Analyserapport De Haagse Hogeschool WP11.b

Transcriptie

1 Analyserapport De Haagse Hogeschool WP11.b

2 Analyse rapport Accu schroefboormachine C 15 Li De Haagse Hogeschool Marlo Verboom WP11.B 15 - oktober

3 Voorwoord Voor u ligt het analyserapport van de Accu schroefboormachine C 15 Li. Het rapport is geschreven voor onze begeleiders. Het rapport gaat over de belanghebbenden en hun behoeftes, de functies, de werking en over het programma van eisen van het product. De analyse van de Accu schroefboormachine C 15 Li is uitgevoerd op de Haagse Hogeschool in Delft, in opdracht van HHS begeleiders. Aan het begin van het analyseproces is eerst gekeken naar de probleemstelling van het product en al snel werd duidelijk welke eisen er gesteld worden. De analyse was niet alleen uitdagend, maar ook leerzaam. Bovendien sluit de leerstof, die wij tijdens de colleges hebben gehad, goed aan bij het opstellen van het analyserapport. Voor het verstrekken van overvloedige informatie en ondersteuning ben ik mijn dank verschuldigd aan S. Panahkhahi & M. Kras. Ik hoop dat dit rapport voldoende informatie geeft over het analyseproces van de Accu schroefboormachine C 15 Li. Den Haag, oktober 2016 M.C. Verboom. 3

4 Inhoudsopgave Voorwoord... 3 Samenvatting... 5 Verklarende woordenlijst & symbolenlijst Inleiding Belanghebbenden en behoeften Programma van eisen & wensen Onderdelen & exploded view Functieboom Functieblokschema Energie omzetting Verbindingen Materiaaleigenschappen Weekijzer Koper ABS Nodulair gietijzer Galliumnitride met fluorescerende laag (fosfor) Stafstaal Productiemethode spuitgieten Verbeterpunten D schets Conclusie Bronvermelding

5 Samenvatting Het rapport gaat over een product met de daarbij behorende belanghebbenden met hun behoeftes, de functies van het product, de werking van het product en het programma van eisen. De analyse van de Accu schroefboormachine C 15 Li is uitgevoerd op de Haagse Hogeschool in Delft, in opdracht van HHS begeleiders. Het doel van het rapport betreft twee competenties, namelijk analyseren en professionaliseren. De probleemstelling in dit rapport gaat over handelingen in productiewerk die vaak verricht moeten worden, wat vermoeiend is en veel tijd kan kosten. In de werkplaats wordt een handschroevendraaier gebruikt om producten in- en uit elkaar te halen. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een boormachine om gaten te boren. Met het gebruik van de Accu schroefboormachine C 15 Li kunnen deze twee handelingen verricht worden en daarmee is het probleem opgelost. Tijdens het analyseren van de Accu schroefboormachine C 15 Li zijn de eisen en wensen vastgesteld voor de verschillende belanghebbenden. Naar aanleiding van de analysering kan er geconcludeerd worden dat het product aan alle eisen en wensen voldoet. Vervolgens zijn de gegevens uit de tabel verwerkt in een functieboom. Bij de Accu schroefboormachine C 15 Li is het mogelijk om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Door de juiste materiaalsamenstelling is het mogelijk om het product geheel te recyclen. Hierdoor is de Accu schroefboormachine C 15 Li ook nog eens niet milieu belastend. Tijdens het analyseren is er geconstateerd dat er twee verbeterpunten zijn, namelijk op het gebied van verbindingen en een extra functie. Ondanks de twee verbeterpunten is de Accu schroefboormachine C 15 Li de geschikte oplossing voor het probleem. 5

6 Verklarende woordenlijst & symbolenlijst Tabel 1 (Verklarende woordenlijst) Woord: RVS PvE Betekenis: Roest Vast Staal Programma van Eisen Tabel 2 (Symbolenlijst) Symbool: Betekenis: Eenheid: E Elasticiteitsmodulus N/mm F Kracht N Spanning MPa / N/mm Temperatuur Graden Celsius - Toerental min ¹ 6

7 1. Inleiding De eerstejaarsstudenten van de opleiding Werktuigbouwkunde zijn gevraagd een analyse rapport te schrijven. Het rapport gaat over een product dat van huis uit of van de bouwmarkt is meegenomen en moet aan bepaalde eisen voldoen. Het product zelf hoeft niet te werken, maar wel bewegende onderdelen bevatten. Bovendien moet het gevoed worden door een accu of stekker en moet het makkelijk te vervoeren zijn. Het doel van het rapport betreft twee competenties, namelijk analyseren en professionaliseren. Hiernaast leert de student hoe hij of zij een goed rapport moet schrijven volgens het boek 'Rapport over rapporteren'. In dit rapport wordt de probleemstelling beantwoord: In de werkplaats wordt een handschroevendraaier gebruikt om producten in- en uit elkaar te halen. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een boormachine om gaten te boren. Bij productiewerk worden deze handelingen vaak verricht en kan dit vermoeiend zijn en veel tijd kosten. 7

8 2. Belanghebbenden en behoeften Producent: De producent wil een kwalitatief, goed en veilig product leveren met de CE-markeringen erop. Daarnaast wilt de producent concurrenten voorblijven en geld verdienen. Distributeur: Het product moet goed en slim verpakt zijn: niet te groot en niet te complex. Leverancier: De fabrieken en de verkooppunten moeten goed bereikbaar zijn. Ze moeten zoveel mogelijk producten vervoeren en geld verdienen. Winkelier: De winkelier wil goede, mooie en kwalitatieve producten verkopen aan de gebruiker, zodat deze terug blijft komen. Bovendien wil de winkelier concurrenten voorblijven en geld verdienen. Gebruiker: De gebruiker wil een goedkoop en kwalitatief goed product kopen dat daarnaast veilig en gebruiksvriendelijk moet zijn. Bovendien moet het product lang mee kunnen gaan. 8

9 3. Programma van eisen & wensen Hieronder staan de eisen en wensen die gesteld zijn aan het product. (Oskam, I. et al, juni 2012) Tabel 3.1 Eisen Het moet oplaadbaar zijn. Oplaadtijd moet niet meer zijn dan 2 uur. Het moet met één hand te gebruiken zijn. Het moet in hout & staal kunnen boren. Het moet schroeven los en vast kunnen draaien. Moet minder wegen als 2,5 kg. Moet veilig te hanteren zijn. Het apparaat mag niet meer kosten dan 600 euro. Het apparaat kan een val van een meter overleven. Accu vloeistof moet hermetisch afgesloten zijn De kunststof onderdelen moeten recyclebaar zijn. Bewegende onderdelen zoveel mogelijk afgeschermd zijn. Het moet een toerental van 1200 hebben. Het apparaat mag niet warmer worden dan 50 graden Celsius. Bron Gebruiker / producent Gebruiker Producent Producent Producent Gebruiker Overheid Gebruiker Gebruiker Overheid Overheid Overheid Producent Gebruiker Tabel 3.2 Wensen Apparaat moet 2 verschillende snelheidstanden hebben. De kop moet magnetisch zijn (voor de bitjes). Apparaat mag niet meer dan 1.7kg wegen. Apparaat mag niet meer kosten dan 550 euro. Het apparaat heeft een automatische versnellingsbak 9

10 functie Eis Eenheid Bron 1. Gat boren/schroeven Het product moet een gat kunnen boren van 1mm tot 13mm. Bitjes kunnen klemmen met een magneet. mm 2. schroefboormachine vasthouden De schroefboormachine moet vastgehouden kunnen worden aan het handvat. n.v.t. Producent en gebruiker Producent en gebruiker 3. Draairichting veranderen De boor moet in twee richtingen kunnen draaien (linksom en rechtsom). n.v.t. Producent en gebruiker 4. Toerental bepalen De schroefboormachine moet twee standen hebben. stand 1: min ¹ stand 2: min ¹ min ¹ Producent en gebruiker 5. Elektrische energie omzetten in mechanische energie Elektrische energie uit de accu moet omgezet kunnen worden naar mechanische energie. n.v.t. Producent en gebruiker 6. Functie switchen De schroefboormachine moet tussen schroefstand en boorstand kunnen switchen. n.v.t. Producent en gebruiker Tabel 3.3 (functie + eisen tabel) 10

11 4. Onderdelen & exploded view Hieronder is de exploded view van het product te zien. Doormiddel van de nummering in de afbeelding (zie afbeelding 4.0), is te achterhalen waar elke component zich bevindt met daarbij behorende functies (zie tabel 4.2). Afbeelding 4.0 (exploded view) Tabel 4.2 (stuklijst + fucnties) Onderdeel onderdelen: Functies: nummer: 0 Schroefboormachine Gaten boren/schroeven. 1 Boorkop Tandwielset bij elkaar houden. 2 Planeet tandwielen Mechanische energie overbrengen. 3 Aan/uit knop Signaal versturen naar microcontroller. 4 Links/rechts knop Draairichting veranderen. 5 Microcontroller Signaal versturen naar de elektromotor. 6 Behuizing Boormachine vasthouden. Beschermen/samenhouden van componenten. 7 LED-lamp Licht schijnen. 8 Schroeven Behuizing verbinden. 9 Draaiknop Snelheid bepalen. 10 Accu Elektrische Energie opslaan. 11 Planeetwieldrager Verbind de planeet wielen. 12 Zonnewiel Mechanische energie overbrengen (stand 2). 13 Satellietwiel Planeet tandwielen bij elkaar houden (stand 1 & 2 ). 14 Motor-as Tandwielen bij elkaar houden. 15 Elektromotor Elektrische energie omzetten naar mechanische energie. 11

12 4.1 Functieboom Doormiddel van de functieboom (zie figuur 4.1.1) is in een oogopslag te zien wat de uiteindelijke functies zijn en het resultaat is van de schroefboormachine C 15 Li. (Oskam, I. et al, juni 2012) Figuur (functieboom) 12

13 4.2 Functieblokschema Doormiddel van een functieblokschema is te zien hoe de schroefboormachine C 15 Li werkt (zie figuur 4.2.1). (Oskam, I. et al, juni 2012) Tijd: Materie: Schroefkop Roteren Schroef vast monteren Rechtsom draaien Boorkop monteren Apparaat activeren (Knop indrukken) Roteren Linksom Schroef los draaien Stoppen apparaat (knop loslaten) Info: Energie: Figuur (functieblokschema) LED-lamp brand Toevoeren van elektrische energie. Omzetten elektrische energie / mechanische energie. Materiaal verspanen Stoppen toevoer elektrische energie. 5. Energie omzetting De overbrengingen die zich in het apparaat bevinden zijn: Elektrische energie, Chemische energie Magnetische energie en Mechanische energie. (zie figuur 5.1) Elektrische energie komt van het netspanning. Elektrische energie De elektrische energie moet opgeslagen worden in de accu daardoor ontstaat er chemische energie. Chemische energie De chemische energie wordt hier weer omgezet in elektrische energie. Elektrische energie De elektrische energie wordt hier omgezet naar magnetische energie dit wordt gedaan door de elektromotor door middel van de spoel. Magnetische energie Doordat er magnetische energie is ontstaan kan deze worden omgezet in een rotatie beweging doormiddel van tandwielen, hierdoor onstaat er mechanische energie. Mechanische energie Omdat er bij mechanische energie een rotatie plaatsvindt ontstaat er thermische energie. Figuur 5.1 (energie overbrengingen) Thermische energie 13

14 6. Verbindingen In tabel 6.1 is te zien welke verbindingstechnieken er zich plaatsen vinden binnen de schroefboormachine C 15 Li Tabel 6.1 (verbindingen) Onderdeel nummer: Onderdeel: Verbinding: Type verbinding: 1 Boorkop Geklemd in de Vorm opsluiting behuizing 2 Planeet Losse passing op Vorm opsluiting Tandwielen de tandwielhouder 3 Aan/uit knop geklemd in de Vorm opsluiting behuizing 3 Aan/uit knop Gesoldeerd op de printplaat Materiaal gesmolten 4 Links/rechts knop Geklemd in de Vorm opsluiting behuizing 4 Links/rechts knop Gesoldeerd op de printplaat Materiaal gesmolten 5 Microcontroller Zit in de behuizing Vorm opsluiting geklemd 6 Behuizing Zit vast Kracht opsluiting doormiddel van 8 schroeven 7 LED-lamp Overgangspassing Vorm opsluiting 8 Schroeven Zit in de behuizing Kracht opsluiting 9 Draaiknop Geklemd in de Vorm opsluiting behuizing 10 Accu Schuifklik systeem Vorm opsluiting 14 Motor-as overgangspassing Vorm opsluiting 15 Elektromotor Ingeklemd in de behuizing Vorm opsluiting 14

15 7. Materiaaleigenschappen In de afbeelding 4.0 is het exploded view van de schroefboormachine weergegeven, doormiddel van de nummers is te zien waar het onderdeel zich bevindt. Onderdeel nummer 15.1/15.2 bevindt zich in de elektromotor. Tabel 7.1 Onderdeel onderdelen: Materiaal: Productiemethode: Enkel/massaproductie: nummer: 2 Planeet tandwielen Nodulair gietijzer Gegoten, nabewerkt met CNC Massaproductie: 1000 stuks 3 Aan/uit knop ABS Spuitgieten Massaproductie: stuks 4 Links/rechts knop ABS Spuitgieten Massaproductie: stuks 5 Microcontroller Silicium Plak silicium wordt uitgesneden Massaproductie: stuks 6 Behuizing ABS Spuitgieten Massaproductie: 1000 stuks 7 LED-lamp Galliumnitride met fluorescerende laag (fosfor) - Massaproductie: stuks 8 Schroeven Stafstaal De kop van de schroef wordt erop geperst. Draadeind wordt met een matrijs erin sneden Massaproductie: stuks 9 Draaiknop ABS Spuitgieten Massaproductie: stuks 10 Accu ABS Spuitgieten Massaproductie: 100 stuks 11 Planeetwieldrager Nodulair gietijzer Gegoten, nabewerkt met CNC en de staven erop geperst 12 Zonnewiel Nodulair gietijzer Gegoten, nabewerkt met CNC 13 Satellietwiel Nodulair gietijzer Gegoten, nabewerkt met CNC 14 Motor-as Nodulair gietijzer Gegoten, nabewerkt met CNC 15.1 Week ijzeren staaf (elektromotor) 15.2 Spoel (elektromotor) Koper De koper wordt om een week ijzeren staaf gewikkeld Massaproductie: 1000 stuks Massaproductie: 1000 stuks Massaproductie: 1000 stuks Massaproductie: 1000 stuks Weekijzer Gegoten in een matrijs Massaproductie: stuks Massaproductie: stuks 15

16 7.1 Weekijzer De reden waarom er in de elektromotor een weekijzeren staaf is toegepast, is omdat weekijzer een lage hysterese heeft. Weekijzer is een relatief zacht materiaal en wordt ook wel 'Zachtijzer' genoemd. Vergeleken met staal is weekijzer nogal bros en corrosie gevoelig. Een weekijzeren staaf wordt vaak toegepast om een elektromagnetisch veld te creëren, zodat elektrische energie omgezet kan worden in mechanische energie. Eigenschappen: lage hysterese, lage warmteproductie en hoge permeabiliteit. ( 7.2 Koper Koper wordt veel gebruikt in het product, namelijk in de spoel en voor de bedrading (zie figuur 7.2.1). De reden waarom hier koper is toegepast is, omdat koper relatief goedkoop is en goede geleidingseigenschappen heeft. Koper is een zacht materiaal dat makkelijk te vervormen is, heeft een treksterkte van MPa, een rekgrens van 42MPa en brinell hardheid van 55. Het nadeel van koper is dat het enkel toepasbaar is bij warmte geleiding en elektriciteitsgeleiding. In de spoel wordt het koper om de weekijzeren staaf gewikkeld, waardoor er een magnetisch veld ontstaat. ( (CES Edupack 2016) Figuur (elektromotor) 7.3 ABS ABS wordt ook wel Acrylonitril-butadieen-styreen genoemd. Dit soort kunststof is een thermoplast. ABS wordt vaak toegepast in het product (zie tabel 7.1). ABS wordt in het product gebruikt als behuizing(zie figuur 7.3.1)en voor de knoppen(zie figuur 8.3.2), omdat dit relatief goedkoop is en bijna in alle vormen te spuitgieten is. ABS is warmteresistent tot 80/100 graden Celsius, is stoot/valbestendig en recyclebaar. ABS heeft een lage UV bestendigheid en is niet in een transparante kleur te produceren. Eigenschappen: Treksterkte: 39 MPa, Buigsterkte: 69 MPa. Elasticiteitsmodulus: 2,0 GPa, Maximale gebruikstemperatuur: graden Celsius. Hieronder is te zien dat de behuizing knoppen van ABS zijn gemaakt. ( (CES Edupack 2016) Figuur (behuizing) Figuur (toerentalknop) 16

17 7.4 Nodulair gietijzer Nodulair gietijzer is een gietijzersoort met ongebonden koolstof. De tandwielen zijn van nodulair gietijzer gegoten. Hieronder zijn de planeettandwielen en de motor-as te zien. Doordat de tandwielen constant ronddraaien is er kans op slijtage. Gietijzer is een legering van ijzer met een koolstof gehalte van 2,5%-6,67%. Gietijzer kan bijvoorbeeld goed tegen druk belastingen, maar heeft een lage treksterkte. (zie figuur ( (CES Edupack 2016) Figuur (motor-as) Figuur (planeettandwielen) 7.5 Galliumnitride met fluorescerende laag (fosfor) Galliumnitride is een halfgeleider wat ervoor zorgt dat het ledje een blauwe kleur heeft. Doordat er een fluorescerende laag ook wel fosfor op zit, schijnt het ledje wit licht. ( 7.6 Stafstaal De schroeven worden gemaakt van stafstaal. Het stafstaal wordt op lengte gemaakt en vervolgens wordt de kop erop geperst. Daarna wordt via een mal het schroefdraad erin gesneden. Waarom wordt er gebruik gemaakt van staal bij de schroeven? Staal is een legering van ijzer en koolstof. Doordat er koolstof is toegevoegd wordt het materiaal veel harder en het kan goed tegen hoge treksterktes. De schroeven worden gebruikt om de behuizing bij elkaar te houden. Eigenschappen staal: laag koolstof gehalte, relatief zacht materiaal (het uitboren van de schroeven is mogelijk), goed koud en warm te vervormen en heeft een grote rek. Staal heeft een treksterkte van 510 MPa en een rekgrens van 275/355 MPa. 17

18 7.7 Productiemethode spuitgieten Figuur (spuitgieten) Injection_moulding_process.png Spuitgieten is een vormgevingstechniek voor thermoplasten. Hoe werkt het precies? Aan de bovenzijden wordt kunststof granulaat toegevoegd (zie figuur 7.7.1). Dit wordt doormiddel van een verwarmingselement gesmolten tot een gehele massa en vervolgens onder grote druk in de matrijs gespoten. De matrijs heeft de vorm van het gewenste uitgangsproduct. Doordat de massa afkoelt, stolt het kunststof in de gewenste vorm. 18

19 8. Verbeterpunten Het product is een vrij nieuw model en aangezien bijna overal over na is gedacht zijn er weinig verbeterpunten op aan te merken. Verbeterpunt 1: Verbindingstechniek: De schroeven in het apparaat zijn kruiskop schroeven. Zodra de schroeven meerdere malen gebruikt zijn, worden deze dol. Een oplossing hiervoor is om torx schroeven te gebruiken. Verbeterpunt 2: Functie: De schroefboormachine heeft twee functies: boren en schroeven. Omdat de schroefboormachine meerdere functies bevat is het handig om een polijst functie hierbij aan toe te voegen. 9. 2D schets Hieronder is een 2d schets te zien van de boorkop van de Accu schroefboormachine C 15 Li (zie figuur 9.1). Afbeelding

20 10. Conclusie In de werkplaats wordt een handschroevendraaier gebruikt om producten in- en uit elkaar te halen. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een boormachine om gaten te boren. Bij productiewerk worden deze handelingen vaak verricht en kan dit vermoeiend zijn en veel tijd kosten. Het product dat hiervoor een oplossing geeft, is de Accu schroefboormachine C 15 Li. Met dit product is het mogelijk om snel en gemakkelijk gaten te boren en schroefjes vast- en los te draaien. Tijdens het analyseren van de Accu schroefboormachine C 15 Li zijn de eisen en wensen vastgesteld voor de verschillende belanghebbenden. Naar aanleiding van de analysering kan er geconcludeerd worden dat het product aan alle eisen en wensen voldoet. Vervolgens zijn de gegevens uit de tabel verwerkt in een functieboom. Doormiddel van de functieboom is in één oogopslag te zien wat de uiteindelijke functies en de resultaten moeten zijn. Bij de Accu schroefboormachine C 15 Li is het mogelijk om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Bovendien is de Accu schroefboormachine C 15 Li zo samengesteld dat het makkelijk te hanteren is en daardoor een fijn product om mee te werken. Door de juiste materiaalsamenstelling is het mogelijk om het product geheel te recyclen. Hierdoor is de Accu schroefboormachine C 15 Li ook nog eens niet milieu belastend. Daarnaast is het product licht en goedkoop te produceren. Tijdens het analyseren is er geconstateerd dat er twee verbeterpunten zijn, namelijk op het gebied van verbindingen en een extra functie. Ondanks de twee verbeterpunten is de Accu schroefboormachine C 15 Li de geschikte oplossing voor het probleem. 20

21 11. Bronvermelding Afbeelding: Bron afb. 1 geraadpleegd op Boek: Bron boek. 1: Inge Oskam, Kevin Cowan, Lukien Hoiting & Paul Souren, juni 2012, Ontwerpen van technische innovaties door onderzoek, creatief denken en samenwerken eerste druk, Noordhoff Uitgevers B.V. Bron boek.2: Wim Hoogland, Ingrid Brand, Roel Dik, mei 2010, Rapport over rapporteren zesde druk, Noordhoff Uitgevers B.V. Bron boek. 3: Kenneth G. Budinski & Michael K. Budinski, Nederlandse bewerking door William Wei, juni 2014, Materiaalkunde negende editie, Pearson Benelux B.V. Bron boek.4: Prof. dr. ir. H.J.J. Kals, Ir. Cs. Buiting-Csikos, Ir. C.A. van Luttervelt, Ir. K.A. Moulijn, Ir. J.M. Ponsen, Ir. A.H. Streppel, april 2012, Indurstriële productie: Het voortbrengen van mechanische producten 5e herziene druk, Boom Uitgevers Amsterdam Bron boek. 5: Jo van de Put, april 2013, Moderne industriële productie tweede editie, Pearson Benelux B.V. Websites: Bron web. 1 Hamelmetaal, ABS, geraadpleegd op Bron web.2 Festool, geraadpleegd op Bron web.3 Wikipedia, ABS, geraadpleegd op Bron web.4 Wikipedia, Koper, geraadpleegd op Bron web.5 Wikipedia, Weekijzer, geraadpleegd op Bron web.6 Wikipedia, Nodulair gietijzer, geraadpleegd op Bron web.7 Wikipedia, Spuitgieten, geraadpleegd op Bron web.8 Wikipedia, Galliumnitride met fluorescerende laag (fosfor), geraadpleegd op Bron softw. 1: CES EduPack 2016, Materiaalkeuzen en materiaaleigenschappen(database), Grantadesign, 21