Lapka — Sensoren für das iPhone

Überblick über das Projekt

Im Auftrag des Startups Lapka haben wir für eine Reihe von Sensoren für das iPhone – Nitratmesser, Radiometer, elektromagnetische Feld- und Feuchtigkeitsmessgeräte – das Gehäusedesign entwickelt, eine Pilotserie hergestellt und die Serienproduktion vorbereitet. Jeder Sensor ist eine rechteckige Einheit mit einem Sockel in Form eines Holzwürfels von 19 mm Seitenlänge. Die Geräte werden über die Audioschnittstelle des Apple-Smartphones verbunden und nutzen die Energie und die CPU des iPhones. Die Messergebnisse werden in der mobilen App angezeigt.

Da das Gehäusedesign für die Lapka-Sensoren spezielle Fertigungsanforderungen erfüllen musste, analysierten die Experten von Promwad verschiedene Holzarten, Kunststoffe und Metalle, um die optimale Kombination für die Herstellung der Prototypen zu finden. Im Ergebnis wurden dunkles Hartholz (ohne Beschichtung), elfenbeinfarbener Kunststoff und Edelstahl ausgewählt.


Projektergebnisse

Während der Projektdurchführung haben die Experten von Promwad folgende Aufgaben erledigt:

— Auswahl der Materialien für das Gerätegehäuse
— Designentwicklung für alle Teile
— Anlagenentwicklung für die Serienproduktion (ein Satz Gießformen)
— Produktion der Pilotserie von Sensorteilen

Wie es gemacht wurde

Kunde

Lapka ist der Designer und Konzeptentwickler des Lapka-Geräts (2012), eines Miniatursensors, der an ein Telefon angeschlossen werden kann und Daten der Umgebung misst, sammelt und analysiert.

Die hier verwendeten Bilder stammen von mylapka.com

Zielsetzung

Entwicklung und Herstellung der Pilotserie von Lapka-Geräten auf der Grundlage des Designs und der primären technischen Anforderungen des Kunden.

Das Produkt besteht aus vier Sensoren, die über die Audioschnittstelle mit einem Telefon verbunden werden:

  • Radiometer
  • Sensor für elektromagnetische Felder
  • Nitratsensor für Obst und Gemüse
  • Feuchtigkeitssensor 

Jeder Sensor besteht aus einem Holzwürfel von 19 mm Kantenlänge, der über einen Audiokabelausgang verfügt.

Basierend auf den primären Anforderungen des Kunden standen folgende Aufgaben im Vordergrund:

Aufgabe 1: Auswahl der Materialien für das Gerätegehäuse anhand der folgenden Parameter:

Kunststoff

Hauptanforderung an den Kunststoff war eine tiefweiße, matte Farbe. Weitere Kriterien betrafen Materialdichte, Härte und Haptik.

Holz

Zu den wichtigsten Anforderungen gehörte hartes Holz, vorzugsweise nur poliert, ohne Beschichtung, in dunkler Farbe.

Die endgültige Auswahl der spezifischen Kunststoff- und Holzart sollte in der Phase der Prototypenherstellung anhand der bereitgestellten Muster erfolgen.

Metall

Dieses Material wurde für die Herstellung der Nitratsensorsonde verwendet. Zu den wichtigsten Kriterien für die Wahl des Metalls gehörte die Beständigkeit gegenüber den aggressiven Substanzen (Gemüse- und Fruchtsäfte), mit denen die Sonde in Kontakt kommen würde. Der abnehmbare Teil des Geräts sollte ohne externe Befestigungsmittel am Gehäuse befestigt werden können.

Aufgabe 2: Entwurf der Komponenten

Während des Entwurfsprozesses war es notwendig, die folgenden Punkte zu untersuchen:

  • Koordinierung der Produktion der Metall- und Kunststoffteile mit den Technologen
  • Auswahl der optimalen Befestigung der Platine im Gehäuse
  • Schemazeichnung für das Metallteil des Nitratsensors (Sockel mit Sonde) auf Grundlage der Fertigungstechnologie und Abstimmung mit der Produktion und den Entwicklern
  • Auswahl der besten Option für die Positionierung des Kunststoffsockels im Holzteil (zuverlässige Befestigung, unter Berücksichtigung der Herstellung)
  • Überarbeitung der Beschriftungstechnologie mit dem Hersteller der mechanischen Teile
  • Analyse der Audiobuchse, ihrer Installation auf der Platine und ihres Einbaus in das Gehäuse. Die wichtigste Anforderung an die Buchse ist neben der Sicherheit ihr Aussehen im zusammengebauten Produkt, d.h. sie sollte nicht den standardmäßigen schwarzen Ring des Steckers aufweisen

Aufgabe 3: Herstellung der Prototypen  

Die Prototypen sollten aus verschiedenen Materialien hergestellt werden und dem Serienprodukt genau entsprechen.

Aufgabe 4: Herstellung von Anlagen für die Serienproduktion

Für die Serienproduktion war es notwendig, eine Reihe von Gussformen für die Kunststoffteile, eine Anlage für die Herstellung der Metallsonde für den Nitratsensor sowie eine Anlage für die Herstellung der Holzteile herzustellen.

Task 5. Produktion einer Pilotserie von Gehäuseteilen für alle Sensorgeräte

Lösung

1. Materialauswahl

Auf der Grundlage der Anforderungen des Kunden und der Produktionstechnologie wurden drei Optionen für Kunststoffe vorgeschlagen, die die erforderliche Dichte, Festigkeit, Absorptions-/Brechungsrate und haptischen Eigenschaften aufwiesen. Diese Materialien wurden für die anschließende Herstellung der Prototypen ausgewählt.

Für die Holzteile des Geräts wurden Muster in der erforderlichen Größe aus neun verschiedenen Holzarten hergestellt und dem Kunden präsentiert. Für die spätere Serienproduktion wurde holzverarbeitende Betriebe gesucht und evaluiert. In der Bewertungsphase der Muster wurden drei Holzarten ausgewählt, die anschließend für die Herstellung des Prototyps verwendet wurden.

Für die Herstellung der Sonde wurde Edelstahl ausgewählt. Während des Designs des Nitratsensors wurde beschlossen, zwei verschiedene Stahlsorten für den Sockel der Sonde und für ihren Arbeitsteil zu verwenden, da der Sensor für die Messung abgenommen und dann ohne zusätzliche Befestigungsmittel zuverlässig befestigt werden muss.

Für die Realisierung des Sockels und den im Gerätegehäuse eingebauten permanenten Ringmagnet mit 4 kg Zugkraft zur sicheren Befestigung des Sockels wurde ein Edelstahl mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften verwendet, während für die Sonde eine nichtmagnetische Edelstahlsorte ausgewählt wurde, um eine Wechselwirkung zwischen der Sonde und dem Magneten zu verhindern, wenn das Gerät transportiert wird.

2. Entwicklung des Designs

In dieser Phase wurden 3D-Modelle und Konstruktionsunterlagen für alle Teile des Produkts erstellt. Darüber hinaus wurden eine sichere Befestigung der Leiterplatten im Kunststoffgehäuse sowie geformte Schrägen nach den Designvorgaben geplant.

Besonderes Augenmerk wurde auf die Dichtigkeit der Sondenbefestigung am Nitratsensor gelegt, um das Eindringen aggressiver Flüssigkeiten in das Gerät zu vermeiden. Um die Dichtigkeit der Sonde zu gewährleisten, wurde hochflüssiger Kunststoff mit starker Metallhaftung verwendet. Die Farbe des isolierenden Kunststoffs wurde auf die Farbe des Gehäuses abgestimmt. Um eine fehlerhafte Befestigung der Sonde des Nitratsensors an der Standard-Audiobuchse zu vermeiden, wurde die Größe der Sonde von der Norm abweichend gestaltet.

Im Verlauf der Umsetzung wurde beschlossen, eine eigene Audiobuchse im Gehäuse zu realisieren. Die Notwendigkeit eines separaten Anschlusses ergab sich aus dem anspruchsvollen Erscheinungsbild des Geräts, d. h. dem Fehlen jeglicher miteinander verbundener Flächen und sichtbarer Lücken am Gerätekörper. Gleichzeitig wurde die Gerätemontage vereinfacht.

3.  Herstellen der Prototypen

In dieser Phase wurden drei Sätze von Prototypen mit zuvor ausgewählten Materialien hergestellt.

Die Analyse der Prototypen führte zu Änderungen im Design der Kunststoffgehäuse, wie z. B. die Entfernung der äußeren geformten Schrägen und Korrekturen bei der Beschriftung

4. Anlagenproduktion

In dieser Phase wurden Anlage für die spätere Serienproduktion der Teilesätze hergestellt. Auf den Anlagen wurden Referenzmuster der Teile hergestellt und mit dem Kunden bestätigt.

5. Produktion der Pilotserie

Die Pilotserie der Sensorteilesätze wurde hergestellt und für alle Produktkomponenten wurden Akzeptanzkriterien formuliert und Qualitätskontrollen durchgeführt. Die Ergebnisse der ersten Produktionsserie ermöglichten die Anpassung des technologischen Prozesses zur Optimierung der Produktmontage und des Betriebs sowie zur Steigerung der Qualität.

Im Ergebnis dieser Arbeit wurden eine vollständige, für die Serienproduktion optimierte Produktionsdokumentation und ein Ausrüstungssatz für die anschließende Fertigung erstellt, während eine Produktcharge zur Erprobung versandt wurde.

Vorteile

  • Durch die Verwendung von zeitgenössischem Design, organischen Materialien (Holz) und hochwertigem elfenbeinähnlichem, mattem Kunststoff konnte ein ästhetisch ansprechendes Gerät hergestellt werden, das sich von anderen Sensoren abhebt.
  • Alle Materialien wurden mit Prototypen getestet, an denen der Kunde Parameter wie Farbe, Gewicht und taktile Eigenschaften in der Praxis beurteilen konnte.
  • Die erstellte Designdokumentation für die Sensoren wurde für die Serienproduktion optimiert.

 

Andere

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