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Baubericht eines selbst konstruierten Styropor Autos mit Luftballon Antrieb

Motivation

Für die Mottogeburtstagsfeier Raumfahrt unseres Großen sollte ein kleines Bastelprojekt her, das die Kinder in 20 bis 30 Minuten fertigstellen können. Klar, so was ist Papa-Geschäft. Meine Wahl fiel, passend zum Motto, auf ein Raketenauto, dass als Antriebsenergiespeicher Luft in einem Luftballon nutzt und per Raketenmotor (Rückstoßprinzip) in Bewegung versetzt wird. Bei meiner Recherche im I-Net fand ich aber keine zu unseren Anforderungen passende modulare Bauanleitung. Da ich einer Gruppe von 8 Achtjährigen nicht die Chance geben wollte, mit flüssigen Klebstoffen rumsauen zu können, war mein Ansatz, die Autos modular vor zu konfigurieren. Beim finalen Zusammenbau während der Feier sollte so nicht nur die 20 bis 30 Minuten Bauzeit eingehalten, sondern auch alle Kinderhände in vorzeigbarem Zustand belassen werden. Daher habe ich die mir gefallenden Ideen mit eigenen kombiniert und die Planungsphase eingeleitet.

Planungsphase

In Betrieb

Kinder mögen es ja schnell und so ein Luftballon ist ja doch kein V8 Big-Block, daher sollte das Raketenauto recht leicht, aber doch auch für Kinder stabil genug werden. Deshalb habe ich mir Styropor als Basismaterial für "Karosserie" und Räder ausgesucht. Die im I-Net gefundene Idee Strohhalme als Achsführung/Lagerung zu benutzen, habe ich aufgegriffen und entsprechend so gewählt, dass diese mit Holz-Schaschlikspießen als Achsen gut zusammen passen. Für stimmige Proportionen sollten 3 cm durchmessende Voll-Styroporkugeln aus dem Bastelbedarf für die Räder her halten. Auch die bei der Recherche gefundene Idee, Billigkugelschreiber als Raketenmotor-Luftdüsen zu benutzen habe ich aufgegriffen und besorgen lassen. Beim Gang durch den nachbarortsansässigen Baumarkt sollte dann noch Passendes für die noch fehlende Styroporkarosserie eruiert werden. Schlussendlich lag dann ein 5er Pack Styropordeckenplatten mit unaufdringlichem Dekor und eine Tube Styroporkleber im Einkaufswagen.

Bauphase der Module

Nun stand also an, die besorgten Einzelteile in sinnvolle Module zu gruppieren und diese dann aufzubauen. Wie in der Materialliste zusammengefasst habe ich mich für 3 Module entschieden, wo ich meinte, dass man die Montage gut in Kinderhände legen könnte. Da jedes Kind einen Name haben sollte, ist die verstärkte Bodenplatte mit Achshalterungen und den noch nicht montierten Achsen und Rädern das Modul Fahrwerk. Die Kugelschreiberhülse mit Luftballon wurde hochtrabend mit Antrieb benannt und der Styroporkörper, an dem der Antrieb fixiert wird hört auf den Namen Aufbau.

Modul Fahrwerk

Detail 01: verstärkte Bodenplatte

Leicht, aber stabil war ja als Devise ausgegeben. Daher habe ich auf die mit einem Teppichmesser zugeschnittene Bodenstyroporplatte noch eine zweite kleinere Styroporplatte mit dem Styroporkleber verklebt (Detailbild 01). Sie ist so bemessen, dass sie nicht nur ausreichende Verwindungssteifigkeit bringt, sondern auch gleich als Anstossklebefläche für die Achslager (Strohhalme) dienen kann. Das erleichterte auch gleich das rechtwinklige (zur Bodenplatte) und parallele Anbringen der Strohhalme und verbesserte mit der zusätzlichen Klebefläche an der Verstärkungsplatte die Fixierung der Achslager. Die als Achslager dienenden Strohhalme wurden nun so gekappt, dass sie auf jeder Seite der Bodenplatte ca. 5 mm herausragten, und gleich in der Fuge verklebt (Detailbild 02). Das habe ich ebenfalls mit dem Styroporkleber erledigt.

Detail 02: Modul Fahrwerk mit Achsen

Da dieser auf beiden Klebeflächen aufgetragen wird und dann 10 Minuten antrocknen soll, bevor man die Teile zusammenklebt, hatte ich beim Bau des Prototypen ausreichend Zeit mir Verbesserungen im Prozess zu überlegen. Daher habe ich bei der anschließenden Erstellung der 10 Bausätze mehrere (bis zu 4) Styroporplatten übereinander gelegt, das Teppichmesser maximal ausgefahren und mit langsamen Schneidebewegungen an der Führungs-Alu-Leiste entlang die Zuschnitte gemacht. Je höher die Platte auf dem Stapel war, desto sauberer war die Schnittkante.

Nun aber weiter mit dem Fahrwerk. Unsere Schaschlikspiesse waren nur an einer Seite zugespitzt. Um Arbeit zu sparen wurde also die nicht angespitzte Seite auf die erforderliche Länge (Achslacher + 2 mal Einstecktiefe Styroporkugel + 1 cm Spiel) gekürzt und mit dem Doppelschleifer angespitzt. In unseren Styroporkugeln waren schon passende Löcher, sodass hier keine weiterene Arbeiten nötig waren. Die fertigen Bodenplatten und das Zubehör wurden für die Geburtstagsfeier abgezählt in eine Bastelkiste gepackt.

Modul Aufbau

Detail 03: Im rechten Winkel

Detail 04: offene Karosserie

Detail 05: Aufbaumodul in Serie

Der aufgeblasene Luftballon mit Luftdüse sollte auf dem Fahrwerk so befestigt werden, dass die Luftdüse relativ waagerecht und fluchtend zur geplanten Bewegungsrichtung stehen kann. Dafür habe ich ein Podest aus Styropor vorgesehen. Beim Ausmessen mit den vorhandenen Luftballons ergab sich eine Podesthöhe von 6 cm. Ein dreischenklieger Quaderaufbau wäre hier die einfachste Lösung gewesen, aber da es ja modular werden sollte, habe ich einen vierseitigen Körper gewählt, der zur optischen Gefälligkeit eine Abschrägung auf der einen Seite hat.

Zuerst wurden also die 2 gleichgroßen Platten in Massenproduktion zugeschnitten und rechtwinklig paarweise verklebt (Detailbild 03). Danach habe ich die Platten für die Kurzseite produziert und wieder im rechten Winkel angeklebt (Detailbild 04). Die etwas längere Platte für die Schräge wurde als letzte zugeschnitten und - sie erahnen es schon - ebenfalls bündig verklebt (Detailbild 05). Die recht stabilen, fertigen Aufbauten wurden nicht zu Seite, sondern auch in die Bastelkiste gelegt. Aus den Resten der Schaschlikspiesse wurden kleine, einseitig zugespitzte Befestigungssplinte produziert und zu den fertigen Aufbauten gelegt. Plan war, mit jeweils 4 davon den Aufbau auf dem Fahrwerk zu befestigen.

Modul Antrieb

Den Billigkugelschreibern wurden die Minen entnommen und die Hülse auf ca. 6 cm gekürzt. Bei meinen Hülsen war das Plasikmaterial so spröde, das sich dieses nicht mit einer Metallsäge bearbeiten lies, ohne zu zerbrechen. Als prozesssichere Methode erwies sich hier die Nutzung des Doppelschleifers zum durchtrennen und eine feine Metallfeile zum entgraten der Schnittfläche.

Detail 06: fertiges Antriebmodul

Versuche mit dem Prototypen ergaben, dass die Vergrösserung der Düse auf 3 mm Durchmesser eine deutliche bessere Beschleunigung ergab. Also wurden die Hülsen noch mit dem entsprechenden Metallbohrer an der Standbohrmaschiene aufgebohrt.

Die Öffnung der Ballons ist natürlich grösser, als der Duchmesser der Kugelschreiberhülsen, daher sollte der Luftballon mit einem Kabelbinder luftdicht an der Hülse befestigt werden, in dem der Luftballonstutzen an der Hülse gestraft und der verbleibende Rest überlappend um die Hülse gezogen und mit dem Kabelbinder zusammengeschnürt wird (Detailbild 06). Meine Billigkugelschreiber waren so billig, dass die Kappen vorne ein Loch hatten, durch das alle Luft entweichen konnte. Daher sollte noch ein Styroporteilchen in die Kappe gestopft werden, um den Antrieb dicht zu bekommen. Zur Befestigung des Antriebs am Aufbau wurde eine Rolle Kreppklebeband und eine Schere zusammen mit den präparierten Hülsen mit Kappe, einer Hand voll Kabelbinder und der Packung Luftballons in die Bastelkiste gelegt.

Zusammenbau

So vorbereitet und mit dem Prototypen als Anschauungsobjekt ebenfalls in der Bastelkiste harrte ich der Dinge, die bei dem Geburtstagsfeierprogrammpunkt Bau eines Raketenautos auf uns zu kommen sollten.

Nach der Vorstellung des Bastel-Projektes anhand des Prototypen ging es los und die Fahrwerkmodule waren von den Kiddies recht schnell und sicher zusammengebaut, nachdem man sich in der Farbwahl sortiert hatte. Beim Anbringen der Aufbauten gab es allerding Probleme, da meine angedachte wieder demontierbare Befestigungsmethode mit den Befestigungssplinten für die Kinder zu filigran war. Hier habe ich dann mit Hilfe von doppelseitigem Klebeband eine Adhoc Lösung gefunden, die sich spontan bewährt hat. Die Lösung ist einfach und hält die zwei Styroporteile doch sehr stabil zusammen. Es wurde leider etwas hektischer als erhofft, da durch die Befestigungsprobleme des Aufbaus bei den 8 Kindern keine rechte Struktur mehr hinein gebracht werden konnte und ich als alleiniger Bauleiter nicht überall gleichzeitig mit Rat und Tat beizustehen in der Lage war. Ab einer Gruppengröße von 4 Kindern würde ich das nächste Mal daher mindesten noch eine weiter Person in die baulichen Details einweihen, sodass hier parallel unterstützt werden kann. Im weiteren Verlauf stellte sich der Zusammenbau des Antriebs mit dem Kabelbinder mit etwas Unterstützung als gut machbar für die Kinder heraus. Das Aufblasen des Luftballons vor der Befestigung auf der Düse ist anzuraten, da sich die Kinder so deutlich leichter mit dem Aufblasen über die Düse tun. Auch hier wieder die Erkenntnis, dass eine zweite Unterstützungsperson notwendig ist, da nicht jedes Kind einen neuen Luftballon aufgeblasen bekommt.

In der Bauphase

Das erste Raketenauto war nach knapp 20 Minuten zusammen gebaut und wurde erst nachträglich auf doppelseitiges Klebeband umgerüstet. Das letzte Styroporwägelchen war trotzdem nach den anvisierten 30 Minuten betriebsbereit. Da die Kinder anschliesend deutlich länger als 10 Minuten mit den Autos experimentiert und Rennen ausgetragen haben, war es auch für die Bastelnachzügler in Ordnung. Ich denke mal, ohne die Verzögerungen wegen des doppelseitigen Work-a-round wäre die Bauphase mit 20 bis 25 Minuten etwas homogener ausgefallen.

Den meisten Kindern hat das Experementieren mehr Spaß gemacht als der Zusammenbau, daher denke ich das der modulare Ansatz mit einer kurzen Bauphase für die Kinder richtig war. Die Raketenautos sind von den Kindern gerne mit nach Hause genommen worden und wohl ausreichend robust, da nach einem viertel Jahr immer noch einsatzfähig. Die Mutter eines Gastkindes hat eines davon sogar in ihrere Grundschulklasse eingesetzt um das Rückstoßprinzip zu veranschaulichen.