Allgemein

Zur Orientierung in der Werkstatt und im Verein allgemein befinden sich in jedem größeren Bereich werkstatttaugliche Touch-Monitore (Räume 1, 2, 3, 5, 7 - siehe Werkstätten und Ansprechpartner). Wir nutzen das Modell FT156TMBCAPOB von Faytech. Diese sind für Multitouch-Input geeignet und außerdem staub- sowie spritzwassergeschützt. An jedem Monitor befindet sich jeweils ein Raspberry Pi 4 Model B mit PoE-Stromversorgung, da wir PoE-LAN ausbauen und so auf extra Netzteile verzichten können. Auf den Monitoren sollen wichtige Dinge angezeigt werden können, die für Mitglieder relevant sind, sowie allgemeine Infos, die auch Besuchern der offenen Werkstatt angezeigt werden (Bsucherleitsystem). Das sind zum Beispiel aktuelle Veranstaltungen im Verein, ein Newsfeed unserer Blogs und sonstige Neuigkeiten aus der Werkstatt, wie neu hinzugekommenes Equipment oder der Stromverbrauch im Rückblick. Für diese Zwecke wurden mehrere Grafana Dashboards entwickelt und den Mitgliedern zur Verfügung gestellt. Die Raspberry Pi's sind so eingerichtet, dass sie beim Hochfahren automatisch einen Browser und die entsprechenden URLs öffnen. Auf diese Weise ist ein schnelles Zurechtfinden möglich und Mitglieder bzw. NutzerInnen können up to date bleiben.

Raspberry Pi 4 Model B als Werkstattmonitor-Leitsteuerung

Das zentrale Grafana Dashboard als Startseite

Inventar-Plattform als Schnellzugriff. Siehe auch Inventar und Handbücher

Hardware-Konzept

Für die verwendeten Monitore wurden keine fertigen Wandhalterungen gekauft. Diese wurden stattdessen selbst als integrale Komplettgehäuse aus Sperrholzplatten und 3D-gedruckten Winkeln konzipziert. Dieses Konzept wird nachfolgend vorgestellt und dokumentiert.

Ein Werkstattmonitor in der Holzwerkstatt

Gedanken

  • Solide Kapselung aller Komponenten (Monitor, Raspberry Pi mit PoE Hat und Gehäuse, HDMI-Kabel (Audio + Video), USB-Kabel vom Touch Device Input)
  • Gehäuseinneres selbst ist nicht 100%ig staubgeschützt, jedoch die wichtigsten Komponenten selbst schon
  • Kabelage (Ständiges An- und Abklemmen der KAbel an Raspberry Pi und Monitor soll nach Möglichkeit vermieden werden)
    • Das Monitor-Netzteil befindet sich außerhalb vom selbst hergestellten Gehäuse. Das Netzteil bleibt dauerhaft am Display angeschlossen
    • Ein Ethernet-Kabel bleibt dauerhaft mit dem Werkstattmonitor verbunden. Die Monitore werden in die Nähe der PoE Ethernet-Dosen installiert.
  • Es gibt Aussparung zum Bedienen des An-/Aus-Knopfes und Hell/Dunkel, nicht jedoch der oberen beiden Buttons (Quellenauswahl / Scan), da diese die Grundkonfiguration des Displays unnötig verstellbar machen.
  • Die Halterung ist so aufgebaut, dass sie einfach an der Wand festgeschraubt werden kann (3D-gedruckte Scharniere mit definierten Abmessungen). Das Gehäuse erlaubt zusammen mit den Wandwinkeln und dem Monitorhebel mehrere angenehme Positionen, wobei der geringste Winkel ca. -5° beträgt, der maximale ca. 55°
  • Das Display ist rückseitig verschraubt und ebenbündig mit der vordersten Platte.
  • das Display wird so an die Wand befestigt, dass die hintere Verstellung zur Anpassung des Winkels genutzt werden kann.
  • Die Wandhalterung besteht aus mehreren Sperrholzplatten (10 Stück) die nicht verleimt, sondern verschraubt wurden. Dadurch ist ein nachträgliches Anpassen der einzelnen Bauteilschichten einfacher. Insbesondere wenn eine der unten genannten Modifikationen eingebracht werden soll (z.B. externe USB-Zugang, extra Sensoren, etc.)

Unsere Werkstattmonitorgehäuse wurden mit InkScape angefertigt. Das 3D-Modell der Monitore findet sich in der vom Hersteller bereitgestellten 3D PDF Datei.

Source Files

flc-werkstattmonitore @ Gitea

Benötigtes Werkzeug

  • Bandschleifer (zum Schleifen der zusammengeschraubten Platten, die das Gehäuse ergeben)
  • Senker mit Begrenzung (zum individuellen Senken der Scharnierteile, falls Senkschrauben genutzt werden)
  • Torx Bit (Größe T10 für 3 mm Holzschrauben)
  • Akkuschrauber oder Schraubendreher mit Bit-Halterung
  • Cuttermesser
  • Lasercutter (ca. 33 Minuten reine Laserzeit)
  • Sechskantschüssel SW 2,5 mm (zur Befestigung des Monitors an der Halteplatte (Platte 3)
  • Farbroller (zum gleichmäßigen Auftragen des Klarlacks)
  • Etikettiergerät (zum Beschriften von An/Laut/Leise Knöpfen)

Stückliste

Stückliste (bebildert) anzeigen

TeilMengeBildHinweise
1Sperrholz Platte #1 (Deckplatte mit Logo)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 5:06 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz
    • Parameter Gravieren: 100% Geschwindigkeit, 50% Leistung, 25% Frequenz
2Sperrholz Platte #2 (Rahmen)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 3:16 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz
3Sperrholz Platte #3 (Aufnahme für Monitor / Halteplatte)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 3:20 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz

(warning)  Die Platte liegt dauerhaft auf den Buttons Quellenauswahl und Scan auf. Falls dies stört kann eine ca. 1 mm hohe Aussparung auf der Rückseite ausgekratzt werden

4Sperrholz Platte #4 (Zwischenplatte)4 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 3:24 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz


5Sperrholz Platte #5 (Zwischenplatte mit Haltenasen)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 3:24 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz
6Sperrholz Platte #6 (Versteifungsplatte)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 4:15 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz
  • (warning) Die Löcher in dieser Platte sind enger als die aller anderen Platten. Sowohl die Schrauben aus Platte 10, als auch die der Platten 1 bis 8 werden in dieser "zentral" verankert.
7Sperrholz Platte #7 (Bodenplatte)1 Stück

  • Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
  • Laserschneiden (Epilog Fusion Pro 32 - 60 Watt CO²)
    • Laserzeit 3:19 Minuten
    • Parameter Schneiden: 12% Geschwindigkeit, 100% Leistung, 15% Frequenz
8Raspberry Pi 4 Model B1 Stück


9Raspberry Pi 4 PoE Hat1 Stück


10Raspberry Pi 4 Gehäuse "Argon Neo"1 Stück


11Faytech Werkstattmonitor FT156TMBCAPOB1 Stück


12SD-Karte 32 GB SDHC1 Stück


13Faytech Werkstattmonitor Netzteil1 Stück
wird zum Monitor mitgeliefert
14Faytech USB-Kabel für Touch Input1 Stück
wird zum Monitor mitgeliefert
15Faytech Monitor Tischhalterung1 Stück

wird zum Monitor mitgeliefert
16Faytech Monitor Tischhalterung Befestigungsschrauben4 Stück
wird zum Monitor mitgeliefert
17HDMI Kabel1 Stück

18Ethernet Kabel RJ451 Stück

19Zylinderkopfschraube ISO 4762 A2 - M3 x 10 mm8 Stück

Fixieren das Display im Gehäuse

(warning) Warnung: keine längeren Schrauben verwenden! Dies kann das Display beschädigen

20Unterlegscheibe DIN 125 A  - 3mm16 Stück
Für die Zylinderkopfschrauben (2 Stück je Schraube) - verhindern Durchrutschen der Schraubköpfe
21Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 16 mm19 Stück
zur Befestigung der Rückplatte (Platte 10) an Platte 9 - bei Bedarf können u.U. auch längere Schrauben verwendet werden (z.b. 3 x 20 mm)
22Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 20 mm8 Stück
zur Befestigung der Scharnierteile an der Rückseite des zusammengeschraubten Gehäuses
23Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 50 mm13 Stück
für Verschraubung der Sperrholzplatten miteinander (Platten 1 bis 9)
24Scharnier (3D-Druck)2 Stück

25Zylinderschraube ISO 4762 - A2 M5 x 70 mm
1 Stück
Bolzen für 3D-gedruckte Wandhalterung (u.U. reichen Zylinderschrauben der Länge M5 x 65 mm)
26Sicherungsmutter ISO 10511 - A2 M51 Stück
Mutter für Bolzen Zylinderschraube M5 x 70
27Unterlegscheibe DIN 125 A  - 5mm2 Stück
Zwischenscheibe für M5 x 75 mm Bolzen
28Hornbach Wohnraumlasur, farblos 750 ml1 Dose
verhindert Schmutz und Eindringen von Feuchtigkeit; macht das Gehäuse abwaschbar. Lasur zum Pinseln / Auftragen mit Farbroller
29Bohrschablone1 Stück

Für die Befestigung an der Wand (DIN A3 Format)

Dokumentation der Aufbauschritte

Gehäuse Iteration 3 - Die fertige Variante

  1. vor dem Einsetzen und Verschrauben des Monitors im Gehäuse ist darauf zu achten, dass HDMI als Source (Eingang) ausgewählt ist und der Sound auf 100% Volume eingestellt wurde. Denn nach dem Einbau ist der Einstellknopf nicht mehr erreichbar, da er verdeckt ist.
  2. Vor dem Einsetzen des Displays in das Gehäuse schon alle Zylinderschrauben mit Unterlegscheiben einlegen (hilft beim besseren Einfädeln)
  3. Für das Anbringen an die Wand gibt es eine Bohrschablone ((warning) Toleranzen einplanen. Die Winkel sollten sehr genau angeschraubt werden)
  4. Für die Bedienung der hinten gelegenen Knöpfe sollte ein Etikettiergerät verwendet werden, um die Laut/Leise/Einschalt-Knopf zu beschriften

Abkleben der Monitorelektronik

Scharniere aus dem Prusa i3 MK3S - beim Slicing


Scharniere drucken - der fast fertige Druck

Ansicht der übereinandergelegten Platten

Fertig zusammengeschraubt

Nach stundenlangem Laserschneiden und Zusammenschrauben

Geschliffene Außenflächen

Beim Lasieren

Fertig lasiert

Rückseitendeckel verschraubt

Winkel aufgeschraubt

mit Kabeln und Raspberry Pi bestückt

Bohrschablone anlegen und Löcher vorbereiten

Winkelbefestigungen anschrauben

Im Betrieb

Gehäuse Iteration 2 - Besser, aber immer noch nicht so ganz passend

Acrylteile zur besseren Befestigung des Klettbands

Extra Kabelführungskanäle
und Klebeflächen aus Acryl

Mit Kabeln eingepasst und vorbereitet
für den Einsatz des Displays

Prototyp v2 vollbestückt. Sieht schon gut aus. Passt
leider immer noch nicht. Der Platz für die Kabel im
Inneren ist zu eng und das Display hält mit den
verwendeten Klettveschlüssen schlechter als erhofft.

Rückseite


Gehäuse Iteration 1 - Aller Anfang ist schwer

Der erste Entwurf unseres Werkstattmonitorprototyps hat leider nicht ganz gepasst. Selten passt ein Prototyp gleich beim ersten Mal!


Beim Zusägen des Merantisperrholzes

Jeder Millimeter zäht. 5,6 mm gemessen,
aber aus Versehen mit 6,2 mm modelliert


Ausschneiden mit dem Laser

Einzelteile

Mit Display eingesetzt sieht es schon hübsch aus.

Kabelkollisionen stören beim Einsetzen.
Außerdem ist der Raspberry Pi zu dick

Erst geleimt. Und dann festgestellt, dass Verschrauben besser wäre

Also noch extra verschraubt ...

Nach dem Schleifen

Mögliche Probleme und Nachbetrachtungen

Thermisches

Die Faytech Monitore sind für Betriebstemperaturen zwischen 10 °C und 60 °C laut Datenblatt ausgelegt. Die Kapselung in ein Holzgehäuse ist damit mit höchster Wahrscheinlichkeit völlig unproblematisch. Im Gegensatz kann es u.U. Kühlungsprobleme mit der Kombination aus Raspberry Pi 4 Model B, dem PoE Hat und den verwendeten Raspi-Gehäusen geben. Der PoE Hat hat einen 25mm Axiallüfter verbaut. Da der Lüfter nach oben zum Display zeigt erfüllt eine Ausparung im magnetischen Deckel keinen Zweck. Kleine seitliche Bohrungen (Ø5 - 8 mm) im Deckel können die Zuluft-Abluft-Thematik eventuell entschärfen.

Mechanisches

Die verwendeten Sperrholzplatten sind relativ weich und bieten keinen Schutz gegen starke mechanische Einwirkungen. Wahrscheinlich bekommen sie mit den Jahren ihren eigenen Chabby Chic Style.

Weitere Ideen zur langfristigen Ergänzung

Die Werkstattmonitore könnten noch um verschiedene Gadgets und Sensoren erweitert werden, um noch mehr nutzvolle Dinge zu verrichten.

Barcode Scanner

Durch eine USB Webcam oder eine RPi Cam und einem Python Script, welches aus permanenter Hintergrunddienst läuft, können Objekte mit Barcode aus der Werkstatt gescannt werden und analog zum 5. Scanner-Konzept zum entsprechenden Objekt in der Inventar-Instanz weiterleiten. Ein gutes Tutorial findet sich unter https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-barcode-scanner-qr-mit-kamera-selber-bauen. Ein passendes Python Codeschnipsel findet sich dort.

Medien darstellen

Eine USB-Verlängerung nach außen zu legen, um damit Geräte wie USB Sticks anzuschließen, kann bei der Werkstattnutzung praktisch sein. Nutzer könnten z.B. mitgebrachte technische Zeichnungen aufrufen und darstellen. So könnte der Monitor auch als temporäre Projekthilfe genutzt werden. Der Raspberry Pi 4 Model B ist leistungsfähig genug, um flüssig Videos von YouTube und Co. wiederzugeben. Eine weitere praktische Ergänzung könnte eine Maus-Tastatur-Kombination mit Funk-Empfänger/-Sender sein.

Durchpausen von Grafiken

Rollenhalter mit Pauspapier und Klemmleiste oben/unten anbringen könnte eine weitere Hilfe sein. Damit kann das Display als Durchpaus-Tool verwendet werden. An der Unterseite könnte ein Papierschneider angebracht werden, um das Pauspapier abzuschneiden. Da das Touch-Display auch reagiert, wenn ein Blatt Papier darauf liegt, muss die USB-Verbindung zwischenzeitlich manuell getrennt werden. Das kann mit einem Schalter passieren. Es gibt USB-Kabel mit an/aus Schalter zu kaufen. Ein kleiner Köcher an der Seite ergänzt das Display mit geeigneten Stiften.

Werkstattdaten per Sensoren / Monitoring

Ergänzen der Werkstattmonitore um Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Helligkeit kann beim Monitoring helfen. Durch die gesammelten Daten ließe sich unter anderem ablesen bzw. deuten, ob Heizungen vergessen wurden auszuschalten, ob evtl. das Licht noch brennt oder ob gelüftet werden sollte. Für die Ressourcennutzung und den sparsamen Einsatz wäre dies ein u.U. sinnvoller Versuch. Die installierten PoE Hats der neu angeschafften Raspberry's verwenden bereits I2C Header, weshalb Sensoren mit 1-Wire (Digital Pin) Anschluss besser geeignet sind. Außerdem benötigen wir Passthrough Stecker (https://www.raspberrypi.org/blog/introducing-power-over-ethernet-poe-hat)und es müsste ein Loch in die Außenhülle des Gehäuses für die Kabel der Sensoren eingefeilt werden. Mögliche Sensoren zum Nachrüsten sind:

Software-Konzept

Die Software-Konfiguration der Raspberry Pi's findet sich im Admin-Bereich unter Werkstattmonitore - Raspberry Pi 4 Nodes.

Förderungen

Die Anschaffung der Werkstattmonitore und Raspberry Pi's inklusive Netzwerksystem wurden gefördert von der Beauftragen der Bundesregierung für Kultur und Medien und dem Bundesverband Soziokultur im Rahmen der Initiative NEUSTART KULTUR

www.kulturstaatsministerin.de

Die Erarbeitung der Werkstattmonitor-Befestigung (Lasercut Gehäuse und 3D-Druck Winkel) als technologisches Schaubeispiel und deren Dokumentation über Entwicklung, Bau und Installation wird mitfinanziert mit Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts im Rahmen der Initiative Fachkräfteallianz.



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