Luft verflüssigen Zuhause

Der chaotische Hauptfaden

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Alexander470815
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Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Hallo zusammen,

Ich möchte euch einmal eines meiner aktuellen Projekte vorstellen.
Es hat alles damit angefangen das ich von einem Freund einen Leybold Heraus Kaltkopf bekommen habe.
Ein Kaltkopf wird da eingesetzt wo sehr tiefe Temperaturen erforderlich sind.
Der RGD 510 den ich habe ich ein zweistufiger Gifford McMahon Kühler.
Er erreicht mit der ersten Stufe eine Kälteleistung von 12W bei 80K
und mit der zweiten Stufe eine Kälteleistung von 5W bei 20K.
Nähere Informationen gibt es hier: http://apps.fz-juelich.de/pax/paxwiki/i ... Rgs120.pdf

Jetzt habe ich jedoch nur den Kopf selber bekommen, damit dieser überhaupt etwas macht braucht es dazu noch einen externen Kompressor.
Dieser muss Helium von etwa 6-8bar auf rund 22bar Verdichten.
Der Volumenstrom ist nur ungefähr bekannt da sich dazu kaum Informationen finden lassen.
Der zugehörige Kompressor ist ein RW2 Kompressor, zu dem finden sich keinerlei Daten die relevant wären.
Auf einem Bild eines RW6000 Kompressors findet man das dieser rund 17m³/h Volumenstrom bietet.
Hier liegt die Vermutung nahe das man an diesen drei RGD 510 anschließen kann.
Also muss der Volumenstrom bei rund 5,6m³/h liegen.
Hierzu werde ich jedoch noch einmal versuchen bei Leybold oder Oerlikon an Informationen zu kommen.

Da ein Kompressor nicht zu bekommen war muss also selber gebaut werden.
Ein alter Prestcold Verflüssigungssatz mit 5,1m³/h Volumenstrom kam mir da gerade recht.
Jetzt sind Kältekompressoren natürlich nicht gerade dafür bekannt sparsam mit Öl umzugehen.
Bei den Temperaturen ist natürlich jegliches Öl ein Problem, in den kommerziellen Kompressoren wird das mittels Ölabscheider und Adsorber gelöst.
So habe ich das auch aufgebaut, ein Temperite Ölabscheider scheidet erst einmal den größten Teil des Öls ab und befördert es wieder in den Verdichter.
Der Öladsorber macht da schon mehr Probleme, bei ebay konnte ich zwar zwei Stück ersteigern jedoch in unbekanntem Zustand.
Also habe ich einen davon aufgeflext um die Füllung zu begutachten.
Bild

In Durchflussrichtung von unten nach oben sieht der Aufbau in etwa so aus:
Boden->Grobes Sieb->Feines Sieb->Glasfasermatte->Aktivkohle->Flies->Feines Sieb->Grobes Sieb.

Zuerst habe ich überlegt die Aktivkohle zu wechseln und das ganze wieder zu zu schweißen.
Das war mir dann aber doch etwas zu heikel da bei 22 bar Betriebsdruck einige Tonnen Druck den Deckel da weg befördern möchten.
Also habe ich ein großes Trocknergehäuse für drei H48 Einsätze von Danfoss gekauft.
Das hat große Anschlüsse, 35mm Löt um genau zu sein.
Das konnte natürlich mit einigen Reduzierungen auf 12mm Bördel Anschlüsse reduziert werden:
Bild

Bild

Und das konnte dann auch am V-Satz angebracht werden:
Bild

Die Siebe konnte ich aus dem alten Adsorber recyceln und im neuen wieder verwenden.
So sieht das ganze dann mit Deckel aus (dieser wird von acht 10.9er M8 Schrauben gehalten).
Bild

Jetzt bestand natürlich noch die Problematik Helium irgendwo her zu bekommen.
Leybold Heraus sagt mindestens Helium 5.0 also >99,999% Helium.
Sowas ist natürlich nicht mal eben für schmales Geld zu bekommen.
Aus den beiden Adsorbern die ich bei ebay ersteigert hatte konnte ich gut 100L vermeintlich reines Helium recyceln.
Ein Freund von mir hat noch eine Ballongas Flasche beigesteuert deren Etikett mit He=100% wirbt beigesteuert.
Jedenfalls wird es kalt wenn man es einschaltet also so schlimm kann es nicht sein.

Hier ein Bild vom ersten Test lauf noch ohne Öl Adsorber um überhaupt zu schauen ob der Kaltkopf irgendwie funktioniert.
Bild

Über ebay Kleinanzeigen bin ich dann zu einem kleinen hohen Dewar Gefäß gekommen.
Bild

Das fasst etwa vier Liter was gut ausreichend sein sollte.
Da der Kaltkopf recht stark klopft sollte der natürlich nicht an das Glas vom Dewar kommen.
Also habe ich ein kleinen Dreibein gebaut und eine Muffe aus Armaflex isolierung in die sich das Dewar reinsetzt.
Bild

Das ganze wurde vor die Werkstatt verlagert da es doch recht viel Radau macht und es auch lange laufen muss damit etwas passiert.
Bild

Das Thermometer zeigt die Temperaturen an der ersten und zweiten Stufe.
Leider scheint die zweite Stufe nicht zu funktionieren und wird nur durch die erste gekühlt, sie bleibt auch immer wärmer als die erste.
Was genau das Problem ist gilt es noch herauszufinden.
Das Qualitätsthermometer für 16€ inkl. Versand scheint auch nicht wirklich genau zu sein, zumindest nicht wenn es um absolute Temperaturen geht.
Eine Glimmspan Probe hat keinen erhöhten Sauerstoff Gehalt in dem Gas das sich verflüssigt hat angezeigt.
Also ist ein Haupt Bestandteil flüssiger Stickstoff, die Temperatur am Kaltkopf muss also unterhalb von -196°C gelegen haben.
Weniger als -172°C hat das Thermometer jedoch nie angezeigt.

Einige Probleme gibt es jedoch noch.
Der Kompressor läuft über seiner Leistungsgrenze, 3,4A darf er aufnehmen.
Real nimmt er 3,8A auf zumal 3,4A schon das absolute maximum ist.
Der Verdichter erwärmt sich ohne Luftleitung vom Lüfter auf rund 85°C am Motor und über 140°C am Zylinderkopf.
Das ist also nicht gerade Material und Öl schonend.
Der Verdichter scheint auch etwas zu wenig Volumenstrom zu haben.
Nächster Schritt wird ein umbau auf ein offenen Bitzer Verdichter sein, mit ausreichend großem Motor am anderen Ende des Keilriemens.
Dann ein kleines Radialgebläse das über den Kopf und die Zylinder Seitenwand bläst.
Zusammen mit einem FU sollte sich das dann auch besser abstimmen lassen.
Ggf. kann man dann auch darüber nachdenken den Kaltkopf Motor mit 60Hz laufen zu lassen um etwas mehr Leistung zu erhalten.
Dafür muss natürlich auch der Volumenstrom steigen was mit dem jetzigen Prestcold Kompressor nicht möglich ist.

Hier noch einmal das jetzige Aggregat im Betrieb:
Bild

Wenn das ganze weiter entwickelt wird kommt natürlich auch die Elektrik an die Reihe so das das nicht alles in der Luft hängt.

Einen kleinen Sound Vorgeschmack gibt es auch schon auf Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=-H4cocw6ON4

Vielleicht hat ja jemand ein paar gute Ideen was man mit flüssiger Luft für interessante Sachen machen könnte :mrgreen:

Grüße
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Hightech
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Hightech »

Flüssige Luft ?
Ist doch 70%N2 und ein wenig Dreck.
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Und weiter?
Es sind sogar eher 80% Stickstoff und 20% Sauerstoff und etwas Reste.
Knackpunkt ist das es auf jeden Fall so Kalt geworden ist das sich auch Stickstoff verflüssigt hat.
Ansonsten wäre es hauptsächlich Sauerstoff gewesen da dieser früher siedet und sich auch gerne in flüssigen Stickstoff einlagert.

Eventuelle könnte man mit einem gezielten Gas Austausch erreichen das nur Sauerstoff kondensiert.
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Bastelbruder
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Bastelbruder »

Alexander470815 hat geschrieben:...mit einem gezielten Gas Austausch erreichen das nur Sauerstoff kondensiert.
Das ist doch diese blau-durchsichtige, magnetische Flüssigkeit?
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zauberkopf
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von zauberkopf »

Hightech : Wenn Alexander das schafft, flüssiges O2 zu gewinnen, dann seit ihr beide das DREAMTEAM !
z.B. um einen Grill anzuzünden.
Wobei das wort "Anzünden" dann ruhig wörtlich genommen werden darf !
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xoexlepox
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von xoexlepox »

zauberkopf hat geschrieben:z.B. um einen Grill anzuzünden.
Bei dem Versuch würde ich jedoch ganz weit in Deckung gehen ;)
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zauberkopf
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von zauberkopf »

Jo... so was man auf den Videos sieht, sollte man nicht DIREKT daneben stehen..

Was anderes : Hochtemperatur supraleiter !
Gernstel
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Gernstel »

Ein wirklich cooles Projekt! Ich drücke Dir die Daumen, dass Du den Kaltkopf zum Funktionieren bringst.
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Desinfector
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Desinfector »

Bastelbruder hat geschrieben:
Alexander470815 hat geschrieben:...mit einem gezielten Gas Austausch erreichen das nur Sauerstoff kondensiert.
Das ist doch diese blau-durchsichtige, magnetische Flüssigkeit?
kann man den aus dem Gemisch magnetisch abscheiden?
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Der Kaltkopf läuft ja bereits und Luft verflüssigen funktioniert.
Jedoch funktioniert die zweite Stufe nicht, jetzt ist mir auch klar warum.

Das ist der Verdrängerkolben mit innenliegendem Regenerator der ersten Stufe:
Bild

Das ist der der zweiten Stufe, eigentlich sollten die auch miteinander verbunden sein.
Bild

So sieht der Kolben aus nachdem ich alle Teile geborgen habe:
Bild

Der Regenerator scheint irgendwie geschmolzen zu sein:
Bild

Gut die erste Stufe funktioniert davon unabhängig und die schafft es auch Luft zu verflüssigen.
Insofern ist das nicht so tragisch.
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topmech
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von topmech »

Oha, kriegt man den Verdrängerkolben der zweiten Stufe nicht irgendwo her?
Aber gut, Stickstoff und Sauerstoff verflüssigen zu können ist schon richtig genial.
ozonisator
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von ozonisator »

http://www.rapp-instruments.de/Hotcold/Kryo/main.htm
Da gibts n Haufen Informationen zu den GM Kühlern. Zur "gescheiten" Tieftemperaturmessung kannst du dir ein PT100 Thermometer besorgen oder bauen (https://hohlerde.org/rauch/elektronik/k ... ex.de.html <= hab ich nachgefrickelt für mein Peltierstapel)
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BernhardS
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von BernhardS »

Desinfector hat geschrieben:
Bastelbruder hat geschrieben:
Alexander470815 hat geschrieben:...mit einem gezielten Gas Austausch erreichen das nur Sauerstoff kondensiert.
Das ist doch diese blau-durchsichtige, magnetische Flüssigkeit?
kann man den aus dem Gemisch magnetisch abscheiden?
Braucht man nicht. Wenn das rumsteht, dann dampft da immer mehr Stickstoff als Sauerstoff aus bzw. es kondensiert Sauerstoff rein.
Frische flüssige Luft ist nicht wahrnehmbar bläulich, erst der traurige Rest wenn sie ein-zwei Tage rumsteht.

Ich hatte mal die Aufgabe eine möglichst einfache Verwechslungsprüfung für tiefkalt, flüssige Gase zu organisieren. Industriell werden Sauerstoff, Stickstoff und Argon so transortiert. Also übersichtlich. Dafür habe ich dann ein Temperaturmeßgerät bis -200°C kalibrieren lassen. Hat die Firma sehr gut gemacht. Die Auflösung war so gut, daß man den Luftdruckunterschied bei Hochdruck- und Tiefdruckwetter erkennen konnte.
"Gestandener" Fl-Sickstoff kann bis zu 10 Grad wärmer sein. Das ist dann schon in der Nähe von Fl-Sauerstoff.
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tschäikäi
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von tschäikäi »

Endgeile Geschichte.
Warum nicht nur Sauerstoff verflüssigen, in Flaschen füllen und mir schicken?
Oh, wie hoch wäre denn der Druck dann?
GJ
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ferdimh
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von ferdimh »

Kommt drauf an, wie viel man reinkippt.
Überschlag:
in einer 10l-200bar-Pulle sind 2m³ O2 bei Normalbedingungen drin. das sind 89 mol. Das sind bei ner Masse von 16g/mol 1,4kg Sauerstoff. Bei einer Dichte von 1,14kg/l kann er damit eine 1,25l Flüssigsauerstoff in die Pulle kippen, ohne den zulässigen Druck zu überschreiten. (Und jetzt kommt auch raus, warum die flüssige Lagerung so viel effizienter ist; Dummerweise tut das oberhalb des kritischen Punktes (der bei O2 deutlich unter Raumtemperatur liegt) nicht.
TDI
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von TDI »

Und wenn jetzt jemand 5L flüssigen Sauerstoff in die Flasche füllt, sie verschließt und sich wieder auf Raumtemperatur erwärmen lässt, wie hochsteigt dann der Druck bzw bleibt ein Teil des Gases flüssig? Würde das mit einer 300bar-Flasche gehen oder wird das auch für die zu viel?
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ferdimh
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von ferdimh »

Die Temperatur ist oberhalb des kritischen Punktes -> da gibts keine Flüssigphase mehr.
Wenn wir da jetzt 5l reinkippen werden theoretisch 800 bar zustande kommen; vermutlich gilt da aber das allgemeine Gasgesetz nicht mehr, daher würde ich eher mehr als weniger Druck erwarten. Eine geräuschintensive Zerstörung ist daher zu erhoffen, vermutlich wird aber einfach abgeblasen (langweilig...).
duese
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von duese »

200 bar Flaschen haben Überdruckventile? Hab ich noch keins gesehen. Oder sind die gut versteckt?

Bei Propan/Butangasflaschen sieht man ja seitlich am Ventil ein Kunststoffplättchen, wo vermutlich das Ventil drunter ist...
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ferdimh
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von ferdimh »

Ich dachte, die hätten irgendwo ne Berstscheibe versteckt.
Ansonsten bin ich sehr dafür, eine 10l-O2-Pulle randvoll mit flüssigem O2 zu machen und mittig in einen Scheiterhaufen zu stecken.
Video nicht vergessen!
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BernhardS
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von BernhardS »

Müsste bei normaler Temperatur 840 bar ergeben, das sollte in der Sicherheitsmarge der Flaschen noch drin sein. Mit Feuer natürlich nicht mehr.
Virtex7
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Virtex7 »

hast du berücksichtigt, dass der Sauerstoff auch noch eine Ausdehnung bei Wärme hat und der Druck deswegen höher sein müsste...
bzw: wie hast du genau gerechnet? (Interersse bekund)
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BernhardS
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von BernhardS »

Ich hab das nicht gerechnet, das steht in irgendwelchen Datenbüchern. Schau mal nach Unternehmensberatung Babel (kein Witz), die haben Unmassen von Daten über Gase auf ihrer Webseite.
Ansonsten gehen ich einfach davon aus, daß man angesichts des Volumens den dreifachen Betriebsdruck als Prüfdruck ansetzt - kenne ich halt so - und daß der Berstdruck noch eine Ecke darüber liegt.
Die weitere Expansion durch die Temperatur habe ich natürlich nicht berücksichtigt, die braucht nicht um eine Gasflasche kaputt zu bekommen. Die unbekannte Größe ist der Festigkeitsverlust des Stahls bei höherer Temperatur. Dieser würde ja zum Bersten führen, nicht die 840 bar. Nur wie man da an Daten kommt ???
Virtex7
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Virtex7 »

soderla.

ich hab nu mal meine Gasflaschen besucht und geschaut.
Bei Linde steht was von "Prüfdruck ist 1,5-facher Betriebsdruck" und tatsächlich, auf den Flaschen stehts auch so.

habe bei 2 Sauerstoff und einer Stickes geschaut, 10 und 20l Inhalt.

Laut Herstellern liegt der Berstdruck dann bei 2*Prüfdruck, also bei guten 600 bar.

Folge: bei 850 oder so knallt das weg. und zwar sowas von. :lol:

Dann habe ich noch in die Temperatur-Dichte-Tabellen von Sauerstoff geschaut und verglichen, wie sehr sich die Dichte auf dem Weg zum kritischen Punkt ändert.
gewaltig. bei sdp (90K) hat er noch 1,141 kg/Liter, am kritischen Punkt, also wo die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig verschwindet (Achtung, Druck ist hier über den exaktn Punkt, 154,6K stetig) nur noch 0,436kg/l. Das heißt, dass der Sauerstoff schon allein durch Dichteabnahme sein Volumen verdoppelt hat. Wenn man versucht, ihn hieran zu hindern, steigt der Druck relativ massiv an.
Genaueres müsste man ausrechnen...
Echolot
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Echolot »

Sehr cooles Projekt (im wahrsten Sinne...)!!
Ich habe selbst ebenfalls seit ewigen Zeiten das Ziel im Kopf mal selber flüssige Luft/N2 zu machen, leider hat mir bis jetzt niemand einen Cryo-Coldhead in die Hand gedrückt :D
Habe daher versucht mir den Kühler selber zu bauen, ähnliche wie bei Rapp-Instruments. Das sah am Ende dann so aus: https://www.youtube.com/watch?v=OFupIZjmAu4
Ein Pulsröhrenkühler, mit simplem Ballongas als Füllung. Der Rekord lag bei -135°C bei verschwindend geringer Leistung - also leider noch eine Ecke weg vom DIY LN2...

Hin und wieder findet man bei eBay ja solche Coldheads, manchmal sogar die Kompressoren dazu. Leider meist zu recht unmenschlichen Preisen... Jedenfalls schön zu sehen, dass es klappt solche Teile zu reaktivieren. Wie ist denn die Leistung so, also wieviel Milliliter Luft pro Minute/Stunde lässt sich mit deinem Aufbau verflüssigen? Mit den angegebenen 12W sollte ja schon ein bisschen was gehen, sofern der Kühler die Leistung an deinem Kompressor ansatzweise erreicht.
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So den Kaltkopf habe ich erstmal abgeschrieben da ich an einen anderen Kaltkopf gekommen bin.
Da der Prestcold Kompressor etwas wenig Volumenstrom hat und der Motor auch immer mit überlast läuft gibt es jetzt einen neuen Kompressor.

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Bild

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Der Kaltkopf ist in einer Leybold Coolvac Kryopumpe verbaut.
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Normalerweise dient diese dazu in Hochvakuum Kammern Gase zu kondensieren und somit quasi auch als Vakuumpumpe zu arbeiten.
Der Kaltkopf darin ein Coolpower 7/25 bietet auch deutlich mehr Leistung als der alte den ich habe (wenn er denn funktioniert).
7W bei 20K und 25W bei 80K an der zweiten und ersten Stufe.
Wenn beide Stufen zusammen bei 80K arbeiten kommt man auf zusammen 50W bei 80K.
Rechnerisch lassen sich damit 330g Luft pro Stunde kondensieren (Ohne Luftfeuchte gerechnet).

So sieht das ganze Teil aus:
Bild

Wenn jemand bessere Bilder haben will kann ich gerne welche machen.
Gekauft habe ich die Kryopumpe bei einem Händler in der Bucht.
Hat mich dank Preisvorschlag 250€ gekostet, Sofort Kaufen Preis waren rund 1700€.
Das deutet für mich darauf hin das dafür kein Markt besteht und sowas idR. nicht verkauft wird.

Vorerst bleibt das ganze Teil in einem Stück bis ich, wenn der neue Kompressor fertig ist, das Gerät auf Funktion überprüft habe.
Da es als "vom Hersteller generalüberholt" eingestellt war sollte es so natürlich auch funktionieren.

Der Kaltkopfmotor ist hier jedenfalls als Drehstrommotor ausgeführt, zumindest suggeriert das Typenschild das.
Das Schild ist bei meinem Kopf abgefallen aber Sinngemäß steht dort drauf: (Bilder von einem identischen Gerät)
Hz: 50/60
Voltage: 220-240
Phase: 2/3
Current: 0,3/0,2

Das deutet für mich darauf hin das der Motor auch im Steinmetz mit passendem Kondensator laufen kann.
Ich werde ihn aber über einen Trafo mit 230V Drehstrom versorgen, die Stromaufnahme wird natürlich gemessen.
Die Widerstände der drei Wicklungsenden zueinander beträgt jedenfalls immer rund 700 Ohm.

Bei dem alten RGD 510 Kaltkopf war es hingegen ein echter Kondensator Motor mit zwei Wicklungen a. 1000 Ohm.

Das Gestell hat jetzt schon einmal die erste Schicht Farbe drauf.
Bild

Jetzt muss nur noch der neue Ventilator für den Gaskühler mit der Post hier ankommen.
Und eben noch alles noch verrohrt werden :lol:
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So heute habe ich einmal an dem ganzen weiter gemacht.
Der Kompressor ist jetzt fertig:
Bild

Also musste jetzt die Kryopumpe dran glauben :lol:
Bild

Für mehr Oberfläche scheint der Wärmetauscher mit Kohle besetzt zu sein.
Bild

Bild

Hier sitzt die Heizung um die Gase bei Bedarf zu verdampfen.
Bild

Heizungen der ersten und zweiten Stufe und Temperaturfühler (scheinen Dioden zu sein).
Bild

Und den Kaltkopf vom Rest der Cryopumpe getrennt:
Bild

Das ganze funktioniert auch soweit schonmal.
Der Elektromotor vom Kompressor braucht noch einmal eine kleinere Riemenscheibe damit der Motor nicht so geknechtet wird.

So sieht es aus nachdem man das Dewar entfernt hat:
Für einen Moment tropft auch noch flüssige Luft herunter.
Bild

Das Thermometer weicht im Betrieb offensichtlich stark ab.
Bild
Da die Temperaturen aber bei angezeigten -170°C stehe bleiben kondensiert wohl bereits Sauerstoff und Stickstoff.

Das offen stehende Dewar:
Bild

Und ein bisschen flüssige Luft in eine Spraydosen Kappe gefüllt.
Bild

Ein Magnet reißt den Sauerstoff zu sich:
Bild

Bild

Der neue Kaltkopf kommt deutlich schneller auf Temperatur als der alte defekte.
Auch hat er in rund einem fünftel der Zeit die gleiche Menge Luft kondensiert wie der alte.
Virtex7
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Virtex7 »

Sehr gut und auch ein schöner Aufbau.

ich hab mal geschaut, der Ebayer hat wohl den Preis für die Cryopumpen gesenkt :D

Was ist das genau für ein Kompressor? Bitzer 2? ich kann die Größe nicht abschätzen.
Das ist hat einen massiven muss-Nachbauen-Faktor :twisted:

Kleinere Riemscheibe? ja wie? stärkeren Motor dran! :lol:
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Stimmt der Preis hat sich deutlich reduziert.
Ist ein Bitzer Typ 3, der Elektromotor hat noch Potential da er sowieso am Umrichter läuft und bis 87Hz gefahren werden kann.
Mit der aktuellen 100er Riemenscheibe wird ihm aber zu viel Drehmoment abverlangt.
Vom Volumenstrom her reicht es wenn ich auf 5,7m3/h komme, deswegen kann ich die Scheibe ohne Probleme kleiner machen und den E Motor höher drehen.
Vom Laufgeräusch her scheint die Hohe Sauggas Dichte dem Bitzer nicht so zu gefallen.
Die Ventile machen starke Pfeifgeräusche im Betrieb, leider gibt es nicht viele Alternativen.
Ich möchte eben mit allen Mitteln einen Sekundärkreislauf vermeiden der mit Wasser dann Öl oder den Verdichter außenrum kühlt.
Das geht nur mit halbhermetik oder offenen Verdichter und die gibt es meistens nicht mit ausreichend starkem Antriebsmotor.
Was funktionieren würde wenn man einen Halbhermetik Verdichter für R410A oder CO2 bekommt, das ist aber extrem schwierig.
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Jetzt habe ich das ganze nochmal über den Haufen geworfen mit dem Bitzer Verdichter.
Da das ganze sehr Lautstark war und stark vibriert hat.
Bild

Da ich den Stahlrahmen nicht noch einmal ändern wollte gibt es jetzt eine Holzplatte:
Bild

Neuer Verdichter ist jetzt ein Doppel Rollkolben Verdichter mit einem Permanent Magnet Motor.
Der deckt einen Drehzahlbereich von 20Hz bis 220Hz ab bei einem vierpoligen Motor.
Damit der Volumenstrom (berechnet) passt muss er mit rund 140Hz laufen was rund 4200 U/min macht.
Bild

Inzwischen habe ich auch beim Kaltkopf einen neuen Stecker angebracht und eine bessere Halterung.
Vorher war darauf ein sehr spröder Kunststoff Kasten, jetzt ein schönes Blech.
Bild

Die Problematik bei Rollkolben Verdichtern liegt darin das die Heißgas gekühlt sind.
Der Motor liegt also auf der Hochdruckseite und wird von dem Gas Strom "gekühlt".
Die Auslass Temperatur am Stutzen sollte laut Datenblatt 120°C nicht überschreiten.

Wenn das ganze Helium komprimiert wird das irre heiß, nach 3 min. Betrieb erreicht der Verdichter schon 100°C.
Also komme ich um eine Wasserkühlung nicht drumherum.
Viele Möglichkeiten gibt es da nicht wie man die wärme von einem glatten Zylinderförmigen Verdichter weg bekommt.
Also habe ich ein Blech ausgeschnitten und gebogen das sich um den Verdichter legt:
Bild

Mit vier schrauben wird es gespannt so das es dicht abschließt was sich aber als schwierig herausgestellt hat.
Beim vierten Versuch hat es dann geklappt und das ganze war dicht, auch wo es warm war. :mrgreen:
Irgendwie muss das Wasser ja auch rein und raus also habe ich sechs 6mm Kupferrohre eingelötet.
Darauf kommen dann kurze Stücke Schlauch zu einem Verteiler.
Bild

Sieht wenn es montiert ist dann so aus:
Bild

Warum die Schläuche Grün sind?
Die Fallen bei der lokalen Kälte Klima Firma ab wenn "Aspen mini Lime" Kondensat Pumpen installiert werden.
Außerdem sieht es ganz lustig aus :D

Hier nochmal ein Gesamtbild beim testen:
Bild

Bei einem gut eineinhalbstündigen Testlauf hat sich der Verdichter bis auf 98,5°C erwärmt am Kopf.
Kühlwasser war bei 45°C was noch verbesserungswürdig ist.
Bild

Am Umrichter kann man auch schön die 2Hz vom Kaltkopf sehen:
Bild

Die Drehzahl bleibt immer schön konstant:
Bild

Jetzt muss ich nur noch den zweiten Radiator weg optimieren da dafür nicht genug Platz ist.
Da der Radiator der das Helium kühlt wie sich herausgestellt hat mindestens mal um Faktor zwei überdimensioniert ist,
werde ich das Register einfach Rohrleistungsmäßig in zwei Teile aufteilen.
Ein Teil kühlt dann Wasser und der andere Helium.

Die Begleitkühlerpumpe kommt in eine klein KG DN125 Muffe als Behälter.
Vom Durchsatz her ist die Pumpe mehr als ausreichend und Probleme mit hohen Temperaturen hat sie da der Motor extern sitzt auch nicht.
Der Umbau hat jetzt im Prinzip noch nichts gekostet bis auf die KG Rohr Muffe :)

Grüße
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So dann setzt ich meinen Monolog einmal fort :mrgreen:

Der Heliumkompressor ist jetzt auch soweit fertig gestellt:
Bild

Bild

Bild

Bild

Es wurde noch ein zweiter Wärmetauscher nachgerüstet als zusätzlicher Wasserkühler.
Ein Kühlstellenregler im Heizmodus überwacht die Heißgastemperatur und schaltet bei 120°C den Verdichter ab.
In dem Schaltkasten befindet sich Ein Motorschutzschalter für den 400V/230V Trafo der unter dem Kasten sitzt und den Kaltkopf versorgt.
Und ein Motorschutzrelais mit Schütz für den Kaltkopfmotor.
Eine Drehfeldüberwachung verhindert einen Start bei falschem Drehfeld von Kaltkopf und Verdichter.

Die Heißgastemperatur erreicht während des herunterkühlens gerne mal 115°C.
Während des Betriebs hält sie sich dann bei etwa 105°C.

Grüße
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Kuddel
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Kuddel »

Geil.
Hast Du schon eine Idee, was du mit der Flüssigluft so machen wirst?
Supraleiter für eine Magnetschwebebahn?
Gruß
Kuddel
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Supraleiter wäre in der Tat interessant.
Leider habe ich noch keine einfache Bezugsquelle für einen Hochtemperatur Supraleiter gefunden.
Jetzt habe ich erst nochmal für kleines Geld einen Sauerstoffkonzentrator gekauft.
Über die Gefahren von reinem Sauerstoff bin ich mir durchaus im klaten, aber damit kann man natürlich auch viel Blödsinn machen :twisted:
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MatthiasK
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von MatthiasK »

Mit flüssigem Sauerstoff kann man wunderbare Raketenantriebe bauen. Kann aber auch sehr spektakulär schief gehen:
https://www.youtube.com/watch?v=L1vr4G48Vt0
https://www.youtube.com/watch?v=rNorTzdtWZs
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So nach knapp drei Jahren kann man den Thread doch noch einmal rauskramen.
Der Stirling hat zu wenig Leistung, das macht keinen Spaß: https://www.fingers-welt.de/phpBB/viewt ... =14&t=9503
Vielleicht verkaufe ich ihn ja wieder, die Preise für die Teile sind zur Zeit richtig gut.

Also ist wieder Gifford McMahon angesagt.
Problem bei den bisherigen Kompressoren war, Geräuschpegel, Öl im Helium, generell Belastungsgrenze.
Kommerzielle Verdichter kühlen den Verdichter häufig mit einer Spirale außen rum und haben eine Öl Einspritzung.
So eine Spirale lässt sich aber nur schlecht realisieren und dann muss da auch noch Wasser durch laufen(noch ein Flüssigkeitskreis...).

Deswegen sieht der Plan jetzt so aus einfach unten aus einem Rollkolben Verdichter(Ölsumpf auf der Hochdruckseite) das Öl abzusaugen, durch einen Ölkühler zu drücken und einfach oben in den Verdichter wieder rein zu lassen, somit sollte man ohne zusätzliche Wasserkühlung auskommen.
Ein Teil vom Öl wird abgezweigt und direkt mit durch die Verdichterstufe geschickt.

Leider bequemt sich Öl nicht von alleine aus einem Verdichter nach draußen, zumindest nicht wenn es auf dem gleichen Druckniveau wieder rein soll.
Da gibt es also was zu tun.

Verdichter wird ein Rollkolben der mal für R22 gedacht war, 35ccm Hubraum und leider leider einphasig mit 50µF Betriebskondensator :roll:
Bild

Also erstmal ein paar Anschlüsse gedreht die man in den Verdichter einschweißen kann:
Bild

Sitzt schonmal, 1/4"SAE (und 7/16"UNF Gewinde) wie es in der Kältetechnik üblich ist.
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Jetzt wäre es aber blöd wenn man zwar das Öl raus pumpt aber gar nicht weiß ob genug drin ist.
Rollkolben Verdichter haben leider nie ein Schauglas, also wieder zurück an die Drehmaschine. Diesmal 1 1/8"-18 UNEF und ein Sitz für die Dichtung.
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Jetzt ist so ein Verdichter natürlich auch rund... aber das ist ja auch kein Problem.
Bild

Passt schon mal, richtig gemessen.
Bild

Sieht nicht so schön aus aber in schlechten Lagen schweißen können nur Leute mit mehr Übung.
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Also erstmal 31bar drauf gegeben, nirgendwo blubbert was es scheint auch zu halten. Der Druckminderer hätte noch Luft nach oben :lol:
Bild

Bei einem Betriebsdruck von 20bar + etwas Überhang habe ich also ausreichend abgedrückt und das ganze sollte wohl halten.

Jetzt muss irgendwie das Öl in Bewegung gesetzt werden.
Dafür ist mir eine Magnetgekoppelte Zahnradpumpe in die Hände gefallen, draufstehen tut wohl "Gambro" was aber wer abgeschliffen hat.
Nach etwas Suche hat sich herausgestellt das es wohl eine "Diener precision pump" aus der Schweiz ist, dann kann man den technischen Angaben wohl trauen...

So sieht das ganze explodiert aus:
Bild

Leider hat das ganze nur Anschlüsse aus Plastik die mit O-Ringen gedichtet sind.
Die Standard Ausführung hat Gewinde an der Seite aber sowas ist nicht aufzutreiben.
Bild

Also wieder mal etwas gedreht.
Bild

Original werden die Anschlüsse mit einer M5 Schraube darin gehalten, das ist mir aber ein bisschen zu instabil.
Also mal wieder die Maschinen bis ans Limit genutzt, der 11,5er Bohrer steckt bis zum Anschlag im Spannzangenfutter und die Z-Achse ist ganz unten.
Bild

Dieses Bild ergibt sich dann, da sollten die Anschlüsse zumindest nicht rausfliegen.
Ob die O-Ringe dicht halten wird sich dann noch zeigen, immerhin ist die Pumpe für 20bar Systemdruck freigegeben den ich auch voll ausnutze.
Bild

Ein paar echte Schläuche für Helium Anwendungen habe ich jetzt auch noch mal bestellt, ich vermute die alten haben das Öl-Problem verursacht.
In so einem Wellrohr kann sich doch mehr Öl verstecken als man vielleicht denkt.

EDIT: hier nochmal ein Fließbild:
Bild

Das wäre es bis jetzt erstmal, ich werde weiter berichten.
Bei Fragen, Anregungen, Kritik immer raus damit ;)
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Kuddel
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Kuddel »

Ich bin begeistert von dem Projekt. Sehr schön.
Gruß
Kuddel
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So heute hat der Verdichter und der Ölabscheider schon mal auf seiner Basis platz genommen:
Bild

Der Wärmetauscher muss noch umgelötet werden so das er zwei Kreise hat, einmal Ölkühler einmal Gaskühler.
Aufteilung so 3/4 und 1/4.
Bild

Die Schläuche sind auch angekommen, scheinen super flexibel zu sein... nicht.
Und dazu sind sie nur minimal zu kurz... nicht.
Vom Querschnitt möchte ich gar nicht erst reden, immerhin die Anschlüsse sollten passen und sie waren nicht sonderlich teuer.
Zumindest wenn man vergleicht was sonst für sowas aufgerufen wird.
Bild

Bild

Die Pumpe habe ich mit ihren Anschlüssen auch mal mit Druck beaufschlagt.
Ist wohl dicht, aber die Trennglocke für die Magnetkupplung dehnt sich schon ganz gut aus.
Maximaler Systemdruck lt. Hersteller sind 20bar, ich habe jetzt mal kurzzeitig 28bar drauf gegeben, keine Lust das das dann unter Öl versagt...
Besonders der Flache Boden wölbt sich schon recht ordentlich, gut bei 0,5mm Wandstärke nicht verwunderlich.
Bild

Hoffentlich hält das.
Es gibt sogar Magnetgekuppelte Pumpen die bis 100bar Systemdruck geeignet sind, leider unbezahlbar.
Die alternative wäre wohl eine normale Pumpe in einen Behälter zu stecken so das sie unter Systemdruck steht.
ando
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von ando »

Moin Alex,

meine hochachtung, was du da zusammenbastelst!

Ich glaube, der Grund, warum hier nicht soviele Antowrten kommen liegt daran, das die meisten sich dein Projekt anschauen und aus dem staunen nicht mehr rauskommen!
Ich musste einige Tabs öffnen und googlen, weil mich die funktionsweise der gezeigten Gerätschaften interressieren.
Auf dem Treffen gab es doch auch nen Luftverflüssiger- der war aber vom Team "Forschungsreaktor Garching" . Ich hatte aber schon nen Buffer Overun als Censer mir die Funktion erklärte!

Und so lerne ich noch einiges dazu!
Danke fürs zeigen und bitte weitermachen!

73

Ando
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Desinfector
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Desinfector »

Luftverflüssigung habe ich theoretisch verstanden - dachte ich ;)

wo ist denn in Deinem Setup die Rückflusskühlung?
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Welcher Rückfluss soll denn gekühlt werden?
Das funktioniert nicht nach dem Linde verfahren...
Der Kompressor sorgt dafür das ein Gifford McMahon Kaltkopf betrieben werden kann.
Dieser ist zweistufig und erreicht im Vakuum Temperaturen bis runter zu 10K oder so.
Nennleistung sind 7W bei 20K an der zweiten Stufe und 25W an der ersten Stufe bei 80K.
Hält man beide einfach in der Luft wird es natürlich nicht kälter als 80K.
Die Luft verflüssigt sich dann einfach und tropft in das Dewar in dem das ganze steckt.
Demnach kann man dem ganzen auch andere Gase füttern die dann kondensiert werden.

Ja die Jungs vom Forschungsreaktor hatten auch so ein Teil.
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Desinfector
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Desinfector »

Alexander470815 hat geschrieben:Welcher Rückfluss soll denn gekühlt werden?
Das funktioniert nicht nach dem Linde verfahren...
das ist es ja, was ich immer dachte. Dass man rückkühlen muss...
Dieses Verfahren kannte ich noch nicht.
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Fritzler
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Fritzler »

Das Ding is einfach so "advanced" das baut der "normalo Frickler" eben nicht alltäglich.
Bei meinem Gebastel kommen ja auch immer ma recht wenig Kommentare, soviele Elektronik und Softwareentwickler hamma hier ja auch nich.

Aber mir wird noch nicht ganz klar, was der Gerät jetzt machen soll.
Nur Helium verdichten, dabei aber nicht erhitzen?
Deswegen der Radiator danach.
Da der Kompressor wohl auch gut warm wird bekommt der noch eine Ölkühlung.
Aber das Öl wird dem reinfließendem Helieum eingespritzt und heißt Kühlöl?
Da bin ich leicht verwirrt.

Erklär das mal einem technischen Informatiker :mrgreen:
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Mr_T
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Mr_T »

Fritzler hat geschrieben:Erklär das mal einem technischen Informatiker :mrgreen:
Der Name "Kühlöl" ist denke ich einfach ein wenig verwirrend, sollte wahrscheinlich "Schmieröl" heißen ;)
Rollkolbenverdichter haben keinen Ölsumpf im klassischen Sinne, ihre Schmierung erhalten die über das normalerweise im Kältekreislauf mitfließende Öl. Weil Alex in seinem Kreislauf aber echt kein Öl gebrauchen kann hat er einen Abscheider eingebaut - und der klaut dem Verdichter seine Schmierung. Und darum muss da jetzt eine separate Einspritzung mit rein.
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Der ganze Krempel dient nur dazu Helium von 5bar auf 20bar zu verdichten, dabei darf noch kein Öl mit in der Hochdruck Leitung sein.
Helium wird beim verdichten viel heißer als normale Kältemittel, deswegen die extra Ölkühlung.
Das ganze ist an einen kommerziellen Helium Kompressor angelehnt, der arbeitet sehr ähnlich.
"Verbraucher" für das Helium ist das Teil hier:
Bild

Das wird dann an den Kupferteilen(erste und zweite Stufe) sehr sehr kalt :mrgreen:

Ich habe heute mal ein bisschen weiter gebastelt.
Da der Abscheider ja auch Öl abscheidet habe ich ihn erstmal abgebaut, das ist mir gestern erst eingefallen.
Der hat unten nur eine kleine Öl Schnüffelbohrung so das nicht zu viel Öl und flüssiges Kältemittel auf einmal kommt.
Bild

Stadtdessen sitzt da jetzt das Schauglas.
Bild

Die Rohre für Kühlöl und die Ölrückführung vom Ölabscheider.
Kühlöl soll Primär schon während des Verdichtungsprozesses kühlen, schmieren tuts natürlich auch.
Der Haupt Teil von dem Ölstrom den die Zahnradpumpe verursacht läuft direkt oben wieder in den Verdichter rein.
Dabei läuft es über die Wicklung, Rotor, Triebwerk und hält das hoffentlich kalt.
Bild

Bild

Und eine ganz schöne braterei am Register.
So ist das ganze jetzt aufgeteilt in Öl und Gaskühler.
Bild
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Kuddel
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Kuddel »

ando hat geschrieben: Ich glaube, der Grund, warum hier nicht so viele Antworten kommen liegt daran, das die meisten sich dein Projekt anschauen und aus dem staunen nicht mehr rauskommen!
Check! Du hättest auch ein Kernkraftwerk aus dem Vollen feilen können. Da kann man nicht viel mehr zu sagen als "Jadasiscool".
Sir_Death
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Sir_Death »

+1

Erinnert mich ja fast an Lokomofeilowitsch ;)
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von urmel »

Alexander470815 hat geschrieben: Und eine ganz schöne braterei am Register.
So ist das ganze jetzt aufgeteilt in Öl und Gaskühler.
Bild
Mit was (Werkzeug und Lot) hast du das eigentlich gelötet?
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

Mit einem Acetylen Sauerstoff Brenner, Düse 0,5-1mm und 1-2mm je nach Rohr Größe.
Da ist eben erstmal die Pulverbeschichtung abgefackelt :D
Lot ist Phosphorhartlot mit 3% Silber, das reicht für Kupfer-Kupfer Verbindungen.
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Alexander470815
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Alexander470815 »

So Erkenntnis des Tages, es lag nicht an den Schläuchen das Öl im Kaltkopf war.
Eher daran das der Adsorber schon voll war da der normale Ölabscheider anscheinend nicht so gut funktioniert wie gedacht.
Das habe ich heute bei der Inspektion der alten Komponenten herausgefunden.
Also kann ich doch wieder die alten Schläuche nutzen(flexibler) und den alten Adsorber neu befüllen.
Von Domnick Hunter habe ich jetzt noch einen zweiten Filter geschossen der Partikel bis 0,01micron abscheiden soll.
In Kombination mit beiden sollte das dann hoffentlich funktionieren.

Mit der Verrohrung habe ich heute auch weiter gemacht:
Bild

Bild

Es scheint auch soweit alles dicht zu sein, morgen nochmal aufs Manometer schauen und dann wird es sich zeigen.
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Mino
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Mino »

Ich verstehe zwar 0,0 von dem was Du da machst….aber ich liebe die Bilder und dein Gebastel :D
-> bitte weitermachen und posten.

Mino
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Arndt
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Re: Luft verflüssigen Zuhause

Beitrag von Arndt »

Ich gluab, das wird groß! Also so WOW :!:
Super Sache, auch wenn ich noch nicht weiß, was man dann damit macht, aber ich habe KEINERLEI Zweifel, dass sich da was findet :D
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