von Detlef Hoepfner, Larry Beck, Artikel aus dem Archiv vom
Sicher funktionierendes Material unter rauen und heftigen Bedingungen – für uns Anwender mittlerweile fast eine Selbstverständlichkeit. Die Entwicklung einer nach IP65 robust geschützten Produktserie ist aber ein langer, beschwerlicher Weg, wie Elation am Beispiel des Proteus aufzeigt.
(Bild: Elation)
Es war bereits Anfang 2015: Elation versammelte aus seinen internationalen Teams zusammengestellte Spezialisten in einer verschwiegenen Runde. Nicht nur aus der technischen Entwicklung, sondern auch dem Produktdesign und Service traf man sich in Los Angeles zu einer einwöchigen Diskussionsrunde. Im gemeinsamen Brainstorming und mit Experimenten sollte herausgefunden werden, wie das Unternehmen den Entwicklungserfolg von Produkten wie dem Platinum FLX in den Bereich der IP65-zertifizierten Geräte fortführen könnte. Die eigenen Ressourcen für Thermo-, Mechanik-, Optik-, Elektronik- und Software-Knowhow sah man als gegeben. Die Vision war auch klar: die Entwicklung einer wirklich zuverlässigen Serie automatisierter Leuchten mit Schutzart IP65, die auch unter den härtesten Bedingungen funktioniert. Nur der Weg dorthin war nicht klar. In den nächsten Monaten erarbeitete Elation eine Entwicklungsstrategie mit strategischen Zielen, Stärken, Erfolgskennzahlen und Herausforderungen – alles mit dem Ziel, eine neue Marke für qualitativ hochwertige, wettergeschützte Produkte auf den Markt zu bringen.
Der Anfang war gelegt, aber es lag noch viel harte Arbeit vor den Teams: Eine steile Lernkurve, während der Ressourcen zu bewerten und zu beschaffen waren. Es galt Tests durchzuführen, Fehler zu korrigieren und andere Hindernisse zu überwinden. Bei den sich immer wiederholenden Experimenten wurden die Geduld und das Engagement vieler Ingenieure auf eine harte Probe gestellt – genauso wie die Hardware selbst.
Frost und Hitze
Auch Irek Skoczowski, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Elation, war bei diesem Gruppensymposium anwesend. Seine engen Arbeitsbeziehungen reichten über den Atlantik hinweg bis zu Elations europäischem Büro in den Niederlanden und der von Roger Hamers geleiteten Forschungs- und Entwicklungsabteilung. „Wir kannten das warum – das wurde von Lichtdesignern, Verleihfirmen und unserem eigenen Verkaufsteam bestimmt“, erinnert sich Irek, „aber was wir nicht wussten, war das wie: Wie sollten wir ein Gerät entwickeln, das der Hitze und dem Sand von Dubai, der schwülen Luftfeuchtigkeit in Florida oder einem eiskalten österreichischen Winter standhält? Die Herausforderungen waren groß.“
Dabei war IP65 nicht einmal völliges Neuland für das Unternehmen – Elation hatte bereits Jahre zuvor mit der DLED und der nachfolgenden ELAR-Serie begonnen, sich mit IP-geschützten Produkten zu beschäftigen. „Ich würde sagen, dass dies der Startschuss für die Proteus-Serie war“, erinnert sich Gines Gines, Service Manager bei Elation und damit ein weiteres wichtiges Mitglied des Proteus-Entwicklungsteams. „Wir entdeckten einige unserer frühen ELAR-Serie-Scheinwerfer in hervorragendem Betriebszustand – und das nach Jahren des Einsatzes in maritimen Projekten. Das war ein wichtiges Wissen, das wir bereits besaßen und das uns half, uns während der Entwicklungsphase von Proteus zu verbessern. Diese frühen Erfahrungen halfen bei der Entwicklung der maritimen Spezifikationen für die Proteus-Reihe, die eine größere Beständgkeit in korrosiven salzhaltigen Umgebungen bieten.
Eine offensichtliche Herausforderung, die ja eigentlich kaum der Erwähnung bedarf, aber für schlaflose Nächte sorgen sollte, war die Frage, wie ein automatisiertes Beleuchtungsprodukt überhaupt vollständig abgedichtet werden kann. Die ersten Versuche waren alles andere als erfolgreich. „Das erste Muster war nicht nur zu sperrig – es sah aus wie etwas aus der Vorgeschichte, so Irek. „Es gab viele Lecks und Kondensationsprobleme. Als wir den ersten Prototyp bekamen, das Gerät aufschraubten und den Deckel öffneten, war es aus, wir mussten ihn wegwerfen. Das war eine frühe Lektion in Sachen Wasserdichtigkeit – keine harten Schrauben in weiches Aluminium!“ Die Lösung waren Helicoil-Einsätze. „Das war bereits eine große Verbesserung auf dem Weg zu
einer IP65-Lösung.“
Warmduscher Über endlose Zyklen wurden die Prototypen auf dem Dach des Firmengebäudes gewässert (Bild: Elation)
Bei frühen Tests wurde mit Inertgasen (Gase, die sich nur an wenigen chemischen Reaktionen beteiligen) auf Lecks geprüft, eine Methode, die aus der Automobilindustrie und ihren Klimaanlagen übernommen wurde. Dieser Ansatz half, die Abdichtung zu verbessern. Man entdeckte, welches Dichtungsdesign am besten geeignet war und welches Material die beste Abdichtung bieten und einer wiederholten Verwendung standhalten würde.
Die ordnungsgemäße Abdichtung des Geräts ist jedoch nur ein kleiner Schritt von vielen: Zu verhindern, dass Wasser in das Gerät eindringt, ist die eine Sache. Mit der Kondensation innerhalb des Geräts umzugehen, aber eine andere. „Normalerweise verdampft Kondenswasser und es entweicht durch die Luftventile. Aber als die Experimente bei kaltem Wetter durchgeführt wurden, traten andere Probleme auf“, berichtet Roger Hamers vom Elation-R&D in Europa. „In sehr kalten Umgebungen haben wir festgestellt, dass sich Kondenswasser in bestimmten Bereichen des Geräts ansammelt. Wir haben das Problem isoliert und nachdem wir verschiedene Methoden zur Lösung des Problems in Betracht zogen, haben wir schließlich Hardware-Modifikationen vorgenommen. Sie fängt die Feuchtigkeit auf und hält sie zurück, bis sich die Hardware durch das Licht erwärmt und das Wasser als Dampf freigesetzt wird. Das System hat sich als effektiv erwiesen und bietet außerdem zusätzlichen Schutz für wichtige interne Komponenten wie Leiterplatten.“
17000 Stunden Dauertest auf dem Fabrikdach, auch der Kondenswasserbildung muss vorgebeugt werden (Bild: Brandon Gonzalez)
Die Feuchtigkeitskontrolle, das vielleicht größte Hindernis, das es zu überwinden galt, war also perfektioniert worden – zumindest dachten die Elation-Ingenieure das. Denn als die Proteus-Linie um LED-Versionen und ihre kühleren, größeren Frontlinsen erweitert wurde, tauchte das Problem der Kondensation wieder auf. „Da Wasser an der kältesten Stelle eines Geräts kondensiert, oft an der Frontlinse eines LED-Scheinwerfers, stellten wir fest, dass diese dann manchmal beschlägt“, fährt Roger fort. „In diesem Fall haben wir uns in der Automobilindustrie umgesehen, um zu sehen, wie sie mit einem ähnlichen Problem umgehen. Die Lösung aus einem Ventilator und einem Heizelement, die einen warmen Luftfilm unter die Linse pustet, sorgt dafür, dass die Linsen beschlagfrei bleiben.“
Der Fortschritt fühlte sich langsam an, aber doch gab es Fortschritte. Manchmal verging ein Vormittag mit der Reparatur eines Geräts und dem Austausch durchgebrannter Leiterplatten, weil eine Dichtung nur einen halben Millimeter zu schmal war oder ein 1-Dollar-Stecker versagte. Selbst wenn einzelne Probleme gelöst waren, musste das Entwicklungsteam langfristig denken: Wird das Gerät auch noch nach Jahren funktionieren? Wie und wo könnte es korrodieren? Die Experimente dazu waren anstrengend, oft frustrierend, erforderten eine Menge Nacharbeit und ständiges Putzen. Aber selbst in diesen Phasen wurden Fortschritte durch das Entwicklungs-Team erzielt, das gemeinsam lernte.
In der Zwischenzeit tauchten andere Probleme auf. Als die ersten Prototypen aufgrund von Überhitzung Probleme
mit den Motoren hatten, die zu Overstepping führten, wurden die Software-Ingenieure von Elation hinzugezogen.
Und als ein ursprüngliches Fokus- und Zoom-Polgleitersystem in sehr heißen Umgebungen Probleme bereitete, die zu Übersteuerung und schnellerem Verschleiß führten, wurde auf ein Schienensystem mit Qualitätslagern und
speziell entwickelten Ölen umgestellt – eine wartungsfreie Lösung, die sich in allen Umgebungen bewährt hat.
Es vergingen Monate, in denen die Ingenieure modifizierten, änderten, reparierten, ersetzten und testeten – viel testeten. In der Zwischenzeit begannen die Vertriebsmitarbeiter von Elation, ihre Kontaktverzeichnisse zu durchforsten, um Proteus in einigen realen Anwendungen rund um den Globus zu platzieren und dabei die nächsten Lektionen zu lernen. Dubai zum Beispiel war eine der rauen Testumgebungen, in der die Geräte monatelang einer unerbittlichen Sonne, starken Winden und Sandstürmen ausgesetzt waren. Nach ihrer „Rettung“ aus der Wüste wollten die neugierigen Ingenieure natürlich wissen, was im Inneren der Geräte vor sich ging.
Windlasten Bei Montage in großer Höhe können große Kräfte am Material reißen (Bild: Elation)
„Unsere Sorge galt den internen Komponenten und der Frage, wie wir die ganze Hitze loswerden können“, sagt Irek. „Wir konnten auf die Erfahrungen zurückgreifen, die wir mit unseren Platinum-Lampen und deren Kühlung erlebt hatten, aber es dauerte trotzdem zwei Jahre, bis das Kühlsystem perfektioniert war.“ Proteus verwendet nun ein neues System mit Radiatoren und Kühlrippen, die mit internen Lüftern zusammenarbeiten, um die Wärme aus dem Gerät zu transportieren. Um die Wärmebelastung weiter zu senken, sorgt das Kühlsystem dafür, dass eine gleichmäßige Temperatur durch das gesamte Gerät geleitet wird, damit es keine internen Hot Spots gibt. Außerdem wurden bei jedem Schritt die Schallpegel sorgfältig gemessen, um sicherzustellen, dass der Geräuschpegel so niedrig wie möglich bleibt.
Audiomessungen Alle Schutzmaßnahmen dürfen nicht zu erhöhter Geräuschabgabe führen (Bild: Elation)
Die Umgebungen, in denen Proteus-Moving-Lights zum Einsatz kommen, sind vielfältig. Für Geräte, die dabei starkem Wind ausgesetzt sind – zum Beispiel auf einem Wolkenkratzer in Hunderten von Metern Höhe – wurden spezielle Windtests durchgeführt, die die Beständigkeit gegen Windlasten erfassten. Andere Geräte wurden IK-Tests (Impact Rating der Linsen nach EN 62262) sowie 3D-Vibrationstests unterzogen. Darüber hinaus wurden die Geräte gemäß CE, cETLus (nordamerikanischer Sicherheitsstandard), IP65 (staubdicht, vollständiger Schutz gegen Berührung und Schutz gegen Strahlwasser aus beliebigem Winkel) sowie bei Bedarf nach weiteren lokalen Tests geprüft.
Andere Testumgebungen sind ebenso zermürbend, wie das heiße und feuchte Orlando oder die Regen- und Salzwasserumgebung in China. Der vielleicht härteste Test findet jedoch im eigenen Labor von Elation statt. „Wir schaffen härtere Umgebungen als die, in denen ein Kunde das Produkt verwenden würde. Im Grunde genommen lassen wir sie laufen und testen, bis wir sie umbringen“, sagt Irek mit diesem leicht verschlagenen Blick, den man nur bei einem unbeherrschten Testingenieur sieht.
Gesalzen In maritimer Umgebung oder in Schwimmbädern greifen Salze, Chlor oder Brom das Material an (Bild: Elation)
Nach einer gründlichen Sichtprüfung müssen die Prototypen hier eine ganze Reihe von Tests über sich ergehen lassen. In einer speziellen IP-Kammer wird das Gerät aus allen erdenklichen Winkeln geduscht, besprüht und gestrahlt; in einem Wärmeraum wird es Temperaturen von bis zu 50 °C ausgesetzt, und in einem Gefrierschrank geht es bis zu –40 °C. Ein Ausflug auf das Dach der Elation-Anlage bringt weitere Torturen mit sich. Die Tests umfassen auch die Belastung durch andere Substanzen, denen ein Gerät in der realen Welt ausgesetzt sein kann, wie Chlor und Brom (in Schwimmbädern oder Spas) und großen Bechern Bier (wie auf jedem Festival).
Nicht alle Tests decken jedoch Probleme in der realen Welt auf. Ein Beispiel stammt von einem frühen Testgelände, wo direktes Sonnenlicht durch die Linse eines Geräts Schäden an internen Komponenten verursachte – ein Problem, das die Ingenieure ursprünglich nicht vorhergesehen hatten.
Sonnenstich Bei einem frühen Prototyp schädigte einfallendes, fokussiertes Sonnenlicht brutal mehrere Bauteile, nun wirkt konstruktiv davor geschützt und der Proteus schwenkt automatisch aus der Sonne (Bild: Elation)
„Die Sonne schien durch die Linse und erzeugte einen außergewöhnlich schmalen Strahl in das Gerät, ähnlich wie bei einem Laser, der einige Komponenten innerhalb von Sekunden verbrannte“, berichtet Roger Hamers. „Wir dachten, wir hätten alles abgedeckt, aber das zeigt nur, wie wichtig Tests in der Praxis sind. Die Lösung bestand aus einer Kombination von Software- und Hardwaremodifikationen: Ein Sonnenschutzmodus, der das Gerät mithilfe von Sensoren anweist, sich von der Sonne weg zu positionieren, in Kombination mit speziellen Dichtungsplatten, die Riemen, Ventilatoren und Ventile schützen. Andere Tests deckten weitere potenzielle Schwachstellen auf. Bei Falltests stellte sich beispielsweise heraus, dass bestimmte Gehäuse- und Halterungskonstruktionen leicht überarbeitet werden mussten, und andere Verbesserungen wurden an scheinbar banalen Dingen wie Verkabelungen und Steckverbindern vorgenommen. „Wir haben viel aus diesen frühen Prototypen gelernt, vor allem vom Proteus Hybrid, und haben diese Probleme bei den folgenden Geräten vermieden“, sagt Irek.
Ein Sprichwort besagt, dass Not erfinderisch macht, und da in der Entwicklungsabteilung von Elation täglich Geräte geöffnet und geschlossen werden, war ein hochwertiger IP-Tester eine zwingende Notwendigkeit.
Überdruck Kleinste Undichtigkeiten machen sich außen durch Blasen sichtbar (Bild: Elation)
„Die auf dem Markterhältlichen IP-Tester konnten nur Vakuumtests durchführen, was nicht gut genug ist. Also haben wir schließlich unseren eigenen IP-Tester entwickelt, der sowohl auf Vakuum als auch auf Drucklecks testen kann“, erklärt Roger Hamers. „Aber warum sollte es beides können? Bei einem reinen Vakuumtester wird Wasser in die Vorrichtung gesaugt, und es ist schwierig, das Leck zu lokalisieren. Es gibt Probleme, die man mit einem reinen Vakuumtest nie finden würde, z. B. Lecks in einer Membran. Ich will Blasen sehen! Wir setzen das Gerät daher auch unter Druck, so dass man Blasen sehen und die undichte Stelle leichter identifizieren kann.“ Auch hier hat sich Elation von der Automobilindustrie inspirieren lassen, um eine innovative Lösung zu finden.
Beginnend bei den allerersten Diskussion am runden Tisch durchlief Elation damit eine Entwicklung, mit der man sich nun an der Spitze der Fertigung IP-geschützter Scheinwerfer sieht.
IP-Test Elation belastet die Testmuster mit Unter- und Überdruck (Bild: Elation)
Eric Loader, Vertriebs- und Marketingdirektor bei Elation Professional, war bei diesem Symposium dabei und reflektiert über die zurückgelegte Reise. „Es war mit Sicherheit eine herausfordernde Aufgabe auf dem ganzen Weg. Aber nichts Großes ist einfach, oder? Die harte Arbeit und Hingabe, die unser Team in die Entwicklung dieser Weltklasse-Produkte steckt, stellt sicher, dass die Kunden ihre Visionen verwirklichen können und ihre Projekte von Anfang bis Ende erfolgreich sind. Es war ein großer Schritt nach vorn für unser Unternehmen, aber auch für unsere Branche.“
