ANALYSEREN WTB PRODUCT. Werktuigbouwkunde leerjaar 1. Joost Bakker

Transcriptie

1 ANALYSEREN WTB PRODUCT Werktuigbouwkunde leerjaar 1 Joost Bakker

2 Analyseren WTB Product Product Ventilator koeler Naam Joost Bakker Studentnummer Klas WP13-C Datum Delft Oktober 2016

3 Voorwoord Voor het eerste jaar werktuigbouwkunde is het de bedoeling dat een product uit elkaar gehaald wordt en wordt geanalyseerd. Het boek van Dhr. Wim Hoogland, Roel Dik en Ingrid Brand : Rapport over rapporteren heeft mij geholpen met het opzetten van dit rapport. Dit rapport is bestemd voor de student zelf. Met dit gemaakte rapport krijgt de student een inzicht hoe een werktuigbouwkundige te werk gaat. Ik wil graag Dhr. A. Bostelaar en Dhr. J.P.M. Tromp bedanken voor de begeleiding van dit project en voor het wekelijks nakijken van de verslagen. Delft, Oktober 2016

4 Inhoudsopgave Voorwoord... 2 Samenvatting... 5 Verklarende woordenlijst... 5 Symbolenlijst... 5 Inleiding... 6 Opdracht 1 belanghebbende en behoeften van het apparaat Opdracht 2 probleemstelling... 6 Opdracht 3 oriënterend eisen en wensen... 7 Opdracht 4 exploded view en functie boom exploded view functie boom... 9 Opdracht 5 tekenen van een onderdeel Render image... 9 Opdracht 6. Verbindingen en functieblokschema verbindingen energie omzettingen functieblokschema gewijzigd pakket van eisen oriëntatie product technieken materialen van de ventilator productie technieken van de onderdelen Wat is spuitgieten? Wat is draadtrekken? Wat is Etsen? Het maken van synthetisch rubber Conclusies en aanbevelingen Verwijzingen... 20

5 Samenvatting Dit rapport gaat over een product dat bijna volledig is geanalyseerd. Het doel is dat de student inzicht krijgt in het ontwerpen, materiaalkeuze en productie proces van het product. De relevante aspecten die hier zijn behandeld zijn: Het opstellen van een pakket van eisen Een werktekening van één onderdeel Hoe het product is opgesteld (verbindingsmethode) Materialen van de onderdelen Productie proces Aan het eind van dit rapport staat een aanbeveling voor het product. Ik heb veel geleerd van de opdracht. Vooral in de zin van productieprocessen. Zelf kom ik van het MBO-4 en heb al wat inzicht in veel aspecten. Ik snap dat dit voor studenten die nog (bijna) geen inzicht hebben wat een werktuigbouwkundige doet, dit heel leerzaam is. Verklarende woordenlijst PVE 3D WTB Pakket van Eisen Drie dimensionaal Werktuigbouw Symbolenlijst Symbool Betekenis Eenheid Graden graden Ø Rondheid mm Diepte mm mm Millimeter mm Db Decibel Db 5

6 Inleiding Het eerste project van de opleiding werktuigbouwkunde is het analyseren en het begrijpen van een product. De bedoeling is om een beeld te krijgen wat een werktuigbouwkundigen inhoudt. De opdracht luidt: een apparaat uit elkaar halen en daar een rapport over schrijven. Het eerste wat er gedaan moet worden is een apparaat uitzoeken en meenemen. Het apparaat dat meegenomen dient te worden moet voldoen aan een aantal eisen. 1. Het apparaat dient gevoed te worden doormiddel van een stekker of accu/batterij. 2. Het apparaat dient een mechanische overbrenging te hebben. 3. Het apparaat is wekelijks mee te nemen door de student. Daarna gaat de student zijn/haar product analyseren en opdrachten maken. Aan de hand van de opdrachten krijgt de student inzicht over hoe het product is ontworpen/ vervaardigd en wat voor productie processen er aan te pas zijn gekomen. Het product wat ik gekozen heb is een computer ventilator. Opdracht 1 belanghebbende en behoeften van het apparaat. De mensen die belang hebben bij dit apparaat zijn voornamelijk mensen met computers. De ventilator wordt voornamelijk gebruikt voor het koelen van processors. Dit moet zodat de onderdelen in de computer niet oververhit raken en de computer aan kan blijven. Met een ventilator is er ook minder kans dat de elektra doorbrand door oververhitting. In een kop van sommige 3D printers zit ook een ventilator om de kop van de 3D printer te koelen. Dit is handig voor ingenieurs en engineers die zich bezig houden met deze techniek. De ventilator kan ook gebruikt worden voor het verplaatsen van lucht. Denk hierbij bijvoorbeeld bij een opstelling waar rook een factor speelt. De ventilator is dan een goed middel om de rook te verplaatsen. Dit is bijvoorbeeld handig voor werktuigbouwkundigen die bezig zijn in de lucht en ruimtevaart. Als de ventilator genoeg lucht verplaatsing heeft kan het ook gebruikt worden voor drones. De ventilator heeft 4 in/uitgangen, een + (ingang), een (uitgang), een tachometer (uitgang) en een voltage changeable ingang. Dat wil zeggen dat buiten de normale handelingen (aan/uit), het toerental van de ventilator veranderd kan worden (changeable ingang) en het toerental uitgelezen kan worden (tachometer). Dit kan dan gebruikt worden om lucht video s te filmen. Doordat het vier uitgangen heeft maakt de ventilator uitermate geschikt voor test opstellingen. Zo kan er gemeten worden wat de lucht doet bij wat voor toerental. Handig om bijvoorbeeld te kijken wanneer er een laminaire of turbulente flow in een opstelling ontstaat. Opdracht 2 probleemstelling Omdat de ventilator van een computer komt en door Dell is gemaakt, is er vanuit die richting naar de probleemstelling gekeken. De probleemstelling is dat de processor te warm wordt in een computer en dan oververhit kan raken. Hierdoor kan een apparaat stuk gaan of zelfs in de brand vliegen. Om dit te verhelpen zijn er een koel technieken ontworpen zodat het apparaat langer gebruikt kan worden zonder dat het apparaat oververhit raakt. Er zijn verschillende koelmethode s en de ventilator is er één van. De probleem stelling is dus: processor wordt te warm in een computer, als de computer gebruikt wordt. Hiervoor moet een koelmethode bedacht worden. 6

7 Opdracht 3 oriënterend eisen en wensen In dit hoofdstuk is het de bedoeling dat er een pakket van eisen voor het product gemaakt moet worden. Het is dus de bedoeling om in de schoenen te staan van de ontwerper die als eerst aan dit product heeft gewerkt. Een pakket van eisen bestaat uit concrete eisen zodat er geen onduidelijkheid ontstaat in een later stadia van het project. Pakket van eisen (ventilator) 1. De ventilator dient.. m3/h lucht te verplaatsen zodat de elektra in het apparaat gekoeld kan worden. 2. De ventilator dient reproduceerbaar te zijn doormiddel van goedkope produceer technieken. Denk hierbij aan spuitgieten, lasersnijden, water snijden etc. 3. De ventilator dient niet zwaarder dan..gram te zijn. Dit zodat het gemakkelijk in een apparaat gemonteerd kan worden zonder dat hierbij een verstevigde opstelling voor nodig is. 4. De ventilator moet niet groter zijn dan. Mmxmmxmm, dit zodat het dan nog in de apparaat past. 5. De ventilator dient niet hoger dan.. db geluid te produceren. Dit zodat als het in de apparaat gemonteerd is niet de gebruiker van het apparaat irriteert. 6. De productie/materiaal kosten dienen zo laag mogelijk te zijn. Dit om concurrentie voor te blijven. 7. De ventilator dient twee jaar mee te kunnen gaan. 8. De ventilator dient voor 80% gerecycled te kunnen worden. 9. Er dient een veiligheidskap over de ventilator heen te komen zodat het moeilijker is voor de gebruiker om er met zijn hand in te komen. Dit is ook handig zodat er geen kabels in de ventilator kunnen komen. Opdracht 4 exploded view en functie boom In dit hoofdstuk is het de bedoeling dat het apparaat, onderdeel voor onderdeel uit elkaar gehaald dient te worden. Van die onderdelen moet een foto gemaakt worden. Zo n foto wordt ook wel een exploded view genoemd. Dit is een gemakkelijk middel om te zien hoe het product in elkaar zit. Er moet ook een functie boom gemaakt worden. Een functie boom is een tabel waar in gezien kan worden wat voor functies het product kan leveren. 7

8 4.1 exploded view Figuur 1 Exploded view Ventilator 1. Koelribben zodat de warmte van de processor over een groter oppervlak verspreidt wordt. Dit maakt het gemakkelijker voor de ventilator om de processor te koelen 2. Ventilator. De ventilator zorgt dat er lucht verplaatst wordt door rond te draaien. 3. kunststof dopjes die er voor zorgen dat de gehele ventilator geklemd kan worden. 4. Behuizing. De behuizing zorgt ervoor dat alles op zijn plek blijft. 5. Motor. De motor zorgt ervoor dat nummer 2 gaat draaien, het zet elektriciteit om in beweging. 6. De kabels. De kabels zorgen ervoor dat het onderdeel aangesloten kan worden aan de computer. Onderdeel drie is getekend in hoofdstuk 5. 8

9 4.2 functie boom processor koelen luchtverplaatsen lucht verplaatsing regelen het apparaat bevestigen kracht overbrengen warme lucht afvoeren koele lucht toevoeren hoeveelheid lucht regelen aandrijving snelheid koelen Figuur 2 deelfunctie van een ventilator Opdracht 5 tekenen van een onderdeel In dit hoofdstuk moet een onderdeel getekend worden. Op de volgende bladzijde is een werktekening te zien 5.1 Render image Figuur 3 kunststof dopje (onderdeel 3) 9

10 10

11 Opdracht 6. Verbindingen en functieblokschema. In dit hoofdstuk wordt uitgelegd hoe de onderdelen van de ventilator koeler verbonden zijn. 6.1 verbindingen Tabel 1 verbinding methodes ONDERDEEL ONDERDEEL NUMMER ZIT VAST AAN ONDERDEEL (2) ONDERDEEL NUMMER(2) VERBINDING METHODE VERBINDINGS TECHNIEKEN KOELRIBBEN 1 Behuizing 4 kliksysteem vormopsluiting VENTILATOR 2 DC motor 5 Passing vormopsluiting BLADEN d.m.v. rubber KLIKDOPJE 3 Behuizing 4 mechanisme vormopsluiting BEHUIZING 4 Computerkast - D.m.v. vormopsluiting Nummer 3 DC-MOTOR 5 behuizing 4 lijm materiaalversmelting KABELS 6 DC-motor 5 soldeer materiaalversmelting Figuur 4 exploded view ventilator 11

12 Kliksysteem De gleuven in de koelribben zijn breder dan de klikasjes in de behuizing. Als de koelribben over de klikasjes zijn geduwd keren de klikasjes terug naar de originelen vorm en zit de koelribben vast in de behuizing. (zie figuur5) Figuur 5 kliksysteem over de koelribben heen Ventilator bladen De ventilator bladen komen niet los doordat er een rubberen ring in de ventilator bladen zit die over de DC-motor glijdt. Dit creëert een passing waardoor het moeilijk is om de ventilator van de DC motor af te krijgen. Het is wel gemakkelijk om de ventilator bladen rond te draaien. Dit is gunstig aangezien er een roterende beweging dient te ontstaan. (zie figuur6) Figuur 6 de ventilator over de DC-motor Het klikdopje Het klikdopje bestaat uit twee onderdelen die in elkaar geklikt kunnen worden. Zo ontstaan er twee vlakken die dichter bij elkaar komen en daar kan iets tussen geklemd worden. Figuur 7 het klikdopje niet ingeklikt Figuur 8 het klikdopje ingeklikt 12

13 6.2 energie omzettingen. Het begint bij elektrisch energie vanuit de computer. Die stuurt de elektrische energie naar de ventilator als de processor te heet wordt. Daarna komt de elektrische energie in de DC-motor van de ventilator. Hier wordt Elektrische energie omgezet naar beweging energie en gaat het ventilatortje draaien. Nadat het ventilatortje draait wordt de toerental gemeten, dat is bewegings energie naar elektrsiche energie. De computer meet de waarde (elektrische energie naar elektrische energie). En die waarde wordt weer teruggekoppeld naar het motortje van de ventilator om zichzelf te corrigeren. (elektrisch naar Bewegings energie) Doordat de computer pas elektrische energie doorgeeft als de processor heet wordt is het een regelsysteem. In figuur 8 is te zien hoe dit werkt. Figuur 9 regelsysteem van een ventilator verbonden aan een computer 13

14 6.3 functieblokschema Figuur 10 functieblokschema van de ventilator 7 gewijzigd pakket van eisen In dit hoofdstuk is het pakket van eisen aangepast aan de eisen die in het boek ontwerpen van technische innovaties staan. Weging Eis Eenheid Datum Bron 1.0 De ventilator dient een bepaalde M3/h Fabrikant hoeveelheid lucht te verplaatsen zodat de elektra in het apparaat gekoeld wordt 1.1 De ventilator moet niet groter zijn dan 100 mm Fabrikant mmx100mm en 50mm dik, en kleiner dan 95mm x 95mm en 45mm dik. Dit zodat het dan nog in de Computerkast past. 1.2 Er dient een veiligheidskap over de ventilator heen te komen zodat het Overheid (vakbond) moeilijker is voor de gebruiker om er met zijn hand in te komen. Ook is dit handig zodat er geen kabels in de ventilator kunnen komen. 1.3 De ventilator dient reproduceerbaar te zijn doormiddel van goedkope produceer technieken. Denk hierbij aan Spuitgieten, lasersnijden, water snijden etc. euro Fabrikant 14

15 1.4 Materiaal kosten dienen zo laag mogelijk te zijn. Dit om concurrentie voor te blijven. 2.0 De ventilator dient niet hoger dan 60 db geluid te produceren. Dit zodat als het in het apparaat gemonteerd is, de gebruiker zich niet irriteert aan het geluid. 2.1 De ventilator dient niet zwaarder dan 300 gram te zijn. Dit zodat het gemakkelijk in een apparaat gemonteerd te worden zonder dat hierbij een verstevigde opstelling voor nodig is. 2.2 De ventilator dient voor 80% gerecycled te kunnen worden. 1.5 Er dient niet meer dan 10N wrijving te ontstaan tussen de venitlator bladen en de motor. Dit omdat anders de motor meer kracht nodig heeft en meer energie trekt. 1.6 De motor dient niet meer dan 25 N.m als koppel te hebben. Zo kan er een relatief goedkoop motortje in. 2.3 De motor dient tussen de 8 en de 14 volt te gebruiken. Zo kan het makkelijk verbonden worden met ander elektra dat op 12 volt werkt in de computer De ventilator dient van kunststof te worden vervaardigd dat tegen de -20 tot 120 graden kan. Dit zodat de ventilator niet smelt als de processor te heet wordt De ventilator dient in een Pakketje van 150mm x 150mm en 80mm dik te passen. Dit zodat het Rendabel is met het vervoeren van het product. Tabel 2 definitieve PVE euro Fabrikant db Klant gram Klant Overheid Newton Fabrikant Newton/Meter Fabrikant Volt Fabrikant Graden Celsius Fabrikant Mm Fabrikant 8 oriëntatie product technieken. In dit hoofdstuk is het de bedoeling om te kijken hoe de productie processen van het product in elkaar zitten. Er moet ook naar het materiaal van de onderdelen gezocht worden. 8.1 materialen van de ventilator. De materialen in tabel 2 zijn gekozen via de site Hemimex.nl. Product Materiaal Belangrijkste eigenschappen van materiaal voor de ventilator 1 koelribben Aluminium AL goede geleider van temperatuur. 2.eenvoudig te bewerken 3.lange levensduur door hoge corrosiebestendigheid 2 ventilator bladen Kunststof ABS 4.lichtgewicht tegen over andere metalen. 1.trilling dempend 2.uitstekend materiaal voor mechanische onderdelen. 3.goede isolator 15

16 2.1 passing ring Rubber IIR 3 klikdopje Kunststof ABS 4 behuizing Kunststof ABS 5 DC-motor Staal 1.flexibel 2.goed voor een losse passing 3.triling dempend 1.trilling dempend 2.uitstekend materiaal voor mechanische onderdelen. 3.goede isolator 1.trilling dempend 2.uitstekend materiaal voor mechanische onderdelen. 3.goede isolator 1.magnetisch koper CuCrZr 6 elektra - - Tabel 3 materiaal van de ventilator 1. Goede elektrische geleider 2. Goed vervormbaar 3. Goed te recyclen Figuur 11 eigenschap van AL99.5, Bron: Figuur 12 eigenschap van CU CR ZR Bron: ABS (Acrylonitrile-butadiene-styrene) ABS is een kunststof dat geschikt is voor gieten met veel detail. Ook kan er een mooie kleur in het product mee vervaardigd worden. ABS is niet giftig en Lego wordt daarom ook van ABS gemaakt. Het is een glad en stevig kunststof. Ook heeft ABS weinig kruip vergeleken met andere kunststoffen. De maximale gebruikstemperatuur ligt tussen de 85 en de 100 graden. De ventilator smelt dus niet als de processor te heet wordt. (Edupack, ) Rubber (IIR) Butyl Rubber is een syntetisch rubber. Butyl Rubber wordt veel in binnenbanden gebruikt. De eigenschappen van dit materiaal is dat het flexibel, trilling dempend, niet snel scheurt en slecht elektrisch geleidt. Door zijn slechte elektrische geleding wordt het veel in elektrische opstellingen gebruikt. In de ventilator is het nodig dat het rubber niet magnetisch is. Zodat de elektromotor niet wordt beïnvloed door een magnetisch veld. Het nadeel van IIR is dat het slecht recyclebaar is. (Edupack, ) 16

17 8.2 productie technieken van de onderdelen Figuur 13 exploded view van de ventilator ONDERDEEL PRODUCTIE NABEHANDELING METHODE 1 Aluminium Geen spuitgieten 2.0 (VENILATOR BLADEN) 2.1 (RUBBER) Spuitgieten synthetisch Geen vulkaniseren 3 Spuitgieten Geen 4 Spuitgieten Geen 5 (KOPERDRAAD) Wikkelen Geen Draadtrekken 5 PRINTPLAAT Etsen Lijmen(printplaat in behuizing 4) Tabel 4 productie methodes van de meeste onderdelen 8.21 Wat is spuitgieten? spuitgieten is een vervorming proces. Er gaat grondstof in een grote trechter de spuitgiet machine in. Daar wordt door middel van een schroef het materiaal naar de nozzle gebracht. Terwijl het materiaal naar de nozzle wordt gebracht wordt het materiaal ook verhit. Als het materiaal bij het einde van de nozzle is dat is het materiaal gesmolten. Dan wordt het gesmolten materiaal in een mattrijs gespoten. Nadat de matrijs vol is wordt het materiaal afgekoeld en ontstaat er een product in dezelfde vorm als in de matrijs. 17

18 De matrijzen gaan uit elkaar en het gespoten product is klaar. (H, et al., 2016) Figuur 14 een doorsnede van een spuitgietmachine Aluminium spuitgieten Spuitgieten van metalen kan alleen gedaan worden met metalen die een laag smeltpunt hebben. Aluminium is zo n metaal. Doordat de stalen matrijs een hoger smeltpunt heeft dan het aluminium smelt de matrijs niet en kan er spuit gegoten worden. (Alucast, 2016) Figuur 15 kenmeren van spuitgieten Voordeel van spuitgieten één van de grote voordelen van spuitgieten is dat het bijna volledig een mechanisch proces is. Dat betekend dat er (bij grote aantallen) veel geld mee bespaard kan worden. Het duurste in een bedrijf zijn de werknemers, dus (het is vaak zo) hoe minder werknemers er aan een proces te pas komen hoe goedkoper het wordt. Nadeel van spuitgieten Het nadeel van spuitgieten is dat niet alle materialen gespoten kunnen worden. Ook is het duur om een matrijs te laten maken waar het product in gespoten wordt. Er moet dus een groot aantal producten gemaakt worden om de kosten van de matrijs weg te werken. Daarom is het ook niet rendabel om een kleine aantal te laten spuitgieten. Omdat het meeste is spuit gegoten zijn er dus een groot aantal ventilatoren gemaakt. Ook zijn er veel processors die deze ventilator mee geleverd krijgen. Ik gok dus dat er rond de ventilatoren zijn gemaakt. 18

19 8.22 Wat is draadtrekken? Draadtrekken is een omvorm produceer techniek. Door draadtrekken neemt de treksterkte in het materiaal toe. Door het ruwmateriaal te verwarmen en door matrijzen met een versmalling te trekken wordt het materiaal dunner. Dit gebeurd totdat er een draad is ontstaan die geschikt is voor de spoel. Figuur 16 Produceer techniek draadtrekken (H, et al., 2016) Voordeel van draadtrekken precieze draad is mogelijk door deze bewerking. Nadeel van draadtrekken Kost veel energie Wat is Etsen? Etsen is een oppervlakte behandeling waarbij er een chemische reactie optreedt. Hierdoor lost er een gedeelte van het materiaal op. Dit wordt gebruikt bij printplaten om een patroon in de printplaat te krijgen waar spanning doorheen kan lopen. (Etchform, 2016) Voordelen Etsen 1. een uitgebreide materiaal keuze, 2. geen verandering in materiaal eigenschappen 3. braamvrije producten Nadeel van etsen Het werken met oplosmiddelen is gevaarlijk en slecht voor het milieu Het maken van synthetisch rubber. Natuur rubber wordt gemaakt uit het sap van een rubberboom. Synthetisch rubber is een namaak van natuurlijk rubber. Synthetisch rubber wordt net zoals kunststoffen gemaakt uit aardolie. Rubber bestaat uit hele lange slierten. Door aan die slierten bepaalde stoffen toe te voegen krijgen de rubbers hele specifieke materiaal eigenschappen. Hierdoor krijgt synthetisch rubber vaak betere materiaal eigenschappen dan natuurlijk rubber. Synthetisch rubber gaat vaak ook langer mee. 19

20 Nadat er stoffen zijn toegevoegd moet het rubber gebakken worden. Hierdoor wordt het rubber steviger. Dit doen ze door middel van zwavel bij het rubber toe te voegen en dan te bakken in de oven. Dit wordt ook wel vulkaniseren genoemd. (Kunststofoveral, 2016), (Budinski, Budinski, & William, 2014) Conclusies en aanbevelingen De bedoeling van deze opdracht is dat de student een beter inzicht krijgt van wat een werktuigbouwkundige inhoud. Dat is zeker gelukt bij deze opdracht. Ik heb vooral veel geleerd over productie technieken. Dit vindt ik zelf zeer handig voor in de toekomst. Een nadeel is dat er geen kostenlijst in het rapport moest. Zo krijgt de student geen inzicht hoe duur bepaalde materialen/processen zijn maar dit komt wel in de toekomst. In dit rapport is de analyse van een ventilator beschreven. De probleemstelling is: Ontwikkel een koelmethode voor een processor van een computer. De belanghebbende zijn hierbij de Fabrikant, verkoper, de gebruiker en de overheid (vakbond). Alle partijen hebben allemaal verschillende behoeftes. Hiervoor is een PVE gemaakt. De oplossing uit deze probleemstelling is de ventilator. Dit is de beste koelmethode voor een computer. Dit omdat andere koeltechnieken (water, sterling koeler, etc.) te duur zijn of niet goed werken. Er is vanuit mijn opzicht wel een verbeterpunt. Zo kan het kliksysteem minder complex. Als hier een andere manier voor bedacht wordt hoeven er minder complexe mallen vervaardigd worden voor het spuitgieten. Zo wordt het productie proces goedkoper. Verwijzingen Alucast, B. (2016, oktober 7). spuitgieten van aluminium. Opgehaald van %20en%20verwerken/Spuitgieten_van_aluminium.pdf Budinski, K. G., Budinski, M. k., & William, W. (2014). Materiaalkunde. Edupack, C. ( ). CES Edupack Delft. Opgehaald van Etchform. (2016, 10 14). Etchform. Opgehaald van Etchform: H, K. J., Buiting-Csikós, C., van Luttervelt, C., Moulijn, K., Ponsen, J., & Streppel, A. (2016). Industiële producie "het voorbrengen van mechanische producten". Hoogland, W., Roel, D., & Ingrid, B. (2015). Rapport over rapporteren. Groningen/Houten, The Netherlands: Noordhoff Uitgevers. Kunststofoveral. (2016, 10 19). Hoe worden rubber voorwerpen gemaakt? Opgehaald van Kunststof overal: 20