Ventilator toren. Taakklasse 1, analyse. M. Bouwmeister

Transcriptie

1 Ventilator toren Taakklasse 1, analyse M. Bouwmeister

2 Ventilator toren M. Bouwmeister Delft HHS 2

3 Voorwoord Dit rapport is geschreven naar aanleiding van een opdracht die door de HHS te Delft aan de eerstejaars Bachelor studenten Werktuigbouwkunde is gegeven. Voor de opdracht moet er een elektrisch aangedreven apparaat met bewegende onderdelen ontleed en geanalyseerd worden. 3

4 Inhoudsopgave; 1; Woordenlijst en inleiding P.4 2; Ontleding van het apparaat P.5 3; Belanghebbenden, probleemstelling en klantwensen P.6 4; Functie analyse, PVE P.8 5; Tekening van een onderdeel P.10 6; VLS, overbrengingen, verbindingen en morfologie P.11 7; Materialen en productietechnieken P.13 Conclusie P.14 Referenties P.15 Bijlage 1: CES Edupack P.16. 4

5 1; Verklarende woordenlijst en inleiding - Exploded view: Een exploded view is een plaatje van een object gereduceerd tot zijn bouwcomponenten. De componenten zijn vaak genummerd en toegelicht. - PVE: PVE is een afkorting voor Programma van Eisen; een overzicht van de eisen, bronnen en de betreffende verificatiemethode. - VLS: VLS is een afkorting voor VrijLichaamSchema, en wordt veelal gebruikt bij de analyse van krachten in een object. Het object wordt versimpelt weergegeven. Inleiding Zoals met heel veel in het leven, leer je iets door het vaak te doen. Waar veel mensen zich op miskijken, is wat ze nou eigenlijk vaak doen. In dit verslag wordt er gekeken naar een uit elkaar gehaalde ventilator. Haal tienmaal een ventilator uit elkaar, en je hebt niet een plots begrip van hoe het voorwerp werkt. Wat je wel hebt, is ervaring in het demonteren van een voorwerp. Uitgaande van dit principe is dit verslag dan ook opgesteld. Met alleen kijken ga je er niet komen. In dit verslag wordt er gekeken naar het ontwerpproces, naar de uitvoering, en naar alles wat er tussenin bij komt kijken. Om niet alleen tot een inherent begrip te komen van de werking van het apparaat, maar ook van het algemene proces van ontwikkeling en productie. 4

6 2; Ontleding van het apparaat [1] Het aan/uit zetten van [9] en [10] op basis van gebruikers interactie. [2] Bevestigen [1] en [3]. [3] Rotatie begeleiding van [8]. [4] Frame van het apparaat, met [9] en [10] er op vastgeklemd. Daarnaast zijn [1], [3], [5], [6] en [7] aan dit onderdeel bevestigd. [5] Beschermen bewegende delen, bevestigd aan [4]. [6] Voorkomen van stofophoping binnen de constructie. [7] Voorkomen van stofophoping binnen de constructie. [8] Verplaatsen lucht, bevestigd aan [3] en [9] [9] Roteren [8]. [10] Op en neer bewegen [1]-[9] binnen een gegeven hoek. [11] Toevoeren stroom, [12] Afschermen motor, bevestigd aan [10]. [13] Afschermen motor, bevestigd aan [10]. [14] Afsluiten onderkant, bevestigd aan [12]. [15] Afsluiten onderkant, bevestigd aan [13]. Figuur 1 Exploded view van het product 5

7 3; Belanghebbenden, probleemstelling en klantwensen Belanghebbenden; Figuur 2 De belanghebbenden chronologisch weergegeven. - Consumenten; Zij zullen uiteindelijk het product kopen en gebruiken, en zonder hen zal de hele keten in elkaar storten. De wensen van de consument zijn daarom ook belangrijk voor het ontwerp van het product, wat veelal esthetisch en functionaliteit betreft. In het geval van dit product wordt er van uitgegaan dat de klanten ook de gebruikers zijn. - Opdrachtgever; De opdrachtgever heeft als grootste belang geld verdienen, om zowel aan medewerkers als aandeelhouders uit te kunnen betalen. In het geval van deze specifieke ventilator heeft de opdrachtgever eigen ontwerpers, zodoende dat deze niet in de keten zijn opgenomen. - Producent; De producent heeft veelal hetzelfde belang als de opdrachtgever, behalve dat de producent alleen de opdracht hoeft te verwerken. Hierbij komt ook een stukje veiligheidscontrole en uitvoerbaarheid kijken, en daarmee terugkoppeling naar de opdrachtgever als iets onveilig of onuitvoerbaar is. - Retailers; Retailers zijn de partij die zorgen voor de distributie en verkoop van het product. De wensen van deze partij zijn veelal prijs, verpakking, gewicht en formaat gerelateerd. Meer over de eisen en wensen is terug te vinden in het PVE in hoofdstuk 4. 6

8 Probleemstelling; Een probleemstelling is het fundament voor het ontwerpproces. Er zijn meerdere methodes om tot een goede probleemstelling te komen, maar in dit verslag wordt er gebruik gemaakt van het 5W2H model (Oskamp, 2017). Om te controleren of het een goede probleemstelling is, wordt hij geverifieerd met de 3 gegeven criteria: Eenduidig, realistisch, uitnodigend. - Wat: Een ventilator die lucht verplaatst. - Wie: Mensen die last hebben van warmte en in een specifieke ruimte (willen) blijven. - Wanneer: Wanneer het warm is, veelal in de zomer. - Waar: Binnenshuis in de slaap-, woon- of werkkamer(s). Buitenshuis op kantoren. - Waarom: Het fysiek dragelijker maken van de warmte in een ruimte. - Hoe: Door het versnellen van lucht in een ruimte, daarmee vochtverdamping op de huid bevorderen en het gevoel van afkoeling creëren. - Hoeveel: Kwantiteit lucht per tijdseenheid is afhankelijk van de ventilator, totale kwantiteit is afhankelijk van de tijdsduur dat het apparaat aanstaat. Kwantiteit aan ventilatoren hangt volledig van de vraag af. Klantwensen; Zoals onder het kopje Belanghebbenden al benoemd werd, heeft de consument bepaalde eisen en wensen aan een ventilator. Eisen zijn natuurlijk dat het doet wat het moet doen, maar wensen liggen iets persoonlijker. Nu is er hier geen sprake van custom-order ventilatoren, dus dan moet er een gemiddelde lijn getrokken worden op basis van publieke opinie. Hieronder een aantal voorbeelden van klantwensen: - Esthetiek; De ventilatoren hebben allemaal een gesloten kast of frame, waardoor je de ventilator in het omhulsel niet ziet. De meest gebruikte kleuren zijn wit of metallic grijs. - Duurzaamheid; Het voorwerp moet lang mee gaan. Men wil niet elke 6 maanden een nieuwe ventilator moeten aanschaffen, ongeacht hoe goedkoop of niet. - Stroomverbruik; Aanhakend op het vorige punt, is energieconsumptie met de opkomst van energielabels een steeds belangrijker aspect van huis-, tuin- en keukenapplicaties. Dat het apparaat dus niet meer stroom dan nodig voor zijn taak verbruikt is belangrijk. 7

9 4; Functie analyse, PVE Functieanalyse; Figuur 3 Exploded view Functieboom; Figuur 4 Functieboom creëren 8

10 Functieblokschema; Figuur 5 Functieblokschema Programma van Eisen en Wensen; Figuur 6 Programma van eisen 9

11 5; Tekening van een onderdeel Figuur 7 Amerikaanse projectie ventilator 10

12 6; VLS, overbrengingen, verbindingen en morfologie VLS en krachtenanalyse; Er is in de ventilator maar 1 onderdeel die meerdere krachten ondergaat, namelijk de ventilator zelf. Bij deze VLS zijn een enkele aannames gemaakt: - De acceleratie a van het voorwerp is 0. - Het voorwerp buigt, breekt en vervormt niet. Figuur 8 VLS en korte krachtenanalyse van de ventilator Doordat het object aangedreven wordt door de motor, ontstaat het moment Mm om de middenas heen. Dit moment is gelijk aan het moment Ml dat door de luchtweerstand veroorzaakt wordt, wat er voor zorgt dat er een evenwicht ontstaat. De grootte van dit moment hangt af van de stand gekozen door de gebruiker, dus hier is geen waarde aan te hangen. De krachten Fax en Fbx zijn vanwege de gemaakte aannames 0, omdat het object symmetrisch is en niet doorbuigt. Dit maakt dat alleen de zwaartekracht Fz, Fay en Fby overblijven. Aangezien het object niet vervormt, houdt dit in dat Fay 0 is, en Fby dus gelijk is aan Fz. 11

13 Overbrengingen; Onderdeel Taak Energieomzetting [11] Stroom doorvoeren Stroom -> Stroom [9] Roteren ventilator Stroom -> Mechanisch + Warmte [8] Verplaatsen lucht Mechanisch -> Kinetisch Figuur 9 Overbrengingen binnen het systeem Verbindingen; Van het apparaat zijn alle onderdelen bevestigd met schroeven, wat krachtopsluitingen zijn. De motoren zijn bevestigd met bouwen en moeren. Dit is zo gedaan opdat montage en reparaties simpel uit te voeren zijn. Op het hoofdframe [4] zijn schroefgaten gelijmd, waar de schroeven die [4] en [5] verbinden in gaan. Onderdeel [12] en [13] zijn daarnaast ook vormgesloten, want ze schuiven bij de overlap in elkaar. Morfologie Figuur 10 Morfologisch overzicht 12

14 7; Materialen en productietechnieken Materialen; De drie meest voorkomende materialen in de ventilator zijn plastic, RVS, en koper. De keuze voor deze materialen is dat ze goedkoop en toegankelijk zijn, en ieder goed zijn in de reden dat ze gebruikt worden. Hieronder een toelichting per materiaal: - Plastic; Het grootste deel van het frame en de ventilator zijn gemaakt van plastic. Plastic is een goedkoop materiaal dat prima kleine hoeveelheden kracht kan hebben (zie de samen clustering van blauwe bollen in bijlage 1), en de prijseenheid per kilogram is ook vrij laag. Daarnaast is het een materiaal dat makkelijk andere kleuren kan krijgen. Dit maakt plastic de nummer 1 keuze voor zowel esthetische als praktische doeleinden. - RVS; De hoofdcomponent van de motoren en de bevestigingsbeugels in de ventilator. Het heeft een hoge Yield Strength voor zijn prijsklasse (de rode piek in bijlage 1), en is vrij ongevoelig voor roest wat duurzaamheid bevorderd. - Koper; Koper is een goede geleider van stroom, en is gemakkelijk op grote schaal goedkoop verkrijgbaar. In bijlage 1 is koper het groene blokje tussen alle rode. Figuur 11 Prijs t.o.v. geleidbaarheid Productietechnieken; Voor de productie voor de ventilator is gebruik gemaakt van een aantal productietechnieken. - Lasersnijden; Deze methode wordt gebruikt om het plastic omhulsel van de ventilator op maat te snijden, en de gaten voor de roosters er in te maken. Deze techniek is namelijk niet verspanend, dus er wordt weinig plastic mee verloren of beschadigd. - Rolbuigen; Voordat de schroefgaten aan het frame (onderdeel [4] ) gelijmd worden, wordt de plastic plaat nog in vorm gebogen door middel van rolbuigen. Aangezien het gebruikte plastic niet graag buigt, wordt de plaat lichtelijk voorverwarmd. - Veredelen; Een van de eindbewerkingen van de motor is dat de motor veredelt wordt om vermoeiing tegen te gaan. Veredelen houdt in dat het materiaal eerst gehard wordt, en vervolgens ontlaten wordt. Deze methode wordt vaak gebruikt voor zwaar belaste machineonderdelen. 13

15 Conclusie; Na de analyses uitgevoerd in de 7 hoofdstukken van dit verslag, en de kennis hierbij opgedaan, kan er gekeken worden of aan de probleemstelling en het PVE is voldaan. Het apparaat doet alles wat het moet doen volgens de 5WH2 vragen en voldoet het aan alle punten van het PVE. Het ontleedde product heeft het in de praktijk 2.5 jaar volgehouden, dus daarin heeft het ook aan de klantwensen voldaan. 14

16 Referenties Hoogland, W. (2015). Rapport over Rapporteren (7nd ed.). Groningen, Netherlands: Noordhoff. Kals, H.H.J. (2015). Industriële productie (5th rev ed.). Amsterdam, Netherlands: Boom Oskamp, I. (2016). Ontwerpen van technische innovaties(2nd ed.). Groningen, Netherlands: Noordhoff. 15

17 Bijlage 1; Edupack screenshots Plastic; Staal; Bedrading; 16