IoT-Labor
Wenn die Waschmaschine mit dem Smartphone spricht...
Wussten im 15. Jahrhundert die Waschfrauen genau Bescheid, wann die Wäsche fertig ist, dann lag das daran, dass sie diese eigenhändig gewaschen haben. Heute ist das anders: über Apps die mit dem Smartphone bedient werden, bekommt man nicht nur eine Benachrichtigung wenn die Wäsche fertig ist, sondern kann von unterwegs der Waschmaschine im heimischen Keller „sagen“ wann die Wäsche fertig sein soll.
So werden immer mehr Objekte direkt oder über den „Umweg“ Smartphone miteinander verbunden.
Die HRW bietet mit dem Labor „Internet of Things“ (IoT Lab) einen Ort an dem Studierende und Unternehmen, sowie interessierte Schüler*innen in Begleitung von Fachleuten die ersten Schritte in eine smarte Zukunft wagen können.
Die vorgestellten Versuche und Experimente fördern das Bewusstsein und Verständnis für Smart Objects und das in allen Altersklassen. Die Vermittlung von Know-How für eine zielorientierte Anwendung schafft die optimale Basis für eine durchgängig digitale Gestaltung und Fertigung.
Die unter Anleitung durchgeführten Schulprojekte sollen den teilnehmenden Schülerinnen und Schülern die Tätigkeitsbereiche von Morgen aufzeigen und das Hinterfragen von Aufgabenstellungen und einzelnen Tätigkeiten fördern.
Gerne unterstützen unsere Mitarbeiter*innen Existenzgründer*innen und Unternehmen bei Fragestellungen und Ideenentwicklung rund um das Thema Gerätekommunikation und vernetzte Fertigung und stehen auch bei der Umsetzung mit Rat und Tat zur Seite.
Industrieprojekte
Mit unserer ausgezeichneten Laborausstattung und unserer weitreichenden Expertise stehen wir für Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur Verfügung. Gerne realisieren wir auch Ihre Projekte. Von einer einfachen Beratung, über die Umsetzung erster Ideen in Prototypen bis zur Entwicklung und Konzeption von Lösungen – unser Team wird mit Sicherheit kreative Wege für jede Herausforderung finden.
Gerne stehen wir für Ihre Anfragen und Forschungsprojekte zu Verfügung.
Ist die Flasche leer? Muss ich nachfüllen, oder reicht der Inhalt noch bis zum nächsten Tag? Kann die Flasche sich nicht melden, wenn sie nachgefüllt werden muss?
Ja. Kann sie, wenn man sie mit einer Sensorik ausstattet und mit einem Netzwerk verbindet. Aber wie wird das kostengünstig und prozesssicher realisiert? Diese Fragestellung wurde im IoT-Labor für die Firma Gerstel gelöst.
Die Firma GERSTEL GmbH & Co. KG ist auf die Herstellung von Geräten in der instrumentellen chemischen Analytik spezialisiert, insbesondere im Bereich der Chromatographie. Hierbei setzt die Firma auf automatisierte Probenvorbereitung, in der die Überwachung von in Flaschen befindlichen Lösungsmitteln in der Probenvorbereitung noch fehlte.
Die Entwicklung einer automatisierten Überwachung durch eine Füllstandssensorik gehörte hierbei zur Problemstellung des Forschungsprojektes.
Durch die integrierte Sensorik des entwickelten Prototypens können Füllstände in ihren Behältern kontinuierlich gemessen und über eine Funkstrecke an einen zentralen Server übermittelt werden. Dort werden die Daten ausgewertet und verwaltet. Über eine Liveansicht werden diese Daten in Echtzeit visualisiert, um die aktuellen Stände überwachen zu können. Dies vereinfacht es dem Anwender kritische Füllstände auf einen Blick zu erkennen und vor Beginn der Messzyklen die ausreichenden Mengen an Lösungsmittel bereitzustellen. Ein programmierter Überwachungsalgorithmus überwacht kritische Füllstandsgrenzen und verschickt bei Unterschreitung automatisch eine Benachrichtigung an den zuständigen Anwender.
Studierende der HRW forschten in ihren Studienarbeiten an innovativen Fertigungsmöglichkeiten, um Faltenbälge herzustellen. Hierbei wurde das umfangreiche Equipment des IoT-Labors genutzt und dessen moderne additive Fertigungstechniken angewendet. So wurde ein bestehender „3D Drucker“ umgebaut, sodass flexibles Material verarbeitet werden kann und dadurch ein Direktdruck von Faltenbälgen ermöglicht wurde.
In einem anderen entwickelten Fertigungsverfahren wurden konventionelle „3D Drucker“ genutzt, um Formhälften additiv herzustellen und diese in einem Blasformverfahren einzusetzen. Durch intensive Versuchsreihen und Nutzung der entwickelten Fertigungsstrecke konnten positive Ergebnisse erreicht werden, die eine Kleinstserienfertigung wirtschaftlich macht. Abschließend wurde auf einem Prüfstand die Haltbarkeit der erzeugten Faltenbälge erfolgreich getestet. Dieses Projekt wurde für das Unternehmen August Penkert GmbH realisiert. Penkert zählt zu den führenden Herstellern von Faltenbälgen in Deutschland. Diese wurden bisher gewickelt, genäht oder geklebt. Mit den neuen, innovativen Fertigungsmethoden konnte die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens, insbesondere im direkten Vergleich zu Ländern mit einem niedrigeren Lohnniveau, deutlich gesteigert werden.
Schulprojekte
Angeboten werden verschiedene Basisprojekte die über Zusatzmodule individualisiert werden können.
Die Basis-Projekte umfassen einen Zeitumfang von ungefähr 8 Stunden, wird ein Zusatzmodul dazu gewählt erweitert sich die benötigte Zeit um ca. 4 Stunden. Die maximale Teilnehmerzahl liegt bei 15 Personen, die mindestens 12 Jahre alt sein sollten.
Das Basis-Projekt beinhaltet die Fertigung und Programmierung der benötigten Komponenten. Über Steckverbindungen wird die Schaltung aufgebaut und unter Anleitung wird der Mikrocontroller programmiert. Die im IoT Lab vorhandenen Funksteckdosen können mit Hilfe eines Webinterfaces konfiguriert werden. Nach dem Einbau der Einzelteile in vorgefertigte Gehäuse können die Schüler*innen die Steckdosen mittels Computer steuern.
Zusatzmodul 1.1: Verbindungsstellen selber löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 1.2: Gehäuse selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend das Gehäuse für ihre Heimsteuerung individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch die Herstellung der Gehäuse mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Zusatzmodul 1.3: Steuerung via Smartphone
Um die Funksteckdosen über das Smartphone ansteuern zu können, lernen die Schüler*innen wie man eine App entwickelt oder ein Webinterface individuell gestaltet.
Das Basis-Projekt beinhaltet die Fertigung einer Funktionseinheit. Dazu bauen die Schüler*innen mittels Steckverbindungen eigene Schaltungen und programmieren unter Anleitung den Mikrocontroller. Der Einbau der einzelnen Komponenten in bereitgestellte Kunststoffchassis ermöglicht die Steuerung des Fahrzeuges via Computer.
Zusatzmodul 2.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 2.2: Chassis selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend das Chassis für ihr Auto individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch den Druck der Chassis mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Zusatzmodul 2.3: Steuerung via Smartphone
Um das Auto mit dem Smartphone ansteuern zu können, lernen die Schüler*innen wie man eine App entwickelt oder ein Webinterface individuell gestaltet.
Das Basis-Projekt beinhaltet das Aufbauen einer Schaltung über Steckverbindungen. Außerdem programmieren die Schüler*innen unter Anleitung die Mikrocontroller und verbauen einen Helligkeitssensor. Die einzelnen Komponenten werden anschließend in einen vorgefertigten Lampenschirm eingebaut, welcher über den Sensor selbstregelnd gesteuert wird.
Zusatzmodul 3.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 3.2: Lampenschirm selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend ihren Lampenschirm individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch den Druck der Lampenschirme mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Zusatzmodul 3.3: Steuerung via Smartphone
Um die LED-Lampe mit dem Smartphone ansteuern zu können, lernen die Schüler*innen wie man eine App entwickelt oder ein Webinterface individuell gestaltet.
Das Basis-Projekt beinhaltet den Einbau und Anschluss von verschiedenen Komponenten in ein vorgefertigtes Kunststoff-Flex-Armband. Außerdem wird der Mini-Mikrocontroller unter Anleitung von den Schüler*innen selbst programmiert.
Zusatzmodul 4.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 4.2: Armband selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend ihre Armbänder individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch den Druck der Armbänder mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Das Basis-Projekt beinhaltet die Vorbereitung der LED-Bänder für die Montage und die angeleitete Programmierung der Mikrocontroller. Abschließend werden die einzelnen Komponenten von den Schüler*innen an den mitgebrachten Skateboards befestigt.
Zusatzmodul 5.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 5.2: Ausstattung mit Bewegungssensoren
Damit die Unterbodenbeleuchtung der Skateboards aus Bewegung reagiert und nicht bei jeder Nutzung manuell ein- und ausgeschaltet werden muss, statten die Schüler*innen ihre Boards zusätzlich mit Bewegungssensoren aus.
Das Basis-Projekt beinhaltet neben dem Aufbau einer Schaltung über Steckverbindungen durch die Schüler*innen, auch die Montage der vorgefertigten Bauteile zu einem gelenkigen Roboterarm. Unter Anleitung werden die Mikrocontroller programmiert und Bilddateien in zeichenbare Grafiken umgewandelt.
Zusatzmodul 6.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 6.2: Bauteile selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend die Bauteile für ihre Roboterarme individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch den Druck der Bauteile mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Zusatzmodul 6.3: Einlesen und Darstellung getrackter Daten
Das Basis-Projekt beinhaltet den Aufbau einer Schaltung mittels Steckverbindungen durch die Schüler*innen und deren Einbau in die vorgefertigten Gehäuse. Außerdem werden unter Anleitung die Mikrocontroller programmiert, so dass Geschwindigkeit und zurückgelegte Strecke erfasst und angezeigt sowie gespeichert werden.
Zusatzmodul 7.1: Verbindungsstellen selbst löten
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen und können dann elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit einer Leiterplatte verlöten. Anschließend werden die Lötstellen getestet bevor die Arbeit am Basisprojekt weitergeht.
Zusatzmodul 7.2: Gehäuse selbst gestalten und drucken
Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ und können anschließend das Gehäuse für ihre Heimsteuerung individuell gestalten. Der Einblick in die Technologien der additiven Fertigung wird abgerundet durch die Herstellung der Gehäuse mit den vorhandenen 3D-Druckern und die Weiterverwendung im Basisprojekt.
Zusatzmodul 7.3: Ausplotten von getrackten Daten
Workshops für Schulklassen
Außer den Basis-Projekten in denen verschiedene Themen kurz vorgestellt und im Anschluss daran umgesetzt sowie miteinander verbunden werden, bietet das IoT Lab auch Workshops an.
Ziel der einzelnen Workshops ist die Einführung und Anwendung in die einzelnen Thematiken der additiven Fertigung.
Die maximale Teilnehmerzahl für die einzelnen Workshops liegt bei 15 Personen, diese sollten mindestens 12 Jahre alt sein.
Dauer: 5 Tage (2-8 Stunden pro Tag)
Nach einer Einführung in die Grundlagen der Programmierung, entwickeln die Schüler*innen erste Algorithmen und erlernen das Ansteuern einzelner LED-Lichter.
Dauer: 1 Tag (8 Stunden)
Die Schüler*innen erhalten eine Sicherheitsunterweisung und Arbeitsanleitung an den Lötstationen. Sie erlernen den Aufbau einfacher Schaltungen, verlöten elektrische Bauteile und Verbindungskabel mit Leiterplatten und testen abschließend ihre Lötverbindungen.
Dauer: 1 Tag (8 Stunden)
Nach einer Einführung in das 3D-Modellierungsprogramm „Meshmixer“ bei denen die Schüler*innen neben den Verfahrensgrundlagen auch die fertigungsspezifischen Randbedingungen erlernen, gestalten sie ein individuelles 3D-Modell, welches im Anschluss mit den vorhandenen 3D-Druckern hergestellt wird.
Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung
