Der Hase Teeodohr

Wer kennt das nicht: Man bereitet sich eine schöne Tasse Tee vor, wird dann abgelenkt und schon zieht der Tee so lange, bis das Wasser wieder kalt geworden ist und man mit dem starken Gebräu Ostereier färben kann. Jetzt gibt es endlich die Maker-High-Tech-Lösung: Teeodohr!

von Andreas Engel

Kurzinfo

Zeitaufwand:

circa 3 bis 4 Stunden (ohne 3D-Druck der Teile)

Kosten:

etwa 40 Euro

Programmieren:

Kenntnisse im Umgang mit der Arduino-IDE

Löten:

Bauteile in Platine einlöten

Elektronik:

Grundkenntnisse

3D-Druck:

Zugang zu 3D-Drucker; alternativ Sperrholzvariante möglich

Material

» Arduino Nano

» 1 Micro Servo WG-90MG 12,5 mm × 22,4 mm × 22,8 mm

» 2 Taster SCI R13-24A1-05 RD oder ähnlich

» 9V-Batterie mit Clip

» 3 LED 3 mm, gelb

» 4 Widerstände 220 Ohm

» 2 Widerstände 10 Kiloohm

» 1 Widerstand 4,7 Kiloohm

» 1 Widerstand 100 Ohm

» Reed Kontakt MEDER MK 6-5-C

» Magnetwürfel 5 mm

» Piezo-Lautsprecher

» Spannungsregler 5V L7805

» 3 Senkkopfschrauben M3 × 15

» 2 Schrauben M3 × 20 mit Mutter

» M3-Gewindeschneider

Der Teehase sitzt da und wartet, dass ihm jemand die kleine Möhre aus dem Sockel in die Pfote gibt.

Gibt man ihm die Möhre, wacht er sofort auf und meldet akustisch, dass er wach ist. In der Möhre befindet sich ein Neodym-Magnet, der einen Reed-Kontakt im Bauch des Hasen schaltet. Jetzt noch eine Tasse heißes Wasser danebenstellen und einen Teebeutel ans Ohr hängen.

Dann mit dem linken Taster die Zeit auswählen. 3, 5, 7, 10 (LED links & rechts an) oder 12 (LED Mitte & rechts an) Minuten sind einstellbar. Nun den rechten Taster drücken, und der Teebeutel wird langsam abgesenkt. Die LED pulsieren jetzt und zeigen damit an, dass die Zeit läuft. Nach jeder Minute hebt Teeodohr den Teebeutel kurz an und senkt ihn wieder ab. Ohne diese Bewegungsautomatik erhält man sonst eine dunkle Schicht Tee am Boden der Tasse und darüber nur heißes Wasser. Nach der eingestellten Zeit wird der Teebeutel aus dem Wasser gehoben und eine kleine Melodie ertönt dazu.

Viel mehr Technik für eine Tasse Tee ist kaum möglich.

Übersicht: Alle zu druckenden Bauteile, konstruiert in der kostenlosen Software 123D Design

Der 3D-Druck

Alle Teile sind im 3D-Druckverfahren hergestellt (Vorlagen siehe Link). Ich habe ABS verwendet, PLA sollte auch möglich sein bis auf die Platine. Da empfehle ich auf jeden Fall ABS, wegen der höheren Schmelztemperatur, sonst werden die Lötarbeiten sehr schwierig. PLA wird bereits bei 70 °C weich.

Startbereit. Die LED links steht für 3 Minuten. Start drücken und der Tee wird gemacht.

Schön, wenn jemand anderes darauf achtet, dass der Tee nicht zu lange zieht.

Hasenkörper mit Stützstruktur fertig gedruckt

Rücken, Ohr und Möhre sind problemlos zu drucken. Beim Sockel-Ober- und Unterteil müssen Stützstrukturen mit gedruckt werden. Sonst wird der Bajonettverschluss nicht funktionieren. Das Oberteil am besten mit der Fläche nach unten drucken. Beim Hasenkörper habe ich Stützstrukturen vom Drucktisch aus eingestellt. Das gibt dem Bauch von unten genug Halt und eine größere Kontaktfläche auf der Druckplatte. Die Rundungen sind so gestaltet, dass keine Stützstrukturen im Körper gebraucht werden.

Bei allen Teilen habe ich eine Schichtdicke von 0,2 mm eingestellt. Die Stärke der Außenwand ist 1 mm, Fülldichte 30 Prozent. Die von mir verwendete Druckerdüse ist 0,5 mm. Nur bei der Platine habe ich eine Schichtdicke von 0,15 mm eingestellt und die Druckgeschwindigkeit etwas reduziert, damit die feinen Leiterbahn-Kanäle schön ausgeformt werden. Eine Platine aus ABS ist natürlich ungewöhnlich. Wer möchte, kann die Platine statt dessen wie gewohnt aus Streifenraster- oder Lochrasterplatinen herstellen. Aber warum nicht mal etwas Neues ausprobieren. Wie ich die Platine in 3D konstruiert habe, steht in der kommenden Make-Ausgabe.

make-magazin.de/xfnf

Bestückung der Platine

1 Widerstände einlöten

Nach dem 3D-Druck der Platine aus ABS kann man mit der Bestückung anfangen. Ich habe erst einen Widerstand in die richtigen Löcher (Bohrungen) gesteckt und die Beinchen auf der Lötseite in den gedruckten Kanal gelegt, dann mit dem nächsten Bauteil verlötet. Wenn man sich einmal an die etwas ungewöhnliche Vorgehensweise gewöhnt hat, geht das recht zügig. Auf diese Weise alle Bauteile bis auf den Arduino einsetzen und verlöten.

2 Platine kontrollieren

Prüfen Sie anhand des Bestückungsplans, ob alles am richtigen Platz sitzt. Auf der Unterseite testen Sie sämtliche Lötverbindungen auf festen Sitz.

3 Befestigungsloch bohren

Nicht vergessen: Bevor der Arduino eingelötet wird, in der Mitte der Platine noch das M3-Gewinde schneiden. Wenn der Arduino eingesetzt ist, kommt man da nicht mehr gefahrlos heran.

4 Der erste Test

Dann kann auch schon der erste Testlauf stattfinden. Das Programm „Teeodohr.ino“ mit der Arduino IDE öffnen. In den ersten Zeilen werden die Library Servo (Arduino-Standard) und Pitches.h eingebunden. Pitches.h muss als Library hinzugefügt werden, falls sie noch nicht verwendet wurde. Eine Anleitung ist über den Link am Anfang des Artikels zu finden.

Jetzt kann das Programm in den Arduino geladen werden. Falls das Projekt Ihr erstes Arduino-Projekt ist, haben wir als Starthilfe eine Online-Anleitung zusammengestellt (siehe Link am Anfang des Artikels). Wenn die Batterie angeschlossen wird, sollte der Lautsprecher eine kurze Melodie spielen. Danach den Arduino in die Platine stecken und verlöten.

Der Zusammenbau

1 Körper und Sockel

Der Hase wird mit zwei M3-Schrauben am Sockel befestigt, und die beiden Taster werden im Sockel montiert. Der Batterieclip kommt auch in den Sockel. Dann alle Drähte durch das zusätzliche Loch in den Hasenkörper führen. Den Magnet in die Möhre stecken und das Oberteil mit Modellbau- oder Plastik-Kleber befestigen.

2 Magnetkontakt und LED

Der Reedkontakt ist mit 2-Komponenten-Kleber im Bauch so befestigt, dass er schaltet, wenn die Möhre in der Pfote steckt. Die Leuchtdioden können jetzt in die vorgesehenen Löcher eingesteckt werden. Nicht vergessen, die zwei M3-Gewinde im Kopf des Hasen zu schneiden. Den Lautsprecher habe ich nach der Montage der LED mit Doppelklebeband amBauchnabel befestigt.

3 Der zweite Test

Ist der Hase einmal eingeschaltet, dreht der Servo in die richtige Stellung. Nun testen, ob die Leuchtdioden bei Druck auf Taster 1 der Reihe nach leuchten. Bei Betätigung von Taster 2 muss der Servo sich etwas drehen und alle LED fangen an zu pulsieren. Damit ist der Test erfolgreich abgeschlossen. Der Hase kann fertig zusammengebaut werden.

4 Rücken und Ohr befestigen

Den Rücken muss man mit etwas Feingefühl an den Hasen bauen. Für die Servo-Zuleitung ist extra ein Freiraum zwischen Bauch und Kopf vorgesehen. Mit den zwei M3-Schrauben den Rücken befestigen, danach den Servo festschrauben. Das Ohr kann jetzt mit einem Servo-Horn, wie auf den Bildern zu sehen ist, befestigt werden. Es müssen die passenden Löcher ins Ohr gebohrt werden. Zu guter Letzt noch die Batterie einbauen und den Sockel verschließen. Jetzt ist es Zeit für den ersten Tee. Sie müssen aufpassen: Alle werden den Tee-Hasen lieben. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass der Hase ganz schön schnell verschwinden kann.

Die Sperrholz-Variante

Kurzinfo

Zeitaufwand:

circa 5 bis 6 Stunden (ohne Trocknungszeit für den Leim)

Kosten:

etwa 40 Euro

Programmieren:

Kenntnisse im Umgang mit der Arduino-IDE

Löten:

Bauteile direkt an Arduino-Platine einlöten

Elektronik:

Grundkenntnisse

Material

» 5 Sperrholzhasen

» Kunststoffeierbecher

» Holz-Ei

» Arduino Nano

» 1 Micro Servo WG-90MG 12,5 mm × 22,4 mm × 22,8 mm

» 2 Taster

» 9V-Batterie mit Clip

» 3 LED 3 mm, gelb

» 4 Widerstände 220 Ohm

» 2 Widerstände 10 Kiloohm

» 1 Widerstand 4,7 Kiloohm

» 1 Widerstand 100 Ohm

» Reed Kontakt mit Magnet

» Magnetwürfel 5 mm

» Piezo-Lautsprecher

» Spannungsregler 5V L78S05

» 3 Holzschrauben

» Schaltdraht, Litze

» Holzleim

» nach Belieben Lack, Dekorationsmaterial

Stolz wartet der Holzhase in seinem Garten auf den nächsten vorbeikommenden Teebeutel.

Nur etwa 10 Euro kostet das Holzgehäuse dieser Teehasen-Version.

Ohne 3D-Drucker kann man die Elektronik des Teehasen in einem preiswerten Sperrholzgehäuse unterbringen. Eine Bastelei, bei der auch Kinder gut mithelfen können. Der Holzhase wird auf einem Holztablett stehen, vor dem noch genug Platz für eine Teetasse bleibt. Rechts vom Hasen finden die beiden Taster zur Einstellung der Ziehzeit und zum Start Platz. Auf der linken Seite befindet sich der „Eischalter“. Dies ist kein Rechtschreibfehler, denn der Hase wird mit einem Ei eingeschaltet, an dessen stumpfen Ende sich ein Magnet befindet. Im Eierbecher sitzt ein Reedkontakt, der dann den Strom für den Hasen durchschaltet. Das Holzmaterial fand sich im Billigladen unter der Oster-Dekoration. Von diesem Hasen werden 5 Stück benötigt. Dazu kommt noch ein Holztablett, Eierbecher und ein Holzei. Bei der Auswahl der Taster sind Sie frei, was die Bastelkiste halt so anbietet.

1 Vorbereitung der Hasen

Von den fünf Hasen behält nur der mittlere seinen Standfuß, die anderen vier müssen sich von dem kleinen Brettchen trennen. Das geht ganz gut mit Hilfe eines Teppichmessers. Der Hase mit dem Standfuß und einer ohne bekommen einen hohlen Bauch. Dazu muss keine Fräse eingesetzt werden, eine Laubsäge und ein Bohrschleifer tun es auch. Das können sogar Kinder. Die Schnittkanten müssen auch nicht sonderlich sauber sein, da alle im Inneren des Hasenbauchs verschwinden.

2 Das Batteriefach und die Arduino-Fassung

Eine weitere Hasenschicht erhält das Batteriefach (ebenfalls per Laubsäge). Außerdem werden zwei Reihen zu je 15 Löchern gebohrt. Dort werden später die Kontaktstifte des Arduino eingesteckt. Die Bohrschablone kann man mit Kohlepapier herstellen: Ein kleines Stück davon mit der Farbschicht auf das Holz legen und die Kontakte des Arduino darauf drücken. Dann die Löcher mit einem 1-mm-Bohrer bohren.

3 Den Hasenbauch zusammenkleben

Die mittleren drei Schichten werden zusammengeleimt. In der Mitte die Schicht mit dem Stützbrett, rechts davon die mit dem großen Loch, links die mit dem Batteriefach. Alles mit Klammern oder Schraubzwingen fixieren und am besten über Nacht trocken lassen. Danach erhält der Hase drei Löcher im Bauch (circa 4 mm). Dort finden später die Leuchtdioden ihren Platz.

4 Der Ei(n)schalter

Inzwischen kann man das Tee-Ei präparieren, mit dem man den Hasen einschaltet, ähnlich der Karotte in der 3D-Druckversion. Am stumpfen Ende des Eis bohrt man ein 5 mm-Loch und klebt den Magnet dort mit 2-Komponenten-Kleber fest. Die Oberfläche des Magneten soll möglichst in der selben Höhe wie die „Eierschale“ liegen. Im Fuß des Eierbechers kleben Sie den Reedkontakt ein. Die Anschlussdrähte so abbiegen, dass sie wie im Bild nach unten zeigen.

5 Der Servo-Einbau

Die Öffnung für den Servo wird mit der Laubsäge hergestellt: Dazu zunächst die Umrisse des Servos auf das Holz zeichnen. Dann in den vier Ecken des Umrisses je ein kleines Loch (2 mm) bohren. Nun das Laubsägeblatt durch eines der Löcher stecken, festschrauben und das Viereck entlang den Linien aussägen. Die Eckbohrungen erleichtern das Drehen der Laubsäge. Die Öffnung im linken Hasen des Dreierpacks muss dann noch mit dem Bohrschleifer nachgefräst werden, sodass die Schraublaschen des Servos bündig mit dem Holz abschließen.

6 Servo-Öffnung im Deckel

In einen der noch nicht verleimten Hasen müssen Sie nun ein Loch für den Servokopf fräsen. Es sollte möglichst eng am Servo anliegen. Danach geht es dem Hasen an die Ohren: Sägen Sie die vier hochstehenden Ohren direkt am Kopf ab, also die am zusammengeleimten Dreierpack und das Ohr am Hasen mit der Servo-Öffnung. Dieses einzelne Ohr brauchen Sie später als Halter für den Teebeutel.

7 Den Servo einlöten

Der Dreierpack erhält nun noch einen gefrästen Schlitz für das Servokabel bis in den Bauch des Hasen. Dann setzen Sie den Servo ein. Die Widerstände R4 und R5 werden direkt am Servo eingelötet, wie im Bild zu sehen.

8 Arduino einlöten

Tabelle: Lötverbindungen für den Arduino Nano

Jetzt wird es Zeit den Arduino zu programmieren. Die Software ist im Prinzip die selbe wie in der 3D-Version, allerdings mit umgekehrter Servo-Laufrichtung. Verwenden Sie daher das Programm „Teeodohr_Sperrholz.ino“. Ansonsten befolgen Sie den Schritt 4 der Anleitung „Bestückung der Platine“ aus dem 3D-Teil. Stecken Sie dann den Arduino in seine Sperrholzfassung mit der USB-Buchse in Richtung Hasenfuß. Daneben schrauben Sie den Spannungsregler (IC2) mit einer kleinen Holzschraube fest. Seine Anschlussbeinchen biegen Sie um 90 Grad nach oben. Löten Sie dann die Kabelverbindungen an den Arduino gemäß dem Layoutplan. Danach löten Sie noch den roten Draht des Batterieclips an Pin 1 des Spannungsreglers (IC2). Außerdem an den selben Pin etwa 15 cm Schaltlitze. An den schwarzen Draht des Clips sowie an den Pin 2 des Spannungsreglers kommt ebenfalls je ein etwa 15 cm langes Stück Schaltlitze. Diese drei Kabel sowie die beiden am Arduino angelöteten führen später zum „Eischalter“ und den Tastern auf dem Tablett.

9 Anschluss der Leuchtdioden

Die Widerstände R1 bis R3 werden in die Anschlusslitzen zu den Anoden der Leuchtdioden (langer Draht) eingelötet und am besten mit Schrumpfschlauch isoliert. Die Kathodenanschlüsse der drei Leuchtdioden löten Sie zusammen an ein Stück Litze. Die verbinden Sie mit Anschluss 2 des Spannungsreglers.

10 Das Tablett vorbereiten

Für die Anschlüsse der beiden Taster und des Eierbechers werden Löcher in das Tablett gebohrt. Die Taster selbst befestigt man mit einem kleinen Tropfen 2-Komponenten-Kleber, ebenso den Eierbecher. Danach tragen Sie Holzleim auf die Unterseite des Hasen-Standfußes auf, setzen den Hasen auf die Oberseite des Tabletts und schrauben ihn von unten mit kleinen Holzschrauben fest. Warten Sie, bis der Holzleim getrocknet ist (am besten über Nacht). Dann bohren Sie von unten in der Mitte des Hasenfußes ein 6-mm-Loch bis in seine Bauchhöhle. Stecken Sie dann die drei Kabel für die Taster und die zwei für den Einschalter durch dieses Loch und das Tablett nach unten.

11 Verkabelung der Taster

Jetzt geht es unter dem Tablett weiter. Die verwendeten Taster haben vier Lötstifte, von denen jeweils zwei miteinander verbunden sind. Messen Sie mit einem Multimeter nach, welches die jeweils nicht verbundenen Kontakte sind (die werden erst beim Drücken des Tasters verbunden). Löten Sie dann die von den Pins 10 und 11 (rechts) des Arduino kommenden Litzen an jeweils einen Taster an. Die vom 5-Volt-Anschluss kommende Litze wird mit den beiden anderen Tasterkontakten (also denen, die keine ständige Verbindung zum zuvor benutzten Kontakt haben) verlötet. Die Widerstände R6 und R7 kommen direkt an die Taster unterhalb des Tabletts, wie im Bild zu sehen.

12 Verkabelung des Einschalters

Löten Sie dann die beiden restlichen vom Hasen kommenden Kabel an die Anschlüsse des Eierbechers. Von den miteinander verbunden Widerstandsanschlüssen der Taster führen Sie ein kurzes Stück Litze zu einem der Kabel, die zum Eierbecher führen.

13 Den Hasen verschließen

Tragen Sie nun auf die Hasenseite des Dreierpacks, an der die Servoachse heraussteht, Holzleim auf. Setzen Sie den in Schritt 6 von seinem Ohr befreiten Hasen darauf und klammern Sie das Ganze, bis der Holzleim getrocknet ist. Dann nehmen Sie den noch übrigen Hasen und bohren an seinem Rand drei Löcher im Durchmesser der Holzschrauben, wie im Bild zu sehen. Außerdem erhält er ein Loch im Bauch, damit man später den Lautsprecher hören kann. Wenn der Holzleim getrocknet ist, nehmen Sie die Klammern ab, setzen die Batterie ein und schrauben den Hasendeckel auf den Körper.

14 Servohorn ans Ohr kleben

In das in Schritt 6 abgeschnittene Einzelohr bohren Sie nun an der Schnittfläche ein 4-mm-Loch. Kleben Sie dort mit 2-Komponentenkleber das Servohorn hinein. Zur Befestigung des Teebeutels schneiden Sie dem Hasen schließlich noch einen Schlitz ins Ohr, wie im Bild zu sehen.

Damit ist der Hase fertig. Legen Sie das Ei in den Eierbecher. Der Hase spielt daraufhin eine kleine Melodie und der Servomotor bewegt sich kurz. Außerdem leuchtet die linke LED. Mit dem vorderen Taster können Sie nun die Ziehzeit für den Tee wählen wie beim 3D-Hasen beschrieben. Ein Druck auf den anderen Taster startet den Hasen. Sie können ihnen nach Belieben lackieren oder dekorieren. —hgb