Tussenrapport Groep 5 Module (vakcode) : THSP2 Beroepsproduct: Verbeterd tussenrapport Groep: WP11 groep 5 Projectieleden: A. J. Houweling, J. Hop, M. van der Jagt, S. Kaptein, T. Jansen, D. Janse, M. Weller, S. Younan, F. Kappelhof Ingeleverd op: 23-09-2014 Tutor: J.J. Bil
Voorwoord In dit tussenrapport worden alle onderzoeken gedaan om een goed beeld te krijgen, van wat er allemaal bedacht is over de Stirling motor en wat wel werkt of juist niet werkt. Hierdoor kan de projectgroep beter weten, voor welke opties ze moeten kiezen en bepaalde dingen aan moeten pakken. 2
Inhoudsopgave 1. Markt onderzoek...4 2. Prijsniveau bouwpakketten...5 3. Kwaliteitsnormen...6 4. Normen fabricagetekeningen...7 5. Voorwaarden gebruikshandleiding...9 6. Welke materialen voor welke onderdelen?... 10 7. Bewerkingsmiddelen... 11 8. Praktijkervaringen... 12 3
1. Markt onderzoek Een marktonderzoek is een onderzoek waarbij informatie wordt verzameld over mogelijke klanten. Het is hierbij belangrijk om erachter te komen wat er al op de markt is. In de tabel hieronder staan vergelijkbare sterling-bouwpakketten die een beeld geven over de afzetmarkt. De bouwpakketten in de tabel hieronder zijn voor bedoeld voor de hobbymarkt 4
2. Prijsniveau bouwpakketten In het volgende stuk zal het prijsniveau van de stirlingmotorbouwpakketen worden bepaald. Het zal beginnen met een analyse en opsomming van de kosten die al genoemd zijn in het stuk over de kosten en baten. Vervolgens zullen hier nog meer kosten aan toegevoegd worden, die nog niet mee zijn genomen in de kosten en baten. Er zal ook gekeken worden naar hoe deze kosten verdeeld zullen worden tussen de bouwpakketen, en uiteindelijk zal een conclusie getrokken moeten worden over de prijs van de stirlingmotorbouwpakketen. Veel van de kosten komen uit bronnen vermeld in de kosten en baten. In het eerste jaar zullen deze 86600 zijn, en de jaren daarop 59400. Dit is omdat de ontwerpkosten dan niet meer toepasselijk zijn. Er zijn ook andere kosten die niet meegerekend zijn in het stuk over de kosten en baten. Deze kunnen bijvoorbeeld zijn, de transportkosten, kosten van de verpakking, en kosten om de automatisering van de productie te laten draaien voor de 1000 stuks. Voor de transportkosten word er aangenomen dat de producten in een land in het Oostblok worden geproduceerd, en is er daarom uitgerekend dat de transportkosten rond de 700 zullen liggen. Omdat het bij hobbyisten voornamelijk om het product zelf draait, word er aangenomen dat de verpakking van karton is, zonder bewerking of plaatjes. De prijs hiervan zal daarom minimaal zijn, en niet hoger dan 500 liggen. Als het ontwerp eenmaal klaar is, kan de productie geautomatiseerd verlopen, zonder veel menselijke bijdrage. We nemen aan dat er twee werknemers zijn die de productielijn twee weken laten lopen om 1000 stuks te kunnen maken. Dit bedrag zal rond de 1500 liggen, voor de totale loon van de werknemers voor twee weken. In totaal, komen deze kosten dus neer op 2700 voor de productie, verpakking, en transport van 1000 stuks. Ten slotte, wordt het dus duidelijk hoe duur de productie van deze bouwpakketten zal worden, zowel in het eerste jaar als de jaren die daarop volgen. Het eerste jaar van productie zal rond de 89300 kosten. In de jaren hierop zal dit bedrag dalen tot 62100. Deze bedragen zijn nog exclusief winst. Als deze gedeeld worden door het aantal stuks dat er voor deze prijs in een jaar gemaakt kunnen worden (rond de 1000 stuks), komt dit neer op een bedrag van 89.3 en 62.1 per bouwpakket, respectievelijk voor het eerste jaar en de jaren daarop. Er was in de kosten en baten geschat dat hobbyisten wel ongeveer 100 zouden willen besteden aan een bouwpakket zoals deze. Als dit aangenomen word als de verkooprijs van het product, kunnen deze verkocht worden met een winstmarge van 10.7% en 37.9% respectievelijk. Het is ook belangrijk oom mee te nemen dat veel van de bedragen in deze berekeningen ruim genomen zijn, en dat het dus goed mogelijk is dat de werkelijke kostprijs nog lager is. Tot slot, is het dus duidelijk dat de bouwpakketen verkocht kunnen worden voor ongeveer 100 per stuk. 86600 / 59400 uit kosten en baten 700 transportkosten 500 verpakkingskosten 1500 productielijn laten draaien 5
3. Kwaliteitsnormen In dit hoofdstuk worden de kwaliteitsnormen benoemd en wat voor consequenties daar aan vastzitten op de te fabriceren onderdelen. De passingen bij een Stirlingmotor is erg van belang bij sommige onderdelen. Als die onderdelen niet in elkaar passen, zal de Stirlingmotor niet werken. Daarom zitten daar bepaalde normen aan vast. Als men deze onderdelen gaat produceren moet dit dus erg secuur gedaan worden. Als dit namelijk niet gebeurd zal de motor niet werken. Hierdoor zullen sommige onderdelen ook CNC gefabriceerd worden. Deze computergestuurde apparaten zijn veel secuurder als mensen. Bij onderdelen die erg van belang zijn, zal dit ook wel nodig zijn, mensen maken namelijk wel eens fouten. De kwaliteit van het product moet bewaakt worden indien men de kwaliteiten willen behouden. Deze zal tijdens het productieproces bewaakt moeten worden. Bij kwaliteit horen ook bepaalde risico s die een product met zich meebrengt. Wanneer je de stirlingmotor verwarmt, kan die erg heet worden. Als de motor dus aan het draaien is, raak hem dan niet aan in de buurt van het verwarmingsstuk, dit kan namelijk erg heet zijn. Ook heeft de stirlingmotor snel bewegende onderdelen, hier kunnen haren in vast komen te zitten. Alle energie die de stirlingmotor genereert wordt opgeslagen in het vliegwiel. Hierdoor gaat het vliegwiel hard draaien. Pas daarom op voor kleine kinderen die hun vingers er in steken. Als de stirlingmotor kapot is mag je hem niet zomaar weggooien in de container, hij is namelijk gemaakt van metalen. Het is belangrijk om ook te letten op de NEN-normen en de CE normen voor zo n stirlingmotor. Vooral industriële producten die binnen de Europese Unie op de markt komen, moeten een CEmarkering bevatten. Dit geeft aan dat het product voldoet aan wettelijke eisen. O.a. op het gebied van veiligheid, gezondheid en milieu. 1 NEN normen zijn afspraken die marktpartijen vrijwillig met elkaar maken over de kwaliteit en de veiligheid betreffende hen producten die hen leveren. Vooral gaat het om de kwaliteit en veiligheid van hun producten, diensten en processen. Als neutrale partij inventariseert NEN aan welke normen behoefte is en brengt de organisatie belanghebbenden bij elkaar om deze normen te financieren en te ontwikkelen. De serieproductie bestaat uit een relatief kleine serie van maar liefst 1000 stuks. Er is daarom ook gekozen om de productie in eigen huis te doen. Doordat de productie in eigen huis wordt gedaan wordt de kwaliteitsborging eenvoudiger dan bij uitbesteding. Alle onderdelen worden tussentijds gemeten als deze in productie zijn. Naast deze meet procedures zullen er steekproefsgewijs een aantal bouwpakketten in elkaar gezet worden en getest op hun werking. De resultaten zullen naar de productieleiding worden gecommuniceerd. 2 http://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/certificaten-keurmerken-en-meetinstrumenten/vraag-en-antwoord/wat-is-een-cemarkering-en-wanneer-moet-ik-deze-op-mijn-product-aanbrengen.html Prof. Dr. Ir. H.J.J. Kals et al (2011), Industriële productie, Amsterdam http://www.ou.nl/docs/opener/mw/kwaliteitszorg/leereenheid_1.pdf http://www.euronorm.net/content/getfile.php?public=true&fileid=1007563187-d4819941-0001- a11eba0e4a566eb3cf0039a58581a0bd 6
4. Normen fabricagetekeningen Veel landen hebben hun eigen Norm waar ze zich aan houden. België heeft de BIN-, Duitsland de DIN-, de verenigde staten ANSI- en de EU heeft EN-Normen. Over al deze normen bestaat er de internationale ISO-normen. In Nederland wordt de NEN-ISO norm gebruikt, dat is een combinatie van de Nederlandse, Europese en internationale normen. Voor het maken van een technische tekening heb je met 2 normen te maken: - Normen over het maken van een technische tekening. Daaronder vallen bijvoorbeeld afspraken over tekenwijze, lijndiktes, maataanduidingen, enzovoort. - Normen over technische onderdelen. Hieronder vallen bijvoorbeeld schroefdraad, bouten, moeren, tandwielen, lager, en zo verder. Met deze normen krijg je te maken met veel regels. Hieronder staat een checklist waar je aan moet voldoen om een correcte technische tekening te maken. Aanzichten en details - Zijn de aanzichten correct volgens de getoonde projectie geplaatst - De juiste schaal gekozen - Zijn de toegestane schalen gebruikt. ( 1:5, 1:2, 1:1,2:1, 5:1 ) - Zijn details op de juiste wijze aangegeven in de tekening (dunne cirkel met een letter) - Zijn de uitvergrote details op de juiste manier beëindigd (dunne gegolfde lijn) en staat er een juiste aanduiding bij, bijvoorbeeld A(2:1) - Begint de benaming van de details bij A, daarna B, enzovoort. Doorsneden - Zijn de doorsneden op de juiste manier in de tekening aangegeven (gemengde streeplijn met verdikkingen, daar tegenaan pijlpunten met een letter) - Zijn de doorsneden zinvol gekozen, zodat er zoveel mogelijk in de doorsnede te zien is - Zijn de doorsneden niet te complex - Zijn de doorsneden zoveel mogelijk volgens de juiste projectiemethode geplaatst - Is de aanduiding bij de doorsneden correct, bijvoorbeeld B-B - Begint de benaming van de doorsneden bij A-A, daarna B-B, enzovoort - Zijn de assen, ribben en dergelijke niet gearceerd - Zijn de onderdelen niet te dicht of te open gearceerd - Zijn alle onderdelen onder 45 ten opzichte van het onderdeel gearceerd - Zijn alle aangrenzende onderdelen in tegengestelde richting gearceerd - Is bij de verspringende of verdraaide doorsneden de overgang juist gemarkeerd (gemengde streeplijn, eventueel met verspringende arcering) Speciale onderdelen - Zijn de schroefdraden volgens de vereenvoudigde tekenwijze getekend - Zijn eventuele lagers en tandwielen op de juiste manier getekend - Zijn complexe gekromde vlakken voldoende gedefinieerd, met aanzichten en doorsneden Algemene aspecten tekenwerk - Is de tekening duidelijk te lezen voor onbekende - Staan in alle ronde en symmetrische delen hartlijnen - Staan er niet meer streeplijnen dan noodzakelijk is - Staan er niet meer buiglijnen dan noodzakelijk is - Is de schaal van de lijnsoorten correct - Hebben de lijnen een dikte van 0.5 en 0.25 mm 7
- Is voor de teksten in de tekening het juiste lettertype en teksthoogte gebruikt (normschrift, 3.5 of 5 mm) - Is de tekening in een niet te krap kader geplaatst - Is de tabel in de rechter onderhoek volledig ingevuld - Zijn de onderdelen van de tekening overzichtelijk verdeeld over het tekenvel Samenstellingstekening - Zijn bewegingen van het product, voor zover dat van belang is, in de tekening weergegeven met de juiste belijning (gemengde streeplijn met dubbele onderbreking) - Zijn e stuknummers op de juiste manier aangegeven (een stip of pijl bij de onderdelen met een nummering) - Lopen de aanhaallijnen op een nette manier naar de stuknummers toe - Staan de stuknummers bij voorkeur op een lijn en zijn ze opeenvolgend genummerd - Zijn de hoofdmaten aangegeven - Zijn de maten di nodig zijn voor montage in de tekening aangegeven - Is de stuklijst correct ingevuld en aan elk onderdeel voldoende informatie gegeven o Zijn specifieke instructies voor de montage van het product in de tekening aangegeven Bemating en toleranties van de mono tekeningen - Zijn de maten goed in de tekening aangegeven - Staan alle andere maten in de tekening - Is bij het bematen rekening gehouden met de productiemethode - Staan bij elkaar horende maten in de tekening ook bij elkaar, zodat de bemating geen zoekplaatje wordt. - Zijn de maten netjes op regelmatige afstand geplaatst - Kloppen de afmetingen van de maten, dat wil zeggen teksthoogte 3.5mm, lengt van pijlpunten 3.5 mm en steken de aanhaallijnen 1 mm voorbij de maatlijn - Staan de teksten van de maten steeds in het midden net boven de maatlijn, en zijn ze van onderen of van rechts afleesbaar - Worden de maatlijnen niet nodeloos gesneden door andere lijnen - Worden de maten en de pijlpunten nergens gesneden door andere lijnen - Staat er een algemene tolerantie op de tekening - Hebben de maten een specifieke tolerantie achtedemaat staan en zijn deze goed gekozen - Is de teksthoogte van de toleranties juist, 0.25 mm Overige aanduidingen - Is de algemene oppervlakteruwhied op de tekening aangegeven, met daarachter alle afwijkende ruwheden di in de tekening voorkomen - Hebben alle vlakken in het product met een specifieke functie of bewerkingstechniek een afwijkende oppervlakteruwheidsaanduiding - Zijn de waarden van de algemene en de specifieke oppervlakteruwheden goed gekozen, vanuit gebruik en productie - Zijn waar nodig geometrisch toleranties in de tekening aangegeven (bron: Producttekenen en documenteren van 3d naar 2d, Arnoud breedveld 4e druk) 8
5. Voorwaarden gebruikshandleiding Aan een goede handleiding hangen voorwaarden, deze worden in dit stuk duidelijk gemaakt. Het schrijven van een handleiding is een vak. Het taalgebruik in de handleiding hangt af van de gebruiker. Een handleiding wordt bijna nooit helemaal gelezen, er moet dus een duidelijke volgorde in zitten en aan het eind van de handleiding hoort een trefwoordenregister. Voorwaarden: - De gebruikershandleiding moet waarschuwen voor mogelijke gevaarlijke situaties die bij gebruik of assemblage van het product kunnen optreden (niet te vermijden overige risico s). Ook moet het voorzorgsmaatregelen en veiligheidsvoorschriften bevatten. - De handleiding moet in de Nederlandse taal zijn geschreven, als het product in Nederland wordt verkocht. Als naast de Nederlandse taal meerdere talen worden gebruikt dient er een duidelijk verschil te zijn tussen de talen, door deze in aparte secties te plaatsen - Er moet belangrijke informatie over milieuaspecten en het verantwoorde gebruik in de gebruikershandleiding staan - Een overzicht van alle benodigde hulpmiddelen en stappen ter voorbereiding - Alles is stap voor stap uitgelegd, dit geldt zowel voor assemblage als gebruik van de stirlingmotor (Om de stappen van het assembleren te verduidelijken doormiddel van illustraties) - De tekst moet zo geformuleerd zijn dat de gebruiker het begrijpt. Vaktermen moeten verklaard worden (bron: NEN 5509, Nederlandse norm gebruikershandleidingen - inhoud, structuur, formulering en presentatie) Gebruikershandleidingen moeten informatie bevatten over de verschillende fasen van de levenscyclus van het product: a) transport, ontvangst, assemblage, plaatsing van het product, montage en/of installatie, installatie, afregeling, afstelling; b) gebruik, bediening, behandeling en/of hantering; c) reiniging, onderhoud, opsporen van storingen, opsporen van defecten en/of storingsanalyse; d) buitenbedrijfstelling, opslag, transport, herinstallatie op een andere plaats of in een andere omgeving; e) demontage, sloop, revisie, verwijderen, afdanken, wegwerpen of vernietigen van het product en/of enig ander afvalmateriaal met het oog op gezondheid, veiligheid, milieu en consumentenbescherming. 3 Alle eisen bij deze norm zijn in de bron, NEN 5509, te lezen. 3 (bron: NEN 5509, Nederlandse norm gebruikershandleidingen - inhoud, structuur, formulering en presentatie) 9
6. Welke materialen voor welke onderdelen? In dit blok moet de projectgroep een stirlingmotor herontwerpen. Een deel hiervan is het bekijken van het materiaal soort die bij de verschillende onderdelen van de Stirlingmotoren hoort. Er zijn verschillende soorten Stirlingmotoren die variëren in maat, doeleinde en onderdelen. Aan de hand van deze variatie wordt de materiaalkeuze gelegd. De Stirlingmotor die de groep moet onderzoeken bestaat uit circa 15 onderdelen. De meeste componenten lijken uit messing te zijn gemaakt en een paar uit aluminium of staal. Door de eisen die gesteld zijn aan het ontworpen concept is er ruimte om aan materiaal keuze meer tijd te besteden die niet aan strenge eisen hoeven te voldoen. Eisen zoals hoge temperatuur bestendig, hardheid en hogedruk etc. Er is ruimte om voor gewoon materiaal te kiezen die aan lage eisen voldoet. Omdat de lijst van materialen heel lang is wordt het verkort naar een aantal materialen. De meest gebruikte materialen worden hieronder in een tabel weergeven waarin hun eigenschappen worden vermeld. Hierdoor kan je de verschillende materialen vergelijken. Materiaal soort Treksterkte in MPa Smelt Temperatuur in graden Celsius Hardheid in Brinel HV Aluminium 469 660 C 151 HV 2900 Staal 517 900 C 565 HV 7850 Messing 550 900 C 135HV 8100 Koper 241 1090 C 180HV 8920 PVC 61 70 C 15.6HV 1580 Dichtheid in Kg/m 3 10
7. Bewerkingsmiddelen Om uiteindelijk de stirlingmotor te kunnen fabriceren moeten er verschillende machines en gereedschappen tot onze beschikking zijn. Ook is het belangrijk dat er voldoende tijd is ingeroosterd om de onderdelen te kunnen fabriceren en uiteindelijk te assembleren. De benodigde machines die nodig zijn, zijn als volgt: - Draaibank - CNC Freesbank - Conventionele freesbank - Kolomboor - Cirkelzaag/lintzaag (op beslissing van werkplaats begeleider) - Eventueel ponsmachine - Soldeerbout Naast de benodigde machines is er handgereedschap nodig - Boor set (inclusief ruimer en soevereinboor) - Kras pen - Centerpons - Hamer - Vijl - IJzerzaag - Meetapparatuur (schuifmaat, micrometer) - Schuurpapier - Draaibank apparatuur (ruwbeitels, afsteekbeitels, etc. - Freesbank apparatuur (mantelkopfrees, vingerfrees) - Laptop (schrijven van een CNC programma) - Verschillende montage sleutels (assembleren stirlingmotor - Soldeertin - Brander (testen product) Uit eerdere projecten is ervaren dat de benodigde gereedschappen en machines aanwezig zijn in de werkplaat op de Haagse hogenschool. (bron: zelf expertise MBO) 11
8. Praktijkervaringen Solderen Draaien Frezen CNC 3D modeleren Assembleren Microsoft Office Technische Kennis Jasper Hop + + + - ++ ++ ++ ++ ++ Tim Jansen ++ ++ ++ - ++ +++ ++ +++ ++ Sjoerd Kaptein - + - - ++ ++ ++ ++ + David Janse - + -- - + ++ ++ ++ + Anne-Jan Houweling ++ ++ ++ + + ++ ++ +++ +++ Max van der Jagt + + - - + ++ + ++ ++ Thijs Hooftman - + - - + - ++ - - Frank Kappelhof - + - - + - ++ - - Marvin Weller + ++ ++ - + + ++ +++ +++ Steven Younan + - - - ++ +++ +++ ++ +++ Algemene ervaring (+ is indicatie van hoeveel ervaring iemand heeft, +++ is max.)