Bauplan eines Solarballons

Solarballone sind durchsichtige Heißluftballone mit einem innenliegenden schwarzen Sonnensegel. Dieses erwärmt die Innenluft, so dass der Ballon steigt. Die ereichbare Innentemperatur hängt lediglich von den verwendeten Materialien ab und ist unabhängig von der Dicke der Außenhülle.


Der nebenstehende Modell-Solarballon hat einen Durchmesser von 4.80 m und ein Gewicht von lediglich1 kg. Die verwendeten Materialien sind billig (Baukosten ca. 50 Euro). Hülle und Sonnensegel bestehen aus durchsichtiger bzw. schwarzer Polyethylenfolie. Diese erhält man im Baumarkt: in der Maler- bzw. der Gartenbauabteilung. Zusammengefügt werden die Folien mit Folienschweißgeräten, die üblicherweise zum Eintüten von Gefriergut verwendet werden.

Der Bau dieses Ballons eignet sich hervorragend für Projektwochen in Schulen: 10 Schüler mit 4 Folienschweißern benötigen 3 Schulvormittage, falls arbeitsteilig in 2 Klassensälen gearbeitet wird.

(Anmerkung: Man kann Ballone auch einfacher und schneller bauen: man lege einfach zwei Folien zwischen zwei Holzbretter, so dass die Folien etwas überstehen, und fahre dann einmal kurz mit einem Heißluftfön an der Kante entlang - fertig!)

Materialliste

Zum Bau wird benötigt:

Baubeschreibung

Erstellen der Ballonhülle
I
1 Vor Beginn der Arbeiten das Folienschweißgerät testen. Es muß die richtige Temperaturwahl für die drei Folienkombinationen weiß auf weiß, schwarz auf schwarz und weiß-schwarz-weiß gefunden werden. (Ab sofort wird die transparente Folie mit 'weiß' bezeichnet.). Dabei allerdings nicht zu Testzwecken Streifen aus den Folien schneiden, die man dann beim Bauen schmerzlich vermißt! Die optimale Temperaturwahl ist diejenige, bei der die Folien bei Zugbelastung zuerst an den Fingern und nicht an der Schweißnaht reißen. Vorsicht: Das Folienschweißgerät wird im Dauerbetrieb heiß, man muss eventuell nachregeln!
2 Den Raum sorgsam kehren und danach Schuhe ausziehen. So wird vermieden, daß bei Betreten der am Boden ausgelegten Folien (was unvermeidbar ist) viele kleine Löcher durch Sandkörnchen in die Folie gedrückt werden.
Alternativ kann man auch alle Tische des Klassenraums zu einer großen Arbeitsplatte zusammenschieben und dann dort arbeiten.
3 Die vier Packen weißer Folie aufrollen (noch nicht ganz ausbreiten) und bei etwa 8 m abschneiden und beiseite legen. Die jeweils etwa 4,5 m langen Reststücke sind leider Abfall.
4 Nun den ersten Folienpacken nehmen, ausbreiten und einmal der Länge nach falten (2 m x 8 m). Die Folie auf den Boden legen und die Luftblasen entfernen. Die Folie nun mit Büchern beschweren, damit sie nicht mehr verrutscht. Zur genauen Ausrichtung der Folie kann man sich an einer eventuell vorhandenen Linie am Boden orientieren (z. B. eine Stoßlinie des Bodenbelags). Unbedingt notwendig ist dies allerdings nicht.
5 Ebenso die anderen drei Folienpacken ausbreiten, der Länge nach falten und auf die erste Folie auflegen.Am Ende liegen also acht Lagen Folie aufeinander (2 m x 8 m). Es muß dabei nicht besonders genau gearbeitet werden, die Folien verrutschen sowieso. Besser ist es, man richtet die Folien erst genau aus, wenn sie alle übereinander liegen.
6 Nun mit einem wasserfesten Folienschreiber das Schnittmuster für die Ballonbahnen auf die oberste Folie übertragen. Dabei keine langen Zwischenräume lassen, da man dann beim anschließenden Ausschneiden die Orientierung verliert.
7 Nun alle Folien auf einmal mit einer scharfen Schere schneiden. Vorsicht, wenn man die Folien nicht schneiden, sonder "ritzen" möchte. Sehr leicht verschieben sich dann die unteren Folien. (Die Folien nach dem Zuschneiden nicht wegräumen, sondern übereinander liegen lassen.)
8 Vor Beginn des Schweißens noch einmal die richtige Temperaturwahl des Schweißgeräts an einem Reststück Folie kontrollieren. Auch während des nun folgendenen Schweißvorgangs die Güte der Schweißnähte von Zeit zu Zeit durch vorsichtiges Ziehen kontrollieren, da sich das Schweißgerät im Laufe der Zeit sehr stark erhitzt. Das hier Gesagte gilt für alle folgenden Arbeitsschritte und besonders bei wechselnden Folienmaterialien. Es wäre doch zu schade, wenn sich bei dem mühsam zusammengebauten Ballon hinterher herausstellen würde, daß die Schweißnähte nicht halten.
9 Nun die Folien nach Abbildung zusammenschweißen. Dabei wie in der Abbildung angedeutet in der Mitte des Folienstapels auf beiden Seiten je eine Schweißbahn auslassen, so daß zwei Habkugeln entstehen (richtig zählen und besonders darauf achten, daß man auf einer Seite des Folienstapels die oberste Bahn zurückschlagen muß, bevor man die zweite mit der dritten Bahn verschweißt). Diese Lücken in der Mitte sind wichtig, damit man später den Trichter und den Mercedesstern noch einfügen kann. Die einzelnen Bahnen sollten bei diesem Arbeitsschritt nur leicht zurückgeschlagen werden, so daß man sie hinterher wieder ordentlich übereinanderlegen kann.
10 Die Bahnen vorsichtig, eine nach der anderen, wie ein Buch umblättern und mit einer durchgehenden Linie markieren, wo später der Trichter eingeschweißt wird. Hierzu benutzt man das Maßband (oder eine Schnur) zusammen mit dem Folienschreiber wie einen Zirkel. Es ist wichtig, daß die Linie durchgehend ist, denn später beim Einschweißen des Kegels hat man nur noch einen "Klumpen" Folie vor sich, bei dem man genaue Anhaltspunkte braucht, wo die Schweißnaht gesetzt werden muß.
11 Jetzt werden die Bahnenstapel wieder "zurückgeblättert" und dabei drei Linien eingezeichnet, dort wo später der Mercedesstern angebracht wird. (Da die Hülle aus 8 Bahnen besteht, haben die Linien den etwas krummen Abstand von 2 2/3 Bahnen)
Die weißen Bahnen sind nun fertig und können zur Seite gelegt werden.
II Erstellen des Trichters
12 Die sechs Packen schwarzer Folie werden ebenso wie die weiße Folie ausgerollt, diesmal bei etwa 7 m Länge abgeschnitten und zur Seite gelegt. Diesmal dürfen wir die abgeschnittenen Reststücke nicht wegwerfen, aus ihnen wird später der Mercedesstern gefertigt.
13 Auch diesmal werden die Folien ausgebreitet, einmal gefaltet und dann aufeinandergelegt, nur, daß diesmal die Folien einmal quer und nicht längs gefaltet werden. Nach Abschluß dieser Arbeiten sollten insgesamt zwölf Lagen Folie mit den Maßen 1.2 m x 3.5 m übereinanderliegen.
14 Das Schnittmuster für den Trichter wird auf die oberste der Folien übertragen (erneut Zirkeltechnik). Hierzu muß ein dicker Folienstift benutzt werden, dünne sind auf der schwarzen Folie nicht zu erkennen.
15 Das Schnittmuster für den Trichter wird ausgeschnitten.
16 Die einzelnen Längsseiten der Bahnen werden zu einem Trichter zusammengeschweißt. (Vorsicht, wir brauchen keine sechs kleinen, sondern nur einen großen Trichter!). Dabei schweißt man die Bahnen nur oben und am "Knick" zusammen. Die Schlitze dazwischen sind wichtig, durch sie strömt beim Befüllen/Entleeren die Luft!
III Erstellen des Mercedessterns
17 Drei schwarze Folienreste werden übereinandergelegt, das Schnittmuster für den Mercedesstern übertragen (erneut Zirkeltechnik) und ausgeschnitten.
18 Die drei Einzelteile werden mit dem Folienschweißgerät zu einem Mercedesstern zusammengefügt.
IV Einfügen von Trichter und Mercedesstern in die Halbkugeln
19 Nun wird es spannend! Der obere Trichterrand muß in die beiden Halbkugeln eingeschweißt werden. Hierzu empfiehlt es sich, zuerst die beiden Halbkugeln auf der Höhe, an der der Trichter eingefügt werden soll, ein Stück weit aneinanderzufügen. Auf gar keinen Fall dürfen die Halbkugeln schon ganz geschlossen werden, weil wir sonst Trichter und Mercedesstern nicht mehr einbauen können.
Wir suchen also an den beiden Halbkugeln jeweils ein Ende der farbigen Linien aus Arbeitsschritt 10, legen diese aneinander und schweißen die Halbkugeln dort ein Stück weit zusammen. Es genügen 50 Zentimeter nach beiden Seiten hin. (Vorsicht, daß man die Kugelhälften richtigherum zusammensetzt, die farbige Linie kennzeichnet nicht den Äquator.)
20 Nun wird der Trichter eingeschweißt. Dazu hält man die Folien wie abgebildet in der Hand, am besten die schwarze zuoberst. Nur Mut, es ist einfacher, als es aussieht.
Am Ende dieses Arbeitsschrittes, wenn man sich wieder der Anfangsnaht nähert, wird man wahrscheinlich feststellen, daß die Umfänge von Trichter und Hülle nicht genau übereinstimmen. Dies ist unvermeidlich. Man sollte auf gar keinen Fall versuchen, irgendwelche Folienüberstände herauszuschneiden. Dies führt beim aufgeblasenen Ballon zu großen Verspannungen. Ein kleiner Folienüberstand fällt am fertigen Ballon dagegen nicht auf. Am besten läßt man die letzten Zentimeter einfach unverschweißt.
21 Jetzt kann der Mercedesstern eingesetzt werden. Auch hierbei ist darauf zu achten, daß man nicht aus Versehen Innen mit Außen verwechselt und alles richtig macht. Dies hört sich leicht an, doch mittlerweile liegt auf dem Boden nur noch ein unübersichtlicher "Folienklumpen", der nicht nur für Mathematiker eine "topologische Herausforderung" darstellt :-)
22 Nun können die Kugelhälften zusammengeschweißt werden. Man muß hierzu jeweils beim Trichter beginnend in Richtung Nord- bzw. Südpol arbeiten. Links und rechts des Südpols lassen wir die Halbkugeln auf etwa 1 m Länge unverschweißt. Dieser 2 m lange Schlitz bildet die Mündung des Ballons, durch die später das untere Ende des Trichters nach außen geführt wird. Der Ballon ist nun fast fertig - den Folienschweißer können wir schon wegpacken.
23 Die Seiten des Schlitzes werden jetzt noch mit breitem Tesaband (5 cm Rolle) verstärkt, damit sie nicht ausreißen - fertig!

Betriebsanleitung ;-)

Den Erstflug des Ballons unternimmt man am besten in der Turnhalle. Mit zwei bis drei normalen Föns wird der Ballon aufgepustet. Heißluftpistolen sind hierfür ungeeignet - sie schmelzen die Ballonhülle. Jetzt können in Ruhe eventuelle Löcher mit Tesa geflickt werden. Dabei sollte eine zweite Person, die sich im Inneren des aufgeblasenen Ballons befindet, bei jedem Loch von innen einen zweiten Tesafilmstreifen gegenkleben. Beim Löcherflicken sollte man mit dem Tesa maßvoll umgehen: erfahrungsgemäß verklebt die Ballonhülle beim zusammenlegen des Ballons mit den Flicken. Beim erneuten Entfalten des Ballons hat man mehr Löcher als zuvor: ich flicke deshalb nur die großen Löcher. Aus dem gleichen Grund verpacke ich den Ballon nicht in einen kleinen Schuhkarton (was geht!), sondern stopfe ihn locker in einen großen Müllsack.

Für den ersten "Freiflug" sollte man Geduld bewahren und einen Tag mit absoluter Windstille (und natürlich Sonnenschein) abwerten. Der Sonnenstand ist allerdings egal: der Ballon fliegt auch bei fast horizontalem Lichteinfall, z. B. kurz vor Sonnenuntergang. Man braucht bei hohem Sonnenstand keinen Fön oder ein sonstiges Gebläse, um den Ballon zu füllen: man breitet die Hülle aus, fächelt etwas Luft durch die Mündung in den Ballon - und den Rest besorgt die Sonne: Sie erwärmt die Innenluft, diese dehnt sich aus, bläht den Ballon auf und saugt kalte Außenluft nach!

Der aufsteigende Ballon wird grundsätzlich nur an am unteren Trichterrand gehalten, nicht an der Hülle. Dort ist er unempfindlich auch für stärkere Windböen. Ist der Ballon gefüllt, wird der Trichter unten zusammengeknüllt und mit der Drachenschnur zusammengebunden. Der Mündungsschlitz bleibt offen.

Zum Entleeren des Ballons diesen einfach auf den Kopf drehen, die Luft strömt aus dem offenen Mündungsschlitz aus.


Rechtliche Hinweise

Grundlegende Rahmenbedingung für das Aufsteigenlassen von Modellballonen sind die Paragraphen 16 und 16a der Luftverkehrs-Ordnung (LuftVO). Dort heißt es:

" 16 Aufstiege von Ballonen, Drachen, Flugmodellen und Flugkörpern mit Eigenantrieb, Starts und Landungen von Hängegleitern und Gleitsegeln. Außenlandungen mit Sprungfallschirmen

(2) Fesselballone dürfen nur mit Erlaubnis der örtlich zuständigen Luftfahrtbehörde des Landes aufgelassen werden. [...]

16a Besondere Benutzung des kontrollierten Luftraums

(1) Bei Inanspruchnahme des kontrollierten Luftraums ist von der zuständigen Flugverkehrskontrollstelle eine Flugverkehrskontrollfreigabe einzuholen für

3. Aufstiege von unbemannten Freiballonen mit einer Gesamtmasse von Ballonhülle und Ballast von mehr als 0.5 kg sowie Aufstiege von gebündelten unbemannten Freiballonen und Massenaufstiege von unbemannten Freiballonen."

Das heißt im Klartext: Dieser Ballon (mit seinem Gewicht von 1 kg) darf ohne behördliche Genehmigung weder frei noch gefesselt aufgelassen werden.
Einen Freiflug verbietet allein schon der gesunde Menschenverstand, wegen der damit verbundenen Gefahren für den Luft- und Straßenverkehr. Beim gefesselten Aufsteigenlassen ist zu beachten, dass man unbedingt eine stabile Halteschnur, am besten eine Wäscheleine oder eine stabile Drachenschnur, verwendet. Eine normale Drachenschnur ist definitiv nicht geeignet, sie reißt bei starken Windböen.

Viel Spaß beim Bauen, Fliegen/Fahren wünscht

Frank Rebenich
Neckarstraße 31
63225 Langen