Artikel IDE442 MATERIALISEREN 2001 DE BROODROOSTER. Wouter van Dillen, Rogier Hartgring, Bart Ruijpers, Remko Waanders & Guido Zwanenburg

Transcriptie

1 DE BROODROOSTER Wuter van Dillen, Rgier Hartgring, Bart Ruijpers, Remk Waanders & Guid Zwanenburg Z n 75% van de Nederlandse huishudens is in het bezit van een brdrster. Hierdr is het een behrlijk drntwikkeld prduct. Desndanks zijn er ng een aantal punten vr verbetering vatbaar. Een veelvrkmend prbleem hierbij is de warmtentwikkeling aan de buitenzijde van de behuizing. Vral rndm de peningen aan de bvenzijde van het brdrster lpt de temperatuur nder invled van cnvectie flink p. Buiten het feit dat dit leidt tt naanvaardbaar hge temperatuur van de delen die direct bereikbaar zijn vr de gebruiker, kan dit bij de kunststf brdrsters k ng resulteren in verweking van het kunststf (vral na z n 6 á 7 aaneengeslten gebruikssessies). Bij metalen brdrsters wrdt de behuizing, dr de hge geleidingcëfficiënt van het materiaal, na enkele sessies al z heet dat de brdrster niet meer met de blte handen pgepakt kan wrden. ROTOTYE BROODROOSTER Alvrens ver te gaan tt het frmuleren van nze delstelling, eerst een verzicht van de pbuw van een prttype brdrster. 1. De behuizing heeft twee hfdfuncties: Het bepalen van het uiterlijk en de gebruiker beschermen tegen de hete delen binnen in de rster. 2. De veer trekt de draagarm met daarp het gersterde brd mhg. 3. De geleiderails zrgt vr het geleiden van de draagarm in verticale richting. 4. De draagarm ndersteunt het brd. 5. De schuifknp heeft naast een interactie functie, dezelfde functie als de behuizing. 6. De afstandhuders vrkmen dat het brd vregtijdig verkld drdat het tegen een verwarmingselement aan valt. 7. Het verwarmingselementen zrgt vr het verhitten van het brd. Er zijn twee srten elementen: Mica plaatjes waar mheen een draad van Nikkel-chrm is gewikkeld, en een keramische staaf welke is mwikkeld met gleidraad. 8. Het sner verzrgt de strmtever vanuit het stpcntact. 9. De draagcnstructie is verantwrdelijk vr de stijfheid van het geheel. 10. De stralingsschilden dienen als een blkkade vr de straling van het element. 11. Het tijdmechanisme schakelt het verwarmingselement na de ingestelde tijd uit en zrgt ervr dat het brd wrdt uitgewrpen. 12. Kruimellade vangt de kruimel p en vergemakkelijkt het schnmaken. 13. De pten zrgen vr een ntkppeling tussen de warmte van de rster en het tafelblad waarp de rster rust. De explded view van een prttype brdrster 1

2 DOELSTELLING Aangezien de meeste prblemen ntstaan rndm de behuizing zullen we ns in dit nderzek hier dan k tt beperken. Vr de behuizing gaan we p zek naar een materiaal dat het beste kan wrden tegepast. Een aantal aspecten kmt hierbij specifiek aan de rde: De brdrster met ten alle tijden pgepakt kunnen wrden; De brdrster met bestand zijn tegen een val van de keukentafel; De brdrster met aansluiten bij de trend naar metallic keukenapparaten. ONDERZOEK Om inzicht te krijgen in de warmtestrm binnen de brdrster zijn er een aantal vragen die beantwrd meten wrden. Wat is de maximaal tegestane buiten temperatuur? He warm wrdt de binnenzijde van de behuizing? Maximaal tegestane buitentemperatuur In de hiernder getnde tabel staan een aantal waarden waaruit de maximaal tegestane buitentemperatuur kan wrden afgelezen. Vr kunststf is een temperatuur van 60 C vldende terwijl bij metaal dit rnd de 51 C ligt. Tabel 1 Maximale temperatuur bij gegeven aanrakingstijd 1 s 4 s 10 s 60 s Metaal 70 C 63 C 60 C 51 C Kunststf 94 C 82 C 77 C 60 C Wanneer we er vanuit gaan dat de warmteverdracht dr de wand bij een kunststf en metalen buitenwand gelijk blijft dan kunnen we dus stellen dat een kunststf brdrster een minder dikke wand beheft dan een metalen brdrster. De temperatuur van de binnenzijde Om te bepalen welk materiaal er tegepast kan wrden, met eerst bepaald wrden welke temperatuur de binnenkant van de buitenwand heeft. Deze temperatuur is bepaald dr hem te meten. In de hiernaast getnde tabellen is het temperatuurverlp p de aangegeven meetpunten te vinden. Wat pvalt is dat de metalen brdrster een absurd hge buitentemperatuur kan bereiken. Tabel 2 Temperatuurverlp bij de kunststf brdrster (gedurende 7 sessies) T1 T2 T3 TBbuitenB C 20.7 C 20.0 C 2 C C C C C C 52.2 C C C 58.1 C C C 64.2 C C C 68.0 C C C 71.4 C C 65 C 2

3 Artikel IDE442 MATERIALISEREN 2001 Tabel 3 Temperatuurverlp bij een metalen brdrster (gedurende 6 sessies) T1 T2 T3 TBbuitenB T3 T C 20.8 C 23.0 C 21 C C C 98.1 C C C C T2 T1 T2 T C C C C C C C 65 C C C Zijwand Brd Hitteelement Zijwand Brd Schild Hitteelement Figuur 1 Meetpunten bij respectievelijk kunststf en metalen brdrster Cnclusie Wat de geleidingcëfficiënt betreft kmen kunststffen er beter vanaf (zij geleiden warmte nu eenmaal minder ged dan metalen). Wanneer we er vanuit gaan dat de warmteverdracht dr de wand bij een kunststf en metalen buitenwand gelijk blijft dan kunnen we dus stellen dat een kunststf brdrster een minder dikke wand beheft dan een metalen brdrster. De keuze valt hiermee dus p kunststf. MATERIAALEIGENSCHAEN Om tt de juiste materiaalkeuze te kmen zijn er een drietal factren van belang: Welke kunststffen kmen in aanmerking, gelet p hun gebruikstemperatuur en warmtegeleidingscëfficiënt? Welke tevegingen zijn gewenst? Op welke manier kan het kunststf vrzien wrden van een metallic lk? Kunststffen Aan de hand van de gegevens in nderstaande tabel is ervr gekzen m te gaan tepassen. Behalve dat dit materiaal de hgste gebruikstemperatuur heeft, is het k gedkp en bezit het de meest ideale mechanische eigenschappen. Dit betekent echter niet dat er gebruik met wrden gemaakt van zuiver, want dr het tevegen van hulp- f vulstffen kunnen de eigenschappen van het materiaal ng verder verbeterd wrden. Tabel 4 Materiaaleigenschappen van enkele kunststffen Gebruikstemp. rijsindex Mechanisch gedrag Warmtegeleidingscëff ABS EEK 300 > Materiaal tevegingen Binnen het bereik van zijn er ng een grt aantal variaties beschikbaar dr gebruik te maken van hulpstffen f vulstffen. Vulstffen wrden gebruikt m de prijs te drukken. Vr de brdrster zijn we juist uit p verbetering van de mechanische eigenschappen. In de hiernaast getnde tabel staan enkele hulpstffen pgesmd. Op grnd van deze gegevens wrdt ervr gekzen m talk te gebruiken. Deze stf verbetert de mechanische eigenschappen vldende en is gedkp. Glasvezel en klstfvezel vallen 3

4 af p grnd van de prijs. Mica wrdt meestal gebruikt vr nderdelen die niet te zien zijn vanwege de slechte ppervlaktekwaliteit hiervan. Bij een massapercentage van ngeveer 30% talk zal de meest ptimale cmbinatie van sterkte, hittebestendigheid en kstprijs bereikt wrden. Tabel 5 Hulpstffen vr Eigenschappen Glasvezel Talk Mica Klstfvezel hgere trekstrekte grtere stijfheid hgere hitte-bestendigheid gedkp lagere stijfheid hgere hittebestendigheid lagere kruip betere warmteweerkaatsing geluidsabsrberend gespikkeld ppervlak hgere chemische bestendigheid lagere thermische uitzetting hgere treksterkte kstprijsverhgend Oppervlaktebehandeling Er zijn vr kunststf verschillende manieren m het ppervlak een metallic uiterlijk te geven: Electrplating Metallisatie (pdampen) Verven igment Electrplating Bij electrplating wrdt de kunststf vrzien van een laagje metaal. ABS geldt als een van de meest geschikte kunststffen m te electrplaten. De reden hiervr is dat ABS weinig krimp vertnt, en juist veel. Metalliseren (pdampen) Bij het metalliseren van kunststffen wrdt er een dunne metalen laag, veelal aluminium, nder vacuüm p het ppervlak aangebracht. Verven De reden m tt verven ver te gaan kmt vaak vrt uit het feit dat met andere technieken een zelfde srt ppervlak niet te behalen is. De vrnaamste reden zijn: Meerdere cmpnenten, uit verschillende materialen en p verschillende wijzen vervaardigd, meten dezelfde kleur hebben; Het kleurengamma valt buiten de mgelijkheden van de vervaardigingstechniek; Een werkstuk met meer dan één kleur krijgen. Aangezien geen van de bvenstaande redenen zich vrden, is het bij vrbaat al eenvudiger m te kiezen vr een andere methde. igment De vierde manier m een kunststf een metallic uiterlijk te geven is dr het aanbrengen van pigment in het kunststf. De meest geschikte pigment vr het verkrijgen van een glinsterend uiterlijk is aluminium. Dit metaal kan namelijk tt een heel fijn peder wrden verwerkt dat aan een kunststf kan wrden tegevegd. Deze techniek is bruikbaar vr de meeste kunststffen en de meeste verwerkingstechnieken. 4

5 Keuze van de ppervlaktebehandeling Als meest geschikte ppervlaktebehandeling is gekzen vr het tevegen van pigment. Dit heeft de vlgende redenen: Er zijn geen extra prcesstappen ndig waardr de cyclustijd niet teneemt; De thermische eigenschappen van blijven vrijwel gelijk; Het resultaat is rbuust drdat de kleur zich in het meteriaal bevindt; Recycling is bij pigment het meest eenvudig. VERWERKINGSTECHNIEKEN Zals bekend is spuitgieten een vervaardigingstechniek met een vrijwel nbeperkte vrmvrijheid. Dit kmt de assemblagetijd en het uiterlijk ten gede. De cnclusie van deze verweging is dat spuitgieten vr de vervaardiging van een brdrster de meest ideale vervaardigingstechniek is. Tabel 6 Verwerkingstechnieken vr Seriegrtte rductgrtte Cyclustijd Matrijsksten 1000 Cextrusie >5000 <40 NVT Extrusie >1000 <50 NVT 3-6 Sandwich spuitg. >7000 <35 >30 s Spuitg. >4000 <50 >40 s KOSTRIJS De ttale kstprijs vr de behuizing van een brdrster kan wrden pgedeeld in grndstfksten, bewerkingsksten en gereedschapsksten. De seriegrtte per jaar wrdt p stuks geschat, er wrdt 4 jaar geprduceerd met een spuitgietmachine. Kstprijs behuizing Grndstfksten: fl. 1,08 Bewerkingsksten fl. 0,38 Gereedschapsksten fl. 0,12 Ttale kstprijs per behuizing fl. 1,58 De prijs van de behuizing heeft slechts een gering aandeel in de ttale kstprijs van de brdrster. LITERATUUR Additives fr plastics; Jhn Murphy, Elsevier advanced technlgy handbk (1996) lyprpylene the definitive user s guide and databk; Clive Maier Teresa Calafut, lastics Design Library (1998) Dictaat Kunststffen Serie i bijzndere nderwerpen deel 5; M.W. v. Dalen (december 1997) MECID BV [web page], Mechanical Engineering & Cmputer Integrated Design. URL: <HTUhttp:// Gezien dd