Vorwort
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
dieses Dokument ist Bestandteil meiner Technikerarbeit für meinen Abschluss zum staatlich geprüften Techniker mit Fachrichtung Elektrotechnik an der Heinrich-Wieland-Schule in Pforzheim.
Das Thema umfasst die Effizienzsteigerung bei der Dokumentation und Auswertung des Temperaturverlaufes einer Kunzmann Fräsmaschine. Dies soll mit Hilfe eines entworfenen, gebauten und programmierten Temperaturdatenerfassungssystems geschehen. Mit dieser Dokumentation werde ich Ihnen einen Einblick über meine Vorgehensweise geben und meine Technikerarbeit schriftlich erklären.
Des Weiteren gehe ich auf die verwendeten Bauteile, die Software, sowie aufgetretene Probleme und deren Lösungen ein.
Ich möchte mich an dieser Stelle bei der Firma Kunzmann Maschinenbau GmbH für die Möglichkeit, meine Technikerarbeit in Ihrem Hause durchführen zu dürfen, bedanken. Ebenfalls geht ein Dankeschön an die Firma Backs CNC Solutions GmbH für das Lasern der Beschriftungen und an die Firma Maier Metallbearbeitung GbR für das Erstellen der Sensorhalter.
Ideenfindung
Auf der Suche nach einem Betrieb, bei dem ich meine Technikerarbeit durchführen kann, bin ich nach langer Suche auf die Firma Kunzmann Maschinenbau GmbH in Nöttingen gekommen. Dort habe ich bereits 2017 meine Ausbildung zum Mechatroniker abgeschlossen.
Nach einigen Gesprächen und Überlegungen, was für ein Thema sich für eine Technikerarbeit eignen könnte, habe ich mich zusammen mit meiner Firma auf die Effizienzsteigerung der Dokumentation und Auswertung des Temperaturverlaufes einer im Hause Kunzmann Maschinenbau GmbH produzierten Fräsmaschine geeinigt, da diese dem Niveau und Umfang einer solchen Ausarbeitung gerecht wird.
Bei der Dokumentation des Temperaturverlaufes einer solchen Fräsmaschine wird an bestimmten Stellen beobachtet und gemessen, um was für eine Distanz sich die Maschine bei der Erwärmung im Betrieb verzieht.
Nach der Genehmigung des Projektes durch meinen Fachlehrer, startete ich die Vorbereitungsmaßnahmen.
Für mich war direkt klar, dass ich als Hauptbaustein ein Mikrocontroller-Board von Arduino für die Programmierung verwenden werde. Nach der ersten Recherche auf deren Homepage merkte ich sofort, dass ich dort fast alles finde, was ich für mein Vorhaben benötige.
Ausgangslage
Da ich bereits privat mit Arduino gearbeitet habe, konnte ich auf mein Vorwissen zurückgreifen und dies in mein Projekt der Technikerarbeit mit einbringen.
Die Programmiersprache des Arduino Mikrocontroller-Boards erfolgt in der Programmiersprache C bzw. C++. Diese ähnelt sehr der JAVA-Programmiersprache, welche wir in der Schule erlernen.
Ein weiterer Vorteil, der das Arbeiten mit dem Arduino erleichtert, ist die Vielfältigkeit von verschiedenen Tutorials auf deren Homepage oder allgemein im World Wide Web. So kann man sich schnell weitere Eigenschaften der Programmierung von bestimmten Bauteilen aneignen.
Nun begann ich, neben der Schule und meiner Selbständigkeit als Fotograf, mich in das Projekt einzuarbeiten. Der erste Schritt bestand darin, ein Exposé zu erstellen, auf dem die Anforderungen, verwendete Hardware, sowie die Funktion festgelegt werden.
Zielsetzung
Ziel des Systems soll die Effizienzsteigerung der Dokumentation und der Auswertung des Temperaturverlaufes einer Fräsmaschine sein.
Hierfür wird an mehreren Stellen der Fräsmaschine ein DS18B20 Sensor angebracht, welcher den Temperaturverlauf der Maschine im Betrieb misst. Die aktuelle Temperatur der angeschlossenen Sensoren kann entweder direkt am Messgerät auf LCDs, welche über das I²C-Bussystem des Arduinos angesteuert werden oder mit dem Handy/PC im Netzwerk kontrolliert werden.
Die Daten der Temperatursensoren kann man durch Betätigen eines Schalters, in einem zuvor eingestellten Abstand (in diesem Fall 2 Minuten), als .CSV-Datei auf eine Micro-SD-Karte schreiben und so später am PC mit Excel als Diagramm darstellen.
Ebenfalls wollte ich den Versatz, welcher bei der Erwärmung der Maschine entsteht, digital messen und den Temperaturdaten zuordnen. Da solche netzwerkgebundenen Mikrometer, welche den benötigten Messbereich und die benötigte Genauigkeit haben, im 4-stelligen Preisbereich liegen, sprengte dies den Rahmen meiner Umsetzungsmöglichkeiten.
Die Messungen via Infrarot oder Ultraschall durchzuführen entfiel ebenfalls, da dies zu unpräzise ist.
Daher liegt das Augenmerk der Technikerarbeit auf die automatisierte Dokumentation der Temperaturerfassung.
Die Daten des Versatzes werden weiterhin manuell dokumentiert und können später auf Wunsch dem Diagramm in Excel zugeführt werden.