Projekt: 3D-Copy-Shop Ein Holzmodell wurde von einem Gipsgesichtsabdruck erstellt

Ein Beitrag von Eri

  • Aus einer Gipsgesichtsmaske wurde eine Fotoserie erstellt.
  • Eine Punktwolke aus der Fotoserie wurde mit Linux/Colmap erstellt.
  • Die Punkte wurden bereinigt und aufbereitet mit Meshlab
  • Die Fräsbahnen wurde mit Pycam generiert.
  • Die Fräsbahndateien wurden mit einem eigenentwickelten Tool


vereinfacht, sodass der GCode mit der Fablab-CNC-Software sowie NCcad lauffähig sind.

Face1_Punkte
  • Das Werkstück: ein 1 1⁄2 Jahre altes, getrocknetes Stirnholzstück, vorgebohrt zum auf-„spaxen“ auf die Opferplatte.
  • Fräser: 6 mm Zylinder für das „Schruppen“ sowie 6 mm Kugelkopf für das „Schlichten“
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Zum Herstellungsvorgang

Der Vorschub zum Fräsen konnte deutlich erhöht werden. Beim Erstellen wurde die Fräserlänge nicht ausreichend beachtet. So kam es zu dem Spruch des Tages: „Eine Zustellung geht noch“. Bevor es zu Kollisionen kam, wurde abgebrochen. Nach dem Neumodellieren und x-fachen Schlichtdurchgang (Proxxon) entstand Folgendes:

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Dieses Projekt entstand durch freundliche Unterstützung der Uni Siegen. Vielen Dank dafür, insbesondere Daniel für seine Mitarbeit und Helga für Textentwurf und Textgestaltung.

Anmerkung:
Vor Ort ist nur ein sehr langsames Linux Notebook (Ubu 19.04) verfügbar. (evtl. mit SSD schneller o. CloudComputing ??)
Netzwerkzugang für Updates geplant.
Freitagsnachmittags ist für solche Projekte mit Publikumsverkehr und die eingeschränkte Zeit der MitarbeiterInnen, erschwerend und nicht so gut geeignet.
Weitere Spaxschrauben fehlen oder sind nicht gefunden worden.
Die Fräser Auswahl ist eingeschränkt.
Ungelöst : Rattermarken.

Reparatur einer sowjetischen Handbohrmaschine

Ein Beitrag von Vladislav K.

Vorgeschichte

Mein Vater hat das Ding irgendwann auf dem Trödelmarkt gekauft. Der Preis von 5 Rubeln (Ц. 5Р.) ist im Griff eingearbeitet, weil es in der Sowjetunion damals die Planwirtschaft gab und man in dem großen ganzen Land eine Packung Butter für den gleichen Preis bekam.

Problem

Die Bohrmaschine tat immer ihren Dienst. Sie ist besonders für kleine Arbeiten sehr gut geeignet und man kann das Drehmoment schön manuell dosieren. Nur irgendwann blieb der Bohrer irgendwo stecken und mein Vater hat zu viel Moment auf das große Kegelrad ausgeübt, bis ein paar Kunststoffzähne abscherten und das Ding damit unbrauchbar wurde. Das alte Kegelrad bestand aus zwei Teilen: Die Vorderseite mit den Zähnen bestand aus einem Kunststoffguss und die Rückseite war aus irgendeinem Metall, welches irgendwie mit dem Kunststoff verbunden war (leider kein Foto). Es musste also ein neues Kegelrad her.

Lösung

Zunächst mussten die Zähne des Kegelrades gezählt werden. Es sind 60 Zähne. Das getriebene Kegelrad hat 15 Zähne, so dass es eine Übersetzung von 1:4 gibt. Außerdem mussten alle Abmessungen, wie die Höhe der Zähne, ihre Breite und der Bohrungsdurchmesser des Kegelrades mit einem Messschieber gemessen werden. Das Problem: Die Zähne sind nicht einfach gerade angeordnet und ihr „Brennpunkt“ befindet sich irgendwo in der Luft. Außerdem sind sie am äußersten Durchmesser breiter als am inneren Durchmesser des Kegelrades. Die Geometrie hat es also in sich und man kann das Ding nicht einfach eben mal mit einem CAD-Programm nachbauen, wenn man kein Profi ist.
Was tun? Zum Glück bin ich zufällig auf eine Solidworks-Anleitung im Internet gestoßen. Dort wird gezeigt, wie man mit Hilfe von der Konstruktionsbibliothek von Solidworks (SW) konfigurierbare Normteile herstellen kann. Und das hat gut funktioniert!

Vorgehensweise

Solidworks öffnen, irgendeine Baugruppe öffnen und alle Teile rausschmeißen. Anders hat es bei mir irgendwie nicht geklappt. Dann auf der rechten Bildschirmseite die Konstruktionsbibliothek öffnen und sich durch den Baum hangeln. Toolbox, ISO, Kraftübertragung, Zahnräder, Gradkegelrad (treibend).

Solidworks

Bei mir hat die ISO-Norm gut mit meinem sowjetischen Teil übereingestimmt. Dann muss das „Gradkegelrad (treibend)“ per Drag & Drop in das Baugruppenfenster gezogen werden. Jetzt öffnet sich links der Dialog „Komponente konfigurieren“ Es können der Modul, die Zähnezahl, der Eingriffswinkel usw. eingestellt werden. Hier muss man experimentieren, das Kegelrad mit dem grünen Häkchen immer wieder bauen lassen und nachmessen. (Tipp: Wenn man auf eine Bauteilkante klickt, steht in der unteren Infoleiste von SW praktischerweise direkt die gemessene Länge.)

SolidWorks-2

Man kann jedoch nicht alle Abmessungen und Geometrieeigenschaften im Konfigurator festlegen. Und hier wird es etwas knifflig. Wenn die Zahngeometrie von dem erstellten Rohling soweit passt, muss der Rest nun manuell dazugebaut werden. Ich habe die Funktion „Aufsatz/Basis rotiert“ benutzt, um eine erstellte Skizze als Rotationskörper an den Rohling zu bauen (siehe Screenshot). Auch hier musste ich das alte Kegelrad immer wieder vermessen.

SolidWorks-3

Sobald man mit dem Bauteil zufrieden ist, muss es für den 3D-Druck ins *.STL Format exportiert werden. Und schon kann es losgehen zum Fab Lab Siegen! Hier hat mir Fabian unter die Arme gegriffen, mir die 3D-Drucker gezeigt und den Druck gestartet. Vielen Dank! 😊

Ergebnis

Der erste Druck verlief erfolglos (is’ ja klar). Beim 3D-Druck fallen z. B. die Bohrungen im Vergleich zum Modell immer etwas kleiner aus. Auch waren die Zähne zu klein, so dass sie nicht tief genug in die gegenüberliegenden Zähne eingreifen konnten. Auch diese Zähne sind bei ersten Versuchen abgeschert. Außerdem war die Halterung für die Kurbel etwas zu dünn geraten und ist deshalb abgebrochen.

Zahnräder gedruckt

Bohrmaschine-offen

Jetzt konnte man aber das gedruckte Kegelrad vermessen und die Abmessungen in SW verbessern und schließlich einen zweiten Versuch starten. Beim zweiten Mal lief es jedoch besser als erwartet und das Kegelrad ließ sich wunderbar einbauen. Die Handbohrmaschine läuft sehr geschmeidig und falls in ein paar Jahren irgendwelche Probleme auftreten sollten, drucke ich das Kegelrad eben nochmal aus. 😉

Bohrmaschine-zusammengebaut-1

Bohrmaschine-zusammengebaut-2

Kooperationsprojekt FAB101

Wir sind am 1. März 2017 mit unserem Kooperationsprojekt FAB101 in die Startlöcher gegangen, in wir uns mit dem Potenzial digitaler Fabrikationsinfrastrukturen (Fab Labs) für die interdisziplinäre Hochschullehre der Zukunft beschäftigen werden. Wir freuen uns sehr über die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und natürlich auf die Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen, der Universität Bremen und der Folkwang Universität.

Über das Projekt

Im Projekt sollen empirische Studien zum Stand der Wissenschaft und Praxis zu Fab Labs in der Hochschullehre durchgeführt werden, die anschließend in exemplarische Konzepte und Formate für verschiedenste Studiengänge überführt werden können. Die Projektpartner arbeiten hierbei sowohl standortbezogen, als auch hochschulübergreifend. Das Erarbeiten von Standards, Empfehlungen und Erfahrungswissen zur Organisation und Governance von Fab Labs als breit zugängliche, neuartige Infrastruktur an Hochschulen hat ebenfalls hohe Priorität.

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Ausschnitt Projektposter FAB101

Die Projektpartner

Die RWTH hat im Jahre 2009 das deutschlandweit erste Fab Lab gegründet. Ihr Schwerpunkt liegt in der Mensch-Technik-Interaktion. Prof. Dr. Jan Borchers von der Media Computing Group ist Ansprechpartner dieses Standortes.

Die Universität in Bremen legt ihren Fokus auf Didaktik und wird in diesem Projekt von Prof. Dr. Heidi Schelhowe, Leiterin der Arbeitsgruppe dimeb, repräsentiert.

Die Folkwang Universität, vertreten durch Prof. Stefan Neudecker (Leiter der Professur “Design by Technology”) bereichert uns mit ihrer Erfahrung mit werkstattbasierter Lehre aus der Perspektive von Kunsthochschulen.

Unsere Universität in Siegen sieht ihre Stärken in der Kooperationsforschung. Prof. Dr. Volkmar Pipek vom Lehrstuhl Computerunterstützte Gruppenarbeit und Soziale Medien leitet den Verbund.

Da an allen vier Standorten bestehende Fab Labs zur Verfügung stehen, die jeweiligen Schwerpunkte der beteiligten Forschungsgruppe aber variieren, wird in einem vergleichbaren und dennoch breit aufgestellten Verbund praxisnah geforscht.

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“Garbage · Environment · Design” – mit Kunst gegen Wegwerfen

Im Rahmen des Kooperationsprojektes „Garbage · Environment · Design“ reisten Sarah und Marios, zwei unserer Studierenden, vergangenes Jahr im September nach Palästina. Das zweiwöchige Projekt, das vom Goethe-Institut in Ramallah organisiert wurde, sollte der dort herrschenden Wegwerfkultur im öffentlichen Raum aus Europa entgegenwirken und eine Brücke zwischen Konsum und Kunst bilden. Dazu sollten Ansätze des “Upcycling” genutzt werden, die aus Altem wieder Neues machen.

Jeweils zwei Studierende aus Deutschland, Frankreich und Palästina waren an dem interkulturellen Projekt beteiligt und haben in einem Workshop die Ausstellung entworfen und passende Exponate gebaut. Im Rahmen des zehntägigen Aufenthalts vor Ort sollten durch Upcycling kollaborativ Prototypen aus Alltagsgegenständen hergestellt werden, um auf alltägliche Umweltprobleme aufmerksam zu machen. Hierbei profitierte das Projekt vom Input von anderen palästinensischen und internationalen ExpertInnen aus den Bereichen Design, Kunst, Erziehung und Architektur.

Das Material wie Paletten, Yton Steine und Plastik Flaschen wurden direkt von der Straße aufgelesen und waren nur ein Teil unzähliger genutzter Ressourcen.
Ein Beispiel für die effektive Materialnutzung sind die hängenden Gärten bestehend aus zwei grünen Flaschenwänden mit Minze bepflanzt, die zur Begrüßung der Ausstellungsbesucher am Haupteingang des Goethe Instituts aufgebaut wurden. Die Ergebnisse wurden im deutsch-französischen Kulturraum zur interkulturellen Diskussion und für Experimente ausgestellt.


Zusätzlich fand während des Besuches der Studierenden in Palästina der Aktionstag „Kunst und Konsum“ statt, bei dem die Bewohner aktiv und gemeinsam ein Stück Land von Müll und Unrat befreien sollten.

Ziel des Projektes war es, Bürgerrechte, aber vor allem auch Bürgerpflichten zu vermitteln und speziell Jugendliche vor Ort zu mobilisieren, zivilgesellschaftliche Verantwortung zu übernehmen. Das Projekt wurde unter anderem in Kooperation mit Vecbox, dem ersten palästinensischen Makerspace durchgeführt, die die lokale Expertise mitbrachten.

Sarah und Marios konnten bereits auf Erfahrungen im Westjordanland, die sie im April letzten Jahres im Rahmen des Kooperations- und Austauschprojektes Yallah vor Ort sowie durch das Projekt come_IN sammeln konnten, zurückgreifen.

Zeit.Raum – Siegen erlebbar machen

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt ZEIT.RAUM Siegen wird in enger Zusammenarbeit mit BürgerInnen durchgeführt und zielt darauf ab, die Stadt Siegen in ihrem Raum und ihrer Geschichte mit innovativer Technik gemeinschaftlich erleb- und begreifbar zu machen. ZEIT.RAUM soll die Zusammenarbeit und den Austausch von allen Interessierten – von WissenschaftlerInnen, Studierenden bis hin zu SchülerInnen und Hobby-HistorikerInnen – über die Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Stadt ermöglichen. So werden neue Formen der Wissensgenerierung und -vermittlung eröffnet.

Das Projekt besteht aus zwei miteinander verknüpften Bestandteilen: Einem anfassbaren Stadtmodell in Tischgröße zur Interaktion, das mit Hilfe verschiedener digitaler Fabrikationsverfahren hergestellt und im Siegerlandmuseum ausgestellt wird. Durch verbaute Sensoren wird eine interaktiv erfahrbare Auseinandersetzung mit der Stadt und ihrer Geschichte ermöglicht, die auch individuelle Erinnerungen anregt. Zweites zentrales Element des Projektes ist das Stadtwiki, eine gemeinschaftliche, digitale Plattform zur Siegener Stadtgeschichte, die von und für BürgerInnen entwickelt wird. Neben der Sammlung von Informationen dient sie auch als Forum, um über die Bedeutung der gesammelten Daten zu diskutieren. Es werden Erinnerungsorte identifiziert, aufbereitet und reflektiert. Alle Bestandteile des Projektes sollen so gestaltet werden, so dass sie für alle Interessierten gut zugänglich, verständlich und leicht bedienbar sind.

Einer der ersten Probedrucke für das interaktive Stadtmodell

Die Rolle des Fab Labs

Auch wir vom Fab Lab sind auf mehreren Ebenen an dem Projekt beteiligt, insbesondere an der Erstellung des interaktiven Stadtmodells. Als Datenbasis dafür dient das bereits bestehende, virtuelle 3D-Modell der Stadt Siegen, das von Prof. Jarosch erstellt wurde. Die Topografie wird im Lab aus einer großen Platte gefräst. Welches Material sich dafür am Besten eignet wird aktuell getestet. Die darauf installierte originalgetreue Bebauung der Stadt hingegen wird mit den 3D-Druckern im Fab Lab gedruckt. Auch die später im Stadtmodell zu verbauende, möglichst nutzerfreundliche Sensorik wird bei uns im Lab entwickelt. In das Projekt sind auch mehrere Studierende involviert, die im Rahmen von Qualifikationsarbeiten an einzelnen Bestandteilen des Projektes arbeiten.

Papierprototyp für das Interaktionskonzept des Stadtmodells

Aktuelle Entwicklungen

Aktuell arbeiten Studierende an der Gestaltung des Interaktionskonzeptes und haben dafür unter anderem einen Papierprototypen des Stadtmodells erstellt. Ebenso konnten bereits erste Protoypen für das Stadtmodell erfolgreich gedruckt und die Sensorik ausführlich getestet werden. Um später die Sensorik direkt in das Stadtmodell verbauen zu können, wird das Modell mit leitfähigem Filament gedruckt. Im Rahmen dieser ersten technischen Arbeiten wurde auch ein EntwicklerInnenboard (siehe Titelbild) erstellt, auf dem Folgendes verbaut wurde: Arduino-Leonardo, Raspberry Pi 2, CAP1188-Breakout, 3D-gedruckter Touchsensor und 3D-gedruckte Matrix.

Test der Sensorik, die in dem Stadtmodell verbaut werden soll

Während eines unser letzten Projekttreffen wurde bereits ein erstes Modell der Nikolaikirche -- das wohl bekannteste Wahrzeichen der Stadt Siegen -- gedruckt. Ganze drei Stunden benötigte unser Ultimaker für das Modell im Maßstab 1:9000.
Hier seht ihr das Ergebnis:

Zeit.Raum Siegen - 3D-Druck Nikolaikirche

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Weitere Projektpartner

Neben dem Fab Lab sind zudem seitens der Universität Siegen der Lehrstuhl für Didaktik der Geschichte unter Leitung von Prof. Dr. Bärbel Kuhn, der Lehrstuhl für Praktische Geodäsie und Geoinformation unter Leitung von Prof. Dr. Monika Jarosch und der Lehrstuhl für Computerunterstützte Gruppenarbeit, Leitung Prof. Dr. Volkmar Pipek involviert. Die Realisierung wurde möglich durch die Unterstützung der Universität sowie der Freunde und Förderer des Siegerlandmuseums, die in dem Projekt eine Investion in die Zukunft des Siegerlandmuseums sehen. Das Siegerlandmuseum soll durch ZEIT.RAUM in seiner Rolle für kooperative und inklusive historische Arbeit in der und mit der Region gestärkt werden.

Über weitere Entwicklungen des Projektes im und rund um das Lab halten wir euch natürlich auf dem Laufenden.

Aya – ein selbstgebauter 3D-Drucker

Aya – das ist ein 3D-Drucker, den Studierende des Masters Human-Computer-Interaction im Wintersemester 2015/2016 im Rahmen des Seminars „3D-Druck“ hergestellt haben.

Zu Beginn des Seminares wurden die Studierenden zunächst mit den Grundlagen der digitalen Fabrikation vertraut gemacht: Welche Fertigungsverfahren gibt es, welche Materialien können für den Druck genutzt werden, was sind mögliche Anwendungspotenziale? Zudem erfuhren sie mehr über die einzelnen Schritte des 3D-Drucks: von der Modellierung, über das Slicing (die “Übersetzung” eines 3D-Modells in Instruktionen für den Drucker), bis hin zum Druck an sich. Für die anschließende Projektarbeit beschlossen vier Studierende, sich dem Bau eines eigenen 3D-Druckers zu widmen.

Als Basis diente den Projektbeteiligten ein Bausatz, der die meisten Teile, die zum Bau benötigt wurden, bereits enthielt. Alle Baupläne sowie die Steuerungssoftware sind open source verfügbar und so bauten die Studierenden den Drucker zunächst nach Vorlage des Vertreibers. Schnell stellten sie jedoch fest, dass nicht alles einwandfrei funktionierte. Deshalb entschieden sie sich dafür, einige Gehäuseteile mit einem anderen 3D-Drucker im Fab Lab selbst zu drucken und führten weitere Änderungen durch, die die Druckqualität verbessern sollten, wie zum Beispiel die Anpassung des Halters für das Verbrauchsmaterial. Anschließend folge eine längere Kalibrierungsphase, denn die automatischen Unterstützungssysteme, die der Drucker hierfür eigentlich besitzt, funktionierten leider nicht ganz so gut wie gedacht.

Ein ganzes Semester arbeitet die Studierenden an dem Drucker, den sie Aya (nach einer japanischen Filmfigur) nannten. Aya ist ein Delta Robot 3D-Drucker, dessen Besonderheit in der Bauform liegt: Das dreigliedrigen Achsensystem, das sich von konventionellen Druckern mit linearen Achsensystem unterscheidet, ermöglicht einen schnellen, präzisen Druck. Neben kleineren Testdrucken wurden bereits die ersten größeren Drucke wie eine Eule oder eine Vase angefertigt. Erste Testläufe deuten daraufhin, dass Aya mit einer sagenhaften Geschwindigkeit von bis zu 300-350 mm/Sekunde drucken kann.

Auch wenn das Studienprojekt inzwischen abgeschlossen ist, wollen die Studierenden weiter an der Optimierung des 3D-Druckers arbeiten. Angedacht ist hier zum Beispiel der Verbau der Steuerelektronik oder die Stabilisierung des Grundgerüstes, um Aya transportabler zu machen. Zudem ist geplant Aya mit anderen Materialien wie zum Beispiel ABS – das ist der Kunststoff, aus dem zum Beispiel Legosteine bestehen – zu testen, denn bis jetzt wurde lediglich PLA, ein umweltfreundlicher Kunststoff, der auf (Mais-)Stärke basiert, als Material genutzt.

Die Studierenden selbst haben im Rahmen des Seminars und durch den Bau von Aya viel über 3D-Druck gelernt. Am Tag der Technik wurde der Drucker bereits das erste Mal vor einer breiten Öffentlichkeit präsentiert und benutzt.

Aya in voller Größe:

Projekte, Projekte, Projekte…

Auch wenn’s mit unseren endgültigen Räumen und damit auch der Ausstattung mit Großgeräten noch etwas dauert (same procedure as every time…), sind insbesondere unsere 3D-Drucker natürlich auch jetzt schon für Interessierte nach Absprache zugänglich. Hier mal ein paar Projekte aus der letzten Zeit:

Freescale Cup

Dennis Gräfe und Kollegen, alle Siegener Studierende, nehmen beim Freescale Cup teil. Das ist ein internationaler Robotik-Wettbewerb mit Fokus auf intelligente Autos (im kleinen Maßstab als Demonstratoren, in etwa in der Größe von Modellautos). Hier gibt es jede Menge Fotos vom Cup und den Autos an sich. Für das Siegener Team wurden in Zusammenarbeit mit dem Fab Lab einige Teile wie z.B. eine Kamerahalterung für das Wettbewerbsauto 3D-gedruckt:


Spray-Stencils fürs SMI

Das Siegener Mittelstandsinstitut arbeitet fokussiert auf den lokalen Mittelstand auch an Themen wie z.B. Technologietransfer – Synergien mit dem Fab Lab sind da natürlich vorprogrammiert. Für die Beschriftung von einigen Kisten brauchten die Kolleginnen und Kollegen kurzfristig Sprühschablonen, die wir kurzerhand per OpenSCAD aus den Vektor-Versionen der Logos der Uni Siegen sowie des SMI gebastelt haben.

BOD Award für den Siegener m.it.tag

Siegener m.it.tag steht für “Medien und IT-Tag” – passt natürlich gut mit Fab Labs und digitaler Fabrikation zusammen. Zusammen mit der conception Medienagentur haben wir also als kleines Extra zum Best-of-Digital, kurz BOD-Award auf dem m.it.tag eine kleine, individualisierte Trophäe produziert.


Maker-Projekte aus Siegen

Um einmal zu zeigen, dass in Siegen und dem Umfeld bereits spannende Fab Lab- und Maker-nahe Projekte entwickelt wurden, die im Fab Lab Siegen größer, besser, schneller untergebracht wären und dort noch ausgeweitet werden können, möchten wir hier als kleinen Vorgeschmack einige solcher Projekte vorstellen:

C3POW / Avoccado

Auf dem Feature-Bild (Foto: Alex Shure) zu sehen: Ein drahtloses, haptisches Eingabegerät, mit dem z.B. Hausautomation, Musikanlagen, etc. über Gesten, Bewegen des Gerätes und andere Interaktionen gesteuert werden.

Printing Minecraft

3d-Modelle zu erstellen, die man drucken oder fräsen kann, ist nicht ganz einfach, wird aber als Fähigkeit immer wichtiger. Eine kreative Lösung, um Kindern spielerisch frühzeitig entsprechende Fähigkeiten beizubringen: Man nehme das beliebte Spiel Minecraft, lasse Kinder damit spielen, exportiere die Strukturen, die die Kinder darin bauen und überführe sie per 3d-Drucker in die physikalische Welt. Die Kinder haben viel Spaß und lernen selbständig und innovativ.

Erinnerungswürfel

Zum Abschluss des Studiums produzierte sich Laura Festel ihren ganz eigenen Erinnerungs-Schlüsselanhänger. Bemerkenswert ist, dass sie vorher noch nie mit 3d-Modellen, CAD oder 3d-Druck gearbeitet hat. Hier sieht man, wie einfach und schnell mit digitaler Fertigungstechnologie eigene Projekte realisiert werden können!

Hackdock


Eine selbst entwickelte, günstige, 3d-gedruckte Docking-Lösung für Notebooks, die das Kabel-Chaos auf dem Schreibtisch verschwinden lässt.