Cocktailroboter Gonzo: bunte Nase und bunte Getränke
Für unsere Gartenparties haben wir eine Cocktailmaschine gebaut. Die Zutaten: Ein Raspi mit Touch-Display und acht Schlauchpumpen mit Arduino-Steuerung.
- Carsten Romahn
Auf der Maker Faire Ruhr testeten wir die Cocktailmaschine WH-Spring 006 der Westfälischen Hochschule oder besser gesagt: meine Tochter hat ihn sehr intensiv getestet und kam schnell zu dem Schluss, dass wir auch so einen brauchen.
Nach einer kurzen Recherche im Internet war klar, dass es zwar einige Getränkemixer gibt, die aber entweder Einzelstücke wie der WH-Spring 006 sind oder für den professionellen Einsatz konzipiert und entsprechend groß und teuer sind. Daher hieß es: „Dann bauen wir sie eben selbst!“. Also los, wie könnte ein erstes Lastenheft für unsere Cocktailmaschine aussehen?
- Leicht zu reinigen und hygienisch muss sie sein.
- Verschiedene Rezepte sollte sie beherrschen.
- Einfache Bedienung wäre gut.
- Ein Cocktail sollte möglichst zügig gemixt sein.
Um ein Getränk aus einer Flasche in ein Glas zu befördern gibt es viele Möglichkeiten. Wir haben uns für Schlauch- bzw. Peristaltikpumpen entschieden. Dabei wird der Schlauch in einem Gehäuse um einen Rotor gelegt, der beim Drehen die Flüssigkeit voranschiebt. Diese Pumpen haben den Vorteil, dass nur der Schlauch für den Lebensmittelkontakt geeignet und zugelassen sein muss. Außerdem kann man einen Schlauch schnell und einfach auswechseln, falls es mit der Reinigung mal nicht so richtig klappen sollte.
Kurzinfo
- Schlauchpumpen konstruieren und 3D-drucken
- Arduino-Motorsteuerung mit eigener Platine
- Touch-Interface für Raspi programmieren
Checkliste
- Zeitaufwand: vier Wochenenden
- Kosten: 450 Euro
- 3D-Druck: Grundkenntnisse
- Programmieren: Arduino, C, Qt
Material Gehäuse
- 2× Edelstahlblech (250×400×2 mm)
- 2× Lackiertes Glas (185×400×4 mm)
- Lackiertes Glas (185×258×4 m)
- Aluminiumprofil (Nut 6, 20×20mm)
- Eckverbinder
- Raspberry 3B+
- Touchscreen 7″
- Kleinteile wie Schrauben, Muttern
Material Schlauchpumpen
- Netzteil (36V mit ca. 0,4A)
- Arduino Uno (1× pro 4 Pumpen)
- 8× Schrittmotor NEMA17 (17HS130404S1)
- 8× Motortreiber (A4988)
- 8× Stromsensor (MAX471)
- 168× Kugellager (4×11×4 mm , 21 Stk pro Pumpenkopf)
- Silikonschlauch (ID4 mm, OD 7mm)
- Lochrasterplatine
- Kleinteile wie Kondensator, Jumperkabel
- Halter aus dem 3D-Drucker
Zur Dimensionierung haben wir uns überlegt, dass die Maschine für einen Cocktail nicht länger brauchen soll, als unser Kaffeevollautomat für eine Tasse Kaffee benötigt. Somit muss ein 200ml Glas in ca. 1 Minute gefüllt werden. Da Cocktails aus mehreren Zutaten bestehen gehen wir davon aus, dass jede Zutat höchstens das halbe Glas füllen muss, was eine minimale Förderleistung von 100ml/min pro Pumpe bedeutet.
Cocktailroboter Gonzo (5 Bilder)
Schlauchpumpe selbst konstruieren
Die Recherche zu Pumpen war wieder ernüchternd. Keine erfüllt unsere Anforderungen. Entweder waren die verwendeten Schläuche nicht lebensmittelkonform, die Förderleistung zu gering oder sie waren viel zu teuer. Aber was im Großen gilt, gilt natürlich auch im Kleinen: „Dann bauen wir sie eben selbst!“.
Als Motor kommt ein Schrittmotor vom Typ Nema17 zum Einsatz. Schrittmotoren haben zwar ein paar Nachteile, wie etwa das geringe Drehmoment bei höheren Drehzahlen und die aufwendige Ansteuerung. Dafür hat man die volle Kontrolle über die Drehzahl und kennt zu jeder Zeit das geförderte Volumen. Außerdem werden diese Motoren gerne in 3D-Druckern eingesetzt und sind daher gut verfügbar.
Die Ansteuerung erfolgt über den Motortreiber A4988. Dieser steuert die zwei Spulen des Schrittmotors mit einer Spannung bis zu 35V und Strömen bis zu 2A an. Die Ansteuerung ist hochohmig mit 3,3 oder 5V möglich, so dass der Treiber direkt an die IO-Pins eines Mikrocontrollers angeschlossen werden kann. Der Pumpendruckkopf lässt sich mit der kostenlosen CAD-Software OpenSCAD und einem 3D-Drucker relativ einfach realisieren – auch wenn von Version 0.1 bis 2.5 einige Iterationen zur Optimierung und Anpassung nötig waren. Am Ende sind es fünf gedruckte Teile pro Pumpe, für die unser Drucker rund vier Stunden benötigt. Die Dateien zum Nachdrucken finden Sie am Ende des Artikels als Download.
Entwicklung der Pumpe (4 Bilder)
In der letzten Version der Pumpe nutzen wir im Rotor sieben Rollen, die jeweils aus drei Kugellagern (4×11×4) bestehen. Das ist zwar etwas überdimensioniert, macht aber einen soliden Eindruck. Als Schlauch dienen Silikonschläuche mit einer Lebensmittelzulassung. Bei den Maßen haben wir uns für eine Wandstärke von 1,5mm und einen Innendurchmesser von 4mm entschieden. Solche Schläuche sind gut verfügbar und sollten mit einer typischen Shore-A-Härte von 60° flexibel genug sein.
