Interdisziplinäres Konsilium

[ReinhardY]

Hallo Maschinenerdenker und -erbauer,

ich möchte Euch folgendes Problem unterbreiten, das sich mir bei der Bearbeitung von dünnen Glasröhrchen (zu fein ausgezogenen Pipetten) stellt.
Das heißt: die Enden von Glasröhrchen mit Durchmessern zwischen 4mm und 0,8mm werden nach Erhitzen an der Sollstelle ruckartig auseinandergezogen und dann an einer geeigneten Stelle getrennt, sodaß zwei Kapillarpipetten entstehen. Obwohl ich einige Übung darin habe, sind die Ergebnisse immer sehr willkürlich und oft unbrauchbar.
Für die professionelle Herstellung von Kapillarpipetten gibt es sogenannte "pipet-puller", die zu variablen und reproduzierbaren Ergebnissen führen.
Ihre Kosten liegen aber im mittleren vierstelligen Bereich, bzw. sind als Gebrauchtgeräte oft defekt.
Ich habe deshalb einige Versuche unternommen, die Grundidee dieser "puller" mithilfe der Märklin-Technik zu lösen.
Die dilettantischen Produkte seht Ihr hier:

Pipettepuller1.jpg

ein Märklin-puller mit waagerechter Zugrichtung

Pipettepuller2.jpg

Das hier etwa 1,6mm dicke Glasröhrchen (Schmelzpunktröhrchen) eingespannt.
Dieses wird dann mittig mit einer feinen Flamme erhitzt, und, wenn es genügend erweicht ist, vom
Gewicht der "Zugseite" auseinander gezogen.

Pipettepuller3.jpg

Das Gewicht der "Zugseite"

Pipettepuller4.jpg

Das Ganze umgebaut für einen vertkalen Zug

Pipettepuller5.jpg

mit eingespanntem Röhrchen

Pipettepuller8.jpg

Das Ergebnis. Aufgrund der einseitig betonten Erhitzung ergeben sich Achsenabweichungen
der Pipetten

Das heißt: ohne eine gleichmäßig zirkuläre Erhitzung kommt man nicht weiter.
Die professionellen Geräte besitzen eine mehrere mm-dicke Glühspirale, die hier im Amateurbereich nicht (ohne weiteres) verbaubar ist.
Versuche, die Hitze mit einem Metallspiegel auch an die Rückseite zu bekommen, war (für mich) ebensowenig praktikabel.
Meine Idee:
Das Glasröhrchen muß unter Zug rotieren und dann fokal erhitzt werden.
Über einige Denkmuster bin ich nicht hinausgekommen.
Das Gewicht darf bei der Rotation nicht "schlenkern", müßte also geführt werden. Drehzahl evtl. 1U/s.
Gesucht sind also Konstruktionsansätze, die das hinkriegen.
Da ich den Mikrobrenner mit einer Hand halten kann, wäre also auch ein Kurbelmechanismus ausreichend.
Wenn es ganz luxuriös sein soll:
Eine eingebaute Vorrichtung zur Begrenzung des Zugweges (ergibt das Kaliber der Pipette) und der Zuggeschwindigkeit (Einfluß auf die Schaftlänge)

Für konstruktive Ansätze wäre ich dankbar.

Schönen Sonntag
Reinhard

[Georg]

Hallo Reinhard,

ich habe Deine interessante Aufgabe und den Lösungsansatz dazu in eine andere Rubrik verschoben.
Bei "Lehrmodelle, Mechanismen, Getriebe und Basteltipps" ist es besser aufgehoben.

[Georg]

Hallo Reinhard,

Das Problem allseitiges Erhitzen kannst Du damit lösen, dass Du das Glasröhrchen drehst. (Wenn Du den Brenner nicht um das Röhrchen rotieren lassen willst/kannst.)
Dazu würde ich es mal versuchen, die beiden Kupplungen, die das Röhrchen halten, synchron zu drehen. Hinten in die Kupplungen je eine Welle mit Zahnrad befestigen und die beiden Zahnräder über eine lange Welle mit Zahnrädern verbinden. Durch das Drehen wird nicht nur ein ungleiches Erhitzen, sondern auch ein Durchbiegen des weichen Glasröhrchen wegen der Schwerkraft vermieden bzw. ausgeglichen. Ich würde das Röhrchen waagrecht anordnen, da dann die Hitze von unten nach oben gelangt (und dabei die Baukastenteile nicht abgefackelt werden) und ein Pendeln des Gewichts durch die Umlenkung über eine Rolle keinen Einfluss mehr hat. Das Gestell an sich sollte stabil sein und z.B. mit einer Schraubzwinge am Tisch befestigt sein.

Hier eine sehr schnelle Handskizze, wie ich mir das vorstelle.

PXL_20240526_115830017.jpg

Das linke Ende der Welle ist axial nicht verschiebbar. Stellringe verhindern ein Verschieben.
Das rechte Ende der Welle steckt in einem Gelenkstück ('11745), das wiederum am Seil mit dem Gewicht befestigt ist.
Die beiden Wellen müssen natürlich jeweils mit zwei Lagern genau fluchtend im Gestell gelagert sein.
Die beiden Wellen haben je ein Ritzel (z.B. 19 Zähne), bei großem Verschiebeweg kannst Du rechts zwei Ritzel Kopf-an-Kopf nehmen, um den möglichen Weg zu verlängern. Es ginge auch ein (oder zwei) langes 19er Meccano-Ritzel.
Zwischen diesen Ritzeln und der Verbindungswelle können so viele Zahnradstufen sein, wie es braucht um die Verbindungswelle weit genug vom Glas zu haben. Du musst da ja sowohl mit den Händen , als auch mit der Hitze drankommen. Es sollten aber so wenig Zahnradstufen wie möglich sein, um das allfällige Spiel zu minimieren.
Diese Verbindungswelle kannst Du mit der Hand oder elektrisch antreiben. Elektrisch ist etwas mehr Aufwand, bringt eine gleichmäßige Drehzahl, lauft aber solange, bis man ausschaltet. Bei Handbetrieb tritt sofort ein Stopp ein. Das musst Du wissen, was da sinnvoller ist.

[ReinhardY]

Hallo Georg,

vielen Dank für Deine prompte Skizze.
Ich werde dann doch wieder auf horizontale Bewegung zurückgreifen und eine "Unterflur-Verbindung" zwischen den Polen herstellen.
Das Ergebnis werde ich dann vorstellen.

Grüße
Reinhard

[usknw]

Hallo
wären nicht 3 oder 4 Brenner um das Röhrchen zentral angeordnet einfacher? Dann müßte nur gezogen und nicht zusätzlich gedreht werden. Als Brenner gab es doch früher auf Messen die "Pencil Torch", die für den Zweck bestimmt ausreichen würden.

[ReinhardY]

Hallo Uwe,

Danke für Deinen Beitrag zum brainstorming. Ich fürchte aber zum einen, daß es an Platz um das kleine Röhrchen herum fehlt, um, sagen wir drei, torchs anzubringen.
Ein noch größeres Problem dürfte sich aber daraus ergeben, die Brenner gleichmäßig an das Röhrchen heranzubringen oder in fester Position gleichzeitig zu starten.
Man muss bedenken, dass schon eine kleine Flamme die Röhrchen nach 2 oder 3 Sekunden zur Schmelze bringen können, was das handling schwierig macht. Es schmilzt und beginnt sofort, durchzuhängen, sodaß es dann sofort und "gefühlvoll" gezogen werden muss.

Gruß
Reinhard

[usknw]

Hallo Reinhard
die Brenner wurden meist vom Gastank getrennt genutzt. Das Ms-röhrchen wurde getrennt und die Verbindung durch einen Silikonschlauch beliebig lang gemacht. Mit einem Mehrfachverteiler 3 oder 4 Brenner über das gemeinsame Ventil des Gastanks zu versorgen dürfte nicht schwer sein. Und wenn der erste Brenner zündet werden die anderen von dem mitentzündet, also praktisch gleichzeitig.
Als Baukastenmaterial im Gefährdungsbereich durch die Wärme würde ich altes schwarzes oder sogar vergammeltes ohne Farbe nehmen. Einmal zur Schonung des guten Materials und verbrannte Farbe stinkt...
Wenn die Röhrchen gezogen sind, wie brichst Du sie dann, und werden die Enden dann noch (wie) entschärft?

[ReinhardY]

Hallo Uwe,

die ausgezogenen Röhrchen trenne ich mit einem kleinen speziellen Keramikmesser (Hilgenberg oder ähnlich) auf einer behandschuhten Fingerkuppe. Eine weitere Veränderung ist nicht notwendig. Wenn ich unter dem Stereomikroskop sehe, daß die Öffnung zu sehr ausgebrochen ist, nehme ich ein neues Röhrchen.

p.s. anbei noch das Flämmchen, das ich zum schmelzen brauche:

microflame1.jpg

und der Sinn des Ganzen:

Hamiltonhalter2.jpg

Gruß
Reinhard

[usknw]

Hallo Reinhard
so winzig hatte ich mir das nicht vorgestellt; ich dachte 4mm auf 0,8mm Spitze ausziehen. Aber an 0,8mm noch Spitzen machen, da ist der Pencil Torch natürlich vieeel zu groß. Da halte ich Deinen Aufbau mit Rädern auf den Winkelträgern prinzipiel für 'zu unruhig'. Ich würde Gleitlagerung deshalb vorziehen: auf 2 parallelen, einwandfrei glatten Achsen als 'Wagen' Kupplungsmuffen verschieben ist wohl laufruhiger und mit alten Messingschrauben auch noch etwas spielfreier einstellbar.
Daß diese weiche Flamme das Glas ausreichend erhitzen kann erstaunt mich; oder ist das besonders niedrig schmelzend?

[ReinhardY]

Hallo Uwe,

bei den bis zu 1,6 mm dicken (Schmelzpunkt-) Röhrchen reicht das. Alle Röhrchen sind aus normalem "Geräteglas".

Ich würde Gleitlagerung deshalb vorziehen: auf 2 parallelen, einwandfrei glatten Achsen als 'Wagen' Kupplungsmuffen verschieben ist wohl laufruhiger und mit alten Messingschrauben auch noch etwas spielfreier einstellbar.

...aber gibt's dann nicht die Gefahr des Verkantens bei der plötzlichen Bewegung?
Ich hätte eher an Gummireifen gedacht; aber auch die können sich natürlich kurz verkanten.
Bei den Versuchen mit der oben vorgestellten Anordnung hat es diesbezüglich auch keine Probleme gegeben.

Gruß
Reinhard

[Norbert]

.
Hallo Reinhard,

zur Realisierung einer rotierenden Halterung für Glasröhrchen, die eine zweiseitige Längsverschiebung zuläßt gibt es im MBK-Bereich durchaus geeignete Bauteile, wenn auch nicht von Märklin.

Sowohl MECCANO, als auch das schwedische Baukastensystem FAC bieten 4 mm Welle(n) mit einer (MC) bzw. zwei Nuten (FAC) an. Diese Nutenwellen dienen dazu, ein darauf befindliches Rad mit der Welle drehen zu lassen und trotzdem in Längsrichtung verschiebbar zu machen. Dazu wird die spezielle Stellschraube (Key) des Rads soweit eingedreht, daß sie in die Nut ragt, dort aber nicht das Rad festklemmt.

Hier Auschnitte aus den entsprechenden technischen Zeichnungen beider Fabrikate (Quellen: https://www.meccanoindex.co.uk/Drawings ... 1716828587 und FAC Teileliste #0107):
.

00200 4" Rod with Keyway, Mec_JobNo_06278a.jpg

Meccano 4" Rod with Key No. 230a
.

00231 Keybolt, Mec_JobNo_06279a.jpg

Meccano Keybolt No. 231
.

1975 FAC Teileliste 0107-120f 2038-2042.jpg

FAC Nutenwelle #2038, #2039 mit Keilen #2041, #2042
(die Keile sind U-förmig gebogene Blechstreifen, die vor dem Einstecken der Nutenwelle in die Bohrung des Rads dorthin eingebracht werden)

Der Aufbau des Pipet-Pullers sieht dann im Vergleich zu Deiner waagrechten Ausführung wie folgt aus:

• Die zwei Wagen werden durch zwei in einem passenden Aufbau fluchtend gelagerte Nutenwellen ersetzt,
  jeweils mit einer fest verbundenen Kupplung zum Einspannen des Glasröhrchens.

• Eine parallel dazu verlaufende Welle zur Übertragung der Drehbewegung von einem auf das andere Wellenstück.
  Dazu zwei Zahnradpaare, die den Abstand der parallelen Wellen bestimmen:
  vorzugsweise also solche Paare, deren Achsabstand ein ganzzahliges Vielfache des Lochabstands ist, also z.B.:
  1 Loch: 19Z+19Z, 2 Loch: 19Z+57Z, 25Z+50Z, 38Z+38Z, 3 Loch: 19Z+95Z, 38Z+75Z, 57Z+57Z

• Die Zahnräder auf den Nutenwellen müssen auf ihnen gleiten können, wenn sie (die Wellen) nach außen gezogen werden.
  Damit diese Zahnräder ortsfest bleiben, sind sie jeweils zwischen zwei festen Lochbändern quer zu den Wellen anzuordnen.

• Der Drehantrieb kann durch Handkurbel oder Motor an einem Ende der parallelen langen Welle erfolgen.

• Der Zug auf die Nutenwellen kann wie bisher per Seilzug über Umlenkrollen und Gewichte erfolgen.
  Der Übergang von den Wellenenden auf die Zugseile kann, wie von Georg vorgeschlagen, mit zwei Gelenkstücken erfolgen, die von Stellringen und U-Scheibe an den Wellenenden gehalten werden. Dieser Übergang wie auch die Nutenwellen sind durch Schmierung möglichst reibungsarm zu halten.

Da die Beschaffung solcher Nutenwellen (z.B. hier: https://www.meccanospares.com/keyway-axles.html) nicht ganz einfach ist, wäre es vermutlich besser Du kenntest jemand, der Dir eine solche Nut in eine normale Welle fräst. Die dazu erforderlichen Keys lassen sich auch durch Zurechtfeilen einer Stellschraube erreichen.

Gruß
Norbert

P.S.: Zum FAC-Sytem gibt es hier einen Beitrag: viewtopic.php?f=46&t=117
Ein schönes, aber seltenes System, das sich für Lösungen Deiner Anforderungen wahrscheinlich hervorragend eignet, wurde es doch vor der CAD-Zeit in Industriefirmen genutzt, um Versuchsanlagen und Prototypen damit zu bauen.
Mehr über MECCANO & FAC auf der Seite von Wilbert Swinkels/NL über MECCANO & FAC: https://meccanokinematics.net/ .
.

[ReinhardY]

Hallo Norbert,

vielen Dank für Deine ausführliche Rückmeldung, die sich leider für mich auf einem ziemlich hohen "level" bewegt. Die Durchsicht der mitgegebenen "links", insbesondere zu FAC, war natürlich überaus interessant; eine andere, hochästhetische Welt.
Zum Vorschlag, eine Nutenwelle einzusetzen, ist mir als Laien nicht ganz ersichtlich, ob darauf dann das Zahnrad mehr oder weniger lose mitdreht und auf dieser Welle auch die erforderliche Rutschbewegung durchführt.
Meine Idee war, daß sich zwei Zahnräder auf verschiedenen Achsen drehen und dann durch die Zugbewegung einfach getrennt werden.
Ich werde zur Verdeutlichung mal etwas "basteln".

Gruß
Reinhard

[Norbert]

.
Letzte Nacht ist mir noch eine Lösung eingefallen:

Seit 1998 gibt es bei MECCANO Wellen mit dreieckigem Querschnitt (triangular rods bzw. triflat rods), sowie dazu passende Kunststoff-Zahnräder mit dreieckigem Loch. Diese Kombination eignet sich ebenso gut wie eine Nutenwelle für die Verwendung eines verschiebbaren Zahnrads.

Oscar Felgueiras hat über die Jahre mehrere Dokumente mit neu hinzugekommenen Meccano-Bauteilen veröffentlicht. Hier die entsprechenden Abschnitte aus der MECCANO PARTS LIST 1970 - 2015:
.

MC Sets 1970-2016-033m.jpg

.

MC Sets 1970-2016-034m.jpg

.

MC Sets 1970-2016-041m.jpg

.

MC Sets 1970-2016-042m.jpg

.
Für Deine Anwendung mit Dreieckswellen passemder Länge sind die Zahnräder #25e39, #26p3p und #27a3p geeignet. Sie passen natürlich zu den Standard Messing Zahrädern.

Zu Deiner Antwort, die ich gerade gelesen habe:
die Nuten- bzw. Dreieckswelle dreht kraftschlüssig (also fest) das darauf befindliche passende Zahnrad mit Key bzw. Dreiecks-Loch und ist gleichzeitig in Längsrichtung verschiebbar.

Meine Idee war, daß sich zwei Zahnräder auf verschiedenen Achsen drehen und dann durch die Zugbewegung einfach getrennt werden.
Ich werde zur Verdeutlichung mal etwas "basteln".

Da das schmelzende Glas wohl keine Drehbewegung überträgt, bleibt das herausgezogene Zahnrad mitsamt seiner Welle stehen, während die angetriebene Seite u.U. weiterdreht. D.h. die Drehbewegung sollte beendet werden, ehe die Längsbewegung einsetzt.

Gruß
Norbert
.

[ReinhardY]

Da das schmelzende Glas wohl keine Drehbewegung überträgt, bleibt das herausgezogene Zahnrad mitsamt seiner Welle stehen, während die angetriebene Seite u.U. weiterdreht. D.h. die Drehbewegung sollte beendet werden, ehe die Längsbewegung einsetzt.

Kann ich nachvollziehen.
Man würde im letzten Moment noch einen "Zopf" ziehen.
Das wird jetzt doch komplexer als gedacht und wird wahrscheinlich eine nette Gedankenspielerei bleiben.
Ansonsten: bis zum "meccano-shop" hatte ich mich schon vorgearbeitet; aber würde man die zuletzt genannten Teile auch noch kriegen?

Grüße
Reinhard