Das EDU Kit ist ein modulares Kunststoff-Recycling-System aus autonomen, austauschbaren Bausteinen — derzeit in Entwicklung.

Jedes Modul übernimmt eine Stufe der Recyclingkette — Schreddern, Mahlen, Spritzgießen, Extrudieren, Filamentwickeln, Pelletieren oder Plattenpressung — und kann eigenständig oder in kombinierten Verarbeitungslinien betrieben werden.

Das Konstruktionsprinzip ist einfach: Jedes Modul passt in denselben physischen Formfaktor, nutzt dieselbe Antriebsschnittstelle und ist an denselben Steuerungsbus angeschlossen. Ordne sie für eine andere Aufgabe um. Füge ein Modul hinzu, wenn du es brauchst. Entferne eines, wenn nicht.

Dies ist keine einzelne Maschine. Es ist ein System von Maschinen, das mit deinen Anforderungen und deinem Verständnis wächst.

Warum modular?

Traditionelle Recyclingmaschinen sind monolithisch — groß, zweckgebunden und schwer anpassbar. Das EDU Kit kehrt dies um, indem es jeden Verarbeitungsschritt in eine eigenständige Einheit aufteilt:

• Eine Schule beginnt vielleicht mit einem einzelnen Schredder und einer Mühle und fügt im nächsten Jahr einen Injektor hinzu.
• Ein Universitätslabor betreibt die gesamte Kette — Schreddern, Extrusion, Filamentwickeln und Pelletieren — für die Werkstoffforschung.
• Ein Restaurant oder Hotel installiert ein kompaktes Schredder-Mühlen-Paar an einer Wand und verarbeitet eigenen Kunststoffabfall vor Ort.
• Ein Fab Lab kombiniert den Extruder mit dem Filamentwickler, um individuelles 3D-Druck-Filament aus recyceltem Material herzustellen.

Jede Konfiguration beginnt mit denselben Bausteinen. Jeder Baustein funktioniert allein. Jeder Baustein funktioniert im Verbund.

Die Module

G — Mühle (EDU-GR)

Ein Einwellen-Granulator, der geschreddertes Plastik zu gleichförmigem Mahlgut oder feinem Regranulat zerkleinert. 1500 W Motor, 25 kg. Uni-Gehäuse-kompatibel.

Was es lehrt: Schneidgeometrie, Siebdimensionierung, Korngrößenverteilung und Motorbelastungskurven. Die Mühle ist das mechanisch am einfachsten zu verstehende Modul — und dasjenige, bei dem Studierende erstmals beobachten, wie Materialeigenschaften (Härte, Elastizität) das Verarbeitungsverhalten direkt beeinflussen.

INJ — Injektor (EDU-INJ)

Manuelles Kolben-Spritzgießmodul. 2300 W über mehrere Heizzonen, 70 kg. Nutzt die gemeinsame Hauptwelle für den Kolbenantrieb.

Was es lehrt: Den vollständigen Spritzgießzyklus — Zylinderheizung, Schmelzverhalten, Kolbenkraft, Formfüllung, Abkühlung und Entformung. Studierende steuern jede Variable von Hand: Temperatursollwerte, Kolbengeschwindigkeit, Haltezeit. Keine Automatisierung verbirgt die Physik.

SH-S — Einwellen-Schredder (EDU-SHR)

Ein kompakter Einwellen-Schredder für starre Kunststoffe. 1500 W, 25 kg. Uni-Gehäuse-kompatibel, tischgeeignet.

Was es lehrt: Schermechanik, Klingengeometrie, Vorschub vs. Drehmoment und Stauererkennung. Das Einwellen-Design ist einfacher zu zerlegen und zu inspizieren als Doppelwellen-Systeme — ideal für erste Begegnungen mit Schneidmaschinen.

SH-D — Doppelwellen-Schredder (EDU-SHRD)

Gegenläufiger Doppelwellen-Schredder für gemischte und flexible Kunststoffe. 1500 W, 50 kg. Höheres Drehmoment, verarbeitet Folien und Elastomere.

Was es lehrt: Differentielle Wellendrehzahlen, Gegenrotationsmechanik und wie die Klingenüberlappung den Durchsatz beeinflusst. Die Doppelwellen-Architektur verarbeitet Materialien, die der Einwellen-Schredder nicht bewältigt — der direkte Vergleich ist eine der lehrreichsten Übungen im System.

Status: Experimentell

M — Antriebsmodul (EDU-DRI)

Die gemeinsame Motoreinheit. 1500 W, 17 kg. Liefert den mechanischen Antrieb für jedes Modul, das keinen eigenen integrierten Motor hat.

Was es lehrt: Kraftübertragung, Wellenkupplung, Drehmomentvervielfachung durch Getriebe und Motordimensionierung. Das Antriebsmodul macht die Beziehung zwischen elektrischer Leistung und mechanischer Arbeit explizit — Studierende berechnen Drehmoment, Drehzahl und Wirkungsgrad, bevor sie es an ein Verarbeitungsmodul anschließen.

LX — Extruder (EDU-LX)

Schneckenextruder-Modul. 2200 W, 15 kg. Erzeugt kontinuierlichen Schmelzeausstoß für Filament, Balken oder nachgeschaltete Module.

Was es lehrt: Schneckenförderung, Kompressionszonen, Schmelzedruck, Düsenschwellung und Temperaturprofilierung entlang des Zylinders. Der Extruder ist das Modul mit den meisten Variablen — und dasjenige, bei dem systematisches Experimentieren (Design of Experiments) die dramatischsten Ergebnisse liefert.

Status: Experimentell

E-FW — Filamentwickler + Kühler (EDU-FW)

Nachgeschaltetes Modul für den Extruder. Zieht, kühlt und wickelt Filament auf Spulen. 50 W, 10 kg.

Was es lehrt: Abzugsverhältnisse, Abkühlrate vs. Kristallinität, Zugkontrolle und Spulenwickelgeometrie. Der Wickler schließt die Schleife zwischen recyceltem Kunststoff und 3D-Druck — Studierende produzieren Filament aus Abfall und drucken damit noch am selben Tag.

Status: Experimentell — abhängig vom Extruder (LX)

E-IC — Spannmodul (EDU-LC)

Spritzguss-Spanneinheit, die mit dem Extruder für kontinuierliche Spritzgießverfahren gekoppelt wird. 800 W, 35 kg.

Was es lehrt: Schließkraftberechnung, Plattenausrichtung, Formverriegelungsmechanik und die Beziehung zwischen Einspritzdruck und Schließkraft. Dieses Modul verwandelt den Extruder in ein halbautomatisches Spritzgießsystem.

Status: Experimentell — abhängig vom Extruder (LX)

E-PC — Pelletschneider (EDU-PC)

Schneidet extrudierten Strang in gleichmäßige Pellets. 70 W, wird nachgeschaltet am Extruder oder Filamentwickler angebracht.

Was es lehrt: Strangkühlung, Schnittgeschwindigkeitssynchronisation, Pelletgeometrie und der Unterschied zwischen Strangpelletierung und Unterwasserpelletierung (konzeptuell — das EDU Kit verwendet Strangschnitt). Pellets sind das universelle Ausgangsmaterial; sie aus recyceltem Material herzustellen schließt den Materialkreislauf.

Status: Experimentell — abhängig von Filamentwickler (E-FW) oder Extruder (LX)

G-PC — Mühlen-Addon (EDU-PCI)

Ein Zubehörmodul für die Mühle, das deren Fähigkeiten mit zusätzlichen Schneidkonfigurationen oder Sieboptionen erweitert.

Status: Experimentell — abhängig von Mühle (G)

HL9000 — Steuerungsbus (EDU-HL9000)

Der zentrale Controller und Energieverteiler. Basierend auf der PolyMech Controller-Architektur (ESP32-S3, Modbus-RTU/TCP, Wi-Fi). 300 W – 1500 W Leistungsverteilung, 15 kg.

Der HL9000 verbindet sich mit jedem Modul über einen gemeinsamen Kommunikationsbus und bietet:

• Zentralisierte Temperaturüberwachung und PID-Regelung
• VFD-Motordrehzahlsteuerung über Module hinweg
• Echtzeit-Datenerfassung und webbasiertes HMI
• Sicherheitsverriegelungen zwischen verbundenen Modulen
• OTA-Firmware-Updates für das gesamte System

Was es lehrt: Industrielle Busprotokolle, SCADA-Architektur, verteilte Steuerungssysteme und die ingenieurstechnische Herausforderung, mehrere autonome Maschinen als ein einziges System zu koordinieren.

Status: Alpha

HS — Plattenpress-Modul (EDU-SPM)

Hydraulische Plattenpresse für flache Platten. 6000 W, 300 kg. Das größte und leistungsstärkste Modul im System.

Was es lehrt: Hydraulische Druckverteilung, thermische Gleichmäßigkeit über Pressflächen, Pressformen vs. Spritzgießen-Abwägungen und Verbundwerkstoff-Aufbau mit gemischten Materialien.

Status: Experimentell

Gemeinsame Architektur

Uni-Gehäuse

Die meisten Module teilen sich einen gemeinsamen Gehäuse-Formfaktor. Dies ist nicht nur ästhetisch — das Uni-Gehäuse definiert:

• Montageschnittstelle — Module werden Seite an Seite verschraubt oder vertikal gestapelt
• Wellendurchführung — die Hauptantriebswelle kann durch mehrere Module verlaufen
• Elektrische Steckverbinder — standardisierte Strom- und Signalstecker an jeder Einheit
• Sicherheitsgehäuse — alle beweglichen Teile sind im Gehäuse eingeschlossen

Die Hauptwelle

Module, die Drehantrieb benötigen (Mühle, Schredder, Extruder), werden an eine gemeinsame Hauptwelle angeschlossen. Das Antriebsmodul (M) liefert die Leistung; die Welle überträgt sie durch Kupplungen. Studierende lernen über:

• Wellenausrichtung und Kupplungstypen (Klauen-, starre, flexible Kupplung)
• Drehmomentübertragung durch mehrere Module
• Die mechanischen Folgen von Fehlausrichtung (Vibration, Lagerverschleiß, Wärme)

Breite und Grundfläche

Jedes Modul ist so konzipiert, dass es eine minimale Breitenbeschränkung einhält. Eine vollständige Verarbeitungslinie — Schredder → Mühle → Extruder → Filamentwickler — belegt weniger als 2 Meter Arbeitsfläche. Das ist wichtig für:

• Schulen mit gemeinsam genutztem Werkstattraum
• Restaurants mit begrenzter Fläche hinter der Theke
• Labore, in denen Arbeitsfläche wertvoller ist als Stellfläche

Konfigurationsbeispiele

Klassenzimmer-Starter

Module: Mühle (G) + Antrieb (M)

Zwei Module, eine Welle. Studierende schreddern vorgeschnittene Kunststoffproben und mahlen sie zu Mahlgut. Lehrt Motorsteuerung, Korngröße und Materialidentifikation. Passt auf eine einzelne Werkbank.

Filament-Produktionslinie

Module: Schredder (SH-S) + Mühle (G) + Extruder (LX) + Filamentwickler (E-FW) + Antrieb (M) + HL9000

Vollständige Abfall-zu-Filament-Kette. Schreddern → Mahlen → Extrudieren → Kühlen → Wickeln. Der HL9000 koordiniert Temperaturen und Motordrehzahlen über alle Module. Studierende produzieren 3D-Druck-Filament aus Kunststoffabfall.

Vor-Ort-Abfallverarbeitung (Gastronomie)

Module: Schredder (SH-S) + Mühle (G) + Antrieb (M)

Ein kompaktes, leises Paar zur Verarbeitung von Kunststoffverpackungsabfällen. Keine Extrusion, kein Spritzgießen — nur Zerkleinerung. Das Ergebnis (sauberes Mahlgut) wird zur Abholung gelagert oder extern weiterverarbeitet. Passt an eine Küchenwand.

Forschungslabor — Komplettsystem

Module: Alle Module + HL9000 + Plattenpresse (HS)

Das komplette System. Forscher konfigurieren die Linie für verschiedene Experimente um: Spritzgießversuche eine Woche, Extrusionsversuche die nächste, Plattenpressen die Woche darauf. Der HL9000 protokolliert jeden Parameter für jeden Lauf.

Was alles verbindet: Der HL9000-Bus

Der HL9000 ist nicht nur ein Controller — er ist das Nervensystem des EDU Kits. Jedes Modul, das an den Bus angeschlossen wird, wird über eine einzige Weboberfläche sichtbar, steuerbar und protokollierbar.

Die Bus-Architektur ist absichtlich transparent:

• Modbus-RTU über RS-485 für Motorantriebe und Temperaturregler
• Modbus-TCP über Wi-Fi für Fernüberwachung und Datenexport
• WebSocket für Echtzeit-HMI-Dashboards
• REST API zur Integration mit externen Systemen, Datenloggern und Cloud-Plattformen

Studierende können auf jeder Ebene in den Bus einsteigen — vom Lesen roher UART-Frames mit einem seriellen Monitor bis zum Erstellen eigener Dashboards im Browser. Die Firmware ist Open Source, dokumentiert und versionskontrolliert.

Design-Prioritäten

1. Autonomie — Jedes Modul funktioniert allein. Kein Modul benötigt ein anderes, um zu funktionieren (außer wo explizit als Abhängigkeit angegeben).
2. Sicherheit — Geschlossener Betrieb. Verriegelte Gehäuse. Not-Aus an jedem Modul. Keine freiliegenden beweglichen Teile während des Betriebs.
3. Reparierbarkeit — Standardbefestigungen, austauschbare Verschleißteile, zugängliche Innenteile. Wenn ein Studierender es nicht zerlegen kann, ist es nicht lehrreich.
4. Transparenz — Open-Source-Hardware (CERN OHL v2), Open-Source-Firmware, vollständige CAD-Dateien und Stücklisten. Nichts ist verborgen.
5. Kompaktheit — Das gesamte System passt in eine kleine Werkstatt. Einzelne Module passen auf eine Werkbank.

Statusübersicht

Das EDU Kit ist ein aktives Entwicklungsprojekt. Einige Module sind ausgereift und produktionserprobt; andere befinden sich in experimentellen oder Alpha-Stadien. Die Spezifikationstabelle unten zeigt den aktuellen Stand jedes Moduls — einschließlich mechanischer Spezifikationen, Reifegrad und Dokumentationsabdeckung.

Ausgereifte Module sind einsatzbereit. Experimentelle Module sind funktionsfähige Prototypen in der Verfeinerung. Alpha-Module befinden sich in der frühen Entwicklung.

Open Source

Jedes Modul im EDU Kit ist unter der CERN Open Hardware Licence v2 lizenziert. CAD-Dateien, Firmware, Montageanleitungen und Stücklisten werden auf git.polymech.info veröffentlicht. Community-Beiträge — von Studierenden, Lehrkräften und Ingenieuren — fließen in das Projekt zurück.

Das EDU Kit ist kein Produkt, das man kauft und vergisst. Es ist ein System, mit dem man baut, von dem man lernt und das man verbessert.