Cocktailmaschine

Herzlich Willkommen zum Projekt „Cocktailmaschine“. Hier zeigen wir, wie ihr euch mit den entsprechenden Materialien, einen vollautomatischen Cocktail-, oder in der jugendfreien Variante, Saftspender baut. Da das ganze Projekt doch etwas komplexer ist unterteilen wir es in drei Bereiche: Mechanik, Elektronik und Software.


Unsere Idee:

Für einen Cocktail benötigt man verschiedene Zutaten, die in einem bestimmten Verhältnis in einem Glas gemischt werden. Da die meisten Zutaten flüssig sind, haben wir uns entschlossen mit Pumpen einzusetzen, die nach einer vorgegebene Rezeptur angesteuert werden und so die verschiedenen Zutaten in das Glas pumpen. Das ganze soll natürlich optisch ansprechend und praktisch in einem Gehäuse verbaut werden.

Zu jedem Bereich gibt es eine eigene Anleitung, sowie eine eigene Material- und Werkzeugliste.


Mechanik:

Werkzeug

  • Bohrmaschine
  • Säge
  • Schere
  • Teppichmesser
  • Lötkolben

Material

  • Ikea Kallax mit Türeinsätzen
  • Kunststoffabflussrohre
  • Sekundenkleber
  • Stahlwinkel 90°
  • Silikonschläuche
  • Moosgummi
  • Sprühfarbe
  • Plexiglasplatte
  • Schlauchpumpe
  • Holzschrauben
  • Abstandshalter mit Innengewinde
  • Schrauben
  • Kabelbinder
  • Draht

Wir haben uns dazu entschlossen, die gesamte Maschine auf der Basis eines Ikeas Kallaxregal zu bauen. Der Vorteil ist, dass das Regal recht günstig ist und genug Platz für die nötigen Zutaten und Pumpen bietet. Unsere Idee ist es, die Zutaten und Flüssigkeiten in der oberen Hälfte zu verstauen, während die Elektronik in der unteren Hälfte untergebracht wird. Das Glas selber soll während der Befüllung auf der Oberseite des Regals stehen.

1) Vorbereitung des Spenders:

Um die Flüssigkeiten aus der oberen Hälfte in das Glas zu bekommen, benötigen wir pro Zutat einen Schlauch. Da ein Bündel voller Schläuche optisch nicht sonderlich ansprechend ist, sollen die Schläuche in einem Kunststoffrohr aus dem Baumarkt versteckt werden. Dies wurde noch mit einer silbernen Farbe aus der Dose angesprüht. Das ganze sieht dann so aus:

2) Vorbereitung des Kallaxregals:

Nachdem ihr das Regal entsprechend der Bauanleitung aufgebaut habt, sowie die Türen eingesetzt habt, müssen wir einige Vorbereitungen treffen, damit aus dem Regal eine Mischmaschine wird. Dazu benötigen wir auf der Oberseite ein größeres Loch, durch welches die Schläuche in der Verrohrung geführt werden können. Glücklicherweise handelt es sich bei dem Regal nicht um massives Holz, weshalb man mit einem Akkuschrauber und einem Messer recht erfolgreich sein kann. Ihr solltet allerdings immer wieder prüfen, ob das Rohr bereits durch die Öffnung passt, damit ihr es nicht zu groß macht. Zusätzlich zu dem großen Loch bohre ich für die Verkabelung der Beleuchtung noch ein weiteres kleines Loch in den Rahmen:

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Wenn ihr, wie wir noch eine Plexiglasplatte zwischen Regal und Glas montieren wollt, benötigt ihr außerdem noch kleinere Abstandshalter mit Innengewinde. Für diese haben wir in allen 4 Ecken ein Loch gebohrt und mit Sekundenkleber die Abstandshalter eingeklebt:

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3) Vorbereitung der Pumpen:

Um die Flüssigkeiten in das Glas zu pumpen, haben wir uns für kleine Schlauchpumpen entschieden. Der Vorteil ist, dass die Pumpen selbstansaugend sind und Bauteile der Pumpe nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit kommen. Die Pumpe selbst wird mit 6-12V betrieben, was sehr gut zu unserer Anwendung passt.

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Die Pumpen kamen mit einem recht kurzen Schlauch, weshalb wir uns zusätzlich lebensmittelechte Schläuche mit ähnlichem Durchmesser besorgt haben. Um die Schläuche zu tauschen, wurde das Pumpengehäuse geöffnet und den Schlauch der Pumpe herausgezogen. Den neuen Schlauch habe wir eingeführt und mit der händischen Drehung des Antriebs den Schlauch bis zur zweiten Öffnung durch geschoben. Anschließendwurde das Gehäuse wieder verschraubt.

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Die Pumpen werden später an dem Regal befestigt, bei unseren ersten Versuchen haben wir festgestellt, dass das ganze Regal vibriert und es es sehr laut wird. Aus diesem Grund haben wir verschiedene Filz und Moosgummilagen miteinander verklebt. Diese sollen als Schwingungsdämpfer die Pumpe von dem Regal entkoppeln. Mit Sekundenkleber haben wir dann die Pumpe auf den selbstgebauten Schwindungsdämpfer geklebt.

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Mit einem Lötkolben und etwas Lötzinn, wurde Schaltdraht an die Pumpenmotoranschlüsse gelötet. Um spätere Verwechselungen auszuschließen wurde für die + Seite roten Draht und für die – Seite blauen Draht verwendet. Auch hier gilt, wie bei den Schläuchen wählt eine ausreichende Länge für den Draht. Kürzen ist einfacher als Verlängern. Das ganze haben wir dann für alle 8 Pumpen wiederholt. Um die Pumpen im Schrank zu montieren, haben wir Metallwinkel unter der Decke des oberen Faches verschraubt und die Schlauchpumpen auf die Winkel geklebt. Das obere Fach sieht dann wie folgt aus:

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Um die Kabel für die Pumpen die „Elektronikebene“ zu verlegen, haben wir noch auf der hinteren rechten und linken Seite Löcher gebohrt. Die Schläuche die die Flüssigkeit nach oben transportieren wurden mit Kabelbindern zu einem Bündel fixiert und durch die Verrohrung nach oben geführt. Da wir noch Beleuchtung und die bereits erwähnt Plexiglasplatte einbauen, muss bis zur finalen Montage noch die Elektronikarbeiten abgewartet werden.

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Elektronik:

Werkzeug

  • Lötkolben
  • Elektronikschraubendreher

Material

  • 1 x Streifenrasterplatine(Rastermaß 2,54mm)
  • 17 x Printklemmen 2polig (Rastermaß 2,54mm)
  • Schaltdraht
  • 1 x Spannungsregler 7.5V (z.B L78S75CV)
  • 2 x Transistorarray ULN2003A
  • 1 x 12 Volt Netzteil

Achtung: In diesem Kapitel arbeitet ihr mit Strom. Auch wenn wir nur mit 12V arbeiten könnt ihr leicht Bauteile beschädigen. Überprüft die Schaltung lieber einmal zu viel, als einmal zu wenig und vergesst nicht, dass das 12V-Netzteil auf der Eingangsseite mit 220V betrieben wird. Gerade wenn ihr anfangt mit den Pumpen zu arbeiten, achtet darauf, dass das Netzteil in sicherer und trockener Entfernung gelagert ist!

1) Aufgabe der Platine:

Wir werden später mit einem Arduino Mega die Pumpen nach einer programmierten Vorgabe entsprechend der Rezeptur des Cocktails ansteuern. Der Mikrocontroller ist allerdings nicht in der Lage ist, die Pumpen direkt anzusteuern müssen wir mit Transistoren arbeiten. Wie Transitoren funktionieren und einige Beispielexperimente zeigen wir euch an anderer Stelle. In unserer Schaltung werden Sie als „elektrische Schalter“ benutzt. Mit einem 5V Signal von dem Arduino Mega schalten Sie in den leitenden Zustand und der Stromkreis von der Pumpe ist geschlossen. Das Ganze wird dann entsprechend so aussehen:

Hinweis: Diese Schaltung mag zunächst funktionieren, allerdings verwendet man meist noch einen Basiswiderstand zwischen Arduino und Transistor, um den Mikrocontroller vor einer Überlast zu schützen. Außerdem wird beim Schalten von induktiven Lasten, eine Freilaufdiode benötigt, um die Komponenten vor Spannungsspitzen beim Abschalten zu schützen.

Da wir diese Schaltung 8 mal (für jede Pumpe einmal) benötigen, nutzen wir einen IC, der das ganze für uns übernimmt. Der ULN2003A ist ein Transistorarray mit 7 Transistoren in einem DIP16-Gehäuse und für kleines Geld bei Conrad zu finden. Ein Screenshot des Datenblatt zeigt, dass wir an den Pins 1 – 7 die Signale des Arduinos anlegen. An Pin 10-16 werden die entsprechenden „- Pole“, also die blauen Drähte, der Pumpen angeschlossen. An Pin 8 wird 0V/Masse angelegt und an Pin 9 die +12V. Die 12V an Pin 9 benötigen wir damit die oben erwähnten Freilaufdioden auch funktionieren.

Da wir 8 Pumpen ansteuern wollen benötigen wir 2 dieser ICs. Damit wir die ICs gleichmäßig belasten, teilen wir jedem IC 4 Pumpen zu. Die anderen Ein-/Ausgänge können später noch für die Beleuchtung eingesetzt werden. So sieht dann die schematische Verdrahtung aus:

Eine weitere Aufgabe die die Platine übernehmen muss ist die Versorgung des Arduinos. Wir können es nicht direkt an die +12V Versorgung hängen, da der interne Spannungsregler des Arduinos dann sehr warm wird. Aus diesem Grund installieren wir auf der Platine noch einen linearen Spannungswandler, der die vorhandenden 12V auf 7.5V herunter regelt. Hierzu verwende ich den L78S75CV. Wie hier dargestellt wird der linke Pin an die +12V und der mittlere Pink an 0V/GND angeschlossen. am rechten Pin(OUTPUT) erhalten wir dann unsere 7.5V.

Um die Drähte von den Pumpen und dem Arduino an der Platine anschließen zu können benutze ich die oben erwähnten 2-poligen Printklemmen.

Montage:

Wir montieren alle Komponenten auf einer Streifenrasterplatine, dies hat den Vorteil, dass die Eingänge über die Printklemmen durch das Streifenraster direkt mit den ICs verbunden werden. Allerdings müssen wir mit einem Messer oder einem Bohrer ungewünschte Verbindungen durchtrennen. Beispielsweise zwischen den IC Pins. Beim Löten selbst solltet ihr anschließend überprüfen, ob das Bauteil Kontakt zum Linienraster hat. Außerdem sollte nicht zu viel Lötzinn verwendet werden, das reduziert die Gefahr, dass ihr zwei oder mehrere Linien miteinander kurzschließt. Mit etwas Schaltdraht könnt ihr bewusst Brücken ziehen, wie zum Beispiel für die Versorgung der ICs mit 0 und 12V. Auf meiner Platine sieht die Schaltung dann so aus. Die Rasterklemmen lassen immer eine Rasterlinie zwischen den verbundenen Linien frei. Aus diesem Grund benötigen wir 2 Reihen von Klemmen auf jeder Seite, die gegeneinander um ein Rastermaß versetzt sind.

Vorderseite
Rückseite

Hinweis:

Jeder hat seinen eigenen Design und Lötstil. Daher muss die Platine nicht genau, wie die Vorlage aussehen. Prüft am Besten mit einem Durchgangsprüfer ob die entsprechenden Verbindungen vorhanden sind, und auch keine zu viel. Dann schließt nach und nach die Versorgung und Verbraucher an und schaut ob alles wie gedacht funktioniert.

Software:

kommt demnächst

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