Broodrooster. Reverse engineering

Transcriptie

1 Broodrooster Reverse engineering Bart Bruggeling

2 Inhoudsopgave 1 Inleiding 2 2 Pakket van eisen en wensen Belanghebbenden en behoeften 2.2 Probleemstelling Pakket van Eisen en wensen De Broodrooster 3.1 Exploded view Exploded view toelichting Functieboom Eisen bij elke functie Functieblokschema Overbrengingen Verbindingstechniek 11 4 Productie 4.1 Materialen Productietechnieken Onderdelen ter verbetering 16 5 Schematische tekening 5.1 Amerikaanse projectie broodkruimel la 17 Conclusie 18 Bronvermelding 19 1

3 Inleiding Bijna iedereen heeft het wel in zijn keuken staan, de broodrooster. Maar wat weten we nou eigenlijk over de broodrooster? Daarom wordt er in dit rapport de broodrooster doormiddel van Reverse engineering onderzocht. Door de broodrooster uit elkaar te halen zie je hoe het in elkaar zat en hoe het werkt en wat voor onderdelen erin zitten, op deze manier kom je erachter of er nog verbeter punten zijn in het product. De hoofvraag van dit rapport is: Hoe zit de broodrooster in elkaar? In hoofdstuk 2 van dit rapport wordt aandacht besteed aan de eisen van verschillende stakeholders, en daarvan wordt er een bijpassend pakket van eisen en wensen samengesteld. In hoofdstuk 3 wordt de binnenkant en de functies van de broodrooster uitgebreid besproken en behandelt, met behulp van een functieboom, functieblokschema en de exploded view. In hoofdstuk 4 komt productie van de broodrooster en de materialen ter sprake. Een schematische tekening is weergeven in hoofdstuk 5. 2

4 2 - Pakket van eisen en wensen Belanghebbenden en behoeften Producent: Hij wilt dat het zo snel mogelijk wordt geproduceerd zodat de winst zo hoog mogelijk is. En het moet aan de eisen voldoen die de klant heeft, dus het moet goed brood kunnen roosteren. Ook veiligheid speelt een rol voor de producent, want als er iets mis is met het product gaat de aanklacht naar de producent. Verpakker: Het product moet een logische vorm hebben zodat het zo efficiënt mogelijk kan worden verpakt. Distributeur: De verpakking moet goed op te stapelen zijn. Ook moet het stevig zijn zodat het goed op te stapelen is in het distributiecentrum. Winkelier: De broodrooster moet ook een aantrekkelijk uiterlijk hebben zodat mensen het sneller kopen. Ook moeten de specificaties goed zijn. Reparateur: Het product moet makkelijk uit elkaar te halen om zo snel mogelijk het probleem vast te stellen en dan het kapotte deel te vervangen. Leverancier van energie: Het apparaat moet op 220 volt werken. Consumentenbond: Het moet niet te duur zijn het product. En moet doen wat het aangeeft. Overheid: Het product moet voldoen aan de veiligheid eisen die de overheid heeft. Klant: Het apparaat moet perfect brood kunnen roosteren zonder problemen. Ook moet het veilig zijn zodat het zonder problemen in huis kan staan. Ook verschillende standen moet het broodrooster hebben. Het moet makkelijk schoon te maken zijn. Belanghebbenden en behoeften Producent, toeleverancier, verpakker Distributeur, opslag, groothandel of tussenhandel Winkelier, verkoper, agent Installateur, onderhoudsdienst, reparateur Leverancier van bijv. energie, netwerk of aanvullende producten Media, consumentenvereniging, consumentenbond Branchevereniging, vakbond Overheid, keurende instantie 3

5 2.2 Probleemstelling Door het regelmatig gebruik van het apparaat kom je langzaam een paar dingen tegen waar je tegen vast loopt. Zoals bij je telefoon oplader, dat je ook in de nacht moet kijken of je usb port recht of verkeerd om is. En bij de broodrooster kwam ik al snel een ergernis tegen bij het uit elkaar halen van het apparaat. Namelijk de hoeveelheid oude broodkruimels. Daarvoor is er wel een lade voor in gezet om de broodkruimels te kunnen lozen, maar daar komen niet alle broodkruimels in terecht. Een deel van de kruimels gaat door kleine kieren en blijft daarachter. Dus hierbij kwam al snel een probleemstelling naar boven. Broodkruimels Hoe zorg je ervoor dat er helemaal geen broodkruimels in het apparaat overblijft? 4

6 2.3 Pakket van Eisen en wensen Ieder product wordt ontworpen vanuit eisen en wensen. In eerste instantie zijn dit globale eisen en wensen die door de opdrachtgever(s) aangegeven wordt. In de loop van het ontwerptraject worden de eisen en wensen steeds concreter, gefilterd en uiteindelijk vertaald naar ontwerpcriteria. De eerste oriëntatie is het inventariseren van wensen van opdrachtgevers en klanten. Welke eisen en wensen zouden opdrachtgever(s) en klanten aangegeven hebben voor het product dat jij analyseert? Tabel 1 Nummer Eis Eis/Wens Eenheid Bron Datum Groep 1 Product 1.1 De broodrooster moet een Eis Min Winkelier/ goed uiterlijk hebben. Zodat de verkoop stagneert. producent 1.2 Het moet niet te veel plek Wens n.v.t. Winkelier innemen, zodat het niet te veel ruimte inneemt in de kast of op je keukentafel. 1.3 De behuizing moet gemaakt worden van materiaal dat hitte niet doorgeeft maar absorbeert. Eis n.v.t. Winkelier De Broodrooster moet goed Eis n.v.t. Winkelier schoon te maken zijn. 1.5 Het moet niet te duur zijn Eis/wens Euro Winkelier Bredere sleuven voor breder Wens n.v.t. Winkelier brood 1.7 Geautomatiseerde hendel Wens n.v.t. Winkelier Goede isolatie in de binnenkant Groep 2 Productie/Producent 2.1 Het product moet brandveilig zijn zodat er geen gevaarlijke situaties komen. 2.2 Het moeten goedkope maar ook goede materialen zijn zodat je zo veel mogelijk winst behaald en het toch een product met kwaliteit is. 2.3 Het moet compact zijn zodat het goed te verschepen is en zodat je het goed kan opslaan. Eis n.v.t. Winkelier Eis n.v.t. Europese Unie Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Distributeur

7 2.4 Het moet innoverend zijn zodat het aantrekkelijk is voor de klant. Dus de broodrooster moet helemaal kruimelvrij zijn! 2.5 Het moet aan de eisen en wensen van de klant voldoen zodat het meer verkocht wordt. 2.6 Het frame van de broodrooster moet gemaakt worden een materiaal met een hoge isolatiewaarde. 2.7 De behuizing moet gemaakt worden van deels polypropyleen en deels aluminium. 2.8 De behuizing van de warmte elementen moet gemaakt zijn van aluminium. 2.9 Om de hitte te kunnen begeleiden moet er nichroom draden in het warmte element zitten. Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Producent Eis n.v.t. Producent

8 3 - De broodrooster 3.1 Exploded view Figuur 3 Exploded view 7

9 3.11 Exploded view onderdelen Tabel 2 1 Behuizing 2 Hendel broodrooster 5 Sleuf broodrooster 9 Warmte elementen 10 Behuizing voor de warmte elementen 11 Extra behuizing (zodat je het apparaat beter vast kan houden als het aan staat) 12 De sleuven waar de brood houders vrij in kunnen bewegen 13 De zijkant van de behuizing van de warmte elementen 14 Broodhouders 17 Veer voor de brood houders 18 Elektromagneet 23 Printplaatje 28 Ondersteun broodrooster 31 Broodkruimel opvanger 33 Stekker 8

10 3.2 Functieboom Brood roosteren Brood verhitten Apparaat inschakelen Tijd instellen Broodlade omlaag doen Brood stralen Verstelbare tijd Magneet houdt broodlade omlaag Proces activeren Uitschakelenen na opgegeven tijd 3.21 Beschrijving van functies van de onderdelen Tabel 3 Nummer Eis Eis/Wens Eenheid Bron Datum Groep 1 Product 1.1 Broodroosteren Eis Producent Broodverhitten Eis Celsius Producent Broodlade omlaag kunnen Eis Producent doen 1.4 Tijd instellen Eis Min Producent Magneet houdt broodlade Eis Producent vast 1.6 De tijd is klaar en magneet Eis Min Producent laat los. 1.7 Uitneembare kruimellade Eis Gebruiker Brood stralen Eis Producent Stroom activeren Eis Volt Producent

11 3.3 Functieblokschema Tabel 4 Tijd: Materie: Activeren apparaat Brood invoeren Brood stralen Brood uitgeven Stoppen apparaat Tijd instellen Broodlade activeren Brood verhitten Info: Weergeven apparaat aan Weergeven hoeveel tijd is ingestelt Weergeven warmte - elementen aan Weergeven brood klaar Weergeven apparaat uit Energie: Toevoeren elektriciteit Omzetten elektro/ warmte Stoppen toevoer elektro 10

12 3.4 Overbrengingen De broodrooster heeft veel verschillende overbrengingen, zowel elektrisch, mechanisch als thermisch. Maar hoe lopen die overbrengingen nou precies in de broodrooster? Het elektrische gedeelte bestaat natuurlijk eerst uit de stroom dat het net levert. Daarna wordt dit ook geleverd aan lampjes voor indicatie of het product aan of uit staat, en bijvoorbeeld in een andere stand staat. Om de broodrooster aan te zetten komt het mechanische gedeeld aan bod. Want je drukt op de hendel om zo het brood naar beneden te laten zakken. (exploded view: 2) Nu komt weer het elektrische gedeelte van toepassing, want de broodlade wordt vastgehouden naar beneden door een elektromagneet (exploded view: 18), die pas weer loskoppelt zodra de opgegeven tijd voorbij is. Het thermische gedeelte is natuurlijk heel erg belangrijk voor de broodrooster. De elektriciteit wordt omgezet naar warmte dus hier komt het thermisch aspect aan bod (exploded: view 9). Dit zijn de overbrengingen in een broodrooster. 3.5 Verbindingstechniek De broodrooster heeft ook te maken met verschillende verbindingstechnieken. Een voorbeeld hiervan is dat er in veel producten schroeven worden gebruikt. Dat is ook hetzelfde geval in de broodrooster. Om de kap van de broodrooster los te maken van de onderkant, dan moeten de schroeven los gemaakt worden (exploded view: 32), dit is dus verbindingstechniek 1. Naast schroeven heeft de broodrooster een merkwaardig verbindingstechniek. Want om het hart van de broodrooster los te maken van de onderkant moet je 4 stukjes metaal ombuigen (exploded view: 12(onderkant)). Dit zie je niet vaak, dit is omdat je het niet vaak los en vast maken omdat er zo sneller metaalmoeheid kan ontstaan en uiteindelijk kan kapotgaan. Ook is er gebruik gemaakt van een klik verbinding, deze methode is gebruikt bij de behuizing om het deel van polypropyleen aan het aluminium deel te verbinden (exploded view: 1). Er zijn natuurlijk ook draadjes gelast die aan de printplaat zitten dus oom deze verbindingstechniek is gebruikt (exploded view: 27). Voor de rest wordt er ook nog lijm gebruikt (exploded view: 23) om verschillende computerchips vast te maken aan de binnenkant van de broodrooster. 11

13 4 - Productie 4.1 Materialen De broodrooster bestaat uit verschillende materialen, dit is omdat 1 materiaal nooit voldoet aan alle eisen dat. In de broodrooster is voor de frame/ behuizing polypropyleen gebruikt. En voor de binnenkant van de broodrooster is aluminium er veel gebruikt. Nichrome is maar voor 1 doel gebruikt namelijk voor de warmte elementen. Maar wat voor eigenschappen hebben deze materialen dat ze zo goed van pas komen in de broodrooster. Polypropyleen (PP): Polypropyleen (PP) Treksterkte, MPa Buigsterkte, MPa Dichtheid, g/cm³ Warmtegeleidbaarheid, W/m C Soortelijke warmte, J/kg C 34 44,8 0,9 0, Ja Spuitgietbaar Polypropyleen lijkt op hogedichtheidpolyethyleen, maar door de mechanische eigenschappen is het geschikter voor gegoten onderdelen. Het is stijver, harder en vaak sterker dan veel soorten polyethyleen. Maar verder is PP relatief taai. Polypropyleen heeft ook een hogere gebruikstemperatuur dan polyethyleen. Want het kan namelijk tegen temperaturen tussen de 100 tot 130 graden, ideaal dus voor een de frame/behuizing van de broodrooster. Ook heeft het een hoge isolatiewaarde doordat de warmtegeleidbaarheid laag is. Een unieke eigenschap van polypropyleen is de lage dichtheid dat het heeft. Het is daarom ook een van de lichtste kunststoffen, met een dichtheid van 0,9 tot 0,915 g/cm 3. Deze eigenschap van PP maakt het bijvoorbeeld aantrekkelijk voor een sleeplijn voor een wakeboarder. Maar het komt natuurlijk ook van pas in de broodrooster, zodat het makkelijk te verplaatsen is. De twee belangrijkste toepassingen van polypropyleen zijn spuitgegoten producten zoals bagagekoffers, bijvoorbeeld ook voor een frame van de broodrooster, en vezels of fijne draden. Aluminium (Gr. 380): Aluminium (Gr. 380): Treksterkte, MPa Smeltpunt, C Dichtheid, g/cm³ Thermische geleidbaarheid, W/m-K ,71 96 Ja Spuitgietbaar Aluminium is als technisch materiaal bijna onmisbaar geworden. Het wordt veel gebruikt in machines. Ook is het een belangrijk materiaal voor consumptieartikelen vanwege de goede verwerkbaarheid en door het aantrekkelijke uiterlijk. 12

14 Aluminium is lichter dan veel andere metalen, maar ook is het minder stijf. Het heeft ook een hogere elektrische en thermische geleidbaarheid dan de meeste andere metalen. Dus bij de broodrooster is het essentieel dat de behuizing het goed isoleert, zodat je niet je handen verbrand wanneer je de broodrooster aanraak wanneer die aan staat maar daarvoor is de zijkant van polypropyleen gemaakt. Aluminium moet niet te lang worden blootgesteld worden aan temperaturen boven de 100 graden. Het verliest namelijk dan zijn hardheid bij lage temperaturen. Maar dit zal niet betrekking hebben tot de broodrooster want die staat meestal in een omgeving met kamertemperatuur dus niet te koud. Nichroom (Cr20Ni80-H) Nichroom (Cr20Ni80-H) Treksterkte, MPa Smeltpunt, C Dichtheid, g/cm³ Thermische geleidbaarheid, W/m-K ,2 45,2 Nee Spuitgietbaar Nikkellegeringen met chroom als het belangrijkste legeringselement (80% Ni, 20% Cr) worden veel gebruikt voor elektrische verwarmingselementen. Dus in het geval van de broodrooster de elementen die het brood verhitten. Hiervoor moeten ze tegen een hoge warmte kunnen en te zien aan het smeltpunt kan het ook tegen een hoge temperaturen. Voor de rest hebben ze een hoge soortelijke weerstand en zijn goed bestand tegen oxidatie. Bron: Materiaalkunde negende editie", Kenneth G. Budinski, Michael K. Budinski 13

15 4.2 Productietechnieken Spuitgieten (exploded view 1 & 28) Er zijn heel veel verschillende productietechnieken, maar voor massa productie is er vaak maar 1 erg aantrekkelijk. Namelijk spuitgieten, dit proces houdt in dat er eerst een mal wordt gemaakt van je onderdeel dat je uiteindelijk wilt hebben. Spuitgieten wordt gebruikt bij metalen en ook kunststoffen. Figuur 4 - Spuitgieten Spuitgieten is zelfs het meest toegepaste proces bij de verwerking van thermoplasten. In tegenstelling tot het spuitgieten van metalen wordt het uitgangsmateriaal bij thermoplasten in het algemeen in vaste vorm (granulaat) aangevoerd. Het granulaat wordt vanuit een vultrechter met behulp van een schroefplunjer verplaatst binnen een cilinder. Tijdens dit proces wordt door de ontwikkelende wrijvingswarmte en via elektrische verwarmingselementen rond de cilinderwand verhit en gesmolten. Een deel van de behuizing en de onderkant zullen waarschijnlijk per ongeveer stuks zijn geproduceerd. Het voordeel van spuitgieten is dat; als je de mal hebt dan kan het proces heel snel gaan. Het nadeel van spuitgieten is dat; er moet een minimum zijn anders is het proces te duur, omdat de mal produceren veel tijd en geld kost. Ponsen (exploded view 10, 11, 12, 13) Het deformatieproces vindt plaats in een smalle zone langs de omtrek van snijder en snijdplaat. In deze zone langs de omtrek van snijder en snijdplaat. In deze zonde vindt eerst elastische, daarna plastische vervorming plaats. Vervolgens treedt er een plotselinge breuk op; de plaatdelen zijn nu gescheiden. Dus dit proces is bij de broodrooster gebruikt voor de aluminium plaatjes die in het hart van de broodrooster zitten. Deze productietechniek is hier gekozen omdat er ook gaten in de aluminium plaatjes moesten komen die als een soort rails dienen. Ook het voordeel van dit proces is dat het heel erg snel gaat als je de pons hebt, dus op deze manier kunnen er veel in een korte tijd worden geproduceerd. Dit proces kan zowel worden gebruikt voor 1 stuk of wel voor veel meer. Maar dit hangt er ook vanaf of je een bijzondere pons wilt gebruiken, want dan kost het maken van die pons ook tijd en geld. Het voordeel van ponsen is dat; eenvoudig proces en kan snel uit worden gevoerd. Het nadeel van ponsen is dat; er voor bijzondere vormen eerst een pons moet worden gemaakt. Bron: "industriële productie 5 e druk", prof. dr. ir. H.J.J. Kals productietechniek 14

16 Dieptrekken (exploded view 5) Dieptrekken is een omvormproces om producten met diverse gesloten contouren uit plaatmateriaal te maken. Dit gebeurt doormidden van een soort pons die het materiaal ergens induwt zodat het vervormt. Bij het onderdeel van de broodrooster is ook een plooihouder gebruikt bij dit proces zodat de juiste vorm uiteindelijk eruit komt. Dieptrekken wordt ook veel gebruikt voor wasbakken, blikjes enzovoort. Figuur 5- Dieptrekken Maar het is dus ook nodig voor dit deel van de broodrooster. Ook is dit proces pas aantrekkelijk voor de massa productie omdat er ook een soort mal worden gemaakt waar het plaatje aluminium in moet worden gedrukt. Het voordeel van dieptrekken is; kan snel worden uitgevoerd als de mal er eenmaal is. Het nadeel van dieptrekken is; het is pas voordelig als er veel van gemaakt moeten worden. Draadmantelextrusie (exploded view 33) Een belangrijke toepassing van extrusie is het bekleden van metaaldraad en elektrische kabels met een kunststoflaag. Dit proces, waarbij de spuitmond dwars op de extrusierichting geplaatst is ( zie figuur 6), wordt draadmantelextrusie genoemd. Figuur 6 - Draadmantelextrusie Het voordeel van draadmantelextrusie is; de huls is even dik rondom de draad. Het nadeel van draadmantelextrusie is; er is geen nadeel. Bron: "industriële productie 5 e druk", prof. dr. ir. H.J.J. Kals - productietechniek 15

17 4.3 Onderdelen ter verbetering Hendel broodrooster Iedereen kent het wel, de hendel waarmee je je brood naar beneden haalt als je het geroosterd wilt hebben. Dit gebeurt bij deze broodrooster nog mechanisch dus met de hand. Dit wordt vastgehouden door de elektromagneet en als de tijd over is dan komt het brood weer automatisch omhoog, dit komt door de veer die erin zit. Maar het zou toch wel innoverend zijn als dit proces gebeurt met 1 druk op de knop. Dit kan makkelijk gerealiseerd worden met een elektromotortje in de broodrooster. De veer blijft wel in het ontwerp omdat er toch iets nodig is om het brood weer omhoog te laten komen. Met dit ontwerp kunnen er ook minder/geen kruimels in de broodrooster terecht komen, doordat er geen opening aan de zijkant zit waar de hendel zit. Dus ook een stap dichterbij een broodkruimel vrije broodrooster. De behuizing Veel behuizingen van broodroosters zijn van aluminium, dit hoeft niet per se een probleem te zijn mits je het goed isoleert. Dus dat je tijdens het gebruik de broodrooster in theorie even moet kunnen verplaatsen. Maar in het gevalt van de broodrooster die ik heb onderzocht wordt de behuizing erg warm door de thermische overbrenging, die van de warmte elementen naar het brood gaat. Dus hier moet een verbetering voor komen. Dus de oplossing ligt bij goede isolatie, zodat de warmte alleen naar het brood gaat het niet naar de behuizing. Dit doen we door veel lagen aluminium om de warmte elementen te doen, dus dat daar de warmte heen gaat. Ook moeten de zijkanten van polypolymeer zijn zodat je die kant sowieso veilig kan oppakken. De sleuf van de broodrooster De sleuf van de broodrooster is gemaakt voor kleine sneetjes brood. Maar tegenwoordig zijn er steeds meer broden die een bolvorm hebben, dus in het midden zitten dan grote sneetjes brood. Deze sneetjes brood passen niet in de broodrooster die ik heb onderzocht. Om dit op te lossen moet de sleuf van de broodrooster breder zijn zodat elk formaat sneetje brood erin past. 16

18 5 Schematische tekening 5.1 Amerikaanse projectie van een broodkruimel la (format mm) 17

19 Conclusie Voor leertaken kregen we de opdracht om een apparaat met bewegende onderdelen uit elkaar te halen en reverse engineering toe te passen. En hierbij verschillende aspecten te bekijken van de broodrooster. Dus hierbij heb ik rekening moeten houden met verschillende stakeholders. Ook heb ik een pakket van eisen moeten opstellen, functieboom en een functie blokschema gemaakt. Op deze manier begrijp je veel beter hoe het product in elkaar zit en hoe het product werkt en of er nog verbeteringen zijn voor het product. Zo kwam ik al gelijk met het probleem dat er toch altijd broodkruimels in het apparaat overblijven. Dit wordt deels opgelost door de automatische hendel en door de beter behuizing die ook dichter moet zijn zodat daar niks door heen kan. Ook staat in het pakket van eisen dat alle mogelijke broodkruimels die in de sleuven vallen allemaal terecht komen in de broodkruimel lade. Ook ben ik er door reverse engineering erachter gekomen wat voor materialen er worden gebruikt en wat voor verbindingen er zijn en de overbrengingen werden ook allemaal duidelijk. Dus tot slot leer je het product veel beter kennen wanneer je het stap voor stap uit elkaar haalt. 18

20 Bronvermelding Literatuur: Industriële productie, 5 e druk, prof. dr. ir. H.J.J. Kals Materiaalkunde, negende editie, Kenneth G. Budinski, Michael K. Budinski. Ontwerpen van technische innovaties, 1 e druk, Inge Oskam, Kevin Cowan. Rapport over rapporteren, 7 e druk, Wim Hoogland, Roel dik. Internet Exploded view, figuur 3, geraadpleegd op , van: p aspx Polypropyleen eigenschappen, blz 12, geraadpleegd op , van: Afbeelding spuitgieten, figuur 4, geraadpleegd op , van: Afbeelding dieptrekken, figuur 5, geraadpleegd op , van: Nichroom eigenschappen, blz 12, geraadpleegd op , van: 19