RasPi steuert Halloween-Geister

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Unter Kontrolle

Traditionell stellen wir alljährlich ein selbst gebautes Halloween-Gespenst vor. Die pneumatischen und elektronischen Grundlagen erklärt dieser Artikel.

Dieses Jahr kommen im Halloween-Projekt wenig bekannte, aber interessante Komponenten zum Einsatz. Dieser Artikel beschreibt, wie Sie mithilfe von komprimierter Luft, also Pneumatik, ein Skelett zum Leben erwecken. Richtig spannend wird es aber, wenn Sie diese pneumatischen Komponenten mit elektrischen Signalen ansteuern. Das nennt sich Elektropneumatik. Als Steuerelement dient ein Pixtend-Controller, an dem ein RasPi hängt.

Pneumatik

Bei Pneumatik geht es darum, mit komprimierter Luft Aktoren zu bewegen (siehe Kasten "Unter Druck"). Diese Aktoren bestehen meist aus Zylindern, mit denen Sie eine lineare Bewegung erzeugen. Genau dies macht die Pneumatik für Bastler so interessant, denn sie ist mit elektrischen Antrieben nur schwer zu erzeugen. Sie benötigt dafür immer komplizierte Getriebe, um aus der Drehbewegung eines Motors eine lineare zu erzeugen.

Unter Druck

Bevor wir uns in die Welt der Pneumatik begeben, sollten wir uns noch einmal einige Grundlagen ansehen. Der Luftdruck ist eine der wichtigsten Größen in der Physik, ähnlich der elektrischen Spannung. Er gibt den Grad an, mit dem Luft komprimiert ist. Sie geben diesen üblicherweise in Bar, manchmal in Pascal an. Ein Bar entspricht 100 000 Pascal. Eine einen Meter hohe Wassersäule erzeugt an deren Boden näherungsweise 0,1 Bar Druck, entsprechend beträgt er in fünf Metern Tiefe etwa 0,5 Bar.

Handelsübliche Kompressoren liefern einen Druck von 8 Bar, was einer Wassersäule von etwa 80 Metern entspricht. Dass heißt, sie bauen ziemlich viel Kraft auf. Die Kraft, die ein Zylinder erzeugt, hängt ab von der Größe der Kolbenfläche und dem verwendeten Luftdruck. Je größer die Kolbenfläche, desto mehr Kraft erzeugt er.

In der Pneumatik gibt es viele unterschiedliche Komponenten. Diese haben aber alle sehr leicht verständliche Schaltsymbole. Das ermöglicht es, fast immer direkte Rückschlüsse auf die Funktionsweise des Bauteils zu ziehen (Abbildung 1).

Abbildung 1: Diese Liste zeigt die Symbole pneumatischer Bauteile, die in diesem Workshop zum Einsatz kommen.

Kompressor

Der Kompressor [1] hat aus naheliegenden Gründen ein zentrale Rolle: Er erzeugt die Druckluft, die alle anderen Geräte versorgt. Fast alle Kompressoren besitzen einen Tank, um die Druckluft zu speichern. Je größer der Tank, desto seltener springt der Kompressor an, um diesen wieder mit Luft zu füllen.

Die meist im Kompressor integrierte Wartungseinheit besteht aus einer Kombination unterschiedlicher Geräte. Die Druckluft strömt als Erstes durch einen Lufttrockner. Das ist notwendig, da viele Bauelemente in der Pneumatik aus Metall bestehen. Bildet sich in diesen Kondenswasser, würden sie korrodieren.

Im Trockner befindet sich oft ein Filter, der feine Partikel, wie Staub, zurückhält. Anschließend strömt die Luft durch ein Ventil, über das Sie den Druck hinter der Wartungseinheit einstellen. Oft erzeugt der Kompressor viel höhere Drücke, als für eine Anlage nötig wären. So gleichen Sie eventuelle Verluste auf dem Weg zur Anlage aus. Außerdem springt der Kompressor so nicht zu oft an.

Die letzte Komponente der Wartungseinheit ist der Luftöler. Er erzeugt einen feinen Ölnebel in der Druckluft. Dieser Nebel ölt die dahinterliegenden Pneumatikgeräte von innen. Beachten Sie, dass hier ein spezielles säurefreies Öl zum Einsatz kommt, da andere Sorten die pneumatischen Komponenten womöglich beschädigen.

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