7. Werkstattmonitor-Konzept

Allgemein

Zur Orientierung in der Werkstatt und im Verein allgemein befinden sich in jedem größeren Bereich werkstatttaugliche Touch-Monitore. 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

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.)
• Anschlüsse extern
  • Stromversorgung Raspberry Pi via USB-C Netzteil oder PoE → die Raspis sollten permanent an bleiben
  • Monitor separat mit Strom versorgt via Kaltgerätestecker → Monitor sollte ggf. manuell via Rückseite ausgeschalten werden und/oder per Schaltsteckdose ggf. zu bestimmten Uhrzeiten automatisch an-/abgeschalten werden
• Wartung des Monitorsystems: Falls man an die Hardware gelangen möchte, so muss die Rückseite abgeschraubt werden. Dazu müssen alle Schrauben gelockert werden (auch die von den 3D-gedruckten Halterungen)

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

Source Files

Siehe https://gitea.fablabchemnitz.de/vmario/flc-werkstattmonitore/src/branch/master/README.md

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

Nr	Teil	Menge	Bild	Hinweise
1	Sperrholz Platte #1 (Deckplatte mit Logo)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
2	Sperrholz Platte #2 (Rahmen)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
3	Sperrholz Platte #3 (Aufnahme für Monitor / Halteplatte)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm Die Platte liegt dauerhaft auf den Buttons Quellenauswahl und Scan des Monitors auf. Falls dies stört kann eine ca. 1 mm hohe Aussparung auf der Rückseite ausgekratzt werden
4	Sperrholz Platte #4 (Zwischenplatte)	4 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
5	Sperrholz Platte #5 (Zwischenplatte mit Haltenasen)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
6	Sperrholz Platte #6 (Versteifungsplatte)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm 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.
7	Sperrholz Platte #7 (Bodenplatte)	1 Stück		Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm
8	Raspberry Pi 4 Model B	1 Stück
9	Raspberry Pi 4 PoE Hat	1 Stück
10	Raspberry Pi 4 Gehäuse "Argon Neo"	1 Stück
11	Faytech Werkstattmonitor FT156TMBCAPOB	1 Stück
12	SD-Karte 32 GB SDHC	1 Stück
13	Faytech Werkstattmonitor Netzteil	1 Stück
14	Faytech USB-Kabel für Touch Input	1 Stück		wird zum Monitor mitgeliefert
15	Faytech Monitor Tischhalterung	1 Stück		wird zum Monitor mitgeliefert
16	Faytech Monitor Tischhalterung Befestigungsschrauben	4 Stück		wird zum Monitor mitgeliefert
17	HDMI Kabel	1 Stück
18	Ethernet Kabel RJ45	1 Stück
19	Zylinderkopfschraube ISO 4762 A2 - M3 x 10 mm	8 Stück		Fixieren das Display im Gehäuse   Warnung: keine längeren Schrauben verwenden! Dies kann das Display beschädigen
20	Unterlegscheibe DIN 125 A  - 3mm	16 Stück		Für die Zylinderkopfschrauben (2 Stück je Schraube) - verhindern Durchrutschen der Schraubköpfe
21	Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 16 mm	19 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)
22	Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 20 mm	8 Stück		zur Befestigung der Scharnierteile an der Rückseite des zusammengeschraubten Gehäuses
23	Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 50 mm	13 Stück		für Verschraubung der Sperrholzplatten miteinander (Platten 1 bis 9)
24	Scharnier (3D-Druck)	2 Stück
25	Zylinderschraube ISO 4762 - A2 M5 x 70 mm	1 Stück		Bolzen für 3D-gedruckte Wandhalterung (u.U. reichen Zylinderschrauben der Länge M5 x 65 mm)
26	Sicherungsmutter ISO 10511 - A2 M5	1 Stück		Mutter für Bolzen Zylinderschraube M5 x 70
27	Unterlegscheibe DIN 125 A  - 5mm	2 Stück		Zwischenscheibe für M5 x 75 mm Bolzen
28	Hornbach Wohnraumlasur, farblos 750 ml	1 Dose		verhindert Schmutz und Eindringen von Feuchtigkeit; macht das Gehäuse abwaschbar. Lasur zum Pinseln / Auftragen mit Farbroller
29	Bohrschablone	1 Stück		Für die Befestigung an der Wand (DIN A3 Format)

Dokumentation der Aufbauschritte

Gehäuse Iteration 1 - Aller Anfang ist schwer (gescheitert)

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

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

 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 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. Die Standardsettings normalerweise (100% Audiolautstärke):
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

   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

Zugentlastung eingebaut

Bohrschablone anlegen und Löcher vorbereiten

Winkelbefestigungen anschrauben

Im Betrieb

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:

• https://eckstein-shop.de/DHT22-AM2302-Digital-Temperatur-Feuchtigkeit-Sensor-mit-Kabel-und-47-kOhm-Widerstand (1-Wire)
• http://www.uugear.com/portfolio/using-light-sensor-module-with-raspberry-pi (1-Wire mit 1x analog und/oder digital)

Software-Konzept

Die Software-Konfiguration der Raspberry Pi's findet sich im Admin-Bereich unter Werkstattmonitore mit Raspberry OS (überholt).

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 im Jahr 2020.

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.