Coilgun Eindproject Def Groepje 22

Je kent het vast nog wel. Vroeger spelen met een pistooltje dat balletjes schiet. Dat balletje wordt meestal met een lanceermechanisme geschoten die in een hele korte tijd, met een grote snelheid direct contact maakt met het balletje. Maar wat nou als we je zouden vertellen dat we een veel sterker lanceermechanisme zouden kunnen maken die geen gebruik maakt van direct contact. We hebben het hier over een coilgun. Dit is een lanceermechanisme die gebruik maakt van magnetische velden die een magnetisch projectiel (bv. een balletje) met grote snelheid kan schieten. Dit klinkt natuurlijk al veel interessanter dan het normale lanceermechanisme van een speelgoed pistooltje.

Voor deze geweldige technologie hoef je alleen maar een elektrische schakeling, koperdraad, een PVC buis, een batterijtje, een klein magnetisch balletje en een Arduino te hebben. En met deze onderdelen kan je zelf je eigen coilgun maken. Wij gaan je uitleggen hoe je dat kunt doen. 

Spoelen en opstelling

• pvc buis (16 mm diameter, ongeveer 30 cm lang)
• koperdraad (0.2 mm diameter)
• 3 mm dik mdf het lasersnijden van de pootjes en de kist
• kogel magneet (10 mm diameter)
• tandenstoker

Elektronica

• arduino uno
• 9 breadboards (5x8 cm)
• 1 groot breadboard (5x15 cm)
• breadboardkabels
• 8 IRF540N mosfets
• 1 led
• 2 knopjes voor op een breadboard
• 4 condensatoren van rond de 4700 uF, 24 V
• 9 V batterij (of meerdere voor meer power, maar houdt dan wel de veiligheid in gedachte)
• 3 220 Ohm weerstanden voor bij de led en de knopjes
• computer of laptop

Tools

• soldeerbout en soldeer (let op wordt heel warm!)
• lijmpistool
• striptang
• tang om draadjes te knippen
• 3d printer
• lasersnijder (of een figuurzaag en veel geduld)
• tape

Meet de exacte buitendiameter van je pvc buis en pas de diameter van de spoelhouder zo aan dat hij er strak omheen past en zet de hoogte op 10 mm. Dit template is door gebruiker caru gepost op thingiverse. Exporteer dit bestand vervolgens als stl-file en 3D-print 4 spoelhouders.

Wikkel vervolgens met het koperdraad 100 windingen op elke spoelhouder. Het begin en uiteinde van de draad kunnen door de gaatjes aan de zijkant van de houder. Bescherm de windingen met wat tape.

Neem vervolgens twee lange arduinokabels per spoel en knip aan een kant de pin eraf. Strip deze kabels en soldeer de gestripte kant aan een draadje van de spoel. Bescherm deze verbindingen ook door wat tape over de spoel te doen.

Test vervolgens de spoelen door er stroom door te laten lopen en de magneet erin te leggen. Blijft de magneet hangen als je de spoel optilt? Dan werkt de spoel goed!

Als de spoelen werken kan je ze op de pvc buis zetten.

Voor het lasersnijden van de pootjes van de coilgun moet het bijgevoegde bestand genaamd 22-pootcoilgun-versie2.svg worden gebruikt. Dit bestand bevat het ontwerp van de poten van de coilgun. Het ontwerp bestaat uit steunpunten voor de PVC buis en twee bijbehorende voetstukken. Deze voetstukken passen precies in de poot en zorgen ervoor dat de poot stabiel staat. Uiteindelijk zullen er drie poten moeten zijn. Als deze poten zijn gesneden, kunnen de poten in elkaar worden gezet. Snijd dit ontwerp uit een 3 mm mdf plaat.

Ook de kist waarin alle elektronica geplaatst wordt, wordt laser gesneden. Door de gaten aan de zijkant van de kist kunnen later de kabels naar de spoelen. Print het bijgevoegde bestand uit 3 mm mdf.

Voor de schakeling, bouw het schema van het plaatje. Bouw het gedeelte met de condensator en de spoel nogmaals drie keer om zo een schakeling te krijgen met 2 knoppen, 4 condensatoren, 4 spoelen en 8 mosfets. De kabel naar de gate van de eerste mosfet zit op arduino pin 1, sluit de andere 4 condensatoren aan op respectievelijk pin 2 tot en met 4. De kabels naar de mosfets van de spoelen aan op respectievelijk pin 6 tot 9. Alle 4 de schakelingen moeten aan dezelfde ground worden aangesloten: alle condensatoren aan de ground van de batterij en alle spoelen aan de arduino ground.

Als het goed is zijn er nu 4 gewikkelde spoelen die werken, 3 pootjes voor de coilgun, de lasergesneden stukken van de doos, en een werkende schakeling. Nu wordt de opstelling gemaakt. Ten eerste, zet de lasergesneden doos in elkaar en zorg ervoor dat er genoeg kracht gebruikt wordt om de stukken hout in elkaar te klikken. Nu kan de elektrische schakeling in de doos worden verplaatst. Ontkoppel vervolgens de spoelen van de schakeling en schuif deze spoelen over de PVC buis. Zorg ervoor dat de eerste spoel ongeveer een halve tot 1 centimeter van het uiteinde van de PVC buis ligt. De tweede spoel moet op een afstand van ongeveer 4 centimeter van de eerste spoel liggen. De derde spoel moet op een afstand van ongeveer 6 centimeter van de tweede spoel liggen en de vierde spoel op een afstand van ongeveer 8 centimeter van de derde spoel. Als deze spoelen op de goeie plek op de PVC buis liggen, moeten de spoelen weer aangesloten worden op de schakeling zoals hierboven beschreven. Zorg er wel voor dat de kabels van de spoelen door de gaten van de doos gaan, en dat ze dan weer in de schakeling terecht komen. Plak vervolgens met een lijmpistool 2 van de poten van de coilgun aan bijna het uiteinde van de linker- en rechterkant van de PVC buis. Als de PVC buis volledig recht is kan de derde poot ook in het midden van de PVC buis worden gelijmd, maar als dat niet zo is kan de derde poot voor nu buiten beschouwing gelaten worden. Vervolgens moet de tandenstoker aan het uiteinde van de PVC buis, waar spoel nummer 1 is bevestigd, worden vastgelijmd zoals in het bijgevoegde bestand. Dit wordt daar aan het einde vastgelijmd, zodat het balletje niet vanuit die kant uit de PVC buis kan rollen. Sluit vervolgens de arduino aan op de computer of laptop.

Download de arduino IDE code. Kijk of de al bestaande code juist werkt. Mocht de bal in een van de spoelen blijven hangen, of worden afgeremd moeten de tijd-waardes van de spoelen worden aangepast tot deze optimaal werken. Dit moet worden gedaan door simpelweg proberen.