Die Arduino-Popcornmaschine

Süß, salzig oder ungewürzt – diese selbstgebaute Maschine bereitet große und kleine Portionen Popcorn frisch und ohne Öl zu.

Geschmackswunsch und Portionsgröße angeben, kurz warten und das individuelle Popcorn genießen. Auf der Maker Faire im Norden im November 2017 zeigten Studierende der Uni Flensburg mit der Popcornmaschine ein Projekt für den Technikunterricht, das sie nicht nur auf den Unterricht an Grund- und Gemeinschaftsschulen vorbereitet, sondern auch noch leckere Snacks serviert.

Popcorn frisch aus dem Automaten

Die Maschine funktioniert so: Mittels Display und Tastatur wird die gewünschte Menge und die Geschmacksrichtung (süß, salzig oder natur) des Popcorns eingegeben. Außerdem muss man eine Papierschale auf eine bestimmte Stelle der Maschine stellen. Eine Reflexlichtschranke stellt sicher, dass die Schale korrekt platziert ist und das Popcorn darin landen kann.

Der Mais wird in einer Art Trichter gelagert und mithilfe einer motorgetriebenen Lochscheibe vereinzelt. Die Maiskörner fallen einzeln auf eine Rutsche und landen schließlich im Zubereitungskorb. Eine weitere Reflexlichtschranke erfasst die Anzahl der Maiskörner. Ist die gewünschte Portionsgröße erreicht, stoppt die Lochscheibe.

Ein Heißluftfön bläst die Maiskörner nun mit ca. 200 °C heißer Luft an. Nach 30 bis 60 Sekunden platzen die Körner auf. Der Luftstrom ist nach oben gerichtet, sodass die aufgepoppten Körner aufgrund ihres größeren Volumens erfasst und durch den Kanal gepustet werden. Am Ende des Kanals zählt eine dritte Reflexlichtschranke das Popcorn, bevor es in der bereitgestellten Papierschale landet.

Ein Förderband transportiert das Schälchen zur Entnahmestelle. Dabei durchläuft es die beiden Würzstationen für Puderzucker und Pudersalz. Sie bestehen aus je einer beweglich aufgehängten Puderzuckerstreudose, die mit einem Vibrationsmotor geschüttelt wird, wenn der Inhalt herunterrieseln soll. Je nach gewünschter Geschmacksrichtung verharrt die Papierschale mit dem Popcorn für einen Augenblick unter der entsprechenden Würzstation und wird gesüßt oder gesalzen. Anschließend wird sie zum Entnahmepunkt befördert, wo der hungrige (bzw. der neugierige) Besucher sie entnehmen kann.

Aus der Uni zur Maker Faire

Ein solches, interessantes Exponat für die Maker Faire zu entwickeln und zu bauen, war der Arbeitsauftrag, den ich meinen Studierenden des Fachs "Technik" zu Beginn des Herbstsemesters 2017/2018 gab. Aus vielen Ideen wählten wir die Popcornmaschine, weil wir vermuteten, dass sie die Besucherinnen und Besucher anzieht und zur Interaktion einlädt.

Als nächstes definierten wir Entwicklungsziele, zum Beispiel "soll Popcornduft verströmen", "Zubereitungsprozess soll sichtbar sein" und "Messebesucher soll Menge und Geschmacksrichtung vorgeben können". Daneben waren weitere Rahmenbedingungen zu berücksichtigen, wie Kosten, Größe, Gewicht, die Zubereitung ohne Öl und die (elektrische) Sicherheit.

Die Studierenden teilten sich in Teams mit unterschiedlichen Aufgabenbereichen wie Vereinzelung, Würzung oder Steuerung auf. Dabei war ein regelmäßiger Abgleich unerlässlich, um globale Rahmenbedingungen (z.B. Betriebsspannung, Sensoren, Materialien) und die Übergabe von Mais, Popcorn und Daten auszuhandeln. Beispielweise wurde vereinbart, dass die Besucher*innen ihre Portionen in einer Papierschale serviert bekommen, in der üblicherweise Muffins gebacken werden.

Entwicklung mit Hindernissen

Als besondere Schwierigkeit erwies sich das Schalten des Föns mit dem Arduino, der die ganze Maschine steuert: Er arbeitet mit berührungsgefährlichen 230-V-Netzspannung, die wir aus Sicherheitsgründen nicht direkt mit einem selbst eingebauten Relais schalten dürfen. Glücklicherweise gibt es Funksteckdosen ohne Rolling Code, die man mit einem 433-MHz-Sender kontrollieren kann.

Mit sehr vielen Testreihen erforschten wir die Form des Kanals, der das Popcorn zur Papierschale befördert. Auch die optimale Einstellung von Gebläsestufe und Temperatur des Heißluftföns musste experimentell ermittelt werden. Hätten Sie gedacht, dass eine signifikante Zahl von Maiskörnern erst dann aufpoppt, wenn man aufhört, sie mit Heißluft anzublasen?

Sowohl Budget, wie auch personelle Ressourcen und Fertigungsmöglichkeiten waren begrenzt, hinzu kamen schwierige Kompromisse, Lieferschwierigkeiten bei benötigten Teilen, ein sich ständig einmischender Dozent und vor allem Zeitdruck. Die Studierenden hatten mit einigen Problemen zu kämpfen und mussten die Maschine schließlich ohne ausführlichen Produkttest zur Maker Faire mitnehmen. Allerdings merkten nur wenige Besucher des ersten Messetages, dass wir noch mit dem Quellcode des Arduinos gekämpft haben, der die ganze Maschine gesteuert hat.

Geschummelt haben wir auch an anderer Stelle: Die von uns verwendeten Reflexlichtschranken waren unter Realbedingungen nicht in der Lage, fallende Maiskörner zuverlässig zu erkennen, sodass die Größe der Portionen in Wahrheit zeitabhängig realisiert wurde, was gewisse Schwankungen bei den Portionsgrößen mit sich gebracht hat.

Wiedersehen macht Freude

Im kommenden Herbstsemester 2018/19 werde ich dieses Seminar „Projekte für den Technikunterricht“ übrigens wieder in der Abteilung für Technik und ihre Didaktik der Europa-Universität Flensburg anbieten. Die nächste Maker Faire im Norden steht für den 17. und 18. November dann auch schon fest.

(hch)