Lochstanzautomat

Problemstellung

„De Strawanza“ ist ein Musikprojekt, das aus Saxophon, Drehorgel, Gitarre und Kontrabass besteht und dafür Lieder komponiert. Im Moment gibt es jedoch noch keine Maschine, welche selbst komponierte Lieder auf Papier stanzt. Daher wurde bisher mit einer alten ausgedienten Schreibmaschine gearbeitet, welche durch Drücken der Buchstabentasten, Löcher in fest bestimmten Position erzeugt. Dabei traten aber immer wieder Probleme auf.

Es konnte passieren, dass ein Stanzstempel aufgrund von Verklemmung an der Rückkehr zu seiner Ausgangsposition gehindert wurde. Dies erforderte ein manuelles Eingreifen. Ein hohes, reißfestes Papier, erforderte außerdem scharfe Schneiden. Da aber die Stanzstempel mit den Fingern zurückgedrückt werden mussten, bestand dabei auch eine Verletzungsgefahr. Kleinere Schnittverletzungen standen bislang bei der Produktion von Lochstreifen auf der Tagesordnung.
Ebenso war ein Sinken der Konzentration mit der Zeit auch nicht zu vermeiden, wodurch man sehr schnell fehleranfällig wurde. Diese Fehler mussten wieder ausgebessert werden, was wiederum viel Zeit in Anspruch nahm. Im Schnitt beträgt die Länge einer Komposition 15 Meter, das sind in etwa 10.000 Löcher und entsprach bisher einer Produktionsdauer von zirka 40 Arbeitsstunden pro Lied.

Zielsetzung:

Unsere Aufgabe war es, eine automatisierte Maschine zu konstruieren welche sowohl einfach zu bedienen aber auch einfach zu warten sein sollte. Der Lochstanzautomat sollte voll automatisch arbeiten. Nach dem Einspannen einer Papierrolle mit verschiedene Breiten und Durchmessern, werden Löcher an bis zu 32 verschiedenen Lochpositionen gestanzt und das Papier wieder abspielbereit aufgewickelt. Der Lochstanzvorgang erfolgt über einen Stanzbügel, welcher einen Impuls von einem elektrischen Hubmagneten erhält. Die Abweichungen der Lochabstände dürfen maximal 0,04mm betragen, deshalb wurde für die axiale Bewegung ein Linearmodul mit Spindelantrieb, auf welchen der Stanzbügel befestigt ist, ausgewählt. Die Bewegung des Papiers wird über einen Schrittmotor gesteuert. Nach Aufwicklung und Fertigstellung der Komposition, kann diese entnommen und direkt in die Drehorgel eingelegt werden

Die Steuerung der einzelnen Komponenten erfolgt nicht über eine SPS, sondern durch einen Raspberry PI (Minicomputer), wodurch eine erhebliche Kostensenkung erreicht werden konnte.

Our task was to develop and produce an automatized machine for punching holes into paper strips at predefined positions. These paper strips, rolled up into paper rolls, are later used by the band “De Strawanza” to operate a barrel organ.

We had to fulfil certain requirements:

• Most importantly, the machine had to operate automatically.
• Two or more different paper widths had to be able to be processed by the machine.
• The operation of the machine had to be as simple as possible.
• Potential misalignments of single holes did not have to be, by any means, be greater than 0,04mm.

As for the process itself, it runs down as follows: Firstly a musical piece has to be assembled on a computer creating a file that holds information about the positions of the holes. This file is transmitted to the Raspberry Pi minicomputer via USB stick. Now the user can adjust settings on the control panel, insert a new paper roll and press the start button.
We used a stepper motor and a linear module (which uses a stepper motor as well) to position the punching yoke which is then, when the position is right, activated by a strong electromagnet. A DC motor is responsible for rolling up the paper again after the holes have been punched. When the machine is done punching holes, the roll can be extracted and instantly, without further manipulation or adjustment, inserted into the barrel organ to be played.
Instead of a SPS, we used a Raspberry Pi to control motors and magnets which was a more experimental but also an immensely cheaper approach.