(Taser) Taschenlampe
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Das Projekt
Zum Abschluss der zwei Semester im Informatik Zusatz Kurs wurde ein Projekt ins Leben gerufen. Wir arbeiteten zu viert in einer Gruppe.
Name:
Zeus
Gruppenmitglieder:
Tom Stoll
Hans-Peter Malinka
Julian Helaoui
David Hermann
Beginn:
13. März 2019
Fertigstellung:
26. Mai 2019
Kosten:
Zwischen 50€ – 60€
Die Planung
Nach ausgiebigen Überlegungen entschieden wir uns gegen Selbstschussanlagen und Drohnen mit eingebauten Selbstschussanlagen und wollten nun zunächst einen Taser bauen. Leider ist dieser im Rahmen des Unterrichtes nicht zulässig und somit brauchten wir eine Alternative.
Wir entschieden uns für eine RGB Taschenlampe.
Was kommt nach der ausgiebigen Ideenfindung? Richtig, die ausgiebige Ideenbewältigung.
Die Bauteile
Nach der Planung besorgten wir die (ersten) Bauteile. Diese kauften wir auf Amazon und bei Conrad für ca. 20€.
Hier sieht man die Bauteile:
Die Bauteile sind wie folgt:
Batteriefach
- Das Batteriefach wurde durch unseren Schul-3D-Drucker gedruckt. Die Kontakte wurden aus einer nicht verwendeten Alarmanlage genommen und hier eingebaut. Es wurde dann mit dem Transformator und dem ersten Schalter verknüpft.
Kippschalter
- Dieser Metallhebel ist für das Entsichern unseres Gerätes zuständig. Nachdem der Reedkontakt einem Magnetfeld ausgesetzt ist, soll dieser Kippschalter vor nicht gewolltem Auslösen schützen. Er besteht aus einer Kupfer-Silber-Legierung und muss ebenfalls angelötet werden. Die rote Kappe auf ihm ist extra und soll einfach nur vor möglicher Spannung warnen, wenn man ihn betätigt.
Reed-Kontakt
- Der Reedkontakt ist in unserem Gerät zur absoluten Sicherung gedacht, damit dieses Gerät nicht aus Versehen in der Tasche angeht. Ein Reedkontakt schließt den Stromkreis, sobald ein Magnetfeld stark genug auf beide magnetischen Kontakte im Reedkontakt wird und diese sich berühren. Es muss auch angelötet werden.
Drucktaster
- Ein roter Drucktaster ohne Beleuchtung, welcher als manueller Auslöser für unser Gerät dient. Er muss via Löt-Pins an den Schaltkreis angeschlossen werden.
Akku
- Es handelt sich hierbei um die Spannungsquelle unseres Gerätes. Dieser Akku ist ein Lithium-Ionen-Akkumulator, welcher eine Kapazität von rund 3000 mAh aufweist und maximal 30000 mA bei Entladung abgeben kann.
3D Test Modell
Als Nächstes fertigten wir ein paar erste 3D-Modelle an. Sie dienten zum Test, um den Pass der Teile zu sichern. Dazu haben wir erstmal die Bauteile vermessen.
Danach haben wir mit der Modellierung begonnen. Dazu nutzten wir Blender. Erstellt wurde eine Platte in der 5 Ausschnitte sind.
Der erste Ausschnitt dient zum Halten eines Magnetschalters, welcher durch eines der zwei seitlichen Löchern eingeführt wird und dann flach eingelegt wird.
Von den vier weiteren Löchern sind zwei in einer Materialstärke von einem Millimeter eingelassen und zwei in einer Stärke von zwei Millimetern.
Erster Druck!!
Auswertung
Die Teile sind sehr gut gedruckt worden und haben einige Schwachstellen des Designs aufgezeigt. Das Innenteil des zweiten Druckes ist ein bisschen zu klein für das Batteriefach und der Knopf ist einen Millimeter zu groß. Die Material-Stärke von 2 Millimetern war sehr gut geeignet.
Der Kippschalter hingegen hat sehr gut gepasst.
Das nächste Modell sollte beinhalten:
- Ausschnitt für den Kippschalter
- Ausschnitt für eine LED-Halterung
- Ausschnitt für den Knopf, diesmal mit abgeflachten Kanten und mit größerem Durchmesser
- Ausschnitt für Magnetschalter, diesmal groß genug
Hier ist das nächste Modell. Es beinhaltet alle vier Ausschnitte.
Verbesserter Testdruck
Auswertung
Die LED und der Kippschalter haben sehr gut in die Ausschnitte gepasst. Der Ausschnitt für den Knopf war ein bisschen zu groß.
Bei dem nächsten 3D Druck wird direkt die richtige Anordnung der Bauteile berücksichtigt. Außerdem wird der Magnetschalter vorerst nicht eingebaut, da er sehr empfindlich ist.
Batteriefach und Knöpfe
Das Batteriefach sollte zylindrisch sein und einen Ausschnitt für das eigentliche Batteriefach beinhalten.
Zudem muss hinter dem Batteriefach ein Kabelkanal sein, da das untere Kabel irgendwie nach oben kommen muss.
Die Knöpfe werden in Ausschnitte im äußeren Zylinder eingelassen. Diese sind auf einer flachen Fläche, da die einzelnen Knöpfe/Elemente flache Auflageflächen besitzen.
Auswertung
Dieses Mal wurde mit einer Layer-height von 0.15 Millimetern gedruckt. Der Druck wurde darum etwas gröber, was jedoch keinerlei Auswirkungen auf die Funktionalität hatte.
Die Teile haben perfekt in die vorgesehenen Ausschnitte gepasst.
Der Kabelkanal hinter dem Batteriefach könnte noch etwas breiter sein.
Batteriefach zweites Design
Das 3D Modell sieht folgendermaßen aus:
Es beinhaltet den Ausschnitt für das eigentliche Batteriefach, einen Deckel, der das Batteriefach daran hindern herauszurutschen und einen Stift, welcher den Deckel sichert.
Der fertige Druck sieht dann so aus:
Der Fehler war schnell bemerkt und wurde in präziser Feinarbeit behoben.
Das Ergebnis sieht so aus:
Auswertung
Das Batteriefach passt perfekt. Jedoch gibt es natürlich auch Schwachstellen im Design.
- Das Batteriefach ist etwas kürzer als der Ausschnitt
- Der Deckel hat keine abgeflachte Kante
- Der Stift war etwas zu breit
Die LED aus dem Scheinwerfer
Wir brauchen für unsere Taschenlampe natürlich eine LED. Dafür haben wir uns einen Scheinwerfer gekauft.
Wir schraubten den kleinen Scheinwerfer auf und entfernten die Elektronikteile. Der Scheinwerfer wird direkt in die Steckdose gesteckt. Das heißt, dass er mit 230 Volt Netzspannung betrieben wird. Das kann unser 18650 Akku erstaunlicherweise nicht liefern. Also haben wir als nächstes gemessen, mit wie vielen Volt die LED betrieben wird. Um gleich an alle relevanten Bauteile zu gelangen, mussten wir allerdings zunächst die Füllung auf der Platine entfernen.
Dazu bogen wir die Aluminiumhülle zur Seite und kratzten mit einem Messer jegliche Füllung von den Bauteilen.
Nachdem das getan war, testeten wir erneut alle Spannungen.
Die Eingangsspannung war natürlich 230V, da der Scheinwerfer kein zusätzliches Netzteil besitzt, und die LED wurde mit 9V betrieben. Wir lokalisierten als Nächstes den Transformator und entfernten ihn von der Platine und an seine Stelle kamen zwei Kabel.
An die Kabel legten wir einen 9 Volt Block an, um zu testen, ob noch alles funktioniert.
Die LED leuchtete und ließ sich auch mit der Fernbedienung steuern.
Taschenlampenkörper Design
Da der Körper für den 3D-Drucker zu groß war, trennten wir das 3D Model in zwei Hälften. Das machten wir mit einem Zickzack Muster, damit die Teile später perfekt aufeinander sitzen. Im oberen Teil befinden sich alle Ausschnitte und obendrauf eine Kappe mit vier kleinen Löchern und einem quadratischen Ausschnitt. Die vier Löcher waren dafür gedacht, um Schrauben durch den Kopf in den Körper zu schrauben und somit den nötigen Halt zu gewährleisten. Der rechteckige Ausschnitt sorgt dafür, dass die Platine im Kopf nicht in den Körper rutscht, aber alle Kabel durchpassen.
Taschenlampenkörper Druck
Der Druck verlief sehr gut.
Die Teilung durch das Zickzack Muster hat perfekt funktioniert und die Teile rutschen nicht voneinander ab.
9 Volt-Block Batteriefach Design
Weil wir uns dafür entschieden unsere Taschenlampe mit einem 9 Volt-Block zu betreiben, mussten wir natürlich auch ein neues Design für das Batteriefach entwickeln.
Im Groben und Ganzen behielten wir das Design bei, der Deckel und der Stift blieben. Das Fach wurde etwas kürzer und der 9V-Block wird jetzt von oben eingesetzt.
Erster 9V Batteriefach Druck
Der fertige Druck hat leider nicht in den Körper gepasst. Der 9 Volt Block hat dafür aber auf den Millimeter genau in die dafür vorgesehene Öffnung gepasst. Auch der Konnektor passt perfekt in das Loch und die Kabel können ohne Probleme aus dem Deckel geführt werden.
Der Deckel und der Stift passten nach Entfernen der Druck-Überreste einwandfrei ineinander. Im Gegensatz zum ersten Batteriefach lässt der Deckel dieses Mal auch kein Spiel zu.
Eine Verbesserung, die uns auffiel, war, dass sich das Batteriefach im Körper teilweise drehen konnte. Um das zu umgehen, brachten wir in das nächste Modell eine Kerbe an der Rückseite des Batteriefachs an.
Zweiter 9V Batteriefach Druck
Der nächste Druck verlief größtenteils gut, leider brach eine der zwei Halterungen für den Deckel ab.
Was wir außerdem nicht bedacht haben war, dass das Batteriefach nun zwar eine Kerbe an der Rückseite hatte, der Deckel jedoch nicht. Also mussten wir noch etwas nacharbeiten.
Das Fach geht jetzt einwandfrei in den Körper und lässt sich nicht mehr drehen.
Der Schaltkreis
Als Erstes begannen wir damit die Kabel von der Platine zu kürzen und Konnektoren anzulöten.
Jede offene und leitfähige Verbindung wurde mit Schrumpfschlauch überzogen, damit kein Kurzschluss entstehen würde.
Dann musste natürlich die Funktionalität der Bauteile sichergestellt werden…
Eine Krokodilklemme und ein schnell eingelöteter Knopf war dabei unabdingbar.
Unser Stromkreis enthält folgende Funktionen:
- Beim Umlegen des Schalters leuchtet die LED
- bei zusätzlichem Drücken des Tasters leuchtet die Lampe
- Batterie abnehmbar (Steckverbindung)
- Platine abnehmbar (Steckverbindung)
- LED austauschbar (Steckverbindung)
Um ihn anzufertigen, nutzten wir GeoGebra im Web.
Wichtig war bei dem Stromkreis, dass alle Kabel lang genug sind um einen reibungslosen Zusammenbau zu ermöglichen. Außerdem haben wir überall Steckverbindungen eingebaut, damit die Taschenlampe so modular wie möglich wird.
Da die LED mit höchstens drei Volt und 20mA betrieben werden kann, war die 9-Volt Spannungsquelle natürlich zu stark. Also bauten wir einen Vorwiderstand vor der LED ein. Mithilfe eines Online-Vorwiderstandsrechner, bestimmten wir den kleinst-nötigen Widerstand. Nachdem wir diesen herausgefunden haben, entschieden wir uns vorsichtshalber doch für einen 500 Ohm Widerstand.
Nach dem Löten sah der Stromkreis dann so aus:
Taschenlampen Kopf
Der Kopf der Taschenlampe ist etwas breiter als der restliche Körper. Er besitzt vier Bohrungen mit 2 Millimeter Durchmesser, welche sich nach einem Zentimeter zu 6 Millimeter Bohrungen vergrößern. Der Gedanke dahinter ist, dass Schrauben durch den breiten Teil eingesteckt werden und in den dünneren Teil eingeschraubt werden. Sie sollen den Kopf am Körper fixieren.
Der quaderförmige Ausschnitt im Kopf beinhaltet später die Platine.
Auswertung
Im fertigen Druck hat die Platine sehr wenig Spiel gehabt. Sie hat kaum gepasst. Die Idee mit den Schrauben war des Weiteren zwar gut gedacht, hat aber im fertigen Design nicht wirklich zuverlässig funktioniert.
Der nächste gedruckte Kopf wird aufgeklebt.
Erste komplette Taschenlampe
Und zusammen:
Kabel zur LED verkürzen
Damit die LED in den Kopf passt, müssen die Kabel gekürzt werden. Hierfür löteten wir einfach alle Kabel ab und löteten vier neue, kürzere Kabel an die alten Stellen.
Zweiter Taschenlampen Kopf
Das Design von dem nächsten Kopf ist sowohl länger, als auch breiter als das letzte. Es gibt wieder einen quaderförmigen Ausschnitt für die Platine. Am Boden befindet sich ein kleinerer, quadratischer Ausschnitt, welcher dafür sorgt, dass die Platine nicht rausfällt. Über dem Platinen-Ausschnitt wird der Hohlraum rund. Er hat einen Durchmesser von 50 Millimetern und soll sowohl den Deckel fassen, wie auch die Linse.
Der Deckel hat einen quadratischen Ausschnitt für die LED und einen länglichen Ausschnitt für die Kabel.
Zudem hat der Kopf einen rechteckigen Ausschnitt an der Seite für den Infrarot Sensor.
Der Druck hat perfekt funktioniert. Der Deckel passt lückenlos hinein und die LED passt in den Deckel. Auch der Sensor hat perfekt in das Loch gepasst.
Drittes 9V Batteriefach
Da beim letzten Druck des Batteriefachs eine der beiden Halterungen für den Stift abgebrochen ist, werden diese dicker.
Die Form kann jetzt, bis auf den Ausschnitt an der Rückseite, rund werden, da der Körper nun ebenfalls rund ist. Der Boden wurde außerdem ein bisschen breiter damit man das Fach einfacher herausziehen kann.
Der Deckel für das Fach hat jetzt auch einen Ausschnitt an der Rückseite und die Schrift steht ab.
Auswertung
Das Batteriefach ist sehr gut geworden und diesmal ist auch nichts abgebrochen. Der Deckel hat perfekt auf das Fach gepasst und alle Kabel perfekt durch den Deckel.
Das Batteriefach hat auch einwandfrei in den Körper gepasst.
Zusammenbau der Taschenlampe
Kopf
Hinter die LED kam etwas Schaumstoff. Er soll den Abstand zum oberen Rand erweitern und gegen Klappern wirken. Darüber kam der Deckel.
Dann wurde durch den Ausschnitt der Konnektor für den Infrarot Sensor eingefügt und auf die Platine gesteckt. Die Platine wurde dann in den Kopf gesteckt.
Dann kam die nächste Lieferung an. Eine Streulinse mit Halterung.
Da der Kopf auf genau diese Linse angepasst war, passte alles rein. Wir packten noch etwas Schaumstoff zwischen die LED und den reflektierenden Schirm um das Klappern weiter zu unterdrücken. Damit die Halterung am Kopf hält, bogen wir die abstehenden Metallteile nach unten.
Batteriefach
In das Batteriefach kam zuerst die Batterie und als Nächstes etwas Schaumstoff, gegen jegliches Klappern.
Körper
Den Körper haben wir erneut in höherer Qualität modelliert und dann in Weiß erneut gedruckt. Die Ausschnitte für LED und Schalter haben wir vertauscht, damit die LED nicht vom Daumen verdeckt wird, sobald man den Schalter betätigt.
Dann haben wir die Elektronik aus dem alten Körper entnommen und in den neuen eingebaut.
Um den Körper zusammenzustecken designten und druckten wir einen Verbindungszylinder.
Leider war dieser sowohl zu kurz und hatte einen zu schmalen Durchmesser. Also druckten wir einen weiteren, diesmal besseren Zylinder.
Den Zylinder haben wir mit Alleskleber in die untere Körperhälfte eingeklebt.
Noch ein letzter Blick in die Innenseite…
Ergebnis
Nach unzähligen Wochen (es waren 11), beginnend ab dem 13. März 2019, gefüllt mit Entwicklungsarbeit, Drucken und Designen, sind wir nun in der Lage die fertige Taschenlampe zu präsentieren…
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3D-Druck Friedhof
Nach dem Projekt blieb das ein oder andere Teil, welches wir nicht benutzt haben.
