de KoffieKar
De versies

In de loop der jaren zijn er drie versies ontwikkeld en getest. Ze verschillen voornamelijk door de manier waarop de spiegels zijn uitgevoerd: met echte spiegel-stroken (versie 1), folie met kartonbed (versie 2) en met geprint bed (versie 3).

Versie 1

een ribbe voor de spiegelsRond het jaar 2003 werden de eerste stappen gezet. Er kwam een bodemplank van MDF, die precies in de fietskar paste.
Na wat rekenwerk en zaagwerk ontstonden zes ribben die de elementen van de parabolische spiegel moesten dragen.


drie ribben voor de spiegelstrokenDe eigenaar van een lampen- en spiegelzaak in Lent ('de Spiegoloog') sneed uit restmateriaal vijftig spiegel-stroken van elk ca. 1,5 cm breed. Hun lengte kwam overeen met de binnenbreedte van de fietskar, 48 cm.

Door de stroken spiegels over de ribben te leggen (en later te lijmen), ontstaat een parabolische spiegel.

Op de foto hieronder is ongeveer driekwart van de spiegelstroken op de ribben gelegd. Het is goed te zien dat het principe werkt; het weerkaatste zonlicht gaat min of meer naar één punt, buiten en boven de fietskar:

alle zonlicht gaat naar het brandpunt

Tegelijk valt op dat de lichtbundel nog verre van perfekt is. Dat moet met wat schuren, meten en passen te optimaliseren zijn. Is de verwachting.

Eerst komt er daarom een meetopstelling, bestaande uit een stijf en recht balkje dat op de twee zijwanden van de fietskar rust. Over het balkje kan een laserpen schuiven; die laat een lichtstraal loodrecht in de richting van de bodem vallen. Door het balkje te verschuiven, kan op elke positie boven de kar worden gekeken hoe een lichtstraal wordt weerkaatst. Op deze manier moet elke spiegel-strook perfekt worden uitgelijnd.

Na eindeloos meten - schuren - meten - ... luidt de conclusie: dit is niet te doen ! Niet alleen ontiegelijk veel werk, maar vooral onnauwkeurig, onbetrouwbaar en ook nog eens heel kwetsbaar. Hoe mooi het concept ook oogt, het idee gaat voor vele jaren in de ijskast...

naar boven

Versie 2

Pas in de zomer van 2017 wordt de draad weer opgepakt. Na wat speurwerk groeit het plan om hoogglanzende spiegelfolie te gebruiken. Die kan op een stevige ondergrond worden geplakt en blijkt bijna net zo goed te weerkaatsen als een echte spiegel. Bovendien is de folie heel dun, daardoor licht, veel minder kwetsbaar en betrekkelijk goedkoop.

kartonbed voor de spiegelfolieAls dragend materiaal voor de folie wordt karton gebruikt met een handige dikte. Dat past zich goed aan bij de vorm van de MDF-ribben, is daar uitstekend op te verlijmen, en ook de zelfklevende folie plakt prima op het karton. De hoop is dat de onvermijdelijke oneffenheden in de parabolisch gezaagde ribben door karton en folie worden 'uitgevlakt'.

En ziedaar het resultaat, op de foto hieronder. Woorden schieten tekort, tranen in de ogen. Uit de weelderige vervormingen van het beeld blijkt meteen dat dit idee - en/of de uitvoering - niet werkt. Wanhoop, zucht, berusting ...

de spiegelfolie op het kartonbed

Of toch maar uitproberen...? Meten = weten. Want intussen is er wel een simpele constructie aan de fietskar toegevoegd: twee metalen profieltjes waarop een koperen buis rust, in de brandlijn van de spiegel. Van die watergevulde buis kan provisorisch de temperatuur worden gemeten. Door vergelijking met het geschatte, ingestraalde vermogen van de zon op de spiegel kan een redelijke berekening worden gemaakt van het rendement. En dat ligt/licht rond 4 % ...

Met deze versie lukt het niet eens om je vingers te verbranden. Veilig doch nutteloos. Hoewel, er is wat geleerd van alle geploeter:

  • De folie op zich is een verbetering t.o.v. de vaste spiegel. Er moet wel een niet vervormbare ondergrond komen, die bovendien in de perfecte paraboolvorm te vervaardigen is.
  • De draagconstructie voor de stookbuis moet niet meer aan de fietskar, maar aan de bodemplaat van de spiegel bevestigd worden.
  • De stookbuis moet dikker uitgevoerd: niet 12 mm maar 15 mm koperbuis. Daarmee vang je meer - niet perfect weerkaatste - lichtstralen op, zonder veel oppervlak te verliezen.

Na wat slaaparme nachten wordt een belangrijke knoop doorgehakt: in 2018 gaan we nog één dappere poging ondernemen om de jarenlange droom van een KoffieKar gestalte te geven. Er is namelijk alweer een idee ... op naar versie 3 !

naar boven

Versies 3.x

In de lente van 2018 is er het eerste contact met het Arnhemse bedrijf MakerPoint. Dat vervaardigt 3D-prints voor particulieren. Het op papier uitgewerkte idee van een 3D-geprint kunststof 'bed' voor de spiegelfolie wordt aan de medewerkers voorgelegd. In prima samenwerking komt een proefstrook tot stand van 0,5 cm breed. Al heeft het nog heel wat voeten in de aarde om de paraboolfunctie in het CAD-programma te krijgen ...

Met de geprinte proefstrook en opgeplakte folie volgt een eerste testronde. Die moet de doorslag geven of we op de ingeslagen weg verder gaan. Want nu al is duidelijk dat het printen van een compleet spiegelbed (48 x 84 cm) meer dan een zakcent gaat kosten, oeps!

De proefstrook ziet er - letterijk op het oog beoordeeld - prima uit. Controle met de laserpen laat slechts kleine afwijkingen aan de randen zien. Op een compleet spiegelbed maakt dat weinig uit. Een tweede proefstrook met een nog zuiniger profiel (printtime = money) leidt tot de conclusie: printen maar, we gaan het doen !

de proefstroken met spiegelfolie

Een print van deze afmetingen past niet in één keer in de 3D-printer. Alweer in prima samenwerking en overleg wordt het model her en der aangepast om het - weliswaar in twee delen - in één keer te kunnen printen. Door allerhande pech duurt het tot ver in de zomer alvorens de opdracht kan worden uitgevoerd. En dan komen de twee delen na 54 uur (!) printen eindelijk uit het apparaat.

Eevee giet 83 mL water in het vul-knietje van de stookbuisIn juli en augustus wordt er druk aan de Koffiekar gesleuteld, getest, aangepast, verbeterd. Onder andere wordt behalve de 15 mm buis (versie 3.1) ook nog een 22 mm KIVA-keur buis vervaardigd, met ingesoldeerde knietjes voor het ingieten en uitlopen, en met een speciale hittebestendige matzwarte verf (versie 3.4). En dan is het eindelijk zover:
op 12 augustus wordt het eerste kopje koffie getapt. Binnen drie minuten. Het werkt !!!

Buurmeisje Eevee doet eind augustus nog een praktische opdracht over de KoffieKar, voor haar profielvak natuurkunde. Daaruit komt - bij goede omstandigheden - een rendement van liefst 39 % naar voren !

Versie 3.4 is dus praktisch 10 keer beter dan versie 2.0. Het kostte een lieve duit, maar dan heb je ook wat. Inclusief een mooi cijfer voor ons natuurkundigen! We zien de toekomst zonnig tegemoet !

naar boven