EOS Formiga P 110: Innovative Technologie für die perfekte Tauchleuchte

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THOR-Projekt im Überblick

(h3)Herausforderung
Entwicklung einer robusten Tauchlampe mit einer Steckverbindung aus PA 2200 mit Funktionsintegration.

(h3)Lösung
Additive Fertigung besonders stabiler und gleichzeitig leichter sowie funktionsintegrierter Plastikverbindungen mit der FORMIGA P110.

(h3)Ergebnisse
• Optimiert: Funktionsintegration reduziert Anzahl an Einzelteilen
• Stabil: Wasserdichter Kunststoff PA 2200 widersteht extremen Belastungen in großen Tauchtiefen
• Gewichtsreduktion: Metallteile werden durch Kunststoffteile ersetzt
• Effizient: funktionsfähige Prototypen zur Designoptimierung und für Belastungstests
• Flexibel: wirtschaftliche Fertigung auch bei kleiner Losgröße

Herausforderung

Die Thor-Unterwasserleuchte ist für technische und professionelle Taucher sowie Spezialeinsatzkräfte bei Einsatztiefen bis 200 Metern gedacht. Um diese Zielgruppe mit einem wertigen und zuverlässigen Produkt ausstatten zu können, waren einige Herausforderungen zu bewältigen. Dazu zählt zunächst eine besonders stabile Konstruktion. Darüber hinaus ist ein heller, variabler Lichtstrahl mit einem extrem kleinen Spot und einer sehr gleichmäßigen Korona von großer Bedeutung, außerdem sollte der Lampenkörper selbst frei von Reflektionen sein. Schließlich galt es, Gewicht und Baugröße so niedrig wie möglich zu halten.

„Wer sich als technischer Taucher in 100 bis 200 Metern Tiefe bewegt, hat nicht die Zeit, sich um seine Ausrüstung zu kümmern. Sie muss einfach nur funktionieren. Speziell Robustheit ist in solchen extremen Umgebungen wichtig“, erläutert Hagen Tschorn, einer der Geschäftsführer der Canto Ing. GmbH aus Lüdenscheid. „Die Konstruktion der Leuchte sollte entsprechend ausgelegt sein, um etwa tief gelegene Höhlensysteme oder Wracks erforschen zu können.“ Damit war die grundsätzliche Herausforderung umrissen: die leichteste, kleinste und leistungsstärkste, kurzum die beste Tauchleuchte am Markt zu entwickeln.

Metall bietet grundsätzlich die erforderlichen Eigenschaften in Bezug auf Belastbarkeit, erkauft diese jedoch mit höherem Gewicht. Kunststoffe sind wiederum nicht in gleichem Maße widerstandsfähig wie Metall – zunächst ein Dilemma. Eine weitere Herausforderung war das erforderliche Kühl- und Wechselsystem für den Brenner, in welchem sich das LED-Leuchtmittel und die Elektronik befinden. Zwar bauen moderne LED-Systeme weniger Wärme auf, bei voller Last – wichtig für maximale Helligkeit in großer Tiefe – ist dennoch eine automatische Kühlung notwendig. Sollte dennoch ein Brenner ausfallen, muss auch unter Wasser ein Wechsel gewährleistet sein.

Die Komponenten der THOR REv. 2.0 sind optimal auf die Anforderungen des technischen Tauchens abgestimmt: robust, einfach und leicht.

Hagen Tschorn
Geschäftsführer canto Ing. GmbH & THOR offshore engineering GmbH

„Die additiv gefertigte Steckverbindung zwischen Brenner und Leuchtenkopf ist eines der technischen Highlights der Thor Rev 2.0. Mit dieser innovativen Technologie konnten wir sowohl die Dimensionen der Bauteile, das Gewicht als auch die Stabilität optimieren, und das bei Funktionsintegration mit einem einzigen Bauteil. Auf diesem Weg wurden Spritzgusswerkzeuge in Höhe von ca. 34.800 Euro und zusätzlich Fertigungs- und Montagekosten von ca. 6,80 Euro pro Leuchte eingespart.“

Lösung

Gemeinsam mit der fertigenden THOR offshore engineering GmbH hat Canto daher eine Leuchte entwickelt, die sich genau an diesen An- und Herausforderungen orientiert. Dreh- und Angelpunkt ist dabei ein schwarz eloxierter Aluminiumkörper. Um in diesem zentralen Bauteil die Leuchteinheit mit Brenner gleichermaßen flexibel und gut geschützt unterbringen zu können, haben beide Unternehmen ein besonderes Verbindungssystem entwickelt: Der Anschluss der Thor Rev 2.0 ist additiv gefertigt, um funktionsintegriert das innenliegende System mit Federn zum Einrasten in einem Stück produzieren zu können – so lässt sich ein einziges, stabiles Bauteil herstellen.

Trotz der hohen Materialanforderungen war erstmalig für einen solchen Zweck der Einsatz des wasserundurchlässigen und extrem strapazierfähigen EOS-Kunststoffs PA 2200 möglich. Die präzise Bauweise, die hohe Fertigungsgüte des verwendeten Laser-Sinter-Systems Formiga P 110 und das grundsätzlich robuste Design ließen die Wahl des leichten Materials zu. Die so gefundene Lösung lässt sich auch optisch perfekt in das Gehäuse einpassen. Neben dem Verschlussadapter haben beide Unternehmen zudem noch einen Schutz für den Glaskörper der LED additiv gefertigt. „Die EOS-Technologie ist für unsere Zwecke der perfekte Produktionsprozess, da nur auf diese Weise auch kleinere Losgrößen kostengünstig gefertigt werden können“, erläutert Tschorn einen weiteren Grund für die Wahl des Verfahrens.

Außerdem berechnete Canto im Vorfeld die Kräfte des Bajonett-Verschlusses. Parallele Versuche dienten dazu, um die Haptik anzupassen und die Härte des Ein- und Ausrastens zu ermitteln. Denn für Taucher ist es wichtig, auch unter Stress, bei Dunkelheit und mit Handschuhen eine haptische Rückmeldung des Verschlusses zu bekommen. Ferner konnte Canto durch die auf EOS-Systemen hergestellten Prototypen den Abstand zwischen beweglichen Teilen immer weiter reduzieren und Bauteile weiter verkleinern. Mit den Prototypen wurden auch Funktions- und Belastungstests durchgeführt, um z. B. den Verschleiß der Rastung in Schlamm und Sand zu ermitteln.

Der von Canto entwickelte Bajonettverschluss ermöglicht einen Brennerwechsel auch unter Wasser.

Infos zum Anwender

Die Canto Ing. GmbH ist eine Ingenieurgesellschaft aus Lüdenscheid, die ihren Kunden, neben Dienstleistungen aus dem Konstruktions- und Entwicklungsbüro, auch die Fertigung der Teile aus dem eigenen Modell-, Prototypenbau sowie Formenbau anbietet und darüber hinaus auch Serienauftragsfertigung durchführen kann.

Ergebnisse

Die neue Leuchte setzt in der Tat Maßstäbe für technische Taucher: Das Gewicht liegt bei nur 580 Gramm, so dass die Lichtquelle komfortabel zu handhaben ist. Durch die Funktionsintegration konnte die Zahl der zu montierenden Bauteile von drei auf eines reduziert werden. Zudem musste Canto so nicht eigens ein teures Spritzgusswerkzeug anfertigen, was Zusatzkosten von insgesamt bis zu 34.800 Euro bedeutet hätte. Trotz des enormen Leistungsumfangs und des niedrigen Gewichts erreichen die Qualität und damit die Belastbarkeit ebenfalls die gewünschten Vorgaben.

Das bestätigen auch die Mitglieder von Cavebase, eine nicht kommerzielle Gruppe von Höhlentauchern, die Thor Rev 2.0 bereits erfolgreich nutzt und mitentwickelt hat: „Ich bin sehr zufrieden, die Lampe ist robust und zuverlässig. Der Adapterverschluss ist einfach zu bedienen, mit hervorragendem haptischem Feedback“, sagt Wilke Reints, einer der Taucher. Das LED-Leuchtsystem ist wie gewünscht besonders hell. Die Korona gewährleistet auch Sicht jenseits des Spots. Eine automatische Kühlung sorgt für eine lange Lebensdauer des Systems. Dank des innovativen Anschlusses ist auch der gewünschte Wechsel von Brenner und LED unter Wasser einfach möglich – ein deutliches Sicherheitsplus.

Entsprechend zufrieden ist auch Hagen Tschorn: „EOS hat uns spüren lassen, dass sie kreative Dienstleister unterstützen, die auf der Suche nach neuen Anwendungsfeldern sind. Damit bieten wir unseren Endkunden eine Komplettlösung: Engineering und Fertigung inklusive.“ Das Ergebnis dieser Partnerschaft scheint wahrlich hell: Die Thor Rev 2.0 erreicht eine Leuchtstärke von bis zu 70.000 Lux – die typische Lichtstärke liegt an einem hellen Sommertag bei 100.000 und an einem bedeckten Sommertag bei 20.000 Lux. Mit dieser Power können sich Taucher sicher in die Dunkelheit der Tiefe begeben. Und sich wie in ihrem Element fühlen.