Conceptenrapport Groep 5 Module (vakcode) : THSP2 Beroepsproduct: Verbetert Conceptenrapport 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: 07-10-2014 Tutor: J.J. Bil
Voorwoord In dit concepten rapport worden de onderdelen van de Stirlingmotor onder ogen genomen om zo de kostprijs te reduceren met 15%. Hiervoor wordt eerst een kostprijs gemaakt van het originele ontwerp om daarna uitleg te geven van onze aanpassingen aan de onderdelen. Van deze aangepaste onderdelen wordt ook een begroting gemaakt om zo aan de gewenste eis van 15% te kunnen voldoen. Wij willen dhr. Bil bedanken voor zijn feedback gedurende het project. 2
Inhoudsopgave 1. Kostenprijs origineel ontwerp:...4 2. Vermindering productieprijs...5 1.1 Messing verwarmstuk...5 1.2 Vernauwcilinder...5 1.3 Zuigerstang 2...5 1.4 Verdringcilinder uitgang...6 1.5 Vliegwiel...6 1.6 Heatsink onderdelen gietstuk...6 1.7 Hefboom 2 uit basisplaat 1...7 1.8 Geleider pen...7 3. Kostprijsberekening aangepast ontwerp:...8 3
Onderdeel 1. Kostenprijs origineel ontwerp: Hieronder vindt u de begrote kostenprijs per onderdeel van de Stirlingmotor. Uitgangsmateriaal (mm) Materiaalkosten Tijd (min) Machinekosten Arbeidskosten Uurtarief= 50/uur Totaal kosten Afstandstang Messing, Ø10 x 40 0,60 15 7,20 12,50 20,30 Gelijder pen RVS, Ø4 x 24 0,05 10 5,76 8,30 14,11 Draad eind RVS, Ø3 x 40 0,08 15 7,20 12,50 19,78 Heatsinkbus Messing, Ø35 x 50 21,1 30 16,73 25,00 62,83 Heatsinkbusring Messing, Ø34 x 5 6,21 15 5,92 12,50 24,63 Koelplaten (4x) Koper, 100 x 100 x 0,17 30 14,81 25,00 2 39,98 Koppelstuk Messing, 50 x 100 1,43 20 10,17 16,70 28,30 Hefboom 1 Messing, 30 x 15 x 0,98 25 13,13 20,80 5,80 34,91 Hefboom 2 Messing, 40 x 40 x 1,90 25 13,13 20,80 5 35,83 Hefboom 1- as Staal, Ø7 x 100 0,13 10 13,77 8,30 22,20 Steunstang Messing, 50 x 15 x 0,24 20 10,81 16,70 2 27,75 Vernauwcilinder Staal, Ø18 x 38 0,25 30 17,37 30,00 47,62 Verdringcilinder Messing, Ø8 x 35 0,53 25 14,41 20,80 dop 35,74 Werkcilinder Messing, Ø25 x 50 20,88 30 16,73 25,00 62,61 Tussencilinder RVS, Ø35 x 25 1,25 30 16,73 25,00 42,98 Basisplaat 1 Messing, 100 x 60 5,81 20 14,53 16,70 x 5 37,04 Basisplaat 2 Messing, 75 x 40 x 15,37 20 14,53 16,70 25 46,60 Bodemplaat Hout, 200 x 100 x 4,40 10 5,92 8,30 30 18,62 Vliegwiel Messing, Ø69 x 23 25,39 60 46,78 50,00 122,17 Verwarmingsstuk Messing, Ø35 x 55 15,47 30 11,85 25,00 52,32 Zuiger Staal, Ø20 x 40 0,26 30 16,73 25,00 41,99 Zuigeras Staal, Ø3 x 16,40 0,01 15 6,56 12,50 mm 19,07 Zuigerstang 1 Staal, Ø3 x 75 0,04 15 7,20 12,50 19,74 Zuigerstang 2 Messing, 48,60 x 10 0,10 15 7,20 12,50 x 2 19,80 Verdringcilinder Messing Ø9 x 100 1,50 30 18,01 25,00 Uitgang 44,51 Tabel 1 Bron: http://www.mcb.nl/smallcms/index.php 4
2. Vermindering productieprijs: In dit hoofdstuk vindt u de bedachte concepten zijn voor het verminderen van de productieprijs van de stirlingmotor met wel 15%. Bij elk onderdeel is een korte uitleg geven, samen met een schets om de veranderingen aan te tonen. Onderaan is een tabel te vinden van hoe deze veranderingen zich uiten in kosten, en hoe er aan de 15% vermindering in productiekosten is gekomen. 2.1 Messing verwarmstuk Voor dit onderdeel is er bedacht om het onderdeel recht te laten aan de bovenkant, in plaats van een bolling. Voor een bolling moet er namelijk weer een extra bewerking worden gedaan, waardoor je langer bezig bent met fabriceren. Er wordt niet betaald voor meer materiaal, maar het wordt er gewoon niet afgehaald. Ook zal deze aanpassing de functionaliteit van de motor niet verhinderen, omdat de bolling grotendeels esthetisch is. In figuur 1 rechts is simplistisch te zien welke verandering er gewijzigd is. Aangegeven is het stuk materiaal dat niet weg verspaand wordt. Figuur 1 2.2 Vernauwcilinder Dit stuk is belangrijk voor de werking van de motor, omdat de lucht die in de ruimte hiervoor zit, expandeert en de aandrijving levert. Een goedkope, platte bovenkant is dus geen optie omdat er dan geen ruimte meer is voor lucht. Er wordt dus gekozen voor een puntige bovenkant, die simpeler te maken is dan een bolling. Dit bespaart vooral op bewerkingstijd en. In figuur 2 rechts is te zien hoe de bolling zou zijn geweest, maar dat het in de verbeterde versie gewoon vlak is. Figuur 2 2.3 Zuigerstang 2 Het nieuwe ontwerp van zuigerstang 2 heeft als doel om tijd te besparen in het fabricage proces. En zoals het spreekwoord luidt; tijd is geld. De tijdsbesparing gaat zitten in het feit dat de onnodige gaten worden weggelaten. Een klein bijkomend nadeel is dat het onderdeel dan wel iets zwaarder zal zijn en dat de stirlingmotor een klein beetje meer moeite nodig heeft om rond te draaien. Maar dit is een bewuste keus om geld te besparen. Daarnaast kost het geen extra materiaal want bij het oude ontwerp zouden de geboorde stukken als spanen eindigen en weggegooid worden. Figuur 3 5
2.4 Verdringcilinder uitgang De verdring cilinder bestaat uit een busje, waar aan de bovenkant een schuine kant aan gefreesd is. De productiekosten kunnen worden gedrukt door de schuine afronding aan de cilinder weg te laten. De productietijd wordt kleiner door het weglaten van de schuine draaibewerking, waardoor de productiekosten omlaag gaan. Door deze afronding weg te laten verandert er niets aan de functionaliteit van de cilinder. Figuur 4 2.5 Vliegwiel Door bij het vliegwiel de zes gaten in het middenstuk niet uit te frezen, wordt er tijd gewonnen tijdens de productie van de stirlingmotor. Ook door het weglaten van de afronding van de randen wordt er veel tijd gewonnen. De productietijd wordt hierbij zo kort mogelijk gehouden en daardoor zullen ook de productiekosten minder worden. Omdat er minder materiaal van het wiel afgehaald word, kan het uitgangsmateriaal dus ook wat kleiner zijn. Zonder deze gaten en schuine kanten zal de motor nog wel gewoon draaien. Aan de buitenkant blijft ook meer materiaal zitten, dit zal het extra gewicht aan de binnenkant van het vliegwiel compenseren. Het Figuur 5 traagheidsmoment zal veranderen omdat het nieuwe ontwerp meer massa heeft. Berekeningen om dit te bewijzen hebben wij nog niet voldoende gehad en zijn dus niet toe te passen. 2.6 Heatsink onderdelen gietstuk Deze besparing omvat drie verschillende onderdelen. Dit zijn de heatsink bus, de heatsink bus ring, en de koperen heatsink platen. Deze onderdelen werken heel nauw samen, en is het idee dus om deze drie onderdelen samen voegen. Omdat het onderdeel goed warmte moet kunnen afvoeren zou koper een goede keuze zijn. Er is echter gekozen om dit gietstuk te vervaardigen uit aluminium dit omdat de prijs van aluminium een stuk lager ligt dan die van koper. Dit is een besparing op materiaalkosten, op machine en arbeidskosten, zeker als er aangenomen word dat de productie nog jaren door zal gaan. Figuur 6 Er zal een mal gemaakt moeten worden van een van het gietstuk. Dit wordt ingekocht bij een extern bedrijf. Aluminium heeft een warmtegeleidingscoëfficiënt van 237 W/m.K in tegenstelling van koper met een warmtegeleidingscoëfficiënt van 390 W/m.K. Dit is ± een verschil van 1,5 keer zo veel. Dat wil zegen dat koper bet warmte geleid dan aluminium. In het verbeterde ontwerp moet hier rekening mee worden gehouden door de diameter van de koelribben groter te maken. 6
2.7 Hefboom 2 uit basisplaat 1 Voor dit onderdeel is voornamelijk het bovenstuk en de rechterzijkant het belangrijkste. Er zou dus een rechthoek eruit gesneden kunnen worden. Een vorm die binnen dit vlak past is hefboom 2, die even dik is en 40mm bij 40mm is. Zo wordt er op materiaal bespaard en dus, word de kostprijs verminderd. De basisplaat behoud voldoende stevigheid en kan alsnog zijn functie vervullen. Figuur 7 2.8 Geleider pen Van de geleider pen worden de afgeronde randjes weg gelaten. Verder word de inkeping aan de boven kant, die bedoeld was voor het verminderen van het gewicht, uit het ontwerp gehaald. Het voordeel hier van is dat er minder bewerkingen gedaan worden waar voor anders opnieuw moest worden ingespannen of veranderen van gereedschap. Dit scheelt tijd en dus ook geld. De functionaliteit zal niet veranderen omdat de schuine kanten en het gewicht verschil door de inkeping, allebei geen hoofdzakelijke functie hebben op de werking van de motor. Figuur 8 7
3. Kostprijsberekening aangepast ontwerp: In de tabel hieronder worden de verbeterde onderdelen duidelijk op een rijtje gezet, samen met hun verbeteringen en bijbehorende prijzen. Als de nieuwe prijzen van de onderdelen gebruikt worden om de productieprijs te berekenen, komt dit uit op een bedrag van 578,09. In vergelijking met de oude prijs van 791,43, dit is afgerond 27% goedkoper. Dit percentage steekt dus ver boven het verijsde 15% vermindering van productiekosten uit. Onderdeel Verminderingen Bijgewerkte kosten (materiaal- /machine-/arbeid-) Nieuwe Prijs Originele Prijs Messing Bewerkingstijd, 15,47 / 9.53 / 12,50 37,50 52,32 verwarmstuk Vernauwcilinder Materiaal, 0,20 / 9,78 / 16,70 26,68 47,62 bewerkingstijd, Zuigerstang 2 Bewerkingstijd, 0,10 / 4,11 / 8,30 12,51 19,80 Verdringcilinder uitgang Bewerkingstijd, 1,50 / 10,81 / 16,70 29,01 44,51 Vliegwiel Bewerkingstijd, 23,36 / 28,42 / 29,10 80,88 122,17 Heatsink Materiaal, 2,10 / 8,60 / 12,50 23,20 127,44 onderdelen gietstuk bewerkingstijd, Hefboom 2 Materiaal 0 / 14,53 / 16,70 31,23 35,83 Geleider pen Bewerkingstijd, 0,05 / 3,60 / 5,80 9,45 14,11 Tabel 2 8