Normalerweise werden Projektile durch einen Überdruck > 1 bar beschleunigt, etwa durch explodierendes Schießpulver im Lauf einer Pistole. Bei der Vakuumkanone ist dies etwas anders. Hier wird aus einem Rohr die Luft mit einer Vakuumpumpe gesaugt, sodass der Innendruck ca. 0 bar beträgt. Beide Enden des Rohrs sind mit einer dünnen Folie (in meinem Fall Rettungsfolie) luftdicht verschlossen.

Ist der Enddruck erreicht, sticht man mit einem spitzen Gegenstand durch die Folie, bei der sich der Tischtennisball befindet. Der abrupt auf 1 bar steigende Druck auf einer Seite des Tischtennisballs beschleunigt dann diesen. Da auf der anderen Seite des Balls nach wie vor ein sehr geringer Druck herrscht, kann der Luftwiderstand während der Beschleunigung vernachlässigt werden. Dies sorgt für eine hohe Geschwindigkeit des Balls. Eine kurze Überschlagsrechnung liefert folgendes beeindruckende Ergebnis:

Der Tischtennisball sollte nach nur 1 m Beschleunigungsstrecke eine Geschwindigkeit von über 1000 km/h erzíelen und die zweite Folie mit Leichtigkeit durchschlagen.

Als Rohr werde ich ein 50/40 mm Plexiglasrohr mit 5 mm Wandstärke verwenden. Dieses erhält man ebenso wie die Rettungsfolie und die Tischtennisbälle mit 38 mm Durchmesser auf Amazon:

Um die Rettungsfolie luftdicht abzuschließen greife ich auf Gummidichtungen bzw. Gummiadapter aus dem Sanitärbereich zurück:

Für das notwendige Vakuum sorgt meine kleine zweistufige Drehschieberpumpe, welche schon beim Stickstofflaser und dem Rutherford-Streuexperiment zum Einsatz kam:

Zum Testen habe ich mir über Willhaben (https://www.willhaben.at/iad/kaufen-und-verkaufen) Tischtennisbälle gekauft. Diese besitzen einen Durchmesser von 39.5 mm. Sogesehen dürften sie ideal zum Innendurchmesser von 40 mm des Plexiglasrohrs passen. Jene von Amazon besitzen einen Durchmesser von 38 mm. Offizielle Wettkampfbälle weisen einen Durchmesser von 40 mm auf. Diese dürften dann aber schon zu groß für mein Rohr sein…

Heute habe ich die Rettungsfolie besorgt und die beiden Gummiadapter sind auch schon angekommen:

Das 50/40 mm Plexiglasrohr ist eingetroffen und ich konnte überprüfen, ob die bereits besorgten Tischtennisbälle mit d = 39.5 mm und d = 40 mm ins Rohr passen. Leider tun sie dies nicht. Daher habe ich auf Amazon die Bälle mit d = 38 mm bestellt. Diese sind auch schon angekommen und passen nun sehr gut ins Rohr.

Als nächstes habe ich ein M8-Gewinde ins Plexiglasrohr für den Ansaugstutzen geschnitten. Durch Verwendung von Teflonband bekomme ich alles auch schön dicht. Die beiden Gummiadapter zum Fixieren der Rettungsfolie an den beiden Rohrenden verrichten auch wie erhofft ihren Dienst. Bei Unterdruck haben sie sich aber leicht zu verschieben begonnen. Daher musste ich auf das Rohr etliche Wicklungen dünnes Isolierband aufbringen. Jetzt sitzt alles fest und der ganze Aufbau scheint auch dicht zu sein. Das Manometer zeigt zumindest den Minimaldruck von 0.1 bar an. Tiefer geht es nicht. Ich könnte den Innendruck allerdings auch noch mit meinem Pirani-Drucksensor überprüfen, mal schauen…

Heute habe ich die ersten Schüsse mit der Vakuumkanone durchgeführt. Gleich vorweg: Sie funktioniert zuverlässig aber die erzielte Geschwindigkeit lässt noch ein wenig zu wünschen übrig. Mit meinem Arduino-Geschwindigkeitsmesser konnte ich einen Wert von knapp 92 m/s = 331.2 km/h ermitteln. Da geht (hoffentlich) noch mehr. Ich werde einmal die Vakuumkanone umdrehen, damit sich der Ansaugstutzen am Ende der Beschleunigungsstrecke befindet und nicht am Start. Und zudem werde ich die Vakuumpumpe ein wenig länger vor dem Schuss laufen lassen. Mal schauen, ob diese beiden Maßnahmen etwas bringen…

 

Den Schuss habe ich auch noch mit meiner Casio-High-Speed-Kamera aufgenommen und mit der Software Tracker analysiert:

Die Maximalgeschwindigkeit im Rohr beträgt immerhin 175 m/s = 630 km/h. Ausserhalb der Vakuumkanone nach Durchschlagen der Folie schrumpft die Geschwindigkeit auf 110.7 m/s ≈ 400 km/h. Damit bin ich einigermaßen zufrieden 😉

Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…