Firepump

Materials:

1. Polycarbonate tube Length = 500 mm Inner diameter = 16 Outer diameter = 20
2. Aluminum rod Length = 500 mm 11x11 edge length, minimum 1 mm wall thickness, preferably solid material (more stable) 
3. 3D-printed Fire Pump_HandleHolder.stl made of PLA or similar material 
4. 3D-printed Fire Pump_Piston.stl made of PLA or similar material 
5. 3D-printed Fire Pump_Plug.stl made of PLA or similar material 
6. 3D-printed Fire Pump_Guide.stl made of PLA or similar material 
7. 3D-printed Fire Pump_HandleHolder.stl made of PLA or similar material 
8. Wooden handle 
9. M6 screw, approximately 10 mm in length 
10. Rubber sealing rings, approximately 16 mm outer diameter
11. Cotton from cotton pads (e.g., used for makeup removal) 
12. Clear lubricating oil (e.g., olive oil, sunflower oil, bicycle chain lubricant, etc.) 
13. Adhesive (e.g., UHU glue or hot glue)

Tools:

1. 3D printer 
2. Fine small file 
3. Fine sandpaper 
4. Wood saw (depending on whether the wooden handle is already the correct length)
5. Screwdriver for M6 screw

Material procurement:

• Tube: https://www.hm-kunststoffshop.de/shop/klares-polycarbonat-rohr-30156p.html Here, tubes are sold in packs of four, cut from 200 mm rods. If individual tubes are needed, please let me know, and I can try to purchase multiple and distribute them separately. I would also appreciate any additional links to alternative suppliers in the comments, and I can add them here.
• Aluminum rods: Obi hardware store. In my experience, different hardware store chains offer aluminum rods that are compatible with each other but may not be interchangeable.
• Rubber sealing rings and M6 screw: Hardware store. However, I obtained the rubber sealing rings, along with an extensive assortment of rings, from Lidl in spring 2023. The dimensions of the rubber rings are generally standard and readily available. While the exact 16 mm outer diameter is not crucial since rubber can stretch, it's important to note that the material may tear during assembly. Additionally, when stretched, the rubber becomes thinner, resulting in less effective sealing. Generally, slightly larger and thicker rings are better.
• 3D-printed parts: A PLA-compatible FDM 3D printer is sufficient. When printing the parts, it is recommended not to skimp on the number of perimeter layers (e.g., use at least 4 layers) or the amount of material. This is important for both stability and tightness of the parts.

1. Fire Pump_HandleHolder.stl This file can be printed without support structures if the round hole is positioned vertically. However, this will result in an 11 mm overhang, which should not pose significant problems for most printers. Afterwards, the file can be filed down until the aluminum rod fits securely and tightly into the opening. I modified a previous version of the STL file that had two screws on the bottom of the handle because mechanical engineering students complained that those screws were not good engineering design for a handle subject to high loads.
2. Fire Pump_Piston.stl Print this part with the aluminum rod opening facing downward, allowing the asymmetrically beveled notches for the rubber rings to be printed without support structures. The flat side of the notches should be smooth to ensure effective sealing by the rubber rings. The contact of the rubber rings with the inner side of the tube can be checked visually from the outside. This is less easily detectable in the notches.
3. Fire Pump_Plug.stl Print this part without support structures with the rounded side facing downward.
4. Fire Pump_Guide.stl This part is optional and can be optimized by scaling (e.g., 100.5%) to ensure a snug fit in the end of the tube. However, the guide should be removable for lubricating the piston inside the tube.

• Cotton: Available at a drugstore.
• Wooden handle: Can be found in the forest for those of you who prefer a rustic option.

Assembly:

Take the tube and carefully try inserting the piston and plug. If they fit tightly, use the file and sandpaper to smooth the edges of the 3D-printed parts. The last part of the plug should still fit tightly, preventing it from falling out during operation. Consider using a fine file to smooth the flat sides of the notches to improve the sealing of the rubber rings (this can also be done later). Place the rubber rings into the notches. Apply oil to the piston and plug, then insert them into the tube and observe if the rubber rings slide smoothly over the edge. If not, wrap a little sandpaper around your pinky finger and gently rotate it inside the tube entrance, using light twisting motions (I could offer a webinar on this technique if needed). Insert the aluminum rod into the piston. When operating the fire pump, pull the handle back like a syringe at the doctor's, making sure the aluminum rod does not slip out of the piston (consider gluing it if necessary). Slip the guide over the rod. The guide should be removable from the tube (for lubricating the piston) but ideally should fit tightly to avoid coming loose during operation. Assemble the handle by inserting the aluminum rod into the handle (glue it if desired). Place the screw into position and tighten it into the hole with pressure. It may be easier to thread the screw into the material if it is warmed up slightly. I usually turn it one full rotation forward and then 0.8 rotation back, which automatically heats up the screw. Admittedly, this threading method requires force, especially for M6 screws, and it is rustic but simple, quick, and undemanding. Search for a handle in the forest, cut it to size, make it smooth with sandpaper, and insert it. Press the piston into the tube and check for approximate tightness. Adjust the sealing rings and notches if necessary. Otherwise, you're done. Try it out.

Operation:

The attached PDF file includes an example calculation that suggests compressing the air in the tube with approximately 60 kg of force to ignite the cotton inside. If the wall thickness of the aluminum rod is 1 mm, its critical buckling load according to Euler's second buckling case is approximately 140 kg. This implies that in my version, the aluminum rod has been bent several times, even though there is a significant margin between 60 kg and 140 kg. Option 1: Start slowly and gradually increase the strength and speed until the cotton ignites. Option 2: Bend the aluminum rod. Normally, it can be bent back into shape. Bending it back into shape is also necessary if the right and left sides of the handle are not equally loaded. The polycarbonate is very elastic and therefore usually remains undistorted (plastically). The polycarbonate tube is also the most expensive part of the fire pump and is a material commonly used for motorcycle visors, so it is less likely to shatter if it ever breaks. I've had an incident where it broke when there was too much cotton inside the pump and the cotton got wedged between the tube and the piston until the tube gave way with a loud crack. Therefore, only take a small amount of cotton from the cotton pad and place it directly above the plug in the tube. The cotton should be minimal and loosely packed to allow the heat from the compressed air to transfer well to the fibers and ignite them.

It's also important to exert pressure of about 60 kg and do it relatively quickly (a strong moment, approximately 1.5 blinks of an eye). This is important because the air needs to reach a temperature of 450 degrees Celsius when compressed. If the process takes too long, the heat will be dissipated to the polycarbonate. The slower the process, the more the thermodynamic state change becomes isothermal instead of adiabatic, as assumed in the calculation. When operating, it's also important to prevent the plug from slipping off the ground and flying across the room, so place it on a non-slip surface and press it vertically against the ground until the end.

Ultimately, the whole process should be fun. So, shake your legs and arms dramatically and full of magic, stand slightly bent with your center of gravity over the handle, arms bent, look intense, (with dramatic pauses) count down, and stomp both feet when the flame appears because, with proper operation, it won't make a dramatic sound otherwise. In this charismatic way, it's a fun activity for both kids and adults. It can even be used, with a hat in front of you, to collect spare change from pedestrians and much more :)

Material:

1. Polycarbonatrohr Länge=500 mm  16 Innendurchmesser 20 Außendurchmesser
2. Aluminiumstange  Länge=500 mm  11X11 Kantenlänge mindestens 1 mm Wandstärke gerne Vollmaterial (stabiler)
3. 3D-Druck Feuerpumpe_Griffhalter.stl  aus z.B. PLA
4. 3D-Druck Feuerpumpe_Kolben.stl aus z.B. PLA
5. 3D-Druck Feuerpumpe_Korken.stl aus z.B. PLA
6. 3D-Druck Feuerpumpe_Führung.stl aus z.B. PLA
7. 3D-Druck Feuerpumpe_Griffhalter.stl aus z.B. PLA
8. Holzgriff
9. M6-Schraube Länge ca. 10 mm
10. Gummidichtungsringe ca. 16 mm Außendurchmesser
11. Watte von Wattepads (z.B. beim Abschminken)
12. klares Schmieröl (z.B. Olivenöl , Sonnenblumen, Fahrradkettenfett, ...)
13. Kleber (z.B. etwas Uhu oder Heißkleber)

Werkzeug:

1. 3D-Drucker
2. feine kleine Feile
3. feines Sandpapier
4. Holzsäge (je nachdem ob der Holzgriff schon die richtige Länge hat)
5. Schraubendreher für M6 Schraube

Materialbeschaffung:

• Rohr:
  https://www.hm-kunststoffshop.de/shop/klares-polycarbonat-rohr-30156p.html 
  Hier gibts nur Rohre im Viererpack sprich von gesägten 200 mm Stangen (Eventuell melden falls einzelne Rohre benötigt werden, dann kann ich versuchen mehrere zu kaufen und einzelne weiterzugeben.) Für einen weiteren Link alternativer Anbieter in den Kommentaren bin ich auch dankbar, dann werde ich das hier anfügen.
   
• Alustangen:
  Obi-Baumarkt. Meine Erfahrung sagt, dass verschiedene Baumarktketten verschieden Alustangen anbieten die jeweils untereinander zusammenpassen sich aber gegenseitig. 
   
• Gummidichtungsringe und M6 Schraube:
  Baumarkt, wobei ich die Gummidichtungsringe im Frühling 2023 zusammen mit einem ausgedehnten Ringsortiment im Lidl bekommen hab. Die Gummiringabmaße sind an der Stelle nach meiner Erfahrung ein Standard und gut zu bekommen. Es kommt nicht exakt auf die 16 mm Außendurchmesser an, immerhin lässt sich Gummi ja dehnen aber die manchmal reißt das Material beim zusammenbauen. Und beim dehnen wird das Gummi dünner, sodass es weniger gut abdichtet. Tendenziell etwas größer und dicker ist besser
   
• 3D-Druck Teile:
  Generell reicht ein PLA fähiger FDM 3D-Drucker aus. Bei den Druckteilen sollte nicht an Perimeterschichten ( z.B. 4 Schichten) oder generell Material gespart werden, da es entweder auf die Stabilität ankommt, oder die Dichtheit der Teile ankommt.

1. Feuerpumpe_Griffhalter.stl
   Diese Datei lässt sich ohne Stützstrukturen drucken wenn man das runde Loch senkrecht stellt. Natürlich ergibt sich, dann einen 11 mm langen Überhang, der mit meinem Drucker keine großen Probleme bereitet. Hier kann anschließend auch die Feile eingesetzt werden bis der Alustab gut und fest in die Öffnung passt. Eine vorherige Version der stl-Datei hatte 2 Schrauben an der Unterseite des Griffs. Das habe ich geändert, weil sich Maschinenbaustudenten beschwert haben, dass die bei Bedienung besonders belasteten Schrauben schlechter Ingenieur-Stil sind.
2. Feuerpumpe_Kolben.stl 
   Dieses Teil drucke ich mit der Alustaböffnung nach unten, sodass die asymmetrisch angeschrägten Kerben für die Gummiringe gut und ohne Stützstrukturen gedruckt werden. Die Flache Seite der Kerben muss recht glatt sein, dass die Gummiringe gut abdichten können. Das Anliegen der Gummiringe an der Innenseite des Rohrs kann per Sicht von Außen überprüft werden. In den Kerben ist das nicht so leicht zu detektieren.
3. Feuerpumpe_Korken.stl
   Dieses Teil wird mit der rundlichen Seite nach unten ohne Stützstrukturen gedruckt
4. Feuerpumpe_Führung.stl
   Dieses Teil ist optional und kann mit einer Skalierung (z.B. 100.5 %) optimiert werden sodass von selbst im Rohrende stecken bleibt. Allerdings muss man die Führung z.B. zum schmieren des Kolbens im Rohr entfernen können.
    

• Watte:
  Drogerie
   
• Holzgriff:
  Wald ;) Für alle Rustikalen unter euch

Zusammenbau:
 

Rohr nehmen und versuchen den Kolben wie den Korken vorsichtig hineinzustecken. Wenn es klemmt die Kanten des 3D-Druckteile mit der Feile und den Sandpapier abglätten. Das letzte Stück des Korkens soll weiterhin klemmen, sodass der Korken bei Bedienung nicht von selbst herausfällt. Die glatten Seiten der Kerben eventuell mit einer feinen Feile glätten sodass die Gummiringe vielleicht noch besser abdichten (gerne auch erst später machen). Gummiringe in die Kerben setzen. Mit Öl den Kolben und Korken in das Rohr hineinstecken und beobachten ob die Gummiringe leicht über die Kante hinein flutschen. Falls das nicht der Fall ist, ein wenig Sandpapier um den kleinen Finger wickeln und in dem Rohreingang popeln wie in der Nase, sprich mit leichten Drehbewegungen (Bei Bedarf biete ich über diese Technik mal ein Webinar an.) ;) . Den Alustab in den Kolben stecken. Bei der Bedienung zieht man die Feuerpumpe auf wie ein Spritze beim Doktor, dabei darf der Alustab nicht aus dem Kolben rutschen, deshalb eventuell festkleben. Die Führung über den Stab stülpen. Die Führung sollte vom Rohr lösbar sein (fürs Schmieren des Kolbens) aber optimalerweise schon fest drinnen stecken aus dem Grund, dass sie sich bei Aufziehen nicht löst. Den Griff zusammenbauen, indem mit Vorarbeit der Feile der Alustab in den Griff gesteckt wird (gerne auch festkleben). Die Schraube ansetzen und mit Druck in das Loch Schrauben. Mit einer warmen Schraube geht es leichter, das Gewinde in das Material zu drücken/schneiden. Ich dreh gerne 1 Umdrehung vor und 0.8 wieder zurück, dann wird die Schraube automatisch warm. Zugegeben, diese Methode für das Gewinde braucht ( speziell bei M6) Kraft und ist rustikal, aber sie ist einfach, schnell und anspruchslos. Griff (im Wald) suchen, absägen, mit Sandpapier angenehm machen und einsetzen. Kolben ins Rohr drücken und auf ungefähre Dichtheit prüfen. Eventuell die Dichtringe und Kerben nacharbeiten. Sonst Fertig. Ausprobieren

Bedienung:

In der beigelegten .pdf Datei ist eine beispielhafte Rechnung zu sehen, nach der man mit ca. 60 kg die Luft im Rohr zusammenpressen muss, um die Watte im Inneren zu entzünden.  Wenn die Wandstärke des Alustabs 1mm ist, dann beträgt seine Knicklast nach Eulers 2. Knickfall ca. 140 kg. Damit will ich ausdrücken, dass der Alustab in meiner Version schon einige Male verbogen wurde, obwohl zwischen 60 und 140 kg einiges an Raum ist.
Option 1 man fängt langsam an und tastet sich an die Stärke und Geschwindigkeit heran bis die Watte zündet. 
Option 2 man verbiegt den Alustab. Dieser lässt sich allerdings normalerweise wieder zurückbiegen. 
Zurückbiegen ist auch nötig wenn die rechte und linke Seite des Griffs nicht gleich belastet werden. 
Das Polycarbonat ist sehr elastisch und somit meistens (plastisch) unverbogen. Das Polycarbonatrohr ist auch das teuerste an der Feuerpumpe und ist ein Material, dass auch bei Motorradvisieren Verwendung findet, sodass es eher nicht splittert falls es jemals brechen sollte. Mir ist einmal passiert, dass es brach, als zu viel Watte in der Pumpe war und sich die Watte zwischen Rohr und Kolben zwängte, bis das Rohr nach Außen in einem Riss lautstark nachgegeben hat. Deshalb nur wenig Watte aus dem Wattepad zupfen und direkt über dem Korken ins Rohr legen. Die Watte sollte wenig und luftig locker sein, dass die Wärme der komprimierten Luft gut auf die Fasern übergehen kann und sie entzünden kann. 
Wichtig ist auch, dass mit den ca. 60 kg gedrückt wird und dass auch relativ schnell (ein starker Augenblick also so über den Daumen 1.5 mal zwinkern) passiert. Das ist wichtig, weil die Luft beim Zusammendrücken die 450 Grad erreichen muss. Wenn der Prozess zu lange dauert, wird die Wärme an das Polycarbonat abgeleitet. Je langsamer desto mehr ist die thermodynamische Zustandsänderung isotherm, statt adiabatisch, wie in der Rechnung angenommen. Beim Bedienen ist auch wichtig, dass der Korken nicht über den Boden abrutscht und durch den Raum fliegt/schießt, deshalb rutschfest abstellen und bis zum Ende senkrecht gegen den Boden drücken.

Letztlich soll das ganze aber auch Spaß machen. Also immer schön dramatisch und magiegeladen die Beine und Arme ausschütteln, leicht gebückt stehen den Schwerpunkt über den Griff, Arme angewinkelt, angestrengt schauen, (mit Kunstpausen) runterzählen und bei der Flamme noch mit beiden Beinen stampfen weil es (bei richtiger Bedienung) sonst ja gar keinen dramatischen Sound macht. Auf diese charismatische Art ist es ein Spaß für Klein und Groß, es taugt in Verbindung mit einer Mütze vor einem, um in der Fußgänger Kleingeld zu sammeln und vieles mehr :)