Von elektrischer Wasserspritze(P90), zur Wasserpistole(SpyraLX,Spyra3,SpyraThree)

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S.nase

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Epische Wasserschlachten mit klassischen SuperSoakern kenn wohl jeder aus seiner frühen Jugend. Bei der Suche nach einem Geburtstagsgeschenk für den Nachwuchs bin ich erstmal bei einer elektrischen Wasserspritze im P90 Design gelandet: 425ml Tank, 7.4V/1200mA Akku, 1.6mm Düse
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Funktionsprinzip ist relativ simpel, mit entsprechenden Nachteilen. Ein Elektromotor treibt ein Getriebe an, das dann wiederholend einen Federkolben spannt und auslöst. Zwei Rückschlagventile sorgen dafür, das sich der Kolben beim Spannen mit Wasser aus dem Tank füllt, und beim Auslösen nur durch die Düse entleert. Die Belüftungsventile am Tank sorgen dafür, das kein Unterdruck im Tank oder Zusatzflasche entsteht.

p90.png

Vorteil dieses Prinzip ist das relativ kompakte Bauweise und geringes Gewicht. Nachteil ist die relativ hohe Lautstärke des scheppernden Getriebes, und der wenig laminar ausgebildete Wasserstrahl(begrenzte Reichweite des "WasserSprühstrahl").
 
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Ich habe irgendwo eine Variante gesehen bei der das Wasser in Rotation versetzt wird. Dadurch soll das stabiler fliegen.
Nur so im vorbeigehen erspäht. Ich finde leider spontan keinen Link dazu.
 
SPYRA .... damits auch richtig scheppat! 💦
 
Ich glaub die war das sogar.
Allerdings möchte ich die Aussage mit.der Rotation zurückziehen. Erscheint mir nicht logisch
 
SpyraBlaster sind natürlich ne ganz andere Nummer, weil sie nach einem ganz anderen Prinzip arbeiten. Warum die Spyra´s deutlich besser funktionieren, komme ich aber in einem späteren Beitrag noch zurück.

Erstmal hab ich versucht, diese einfache P90 mit ihrem FederkolbenPrinzip zu optimieren. Auch wenn der Erfolg eher mager ausfällt.

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Dazu habe ich die Federvorspannung des Federkolbens etwas erhöht(dicke Unterlegscheibe vor der Kolbenfeder). Der Wasserdruck wird dadurch zwar deutlich höher, aber die Reichweite ist dabei kaum größer geworden. Weil der Wasserstrahl in der Luft früher aufbricht(zerstäubt), und somit schon nach geringer Reichweite stark abbremmst.

Trotzdem hat die handliche P90 ihren Sinn, wenn auch nur auf kurze Entfernungen. Weil man sie auch mit nur einer Hand gut verwenden kann. Durch eine zusätzliche (dritte) Dichtung auf dem Federkolben, hat sich zumindest die Wassermenge pro "Schuß" deutlich erhöht. Das zweite (innere) Belüftungsventil am Tank habe ich entfernt, und statt dessen ein Belüftungsventil(Fahrradventil) in der Zusatzflasche eingebaut. Seit dem bleibt das Gehäuse-Innere der P90 auch völlig trocken.

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Bei der P90 liegt zwar ein GewindeAdapter für hiesige ColaflaschenGewinde bei. Aber ich habe auch eine jordanische 750ml PET EssigFlasche gefunden, die sich ohne Gewindeadapter direkt auf die P90 schrauben lässt(28mm Kerndurchmesser/ 3mm Gewindesteigung). Dadurch ragt die Zusatzflasche weniger weit aus der P90 heraus.
 
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Elektrisch ist natürlich auch noch etwas raus zu holen. Der originale 2s1200mAh Litium Akku besteht nur aus zwei billigen 18650 Litiumzellen, und einem kleinem 2A BMS. Das kleine BMS wird sehr schnell heiß, und die Billigzellen sind zu wenig belastbar. Der kleine Akkustecker sorgt zusätzlich für eine niedrigere Versorgungsspannung am Motor. Daher gibt meine P90 im Originalzustand auch nur 1-2 Schuß pro Sekunde ab.

Um das zu optimieren habe ich zwei vernünftig 18650 Zellen ohne BMS miteinander verlötet, und daraus ein 2s2500mAh Akkupack mit offenen KabelEnden gemacht. Ein vernünftiges 10A BMS hat leider keinen Platz im kleinen Akkufach der P90. Also mußte ich das 10A BMS neben dem Akkufach in der P90 verbauen. Um das BMS in der P90 vor Feuchtigkeit zu schützen, hab ich die BMS Platine mit KunststoffLack(Plastik70) eingesprüht, nachdem die Akkukabel, Ladekabel und Motorkabel mit dem BMS verlötet waren. Im wasserdichten Akkufach liegen also nur noch das 2s Akkupack und ein Ladekabel (EC3 Ladestecker).

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Ergebnis des elektrischen Umbaus ist, 3-4 Schuß pro Sekunde, ohne den Motor zu tauschen oder AkkuSicherheit ein zu bühsen. Damit lassen sich die gut 400ml interner WasserVorrat in 22 Sekunden Dauerfeuer rausblasen. Mit der zusätzlichen PET Flasche, sind die dann zusammen gut 1.1L WasserVorrat innerhalb von 64 Sekunden Dauerfeuer in der Gegend verteilt.
 
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Letzter Punkt ist die Geräuschdämmung der P90:

Das Getriebe Rasseln ist durch reichlich salzwasserfestes Schmierfett, Moosgummi und Knette um und im GetriebeKasten deutlich geringer geworden. Aber immer noch ganz schön nervig laut. Am Ende liegt es einfach an dem großen Resonanzkörper(Tank/P90-Gehäuse). Eventuell könnte man noch versuchen, das Getriebegehäuse komplett von den P90 Gehäusehalbschalen zu entkoppeln (schwimmend aufhängen). Aber der Aufwand wird mir für so eine 30€ Wasserspritze dann einfach irgendwann doch zu groß.

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An der eigendlich größten Unzulänglichkeit kann ich ja eh nix ändern. Denn ne wirklich befriedigende Reichweite kann man durch die wenig laminare Wasserströmung an der Düse konstruktionsbedingt eh nix ändern. Weil das Rückschlagventil direkt vor der Düse das Wasser extrem verwirbelt, kann sich kein kompakt abgegrenzter und laminarer Wasserimpuls vor und hinter der Düse ausbilden. Die Kraft und Geschwindigkeit des Wasserimpuls verpufft daher immer schon kurz nach dem Austreten aus der Wasserdüse, indem der Wasserstrahl zerstäubt.

Ich hab mich also gerade dazu durchgerungen, die 130€ für je eine Spyra3 aus zu geben(SetPreis plus KouponCode SPYRASZN12, ELLIOTTRECOMMENDS). Da lohnt sich eher daran zu basteln, um deren Unzulänglichkeiten(kleiner WasserVorrat, hohes Gewicht und Lautstärke) zu beheben. Denn die Reichweite ist durch das SpyraFunktionsprinzip(laminare Wasserströmung in Düse und Ventil) ja glücklicher weise schon ganz gut vorhanden.
 
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Bevor ich mir die Spyra three zur Brust nehme, hier noch die fehlenden Bilder vom BMS und der Schalldämmung in meiner P90 Wasserspritze.

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Diese Spritze arbeitet nach dem gleichen Funktionsprinzip wie die P90. Elektrischer FederKolben mit drucklosem Tank. Nur das eben auch noch ne kleine Pumpe zum Befüllen mit drinn ist, was bei einem drucklosem WasserVorrat aber eigentlich überflüssig ist, wenn man die Spritze zum Befüllen unterwasser tauchen kann.

Mit einer int. Befüllpumpe verliert so eine FederkolbenSpritze ihren einzigen Vorteil(Gewicht, Handlichkeit) gegenüber dem SpyraPrinzip.
 
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Funktionsprinzip bei Spyra Blastern:

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Ein unter Druck stehender VorratsTank gibt es ja schon sehr lange bei den klassischen SuperSoakern. Entscheidender Unterschied ist bei den Spyras aber, das nicht ein komprimiertes Luftpolster die Energie speichert, sondern die elastische Ausdehnung des Tanks selber die Antriebsenergie aufnimmt und wieder abgibt. Letztendlich erledigt das bei den Spyras ein langer dickwandiger "SilikonSchlauch"(gelb). Damit der Schlauchtank sich beim Aufpumpen möglichst wenig im Durchmesser ausdehnt, liegt der Schlauchtank in einem starren Rohr(grün). Das gibt dem Schlauchtank nur die Möglichkeit, sich in der Länge aus zu dehnen, wenn man ihn unter Druck setzt. Auf den ersten Blick verhindert das Begrenzungsrohr um den SchlauchTank nur, das die Gehäusehalbschalen der Spyra auseinander gesprengt werden. Nebenbei macht so ein Aufbau es aber auch möglich, das der Wasserströmungsquerschnitt im Drucktank bis zur WasseraustrittsDüse kaum variiert. Im Unterschied zu einem klassischen SuperSoaker, ändern sich die Strömungsgeschwindigkeiten somit erst direkt in der Düse. Genau das ist eine Voraussetzung dafür, das aus der dafür optimierten Düse ein möglichst laminarer Wasserstrahl austreten kann. Je stärker und öfter die Strömungsquerschnitte auf dem Weg aus dem Drucktank durch die Düse variieren, desto weniger laminar bleibt die Wasserströmung. Ist letztendlich genau das Gleiche wie bei Luftströmungen.

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Strömungsbilder(Simulation) von der SpyraDüse hab ich lange gesucht, und dann doch eines gefunden. Durch den großen EintrittsQuerschintt(=Schlauchtank) und relativ großen Austrittsquerschnitt der recht langen Spyradüse wird auch erreicht, das die Strömungen in der Düse möglichst laminar bleibt. Entscheidend dabei ist auch, das der Strömungsquerschnitt in der Düse sich möglichst langsam und gleichmäßig ändert. Immer mit dem Ziel, das sich beim Beschleunigen der Strömung in der Düse möglichst wenige Wirbel an der Düsenwand ausbilden. Dabei hilft natürlich auch, das die Strömungsgeschwindigkeit zwischen Drucktank und Düsenaustritt nicht zu stark unterscheidet. Das ist wohl auch der Grund, warum die SpyraDüse einen relativ großen Querschnitt am Düsenaustritt hat.

Der große Querschnitt des Düsenaustritt macht es nun wiederum notwendig, das sich das Ventil nur sehr kurz, dabei aber auch ausreichend weit öffnet und schnell wieder schließt, ohne das unnötig viele StrömungsWirbel durch das Ventil erzeugt werden. Spyra hat das durch einen strömungsoptimierten "Ventilstößel" gemacht, der mit einem Elektromagneten bewegt wird(rot). Mit so einem Elektromagneten lässt sich die Geschwindigkeit und Amplitude der Ventilbewegung sehr genau steuern. Eventuell sogar abhängig vom Wasserdruck im mehr oder weniger gespannten SchlauchTank. Ob das die Software der Spyra berücksichtigt, kann ich aber nicht sagen, und werd ich demnächst nomal nachmesse. Weniger exakt lässt sich das mechanisch steuern. Das ist ein wahrscheinlich auch der Grund, warum die rein mechanische SpyraLX nur einen deutlich weniger laminaren Sprühstoß abgeben kann.
 
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Ich finde es immer wieder faszinierend, wie hier in dem Forum aus verschiedenen Themen eine Wissenschaft gemacht wird.

Das ist nicht despektierlich gemeint, sondern als ehrliches Kompliment.
 
Ich mache nicht mit Absicht, aus den Themen mit den ich mich beschäftige, ne "Wissenschaft". Ich will dem Thema halt immer nur möglichst auf den Grund gehen, um zu verstehen wie und warum es besser oder schlechter funktioniert. Klar artet das dann bei mir öfter mal in einen nicht endenden "Redeschwall" aus, weil es mir schwer fällt in kurzen Sätzen auf den Punkt zu kommen. Daher ist die TikTok typische Stenographie auch überhaupt nicht mein Ding.
 
Gut, ich formuliere um: Ich finde es immer wieder faszinierend mit welcher sheldonschen Gründlichkeit selbst vermeintlichen Kleinigkeiten auf den Grund gegangen wird. :)

Und nochmal: Ich finde das super, mir gefällt das sehr.
 
Vielen Dank für die Blumen. Und schön auch mal zu lesen, das ich mit dem Niederschreiben meiner Gedanken nicht nur Igors ServerPlatten fülle.
 
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Wenn man sich die FlowSimulation der SpyraDüse genau anschaut, sieht man das die STrömung in der Düse auf 60Kmh beschleunigt, und dabei erst da der Druck entsprechend abnimmt. Im gesamten Rest der Spyra Wasserpistole(Drucktank und Zuleitung) bleiben die STrömungsgeschwindigkeiten dagegen überall sehr gering, und die gut 2 Bar WasserDruck erhalten. Das sorgt eben nicht nur für wenig Verwirbelungen, sondern auch für minimale Reibungsverluste im gesamten System.

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Der augenscheinliche Nachteil des von Spyra angewandten Druckprinzip's sollte aber auch nicht unerwähnt bleiben. Ein nicht ganz unerheblicher Teil der Wassermenge in der Spyra trägt man ungenutzt nur spazieren. Da der Druck schon abfällt, bevor das gesamte Wasser aus dem System gedrückt ist.

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Zusammen mit der elektrischen Wasserpumpe(mittlerweile ne kleine Membranpumpe) zum Befüllen, dem großen 4s Litium Akku(18650 Zellen), und dem großen ZylinderHubMagneten für das Ventil, hat man mit so einer elektrischen Spyra schon ne ganze Menge an Gewicht in den Händen, für die knapp zwei Dutzend WasserSchüße die man mit einer Befüllung abgeben kann.

Optimierungsansätze:

Als Sportgerät für den Sommer eingesetzt(ähnlich wie mit Paintball Markierern), stört das hohe Gewicht und die geringe "Magazinkapazität" wahrscheinlich eher weniger. Trotzdem könnte man durch ein paar kleine Änderungen im SPyraKonzept(Pumpe und großen Akku auslagern) zumindest das Gewicht deutlich verringern. Ich denke da vielleicht an eine SpyraBase mit elektrischer Pumpe und Drucktank, auf die man seinen SpyraBlaster einfach nur mit einer Schnellkupplung drauf steckt, um ihn schnell wieder nach zu laden. Für so einen Umbau würde sich auch schon die kleine SpyraLX eignen, wenn ich den mechanischen Ventil-Auslöser noch besser in den Griff bekomme.

Andere Idee währe CamelBack zum erweitern vom Magazinvorrat, das über einen Schlauch mit der Pumpe in der Spyra3 verbunden ist. Oder gleich auch noch die Pumpe und den Akku mit in das CamelBack auslagern, und die Spyra über einen Druckschlauch mit dem RucksackVorrat verbinden.

An der DüsenForm und der Form des VetilStößel könnte man vieleicht auch noch etwas feilen, um eventuell die Reichweite noch etwas zu vergrößern. Aber das ist dann wieder mit aufwendigen TestReihen verbunden.

Den Druck im SchlauchTank erhöhen, währe dann auch noch ne Möglichkeit. ABer dazu müßte man die Wandstärke des SchlauchTank´s vergrößern, was das Volumen des internen MagazinVorrat´s natürlich wieder etwas verringert.
 
Akku Spyra3:
Der erste Akkuladezyklus dauert beim ersten Aufladen etwas länger (4-6Stunden). Das liegt wahrscheinlich daran, das das im Akku verbaute BMS die AkkuZellen bei maximaler Ladespannung(99-100% Ladezustand) erstmal richtig ausbalancieren muß. Der nächste und die folgenden Akkuladezyklen(von 0% auf 100% Ladezustand) gehen dann idR etwas schneller, weil halt vom BMS dann nicht mehr viel zwischen den Zellen herrum balanciert werden muss. Da das BMS tatsächlich nur in der Ladephase zwischen 99-100% die Zellen ausbalanciert, sollte man wenigstens einmal am Anfang jeder Saison, den Akku wirklich komplett (bis das Ladedisplay von selber aus geht) aufladen.

WasserVolumen Spyra3:
Wenn die Spyra3 komplett entleert ist, und auch kein Wasser mehr im DüsenVorraum rum schwabbert, passen gut 800ml rein.

Davon werden im Betrieb immer 200ml im Düsenvorraum vorgehalten. Verschießen kann man also nach jedem kompletten Aufüllen immer nur gut 600ml. Bei meiner nagelneuen Spyra3 sind das dann meistens 20 StandardSchüsse, oder 1StandardSchuss+3 PowerSchüsse+1 StandardSchuss.

Ich habe die Bude natürlich auch gleich mal auseinander genommen. Davon aber das nächste mal mehr...
 
Ich bin da etwas anders unterwegs. ;) Kollege hat mich auf die erste Spyra damals aufmerksam gemacht und mir vorgeschwärmt, paar Videos geguckt und ZACK zugeschlagen. Seitdem ist mir bei Wasserschlachten der Neid von Familie und Nachbarn gewiss… Ganz ohne Theorie, schon V1 war großer Spaß. :D

Ok, wenn die Wasserbomben, ganze Eimer oder der Gartenschlauch ins Gefecht geführt werden (passiert irgendwie IMMER irgendwann), sieht man auch mit der Spyra keine Sonne mehr. Aber das ist dann halt wie mit „Knife to a Gunfight“ oder so ähnlich… ;)
 
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