Analyseverslag van een werktuigbouwkundig product

Transcriptie

1 Bandschuurmachine Analyseverslag van een werktuigbouwkundig product Daan van der Voort WP Haagse Hogeschool delft

2 Voorwoord Dit is een verslag om als eerstejaars meer te weten te komen over het proces dat je volgt tijdens het ontwikkelen van een product. In dit rapport vind je de stappen die nodig zijn om correct een product samen te stellen. Dit rapport is tot stand gekomen met behulp van mijn tutoren en klasgenoten en de boeken (Hoogland, Dik, & Brand, 2015, 7e druk) en (Oskam, Cowan, Hoiting, & Souren, e druk).

3 Inhoud Voorwoord... 2 Samenvatting... 4 Inleiding... 5 Exploded view... 6 Uitgebreide beschrijving... 7 Belanghebbende en behoeften... 8 Probleemstelling... 9 Klantwensen... 9 Functieblokschema Functieboom PvE Tekeningen VLS Verbindingen Kracht omzettingen Morfologisch overzicht Materialen en eigenschappen Productie technieken Conclusie Bibliografie... 21

4 Samenvatting In dit verslag hebben we een product uit elkaar gehaald en de ontwerpstappen gevolgd die je normaal de ontwerper waarschijnlijk heeft doorlopen. Dit heet reversed engineering. Ik zijn erachter gekomen dat de ontwerper goede keuzes heeft gemaakt met het materiaal en vorm van het product zodat het een robuuste bandschuurmachine is geworden. 4

5 Inleiding Dit verslag is waarin we een werktuig uit elkaar halen dat een bewegend onderdeel en elektriciteit nodig heeft, uit elkaar halen. Dit doen door het product uit elkaar te halen en het te inspecteren. Dit doen we om het proces die je tijdens het ontwikkelen van het product uitvoert leert. Enkele van die competenties zijn: behoeften vast te stellen, functies benoemen, Eisen en wensen benoemen en werktekeningen maken. Tegelijk der tijd passen we de handleiding Rapport over rapporteren toe (Hoogland, Dik, & Brand, 2015, 7e druk) toe op dit verslag 5

6 Exploded view 1. bout 2. Veerhouder 3. Veer 4. cilinder 5. Klem 6. IJzeren onder plaat 7. Zachte houten onder plaat 8. Hoofdapparaat - elektromotor - ventilator - cilinder - elektronica 9. Rubberen band 10. Rubberen band behuizing 11. Koolstof blok + veer 12. Isolerende dop 13. Handvat behuizing 14. Ventilatie behuizing 15. Ventilatie eenrichting filter Figuur 1 - exploded view 6

7 Naam Functiebeschrijving 1 bout Houd de cilinder op een vaste plek 2 veerhouder Houd de veer op zijn plek 3 veer Houd de cilinder op mijn plek 4 cilinder Soepele draaiing van de schuurband 5 klem Houd de onderdelen samen op zijn plek 6 ijzeren onder plaat Zorgt voor weinig weerstand 7 houten onder plaat Demping van schokken tijdens het schuren 8 hoofdapparaat Houd elektromotor, elektronica, cilinder, en ventilator bij elkaar 9 rubberen band Overbrengen kracht 10 rubberen band Beschermingskap om de rubberen band behuizing 11 koolstof blok + veer Brengt stroom in de elektromotor 12 plastic dop Isoleren tegen elektriciteit 13 handvat behuizing Vasthouden elektronica en handvat voor gebruiker 14 Ventilatie behuizing Afvoeren het schuursel 15 Ventilatie Begeleiden van het schuursel Eenrichting filter Uitgebreide beschrijving De schroef, veer en veerhouder houden samen de cilinder op zijn plek. Door de schroef aan te draaien kun je de cilinder verstellen van plek. De klem bevat een hendel om de eerste cilinder naar zich toe te trekken waardoor je makkelijk een andere schuurband op zou kunnen zetten. De zachte houten plaat is bedoelt om schrokken te dempen van het te bewerken materiaal naar de machine toe. Daaronder zit nog een ijzeren plaat om de band met niet al te veel weerstand soepel over het apparaat heen te glijden. Samen zitten deze platen onder elkaar geschroefd aan de klem. Het handvat bevat een indrukknop waarmee je het apparaat kan bedienen. Er zit ook een lock op, Als je die indrukt dan blijft het apparaat aan staan. Met het voordeel dat je niet de hele tijd dat knopje hoeft in te drukken. Ook bevat het een knop onderaan het handvat om de snelheid te regelen, het heeft maar twee standen. De elektromotor heeft stroom nodig tijdens het draaien. De Elektriciteit wordt toegevoerd door de koolstof blok, deze slijt tijdens het gebruiken en als je dit 7

8 product vaak gebruikt moet deze vervangen worden. Dat kan al door een schroef open te maken en het blok vervangen die eraan zit, de schroef staat verbonden met de behuizing dus daarom deze moet geïsoleerd zijn. De elektro motor staat ook in directe verbinding met de ventilator. De ventilator heeft twee secties, de binnenste spoel die tegen de motor aan zit en zuigt lucht aan om de apparaat te laten koelen. En de buitenste spoel die het lucht opzuigt om het schuursel in af te voeren. Voordat het schuursel de buitenste ventilator binnenkomt gaat het door een eenrichting filter. Dit zorgt ervoor dat het materiaal niet terug dezelfde weg terug geschoten wordt. De ventilatie behuizing zorgt ervoor dat het een afgesloten Aan het uiteinde zit ook een rondje waar je een zak aan kan zetten die al het schuursel opvangt. Aan de andere kant wordt de kracht naar een kleiner wiel overgebracht met een rubberen band. Deze wielen staan weer in verband met tandwielen om de snelheid van de cilinder die eraan vast gekoppeld is te verminderen. Op deze cilinder staat de schuurband. Belanghebbende en behoeften Producent, wil dat zijn product met niet al te duren productietechnieken wordt geproduceerd. Distributeur, wilt een doos met afmetingen waar er zoveel mogelijk van die dozen op een pallet passen, en een doos die goed gestapeld kan worden. Marketeer, wil dat het product herkenbaar is en in een lijn valt met de andere producten. Vervoerden, wil zich niet bezweren over het gewicht van het product. Eindgebruiker, wil een betaalbaar product dat aan de hoofdfunctie voldoet 8

9 Probleemstelling Gladde oppervlakte creëren zonder te veel arbeid te verrichten. Klantwensen De klant wil een product waarmee hij snel het te bewerken materiaal met een groot oppervlak snel kan schuren. Ook wilt de klant niet dat zij krampen krijg als hij dit apparaat lang gebruikt. 9

10 Functieblokschema Tabel 1 - functieblokschema Tijd: Materie: >spannen >aanzetten schuurband apparaat Informatie: Energie: >toevoeren elektriciteit >snelheid motor >omzetten elektro/beweging >oppervlakte schuren >wegleiden van het afschuursel >apparaat stoppen >stoppen toevoer elektriciteit Functieboom Tabel 2 - functieboom oppervlakte schuren hoofdfunctie manier van schuren deelfunctie het afschuursel afvoeren deelfunctie aandrijven motor deelfunctie motor koelen deelfunctie RPM motor vertragen deelfunctie 10

11 PvE Tabel 3 - PvE GROE P EIS / WENS EEN- HEID DATUM BRON VERIFICATIE 1 Prestatie 1.1 het product dient alle soorten hout kunnen schuren 1.2 het product dient alle soorten kunststof te kunnen schuren 1.3 het product dient afmetingen te hebben van standaard schuurpapier 1.4 Het product dient en manier van het vastzetten van het schuurpapier 1.5 het schuurpapier moet tussen de 500 toeren en 5000 RPM maken 1.6 Het product dient te werken op het netstroom (240V) 1.7 het product dient een systeem te hebben waardoor het schuursel worden is gewenst om een zuig systeem te hebben tegen de 1.8 het product dient niet meer dan 3000W aan vermogen te hebben 2 Uitstraling 2.1 het apparaat dient gebruikt te kunnen worden binnen een huis 2.2 het is gewenst dat het product ook buiten kan werken 2.3 het is gewenst om herkenbaar te zijn voor ervaren klusserhobbyist 3 Ergonomie 3.1 het product moet niet zwaarder zijn dan 10kg 3.2 het product moet door 90% van de werkende bevolking vast te houden zijn 3.3 dimensies van het product mogen niet groter zijn dan (l)0,7m x (b)0,3m x (h)0,3 3.4 het product is gewenst zo vaak mogelijk op een pallet te passen n.v.t opdrachtgever testen op hout n.v.t opdrachtgever testen op kunststof n.v.t opdrachtgever afmetingen checken n.v.t opdrachtgever testen RPM aanname berekenen V opdrachtgever testen n.v.t opdrachtgever testen W aanname checken n.v.t Klant testen n.v.t klant testen n.v.t opdrachtgever n.v.t kg klant en wegen vervoerder n.v.t aanname testen m distributeur meten n.v.t distributeur testen 4 mechanische eigenschappen 11

12 4.1 het product dient niet te vervormen als hij vast wordt gepakt 4.2 Het product dient klappen van 1KN op te vangen zonder meer te vervormen dan 1cm 5 produceerbaarheid 5.1 Het product moet geassembleerd geleverd worden 5.2 Het is gewild dat het product in 3 stappen uitgepakt kan worden 5.3 het product moet met een gebruiksaanwijzing komen 6 omgeving 6.1 Het product moet bewaard kunnen worden bij een temperatuur tussen -20 en 50 graden Celsius 6.2 Het product moet blijven werken in stofwolken 6.3 het product moet minstens 20jaar niet roesten als hij in de buitenlucht bewaard wordt 7 beschikbaarheid 7.1 Het product moet binnen 15 minuten demonteren zijn 8 duurzaamheid 8.1 Het is gewenst dat na zijn levenscyclus het product in verschillende materialen gescheiden kan worden 8.2 Het is gewest dat het product uit zo milieu vriendelijk materialen gemaakt wordt 8.3 het product moet 15 jaar meegaan 9 Normen en waarden 9.1 Het product dient aan de Arbowetten van het productie jaar te doen 9.2 Het afschuursel mag niet richting de gebruiker worden afgeschoten. E Aanname Testen N Aanname Testen n.v.t Klant checken n.v.t Klant checken n.v.t Klant checken C aanname testen n.v.t aanname testen n.v.t klant berekeningen Min Aanname Checken met stopwatch n.v.t aanname testen door uit elkaar te halen n.v.t overheid checken n.v.t opdrachtgever berekeningen n.v.t overheid prijs checken n.v.t aanname en klant testen 10 kosten 12

13 10.1 De verkoopprijs van het product moet tussen de 100 en 350 euro liggen 10.2 het product moet x geproduceerd worden 10.3 het is gewenst dat er naast het schuurpapier geen extra kosten bij het gebruiken van het product zijn 10.4 het is gewenst dat het product uit standaard onderdelen gemaakt wordt zodat de reparatie redelijk goedkoop is 11 marketing 11.1 Het product is gewenst in een lijn valt met de kleur van ouderen producten 11.2 het is gewenst om het product te adverteren in de bouwmarkt euro klant checken n.v.t opdrachtgever tellen n.v.t klant checken n.v.t klant n.v.t n.v.t opdrachtgever en marketeer n.v.t opdrachtgever n.v.t kleur checken Tekeningen De lengte van deze ring is belangrijk zodat hij past in de behuizing. Ook is het geen hele cirkel anders zou het schuursel niet naar buiten kunnen gaan. Figuur 2 ventilatie ring van 2d tekening 13

14 Figuur 3-2d tekening ventilatie eenrichting filter 14

15 VLS Het onderdeel gekozen is de cilinder links onder in Figuur 5 - cilinder van het VLS. In dit scenario ga ik ervan uit dat er een schuurband gespannen staat op de twee cilinders. Ook dat de motor de cilinder laat draaien. Voor deze rekensom zijn willekeurige krachten gebruikt. M = r x F [Nm] = [m] x [N] Figuur 4 - cilinder van het VLS M 1 = r x F 2 - r x F 3 We rekenen de Moment om het middelpunt van de cilinder uit. F 1 heeft geen arm dus doet niet mee in de formule. M 1 = 0,025 x 100 0,025 x 200 = -2,5Nm De motor oefent een kracht uit van 2,5Nm linksom de as van de cilinder. Er is ook een evenwicht tussen alle krachten F res = 0 Figuur 5 - VLS F1 + F2 + F 3 = = 0 Verbindingen Krachtopsluitingen - De Ventilatie behuizing en het handvat behuizing word vastgezet met drie schroeven. - De rubberen band behuizing wordt vastgehouden door een schroef en blijft op zijn plek door de groef waar de behuizing in valt. - De verbinding tussen het apparaat en de stroomkabel. De kabel wordt met een plaatje en twee schroefjes geklemd. Vormopsluitingen Losneembare verbinding - De tandwielen tussen de cilinder en het onderste bandwiel. Deze tandwiel zorgt voor vertraging en ook dat het schuurpapier in de goeie richting rolt. 15

16 Niet Losneembare verbinding - De cilinders die of de assen liggen zijn erop gezet en kun je niet zomaar losmaken - De ventilator en de die op de aandrijfas van de elektromotor van het apparaat vast zit. - Een van de elektrische onderdelen is geklonken aan een plaatje klein plaatje dat hem op zijn plek houd. Kracht omzettingen De motor zet met behulp van een elektromotor elektrische energie om in een draaiende beweging, kinetische energie. De ventilator zet gebruikt de deze energie om een zuigende werking te krijgen zodat het merendeel van het schuursel meekomt en weggeleid wordt zodat het niet in de weg komt te zitten bij het werkstuk dat je schuurt. De aandrijf as draait aan andere kant van het apparaat ook een cilinder aan waarop een rubberen band loop, deze geeft de roterende beweging door naar een cilinder onder aan het apparaat. Deze geeft via één tandwiel de energie door naar de cilinder waar het schuurpapier op staat. Van deze roterende beweging gaat de band snel draaien. 16

17 Morfologisch overzicht Tabel 4 - morfologisch overzicht 17

18 Tabel 5 - ranken van alternatieven Eisen of wensen 1 rood 2 blauw 3 groen 4 geel Het product dient te werken op het netstroom (240V) het product dient alle soorten hout en kunststof te kunnen schuren het product moet niet zwaarder zijn dan 10kg het product dient een systeem te hebben waardoor het schuursel worden is gewenst om een zuig systeem te hebben tegen de Het is gewest dat het product uit zo milieu vriendelijk materialen gemaakt wordt het is gewenst dat er naast het schuurpapier geen extra kosten bij het gebruiken van het product zijn Totaal Groen is ook de combinatie die het dichtst bij het originele apparaat zit. Toevallig? Nee. De ontwerper heeft voor de beste oplossing gekozen, dat is groen dus. Materialen en eigenschappen Kunststoffen behuizing Voor de behuizing moet tegen temperaturen kunnen van 60 o C. Ook moet het tegen een stootje kunnen. Verder zou het product zo licht mogelijk mogen zijn. Dus de één van de polymeren zou uitstekend zijn voor de behuizing. Ook niet te vergeten dat polymeren over het algemeen goedkoper zijn dan metalen en sommige kunnen nog wel redelijk sterk zijn. Figuur 6 - density - melting point Figuur 7 hardness - Price 18

19 metalen deel behuizing Het materiaal moet 10KN kunnen weerstaan, en het apparaat moet lang mee kunnen gaan en dus veel cyclussen kunnen doorstaan. Ook moet het trek, duw en torsie kunnen weerstaan. Composiet en keramiek kan dit niet zo goed. Ferro metaal is hier dus geschikt voor. Figuur 8 - fatigue strength - Fracture toughness Kunststoffen Handvat De handvaten van het product mogen niet zo warm worden dat je deze niet meer kan vasthouden of brandwonden kan krijgen. Ook moet dit deel van het apparaat hard genoeg zijn dat deze niet vervormt als je het vasthoud. Kunststof is een goede keus aangezien het ook redelijk goedkoop is. Figuur 9 - Thermal conductivity - Hardness Productie technieken Het lijkt erop dat vrijwel ieder metaal in de behuizing die in dit product zit met gieten is vervaardigd. Want de vormen van deze delen van het apparaat hebben allemaal een vorm die met al met twee matrijzen vervaardigd kan worden. Na het gieten heeft de buitenkant van het product een nabewerking gehad. Want deze voelt niet zo ruw aan als de binnenkant, maar er is geen verschil in kleur. Waarschijnlijk is deze verzinkt om roest tegen te gaan. Verder zou de kunststoffen behuizing met spuitgieten gemaakt kunnen zijn. De vorm is zo gemaakt dat je niet al teveel matrijzen nodig hebt om het niet al te het te spuiten. Als je dit apparaat vasthoud voel je, op meerdere gladde oppervlaktes, rechte lijnen. Het lijkt erop dat hier twee matrijsranden samen komen tijdens het spuitgieten. De kunststoffen behuizing zitten een aantal inwendige schroef draden die erin geboord zijn. Ook is het midden van de cilinders die op de assen zitten, ook geboord na het gieten zodat de cilinder erop past. 19

20 Conclusie De bandschuurmachine lijkt door de ontwerper(s) redelijk goed ontwerpt te zijn, hoewel het product aan de zware kant voelt geeft dat toch juist aan dat het een robuust apparaat is. Je hoeft niet delen van dit product te vervangen want ze gaan niet snel kapot. Dit product is vooral op de markt gekomen omdat te zorgen dat je niet meer uren zit te schuren en daardoor verschillende gezondheidsklachten kan oplopen. Het product voldoet aan zijn hoofdeis: dat hij verschillende oppervlaktes snel kan schuren. 20

21 Bibliografie Hoogland, W., Dik, R., & Brand, I. (2015, 7e druk). Rapport over rapporteren. Groningen/Houten: Noordhoff Uitgevers. onbekend. (2017, ocktober). Verbindingstechnieken. Opgehaald van wikipedia: Oskam, I., Cowan, K., Hoiting, L., & Souren, P. (2012 1e druk). Ontwerpen van technische innovaties. Groningen/Houten: Noordhoff Uitgevers. 21