Eine weitere Komponente im Innenraum des Oberkastens sind die zwei identischen Kugellagerhalterungen. Bei diesen Halterungen handelt es sich um sehr kleine Holzschachteln, in denen die Kugellager hineinkommen.

Die Halterungen sind aus einem Boden und vier Seitenwänden zusammengesetzt. In Abb.1 sieht man die Bodenplatte der Kugellagerhalterung. Die vier ausgeschnittenen Quadrate an jeder Seite dienen als Steckverbindung für die vier Seitenwände. Die Kreisbohrung in der Mitte dient für die Säule. In der Halterung befindet sich ein Kugellager. Ein Teil der Säule verläuft durch die Bohrung und wird mit dem Kugellager verbunden.

Bei dem Kugellager handelt es sich um ein 608 ZZ Kugellager. In Abb.2 ist das Kugellager mit den entsprechenden Maßen zu sehen.

Die Abb.3 und Abb.4 zeigen die beiden Seitenwände der Kugellagerhalterung. Von diesen beiden Seitenwänden sind jeweils zwei pro Halterung verbaut. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Seitenwänden ist, dass die Seitenwand in Abb.4 um 8 mm länger ist als die Seitenwand in Abb.3. Jede Seitenwand hat zwei rechteckige Pins. Der untere Pin wird an den Boden der Kugellagerhalterung angebracht. Die andere an die Decke des Oberkastens. In der Abb.5 sind nochmal die Maße der Halterung zu sehen.

Die Abb.6 zeigt die Kugellagerhalterung als zusammengebaute Komponente. In Abb.7 sieht man die Kugellagerhalterung im Innenraum des Oberkastens verbaut.

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¹ LIUJZZJ/Amazon “JZZJ 608 ZZ Skateboard Kugellager” 10.2019 61-5Q68ZyyL._SL1024_.jpg (1024×1024) (media-amazon.com)

Eine Komponente im Innenraum des Oberkastens ist die Schräge. Sie ist an der Bodenplatte und an der Vorderseitenplatte befestigt. Das bedeutet sie liegt direkt unter der Öffnung und den Türplatten.

In Abb.1 sieht man die Schräge im Innenraum des Oberkastens liegen. Bei der Schräge handelt es sich um einen prismaförmigen Körper. Die Schräge dient dazu, dass die in den Briefkasten hineingelegten Pakete etwas sanfter in den Innenraum des Oberkastens hineingleiten.

Die Abb.2 zeigt die Skizzenzeichnung der Schräge. In den drei Skizzen auf der linken Seite in der Abb.2 ist eine Aussparung zu sehen. Sie ist 60 mm lang, 40 mm breit und ragt 10 mm in die Schräge hinein. In dieser Aussparung ist der Abstandssensor befestigt und dient als Detektor, wenn ein Paket in dem smarten Briefkasten hineingelegt wurde. Es wird ein anderer Abstand gemessen und signalisiert, dass sich ein Paket in dem Briefkasten befindet.

In der Skizzenzeichnung entnimmt man ebenso, dass die Schräge an der Bodenfläche zwei quadratische Pins hat. Diese dienen als Befestigungs- und Positionshilfe beim Befestigen der Schräge. In dem Blogeintrag „Modellierung Teil 2: Der Oberkasten“ wurde die Bodenplatte des Oberkastens beschrieben. In der Mitte der Bodenplatte des Oberkastens befindet sich eine große rechteckig ausgeschnittene Form. Auf dieser Form ist nun die Schräge befestigt. Die Pins der Schräge ragen dabei in die Bodenplatte hinein. Dies lässt sich nochmal in Abb.3 beobachten.

In den Abb.4 und Abb.5 sind nochmal zwei Winkelperspektiven der Schräge abgebildet.

Zum Öffnen und Schließen des smarten Briefkastens werden Türen verwendet. Diese bestehen aus zwei gleichgroßen Plexiglasplatten. In Abb.1 ist eine Skizzenzeichnung der Türen zu sehen.

Die Türen sind jeweils den beiden Säulen befestigt. Sie sind so bemaßt, dass trotz Abweichungen, die Türen immer noch in die Öffnung der Vorderseite des Oberkastens passen. Die Säulen sind an Gleichstrommotoren befestigt. Sobald sich die Pins der Motoren drehen, drehen sich ebenso die Säulen. Somit bewegen sich Türen sich ebenso. Bei dynamischen Teilen kann es durch aus zu Toleranzen kommen. Die Türen wurden daher um 3 mm kleiner als die Höhe der Öffnung konstruiert. Zudem ist ebenso ein genügend großer Abstand zwischen den beiden Türen, damit sie in jedem Fall durch die Öffnung hindurch passieren können.

Der Oberkasten ist aus sechs Platten zusammengesetzt. Im Inneren des Oberkastens sind folgende Komponenten enthalten:

• Zwei Türplatten aus Plexiglas
• Eine Schräge, die sich unterhalb der Türen befindet
• Zwei Säulen, an denen die Türplatten befestigt sind
• Zwei Halterungen für die Kugellager

Als Grundlage für die Modellierung des Oberkastens wurde die von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellte Vorlage „Kiste_ohne_Trennelement v3″¹ verwendet. Dadurch musste der Kasten nicht von Grund auf neu konstruiert werden.

In Abb.1 sieht man den von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellten Kasten. Der Kasten ist parametrisiert. Das bedeutet man kann über die Funktion „Parameter ändern“ die Maße des Kastens ändern. Dazu gehört die Länge, Breite, Höhe und die Materialdicke.

In Abb.2 sind die Maße für den Oberkasten zu sehen. Für die Erstellung des smarten Briefkastens sind Bastel-Sperrholz Pappel Platten vorgesehen. Diese Platten sind 420 mm lang, 297 mm breit und haben eine Materialdicke von 4 mm. Die Platten für die Kästen fertigt man in dem von Anatolij zur Verfügung gestellten Lasercutter. Um eventuelle Probleme vorzubeugen, beträgt die Höhe des Oberkastens 350 mm, die Länge 294 mm, die Breite 290 mm und die Materialdicke 4 mm.

Der Kasten in der Vorlage besteht aus vier Seitenwänden, einem Boden und einem Deckel (siehe Abb.1). In diesem Projekt ist der Kasten um 90 Grad um die Y-Achse gedreht. Somit entspricht der Deckel nun der Rückwand des Oberkastens. Der Boden in der Vorlage ist nun die Vorderseite, an der sich die Türen zum Öffnen befinden. Der Grund dafür wird später erläutert.

In Abb.3 ist nun der vorhergesehene Oberkasten aus der hinteren Perspektive zu sehen. Dabei handelt sich um den groben Aufbau des Oberkastens.

Der Boden des Oberkastens

In Abb.4 ist eine Skizzenzeichnung der Bodenseite des Oberkastens zu sehen. In der Skizze sind zwei Kreise und eine rechteckige Form abgebildet. Bei diesen Formen handelt es sich um Bohrungen und Aussparungen.

Die Kreise sind Bohrungen für die Motorpins. Die Motorpins ragen aus dem Unterkasten in den Oberkasten hinein. Die Motorpins haben einen Durchmesser von 6 mm. Die Bohrungen für die Motorpins haben einen Durchmesser von 6,5 mm, damit sich die Motorpins einwandfrei bewegen können. Die rechteckige Aussparung besteht aus einem großen Rechteck und zwei kleinen Quadraten. Das große Rechteck hat eine Länge von 50 mm und eine Breite von 40 mm. Die kleinen Quadrate haben eine Kantenlänge von 5 mm. Die kleinen Quadrate dienen als Befestigungs- und Positionshilfe für die Schräge. Das große Rechteck dient hauptsächlich zum Kabeldurchlauf vom Mikrocontroller im Unterkasten zum Abstandssensor in den Oberkasten. Durch die große Aussparung kann man gegebenenfalls Feinjustierungen bei dem Abstandssensor vornehmen. Weitere Details werden im dem nächsten Blogeintrag „Modellierung Teil 4: Die Schräge“ beschrieben.

In den Abb.5 und Abb.6 sieht man die Skizzen nochmal in dem Programm Fusion 360.

Die Vorderseite des Oberkastens

Die Abb.7 zeigt die Skizzenzeichnung der vorderen Seite des Oberkastens. An der vorderen Seite des Oberkastens befindet sich die Öffnung zum Hineinlegen von Paketen. Zudem sind dort die Türen verbaut, die sich nach außen hin öffnen und wieder schließen können. Das große Rechteck auf der vorderen Seite in Abb.7 stellt die Öffnung dar. Sie ist 20 mm von der oberen Kante, 75 mm von der unteren Kante sowie 33 mm von den Seitenkanten der vorderen Seite entfernt. Die Öffnung ist so groß, dass man ein kleines Paket hineinlegen kann.

Die Decke des Oberkastens

Die Abb.8 zeigt die Skizzenzeichnung der Decke des Oberkastens. Im Inneren des Oberkastens sind die zwei Kugellagerhalterungen an der Decke befestigt. Die Kugellagerhalterungen haben jeweils vier rechteckige Pins. Diese steckt man in die Deckenplatte hinein. An dem unteren Rand der Skizzenzeichnung sind jeweils vier kleine Rechtecke eingezeichnet. Sie sind 4 mm breit und ca. 7,67 mm lang und stellen die Steckverbindung für die Kugellagerhalterung dar.

Die linke und rechte Seitenwand

In Abb.9 sieht man die Skizzenzeichnung der rechten Seitenwand von der Vorderseite des Oberkastens. Die mit der Vorderseite verbunden Seitenwände sind identisch. Bis auf die veränderten Maße und der Drehung des Kastens, sind die Seitenwände unverändert zur Vorlage. Die beiden Seitenwände sind 290 mm breit und habe eine Höhe von 350 mm. In Abb.9 sieht man, dass die Rückwand an den Seitenwänden des Oberkastens anliegen. Daher beträgt die gesamte Länge des Oberkastens aus der Seitenperspektive 294 mm.

Die Rückwand des Oberkastens

Wie oben bereits beschrieben, ist der Deckel der Vorlage nun die Rückwand der Oberkastens. Der Grund dafür ist, dass man beim Zusammenbauen im Nachhinein die Rückwand als Letztes befestigt wird. Das bedeutet, dass zuerst alle anderen Platten zusammengeklebt werden. Dadurch, dass die Rückwand noch nicht befestigt wurde, kann man an allen Komponenten innerhalb des Oberkastens gegebenenfalls einige Einstellungen oder Optimierungen durchführen. Die Rückwand wird zum Schluss an den Oberkasten gesteckt.

In Abb.10 ist die Skizzenzeichnung der Rückwand zu sehen. In der Mitte der Rückwand befindet sich ein Quadrat. Die Kantenlänge beträgt 4 mm. Dieses Quadrat ist eine Aussparung.

Die Abb.11 zeigt einen Holzklotz. Dieser Holzklotz dient als Pin, der in die Aussparung gesteckt wird. Dieser hat eine Länge von 8 mm und eine Breite und Höhe von 4 mm. Die Rückwand besteht aus zwei 4 mm dicken Platten. Die Platten sind unterschiedlich groß. Die größere Platte hat eine Länge von 350 mm und eine Breite von 290 mm (siehe Abb.10). Die kleinere Platte ist 342 mm lang und 282 mm breit. Auch die kleinere Platte hat dieselbe quadratische Aussparung in der Mitte. Diese zwei Platten sind aneinandergeklebt.

Die Abb.12 zeigt eine Schnittanalyse des Oberkastens. Während die große Platte auf den Seitenwänden des Oberkastens liegt, ragt die kleinere Platte in den Kasten hinein. Beim Kleben der beiden Holzplatten dienen der Holzpin und die entsprechenden Aussparungen als Hilfestellung. Dazu legt man die Platten so übereinander, dass die Bohrungen genau aufeinander liegen. Dann klebt man die Platten und den Holzpin miteinander fest.

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¹ Anatolij Fandrich „Kiste_ohne_Trennelement v3″ 08.03.2021 https://elearning.uni-oldenburg.de/sendfile.php?force_download=1&type=0&file_id=3cdb57f49911778f3989a16d86a66804&file_name=Kiste_ohne_Trennelement+v3.f3d

Für die Modellierung sind Andreas Mohr und Artur Scheling zuständig. Das Modell des smarten Briefkastens unterteilt sich in zwei grobe Bereiche: Der Ober- und der Unterkasten. Andreas Mohr ist für die Modellierung des unteren Kastens verantwortlich. Artur Scheling für den Oberen.

Für die Modellierung des smarten Briefkastens wurde das 3D-Programm Fusion 360 von Autodesk verwendet. In Fusion 360 kann für jedes Projekt ein Team erstellen. Andreas Mohr hat ein Team erstellt und hat Artur Scheling als Mitglied des Teams hinzugefügt. Der Vorteil resultiert daraus, dass man gemeinsam an den 3D-Modellen arbeiten kann.

Für die Modellierung des smarten Briefkastens wurden folgende Werkzeuge und Funktionen in Fusion 360 verwendet:

Eine Skizze erstellen.

Bei der Modellierung von Objekten fängt man generell mit einer Skizze an.

Um eine Skizze erstellen zu können, geht man in Fusion 360 oben unter den Reiter „Volumenkörper“.
In Abb.1 sieht man einen Ausschnitt des Reiters. Dort befindet sich ganz links ein Quadratisches Symbol mit einem grünen Plus. Sobald man auf dieses Symbol klickt, wählt man eine Fläche oder Ebene aus. Dann gelangt man unter den Reiter „Skizze“ und ist somit im „Skizzen-Modus“.

Ein Punkt zeichnen.

Sobald man in dem „Skizzen-Modus“ ist, hat man verschiedene Möglichkeiten eine Skizze zu erstellen. Bevor man die eigentliche Form skizziert, sind gewisse Anhaltspunkte sehr hilfreich. Zum Skizzieren von Punkten geht man, wie in Abb.2 zu sehen, unter dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ auf die Funktion „Punkt“. Nun kann man Punkte in die Skizze hineinbringen.

Kreis und Rechteck über einen Mittelpunkt skizzieren.

Wie bereits erwähnt sind Punkte eine gute Hilfe, um die Formen entsprechen zu positionieren oder eventuell auch zu bemaßen. Unter demselben Dropdownmenü „ERSTELLEN“ findet man unter dem Punkt „Rechteck“ die Funktion „Mittelpunkt, Rechteck“ (siehe Abb.3). Unter dem Punkt „Kreis“ oder direkt unter dem Reiter „Skizze“ findet man die Funktion „Mittelpunkt, Durchmesser, Kreis“ (siehe Abb.4). Mithilfe eines Punktes kann man mit den beiden Funktionen ein Rechteck oder Kreis aus der Mitte herauszeichnen.

Rechteck mit zwei Punkten.

Man kann ein Rechteck auch über die Funktion „Rechteck mit zwei Punkten“ erstellen. Die Funktion ist unter demselben Punkt wie „Rechteck, Mittelpunkt“ oder als zweite Funktion von rechts unter dem Reiter „Skizze“ zu finden (siehe Abb.5). Man wählt nun diese Funktion aus und klickt in der Skizze auf eine entsprechende Stelle. Nun kann man die Maus in eine Richtung bewegen und es bildet sich ein größenfrei bewegendes Rechteck. Durch einen weiteren Mausklick hat man dann eine Rechteck eingezeichnet. In Abb.6 kann man die Funktion noch mal in Aktion sehen.

Linie erstellen.

Die Funktion „Linie“ ist gut geeignet, falls man gewisse Formen manuell selber zeichnen möchte oder extra Konstruktionslinien benötigt. Zu finden ist sie unter dem Reiter „Skizze“ ganz links oder in dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ unter dem Punkt „Linie“ (siehe Abb.7).

Skizzenbemaßungen

Man hat nun eine Form eingezeichnet. Als nächstes folgt die Bemaßung. In dem Reiter „Skizze“ unter dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ findet man ganz unten die Funktion „Skizzenbemaßungen“. Bei dieser Funktion wählt man jeweils eine Kante der Form aus. Die Maßeinheiten sind in den Standarteinstellungen auf Millimeter eingestellt. Es lassen sich nicht nur Kanten, sondern auch Abstände zwischen Kanten und Punkten bemaßen. In der Abb.8 sieht man beispielhaft wie eine Kante eines Rechtecks bemaßt wird.

Extrusion

Man hat nun eine Skizze erstellt und bemaßt und möchte einen Körper erstellen. Dies lässt mithilfe der Funktion „Extrusion“ realisieren. Sowie die Abb.9 zeigt, befindet sich die Funktion rechts neben der Funktion „Skizze erstellen“. Man wählt zuerst die Fläche aus, die man extrudieren möchte. Dann klickt man auf die Funktion „Extrusion“.

In Abb.10 sieht man die Funktion nochmal in Aktion. Rechts in Abb.10 ist ein Fenster zu sehen. Dort sind Einstellungen bezüglich der Extrusion vorhanden, die man gegebenenfalls verändern kann.

Objekte ausrichten, verschieben und kopieren.

In Fusion 360 kann man Baugruppen und einzelne Komponenten beliebig drehen, verschieben und kopieren.

In dem Reiter „Volumenkörper“ findet man unter dem Dropdownmenü „ÄNDERN“ die Funktion „Verschieben/Kopieren“. Alternativ kann man auf der Computer Tastatur den Buchstaben „m“ als Shortcut drücken. Man wählt dann die Komponente aus, die man verschieben, drehen oder kopieren möchte. Die Abb.11 ist ein Beispiel wie man eine Komponente kopiert. Wichtig ist dabei, dass ein Haken bei dem Punkt „Kopie erstellen“ in dem Fenster gesetzt ist. In der Abb.11 ist dies rechts mit einer roten Markierung zu sehen. Ebenso sieht man, dass sich die Komponente auch verschieben und drehen lässt. Dies kann man entweder über die Pfeile (blauer Pfeil in Abb.11) oder über den entsprechenden Punkten in dem Fenster tun (rechts in der Abb.11).

Ebenso so nützlich ist die Funktion „Ausrichten“. Sie befindet sich direkt unter dem Punkt „Verschieben/Kopieren“ in demselben Dropdownmenü. Die Funktion dient dazu, Komponenten an andere Komponenten auszurichten. Dazu wählt man zuerst die Fläche oder Kante der auszurichtenden Komponente. Dann wählt man die Fläche oder Kante der Komponente, nach der sich die auszurichtende Komponente richten soll. Anschließend klickt man auf den „OK“-Knopf des Fensters ganz rechts (siehe Abb.12). Es kann durch aus sein, dass sich die Komponente nicht direkt so anordnet, wie man es gerne hätte. Daher muss man die Funktion mehrmals hintereinander ausführen. Die Abb.12 zeigt die Funktion noch einmal in Aktion.

Parameter ändern.

Wenn man die Konstruktionen parametrisiert hat, kann man im Nachhinein die Parameter verändern. Man hat beispielsweise ein Rechteck gezeichnet und möchte im Nachhinein die Bemaßungen nochmal ändern. So kann man dies im Reiter „Volumenkörper“ unter dem Dropdownmenü „ÄNDERN“ tun (siehe Abb.13).

In dem Dropdownmenü findet man als vorletzten Punkt „Parameter ändern“. Nach dem Klicken auf diesen Punkt öffnet sich ein Fenster. Dort sind alle Parameter in den entsprechenden Untermenüs zu finden.