Potápěčská baterka 2007

Jak to začalo

Prvotní úvahy

Když jsem se začali potápět a dávali jsme dohromady výbavu, brzy jsme zjistili, že v českých vodách (potápíme se nejčastěji na lokalitách typu Orlík, Slapy apod.) nejde fungovat bez dostatečně výkonné baterky. V tu dobu jsme používali Lumeny a jim podobné světlušky. Jenže ceny výkonných baterek nám přišly značně přemrštěné a navíc jsme dostali chuť zkusit si postavit něco svépomocí.

Nejdřív jsme si řekli že to musí jít postavit snadno a to z materiálů, které doslova najdem (kanalizační trubky, trubky na rozvody vody, plexisklo nalezené na půdě, parabola ze starého automobilového světla včetně halogenové žárovky, madlo na zednický hladítko a tak podobně). Jenže po několika pokusech jsme zjistili, že tudy cesta nepovede a logicky jsme došli k tomu, že pokud máme vyrobit něco skutečně funkčního, že budeme muset nejdřív vyřešit a namalovat způsob provedení včetně detailního řešení a následně na to sehnat vhodný materiál. Toto řešení se nakonec skvěle osvědčilo i když první pokusy nám přinesly spoustu legrace při testování veskrze s negativním koncem.

Pár slov k prototypům

Jako první typ řešení nám přišlo jednoduché vyrobit baterku jako kompaktní celek (akumulátor + parabolu se žárovkou). Jako akumulátor jsme se rozhodli už od začátku využívat klasické uzavřené olověné akumulátory 12V/7Ah. Jednak jsem je měl dostupné starší zdarma, takže nevadilo, když jsme při testování nějaký zničili a i nové jsou poměrně levné a kapacita 7Ah už nám stačila pro předpokládanou dobu svícení.

Bohužel mají v řezu obdélníkový tvar, což není úplně ideální pro pouzdro, ale to už jsme velkoryse vzali jako fakt. Při prvních pokusech jsme se snažili umístit nějak do boxu (původně kanalizační trubka, následně trubka pro rozvody plynu) tento aku a parabolu, kterou jsme vykuchali z reflektoru auta. Jako sklo jsme v prvním pokusu použili klasický sklo, protože ruplo cca v 10m, nahradili jsme ho plexisklem. Při dalších pokusech neobstála oranžová plastová kanalizační trubka a skončila implozí baterky cca ve 27 m v Hallstatu. Neřešili jsme jestli to bylo zimou nebo nějakou jinou chybou a rovnou jsme přesedlali na trubku, která se používá na rozvody vody ve vodovodních řádech.

Ta se jevila se svou cca 10 mm stěnou odolné, ale nešla moc dobře obrábět a nedařilo se nám udělat plochy tak aby do baterky neteklo. Od začátku jsme se snažili všechno těsnit na o-kroužky. Nicméně když už baterka začala fungovat tak, že vydržela ponor bez poškození s tím, že do ní trochu nateklo se ukázal jiný konstrukční problém a to vyvážení baterky bod vodou. Těžký akumulátor na jedné straně a parabola na druhé straně měly za následek, že baterka měla silnou tendenci se ve vodě klopit parabolou nahoru a prakticky to nešlo používat.

Celkem jsme měli tuším 3, nebo 4 vyrobené baterky a poté jsme se rozhodli, že tudy cesta nepovede a rozhodli jsme se, že na to půjdeme jinak.

Základní požadavky na baterku

Po neúspěšných pokusech jsme si řekli následující požadavky:

• budeme vyrábět baterku ve dvoudílném provedení i když to bude znamenat utěsnění kabelu mezi akuboxem a svítilnou.
• akubox se bude umísťovat na lahev a svítilna bude pokud možno v malém provedení a budeme jí držet v ruce.
• použít akumulátor 12V/7Ah ( rozměry 65x151x94mm, hmotnost 2,51kg)
• spínání svítilny musí být řešeno jednoduše na těle svítilny
• baterka musí dostatečně svítit na české vody - použít standartní halogenové žárovky s parabolou HXTR 12V (vyrábí se s 20W, 35W a 50w žárovkou s úhly 12, 24, 36 stupňů – předpoklad použít parabolu 24 stupňů)
• tímto lze dle typu použité žárovky ovlivnit parametry svítilny
• baterka by měla být schopna svítit minimálně 1 hodinu, optimálně alespoň 2.
• dobíjení akumulátoru musí být vyřešeno jednoduše bez složité demontáže jakéhokoli víka a při dobíjení by měl být pro jistotu odvětrán box na akumulátor.
• dobíjení akumulátoru vyřešit i z automobilové baterie
• konstrukce baterky musí být dostatečně mechanicky odolná jak pro transport, tak zejména pro působení tlaku pod vodou
• předpokládaná hloubka, kterou musí baterka vydržet musí být minimálně 50m.
• použité materiály pro výrobu musíme snadno sehnat a pokud to půjde využít materiály, které máme.
• konstrukci navrhnout tak, abychom dokázali materiál upravit vlastními silami nebo jednoduše zadali (měli jsme možnost svářet nerez, obrábět na soustruhu, frézovat nekovové materiály, brousit , vyrábět jednovrstvé tištěné spoje apod.)
• baterku musí být možné nejen relativně snadno složit, ale i rozložit pro případnou výměny žárovky nebo akumulátoru

Popis řešení

Box na akumulátor

Tělo boxu

Tělo boxu je řešeno z nerezové trubky s navařeným dnem. V místě víka je ubraná vnitřní stěna tak, aby se víko opřelo o ubrání. Tělo boxu je zvenku upravenou soustružením aby šlo snadno přichytit popruhem o šířce 50mm (buď jedním uprostřed, nebo dvěmi krajními).

Víko

Víko boxu je řešeno ze silného plexiskla. Po obvodu plexiskla jsou dvě drážky (vnitřní pro těsnící o-kroužek a jedna pro uložení nerezového drátu pro zajištění proti vypadnutí na principu ségrovky v drážce těla boxu).

Ve víku jsou 2 otvory se závitem M16 (měli jsme zrovna k dispozici závitník M16) a to jeden pro kabelovou průchodku a jeden pro zátku na dobíjení. Jako kabelovou průchodku jsme použili plastové kabelové průchodky (původně jsme chtěli použít kovové, ale protože to s platovými fungovalo, tak už jsme to dál neřešili) se závitem M16 (kabelové průchodky typu PG mají jiný typ závitu) a ve svojí baterce jsem původní gumové těsnění nahradil dvěma o-kroužky.

Zátka pro dobíjecí konektor je ze šroubu M16 s upravenou dosedací plochou pro o-kroužek. Dobíjecí konektor je umístěn na držáku akumulátoru a držák akumulátoru a víko jsou zajištěny proti posunutí dvěma šrouby v držáku, které cca 5mm zasahují do prohlubní vnitřní strany víka.

Uchycení akumulátoru

Uchycení akumulátoru jsme vyřešili dvěma víčkama z plexiskla s do poloviny vyfrézovaným otvorem pro akumulátor. Při montáži se vsune jedno víčko na dno boxu, následně se vloží akumulátor a na něj druhé víčko a poté krycí víko s o-kroužkem. Ve druhém držáku akumulátoru je umístěn konektor pro dobíjení a LED dioda pro signalizaci připojení dobíjecího napětí).

Elektrické propojení

Součástí elektrické části akuboxu je na straně dobíjení schotkyho dioda (má malý úbytek napětí cca 0,2V) v propustném směru a slouží k ochraně proti přepólování dobíjení. Na straně dobíjecího konektoru před ochrannou diodou je zapojena svítivá dioda v sérii s omezovacím odporem (slouží pouze pro signalizaci přítomnosti napájecího napětí na vstupu nabíjecího konektoru nikoli k signalizaci nabití akumulátoru, ale mám rád, když alespoň vím, že je na vstupu minimálně napětí správné polarity).

Výstup z akumulátoru je jištěn trubičkovou pojistkou umístěnou v pouzdře na kabelu. Proti vytržení z pouzdra je kabel zajištěn dvěma stahovacími páskami na vnitřní straně u kabelové průchodky.

Uchycení boxu

Pro uchycení boxu na láhev používáme popruhy o šířce 50mm s žaketovou sponou. Distance mexi akuboxem a lahví je řešena buď navařenými distančními plechy, pro svou verzi jsem využil konstrukci Zdeňka Šraiera pro spojení dvou lahví.

Svítilna

Tělo svítilny

Tělo svítilny je vyrobeno opět z nerezové trubky patřičně upravené soustružením, jak na vnitrních stranách obou konců, tak po vnějším obvodu.

Víka svítilny

Přední strana svítilny je utěsněna víčkem z polykarbonátu (měl by být odolnější působení tepla z halogenové žárovky), těsněno na o-kroužek, zadní strana je ze silnějšího plexiskla opět s o-kroužkem.

Obě víčka jsou zajištěna proti vypadnutí ségrovkou z nerezového drátu v drážce těla svítilny. Ségrovka v zadním víku je zapuštěna ve víčku a pro případné rozebírání svítilny je v místě konců ségrovky příslušně vyfrézovaný kus plexiskla stejně jako u víka akuboxu. Zadní víčko má uprostřed díru se závitem M16 ve které je vsazena kabelová průchodka M16 a současně z vnitřní strany do poloviny vrtané díry se závitem pro připevnění tištěného spoje pomocí šroubů a plastových distančních sloupků.

Vnitřní uspořádání svítilny

Vlastní parabola (halogenový reflektor 12V/50W případně 12/35W) je uchycen v hliníkovém distančním kroužku, který je vsazen v těle svítilny dle výkresu. Parabola je proti vypadnutí zajištěna ségrovkou z nerezového drátu.

Na vývodech halogenového reflektoru je keramická patice opatřená kruhem z kuprexitu o něco menším, než vnitřní průměr svítilny. Ten má sloužit pro omezení vyzařování tepla do zadní části svítilny, kde je umístěna spínací elektronika.

Spínací elektronika je vyřešena tištěným spojem s otvorem uprostřed, kudy projde přívodní kabel a je přichycena k zadnímu víčku.

Elektrická část svítilny

Jako základ pro spínání svítilny jsme využili obvod uvedený na stranách potápěčských. Jedná se o spínání pomocí jazýčkového relé (nerez je magneticky nevodivý) a výkonová část je spínána tranzistorem řízeným polem FET. Tištěný spoj je navržen, aby ho bylo možné snadno přichytit k víčky a aby šli snadno připojit přívodní kabely do tištěného spoje.

Jazýčkové relé je součástí tištěného spoje a je umístěno tak, aby při zasunutí spoje do těla svítilny bylo relé u stěny svítilny. Vlastní magnet je umístěn v drážce držáku svítilny a spínání je řešeno otočením těl svítilny.

Gumová krytka svítilnu umožňuje otáčení pouze ve zvoleném rozsahu (má vybrání) a otočením krytky na těle svítilny je možné vyloučit nechtěné zapnutí svítilny při transportu (gumovou krytku jsme získali náhodou – šlo o jakési prototypy držáku manometrů).

Konstrukce uvažovala s možností doplnění měření napětí aku, ale to jsme nakonec vypustili. Stejně tak i obvod pro regulaci svícení, který jsem měl postavený, protože stávající řešení se ukázalo v praxi jako vyhovující.

Držák svítilny

Je vyroben z plexiskla ze dvou kusů. Jeden kus slouží k fixaci těla svítilny k držáku a je v něm vestavěn magnet a druhý kus je součástí ručky doplněný nerezovým plechem. Je možné nastavit mírné natočení baterky a šířku držáku.

Dobíjení

Zatím jsem neřešil rychlodobíjení a tak akumulátor dobíjím standartně ze síťového adaptéru, který jsme upravili na napětí cca 14V a nabíjíme akumulátor konstantním napětím. Pro nabíjení konstantním napětím má akumulátor doporučené hodnoty 13,5 – 13,8V a 0,2V je úbytek na diodě.

Dobíjení z auta je řešeno použitím zvyšovače napětí (používá se například v instalacích EZS), který zajistí na výstupu nastavené napětí i když je napětí akumulátoru v autě nižší (což pokud neběží motor je v podstatě vždycky).

Při dobíjení stačí vyšroubovat pouze zátky s O-kroužkem ze šroubu M16 a připojit konektor. Zátku není třeba moc utahovat, celá manipulace lze provést rukou bez použití nářadí.

Výkresová dokumentace

• Díly akuboxu
• Sestaveny akubox
• Díly svítilny
• Držák svítilny
• Elektronika svítilny
• Svítilna sestavená - boční pohled a čelní pohled

Seznam materiálu

Závěr

Prakticé zkušenosti

Výsledkem našeho snažení je svítilna, která nám na ponory našeho charakteru v pohodě vystačuje, svítí dostatečně a cca 3 roky je užíváme bez problémů. Domníváme se, že se celá baterka dá pořídit finančně relativně levně za předpokladu, že se nepočítá čas strávený výrobou (my to brali jako pokus a chtěli jsme si vyzkoušet, jestli to dokážeme vymyslet a postavit) a že jsou k dispozici potřebné stroje a nástroje.

Bezpečnostní ustanovení

Tento popis slouží výhradně jako informativní a autoři nenesou odpovědnost za škody vzniklé při pokusech o výrobu. Pro posouzení odolnosti tlaku jsme neřešili žádné výpočty, vše je navrženo pouze na základě úvahy typu to by mělo vydržet. Hlavním důvodem zveřejní je informovat o možném způsobu řešení a ušetřit práci při případném vývoji obdobného zařízení.