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TischlerWie der Schreiner kanns keiner.

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Von der Idee bis zum fertigen Produkt – High Speed Turtle „Emma“

12.03.2018

Die Schülerinnen und Schüler des dritten Ausbildungsjahres zum „Technischen Produktdesigner“ der Gewerblichen Schule Tauberbischofsheim entwickelten, bauten und programmierten ein MECANUM-Gefährt der besonderen Art, welches sie anschließend in Betrieb nahmen.

Im Rahmen der 3,5jährigen Ausbildung sollen die Schülerinnen und Schüler möglichst praxisnah auf ihren zukünftigen Einsatz in den Betrieben vorbereitet werden. Um das im Ausbildungsberuf der „Technischen Produktdesigner“ zu erreichen, wurde die theoretische Umsetzung eines Projektes in den Rahmenlehrplan integriert. Doch am Ende aller Theorie steht die Praxis und so liegt es nahe, das fertigungsreife Produkt auch zu verwirklichen.

Dies war die Grundlage für das Projekt „High Speed Turtle“:

 

Am Anfang stand die Idee. So lautete die Aufgabe, eine innovative und anspruchsvolle Technik ansprechend umzusetzen. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiteten mit Hilfe von Kreativ-Methoden mehrere Ideen und entschieden sich schließlich für die Entwicklung eines Fahrzeuges, welches mit MECANUM- Rädern ausgestattet sein sollte. Diese speziellen Räder ermöglichen es, sofern sie einzeln angetrieben werden, das Fahrzeug in alle Richtungen, also omnidirektional, fahren zu lassen (siehe Technik).


Ein weiterer Teil der Aufgabe war es, das Fahrzeug ansprechend zu designen. Die Schülerinnen und Schüler einigten sich auf die Umsetzung einer Schildkröte und lösten hier erstmals ein Stirnrunzeln bei den betreuenden Lehrkräften Michael Hackenberg und Stefan Schulz aus. Doch: „Geht nicht!“ gibt´s nicht. Unter der selbstgewählten Projektleitung von Nadja Schekel und Jannik Nenner setzten die Klassenkameraden die Idee mit Hilfe der CAD-Software SolidWorks konstruktiv selbständig um. Schwanz und Kopf wurden in einer Blechsteckkonstruktion verwirklicht. Die Grundplatte sowie die Bauteile zur Befestigung der Motoren und zur Lagerung der Räder sind Dreh- und Frästeile. Die Beine und der Panzer der Schildkröte wurden so konzipiert, dass sie im 3D-Druckverfahren herzustellen sind.
Um den größtmöglichen Lerneffekt zu erzielen, mussten die Schülerinnen und Schüler dann im Werkstattunterricht die Einzelteile nach ihren eigenen Zeichnungen fertigen. Eine große Herausforderung, haben sie doch alle lediglich eine Grundausbildung in Metalltechnik genossen. Hier kam der Klasse die duale Ausbildung zu Gute. So unterstützen die Firmen Ansmann AG Assamstadt (3D-Druck), BASS GmbH & Co KG Niederstetten (Drehteile), Schwender Blechbearbeitung GmbH Boxberg (Blechteile im Laserzuschnitt) und vor allem Speedpart GmbH Hasloch /Main (3D Farbdruck) dieses Projekt.


Nach Fertigstellung der Einzelteile wurden alle Bauteile montiert. Parallel dazu kontaktierten die Schüler Firmen, welche Antriebe, Räder und Steuerungen anbieten. Sie holten Angebote ein und wickelten die Zukäufe selbständig ab. Last, but not least programmierten sie den Microcontroller und integrierten eine Funksteuerung, die mit Hilfe eines PS-Controllers gesteuert wird.


Alle Details des Projekts wurden natürlich festgehalten und in einer ausgearbeiteten Dokumentation fixiert. Um Einzelheiten zur Technik der Schildkröte zu veröffentlichen, wurde ein Plakat entworfen, welches „Emma“ vorstellt.
Dass ein umfangreiches Projekt schnell einmal aus dem Ruder laufen kann, hat ja erst die jüngste Geschichte gezeigt. Um dies zu vermeiden, wurden moderne Projektplanungstools eingesetzt. Es konnte jederzeit überwacht werden, wie weit die Fertigung der einzelnen Bauteile fortgeschritten ist und wo sich diese gerade befinden. Um weitere Fehler im Projektablauf zu vermeiden, fand die Datenübergabe im Wesentlichen digital und - soweit dies möglich war - online statt. Ein Prozess, der zurzeit in der Industrie unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ hoch gehandelt wird.


Über dem ganzen Prozess stand - und das darf nicht unerwähnt bleiben - der Qualitätsgedanke. Deshalb wurden alle Einzelteile im Rahmen der Mitarbeiterselbstkontrolle überprüft und bei Bedarf nachgebessert.


So wuchs die Schildkröte von Unterrichtsstunde zu Unterrichtsstunde und konnte schließlich am Eltern- und Ausbildungsabend einem staunenden Publikum vorgestellt werden. Hier waren sich Ausbilder, Eltern und auch Lehrer einig: Ein absolut gelungenes Projekt, das jeden einzelnen Schüler einen gehörigen Schritt weiter gebracht hat und das am Ende ein nicht nur gut funktionierendes, sondern noch dazu wunderschönes MECANUM-Gefährt hervorbrachte, eben die „High Speed Turtle“.

 

Zur Technik:

Die Schildkröte Emma ist mit MECANUM-Rädern ausgestattet. Dies sind Räder, auf deren Umfang Walzen angeordnet sind, die sich im 45 Grad-Winkel zur Drehachse befinden. Hierdurch wird ein Fahren in jede Richtung, also gerade, seitlich und auch diagonal möglich. Außerdem kann sich die Schildkröte auf der Stelle drehen. Diese Technik wurde bereits im Jahr 1972 von Bengt Ilon erfunden und patentiert.


Jedes Rad muss hierfür einzeln angetrieben werden. Dafür wurden kleine Elektro-Getriebemotoren verbaut. Jeder Motor hat 0,23 PS und liefert eine Drehzahl von 15000 1/min. Die Getriebe mit einer Übersetzung von i= 156,4 reduzieren die Drehzahl dann auf 96 1/min. Mit dieser Übersetzung erreicht die High Speed Turtle eine Fahrgeschwindigkeit von 1,9 km/h. Bei der Steuerung handelt es sich um eine Microcontroller-Steuerung, die in JAVA programmiert wurde. Die Funksteuerung wurde mithilfe eines Playstation-Controllers verwirklicht.

Ein Mecanum-Rad

Klasse M3PA mit Lehrer Stefan Schulz

Die Projektleiter Nadja Schenkel und Jannik Nenne

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