Wie im letzten Beitrag beschrieben bekommt unsere zentrale Absaugung auch eine Steuerung. Diese soll Elektropneumatisch den passenden Absperrschieber zur Maschine öffnen und die Absaugung selbst schalten.

Zum Einsatz kommt, wie auch schon bei unserem Druckluft-Anlagen Selbstbauprojekt, eine Siemens Logo Kleinsteuerung.

Ein paar Hintergründe

Ja, man kann solche Lösungen fertig kaufen und so viel teurer sind diese im Vergleich mit unserem Aufbau auch gar nicht. Aus Neuteilen würde sich der Aufbau nicht lohnen, weswegen wird auf einiges an Lagermaterial (Reihenklemmen etc.) aber auch Gebrauchtteilen aus Anlagenrückbauten (Siemens Logo, Schaltnetzteil) zurückgegriffen haben. Einzig das Verteilergehäuse mussten wir neu kaufen.

Hier unsere Gründe eine Siemens Logo einzusetzen:

• Betriebsstundenzähler digital, gesamt und pro Maschine
• Anlauf/Abschaltverzögerung pro Maschine einstellbar
• Zeit- und Differenzdruckgesteuerte automatische Filterabreinigung (Zukünftige Erweiterung)
• Jederzeit erweiter- und neu programmierbar

Schaltschrank

Damit das ganze Geraffel staubgeschützt werkeln kann musste ein passendes Gehäuse her. Das sollte auch nicht zu sehr auftragen, trotzdem aber genug Platz für eine komfortable Verdrahtung bieten. Gefunden haben wir den Hensel KV 9220 Kleinverteiler, jeweils mit einer „offenen“ und einer verblendeten Hutschiene.

Auf dem Foto fehlt noch der Motorschutzschalter, der wird links neben die Logo kommen. Die Anschlüsse sind bereits vorbereitet.

Programmierung

Wenn man „klassich“ programmieren kann ist die grafische Programmierweise der Logo anfangs gewöhnungsbedürftig, manche Dinge ein regelrechter Krampf. Mittlerweile habe ich meinen Frieden

Für diese vergleichsweise einfache Steuerung habe ich inklusive Debugging circa 2 Stunden gebraucht. Hier ein etwas älterer Stand, die Grundfunktionen für 6 Maschinen sind jedoch schon drin.

Hier mal eine kleine Erläuterung zur Maschinenerkennung.

• Eingang I1 geht auf die UND Verknüpfung B011. Über Verbindung zu I10 wird abgefragt ob sich die Absaugung im Schaltzustand „EIN“ befindet.
• Sind beide Zustände „Ja“, also ist die Maschine aktiv und die Steuerung eingeschaltet, wird der Zeit-Bausteil B008 ausgelöst. Hier findet eine Einschalt- und Ausschaltverzögerung statt.
• Q1 schaltet dann die zur Maschine gehörige Klappe bzw. den Schieber
• X2 ist eine sogenannte End-Klemme und muss immer als Abschluss gesetzt werden wenn sich keine weiteren Funktionen anschließen.

Übertragen wir das Programm komfortabel via LAN. Super dabei ist der Live-Modus, mit welchem man die Schaltzustände der Anlage grafisch im Blockdiagramm mitverfolgen kann.

Bedienung & Funktionen

An der Front befinden sich drei Bedienelemente. Ein Drehschalter zur Wahl des Betriebsmodus (Automatik mit Maschinenerkennung sowie Dauer-Ein), ein Taster für Start und einer für Stopp (wird noch gegen „rot“ getauscht.

Praktischweise hat der Platz im Kleinverteiler super hingehauen und ich konnte die Standard-Kontaktelemente verwenden, musste also nicht auf die Mini-Elemente mit Klemmverbindung ausweichen.

Die manuelle Startfunktion können wir nutzen falls wir doch noch manuelle Schieber (z.B. für einen Bodensauger oder eine Kehrklappe) hinzufügen möchten. In der Regel werden wir wohl den Automatikmodus nutzen.

Montage & Anschluss

Hier kommt wieder eines meiner Lieblingswerkzeuge zum Einsatz – auf den Geschmack gebracht hat mich Fabian, der während seines Camper Umbaus ziemlich viele Gewinde in Blech benötigte und eine pneumatische Gewindenietzange mitbrachte.

Sollte ich den Schaltschrank noch mal runternehmen/umbauen wollen halte ich mir so alle Optionen offen.

Bisher befand sich an dieser Stelle ein kleines Gehäuse mit Motorschutzschalter sowie LED für die Differenzdrucküberwachung. Beide Teile werden im neuen System wiederverwendet.

Mit unter 3 kW benötigt der Motor weder einen Stern-Dreieck Anlauf noch anderweitige Beschaltung, sondern kann in der Regel „hart“ durchgeschaltet werden.

Und so sieht der Eimer fertig montiert aus.

Maschinenerkennung

Auf dem Markt verfügbare Absaugsteuerungen nutzen meistens eine Strom-Wandlerspule welche proportional zum Strom der Maschine eine Spannung ausgibt. Wenn jede Maschine in einer zentralen Unterverteilung separat angeschlossen ist, ist das auch eine super Lösung.

Bei uns sieht die Stromverteilung jedoch (historisch) anders aus. Es hängen mehrere Maschinen an einem Abzweig, was auch grundsätzlich Regelkonform ist. Solange man nicht über den Auslösestrom der Leitungsschutzschalter kommt – platt gesagt nicht mehr Maschinen parallel nutzt als die Sicherung verträgt – ist das auch kein Problem.

Würde ich nun bei Strecken bis 12m eine Stromwandlerspule verwenden, so wäre der Verluststrom sowie die mögliche Störung durch andere Verbraucher möglicherweise ein Problem. Entweder löst die Erkennung dann gar nicht aus oder es gibt Phantom-Starts der Absaugung. Grund ist, dass aus den Wandlerspulen in der Regel nur 1-2V rauskommen, was sich auf lange Distanz schwer übertragen lässt.

Die Lösung sind sogenannte Stromschalter, welche bei einer Erkennung (gleiches Prinzip, Stromwandler) einen Transistor durchschalten. Darüber lässt sich das Signal dann mit 24V übertragen, was wiederum für die Siemens Logo Steuerung der richtige Eingangspegel ist.

Zu finden sind diese Einheiten unter dem Namen Stromerkennungsschalter bzw. Typen M3050 oder M3086. Über das Trimpoti lässt sich die Empfindlichkeit sehr gut einstellen, z.B. auch für Maschinen mit sehr kleiner Leistungsaufnahme.

Damit das ganze nicht in die Maschinen selbst eingebaut werden muss habe ich eine kleine Anschlussbox angefertigt, hier in der 230V Version für die Kappsäge. Über den Schalter lässt sich die Absaugung für die Maschine bei Bedarf auch auf Dauer-EIN oder komplett Aus schalten.

Hier geht’s zu Teil 1.

Motortausch

Nachdem der Rausch von hohen Spitzendrehmomenten und guten Preis des 1kW AC Servo abgeklungen war, stellte sich nüchtern betrachtet ein deutliches Kräfteungleichgewicht dar. Auf gut Deutsch: Der Servo ist zu stark für das Harmonic Drive Getriebe.

Bei einem maximal zulässigen Kollisionsdrehmoment des HDs von 284 Nm (= ab hier permanenter Schaden) und einer Untersetzung von 1:100 benötigt es Eingangsseitig also maximal 2,84 Nm. Der 1 kW Servo schafft spitze 9,26Nm… die 750W Version immer noch 7,71 Nm und auch die 400W Version hat mit 3,81 Nm noch ausreichend Reserve.

Durch den Tausch können wir insgesamt etwas kompakter bauen. Der „große“ Bruder ist aber nicht umsonst den weiten Weg aus China zu uns gereist und wird demnächst wohl an der X oder Z Achse seine neue Bestimmung finden.

Motorhalterung v2

Kleinerer Motor, neue Halterung. Aufgrung der Axialen Freizeit des HD Antriebs sowie der definierten Ausrichtung werden wir auf eine Wellenkupplung verzichten und den Antrieb direkt vornehmen.

Damit das Teil etwas spannender wird gibt es ein Fillet sowie Löcher für Senkschrauben. Material bleibt voraussichtlich POM, ein passendes Halbzeug sollten wir noch haben.

Alles Dicht?

Tipp vom hauseigenen Maschinenbauer (Fabian): Dichtung einbauen. Das hält die Späne draußen und sollte der Lebensdauer des Getriebes zuträglich sein. Klingt logisch, wird also gleich mit umgesetzt.

Da es kein fertiges CAD Modell gab, hier eine grob modelierte V-Ring Dichtung.

Flansch

Damit der Schraubstock auf der Abtriebsseite des Harmonic Drive Getriebes installiert werden kann, wird noch ein passender Flansch benötigt. Für ein anderer Projekt (Futterflansch Drehmaschine) hatten wir bereits zwei größere GG Ronden bestellt, die wir jetzt für die 4. Achse zweckentfremden können.

Mit montiertem Zentrischspanner sieht die Konstruktion dann folgendermaßen aus…

Der Schraubstock kommt von Xin Dian Precision, hört auf den Namen H67-F-90L und kommt ca. auf 250 Euro. Für das Geld bekommt man nicht mal einen gebrauchten Schruabtsock von Lang und Konsorten… Mal schauen, was in Sachen Leistung geboten wird.

Die Backen lassen sich drehen, sind austauschbar und können auch gegen einfach selbst herzustellende weiche Backen ersetzt werden (Rot).

Auf der Maschine haben wir sogar zwei Optionen für die Befestigung. Konstruktionsbedingt kann die X Achse über das Tischende hinaus verfahren. So könnte die 4. Achse auch dauerhaft montiert bleiben.

Kurz zum Harmonic Drive

Hinter dem Harmonic Drive steckt ein geniales Prinzip. Über eine Antriebswelle wird ein Stahlbecher mit Außenverzahnung verformt und gegen einen Ring mit Innenverzahnung gedrückt. Die Innenverzahnung besitzt dabei weniger Zähne als die Außenverzahnung, was durch die elytische Bewegung zu einer Drehung auf der Abtriebsseite führt.

Es wird dabei relativ immer um zwei Zähne versetzt und insgesamt sind immer eine Vielzahl an Zähnen im Eingriff.

Ergebnis ist eine ruckfreie und sehr genaue Drehbewegung ohne Umkehrspiel.

Wiki / Jahobr

Sollte man wissen

• HD Getriebe können auch rückwärts laufen (Also Abtriebseitig auf die Antriebsseite). Sie sind nicht selbsthemmend! Je nach Anwendung ist eine Bremse nötig.
• Es gibt sehr flach bauende voll integrierte Servo-Getriebe-Lager Kombinationen vom Hersteller Harmonic Drive AG mit denen man sehr einfach eine 4. + 5. Achse bauen kann. Leider sehr teuer, manchmal bei eBay gebraucht für ca. 1.200 Euro zu finden.
• Baureihen xxx-CP, xxx-UH , xxx-ULW, xxx-M, xxx-H, etc. besitzen ein eingebautes Kreuzrollen bzw. 4-Punkt Lager auf der Abtriebsseite, was eine Integration deutlich vereinfacht.

Komponenten

Kleine Übersicht der Komponenten mit ein paar Detailansichten.

Gehäuse

Ein dicker Klotz aus GGG40 bzw. EN-GJS-400-15 mit Bearbeitung von drei Seiten. Guss dämpft vibrationen, lässt sich gut bearbeiten (bis auf die Sauerei) und ist ausreichend stabil. Unser Maschinentisch besteht aus dem gleichen Material.

Auf der Unterseite befindet sich eine Nut zum Einsetzen eines Nutensteins. Damit lässt sich das Gehäuse einfach an den Tischnuten ausrichten um die Rüstzeit zu verringern.

Motorhalterung

Hier steht die Wahl des Materials noch aus. Möglicherweise nehmen wir POM, Alu wäre aber auch eine Option.

Welle

Motor und Harmonic Drive haben unterschiedliche Wellen-Durchmesser, entsprechend muss ein kleines Drehteil mit Ausfräsungen her. Wir adaptieren von 19mm auf 11mm.

Harmonic Drive HFUC-25-100-2UH-SP

Das HD kommt gebraucht von einem Industrie-Händler aus Österreich. Variante HFUS kommt bereit mit einem eingebauten Abtriebslager, bei dieser Variante ein Kreuzrollenlager. CAD Modell: Harmonic Drive AG.

Kleine Aufschlüsselung der Typbezeichnung aus dem Hersteller-Datenblatt.

• HFUC
• 25 = Baugröße
• 100 = Untersetzung (1:100)
• 2UH = Integrierte Abtriebslagerung (Kreuzrollenlager)
• SP = ?

Leadshine EL6 / Stepper-Online T6 Servomotor 1 kW

Auch das Thema AC Servomotor ist schon länger im Gespräch. Als wir vor 10 Jahren mit dem Bau der Maschine begonnen hatten war der Markt noch recht klein und Motoren/Regler für den Hobbybereich zu teuer. Das hat sich mittlerweile geändert.

• Leistung 1,0 kW
• Drehmoment 3,19 bzw. 9,26 Nm
• Drehzahl 3.000 bzw. 5.000 U/min
• Encoder 17bit
• Bremse 3,2 Nm

Da Harmonic Drive Getriebe auch rückwärts Kraft übertragen können (genauer: umgekehrt von Ab auf den Antrieb), haben wir uns für einen Motor mit Bremse entschieden.

Ein paar Daten

Drehmoment

Laut Tabelle vom Hersteller gelten folgende Grenzen für unser Harmonic Drive (HD):

• Wiederholbares Spitzendrehmoment: 157 Nm
  Also die Kraft die regelmäßig und ohne Schäden erreicht werden kann.
• Durchschnittsdrehmoment: 108 Nm
  Um die angegebene Lebensdauer zu erhalten, sollte dieses Drehmoment im Durchschnitt eingehalten werden.
• Kollisionsdrehmoment: 284 Nm
  Ende Gelände, ab hier nimmt das Getriebe permanenten Schaden. Maximal zulässiges Drehmoment z.B. bei einem Crash oder einem Not-Aus.

Der Motor ist laut Hersteller mit 3,2 Nm bzw. einem Spitzendrehmoment von 9,5 Nm angegeben. Zusammen mit der Untersetzung von 1:100 durch das HD ergibt sich somit theoretisch ein Drehmoment von 950 Nm, was deutlich über der zulässigen Kraft liegt. Entsprechend werden wir den Motor in seiner Kraft abriegeln.

Kurze Info noch zur elektromagnetischen Bremse – diese ist NC, also normal geschlossen und hält die Position der Welle mit max. 3,2 Nm. Nach der Untersetzung also 320 Nm und auch damit deutlich über dem Kollisionsdrehmoment des Getriebes. Entsprechend werden wir den Motor in seiner Leistung reduzieren, eventuell sogar auf die 750W Variante umsteigen.

Geschwindigkeit

Mit Fett- und Ölschmierungen sind Antriebsdrehzahlen von 5.600 bzw. 7.500 U/min zulässig, der Motor liefert 3.000 bzw. im erweiterten Bereich 5.000 U/min. Damit sind Abtriebsseitig 30 bzw. 50 U/min möglich und eine Umdrehung der Achse dauert somit 2 bzw. 1,2 Sekunden.

Wie geht es weiter?

Aktuell warten wir auf die Komponenten aus Österreich, China und Deutschland. Sobald das Material da ist geht es auch schon an die Bearbeitung der Bauteile… Bald mehr an dieser Stelle.

Im Momemt besitzt unsere Maschine einem starres Magazin mit – immerhin – 10 Plätzen. Das wäre für gleichartige / wiederkehrende Werkstücke auch locker ausreichend, für unsere abwechselnden Materialien und Projekte jedoch immer mit viel Bestückungsarbeit verbunden. Und wehe, das falsche Werkzeug wird geladen und die Längenkorrektur passt nicht…

An Aufnahmen mangelt es jedenfalls nicht, mittlerweile haben sich ca. 40 Stück angesammelt und die Quelle ist noch nicht versiegt.

Aktuell arbeiten wir noch am finalen CAD Modell und ein paar Lösungen sind noch in Arbeit. Das ist auch der Grund wieso wir nicht die vollständige Kette im Magazin zeigen – es lässt sich einfach komfortabler daran arbeiten.

Und hier noch einmal von oben und von der Seite.

Idee

Ein sehr ähnliches Projekt hat sich unser Bekannter Siggi vor einigen Jahren gebaut. Damals hatten mich schon das CAD Modell begeistert, „live“ nach Fertigstellung war die Begeisterung aber noch um ein vielfaches größer. So etwas wollten wir auch – und jetzt wird es realität.

Der Plan

• Mindestens 20 Plätzen für unsere SK30 Aufnahmen
• Statisch montiert auf dem hinteren Tischbereich zur direkten Entnahme durch die Spindel
• Überwachung durch Sensoren, damit eine Fehlbedienung ausgeschlossen ist
• Eigene Logik

Kettenglieder

Die Kettenglieder bestehen aus 15mm Alu, der Montageflansch hat 12mm. Um das Gewicht ein wenig zu reduzieren gibt es eine Aussparung im Material.

Für eine reibungslose Bewegung sorgen Igus Gleitlager GFM-1012-10 aus iglidur® G. Diese laufen trocken, sind damit dauerhaft Wartungsfrei und sehr preisgünstig. Nebenbei sind die Lager super bei staubigen Umgebungen.

Antriebsräder

Auf insgesamt 4 Rädern aus PE1000 laufen die Ketten, geführt durch Miniaturkugellager. Angetrieben wird nur eine Seite.

Antrieb

Wer mag schon gerne warten… Als Antrieb kommt ein 750W AC Servo-Set zum Einsatz (T6 von Stepper-Online / Baugleich mit Leadshine EL6). Durch die Untersetzung von ca. 1:2 erhalten wir damit ein Spitzendrehmoment von 14 Nm.

Angetrieben wir über einen HTD Zahnriemen. Aus Gründen der Vereinfachung sind die Taper-Buchsen nicht eingezeichnet.

Rahmen

Die gesamte Konstruktion besteht auf 15mm Alu, voraussichtlich fein gefrästes EN AW-5083. Insgesamt keine spektakuläre Bearbeitung, aber aufgrund der Fasen dann doch wieder Zwei-Seiten.

Wer das Material (Gleich GAL 250) noch nicht kennt: Die beidseitig feingefrästen Platten aus gegossenem Aluminium weisen ein Ra von 0,4 μm auf und haben eine +/- 0,1mm Dickentolleranz bei < 0,13mm Ebenheitsabweichung auf 1m. Diese Eigenschaften erleichtern den Bau dieses Projekts ungemein, da viele Flächen nicht mehr bearbeitet werden müssen.

Wieso Kunststoff?

Bei den Antriebsrädern und den Führungsflächen haben wir uns für POM bzw. PE1000 entschieden. Das macht die Konstruktion erstens etwas leichter und zweitens hat das Material gute Gleiteigenschaften. Insgesamt sollte das Magazin dadurch leiser laufen.

BOM (Bill of Materials)

Danach werden wir bei unseren Projekten häufiger gefragt, daher hier gleich mal eine vollständige Liste an Teilen. Insgesamt wird das Projekt 1.300 EUR an Material kosten. Interessanterweise ist der teuerste Posten nach Servo, Aluminium und Kunststoff die Passschauben.

Wie geht es weiter?

Aktuell befinden sich Teile und Material im Zulauf, bis wir Zeit finden mit dem Projekt zu starten wird es noch ein paar Wochen dauern. Und dann ist ja auch schon wieder Weihnachten dazwischen…

Da wir in Zwischenzeit Zuwachs bekommen haben (DMU 50T), bietet es sich an die Teile mit der neuen Maschine zu bearbeiten. Es wird also doppelt spannend

Zwar konnte er mit einer Kombizange noch notdürftig eine Kaffeeversorgung sicherstellen, ein Dauerzustand war das aber natürlich nicht.

Leider habe ich vergessen während der Bearbeitung Fotos zu machen und somit gibt es nur den direkten vorher/nachher Vergleich.

Neuer Griff

Beim schweißen des Teils hatte sich der verklebte Kunststoffgriff unter Bildung von weißem Rauch dann doch vom Halter gelöst und war danach leicht angesengt.

So wollte ich das gute Stück nicht an meinen Nachbarn zurück geben und kurzerhand ist als kleines Nebenprojekt noch ein freihand gedrechselter Griff aus Eichenholz entstanden.

PS: Ja, die obere Naht sieht etwas unschön aus. Durch den alten Griff war nicht sonderlich viel Platz für den Brenner… im Nachhinein hätte ich direkt den alten Griff abnehmen sollen und sicherlich eine bessere Schweißnaht hinbekommen.

Ein neuer Siebträger hätte unter 50 Euro gekostet. Durch das Upgrade mit dem Holzgriff ist die Maschine jedoch jetzt ein Unikat und wird hoffentlich noch viele weitere Espressi liefern

An unserem neuen Werkstatt-Rechner entstand zwischendurch die Zeichnung Fusion360.

Bearbeitung

Weiter ging es mit der Bearbeitung. Dank Dropbox-Workflow ging der DXF Export gleich an den Laser weiter. Dort folgte in ca. 10 Minuten die Bearbeitung aus 6mm Plexiglas (PMMA).

Biegen

Eine richtige Biegevorrichtung bzw. einen Heizdraht hatten wir nicht. Für kleinere Teile (hier schon grenzwertig) geht auch der Heißluftföhn. Wird es dem Material zu warm beginnt es innerlich blasen zu werfen und irgendwann zu verbrennen.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen.

Montage und Vorbereitung

Damit die Abdeckung montiert werden kann musste zunächst das Sensorkabel für den Endlagensensor neu verlegt werden.

Um das Kabel nicht komplett demontieren zu müssen haben wir uns für ein großes Loch entschieden… praktisch wenn man eine Magnetbohrmaschine hat, unpraktisch wenn die Maschine aus Alu ist. Einen Abschnitt Flachstahl und zwei Schraubzwingen später war das Loch dann gebohrt.

Fertig!

Passt auf Anhieb! Vermutlich wird das Material Holzstaub magnetisch anziehen und Fingerabdrücke sind auch schon überall drauf – für den Moment sieht es jedoch gut aus und die Abdeckung erfüllt ihren Zweck.

PS: Der ovale Ausschnitt sollte eigentlich nur Platz für die Schraube bieten. Eventuell schneiden wir ihn noch mal etwas weiter aus, damit der Riemenspanner komplett zugänglich ist. Wirklich oft muss man da eigentlich nicht ran… sieht aber besser aus.

Die unterschiedlichen Farben/Materialien sollen die Ansicht vereinfachen, gefertigt wird später alles aus einer massiven Eichenbohle.

Material

Aus dem „Bettbauprojekt“ (Ausgiebiger Artikel mit Video folgt) sind Eichenbohlen bzw. Abschnitte mit 45 mm Dicke übrig geblieben. Das Holz wurde technisch getrocknet, sollte also nicht mehr all zu viel Verzug haben.

Bearbeitung

Bei diesem Projekt ist Planheit wichtig, ansonsten passen Deckel und Schublade nicht. Im ersten Schritt wurden pro Seite erst einmal ein paar Milimeter Material abgenommen. Wird Zeit, dass wir das Absaugschuhprojekt fertigstellen… die Staubentwicklung lässt sich mit manuellem Saugen etwas eindämmen, mehr aber auch nicht.

Mit dem Schruppfräser für Holz ging es der Platte dann an den Kragen. Gerade bei härteren Hölzern lohnt es sich einen Schruppfräser zu nutzen und erstmal möglichst viel vom Material abzutragen.

Da wir jedoch keinen ausreichend langen Fräser für die Außenkonturen hatten, wurde diese Bearbeitung mit einem neuen (und entsprechend scharfen) Alu-Zweischneider gemacht. Diesen Bearbeitungsschritt haben wir dann auch gleich zum schlichten für die Innenkonturen genutzt.

Hier das Ergebnis…

Sockel und Schublade

Oberteil

Passprobe

Erste Passprobe, noch auf der Maschine. Ins Holz war ein Stück Drahtzaun eingewachsen, zu erkennen an der gräulichen Verfärbung. Durch die spätere Oberflächenbehandlung (Schleifen, Beizen, Ölen) ist das jedoch nicht weiter schlimm.

Montage

Ein größeres Astloch an der Seite wurde mit Epoxy ausgegossen – Das sollte weitere Risse verhindern und fällt nach der Oberflächenbehandlung nicht mehr weiter auf.

Endmontage nach vielen Stunden kitten, schleifen und ölen.

Und zusammengebaut:

Das Ergebnis

… kann sich sehen lassen!

Zum Schluss

Langsam wird es Zeit den geplanten Absaugschuh umzusetzen. bei der Zerspanung aus Vollmaterial entsteht neben (gefühlt) unendlich vielen Spänen auch eine Menge an feinem Staub. Je nach Holzart kann das auch schnell gesundheitsschädlich werden.

Wieso einen Schlüssel drucken!?

In meiner Wohnung fehlt ein Zimmerschlüssel und die (Verbindungs-) Türe ist verschlossen. Vermutlich hat der Vormieter den Schlüssel beim Auszug eingesteckt oder sonstwie verloren…

Nun könnte man sich fragen, wieso man so einen Schlüssel überhaupt druckt!

Es gibt es von diesen relativ einfachen Buntbartschlüsseln im Endeffekt nur eine Hand voll verschiedener Schließungen und entsprechend günstig bekommt man die Schlüssel online oder beim nächsten Schlüsseldienst zu kaufen.

Doch wofür hat man die ganzen Maschinen, wenn man nicht ab und an mal etwas praktisches damit herstellt?! Außerdem suche ich immer wieder nach praktischen Anwendungsbeispielen für den SLA Druck und bin bisher nur selten fündig geworden.

Vorarbeiten

Mein Ansatz: Vom Foto des Schlüssellochs zum fertigen Schlüssel. Als Referenz für die Skalierung des Fotos dient mir der Durchmesser des runden Teils. Wenn ich einigermaßen gerade fotografiert habe, sollten die anderen Maße passen.

CAD / Fusion360

Basis ist erstmal ein Zylinder mit dem Durchmesser des Schlüssels. Dieser wird mit einer Versatzebene, ausgehend von der Spitze, getrennt. Auf diese Ebene fügt man dann das Foto des Schlüssellochs ein und skaliert dieses entsprechend.

Der Bart wird nun extrudiert und mit ein paar Abrundungen an den Kanten versehen. Auch der sehr kompliziert aussehenede Kopf (nennt man das so?!) des Schlüssels besteht nur aus ein paar Rundungen.

Druck & Ergebnis

SLA Druck ist langsam, zumindest im Vergleich mit modernen FDM Druckern. Jede Schicht braucht eine gewisse Härtezeit und nach dem Druck ist ein Reinigungs- und Härteprozess nötig. Dafür bekommt man aber auch unglaublich detailreiche Drucke hin, ohne sichtbare Schichten und spiegelglatte Oberflächen.

Gedruckt wurde auf einem Anycubic Photon mit Anycubic Plant Based Resin. Das habe ich mittlerweile, entgegen den Herstellerempfehlungen, schon seit 4 Monaten „offen“ im Drucker gelagert. Vor Druckbeginn reicht es das Harz mit dem Spachtel ca. 30 Sekunden zu vermischen und es kann los gehen. Somit reduziert sich der Aufwand beim SLA Druck deutlich, da das umständliche reinigen nach der Benutzung entfällt.

Nach dem Druck sind Reinigung und Härtung angesagt. Meistens lasse ich den Härtezyklus 3x mit der maximalen Dauer laufen (6min).

Hier das Ergebnis, im Vergleich mit einem anderen Zimmerschlüssel.

Passt der neue Schlüssel?

Ja! Es hat allerdings noch einen zweiten Anlauf gebraucht, da ich das Foto vom Schlüsselloch gespiegelt hatte…

Datei

Wer den Schlüssel nachdrucken möchte der findet hier die passende STL Datei zum Download.

https://cnc.a-ueberbach.de/wp-content/uploads/KEY_PROFILE.stl

Als nächstes bauen wir noch die 200l Tankbatterie zusammen, dann haben wir auch genug Reserven für Sandstrahlarbeiten.

Hier geht’s zu den einzelnen Detailartikeln.

• Vorstellung
• Teil 1: Software
• Teil 2: Schaltschrank
• Teil 3: Rahmen
• Teil 3,5: Zwischenstand
• Teil 4: Montage & Rohrleitungen
• Teil 5: Inbetriebnahme
• Teil 6: Test, Demontage, Transport, Fazit.

Hintergrund zum Projekt

Wieso?

Unser alter Kompressor ist beim Brand im Juli 2019 leider zerstört worden. Es musst also eine neue Druckluftquelle her und sie musste mit den beengten Platzverhältnissen klar kommen. Gleichzeitig wollten wir uns in Sachen Abgabeleistung und Vorratsspeicher vergrößern, um Lackier- und Sandstrahlarbeiten zu ermöglichen.

Was macht den Kompressor so besonders?

Die Druckluftanlage (Kompressor reicht eigentlich als Begriff nicht mehr aus) bringt aufgrund ihrer SPS Steuerung Besonderheiten mit.

• Überwachung von Temperatur, Druck, Pegelstand Kondensattank und Motorlaufzeit.
• Automatische Abschaltung nach einer voreingestellten Zeit – damit die Anlage nicht nachts um 2 wieder los rumpelt. Auch eine Zeitsteuerung ist möglich.
• Ferngesteuerter Start über die CNC Fräse bzw. deren Steuerung
• Bei Abschaltung der Anlage wird der Drucktank von der Ringleitung genommen, um unnötige Druckluftverluste vorzubegen.
• Tanksteuerung. Tank 1 und 2/3 lassen sich getrennt ansteuern. Mit nur 100l kommt man schenller auf den benötigten Nenndruck, bei hohem Volumenbedarf kann man weitere 200l Volumen zuschalten
• Betriebsstunden- und Wartungsintervall mit entsprechenden Warnungen. Der Kompressor ist nur duch kriechen erreichbar, da ist eine gute Ferndiagnose wichtig.
• Restdruckmodus. Öffnet die Verbindung zur Ringleitung ohne bei niedrigerem Druck den Verdichter zu starten.
• Feintuning. Timing von Druckentlastung, Anlauf, etc. lassen sich sehr genau justieren.

CAD vs. Realität

Ein paar Details haben sich im Prozess noch verändert, ansonsten sind wir dem Plan gefolgt.

Gleiches gilt für den Schaltschrank

… sowie die Bedieneinheit.

Beim Rahmen gab es jedoch noch einige Veränderungen / Vereinfachungen.

Auch der Schaltschrank wurde diesmal im Detail vorab geplant, da klar war dass es knapp werden würde.

Bauteile

Eine Kiste voller Bauteile. Einige Teile kommen von eBay, das meiste aus dem Fachhandel (u.a. Automation24 und Völkner). Im Prozess weren wir noch öfters Verschraubungen und Fittinge nachbestellen müssen…

Rahmen

Wieder einmal etwas wuchtig ausgefallen… Die Idee war, den Kompressor bei Bedarf stapeln zu können. In die 4 Füße lassen sich dazu Verbindungsrohre setzen.

Montage

Irgendwie sind hier gar nicht so viele Fotos entstanden. Hier drei exemplarische Fotos… Die Adapter-Schlacht in der Mitte haben wir so natürlich nicht verbaut – aber es zeigt eindrucksvoll wie hoch die Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten ist.

Anschluss

Ein einfaches Schema in PowerPoint – jede Farbe steht für einen anderen Gewindedurchmesser. Adaptieren bis der Arzt kommt…

Schaltschrank

Dank Planung im CAD hat alles super gepasst. Danke an Rittal und Siemens für die guten frei verfügbaren CAD Modelle ihrer Produkte!

Software

Unser erstes SPS (bzw. Siemens Logo! 8) Projekt. Dafür gleich mit einem TDE Textdisplay sowie einer I/O Erweiterung. An die Programmieurng mussten wir uns erstmal gewöhnen – wenn man aus dem Arduino-Lager kommt ist eine grafische Programmierung mit all ihren Eigenheiten und Restriktionen erstmal etwas anstrengend. Nach kurzer Einarbeitung ging’s dann aber.

Zerlegen, Transport, Inbetriebnahme

Aus Platz- und Lärmschutzgründen sollte der Kompressor, wie auch sein Vorgänger, auf den Spitzboden der Werkstatt. Dazu musste er jedoch nochmal vollständig zerlegt werden. Nicht nur wegen dem geschätzten Gesamtgewicht von 110 Kg, sondern auch wegen einem Stützbalken der Dachkonstruktion.

Schon bei der Konstruktion war deswegen auf dem verfügbare Platz (auch für die Montage) immer ein besonderes Augenmerk.

Was kommt als nächstes?

• Hier und da noch ein wenig Feintunging, u.a. bei den Temperatursensoren und den Zeitabläufen sowie der Benutzeroberfläche
• Bau der zweiten Tank-Batterie mit 2×100 l Tanks
• Langzeitstudie, evtl. nutzen wir die Datenlogger-Funktion der Siemens Logo!