Weizen Eingießanlage

Autor: Philipp Sander, Dennis Fleer
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt den Aufbau und die Funktion einer Weizenglas-Eingießanlage. Hierbei gibt es eine Halterung für die Flasche und eine für ein Glas. Beide sind jeweils an einer rotierenden Holzplatte montiert. Diese Holzplatte wird mittels Elektromotor rotiert. Über einem Drucksensor wird der Füllstand des Weizenglases ermittelt und eine optimale Einfüllung des Glases erreicht.

Anforderungen

Teilanforderungen

Nr.	Beschreibung	Bereich	Zuständig
1	Die Halterungen müssen an der Holzplatte befestigt werden.	Hardware	Dennis Fleer, Philipp Sander
2	Der Motor muss die Holzplatte drehen können.	Hardware	Dennis Fleer, Philipp Sander
3	Die Elektrik muss eingebaut und verkabelt werden.	Hardware	Dennis Fleer, Philipp Sander
4	Die Regelung muss durch den Kraftsensor erfolgen.	Software	Dennis Fleer, Philipp Sander
5	Der Motor muss mittels Regler angesteuert werden.	Software	Dennis Fleer, Philipp Sander

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Im folgenden Systementwurf wird das Projekt in Systemkomponenten unterteilt:

• Arduino: In Matlab Simulink programmierte Ansteuerung des Motors und Regelung.

• Motor: Drehbewegung der Holzplattform

• Drucksensor: Kraftmessung für die Füllstandserkennung

• Regler: Füllstandsregelung des Weizenglases

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  Weizen Eingießanlage Schematisch - Skizze

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  Technischer Systementwurf

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  Weizen Eingießanlage Regelkreis

Komponentenspezifikation

Nr.	Bauteil	Beschreibung
1	Arduino MEGA 2560	Versorgungsspannung: 7V-12V (empfohlen) Betriebsspannung: 5V 54 digitale Ein-/Ausgänge und 16 analoge Eingänge
2	ADM442 Motortreiber	Vollschritt Einstellung Versorgungsspannung 24V
3	HX711 Wägezelle	Versorgungsspannung 5V Messbereich: bis zu 5Kg
4.1	Schrittmotor ...	Betriebsspannung 3V Haltedrehmoment mind. 1,6 Nm

Umsetzung (HW/SW)

Hardware

Projektübersicht:

In unserem Projekt liegen die Anforderung vorrangig darin eine motorbetriebene drehbare Holzplatte zu konstruieren und dieses System mit einer geeigneten Motoransteuerung zu betreiben. In bezug auf Kosten und Gewicht haben wir uns daher für eine Holzkonstruktion entschieden. Die Holzplatte, an welcher die Halterungen für die Bierflasche und Weizenflasche sowie der Sensor befestigt ist, wird von einer Massivholzwelle getragen. Diese Welle wird mittels Lageraufständen auf einer Holzgrundplatte befestigt. Die Welle wird durch eine Riemenübersetzung mit dem Schrittmotor angetrieben.

3D Ansicht:

Baugruppen Model

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  Eingießanlage - SolidWorks - Datei:MaschineBaugrp.sldasm

Motor:

Wir wollten zunächst den Motor des Arduino-Mega-Sets verwenden. Allerdings ist uns nach einer kleinen Testfahrt aufgefallen dass dieser zu wenig Haltedrehmoment aufwies. Daher haben wir auf einen ausgedienten Motor aus unsere Partnerfirma "Diebold-Nixdorf Inc." gesetzt. Dieser wird verwendet um die Treibrollenwelle des Shuttermoduls innerhalb eines Geldautomaten zu betreiben. Dieser Motor war nun auch in der Lage unsere Anforderungen zu erfüllen. Um diesen Motor zu betreieben wählten wir einen Motortreiber welchen wir ebenfalls in einem ausgediehnten Geldautomaten-System fanden.

Konstruktion:

Die Konstruktion der Halterung ist auf den ersten Blick sehr simpel. Dennoch galt es für uns die Kosten sowie das Gewicht niedrig zu halten. Daher belaufen sich fast alle Komponenten auf Holz und Kunststoff. Für die meisten Komponenten konnten wir auf unser Betriebsinternes Lager zurückgreifen lediglich die Holzplatte und die Halterungen für Flasche und Glas waren noch nicht vorhanden. Die Halterungen für Glas und Flasche wurden durch einen 3D-Kunststoffdruck gefertigt.

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  Weizenglas Eingießanlage - Regler - Simulink

Komponententest

Teilanforderungen

Nr.	Beschreibung	Testmethode	Zuständigkeit	Testergebnis
1	Die Halterungen müssen an der Holzplatte befestigt werden.	Die Halterungen wurden korrekt befestigt und halten dem Gewicht und der Rotation stand.	Fleer, Sander	Bestanden
2	Der Motor muss die Holzplatte drehen können.	Der Motor kann sowohl beide Gewichte als auch nur die Flasche ohne Probleme heben und halten.	Fleer, Sander	Bestanden
3	Die Elektrik muss eingebaut und verkabelt werden.	Die Verdrahtung der Bauteile wurde korrekt durchgeführt und nochmals mittels Durchgangsprüfung geprüft.	Fleer, Sander	Bestanden
4	Die Regelung muss durch den Kraftsensor erfolgen.	Die Wägezelle misst jede Sekunde die Gewichtskraft des Inhalts. Dieser Ist-Wert wird mit dem Soll-Wert subtrahiert und geht als Regelfehler in unseren Regler.	Fleer, Sander	Bestanden
5	Der Motor muss mittels Regler angesteuert werden	Die Ansteuerung erfolgt softwareseitig durch die Stellgröße unseres Reglers.	Fleer, Sander	Bestanden

Ergebnis

Das Projekt zur Füllstandsregelung eines Bierglases an der HSHL im Fachgebiet der Mechatronik führte zu einem positiven Ergebnis. Die Anlage ist in der Lage auf Knopfdruck ein 0,5Liter Bierglas einzuschenken. Zu Beginn des Einfüllvorgangs werden die maximalen Motorschritte gefahren. Sobald der Füllstand erkannt wird, werden, je nach Füllstand, weniger Schritte gefahren.

Projektunterlagen

Projektplan

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  Projektplan

Literatur

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