Praxisintegriert Studierende erfinden spannende Exponate

Beckhoff bietet in Kooperation mit der Fachhochschule Bielefeld am Campus Gütersloh insgesamt fünf praxisintegrierte Studiengänge in ingenieurswissenschaftlichen Bereichen an. Das Besondere an dem Studium ist der hohe Praxisbezug durch eine enge Verknüpfung zwischen Hochschule und den Praxisphasen bei Beckhoff. Dadurch sammeln die Beckhoff-Studierenden bereits während ihres Studiums umfangreiche praktische Erfahrungen, indem sie z. B. an der Entwicklung neuer Produkte und Technologien mitwirken, unsere eigene Automatisierungssoftware sowie intelligente Anlagen programmieren oder Unternehmensabläufe gestalten.

Zum Abschluss des Studiums erstellten die Beckhoff-Studierenden der Studiengänge Mechatronik/Automatisierung und Product-Service Engineering an der Fachhochschule Bielefeld am Campus Gütersloh spannende Projekte. Im Rahmen des Moduls mechatronische Systeme entwickelten sie gemeinsam mit angehenden Ingenieuren anderer Unternehmen unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Thomas Freund verschiedene mechatronische Projekte. Von der Ideengenerierung und Konzeption der Hard- und Softwarekomponenten über die Umsetzung der Mechanik, Elektrik und Programmierung bis hin zur Inbetriebnahme und Dokumentation entstanden vollständige Maschinen. Dabei ließ die FH den Studierenden viele Freiheiten in der Entwicklung der mechatronischen Systeme. Die Exponate durften lediglich ein von der FH zur Verfügung gestelltes Budget für den Materialkauf nicht überschreiten. Darüber hinaus halfen Spenden der Unternehmen – darunter auch Beckhoff – in Form von Komponenten. Das Ergebnis: funktionale und originelle Exponate mit Beckhoff-Technologie, darunter u. a. eine Zauberwürfelmaschine, ein Currywurstautomat und ein Standquadrat. Um einen Einblick in das praxisintegrierte Studium zu geben, stellen einige der Studierenden von Beckhoff im Folgenden ihre Projekte vor.

Laurids Wetzel: „Wir entwickelten eine Zauberwürfel-Lösemaschine, die z. B. auf Messen und Informationstagen der FH Bielefeld Campus Gütersloh eingesetzt werden kann. Das Exponat zeigt Schülern spielerisch, wie vielfältig die Automatisierungstechnik ist. Zuerst erfasst unsere Zauberwürfel-Lösemaschine den Ausgangszustand des Würfels, indem sie die ersten vier Seiten des Würfels um 360 Grad dreht. Nach einer Transformation und erneutem Drehen folgen die Ober- und Unterseite des Würfels. Das Drehen der Würfelseiten und den Antrieb der Linearführungen übernehmen insgesamt neun AS1030 Schrittmotoren. Eine starke Beleuchtung eliminiert die optischen Beeinflussungen, die durch das Umgebungslicht entstehen können. Daraufhin verarbeitet die Steuerung die Bilder und wandelt diese in den aktuellen Würfelzustand um. Anschließend löst die Maschine den Zauberwürfel mit einer maximalen Geschwindigkeit von 15 Zügen pro Sekunde. Der zugrunde liegende Lösungsalgorithmus benötigt zwischen 10 und 35 Züge. Im Idealfall löst die Maschine den Würfel somit in weniger als einer Sekunde. Besonders die automatische Einspannung des Zauberwürfels durch die drei Linearführungen unserer Maschine unterscheidet sie von anderen Lösungen und macht sie sehr bedienerfreundlich. Die Bedienung von unserem Exponat erfolgt mit dem Multitouch-Einbau-Control-Panel CP2913-0000 von Beckhoff. Die Steuerung realisierten wir mit dem Embedded-PC CX5140-0135 und einigen IO-Modulen: EL1004, EL2624, EL9011 und EL7037. Nach einer dreimonatigen Umsetzungsphase konnten wir das Projekt parallel zur Vorbereitung unserer Bachelorarbeiten termingerecht abschließen. Das Exponat erfüllt einerseits die Anforderungen an eine hohe Zuverlässigkeit für den Messeeinsatz und verfügt gleichzeitig über ein hochwertiges und robustes Industriedesign.“

Sebastian Schnieders: „Curryfix ist eine automatisierte Maschine zur Zubereitung von Currywürsten. Als zentrale Bedienoberfläche verwendeten wir einen CP6706, 7-Zoll-„Economy”-Panel-PC. Unsere Maschine besteht aus sechs Modulen: Magazin, Bräter, Schieber, Schneider, Transport und Sauce. In dem Magazin befinden sich fünf Würstchen auf Vorrat. Für die Fördereinrichtung und das Drehen des Magazins verwendeten wir AS2021 Schrittmotoren sowie die Schrittmotorklemmen EL7031 und EL7037. Der Bratraum besteht aus mehreren gekapselten Zylindern. Drei Infrarot-Keramik-Heizelemente heizen den Bräter auf insgesamt 220 Grad auf. Die Temperaturüberwachung erfolgt durch die EL3202, eine 2-Kanal-Eingangsklemme PT100. Der EtherCAT-Koppler EK1100 verbindet das Echtzeit-Ethernet-System EtherCAT mit den eingesetzten Klemmen und den IO-Komponenten EL2008 und EL1008. Öffnet sich der Schieber, fällt die Wurst vom Bräter in den Schneider. Ein elektrischer Wurstschneider schneidet die Wurst in kleine Stücke. Danach befördert das Transportmodul die Wurst vom Schneider zur Sauce. Im letzten Schritt dosiert die Maschine die erhitzte Curry-Sauce mit einer Schlauchpumpe auf die Wurst. Die Zubereitung einer Currywurst mit dem Curryfix dauert je nach gewünschtem Bräunungsgrad etwa vier bis fünf Minuten. Insbesondere die mechanische Konstruktion und Fertigung, die Verwendung und Beschaffung von Komponenten für die Lebensmittelherstellung sowie die Hitzeentwicklung des Bräters machten unser Projekt sehr umfangreich.“

Daniel Schellenberg: „Im Studium gefiel uns das Modul Regelungstechnik besonders gut. Die Versuche im Rahmen des Praktikums an der FH beschränkten sich jedoch mehr oder weniger auf das Kennenlernen von MATLAB^®/Simulink^®. Daher beschlossen wir, für die folgenden Studienjahrgänge einen Prototypen für einen Versuch zum Anfassen zu schaffen, um somit das Verständnis in der Regelungstechnik zwischen der Simulation und der Wirklichkeit zu verbessern. Unser Standquadrat ist unten drehbar gelagert und kann so nach rechts und links kippen. In der Mitte des Quadrats ist ein Servomotor, der AM8113, angebracht, der das Schwungrad antreibt. Für die Steuerung nutzten wir den Embedded-PC CX5130, die Servomotorklemme EL7211-0010 und die EtherCAT-Klemme EL5151 als 1-Kanal-Inkremental-Encoder-Interface. Das Quadrat muss sich zunächst aus der Ruhelage aufstellen. Dafür beschleunigt der Servomotor das Schwungrad. Die Winkelbeschleunigung des Massenträgheitsmoments wirkt sich als rückwirkendes Drehmoment auf das ganze Quadrat aus. Die Herausforderung ist, das Quadrat mit diesem Drehmoment zuerst aufzuwerfen, anschließend einzufangen und in die labile Ruhelage zu regeln. Durch ein ruckartiges Bremsen stellt sich das Quadrat mit dem Schwungrad auf. Nun kann der Regler Störgrößen ausregeln, wie wenn z. B. jemand das Standquadrat nach links oder rechts anstößt. Je nach Zustand (aufwerfen, einfangen, regeln) sind unterschiedliche Regler bzw. verschiedene Regelparameter erforderlich. Den gesamten Regler entwarfen wir in MATLAB^®/Simulink^® und haben ihn schließlich als TcCOM-Objekt in die Beckhoff-Automatisierungssoftware TwinCAT eingebunden, wo der Regler seine errechneten Werte als externe Sollwerte der TwinCAT NC vorgibt.“