Coilgun ohne massive Kondensatoren. Fertig: 11 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Vor ungefähr sechs Monaten baute ich eine einfache Coilgun, die auf ein Brett geklebtes Steckbrett hatte (Originalprojekt). Es war lustig und funktional, aber ich wollte es beenden. Also habe ich es endlich getan. Dieses Mal verwende ich sechs Spulen anstelle von zwei und habe ein 3D-gedrucktes Gehäuse entworfen, um ihm einen futuristischen Look zu verleihen.

Ich habe auch ein Video gemacht, wenn du es in Aktion sehen willst:)

Video

Schritt 1: Werkzeuge und Materialien

Beginnen wir mit den Werkzeugen.

• 3D Drucker
• Bohren
• Dremel
• Handsäge
• Heißklebepistole
• M3 tippen
• Lötkolben

Materialien:

• Filament für 3D-Drucker (ich habe normales PLA verwendet)
• meine STL-Dateien hier
• 40 x 10 x 2 mm L-förmiges Aluminiumprofil
• M3-Hardware
• Magnetscheiben 8x1,5mm Link

Elektronik:

• Arduino-Nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Lipo-Akku-Link
• 1200mAh 1s Lipo-Akku Dieser würde tun
• 2x Aufwärtswandler (ich verwende XL6009)
• OLED-Bildschirm.96'' 128x64 i2c SSD1306 Link
• AA-Taschenlampe (optional)
• Laserdiode (optional)
• Mikroschalter für Trigger V-102-1C4 Link
• 3x Kippschalter MTS-102 SPDT
• XT-60 Anschlüsse (5x weiblich, 3x männlich)

Bretter:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + Kühlkörper (meine ist RAD-DY-GF/3)
• 24x 1n4007
• 6x 10k Widerstände
• 6x 100nF Kondensatoren
• 6x 100uf Kondensatoren

Ich würde vorschlagen, mehr davon zu greifen, da Sie einige im Fortschritt unterbrechen könnten. Vor allem die MOSFETs. Am Ende habe ich ungefähr 20 davon verwendet.

Sie benötigen auch Dinge, um die Spulen zu erstellen, aber ich verwende die gleichen Spulen wie im vorherigen Tutorial, also gehen Sie dorthin und dafür brauchen Sie nur den 0,8 mm Kupferlackdraht, die Infrarot-LED und den Fototransistor + einige Widerstände, die alle erklärt werden im anderen Tutorial.

Schritt 2: Rahmen

Die gesamte Waffe ist um einen Aluminiumrahmen herum gebaut. Ich habe mich für einen Aluminiumrahmen entschieden, weil er leicht und robust ist. Aluminiumprofile sind leicht zu bekommen und ziemlich billig. Darüber hinaus können Sie bei der Bearbeitung gängige Handwerkzeuge verwenden. Das von mir verwendete Profil ist 40 x 10 x 2 mm und 1 Meter lang. Es muss in zwei verschiedene Stücke geschnitten werden. Einer 320 mm lang und der andere 110 mm. Ich habe eine Handsäge verwendet, um sie zu schneiden.

Das längere Stück hält so ziemlich alles und das kleinere hat nur den Griff. Jetzt ist es Zeit, eine Menge Löcher zu bohren und ein paar Ausschnitte zu machen. Ich habe zwei Bilder beigefügt, die zeigen, was geschnitten werden muss und wie. Das Bild ohne Maße hat rote Punkte, einige der Löcher. Diese sollen mit 4 mm Bohrer gebohrt werden. Die Reiblöcher ohne die roten Punkte müssen mit einem 2,5-mm-Bohrer gebohrt und mit einem M3-Gewindebohrer gebohrt werden.

Das kürzere Stück ist viel einfacher. Davon gibt es auch ein Bild. Ich möchte nur klarstellen, dass die Bilder die 40 mm breiteste Ebene zeigen. Die 10 mm Wand würde sich auf der Oberseite unterhalb der gezeigten Ebene befinden und ist daher nicht zu sehen. Das gilt für alle 3 dieser Diagramme. Wie gesagt, dieser hat nicht annähernd so viele Löcher, aber das Aluminiumprofil ist viel zu breit. Es muss also wie in der Abbildung gezeigt ganz verengt werden.

Der Hauptrahmen benötigt noch ein paar Löcher für die Verkabelung. Sie können später hinzugefügt werden, aber wenn Sie möchten, können Sie sie jetzt bohren. Es kann jedoch schwierig sein, zu wissen, wo sie genau platziert werden sollen. Mehr dazu im Abschnitt Verkabelung.

Schritt 3: Spulen

Es wäre keine Coilgun ohne Coils, oder? Die von mir verwendeten Spulen werden von Hand auf eine 3D-gedruckte Basis gewickelt. Sie sind identisch mit denen, die ich in meiner ersten Coilgun erstellt habe. Ich würde vorschlagen, diese Anweisungen zu befolgen. Sie finden es hier.

Der einzige Unterschied besteht darin, dass die letzte Spule eine andere 3D-gedruckte Basis hat, da sie auf beiden Seiten Infrarotsensoren hat. Die Sensoren sind auch identisch, aber die Verkabelung ist etwas aufgeräumter. An dieser Stelle können Sie die IR-Sensoren anbringen, aber machen Sie sich keine Sorgen um Strom- und Signalkabel.

Sobald alle 6 Spulen fertig sind, müssen sie am Hauptrahmen montiert werden. Es geht wirklich nur darum, sie festzuschrauben. Außerdem habe ich in diesem Moment ein Rohr, das durch die Spulen läuft, aber ich werde es später entfernen, da es dort ist, nur um sicherzustellen, dass alles ausgerichtet ist. Je nachdem, wie genau Ihre Löcher sind, möchten Sie vielleicht nur zwei oder drei Schrauben für jede Spule eindrehen, um sicherzustellen, dass sie so gerade wie möglich sind.

Schritt 4: Treiberschaltungen

Der nächste Schritt besteht darin, die Elektronik zu erstellen, die die Spulen schaltet. Es ist jetzt an der Zeit, es zu erstellen, da es auf den Spulen sitzt und ein wesentlicher Bestandteil von ihnen ist. Das Design unterscheidet sich stark von meinem vorherigen, da es einige Mängel hatte. Der Schalt-MOSFET ist immer noch IRF3205, aber wir treiben das Gate dieses Mal mit MIC4422YN an, einem dedizierten Gate-Treiber. Es gibt auch einige passive Komponenten, die auf dem Schaltplan stehen.

Ich stelle auch Eagle-Dateien zur Verfügung, einschließlich der von mir verwendeten Board-Datei. Natürlich müssen Sie keine eigene Leiterplatte herstellen. Sie können es an einen professionellen Hersteller senden, oder ich würde vorschlagen, es einfach auf Pref-Board zu machen. Es sind wirklich nur sechs Komponenten. Der größte Teil ist der Kühlkörper, der in meinem Fall völlig übertrieben war. Ich habe festgestellt, dass die MOSFETs überhaupt nicht warm werden. Ich ließ die Spule einige Sekunden laufen und sie brannte bereits und der MOSFET war nur warm zum Anfassen, aber nicht einmal annähernd heiß. Ich würde einen wirklich winzigen Kühlkörper vorschlagen, oder Sie könnten es wahrscheinlich auch ohne einen tun. Welchen Kühlkörper Sie auch immer verwenden, verwenden Sie den Rahmen nicht als einen, da Sie die Drains aller MOSFETs miteinander verbinden.

Sobald Sie die Treiber fertig haben, verbinden Sie sie mit Ihren Spulen und fügen Sie Flyback-Dioden hinzu !! Vergiss das nicht, denn du könntest auch deine Spulen in Brand setzen:D. Die Flyback-Diode klemmt die Hochspannung, die sich beim Ausschalten innerhalb einer Spule aufbaut. Die Rücklaufdiode muss an den Klemmen der Spulen in die entgegengesetzte Richtung angeschlossen werden, d. Ich verwende 1N4007, aber nicht nur einen, da er den Strom nicht verarbeiten würde, also habe ich vier davon parallel geschaltet. Diese vier Dioden werden dann direkt am Spulendraht mit der Spule verbunden. Sie müssen etwas von der Beschichtung abkratzen, um auf diesem Draht zu löten.

Bitte beachten Sie, dass einige der Fotos möglicherweise fehlen, Widerstände haben unterschiedliche Komponenten usw.. Stellen Sie sicher, dass Sie den Schaltplänen folgen, wenn diese aktualisiert werden. Ein Teil des Filmmaterials wurde in der frühen Prototyping-Phase erstellt.

Schritt 5: Verkabelung

Dies ist der Teil, in dem die Waffe durcheinander wird. Du kannst versuchen, es ordentlich zu machen, wie ich es getan habe, aber es wird sowieso unordentlich:D. Es gibt einen Schaltplan, der zeigt, was wo angeschlossen werden muss. Spule0 gilt als die erste Spule, in die ein Projektil eindringt. Das gleiche gilt für Sensoren.

Ich verwende Flachkabel und ich würde vorschlagen, dass Sie dasselbe tun. Ich begann damit, ein Arduino mit den Gate-Treibern zu verbinden. Das Arduino befindet sich ganz vorne an der Pistole mit dem USB-Anschluss nach außen für eine einfache Programmierung. Als nächstes ging es nur darum, alles miteinander zu verbinden und die richtige Länge für jeden Draht zu finden.

Für die IR-Sensoren habe ich tatsächlich Löcher durch den Rahmen gebohrt, wo ich die Drähte verlegen würde. Ich begann damit, die Signaldrähte an jeden Sensor anzuschließen. Ich habe wieder Flachkabel verwendet und es sah wirklich sehr ordentlich aus. Erst beim Bergabfahren habe ich einmal angefangen, die Stromleitungen anzuschließen. Ich lief zwei feste Kerndrähte über alle Öffnungen. Einer für 5V und der andere für 0V. Als nächstes stellte ich eine Verbindung von diesen Drähten zu jedem einzelnen Sensor her. Dies ist der Punkt, an dem es anfängt, wirklich janky auszusehen, besonders nachdem alle freiliegenden Drähte mit Isolierband abgeklebt wurden.

Alle Verbindungen, die wir bisher gemacht haben, werden mit niedrigem Strom umgehen, aber jetzt ist es an der Zeit, die Stromleitungen für die Spulen und MOSFETs anzuschließen. Ich verwende 14 AWG Silikondraht, der ziemlich flexibel ist. Stellen Sie auch sicher, dass Sie dickeres Lot bekommen, da Sie ziemlich viel davon benötigen. Wir werden einfach alle positiven Anschlüsse miteinander verbinden und dasselbe mit den negativen Anschlüssen machen. Wenn Sie die gleiche Platine wie ich verwenden, sollten die Pads direkt über den Spulen freigelegt werden. Ich würde vorschlagen, auch eine großzügige Menge Lot auf die Spuren der Leiterplatten aufzutragen, die den hohen Strom verarbeiten.

Schritt 6: Netzteile

Schnappen Sie sich Ihre Aufwärtswandler und lassen Sie uns diesen Welpen zum Laufen bringen. Ich verwende XL6009, aber wirklich alle Aufwärtswandler. Wir werden nicht mehr als 500 mA ziehen, und das schließt die Taschenlampe und den Laser ein. Ein Wandler muss auf 12V und der andere auf 5V eingestellt werden. Ich platziere sie wie auf dem Bild gezeigt und lasse etwas Platz für die Batterie zwischen dem Arduino und den Konvertern. Die Eingänge beider Wandler müssen mit der Batterie verbunden werden.

Als nächstes müssen wir alle Gründe miteinander verbinden. Die beiden Konverter sind bereits mit Masse verbunden, also verbinden Sie sie einfach mit der Hauptmasse der 6-Zellen-Batterie, die das dicke schwarze Kabel ist, das auf den Treiberplatinen läuft.

Jetzt müssen die 5V vom Ausgang eines Konverters mit den 5V verbunden werden, die wir bereits mit dem Arduino, den Sensoren und allem anderen laufen. Der 12V-Ausgang des anderen Wandlers muss mit den MOSFET-Treibern verbunden werden. Ich habe es mit dem ersten verbunden und dann alle zusammen gekettet.

Wenn Sie nun die Einzelzellenbatterie anschließen, sollte Ihr Arduino zu blinken beginnen und die Waffe sollte bereit sein, aber überprüfen Sie alle Ihre Verbindungen, bevor Sie die Batterie anschließen, da in meinem Fall meistens beim ersten Versuch etwas explodiert.

Schritt 7: Projektile und Magazin

Als Geschosse habe ich mir eine meterlange 8 mm Stahlstange angeschafft. Stellen Sie vor dem Kauf sicher, dass es magnetisch ist. Ich habe es dann in 38 mm lange Stücke geschnitten. Diese könnten bereits als Projektile verwendet werden, aber ich wollte eine scharfe Spitze.

Der einfachste Weg wäre, eine Drehbank zu verwenden, und wenn Sie eine haben, verwenden Sie sie auf jeden Fall. Allerdings habe ich keinen Zugang zur Drehmaschine. Stattdessen habe ich mich entschieden, eine Drehmaschine aus einer Bohrmaschine zu machen:D. Ich habe die Bohrmaschine an meine Werkbank geklemmt und ein Projektil in die Spannfutter gesteckt. Dann nahm ich Dremel-Werkzeug mit Trennscheibe. Durch Drehen des Projektils und Schleifen mit dem Dremel konnte ich jede gewünschte Spitze erstellen. Ich habe 8 davon fertig gemacht, da ich nacheinander schießen kann.

Für das Magazin habe ich magazine und magazine_slider STL-Dateien ausgedruckt, was der einfache Teil war, da wir auch eine Feder brauchen. Ich habe mit 3D-gedruckten Federn experimentiert, aber es hat nicht wirklich geklappt. Am Ende bekam ich 0,8 mm Federdraht (Musikdraht). Ich habe dann diesen Draht um einen Holzstab gewickelt, der 5,5 mm x 25 mm groß war (jede ähnliche Größe reicht aus). Ich begann damit, ein Ende mit einer Schraube zu sichern und es herumzuwickeln. Es braucht ziemlich viel Kraft. Am Ende habe ich etwa 7-8 Schleifen gemacht. Sobald Sie den Druck loslassen, springt es heraus und sieht wirklich schlecht aus. Nehmen Sie einfach eine Zange und biegen Sie es in seine endgültige Form. Anschließend kann die Feder in das Magazin eingelegt werden.

Wenn das erledigt ist, nimm einen Magneten, den ich in den Materialien erwähnt habe, und klebe ihn auf das Magazin. Dafür gibt es einen besonderen Platz. Wenn Sie den Zeitschriftenhalter ausdrucken lassen, finden Sie den passenden Platz für einen anderen Magneten. Sie können das auch einkleben, nur stellen Sie sicher, dass Sie die passende Polarität haben. Die beiden Magnete sollten sich beim Einkleben gegenseitig anziehen.

Schritt 8: Zusammenbau der Innenseiten

Bevor Sie die Waffe ausprobieren können, benötigen Sie einen Abzugs- und Lademechanismus. Also bauen wir das auf. Sie müssen einige Teile ausdrucken lassen. Sie sind alle auf dem ersten Bild aufgeführt. An dieser Stelle sollten Sie sie einfach festschrauben können. Der Abzug muss mit 2 mm Stange gehalten werden, damit er sich frei drehen kann. Beim Umschalten verwende ich V-102-1C4 Microwitch. Die Verkabelung dafür wird tatsächlich beim Verkabelungsschritt erwähnt und der Schalter passt direkt in den Schalterhalter. Verwenden Sie beim Drucken der Griffhalterung mindestens fünf Umfänge, da diese Teile ziemlich viel Gewicht tragen müssen.

Wenn Sie alles angeschlossen haben, prüfen Sie, ob das Magazin richtig passt. Möglicherweise müssen Sie einige der Löcher anpassen. Ich habe tatsächlich nur zwei Schrauben verwendet, da einige der Löcher weg waren. Überprüfen Sie auch, ob der Auslöser den Mikroschalter drückt und stellen Sie ihn gegebenenfalls ein.

Ein weiterer unnötiger Schritt wäre das Hinzufügen eines Fasses. Ich sage unnötig, weil die Waffe ohne sie gut funktioniert. Ich habe mich trotzdem für einen entschieden. Es gibt ein 3D-Modell namens Barrel. Es muss im Vasenmodus gedruckt werden und da es sich nur um eine wirklich hohe Röhre handelt, kann die Qualität schlechter werden, wenn Sie höher drucken, sodass ich tatsächlich zwei davon auf halbem Weg gedruckt habe. Ich habe nicht einmal Löcher für die Sensoren gebohrt, da ich herausgefunden habe, dass sie trotzdem funktionieren, da sie nur 0,4 mm dick sind, obwohl sie in schwarzer Farbe gedruckt wurden.

Schritt 9: Software und Kalibrierung

Fahren Sie fort und laden Sie die.ino-Dateien herunter. Ich verwende Arduino IDE 1.0.5, aber es sollte auch kein Problem mit dem neueren geben. Sie benötigen auch einige Bibliotheken, die jedoch nur für den OLED-Bildschirm erforderlich sind. Die Bibliotheken sind Adafruit_SSD1306 und Adafruit_GFX.

Mit allen Bibliotheken sollten Sie die Skizze zusammenstellen und hochladen können. Bevor ich auf den Kalibrierungsprozess eingehe, lassen Sie mich nur erklären, wie genau der Code funktioniert. Wir haben 6 Spulen, wenn Sie den Abzug betätigen, schaltet sich die erste Spule ein, bis ihr Sensor das Projektil sieht. Wenn es länger als 100 ms dauert, geht das System davon aus, dass kein Projektil vorhanden ist und hört auf, eine Meldung auf dem Bildschirm zu hinterlassen. Diese 100 ms können durch Ändern der safeTime-Variablen (verwendet uns anstelle von ms) in der Funktion shoot() geändert werden. Nur der Sensor an der ersten Spule wird tatsächlich verwendet (ich habe viele verschiedene Iterationen ausprobiert und einige von ihnen verwenden alle, aber das funktioniert am besten). Die folgenden Spulen haben alle eine eingestellte Zeit, wie lange sie nacheinander eingeschaltet sind.

Die Zeiten für die Spulen werden mit dem Array namens baseTime [6] eingestellt. Der erste Wert ist immer Null, da die erste Spule anders arbeitet und nur der Rest kalibriert werden muss. Wie Sie sehen können, sind die letzten beiden Spulen in meinem Fall auch 0 und das liegt daran, dass ich sie nicht benutze, da sie nicht funktionieren und ich mich nicht die Mühe machen konnte, sie zu reparieren:D. Sie möchten damit beginnen, alle außer dem zweiten auf Null zu setzen (so: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Sie können es dann hochladen und versuchen zu feuern. Die letzten beiden Sensoren berechnen die Zeit, die das Projektil benötigt hat, um sie zu durchqueren, sodass Sie die Geschwindigkeit berechnen können. Ich würde vorschlagen, den Wert zusammen mit dem baseTime-Wert in der Kalkulationstabelle zu speichern. Wiederholen Sie es mindestens 5 Mal und mitteln Sie es für genauere Ergebnisse. Sie können dann 500us hinzufügen und es erneut versuchen, bis Sie die bestmögliche Geschwindigkeit erreicht haben. Wenn Sie mit einer Spule zufrieden sind, lassen Sie die beste Zeit eingestellt und gehen Sie zur nächsten Spule über und wiederholen Sie den gesamten Vorgang. Verwenden Sie beim Kalibrieren den Code "coilgun2_calibration.ino" und danach müssen die Werte auf "coilgun2.ino" kopiert und hochgeladen werden.

Schritt 10: 3D-Druck

Es gibt viele Dateien, die in 3D gedruckt werden müssen, und einige davon sind ziemlich groß. Ich habe alles auf einem CR-10 3D-Drucker gedruckt, der ein riesiges Bauvolumen hat. Wenn Sie also einen kleineren Drucker haben, müssen möglicherweise einige Teile geteilt werden. Ich habe für alle Teile normales PLA verwendet und die Druckeinstellungen müssen für jedes Teil optimiert werden, daher habe ich eine Liste erstellt, ob ein Teil Unterstützung oder andere spezielle Einstellungen benötigt. Standardmäßig habe ich 3 Perimeter, 3 untere Schichten und 4 obere Schichten bei 205°C mit einem beheizten Bett bei 60°C verwendet.

Abgesehen von den Teilen im Inneren habe ich auch alles fertig und lackiert. Ich möchte nicht zu tief darauf eingehen, da es bereits genug Tutorials dazu gibt. Ich würde dieses vorschlagen. Kurz gesagt, ich habe alle Oberflächen geschliffen, Grundierung aufgetragen und erneut geschliffen. Ich habe dies 2-3 mal wiederholt und es mit Farbe kastriert und mit Klarlack beendet.

Schritt 11: Endmontage

Bevor alles zusammengebaut wird, fehlen nur noch wenige Dinge. Die Schalter, Taschenlampe, Laser, Verkabelung für den Hauptakku und LEDs, die das Innere der Waffe beleuchten. Beginnen wir mit dem Ein/Aus-Schalter, der zwischen der kleinen 1-Zellen-Batterie und den Aufwärtswandlern in Reihe geschaltet werden muss. Ich löte tatsächlich Stiftleisten am Schalter und verlege Kabel mit gecrimpten Stiftleisten von der Batterie, damit ich sie für eine einfache Montage trennen kann. Das mache ich bei jedem Schalter gleich.

Ich habe auch eine Taschenlampe an der Vorderseite der Waffe, aber möglicherweise nicht, da sie nur für eine Taschenlampe entwickelt wurde, die ich herumgelegt habe. Für den Schaltplan habe ich gerade einen Widerstand für die LED hinzugefügt und ihn in Reihe mit einem anderen Schalter an die Batterie angeschlossen. Das gleiche habe ich für die Laserdiode wiederholt. Es war tatsächlich ein Laserpointer, der mit 4,5 V lief, also schloss ich ihn direkt an die 5 V-Leitung mit einem Schalter in Reihe an.

Für die dekorativen Lichter habe ich diese direkt an die 5V-Leitung angeschlossen, damit die Pistole zerlegt werden kann. Zwei blaue 5 mm LEDs haben einen Montagepunkt in trigger_cover STL-Dateien. Ich habe für jede einen 12k-Widerstand verwendet, damit sie sehr schwach leuchten. Auf der Spulenabdeckung habe ich 6 blaue 3mm LEDs hinzugefügt, um die Spulen zu beleuchten. Ich habe die parallel geschaltet und den 22R-Widerstand hinzugefügt, bevor ich sie an die 5-V-Leitung angeschlossen habe.

Jetzt haben wir immer noch keine dauerhafte Möglichkeit, die Hauptbatterien anzuschließen. Da ein Akku im Schaft untergebracht ist, der andere im vorderen Griff und diese mit dem Schnellspanner verbunden werden müssen, müssen wir mehrere Verbindungen herstellen. Ich habe ein Diagramm bereitgestellt, das genau erklärt, wie es verbunden werden muss, anstatt es zu erklären. Verwenden Sie mindestens 14 AWG-Draht und stellen Sie sicher, dass Sie den Draht zuerst durch den Griff und den Schaft schieben, bevor Sie löten, da dies später nicht möglich ist.

Nach all dem sollte die Waffe voll funktionsfähig sein und es ist an der Zeit, sie gut aussehen zu lassen. Ich werde den Zusammenbau nicht Schritt für Schritt erklären, wie er im Video gezeigt wird oder Sie sich das 3D-Modell ansehen können.