt es sich die Gewindespindel einzufetten. Nachdem der Tank zusammengebaut und alle Lötungen durchgeführt wurden, kann das erste Mal Strom auf den Motor gegeben werden. Wenn möglich bitte an einem Netzteil mit Strombegrenzung. Sollte das nicht vorhanden sein kann man auch eine 5-10W Autobirne in Reihe zum Tank schalten. Wenn der Tank falsch verschaltet wurde (passiert mir immer wieder) sorgt die Birne für eine Strombegrenzung und es kann nichts so leicht kaputt gehen. Den Tank mit Wasser und ein wenig Luft füllen, dann den Wassereinlass verschließen und lenzen. Da das Wasser nicht kompressibel ist wird die Luft schnell komprimiert. Sollten sich nun noch irgendwo Leckagen befinden sind die schnell auszumachen. 

Ich hoffe, das ich mit dieser kleinen Beschreibung dazu ermuntern konnte nicht nur einfach stumpfsinnig Geld für Fertigteile aus zu geben, sondern das man auch mal selbst einen Tauchtank baut. Ich denke das es sehr wichtig ist Dinge zu hinterfragen oder fertige Konstruktionen auch mal in Frage zu stellen. Ausser der gewonnenen Erfahrung lässt sich auch der ein oder andere Euro sparen wenn man von der investierten Zeit mal absieht. Das Ergebnis ist auf jeden Fall den Aufwand wert.

 

   
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