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Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

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Sevi
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Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 26.01.2019 - 17:55

Hallo Zusammen

Als Maturaarbeit habe ich in den letzten Monaten eine Schneilanze für den Garten entwickelt. Nach Weihnachten war die Abgabe der schriftlichen Arbeit, Heute war die Präsentation der Arbeit. Aus diesem Grund stelle ich euch mein Projekt bzw. die fertige Lanze nun auch hier vor.

Das Ziel der Arbeit war es grundsätzlich eine Schneilanze zu entwickeln, mit welcher ich bis zu 1m3 Schnee/h produzieren kann. Dabei war es für mich wichtig, das ich keinen Hochdruckreiniger für den Betrieb benötige und der normale Wasserdruck der Gartenleitung ausreicht (bei mir sind das ca. 8bar). Zusätzlich einen handelsüblichen Druckluftkompressor mit max. 8bar.
Weil ich im Flachland wohne, sollte sie natürlich auch bei möglichst warmen Temperaturen schneien können. Als Ziel habe ich mir -1.5°C FK gesetzt, erreicht habe ich, das ich ab -2 bis -2.5°C FK beschneien kann.

Nun ein paar Dinge zur Schneilanze:

Der Düsenkopf besteht aus 2x6 Wasserdüsen. Die obersten 3 und die untersten 3 sind miteinander geschaltet ("Düsenkranz 1") und die mittleren 6 sind miteinander geschaltet ("Düsenkranz 2"). Ich habe zwei "Düsenkränze", weil so kann ich bei etwas wärmeren Temperaturen mit schneien beginnen, wie wenn alle 12 Düsen zugeschaltet sind. Die Nukleatordüse ist etwas unterhalb der Wasserdüsen angebracht.
Die Schneileistung beträgt auf halber Leistung ca. 0.5m3/h und auf voller Leistung ca. 1m3/h.

Der Düsenkopf ist auf einem 3m langen Rohr installiert. Dieses ist wiederum mit einem 3-Bein verbunden und dies so, das eine Höhenverstellung jederzeit möglich ist (und auch eine Demontage für die Einlagerung im Sommer). Hierfür sind sämtliche Stromkabel zwischen Lanzenrohr und 3-Bein mit Steckverbindern versehen, um diese einfach trennen zu können.

Am 3-Bein ist zudem der Steuerungskasten angebracht. Ein Arduino Mega bildet hierbei das Herzstück meiner Steuerung. Auf einem LCD-Display werden mir hierbei die aktuellen Wetterdaten angezeigt. Kippaschalter sind installiert, um die Lanze vor Ort steuern zu können. Steuerbar ist das Heizkabel (von Düsen bis zum Wasserhan des Gartens) sowie der Scheinwerfer. Weiter ist alles soweit vorbereitet, das ich die Ventile ebenfalls per Kipschalter steuern kann. Ich muss nur noch Motoren installieren und diese mit den Ventilen der Lanze verbinden. Dies hat dann auch den positiven Effekt, das ich die Lanze automatisiert betreiben werden kann.
Weiter befindet sich ein Raspberry Pi im Steuerungskasten. Dieser kommuniziert mit dem Arduino Mega. So kann ich die Wetterdaten am PC abfragen, sowie die Lanze auch vom PC aus steuern. Wenn die Motoren installiert sind, werde ich so auch von unterwegs die Lanze in Betrieb nehmen können, bzw. abschalten können.

Um sich ein besseres Bild der Lanze machen zu können, habe ich hier noch das Video, welches ich auch an der Präsentation gezeigt habe:
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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Leonkopsch123 » 26.01.2019 - 18:49

Sieht sehr professionell aus. Respekt dafür.

Man erkennt allerdings in deinem Video, dass durch fehlen eines Hochdruckreinigers und dementsprechend fehlen der entsprechenden Wasserdrücke der Schnee nicht sehr weit fliegt, und sich somit die Schneekristalle nicht lang genug in der Luft bilden können.
Warum wolltest du unbedingt auf einen Hochdruckreiniger verzichten? Ich sehe ihn als einen wichtigen Baustein um guten, trockenen, brauchbaren und Mengenmäßig guten Schnee zu erzeugen. Ich glaube ohne Hilfe eines HDR wird man schnell die Grenzen der Schneekanone und deren Schneemenge und Schnequalität erreichen.

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 26.01.2019 - 19:14

Danke fürs Kompliment!

Der Grund dafür, wieso ich auf einen Hochdruckreiniger verzichten wolle, ist folgender: Es ist einfacher ohne und man hat auch keine Probleme mit irgendwelchem Lärm der entstehen kann, was z.B. für eine Nachtbeschneiung nicht von Nachteil ist.
Natürlich hätte ein HDR aber auch Vorteile. So hätte ich nur 2 Düsen gebraucht, anstatt 12 (für die gleiche Schneemenge) und die Wurfweite wäre wie von dir gesagt grösser, was sich grundsätzlich positiv auf die Schneequalität auswirken würde. Diese hängt aber auch sehr stark davon ab, wie feine Wassertröpfchen erzeugt werden. Das Ganze habe ich natürlich durchgerechnet und dementsprechende Düsen gewählt.
Gruss, Sevi

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Marmotte » 26.01.2019 - 19:38

Sehr schöne, professionell anmutende Arbeit. Gratuliere !
Was hast du denn etwa an Materialkosten für die Gesamtanlage ?

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Ram-Brand » 26.01.2019 - 21:02

Ist das normal das es nur eine Nukleatordüse gibt und diese "Schluckauf" hat?
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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 27.01.2019 - 08:46

Marmotte hat geschrieben:
26.01.2019 - 19:38
Was hast du denn etwa an Materialkosten für die Gesamtanlage ?
Die Gesammtanlage kostete mich in etwa 1000CHF.
Ram-Brand hat geschrieben:
26.01.2019 - 21:02
Ist das normal das es nur eine Nukleatordüse gibt und diese "Schluckauf" hat?
Das ist tatsächlich nicht normal, das sie so impulsartig sprüht. Mittlerweile konnte ich dieses Problem beheben (ich musste sie nur neu ausrichten).
Bei meinen Wasser bzw. Schneemengen reicht eine Nukleatordüse völlig aus. Als Vergleich: Die tf10 von TechnoAlpin dürfte 8 Nukleatordüsen haben und deren Schneileistung ist um vielfaches höher als bei meiner.
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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Lagorce » 27.01.2019 - 14:52

Ist die Steuerung auf sowas wie Raspberry Pi basiert?


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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 27.01.2019 - 15:08

Lagorce hat geschrieben:
27.01.2019 - 14:52
Ist die Steuerung auf sowas wie Raspberry Pi basiert?
Genau. Ich verwende einen Arduino Mega und einen Raspberry Pi. Der Arduino Mega bildet das eigentliche Herzstück der Steuerung. An ihm sind alle Relais, Schalter, Sensor, usw. angeschlossen und verarbeitet auch alle Befehle/Informationen.
Der Raspberry Pi ist für die Steuerung per Weboberfläche da. Dieser ist mit einem USB-Kabel mit dem Arduino verbunden. So schickt der Arduino die Wetterdaten an den Raspberry Pi (welcher die Daten dann für mich im Internet bereitstellt), sowie übermittelt der Rasbperry Pi Befehle an den Arduino (z.B. wenn ich auf der Webseite den Button für "Scheinwerfer anschalten" drücke).
Eigentlich wollte ich auf den Rasbperry Pi verzichten und ein Wifi-Shield für den Arduino verwenden, mit dem Rasbperry Pi geht es aber deutlich einfacher.
Gruss, Sevi

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Lagorce » 27.01.2019 - 15:34

Danke für Deine Antwort.

Da kenn ich mich leider zuwenig aus. Raspberry Pi und Arduino finde ich eine geniale Ideen, die gibt's sogar in industrietauglichen Hardwareausführungen, nur habe ich keine Ahnung wie robust die Software ist. Als Vergleich: MS-DOS war damals sehr stabil und konnte ggf. gut debuggt werden. Windows ist absolut katastrophal.

Von Schneeerzeugung verstehe ich leider null und nichts. Habe mich leglich mal gewundert, ob dazu kommerziell erhältliche Düsen (z.B. http://www.jato.ch) sinnvoll sind, oder ob man da auf spezielle OEM-Entwicklungen zurückgreifen muss.

Bzgl. Hochdruckreiniger: Für die Kärcher sind Verlängerungsschläuche verfügbar, damit kann man das Gerät irgendwo anders unterbringen, jedoch unbedingt auf Wasserablauf am Boden achten (Leckage, Schlauchversagen, Entlüftung,...). Brauchbares Haushaltgerät liegt so bei 300 - 470 Liter/h IIRC.
Wie gut man solche Geräte im Dauerbetrieb halten kann, weiss ich nicht, der Motor sollte nicht überhitzen, da er wassergekühlt wird. Stundenlang kann man den schon laufen lassen, nur tagelang weiss ich nicht, ist auch nicht dafür vorgesehen, zudem sollte man dann einen Trockenlaufschutz vorsehen.

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 27.01.2019 - 15:53

Raspberry Pi und Arduino laufen äusserst stabil. Nach über einem Monat Dauerbetrieb keine Probleme.

Auf speziell entwickelte Düsen muss man für eine Schneilanze nicht zurückgreiffen. Ich habe mich für ganz normale Düsen von Spraying Systems & Co entschieden, natürlich mit ausreichend kleinen Wassertropfen bei 8bar Wasserdruck.

Meine Devise ist grundsätzlich immer, je weniger Geräte desto besser. Und vorausschauend auf den Automatikbetrieb bzw. ferngesteuerter Betrieb ist es durchaus von Vorteil keinen HDR zu verwenden, weil diesen müsste man dann ja erst noch irgendwie anschalten. Steuerungstechnisch ist es viel einfacher keinen zu verwenden.
Beim Druckluftkompressor ist das schon viel einfacher. Ventil an der Lanze für die Druckluft schliessen/öffnen und gut ist, weil er bei erreichten 8bar automatisch abschaltet.
Gruss, Sevi

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Lagorce » 27.01.2019 - 16:10

Dem stimme ich voll zu, falls Leitungsdruck ausreichend ist, ist dies viel einfacher und sicherer.

Bei Jato habe ich gesehen, dass die die Schneeerzeugung auflisten. Ist auch die bekannteste CH Firma im Düsenbereich.

Vermutlich testen Hersteller empirisch allerlei Varianten, wie gut man da was modelisieren kann, weiss ich nicht. Vernebelung ist nicht so einfach per Computer zu modelisieren. Am interessantesten sind Erfahrungen der täglichen Benutzer, Herstellerangaben sind eh nicht immer so objektiv. :)

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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Mat1dan » 29.01.2019 - 19:37

Hallo,

auf den ersten Blick schaut das sehr interessant aus! Die Idee mit dem Verzicht auf den Hochdruckreiniger ist echt genial, zumal arbeite ich auch gerade an einer Vollautomatisierten Lanze, wo wir leider das Problem mit dem Entlüften des Druckluftschlauchs haben..
Weiters würde mich noch näher interessieren wie die Kommunikation zwischen Raspberry PI und Arduino funktioniert. Mit I²C-Bus oder einfach über die GPIO Pins? Wird die Steuerung einfach per html gesteuert? Meine Lösung mit dem ESP8266 ist leider nicht so optimal....
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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Sevi » 29.01.2019 - 22:05

Die Kommunikation zwischen Arduino uns Raspberry Pi läuft per USB Kabel (welches den Arduino auch gleich mit Strom versorgt), sprich über eine Serielle Verbindung.

Codeausschnitt dafür vom Raspberry Pi:
ser = serial . Serial ('/dev/ ttyACM0 ', 9600 ) # Serielle Verbindungsdaten werden in Variable ser gespeichert , mit USB Ausgang ttyACM0 und Kanal 9600
ser . write (b'0') # Wert 0 an Arduino uebermitteln -> Druckluft ausschalten

Codeausschnitt dafür beim Arduino-Script:
Serial . begin (9600) ; // start serielle Kommunikation Kanal 9600
empfang = Serial . parseInt (); // ganzzahlige Zahl von Raspberry Pi empfangen

Grundsätzlich funktioniert die Steuerung folgendermassen:
- Eine PHP Webseite läuft auf dem Raspberry Pi. Je nach dem welchen Button man da drückt, wird ein Python Programm ausgelöst, welches eine Textdatei ändert (0 oder 1)
- Ein Python script liest die Textdateien aus und prüft diese auf mögliche änderungen. Falls Änderung vorhanden, schickt es an den Arduino eine Zahl
- Arduino Empfängt die Zahl und je nach Zahl, löst er eine entsprechende Aktion aus (z.B. Scheinwerfer anschalten)
Gruss, Sevi


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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Mat1dan » 03.02.2019 - 20:30

Dh es gibt ein Python Programm, welches die Website permanent ausliest und eines, welches die Textdateien ausliest und Seriell überträgt.
Darf ich auch fragen ob der Webserver für die Website mit einer vorgefertigten Software realisiert wurde oder völlig selbst geschrieben ist?
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Beitrag von Sevi » 03.02.2019 - 21:00

Nicht ganz. Das Python-Programm liest die Webseite nicht aus, sondern wird durch die Webseite ausgelöst. Z.B. wenn ich den Scheinwerfer anschalten möchte, drücke ich auf den entsprechenden Button auf der Webseite, welcher dann das Python-Programm zum ändern der Textdatei startet. Der Rest ist korrekt.

Auf meinem Raspberry Pi habe ich den apache Webserver installiert.
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Re: Entwicklung einer Schneilanze für den Garten - Maturaarbeit

Beitrag von Mat1dan » 08.02.2019 - 22:10

Vielen Dank für die Info!
Die Idee mit dem RaspberryPI und Apache finde ich wirklich interessant.
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