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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Peltierelement regeln


Autor: Minigolfer (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe vor Kurzem angefangen Minigolf (professionell) zu spielen. 
Langsam wird auch ein Koffer nötig, in dem die ganzen Bälle verstaut 
werden wollen. Als besonderes Highlight möchte ich eine kleine 
Kühlkammer einbauen, in der temperaturempfindliche Bälle bei konstanten 
Bedingungen gelagert werden können. Da nur im Sommer gespielt wird, 
reicht es, wenn die Kammer nur gekühlt und nicht geheizt wird.

Da das Ganze in einen Koffer soll, muss natürlich mit einem Akku 
gearbeitet werden. Blei- oder Bleigel scheint hier am sinnvollsten. Ein 
Akku wiederrum fordert eine intelligente und sparsame (sofern man ein 
Peltierelement "sparsam" nennen kann) Steuerung. PWM scheint sich bei 
Peltierelementen nicht zu eignen. Eine einfache Zweipunkt-Regelung 
scheidet auch aus: Zum Einen verkürzt das ständige An- und Abschalten 
die Lebensdauer der Peltierelemente, zum Anderen ziehen die Teile ja 
auch ordentlich Strom. Besser wäre es, wenn mit konstant niedrigem Strom 
gekühlt wird, anstatt ständig "Peaks" mit 9A zu erzeugen.

Es läuft also auf eine Stromsteuerung hinaus, die im m besten Fall nach 
Schaltreglerprinzip (Step-Down) funktioniert (Strom sparen!). Ich möchte 
mit einem AVR arbeiten (Tiny26 bietet sich hier dank ADC für die LM75 
an).

Mein Problem ist nun, dass ich noch nie mit so hohen Strömen gearbeitet 
habe. Selbst wenn ich die Steuerung auf einen 6V-Akku (statt 12V) 
auslege, sind beim angegebenen Widerstand von 1R3-1R5 noch hohe Ströme 
bis etwa 5A möglich. Da wird's dann für die Standardteile (MC...) doch 
schon happig.

Könnt Ihr mit mit einer passenden Steuerung auf die Sprünge helfen? Ist 
mein Gedankengang überhaupt korrekt? Vielleicht ist ja eine 
Zweipunkt-Steuerung doch nicht die schlechteste Lösung, eventuell mit 
niedrigerer Spannung. Habt Ihr vielleicht bessere Ideen?


Danke,

Minigolfer

=======================================================================

Anhang: "Datenblatt" Peltierelement
Source: http://cgi.ebay.com/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item...

Product Number
RDC-CL11111

Product Name
136.8W TEC Thermoelectric Cooler Peltier 12V,5pcs

Type Number
127094040

Couples (???)
127

Umax (V)
15.2

I max(A)
9

△Tmax Qcmax=0(℃)
Th=27 ℃
66

Qcmax △Tmax=0(W)
89.2

Dimensions(mm)
40 × 40 × 3.4

( Ω )
1.3 ~ 1.5

Item Net Weight
200g

Autor: iovi (Gast)
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wenn du das mit dem konstantstrom durchziehen willst, schau dich am 
besten bei power-led-treibern um.
analog, ti und national haben da neben diversen kleinen (zetex, 
supertex, usw) einiges in petto.

Autor: celine (Gast)
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Hi

warum sollten sich Peltier-Elemente nicht mit PWM regeln lassen? Wäre 
mir neu ..

Autor: Mak (Gast)
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Man kann etwas professionell anfangen? Cool!

Du solltest Die Kühlkammer geräumig machen, sodasss auch ne Bierdose 
Platz findet!

Autor: Klaus Wachtler (mfgkw)
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Gekühlte Bälle sind doch schon mal professionell!

Wenn man die jetzt mit passender Flüssigkeit (Eutektikum bei
Wunschtemperatur) von innen kühlen könnte, während man spielt und
sie zwangsläufig nicht im Koffer hat, wäre das sogar hochprofessionell.

Autor: min (Gast)
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Ooh - ich bin hochbeindruckt....hochprofessionell. Ich würde in den Ball 
gleich noch eine regelbare Antigravitationseinheit einbauen und diese im 
Flug per Funk nachregeln;-)

Autor: Mak (Gast)
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Antigravitationseinheiten sind im professionellen Minigolfsport 
verboten! Ausserdem fliegen die bei Minigolf doch nicht!

Autor: Mein Senf (Gast)
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Ich find' den Thread zwar trollig, kanns mir aber trotzdem nicht 
verkneifen:
Für den LM75 wirst du kein ADC benötigen.

Autor: ReinHerR (Gast)
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Hier wurde das Thema schon mal besprochen:
http://f3.webmart.de/f.cfm?id=1663923&r=threadview...
Dein System ist doch recht träge. Kannst daher Du nicht einen einfachen 
Zweipunktregler verwenden, wie beim Kühlschrank?
Gruß
ReinHerR

Autor: oszi40 (Gast)
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Der einfache Zweipunktregler hätte zur Folge, daß der Akku einmal wenig 
und dann extrem belastet wird. Das möchte er vermeiden.

Wahscheinlich wäre eine Dosiereinrichtung für Trockeneis die bessere 
Lösung.

Autor: ReinHerR (Gast)
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Argh, hat er ja auch extra geschrieben. Asche auf mein Haupt.
Gruß
ReinHerR

Autor: Erich R. (riedi)
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Wenn es nicht gerade um eine Serienentwicklung mit größeren Stückzahlen 
geht, würde ich mir integrierte Lösungen anschauen. Such mal unter TEC. 
Bei Analog Devices findest du dann z.B. den ADN8831. Sind fertige 
Controller für Peltierelemente.

Gruß
Erich

Autor: byte (Gast)
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Warum so kompliziert? Bei den Discountern bzw. Baumärkten gibts immer 
wider die Kühlboxen mit 12V Anschluss. Das ist genau diese Technik. 
(Achtung, nicht die mit Kompessor) Ausschlachen und dann noch einen 
2-Punkt-Regler dran falls der fehlen würde und gut. Bzw. ich glaub das 
hat Pollin sogar in klein.

Wobei man das warscheinlich eh kniggen kann als "Akku-Anwendung". Das 
verbraucht zuviel Strom bzw. große Isolierung, und das abführen der 
Wärme ist auch nicht so trivial. Ausser du nimmst eine Vakuum-Isolierte 
Thermoskanne... ;)

Ohohoh.. doch jetzt fällt mir was ein. Sommer. Ein Solarpannel? Getant 
als Portabler Sonnenschirm oder Hut. Sieht hat komisch aus wenns die 
Bälle immer aus der Mütze ziehst. ;)

Autor: Jiro (Gast)
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Wäre für PWM und diese danach bissel glätten und fertig, ein bischen 
ripple wird das ding schon vertragen

Autor: kleiner Muck (Gast)
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Mit klimatisierten Golfbällen Golflernen ist wie mit einer Hayabusa 
Motorradfahren zu lernen.

Autor: Blackbird (Gast)
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Naja, Bleiakku tragen ist auch ein Sport. Ich hätte LiPoly verwendet.

Blackbird

Autor: Johannes (Gast)
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Spiele ich nur deshalb so schlecht Minigolf, weil meine Golfbälle zu 
warm waren? Danke für den Tip!!

Autor: Minigolfer (Gast)
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Mann, sind hier schon wieder Knallköppe unterwegs. Über Sinn und Unsinn 
brauchen wir hier eigentlich nicht diskutieren. Wenn das wirklich 
notwendig wäre, dann wäre so ein Ball-Kühlfach schließlich schon 
erfunden worden. Mein Problem ist, dass ich einen wirklich genialen Ball 
habe, der sich bei 15-20°C super spielen lässt, bei höheren Temperaturen 
aber einfach zu weich, klebrig und springfreudig wird. Die Abstufung zu 
dem Ball ist nicht mehr erhältlich. Deswegen das Kühlfach. Muss aber 
keiner sinnvoll finden.

Und Miniaturgolflernen (Mini- und Miniatur- sind zwei Paar Stiefel) ist 
im Prinzip nur bei einer bestimmten Temperatur den richtigen Ball 
herauszufinden. Schlagrichtung und -stärke sind schnell geübt.

PWM soll deswegen nicht funktionieren, weil in der Aus-Phase Wärme auf 
die kalte Seite zurückfließen kann. Einige haben sogar beobachtet, dass 
ihr Element nur noch heiß wird. Selbst Restwelligkeit soll den Dingern 
etwas anhaben können. Ob's stimmt kann ich leider nicht beurteilen, aber 
sehr seriös scheinen mir ähnliche Angaben von hier:

http://quick-cool.de/

Lithiumpolymer ist gar keine blöde Idee! Danke. Ich stand da wohl etwas 
auf dem Schlauch. Solarpanel habe ich mir auch schon überlegt. Aber bei 
12V mehr als 1A aus so einem Modul zu holen ist gar nicht so trivial. 
Ausserdem besteht bei so großen Modulen erhöhte Bruchgefahr. Und 
schweineteuer ist so ein 50W-Modul beispielsweise auch noch.

Mit dem LM75 hatte ich mich vertan. Ich meinte den LM35. Danke für den 
wertvollen Hinweis!

So ich konnte jetzt zwei gute Hinweise herausfiltern: Power-LED-Treiber 
oder sowas wie den ADN8831. Das finde ich schonmal echt spitze. Danke, 
Jungs! Ich mach mich jetzt mal drüber schlau. Falls ich noch Fragen 
haben sollte, melde ich mich.


Viele Grüße

Minigolfer

Autor: triti (Gast)
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Hi,

gerade drüber gestolpert:

"Selbst Peltier-Elemente ...
... lassen sich hervorragend mit dem vorgestellten PWM-Dimmer ansteuern 
(ebenfalls per Leistungs-MOSFET)."
http://www.led-treiber.de/html/leds_grundlagen.htm...

lg
Triti

Autor: EgberT (Gast)
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LOL, nen Golfball kühlen. Und dann rennt der besser, so einen 
Schwachsinn hab ich ja noch nie gehört. Aber nun gut, wers braucht.

Und Minigolf kan man 'professionell' spielen? :) Ist wahrscheinlich 
genauso bekannt wie Extremwalken. Nunja, vielleicht bauste dir lieber ne 
Kühlung für deinen Kopp...

Autor: Minigolfer (Gast)
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Der Autor weißt darauf hin, dass die Wärme auf der heißen Seite dazu 
extrem schnell abgeführt werden muss. Ich kühle im Prinzip ja nur mit 
der Metallfläche des Koffers. Ich wage also zu bezweifeln, dass das eine 
gute Lösung ist. Irgendwo habe ich gelesen, dass man mit sehr hohen 
Frequenzen arbeiten sollte, wenn's PWM sein muss. Und schon wieder kommt 
mir der Attiny26 in den Sinn, der mit seinem internen Oszilator 
PWM-Frequenzen bis weit in den kHz-Bereich erzeugen kann.

Nen Versuch ist es auf jeden Fall wert. Wie würdet Ihr eine PWM in der 
Richtung gestalten? Attiny26 mit ordentlichem FET und dickem ELKO? Oder 
ELKO bei so hohen Frequenzen besser weglassen?

Alternativ habe ich mir noch überlegt, könnte man das PWM-Signal auch 
auf einen OPAMP mit vorgeschaltetem Tiefpass schicken. Natürlich auch 
mit FET als Treiber. Über einen Shunt kann man dann den Strom messen und 
nachregeln. Verlustleistung sollte sich dann auf

P = I(geregelt) x U(Was das Peltierelement bei dem Strom nicht frisst)

belaufen?

Autor: Johnny B. (johnnyb)
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Ich kann mir sehr gut vorstellen, dass die Temperatur eines Golfballes 
einen wesentlichen Einfluss auf dessen Härte hat. Wir kennen das ja alle 
von den Autoreifen, welche nur in einem bestimmten Temperaturbereich 
optimal funktionieren. So nimmt bei Sommerreifen der Grip plötzlich 
rapide ab, wenn sich die Temperatur langsam senkt.

Also ich glaube nicht, dass Du mit Peltierelementen genügend 
Kühlleistung hinbekommst; mal ganz abgesehen vom immensen 
Stromverbrauch. Tust Du einen Ball in die Box, sollte er ja relativ 
schnell auf die optimale Temperatur gebracht werden.
Ich kenne nur die kleinen Kühlboxen aus dem Baumarkt; die sind praktisch 
nicht im stande, innerhalb einer vertretbaren Zeit zwei gefüllte 0.5l 
Flaschen zu kühlen. Sie taugen praktisch nur, die bereits gekühlten 
Getränke auf Temperatur zu halten.

Autor: Blackbird (Gast)
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Im direkten Kontakt zu den Bällen sollte es doch möglich sein. 
Vielleicht sollte die Aufbewahrungsbox aus 2 Hälften mit mehreren 
halbrunden Vertiefungen in der Größe eines halben Balles sein. 
Zusammengeklappt und aus einem gut wärmeleitenden Material bringt sicher 
eine optimale Kühlung.
Das Ganze gut wärmeisoliert - fertig. Der Energieverbrauch sollte dann 
minimal sein. LiPolys können auch kurzzeitig hohe Ströme ab - 
Zweipunktregelung genügt.
Pelier-Elemente mögen das ständige Aus- und Einschalten per PWM gar 
nicht - das habe ich irgendwo gelesen.

Blackbird

Autor: Shuzz (Gast)
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Ich denke auch, die größte Schwierigkeit wird darin bestehen, den 
Wärmetransfer effizient hinzukriegen.

Golfbälle haben ja z.B. keine glatte Oberfläche, kA wie genau ein 
Minigolfball aussieht.

Kriegt man einen effizienten Wärmeübergang hin dann sollte so ein 
Minigolfball auch relativ fix runtergekühlt sein, die Dinger haben ja 
wesentlich weniger Masse als eine 0.5er Patrone... ;)

Idee: Vllt. kann man aus gelgefüllten Kühlpacks was basteln, die können 
sich zumindest grob an die Form des Balls anpassen und leiten die Wärme 
relativ gut durch.

Bin auf jeden Fall mal auf den Ausgang dieses Projekts gespannt... ^^

Autor: Werner Kau22 (Gast)
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ich find die idee mit dem bierkühler gut.

Autor: Minigolfer (Gast)
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Richtige Minigolfbälle sind komplett Rund (bis auf einen kleinen 
Spritzpunkt), nicht so wie die Anlagenbälle, die aussehen wie ein 
Golfball. Bei den Geschwindigkeiten bringen die Vertiefungen auch gar 
nichts, außer dass der Ball beim Zielen nicht so schnell wegkullert.

Das mit dem Bier fällt bei mir flach. Da treff ich ja dann gar nichts 
mehr.

Die Sache mit den Halbschalen ist nicht schlecht, aber ich würde das 
folgendermaßen lösen: Vor dem Minigolfen wird der Koffer im Auto an den 
Zigarettenanzünder gesteckt. Das Teil läuft volle Pulle. Erst wenn das 
Teil dann wieder vom Stecker getrennt wird, geht der Akkubetrieb und 
somit auch die Regelung los. Die Bälle werden also "schockgefrostet" und 
anschließend auf etwa 10°C gehalten. Zum Spielen werden sie kurz 
entnommen (1min) und sofort wieder zurückgelegt.

Autor: holger (Gast)
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>Die Bälle werden also "schockgefrostet" und
>anschließend auf etwa 10°C gehalten. Zum Spielen werden sie kurz
>entnommen (1min) und sofort wieder zurückgelegt.

Und während du spielst bildet sich Kondenswasser auf den Dingern.
Da bleibt dann jeder Fussel am Ball hängen. Ob das so gewollt ist?

Autor: ulrich (Gast)
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So eine fertige Kühlbox als Ausgangsbasis ist schon mal nicht so 
schlecht. Da spart man sich einges an Arbeit bei der thermischen 
Auslegung, auch wenn die fertigen Boxen mehr für niedrigere Temperaturen 
sind: das Peltierelement ist also reichlich groß, aber so hat man schon 
mal die richige Größenordnung. Nur die Regelung wird man ggf. 
modifizieren müssen auf weniger Strom.

Die beste (maximale Akkulaufzeit) Lösung für die Regelung ist eine 
Stromregelung nach Schaltnetzteil-Art. Also ein PWM Signal und dann 
Induktivität, Freilaufdiode und Elkos dazu. Bei den Elkos kann man ggf. 
etwas sparsamer sein als bei einem normalen Schaltregler, denn etwa 
Rippel ist nicht so schlimm. Die Induktivität und die Freilaufdiode 
sollte man nicht einsparen, denn dann kann man auch gleich einen 
Linearregler nehmen.  Einfach nur PWM ist sogar noch schlecher als ein 
Linearregler, denn da hat man den Verlust den man am Linearregler hat 
auch noch ins Peltierelement verlegt.
Das kann durchaus auch ein µC wie der Tiny26 übernehmen, die extra 
Regler für Peltierkühler sind vor allem sinnvoll, wenn man kühlen und 
heizen muß.
Man kann aber auch ein IC für Schaltregler nutzen.

Wenn man die Größe des Peltierelemts richtig gewählt hat, sollte der 
Strom bei maximaler Außentemperatur den Nennstrom erreichen. Sonst kann 
der Strom schon einiges Niedreiger werden.

Autor: Whitespace (Gast)
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Man könnte den Koffer gut isolieren und ein Wasserbad auf Temperatur 
halten. Bei guter Isolation ist dazu kaum Leistung notwendig. Zum Kühlen 
eines Balls würde ich den einfach in das Wasserbad legen und 
untertauchen. Da das Wasser den Ball benetzt sorgt es für optimalen 
Wärmekontakt.

Man könnte z.B. auch ein Rohr im Wasserbad legen, wo ein paar Bälle 
platz haben und man auf einer Seite einen warmen hineinschiebt und 
dadurch auf der anderen Seite ein bereits gekühlter herausgedrückt wird.
Wenn das Wasser auf dem Ball stört, muss den halt kurz abtrocken 
(Papiertaschentuch o.ä.)

Die Kühlleistung beschränkt sich so im Wesentlichen darauf, die as 
bisschen Isolationsverluste zu kühlen und die Wärmezufuhr durch die 
Bälle zu kompensieren.

Je nachdem wie viel Wasser drin ist und wie lange ein Spiel dauert, kann 
es auch sein, dass man ohne Peltier Kühlung auskommen könnte. Optimal 
wäre dafür natürlich eine Flüssigkeit, die den Schmelzpunkt (wie bereits 
durch einen Vorposter erwähnt) bei der gewünschten Temperatur hat, die 
man als Wärmespeicher benutzen könnte. (Ich finde da eine rein 
"physikalische" Lösung irgendwie eleganter - braucht keinen Akku.)

Eine kurze Durchgoogelei fördert z.B. Pentadecan zu Tage 
(http://de.wikipedia.org/wiki/Pentadecan), welches einen Schmelzpunkt 
von 9.9°C zu haben scheint.

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

es gibt auch fertige Systeme (z.B. für Medikamententransporte)
http://www.waeco.com/de/4446_6037.php

Peltierelemente haben einen sehr bescheidenen Wirkungsgrad. Die Frage 
ist ob man nicht mit herkömlichen Kühlakkus (ggf. mit 2 getrennten 
Kammern für die Kühlakkus bzw. Bälle + einfache Lüfterregelung) nicht zu 
einem leichter transportierbaren Gebilde kommt.

Gruß Anja

Autor: Minigolfer (Gast)
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Nun, Kondenswasser ist nicht so schlimm. Schließlich lagern sehr viele 
Minigolfer Ihre Bälle zwischen den einzelnen Runden im Kühlschrank bei 
etwa 8°C und spielen nach dem Herausnehmen sofort weiter (Soviel 
schonmal zu diesem Trottelpost, ich solle meinen Kopf kühlen). Einige 
Bälle sammeln sich auch eine ordentliche Staubschicht an, wenn sie 
komplett trocken sind.

Das mit dem Wasserbad habe ich auch schon überlegt. Aktuell sind drei 
Kammern mit jeweils 40x40x40 mm³ geplant (Ein Ball hat in der Regel 
einen Durchmesser von 38mm). Jeweils ein Peltierelement. Ich persönlich 
denke, dass die Leistung und Wärmeübertragung eines Elementes doch für 
so ein Kämmerchen ausreichen sollte. Mit einem Wasserbad könnte man aber 
das Volumen etwas steigern. Kleines Manko wäre, dass der Wasserpegel 
immer von der "Füllmenge" (also wieviele Bälle) abhängt. Zudem kann es 
ja auch passieren, das so ein Koffer, gerade im Auto, mal umfällt (bzw. 
waagerecht Tragen sieht kacke aus). Und das Ganze komplett dicht zu 
gestalten erscheint mir etwas schwierig...

Das mit dem Pentadecan finde ich etwas übertrieben und auch ungeschickt, 
weil sich bei direktem Kontakt dann eine Wachsschicht um den warmen Ball 
bilden kann. Ohne direkten Kontakt - z.B. in einem Rohr - kann ich mir 
das Ganze Geplenkel schenken und bei meinen Kühlkammern bleiben... Ich 
bin kein Feind von Chemie, aber das ist meiner Ansicht nach etwas 
Oversize.

Was vielleicht nicht schlecht wäre: 50x50x50 mm³ mit ganz wenig Wasser 
gefüllt, dass knapp über dem Gefrierpunkt gehalten wird. Sobald ein Ball 
eingetaucht wird, steigt der Wasserpegel so an, dass der Ball komplett 
untertaucht.



Sowas fertiges für 350€ zu kaufen, kommt mir ja gar nicht in den Sinn. 
Hab doch keinen Geldscheißer.

Autor: _Gast-XIV (Gast)
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Wie wäre es denn mit altrömischer Technologie?

Nimm einen feuchten Tonkrug. Wenn es ohne Technik gar nicht geht blase 
ihn mit einem Ventilator an. Den kannst du dann auch noch regeln.

Autor: BlabLa (Gast)
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Hi,

wie aufwendig willst du das denn machen??
also ich hätte die idee den boden der bocks mit diesen kühlgelakkus aus 
der apotheke aus zu legen. die könnten sich perfekt an die bälle 
schmiegen wenn du sie in die box drückst. Zweiter vorteil wäre, dass sie 
eine hohe wärmekapazität haben.

meine zweite idee ist noch viel viel aufwendiger.
du frässt in einen rechteckigen alublock drei mulden passgenau zu den 
bällen. der vorteil hier wäre das du dann wohl nur mit einem 
peltierelement auskommen würdest. Aber bisschen problematisch ist das 
ganze. ich weiss ja nicht wieviel die bälle von der idealen kugel 
abweichen und ob sie sich mit der zeitum so mehr sie geschlagen werden 
noch weiter verziehen.

Gruß
BlabLa

Autor: Whitespace (Gast)
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Das mit dem Pentadecan war natürlich nicht so gedacht, dass der Ball 
darin eingetaucht werden soll, sondern dass das Pentadecan das Wasserbad 
auf konstanter Temperatur hält (z.B. in einem Beutel, den man ins 
Wasserbad legt).

Also zusammengefasst: Zuhause legt man den Beutel in den Kühlschrank, 
das Pentadecan wird fest. Will man die Bälle kühlen legt man den Beutel 
ins Wasserbad und die Bälle auch hinein.

Wegen dem Auslaufen des Wasserbades sehe ich nur ein konstruktives aber 
kein prinzipielles Problem. Man könnte die Ballkammern z.B. mit einem 
Deckel zumachen.

Noch besser gefällt mir folgendes: Von den Kammerwänden bestehen 2 aus 
Folie, z.B. von Plastiksäcken, welche durch den Wasserdruck (durch z.B. 
5cm Wassersäule) automatisch an den Ball angepresst wird, ähnlich einem 
Wasserbett (siehe Bild im Anhang). Wenn man das richtig entwirft, dann 
hält da Ball da drin vermutlich von alleine. Der Wasserbehälter kann 
dann als Wärmepuffer z.B. wieder von Pentadecan gekühlt werden. 
(Eventuell gibt es auch andere Verbindungen die in Frage kommen und eine 
höhere Schmelzwärme haben.)

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