Monitor Table

Die Idee für den versenkbaren Monitor entstand mehr oder weniger
aus der Not heraus. Der PC ist ein wesentlicher Bestandteil meiner
Freizeit und findet auch im Multimediabereich immer mehr Anwen-
dung. Grundlegend ist der PC im Wohnzimmer also gar nicht so
verkehrt. Alleinlebende können hier frei entscheiden ob der PC im
Wohnzimmer untergebracht werden soll und ob der Porsche am
besten auch gleich im Wohnzimmer geparkt werden soll.
Fensterbänke und Regale werden praktischerweise für leer Flaschen,
Pizzakartons oder Geschirr genutzt - kein Problem. Für Menschen
die in einer Beziehung leben sieht das etwas anders aus, da
müssen solche Vorhaben feinfühlig abgestimmt werden!
Das Wohnzimmer ist ca. 4x5 Meter, also recht klein. Der Rechner selbst kann noch versteckt werden aber den Monitor einfach auf den Tisch stellen und bei Besuch jedes Mal durch die Gegend schleppen schien mir keine geeignete Lösung zu sein.
So entstand die Idee einen flachen Monitor einfach in den Tisch hineinzuklappen.






Vorwort zum Aufbau
Die folgenden Ausführungen stellen keine detaillierte und vollständige Anleitung dar. Jeder der ein ähnliches oder gleiches Vorhaben umsetzen möchte dem werden jedoch die wichtigsten Fragen bereits beantwortet. Einige Bauteile müssen mit den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten erstellt werden und werden daher von den genannten Methoden abweichen. Für die Hubmechanik werden Beispielsweise in diesem Fall 20x40mm Vierkant-Rohre aus Alu verwendet, es können allerdings ebenso gut viele andere ausreichend stabile Materialien benutzt werden. Alu-Vierkantrohre stehen vielleicht nicht jedem zur Verfügung daher kann man sich vor ein wenig eigener Planung kaum drücken.  Aus diesem Grund ist eine exakte Anleitung nur wenig sinnvoll.
Nichts desto trotz sind die wichtigsten Überlegungen in den hier beschriebenen Erklärungen bereits gemacht. Viele Fragestellungen werden automatisch im Bauprozess erkannt oder erklären sich während dessen von selbst, also nur Mut. Und bei Fragen einfach eine Email, da werden Sie geholfen!  

Mechanischer Aufbau
„Einfach hineinklappen“ stellte sich bei der weiteren Überlegung erstmal als gar nicht so einfache heraus. Um z.B. Fotos auch Besucher zeigen zu können die einen anderen Sitzplatz haben macht es Sinn den Monitor drehbar aufzubauen. Das bedeutet allerdings auch, dass die Mechanik zum herausklappen des Monitors
aufwendiger wird.


Die Hubmechanik die den Monitor hoch hebt und neigt besteht aus zwei parallelen
Klappmechanismen die auf der linken und rechten Seite einer angetriebenen
Trapezgewindespindel angeordnet sind (
Bild1+2). Diese lassen sich sehr Platz
sparend zusammenklappen und sind auf einer drehbaren Grundplatte montiert.

Die Hubmechanik wird durch einen Getriebemotor bewegt, der eine
Trapepezgewindespindel antreibt. Trapezgewindespindeln sind
Gewindestangen wie man sie z.B. auch in Schraubstöcken findet.
Die Mutter bewegt sich bei drehender Spindel vor oder zurück und
bewegt über zwei Metallstreifen den vorderen Hebel der Hubmechanik.

Die Mechanik kann auf diese Weise gesenkt und gehoben werden.
Die Gewindespindel muss allerdings unterschiedlich große Kräfte
aufbringen während des Hebens und Senkens. Grundlegend gilt:
Je kleiner der Winkel zwischen dem auf
Bild3 dargestellten
grünen Linien ist, desto größer muss diese Kraft sein. Liegen
die Linien exakt übereinander, kann auch ein unendlich
großer Antrieb die Mechanik nicht mehr heben. Damit
die Mechanik allerdings möglichst kompakt ist und
im Tisch Platz findet muss
der Winkel zwingend
sehr gering werden.
Zeitweise wirken
daher, beim heben
des Monitors,
enorme Kräfte auf
die Gewindespindel
und die mechanischen
Bauteile. Es ist also darauf zu
achten das genügend Leistungsreserven
für den Antrieb vorhanden sind und das die
mechanischen Bauteile stabil genug
dimensioniert werden.

Wird der im Tisch abgesenkte
Monitor belastet (z.B.
durch eine Teekanne
oder Torte) würde die
Gewindespindel mit
einem Vielfachen des
Gewichtes permanent
belastet werden. Um den
Antrieb und mechanische
Elemente nicht zu überlasten sollte der Monitor in seiner Endposition deswegen
auf Stützen abgelegt werden, so dass die Mechanik
entlastet wird.
Die Mechanik mit Antrieb, Stützen und Monitor
sind auf einer runden Grundplatte montiert die
von einem Getriebemotor z.B. aus einem
Videorecorder angetrieben werden
kann (
Bild4). Die Grundplatte ist auf einem
sehr günstigen Drehteller drehbar
gelagert. Drehteller werden oft für
Fernseher und Röhrenmonitore
als drehbarer Untersatz angeboten
und sind in der Regel für wenige
Euros zu bekommen.  
Unterhalb der rotierenden Grundplatte sind 2 Mikroschalter angebracht die die Steuerung darüber informiert ob der Monitor
sich in linker, rechter oder in Mittelposition befindet.

Der gesamte Aufbau befindet sich
in einer nach oben offenen Box,
die unterm Tisch angebracht wird
und durch Langlöcher in der Höhe
variiert werden kann, so dass der
abgesenkte Monitor justiert werden
kann und dieser dann eine ebene
Fläche mit der Tischplatte bildet. 
Beim Herstellen der mechanischen
Bauteile sollte präzise gearbeitet
werden. Toleranzen von mehr als
0,5mm können durch die großen
Hebelwirkungen schnell zu Toleranzen
von einem cm und mehr werden, was
erfahrungsgemäß zu schweren Problemen
führt.



Elektronischer Aufbau
Der Elektronische Aufwand ist gering. Herzstück ist in diesem Fall ein Microcontroller vom Versandhandel Conrad Elektronik: CControl I (allererste Generation). Dieser Steuert mit Hilfe von PWM (Pulsweiten Modulation) 2 Motoren an, die in Drehrichtung und Geschwindigkeit bzw. Stromaufnahme begrenzt werden können. Einer der Motoren dient der Hubbewegung des Monitors der andere der Drehbewegung der Grundplatte.
Die Bedienung erfolgt entweder über die bereits aufgebaute RS232 Schnittstelle oder über 5 Taster eines separaten Bedienteils.
Zwei Mikroschalter unterhalb der drehbaren Grundplatte geben Auskunft darüber ob der Monitor gedreht ist. Zwei weitere Mikroschalter sorgen für eine definierte Endlagenposition beim heben und senken.
Der für die Antriebe erforderliche Strom wird über ein zuschaltbares PC-Netzteil vom Controller verwaltet. Der Controller selbst braucht nur wenige mA und hat einer eigene Spannungsquelle die für einen niedrigen Standby-Stromverbrauch sorgt.
Für die Optik gibt es zu guter Letzt noch einen Ausgang der mit Hilfe von LED’s Auskunft über den Betriebszustand gibt.










Schaltung für den PWM-Betrieb der zwei Motoren



Funktion Software
Wie schon erwähnt benötigt der Hubantrieb einige Leistungsreserven und kann daher enorme Kräfte aufbringen, aus diesem Grund sollten auch einige Schutzfunktionen eingeplant werden, die Unfälle und Beschädigungen vermeiden.
Wird der heruntergefahrene Monitor gehoben indem der Antriebsmotor mit „volldampf“ loslegt, dann werden der Hubantrieb und die zugehörige Mechanik stark belastet. Die Mechanik ist „träge“ und benötigt einen Augenblick um beschleunigt zu werden, so dass der Antrieb für einen kleinen Moment beinahe blockiert ist. Damit die Mechanik nicht mit allen zur Verfügung stehenden Kräften belastet wird, empfiehlt es sich den Start in die Länge zu ziehen. Dies kann gut mit Geschwindigkeitssteuerung durch PWM erreicht werden. Der Motorstrom kann so langsam angehoben werden.
Mit Hilfe des Endlagenschalters für die gesenkte Position kann die PWM auch noch eine zweite nützliche Funktion bekommen: steht z.B. eine Teekanne auf dem abgesenkten Monitor, so würde es eine schlimme Sauerei ergeben wenn er dann einfach hochfahren würde, weil man versehentlich an einen Knopf gekommen ist oder weil ein Kind mit den Knöpfchen spielt. Mit der PWM kann der Antrieb so abgestimmt werden, dass er grade genug Strom hat um den Monitor zu heben. Ist der Monitor mit einer Teekanne Belastet so schafft der Antrieb es nicht mehr beides mit dem begrenzten Strom zu heben. In Kombination mit der Endlage für „gesenkter Monitor“ kann die Steuerung den Strom solange begrenzen bis die untere Endlage verlassen wurde. Schafft der Monitor es nicht die Endlage innerhalb weniger Sekunden zu verlassen, kann die Steuerung davon ausgehen, dass ein Abbruch erforderlich ist.
Während des Hebens und des Senkens, kann die Steuerung nicht „wahrnehmen“ an welcher Position sich der Monitor grade befindet. Erst beim erreichen der Endposition wird ein Schalter betätigt der den Antrieb abschaltet. Damit der Antrieb im Fehlerfall nicht fortwährend weiter- oder heißläuft weil er durch irgendwelche Gegenstände blockiert ist wird ein so genannter Timeout verwendet. Hat der Monitor seine Startposition verlassen wird ein CountDown gestartet, der normalerweise ausreicht um die endgültige Position zu erreichen. Ist die Zeit abgelaufen ohne dass die endgültige Position erreicht wurde, so geht die Steuerung davon aus das ein Fehler vorliegt und schaltet den Antrieb ab.

Für die Stromversorgung kommt ein PC-Netzteil zum Einsatz. PC-Netzteile sind leicht und günstig zu bekommen, können große Ströme bereitstellen und sind zudem Kurzschluss- und Überlastgeschützt. Ein Problem das PC Netzteile in diesem Fall mit sich bringen ist, das sie nicht Wasserdicht sind. Wenn eine Stromquelle unterhalb einer Tischplatte angebracht ist (was nahezu Ausnahmslos so sein wird), auf der auch Flüssigkeiten serviert werden, dann sollte diese allerdings unbedingt vor Flüssigkeiten geschützt werden. Beim Monitor Table ist das Netzteil unterhalb einer 2. Tischplatte angebracht und wird zusätzlich, nach 5Min. ohne Stromverbrauch, abgeschaltet.

Tipps für die Planung
- Als erstes sollte überlegt werden welcher Monitor zum Einsatz kommen soll. Der Monitor muss im „auserwählten“ Tisch Platz finden. Um die Mechanik kompakt zu halten sollte ein Flacher Monitor verwendet werden (z.B. TFT).
- Für die Befestigung an der Hubmechanik muss der Monitor einen abmontierbaren Fuß bzw. Ständer haben. Möglicherweise müssen am Monitor vielleicht kleinere Änderungen vorgenommen werden, die zum erlöschen der Garantie führen.
- Für die Befestigung des Monitors am der Hubmechanik dürfen keine metallischen Schrauben durch das Kunststoffgehäuse des Monitors herausgeführt werden. Wer das nicht beachtet riskiert, die Schutzart des Monitors außer Kraft zu setzen. Sollte die Schrauben aus irgendeinem Grund eine Spannung führen, ist es möglich das Schutzfunktion der Hauselektrik, schlicht weg, nicht ansprechen. 
Da meist nur wenig Platz im Gehäuse ist, sollte der Monitor z.B. mit Silikonkleber oder Sikaflex an der Mechanik befestigt werden.
Wichtig dabei ist, dass keine Lüftungsschlitze verdeckt oder zugeklebt werden.
- Die Abmessungen der Hubmechanik hängen von der Größe und dem Gewicht des Monitors ab, und von der Kraft des Antriebes. Die Abmessungen selber können einfach erprobt werden, indem die Mechanik provisorisch aus Pappstreifen auf eine Holzplatte geheftet werden.
So kann die Position des Monitors grob abgeschätzt werden.
- Beim entwerfen der Hubmechanik kommt es einzig und allein auf die Abstände bzw. Positionen der Drehpunkte zueinander an, die Form der Teile spielt keine Rolle.     
- Passende Getriebemotoren gibt es z.B. unter
<http://www.Pollin.de>.
- Trapezgewindespindeln können mit etwas Glück bei Ebay ersteigert werden.
- Der Hubmotor muss teilweise große Kräfte aufbringen und sollte daher mit einer geeigneten Kleinsicherung geschützt werden. Im Fehlerfall könnte es sonst durch hohe Ströme zu Überhitzung des Antriebes und Bauteilen in der Motorsteuerung kommen.
- Um das TFT-Display des Monitors zu schützen kann man eine transparente Acrylglasscheibe auf den Monitor klemmen und  bei Bedarf austauschen. Die Acrylglasteile kann man sich fertig zugeschnitten zukommen lassen. Wo? Links

Ich hoffe das die Zeilen ausreichend Hilfestellung geben, falls Ergänzungen erwünscht sind oder Fragen offen geblieben sind:
PlanetLavalu@aol.com
Ansonsten viel Spaß beim basteln und schickt mir Fotos, bin gespannt wie ein Flitzebogen.



  

  





Bild1: Ausgeklappte Hubmechanik
Bild2: Eingeklappte Hubmechanik
Bild3: Hoher Kraftaufwand bei kleinem Winkel
Bild4: Antrieb der runden Grundplatte
k-PWM_Motor_Control
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