VOORWOORD
VOORWOORD
1
Voorwoord Een kunststofraam zal na het beëindigen van dit eindwerk niet veel geheimen meer voor mij hebben. Een goede begeleiding en steun liggen hierbij aan de basis. Daarom zou ik bij deze graag de mensen bedanken die dit alles mogelijk maakten. Dhr. Erik De Maeyer die, ondanks drukke periodes, er telkens weer in sloeg mij bij te staan met zijn advies tijdens de verschillende consults en hierdoor mijn inzicht in de raamindustrie kon vergroten. Ook leerde hij me een gestructureerde aanpak om naar mogelijke oplossingen te gaan zoeken . Dank u wel! Dhr. Godwin Van Hooreweder die met zijn creatieve en ruimdenkende blik en zijn expertise op vlak van kunststof, mij hielp om ook de minder voor de hand liggende paden te verkennen en me zo weer op weg hielp. Dank u wel! Dhr. Luc Bostyn voor de uiteenzetting van het spiegellasproces, het bijwonen van vergaderingen en de praktische kijk op dit probleemgebied. Dank u wel! Ook Dhr. Peter Degrande, Dhr. Bart Blomme en Dhr. Frank Verlinden wil ik danken voor hun aanwezigheid en inbreng bij de voorgestelde concepten. Dank u wel! Verder dank ik ook nog graag mijn familie, liefste en vrienden voor de steun die zij mij gaven. Dank u wel! Maar ook u bent bedankt voor de interesse die u in dit eindwerk toont en om de tijd te nemen om dit document te raadplegen.
2
INHOUDSOPGAVE
DE INHOUDSOPGAVE
3
De inhoudsopgave Voorwoord .......................................................................................................................... I De inhoudsopgave ............................................................................................................ III Lijst van tabellen, figuren en kaarten................................................................................. V Inleiding ............................................................................................................................. 1 Profiel van het eindwerkbedrijf ..................................................................................... 2 Missie .......................................................................................................................... 2 Eindwerk ...................................................................................................................... 2 Hoofdstuk 1: Informatiefase ............................................................................................... 3 1.1. Projectfiche ........................................................................................................... 4 1.1.1. Projecttitel .................................................................................................... 4 1.1.2. Projecttype ................................................................................................... 4 1.1.3. Projecteigenaar ............................................................................................ 4 1.1.4. Projectleider ................................................................................................. 4 1.1.5. Projectteam .................................................................................................. 4 1.1.6. Doelstellingen ............................................................................................... 4 1.1.7. Input ............................................................................................................. 5 1.1.8. Output .......................................................................................................... 5 1.1.9. Belangrijke prestatie-indicatoren................................................................... 5 1.1.10. Projectbeperkingen..................................................................................... 5 1.1.11. Documentatie ............................................................................................. 5 1.1.12. Eigendomsrechten...................................................................................... 5 1.1.13. Budget – financiering .................................................................................. 5 1.2. Marktonderzoek .................................................................................................... 6 1.2.1. zendow ......................................................................................................... 6 1.2.2. Spiegellassen ............................................................................................... 7 1.2.3. Marktanalyse ................................................................................................ 8 Hoofdstuk 2: Ideeëngeneratie ............................................................................................ 9 2.1. Concepten........................................................................................................... 10 2.2. Conclusies .......................................................................................................... 18 Hoofdstuk 3: Beslissingsfase concept .............................................................................. 19 3.1. Beoordelingsmatrix ............................................................................................. 20 3.2. Deskundigenvergadering .................................................................................... 22 3.3. Keuze deeloplossingen ....................................................................................... 28 Hoofdstuk 4: Onderzoek deeloplossingen ........................................................................ 29 4.1. Plaatsbepaling vormstuk ..................................................................................... 30 4.2. Uitwerking vormstuk ............................................................................................ 36 4.3. Opspannen ......................................................................................................... 37 4.4. Lijmen ................................................................................................................. 39 4.4.1. Mockups ..................................................................................................... 39 4.4.2. Soorten lijmen ............................................................................................ 40 4.4. Samenbrengen van deeloplossingen .................................................................. 42 Hoofdstuk 5: Impact ......................................................................................................... 48 5.1. Ecologisch aspect ............................................................................................... 49 5.2. Kostprijsberekening ............................................................................................. 49 Hoofdstuk 6: Eindresultaat ............................................................................................... 50 6.1. Bespreking .......................................................................................................... 51 6.2. Technische tekening ........................................................................................... 53 6.3. Vergelijking met benchmark ................................................................................ 54 Besluit .............................................................................................................................. 57 Literatuurlijst .................................................................................................................... 59 Bijlagen ............................................................................................................................. A CD-rom ....................................................................................................................... B Data sheet Plexus MA425 ........................................................................................... C
4
TABELLEN
LIJST VAN TABELLEN, FIGUREN EN KAARTEN
5
Lijst van tabellen, figuren en kaarten Figuren Fig. 6.1: Een greep uit het gamma met links kaderprofielen en rechts vleugelprofielen. Fig. 7.1: De spiegellascyclus. Fig. 7.2: Foto’s van een spiegellasmachine die 2 hoeken tegelijkertijd kan lassen en een detail van het inklemmen de spiegel. Fig. 8.1: Selecte weergave van de opgestelde en gebruikte database met verbindingstechnieken. Fig. 10.1: Overzicht van de gemaakte schetsen. Fig. 21.1: Spiegellasmachine. Fig. 23.1: Enkele voorbeelden van gericht gezochte oplossingen uit de patentendatabase. Fig. 28.1: Een voorbeeld van een doorsnede van een huidige profiel (vleugel en kader). Met het nieuwe materiaal wilt Deceuninck ondermeer de metalen inserts (rood weergegeven) vermijden. Fig. 30.1: Kaderprofiel 3000 uit het zendow-gamma met het bijhorende vleugelprofiel 3040. Fig. 30.2: Plaatsbepaling voor vormstuk. Fig. 31.1: Doorsnede van het profiel in de hoekverbinding. Fig. 31.2: Rechte doorsnede van de profielen 3000 en 3002. Fig. 33.1: Enkele mogelijkheden voor het plaatsen van het vormstuk. Fig. 34.1: Overeenstemmende kamers binnen het zendow-gamma. Fig. 36.1: Huidig gedefinieerde bouwblokken. Fig. 36.2: Nieuw gedefinieerde bouwblok. Fig. 37.1: Weergave referentievlakken. Fig. 37.2: Aantrekking hoekverbinding. Fig. 38.1:Oplossingen in verband met het opspannen. Fig. 39.1: Testmaquette hoekverbinding. Fig. 39.2: Testmaquette hoekverbinding. Fig. 40.1: Testmaquette kit. Fig. 40.2: Overzicht lijmen. Fig. 41.1: Overzicht lijmsoorten. Fig. 42.1: Enkele voorafgaande testmodellen. Fig. 42.2: Lossend vlak bruikbaar maken als referentievlak. Fig. 43.1: Basis en mogelijkheid tot ontvormen. Fig. 43.2: 2 Koppelstukken met referentievlakken, respectievelijk aan binnen- en buitenkant. Uitgevoerd met een eivormig gat om extra aantrekking te bekomen bij het vastzetten. Fig. 44.1: Testen met blinde klinknagels. Fig. 44.2: Aantrekking door middel van een blinde klinknagel. Fig. 45.1: 2 Koppelstukken met referentievlakken, respectievelijk aan binnen- en buitenkant. Uitgevoerd met gaten voor het bevestigen van blinde klinknagels. Fig. 45.2: Enkel universeel koppelstuk. Fig. 46.1: Het vormstuk als eindresultaat. Fig. 47.1: Rotatie van het vormstuk. Fig. 51.1: Montageproces. Fig. 52.1: Uitzicht van de verbinding. Fig. 53.1: Technische tekening van het universeel koppelstuk. Fig. 55.1: Aanzichten van het universele koppelstuk. Fig. 57.1: Het huidige productieproces waarbij is aangeduid wat overbodig wordt.
Tabellen Tabel 27.1: De gebruikte beoordelingsmatrix, toegepast op de laatste concepten. Tabel 33.1: Elasticiteitsmodulus. Tabel 41.1: Eigenschappen van de verschillende lijmsoorten.
6
INLEIDING
Tabel 54.1: De vergelijking met de benchmark aan de hand van de beoordelingsmatrix.
INLEIDING
7
De inleiding Profiel van het eindwerkbedrijf [1] Deceuninck is een geïntegreerde Groep van wereldformaat die gespecialiseerd is in compounding, matrijzenbouw, ontwerp, ontwikkeling, extrusie, veredeling, recyclage en spuitgieten van kunststofraamsystemen, -profielen en -dichtingen en houtcomposiettoepassingen voor de bouwindustrie. De Groep is actief in meer dan 75 landen, telt 35 filialen (productie en/of verkoop) verspreid over Europa, Noord-Amerika en Azië en stelt 2.940 personen tewerk. Deceuninck is in verschillende Europese landen marktleider en is er de voorbije jaren in geslaagd om in haar sector een plaats aan de wereldtop te veroveren. De maatschappelijke zetel en het coördinatiecentrum van de Groep bevinden zich in België. In 2007 behaalde de Groep Deceuninck een omzet van 656,6 miljoen euro, een daling met 0,9 % in vergelijking met het vorige boekjaar (recurrente omzet steeg met 0,4%).
Missie [1] De opdracht van de Groep Deceuninck omvat het handelen als één globaal geïntegreerd bedrijf, het aanbieden van een ruim gamma duurzame geëxtrudeerde kunststof raam- en deursystemen en bouwproducten met hoge toegevoegde waarde en daarenboven het overtreffen van de verwachtingen van de klanten door onze passie voor uitmuntendheid.
Eindwerk Daar er bij Deceuninck onderzoek wordt gedaan naar het extruderen van een nieuw vezelversterkt materiaal komen ze voor het probleem te staan dat hun huidige manier om een hoekverbinding tot stand te brengen, namelijk het spiegellassen, niet meer zal volstaan. Er moet dus een alternatief worden gezocht dat deze functievervulling van het spiegellassen kan overnemen van zodra deze laatst genoemde niet meer toepasbaar is. Dit eindwerk behandelt dus de zoektocht naar een geschikte hoekverbinder, toepasbaar op de vezelversterkte kunststofprofielen geëxtrudeerd door Deceuninck. Als basis wordt er vertrokken van hun zendow-gamma.
8
INFORMATIEFASE
HOOFDSTUK 1 INFORMATIEFASE
9
1. Informatiefase 1.1. Projectfiche 1.1.1. Projecttitel Hoekverbinding voor de raamindustrie.
1.1.2. Projecttype Eindwerk: Onderzoek en conceptontwikkeling met als eindproduct een prototype.
1.1.3. Projecteigenaar Deceuninck nv Dhr. Erik De Maeyer Product development Tel.: 051 23 92 58
[email protected] Medeprojecteigenaars: HOWEST, dep. PIH Dhr. Godwin Van Hooreweder Docent PIH GSM: 0475 77 57 55
[email protected] Federplast.be vzw – Polygonya: Mevr. Sarah Gillis Innovatieadviseur / Polygonya Tel.: 02 238 97 80
[email protected]
1.1.4. Projectleider Wim Magette Student Tel.: 015 55 53 96 GSM: 0486 11 94 82
[email protected]
1.1.5. Projectteam
1.1.6. Doelstellingen Onderzoek omtrent nieuwe verbindingsmogelijkheden voor kunststoframen om zo een alternatief te vinden voor het huidige spiegellassen. Hierbij rekening houdende met alle gewenste eigenschappen zoals het isolerend aspect, temperatuursbestendigheid, sterkte, waterdichtheid, duurzaamheid, ecologisch aspect, gebruikte materialen, het aantal componenten…
10
1.1.7. Input Begeleiding van de promotoren (Deceuninck nv en PIH); Werkgelegenheid en ondersteuning gedurende de eindwerkperiode bij Deceuninck nv; Databank met patenten van Deceuninck nv; Toegang tot internet; Toegang tot de productieafdeling om de huidige opbouw van het kunststofraam te vatten; Mogelijkheden tot de bouw van testopstellingen, maquettes en prototype (machines, materiaal, budget…). Deceuninck nv: Gespecialiseerd in compounding, matrijzen-bouw, ontwerp, ontwikkeling, extrusie, veredeling, recyclage en spuitgieten van kuststofraamsystemen, -profielen en –dichtingen en houtcomposiettoepassingen voor de bouwindustrie
1.1.8. Output ALLES DIENT VIA DECEUNINCK NV TE WORDEN GOEDGEKEURD VOOR BEKENDMAKING NAAR DE BUITENWERELD, DIT OMTRENT DE GEHEIMHOUDING VAN DIT ONDERZOEK!! Scriptie en presentatie voor PIH en jury Publicatie voor PIH Prototype Technische tekeningen
1.1.9. Belangrijke prestatie-indicatoren Overzicht alternatieven voor spiegellassen; De verbinding mag niet enkel toepasbaar zijn voor PVC; De verbinding houdt volgens de normering rekening met de gewenste eigenschappen (stijfheid, isolerende eigenschap, waterdichtheid, duurzaamheid…); 1 uitgewerkt bruikbaar alternatief op het zendow gamma.
1.1.10. Projectbeperkingen Deze worden niet in rekening gebracht: Toekomstige wetgevingen; Distributie; Promotie.
1.1.11. Documentatie Laptop met wekelijkse back-up op externe harde schijf.
1.1.12. Eigendomsrechten Zie eindwerkcontract.
1.1.13. Budget – financiering Deceuninck nv biedt de mogelijkheid tot de bouw van testopstellingen, maquettes en prototype. Dit zowel op vlak van het gebruik van de huidige machines, als naar materiaalgebruik en de kosten hieromtrent. Het vervoer van de student van en naar Deceuninck nv is voor zijn eigen rekening. De verzekering van de student is bepaald volgens het contract en wordt bijgevolg door Howest gedekt.
11
1.2. Marktonderzoek 1.2.1. zendow Als er een nieuwe hoekverbinding dient te worden voorzien, toegepast op het zendow gamma, dan is het in de eerste plaats aangewezen om te weten waar dit gamma voor staat, wat het inhoud en wat het mogelijk maakt. Pastorijwoning. Villa. Rijhuis. Fermette. zendow past zich op elegante wijze probleemloos aan elke bouwstijl aan. Voor een exclusief resultaat. Het kameleoneffect zendow integreert zich makkelijk in elke woning. Door glaslatten, makelaars, kleinhouten en andere afwerkingsprofielen te vervangen, verandert het totale uitzicht van uw raam. zendow is een 100% moduleerbaar concept dat u in staat stelt uw woning een persoonlijke toets te geven. Renovatieoplossingen Het zendow systeem omvat een afzonderlijk gamma buitenkaders, speciaal voor renovatieprojecten. Deze toepassing kan worden gebruikt in de meest uiteenlopende situaties. Met zendow heeft Deceuninck een nieuw afwerkingsconcept ontwikkeld dat gericht is op het gebruiksgemak (raamuitbekledingen aan binnen- en buitenzijde, dorpels...) én een totale harmonie in de gehele constructie waarborgt. Bron: www.zendow.be Door Deceuninck NV werd de zendow Manual ter beschikking gesteld, deze bevat alle mogelijke profielen, combinaties hiervan, accessoires, installatierichtlijnen… Alles samen goed voor een catalogus van 945 pagina’s.
Fig. 6.1: Een greep uit het gamma met links kaderprofielen en rechts vleugelprofielen.
12
1.2.2. Spiegellassen De huidige verbindingsmethode is het spiegellassen. Hierbij worden de geëxtrudeerde profielen op de gewenste lengte onder 45° afgezaagd waarna ze in de lasmachine worden gepositioneerd met behulp van een stelblok (elk op een eigen tafel) en ingeklemd. De tafels gaan open, zo kan het stelblok automatisch worden verwijderd en komt de verwarmde spiegel in de plaats. De tafels gaan weer toe en met een zogenoemde smeltdruk, die uiteraard groter is dan de klemdruk, worden de profielen tegen de spiegel geduwd waarbij de kunststof gaat wegsmelten (de smeltkoers), dit gedurende een bepaalde smelttijd. De smeltdruk wordt opgeheven, maar de profielen bevinden zich nog steeds tegen de spiegel waardoor deze plaatselijk gaan opwarmen (zonder weg te smelten), dit noemt het doorverwarmen. Hierdoor wordt de kunststof in zeker mate week. De spiegel wordt weggenomen en de profielen worden tegen elkaar gedrukt (de las ontstaat), waarna ze nog even in de machine blijven zitten om af te koelen. Het totale lasproces duurt om en bij de 2 minuten. Kunststoflassen gebeurt bij een temperatuur van ±260°C. Het gebruikte PVC wordt al week bij een temperatuur van ±85°C.
Fig. 7.1:
De spiegellascyclus [2].
Fig. 7.2:
Foto’s van een spiegellasmachine die 2 hoeken tegelijkertijd kan lassen en een detail van het inklemmen en van de spiegel.
13
1.2.3. Marktanalyse Om tot een geschikte verbindingstechniek te komen wordt niet zomaar uit het niets gestart. Zo werd onderzoek gedaan naar allerhande verbindingstechnieken, dit uit verschillende sectoren en deze werden samengebracht in een database[A]. Dit resulteerde in een opsomming van verschillende soorten en manieren om te lijmen, lassen, solderen, klinken, schroeven, bouten, moeren en ringen. Maar ook werden er versschillende soorten houtverbindingen en tal van andere verbindingen aangekaart. Per techniek vind je ook telkens de manier van verbinding terug (chemisch, mechanisch, vormgeeflijk…), een omschrijving van hoe deze precies in zijn werking gaat en een opsomming van noemenswaardige voor- en nadelen. Tevens werd er per techniek vermeld of deze rechtstreeks toepasbaar is voor kunststofprofielen, toepasbaar mits een aanpassing of dat de techniek gewoon niet geschikt is voor dergelijke profielen. Voor het opstellen van deze database werden verschillende boeken gehanteerd en ook de function database van Creax werd geraadpleegd. Er werd ook een tabblad aangemaakt in deze database waar de verbindingstechniek eenvoudig wordt toegelicht aan de hand van een foto en een ander tabblad laat toe om de technieken te gaan filteren. Dit kan volgens de manier van verbinden en de soorten belasting waarvoor deze techniek geschikt is. Voor deze tabel verwijs ik u graag door naar de bijlagen. Buiten deze tabel is er ook een database met patenten onderzocht, deze werd in opdracht van Deceuninck door Creax (creativity for innovation) opgesteld en behandelt enkel soorten hoekverbindingen, 1091 patenten om precies te zijn. Daar het hier dus om patenten gaat zijn dit telkens zeer gerichte oplossingen voor een specifiek probleem. Toch is het interessant om dit ter hand te nemen, daar er hier wel een aantal tips en tricks aan te pas komen die mogelijk ook voor onze oplossing van pas kan komen. Deze patentendatabase en de matrix vol verbindingstechnieken werden dan als tool gebruikt om de ideeëngeneratie in te leiden.
Fig. 8.1: Selecte weergave van de opgestelde en gebruikte database met verbindingstechnieken.
14
IDEEËNGENERATIE
HOOFDSTUK 2 IDEEËNGENERATIE
15
2. Ideeëngeneratie 2.1. Concepten Hier ziet u een overzicht van enkele concepten die zijn voortgevloeid uit de verbindingsmatrix. Op de volgende pagina’s vindt u een selectie terug van concepten die meer in detail werden behandeld.
. Fig. 10.1: Overzicht van de gemaakte schetsen.
16
De lashoek wordt maar gedeeltelijk in het profiel geschoven zodanig er nog een deel PVC uitsteekt.
Dit gebruiken we voor het doorlassen. De verbinding wordt gevormd.
De nieuwe versterkte kunststof wordt slechts een klein deeltje mee gelast (enkel voor het visuele aspect). De verbinding zelf wordt door de lashoek tot stand gebracht.
Gekende techniek (eisen, know-how…)
Machines reeds beschikbaar
Lashoekje blijft gedeeltelijk uitsteken, dus moet per profiel in de juiste vorm worden uitgevoerd (te veel verschillende profielen) Standaard kamer voorzien in profielen 17
Eenvoud
Extra hoekstevigheid door metalen hoekprofiel
Wat met verschillende afmetingen van de verschillende kamers? Standaard kamers voorzien 18
Snelle montage
Benadering voor een verticale verbinding
Sterke verbinding
Uitvoeren in combinatie met lijmen 19
Trekt zichzelf aan
Kan worden uitgevoerd met scharnier
Uitlijning van de profielen
Speciale aanpasbare bout gebruiken die positionering mogelijk maakt 20
Extra stap uitschakelen (hoekoverbrenging moet toch gemonteerd worden) Zelfspannend
Toepasbaar voor vleugel, maar wat met het kader?
Kader voorzien van eurogroef 21
Extra stevigheid
Eenvoudig
Groot deel van de draadstang is onbenut
Overstappen op bouten… zie “Bout” 22
Eenvoud
Aantrekken profielen
Uitlijnen van de profielen
Speciale bout die uitlijnen mogelijk maakt 23
2.2. Conclusies Door het toepassen van de database met verbindingsmethoden konden enkele conclusies worden afgeleid: • Houtverbindingsmethodes zijn vaak vormgebonden (denk maar aan een zwaluwstaartverbinding). Om 2 profielen haaks te verbinden komen deze minder in aanmerking, daar de profielen dunwandig zijn uitgevoerd waardoor een deel van deze houtverbindingtechnieken niet toepasbaar zijn op kunststofprofielen; • De groep van het lassen vervalt, daar het gestelde probleem “Wat als we niet meer kunnen lassen” omschrijft; • Solderen is evenmin van toepassing op kunststofprofielen; • Bouten, klinknagels, schroeven, moeren… hebben allemaal met een vorm van bevestiging te maken. Deze specifieke keuze zal eerder in de uitwerking aan bod komen; • Door de extrusieprofielen beschik je over een klein oppervlak van de doorsnede, voor lijmen is echter een zo groot mogelijk oppervlak gewenst. De mogelijke lijmverbindingen werden bijgevolg in het achterhoofd gehouden om op te treden in een combinatie met een andere verbinding, waarbij het lijmen tevens voor de isolatie / afdichting kan zorgen.
24
BESLISSINGSFASE CONCEPT
HOOFDSTUK 3 BESLISSINGSFASE CONCEPT
25
3. Beslissingsfase concept 3.1. Beoordelingsmatrix Om deze concepten te toetsen werd er een beoordelingsmatrix opgesteld welke rekening houdt met de verschillende stappen die aan het ontwikkelen en vervaardigen van een nieuwe verbindingstechniek te pas komen. Deze grote onderdelen werden telkens opgesplitst in verschillende deeleisen. Er werden tevens streefwaarden vooropgesteld en gewichtsfactoren aan toegekend. Dit per groep, maar ook per onderdeel. Zo zal het ontwikkelen van een bepaalde techniek minder zwaar doorwegen dan het effectief produceren hiervan, daar dit slechts eenmalig voorkomt tegenover een dagelijkse handeling. Ten slotte is er ook een SWOT-analyse per concept voorzien. Hier worden de beoordelingscriteria weergegeven: •
Development Het ontwikkelen en productieklaar maken van de verbinding; o Op voorhand risico inschatbaar; o Gekende technologie voor Deceuninck NV; o Technologische complexiteit; o Uitvoerbaar door Deceuninck NV; o 3D-bewerking (parametriseren); o Totaal aantal extra onderdelen per hoekverbinding; o Andere hoekverbindingen mogelijk dan 90°
•
Handling Het effectief produceren en tot stand brengen van de hoekverbinding; o Aantal acties voor 1 hoek; o Aantal verschillende acties; o Number of working directions; o Tijdsduur montage van 1 hoek (in vergelijking met Spiegellassen); o Vereiste precisie / nauwkeurigheid; o Automatiseerbaar; o Makkelijke omschakeling naar andere hoekverbinding?;
•
Technical requirements De technische eisen waaraan de hoekverbinding moet voldoen; o Waterdichtheid (systeemniveau); o Delta gasdichtheid; o Delta warmte isolatie; o Torsiebestendigheid (op doorsnede); o Torsiebestendigheid verticaal; o Temperatuursweerstand tot 75°C ;
•
Visual aspect Het uitzicht van de verbinding; o Uitzicht hoekverbinding (mitre joint, vertical…); o Zichtbare onderdelen (in frontvlak); o Zichtbare schroeven / bouten (in frontvlak); o Uitlijning vlakken zichtbaar?;
26
•
Environment De invloed van deze techniek op het milieu; o Demonteerbaar: niet mogelijk maar nodig; moeilijk demonteerbaar; normaal demonteerbaar; eenvoudig demonteerbaar; niet nodig; o Recyclagecoëfficiënt: Storten; Verbranden; Downcycling; C2C;
•
Price Factoren die de prijs beïnvloeden; o Stukprijs: Verbindingsstuk (aangekocht per miljoen) | Toebehoren (schroeven / bouten / lijmen …); o Verwerkingskost: Proces (voor het tot stand brengen van 1 hoek); Stukprijs + Verwerkingskost (hangen aan elkaar vast) o Investeringskost: Kostprijs van de werktuigen (Matrijs / gereedschappen /…).
De eisen die in het vet staan worden beschouwd als eisen waaraan in ieder geval moet worden voldaan, anders kan het concept onmogelijk tot een goed resultaat leiden. Eerst en vooral werd het huidige spiegellassen gequoteerd, dit is immers onze benchmark. Hierna werden ook de besproken concepten geëvalueerd om zo makkelijk onderscheid te kunnen maken welke beter is dan de anderen. Het spiegellassen blijft de absolute nummer 1. Voor het tot stand brengen van deze techniek is er immers geen extra aan te brengen materiaal nodig (koppelstuk, vijzen…), het materiaal smelt in elkaar over wat het warmteverlies in de hoek gelijk stelt aan deze van het PVC materiaal zelf en zo zijn er nog tal van voordelen. De onderzoeksvraag is echter ‘wat als het huidige spiegellassen niet meer kan worden uitgevoerd’? Dit maakt echter al wel de keuze van Deceuninck voor het spiegellassen duidelijk. De volgorde is als volgt (details van de beoordelingsmatrix zijn terug te vinden in de bijlage): • Spiegellassen; 7524 • Hoekoverbrenging; 7070 • Lashoek; 6748 • Bout; 6506 • L-profiel; 5590 • U-koppelstuk; 5496 • Draadstang; 5358 • Klemhoek; 4570
Fig. 21.1: Spiegellasmachine.
27
3.2. Deskundigenvergadering De volgende stap was het voorleggen van de concepten (en hun beoordeling) aan de mensen van Deceuninck. Daarvoor werd een vergadering georganiseerd waarbij een aantal verschillende takken van het bedrijf werden betrokken. Zo werd deze bijgewoond door: • Dhr. Peter Degrande (Technisch Directeur); • Dhr. Bart Blomme (Technical Services); • Dhr. Luc Bostyn (RTC); • Dhr. Frank Verlinden ( Product Manager); • Dhr. Erik De Maeyer (Product Development en bedrijfspromotor) • En ikzelf. Uit het consult bleek dat de verschillende concepten wel een oplossing boden, maar er waren telkens vragen bij minstens één van de onderstaande probleemgebieden waar niet voldoende werd aan beantwoord: • Stijfheid / torsie; • Positionering / uitlijnen profielen; • Aantrekking bij bevestiging; • Waterdichtheid. Zo werd beslist om de Technical requirements veel sterker te laten doorwegen (gewichtsfactor). En werden de geëvalueerde concepten vertaald naar oplossingen voor deze probleemgebieden. Met andere woorden, op welke manier bieden de getoonde concepten hiervoor een oplossing. •
Stijfheid / torsie: o Vormstuk; o Bouten / draadstang.
•
Positionering / uitlijnen profielen: o Vormstuk; o Boring (boutgat, schroefkanaal).
•
Aantrekking bij bevestiging: o Opspannen bij lassen of verlijmen; o Bouten / draadstang; o Conisch stuk.
•
Waterdichtheid: o Materiaal in elkaar laten overvloeien (lassen = nvt); o Dichtingmateriaal; o Lijm / kit.
28
Vervolgens werd de patentendatabase nog eens geraadpleegd. Deze keer werd er specifiek naar oplossingen gezocht die met deze deeloplossingen, al dan niet rechtstreeks, verband houden. We tonen u er enkele van…
Fig. 23.1: Enkele voorbeelden van gericht gezochte oplossingen uit de patentendatabase.
Met de patenten als inspiratiebron werden nog 3 nieuwe concepten gecreëerd welke meer duidelijkheid moeten brengen over welke deeloplossing beter geëvalueerd wordt.
29
Zelfspannend
Vormgebonden
Extra hoekstevigheid
Standaard kamer voorzien
30
Afdichting en bevestiging gebeuren beide door lijm
Extra hoekstevigheid
Duurzaamheid lijm kan een probleem vormen
Extra bevestiging voorzien door middel van vijzen 31
Extra profielstevigheid
Eenvoud
Koudebrug door draadstang doorheen profiel
Draadstang uit ander materiaal; 2 eindjes draadstang, tussenin verbonden met een kabel 32
Tabel 27.1: De gebruikte beoordelingsmatrix, toegepast op de laatste concepten.
XXXIII
3.3. Keuze deeloplossingen Zo werd duidelijk dat de bouten / draadstang onvoldoende scoorden als oplossing voor het opvangen van torsie volgens de doorsnede. Een vormstuk krijgt dus de voorkeur. Een vormstuk functioneert daarenboven perfect om de positionering van de profielen te garanderen. Dit is bij het mee-extruderen van een schroefkanaal niet perfect controleerbaar, daar dit zich binnenin het profiel vormt. Kleine afwijkingen zijn dus mogelijk, wat niet gewenst is om de profielen perfect te positioneren. De waterdichtheid kan dan weer op een eenvoudigere manier worden bereikt door het verlijmen, daar dichtingmateriaal telkens nog om nabewerking vraagt (de uitstekende delen moeten worden verwijderd en de uitgebreide variatie aan profielen maakt dit praktisch onmogelijk). Het uiteindelijke concept zal dus een combinatie van deze verschillende deeloplossingen zijn.
Fig. 28.1: Een voorbeeld van een doorsnede van een huidig profiel (vleugel en kader). Met het nieuwe materiaal wilt Deceuninck ondermeer de metalen inserts (rood weergegeven) vermijden.
XXXIV
ONDERZOEK DEELOPLOSSINGEN
HOOFDSTUK 4 ONDERZOEK DEELOPLOSSINGEN
XXXV
4. Onderzoek deeloplossingen 4.1. Plaatsbepaling vormstuk Het spreekt voor zich dat een vormstuk mooi moet aansluiten in de vooropgestelde kamer. De vraag die we ons hierbij automatisch gaan stellen is natuurlijk welke kamer(s) hiervoor het best geschikt is/zijn. Daar er hier rond een zeer uitgebreid gamma gewerkt wordt. Om deze keuze te staven werd er één welbepaald profiel gekozen om dit te bepalen, namelijk het kleinste in het zendow-gamma welke het nummer 3000 heeft meegekregen. Dit doen we omdat we het aantal koppelstukken zo beperkt mogelijk willen houden, dus is het zeker noodzakelijk dat, hoe we dit koppelstuk ook vormgeven, dit steeds in het kleinste profiel past.
Fig. 30.1: Kaderprofiel 3000 uit het zendow-gamma met het bijhorende vleugelprofiel 3040.
Een paar mogelijkheden werden in beeld gebracht.
Fig. 30.2: Plaatsbepaling voor vormstuk.
XXXVI
We wensen uiteraard, met welke opstelling dan ook, aan een sterkte te komen die minstens de huidige spiegellasmethode evenaart. Dit kan worden bepaald aan de hand van het inertiemoment (moment of inertia), daar we hiermee de buigweerstand kunnen berekenen. De huidige buigweerstand van de hoekverbinding komt overeen met het product van de Elasticiteitsmodulus van het gebruikte materiaal, PVC, met de inertie, berekend op de doorsnede onder 45° van een profiel. Bij de lasverb inding wordt de sterkte in de hoekverbinding immers door deze doorsnede bepaald.
Fig. 31.1: Doorsnede van het profiel in de hoekverbinding.
Om een marge in te bouwen berekende we de buigsterkte van het profiel 3002. Dit is even hoog, maar heeft een breedte van 70mm in plaats van 54mm (profiel 3000).
Fig. 31.2: Rechte doorsnede van de profielen 3000 en 3002.
XXXVII
Voor de verschillende profielen bekomen we nu volgende gegevens. Deze werden bepaald met behulp van het softwarepakket Microstation V8 XM Edition. Profiel 3000 onder 90° Ix =
45,87 cm
4
Iy =
15,56 cm
4
Profiel 3002 onder 90°
Profiel 3000 onder 45° A= 1039,48 mm²
Ix =
57,82 cm
4
Iy =
35,13 cm
4
Profiel 3002 onder 45° A= 1239,23 mm²
Ix =
130,041 cm
4
Ix =
167,081 cm
4
Iy =
21,5108 cm
4
Iy =
49,2374 cm
4
We weten dat de buigweerstand gelijk is aan het product van de E-modulus met het inertiemoment. BuigRx = E . Ix BuigRy = E . Iy
Berekenen we uit voorgaande tabel nu de buigweerstand, dan geldt voor het 3002 profiel onder 45°: EPVC =
2700 N/mm²
BuigRx =
4511187000 Nmm²
BuigRy =
1329409800 Nmm²
De bekomen waarden die u hier terugvindt zijn deze die we minstens moeten evenaren met de nieuwe techniek van verbinden. Uit de formule leiden we af dat deze kan bekomen worden door het aanpassen van het inertiemoment of de E-modulus. Deze grootheden zijn op zich afhankelijk van 3 verschillende eigenschappen: • Het oppervlak; • De positie (in x- en y-richting); • Het gekozen materiaal. Hiervoor worden verschillende mogelijkheden via een eenvoudig Excel bestand in beeld gebracht waarbij de inertie wordt ingegeven, berekend met Microstation V8 XM Edition, zodat vervolgens de minimaal vereiste E-modulus automatisch verschijnt om zo het gewenste materiaal te bepalen. De theorie die hierachter schuil gaat kennen we vanuit de sterkteleer. We weten dat het berekenen van een rechthoekig element dat op de symmetrieas ligt gebruik maakt van volgende formule: Irechthoek = 1/12 . afmeting//1 . afmeting_|_3 Ligt deze niet op de symmetrieas, maar is hij hier een afstand van verwijderd, dan bekomen we: Irechthoek = 1/12 . afmeting//1 . afmeting_|_3 + oppervlakte . afstand²
XXXVIII
Een aantal verschillende mogelijkheden voor het positioneren van het vormstuk:
Fig. 33.1: Enkele mogelijkheden voor het plaatsen van het vormstuk.
E-modulusen van een aantal verschillende materialen: Tabel 33.1: Elasticiteitsmodulus [B]. Materiaal PVC PMMA PC PS POM PP PE PC ABS PP PETG PF PVC-korte vezel PVC-korte vezel PE-HD GVK-kousliner Vilt-kousliner Polyester
E-modulus 2700 N/mm² 3300 N/mm² 2300 N/mm² 3200 N/mm² 3100 N/mm² 1300 N/mm² 1200 N/mm² 2300 N/mm² 1800 N/mm² 1700 N/mm² 2200 N/mm² 7000 N/mm² 7500 N/mm² 19000 N/mm² 1000 N/mm² 9500 N/mm² 3500 N/mm² 3500 N/mm²
Materiaal Glasvezel 30% Glasvezel 60%
E-modulus 9900 N/mm² 20500 N/mm²
Koolstofvezel
280000 N/mm²
Kobalt
176000 N/mm²
Staal Aluminium Messing gegoten Messing hard siliciumcarbide Al-20%SiC (partikels) Zamak Al-20%SiC (vezels)
210000 70000 62000 96500 420000 84000 96000 140000
Glas Hout
N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm²
72000 N/mm² 9000 N/mm²
XXXIX
PVC E= A=
2700 N/mm² 491,492 mm²
Ix =
328,026 mm
4
Emin x =
1375,25 N/mm²
170,216 mm
4
Emin y =
781,01 N/mm²
Iy =
≥
1375 N/mm²
Emin = BuigRx =
8856702000 Nmm²
BuigRy =
4595832000 Nmm²
1375 N/mm²
De vakjes kleuren in bovenstaande tabel groen doordat de bekomen buigweerstand in de x- en y-richting groter is dan de oorspronkelijke buigweerstand van het gelaste profiel. Dit is dus een aanvaardbare combinatie van positionering, oppervlakte en materiaal. Daar alle profielen anders zijn en we zo weinig mogelijk verschillende vormstukken willen bekomen wordt er nu een vergelijkende studie gedaan naar overeenstemmende kamers binnen het zendow-gamma.
Fig. 34.1: Overeenstemmende kamers binnen het zendow-gamma.
Hieraan merk je dat er een aantal verschillende vormstukken voorzien moeten worden als we dit op het huidige zendow-gamma willen toepassen. Enkel in de centrale kamer is het mogelijk een vormstuk te voorzien dat in alle verschillende profielen kan terugkeren. We kiezen echter om hier toch niet mee te werken daar we met dit vormstuk de positionering en uitlijning van de samen te brengen profielen willen verzekeren. Als we dit zo goed mogelijk willen benaderen dienen we zo dicht mogelijk tegen deze uit te lijnen vlakken te werken. Een koppelstuk dat centraal wordt geplaatst is hierbij dus minder interessant.
XL
Een andere reden dat deze plaats minder geschikt is kan verklaard worden door het verschil tussen binnen en buitenwanden. We positioneren hier namelijk 2 geëxtrudeerde profielen waarvan geweten is dat bij dit extrusieproces de binnenwanden niet onder controle te houden zijn, de buitenwanden zijn dat wel. Ook dit is dus een reden om dicht tegen deze buitenste, uit te lijnen wanden te werken. Een laatste reden is dat, door het centraal werken, er hier een kleiner inertiemoment wordt bekomen. Dit dient opgevangen te worden met een materiaal met een hogere Emodulus waarde. Dit zal in de meeste gevallen ook overeen komen met een duurder materiaal. Beide opties worden in de vooropgestelde beoordelingsmatrix geplaatst en ook de vooren nadelen worden met een SWOT-analyse in kaart gebracht. Resultaat beoordelingsmatrix: Eén centrale hoekverbinder: 12134 Twee hoekverbinders: 12500 Hoekstuk Hoekstuk SWOT Strength
Centraal
Hoekpunten
Maar 1 hoekprofiel.
Groter inertiemoment. Uitlijnen waar nodig.
Weaknesses
Kleiner inertiemoment,
Er dienen 2
moet worden
hoekprofielen te worden
opgevangen met
gemonteerd.
steviger/duurder materiaal. Oportunities
Mogelijkheid tot het
Een groter
combineren van
inertiemoment zorgt
vastzetten met beslag.
voor een tegemoetkoming van een goedkoper materiaal.
Treaths
Duurder materiaal om
Het verschil in vorm van
inertiemoment te
te benutte kamers.
compenseren. (= repetitieve kost) Mogelijke
Inertiemoment
Er zijn dan wel 2 aparte
alternatieven/
vergroten…
onderdelen, maar deze
aanpassingen
kunnen machinaal samen worden aangebracht. (= eenmalige kost)
We kiezen dus voor 2 kleinere vormstukken die zo ver mogelijk uit elkaar gelegen zijn in de x- en y-richting. Hierdoor lijnen we uit, daar waar nodig, en bekomen we met een kleinere oppervlakte en dus minder materiaal een grotere buigweerstand. XLI
4.2. Uitwerking vormstuk Uit fig. 34.1 stellen we vast dat er, in het huidige gamma, een grote verscheidenheid is aan kamers. Het is zo dat Deceuninck bij het overschakelen naar het nieuwe materiaal hiervoor ook nieuwe matrijzen zal nodig hebben. Dit laat ons toe om de opdracht te geven om in elk profiel dezelfde kamer te laten terugkeren. Er wordt dus als het ware een bouwblok gedefinieerd waarrond ze hun nieuwe profielen mogen opbouwen. In het huidige profiel zijn de bouwblokken op de volgende plaatsen gedefinieerd. Deze hebben elk hun functie en zouden dus telkens moeten terugkeren (afhankelijk of het een kader- of vleugelprofiel is). Doet u zelf gerust de test.
Fig. 36.1: Huidig gedefinieerde bouwblokken.
Willen we het aantal verschillende vormstukken beperken, dan is het aan te raden om ook hiervoor een bouwblok te voorzien. Dit werd dan ook beslist en zou tweemaal voorkomen per profiel waarbij deze zo ver mogelijk uit elkaar worden gepositioneerd om een zo groot mogelijk inertiemoment te bekomen. De afmeting bedraagt 16x9mm en is gebaseerd op de afmetingen van het huidige profiel.
Fig. 36.2: Nieuw gedefinieerde bouwblok.
XLII
De rode lijnen in fig. 36.2 duiden de referentievlakken aan waaraan moet worden uitgelijnd. Geven we dit weer in een 3D beeld, dan bekomen het volgende:
Fig. 37.1: Weergave referentievlakken.
Dit maakt duidelijk dat er door de referentievlakken toch 2 verschillende vormstukken ontstaan. Eén waarbij dit vlak aan de binnenkant van de hoek gelegen is en één waarbij het aan de buitenkant ligt (aangeduid met de zwarte pijlen).
4.3. Opspannen Er dient ook een manier te worden gezocht om het vormstukje op te spannen in het profiel. Bij deze opspanning dient het profiel zich zodanig te bewegen dat het verder naar binnen wilt schuiven waardoor er extra aantrekking van de profielen ontstaat. De volgende figuur maakt dit duidelijk:
Fig. 37.2: Aantrekking hoekverbinding.
De rode pijlen geven de richting aan waarin het vormstuk zich intern zal bewegen. De zwarte pijlen geven de extra aantrekking van de profielen weer die zich naar elkaar toe gaan bewegen en welke worden samengetrokken op de groene stippellijn.
XLIII
Om dit te verwezenlijken werden een aantal oplossingen bedacht.
Fig. 38.1:Oplossingen in verband met het opspannen.
Idee 04 is zeer interessant, daar we deze aandrukkracht op een eenvoudige manier kunnen bekomen met de huidige machines, waar deze nu wordt gebruikt voor het doorsmelten en samendrukken van de spiegellasverbinding. Om het doorloopproces zo kort mogelijk te houden kunnen we het raam echter niet te lang ingeklemd laten op deze manier. We stellen het raam dus wel op deze manier samen, maar gaan nadien zorgen voor een verankering waarna het raam kan worden weggehaald uit dit opspansysteem zonder dat de opspankracht wegvalt. Ook van idee 11 zullen we gebruik maken bij de vormgeving van het koppelstuk.
XLIV
4.4. Lijmen Uit de deeloplossingen weten we al dat we van het lijmen verwachten dat deze een oplossing zal bieden voor de waterdichtheid. Door het maken van een aantal mockups werd echter snel duidelijk dat er een extra functie van deze lijm zal worden verwacht.
4.4.1. Mockups
Fig. 39.1: Testmaquette hoekverbinding.
Fig. 39.2: Testmaquette hoekverbinding.
Uit deze maquette kan worden afgeleid dat we met een speling zitten bij het samenbrengen van de twee profielen. Deze ontstaat door het afzagen van de profielen terwijl deze zijn ingeklemd en hierdoor licht vervormd worden. Een stelblok kan hier een mogelijke oplossing bieden, al is dit omwille van het uitgebreid aanbod aan verschillende profielen niet zo vanzelfsprekend. Daarbij zijn er nog andere factoren die kunnen leiden tot het niet correct aansluiten van de profielen. Bijgevolg vragen we als extra eigenschap van de lijm om deze speling op te vangen. De lijm dient dus ook over een vullend effect te beschikken.
XLV
Fig. 40.1: Testmaquette kit.
Het resultaat na het aanbrengen van een kit doet denken aan het huidige uitzicht van de profielen als ze uit de oppoetsmachine komen. We trachten ons toch te beperken tot een dun aan te brengen lijm.
4.4.2 Soorten lijmen Er werd onderzoek gedaan naar lijmen die eventueel op voorhand konden worden aangebracht en welke niet meteen zou uitharden. Mogelijke oplossingen of alternatieven hiervoor worden hier kort weergegeven.
Fig. 40.2: Overzicht lijmen.
XLVI
Ook andere lijmsoorten werden in kaart gebracht:
Fig. 41.1: Overzicht lijmsoorten.
Tabel 41.1: Eigenschappen van de verschillende lijmsoorten. Lijmsoort Structurele lijmen Flexibele of elastische lijmen Snellijm Smeltlijm Dispersielijm Contactlijm Dubbelzijdige kleefband
Kenmerk Zeer hoge sterkte en stijfheid Hoge rek, lage sterkte, Voorbehandeling minder kritisch Snelle verwerkingstijd, vaak bros en niet goed vochtbestendig Massafabricage, lage sterkte en stijfheid Eenvoudig toepasbaar, lage sterkte en stijfheid Universeel toepasbaar, Lage sterkte en stijfheid Direct hanteerbaar verlijmd product, Kruipgevoelig, Lage sterkte en stijfheid
Om zeker te zijn van een correcte lijm en manier van verlijming werd er contact opgenomen met het bedrijf MAVOM. Deze raadde ons het gebruik van een 1 component MS-Polymeerlijm of een 1 component PU lijm aan. Beide lijmen harden onder invloed van luchtvochtigheid uit over een periode van ongeveer 24 uur en zijn, eenmaal uitgehard, overschilderbaar. Deze uithardtijd is echter geen probleem daar de hoekverbinding bij het opspannen door middel van de blinde klinknagels wordt verankerd. Om het aanbrengen van de lijm te automatiseren wordt er gebruik gemaakt van een tampon. In vergelijking met het aflopen van de contour met behulp van een lijmpistool, ook al is het geautomatiseerd, is dit veel gunstiger doordat het enerzijds sneller is en er anderzijds geen rekening moet worden gehouden met de verschillende profielen. Daarenboven is het huidige machinepark reeds voorzien van de nodige bewegingen om het lijmoppervlak te tamponeren. De huidige spiegel, van het spiegellassen, wordt hierbij omgebouwd zodat het de functie van lijmtampon kan vervullen. Verdere afspraken omtrent de exacte lijm en het automatiseren hiervan met bijhorend dispersiesysteem zijn lopende tussen MAVOM en Deceuninck.
XLVII
4.4. Samenbrengen van deeloplossingen Met al deze ideeën in het achterhoofd werd er gezocht naar een vormgeving voor het verbindingselement waarin al deze elementen en functies aan bod komen. Zo vindt u hier stap voor stap de afgelegde weg tot aan de uiteindelijke opbouw van het gekozen koppelstuk.
Fig. 42.1: Enkele voorafgaande testmodellen.
Ontvorming matrijs
Mogelijk, maar duurder!
Fig. 42.2: Lossend vlak bruikbaar maken als referentievlak.
Op dit stuk kan u zien hoe de paradox tussen de referentievlakken en de lossingshoek wordt aangepakt. Er worden op het lossend vlak, zoals in het kops aanzicht te zien is, driehoekige elementen mee geëxtrudeerd. Dit houdt in dat, hoewel er op het vlak een lossinghoek wordt voorzien, dit toch kan dienen als recht referentievlak. Het ontvormen in de matrijs van zulke driehoekjes brengt immers geen problemen met zich mee.
XLVIII
De reden dat deze ribben niet gelijk verdeeld zijn aan boven en onderkant of aan binnen en buitenkant heeft opnieuw te maken met de referentievlakken. Zo is het de bedoeling dat deze zich zo hard mogelijk tegen het referentievlak gaan duwen. In de volgende oplossing gaan we nog een stapje verder en voorzien we een verdikking ter hoogte van de eigenlijke hoek. Deze zal zorgen voor extra klemkracht. matrijs WS
Mogelijkheid tot recht referentievlak. Ontvorming matrijs
Fig. 43.1: Basis en mogelijkheid tot ontvormen.
Fig. 43.2: 2 Koppelstukken met referentievlakken, respectievelijk aan binnen- en buitenkant. Uitgevoerd met een eivormig gat om extra aantrekking te bekomen bij het vastzetten.
XLIX
Ondertussen wordt het definitieve ontwerp benaderd. De overstap naar het verankeren met blinde klinknagels (poprivet) [3], in plaats van een vijs, is een weloverwogen keuze. Zo is dit een hele snelle manier welke gemakkelijk geautomatiseerd kan worden. Verder zorgt het uitzetten bij het verankeren van de blinde klinknagel (de diameter vergroot) voor de extra aantrekking. Zo zal men met een standaard blinde klinknagel van 4mm, die uitzet tot een diameter van 5,5mm, een maximale aantrek bekomen van 0,75mm. Deze uitzetting is voldoende om de extra aantrekking te garanderen. Dit werd getest aan de hand van een mockup.
Fig. 44.1: Testen met blinde klinknagels.
Fig. 44.2: Aantrekking door middel van een blinde klinknagel.
L
Het koppelstuk ziet er na deze aanpassing als volgt uit:
Fig. 45.1: 2 Koppelstukken met referentievlakken, respectievelijk aan binnen- en buitenkant. Uitgevoerd met gaten voor het bevestigen van blinde klinknagels.
Als we deze 2 vormstukken met elkaar gaan vergelijken, dienen we op te merken dat er zeer weinig verschil is tussen de twee nodige profielen. Het zou handig zijn om de overstap te maken naar slechts één profiel. Dit brengt een aantal voordelen met zich mee: • Er moet maar één spuitgietmatrijs gemaakt worden; • Het is niet mogelijk het koppelstuk op de foute plaats te gebruiken; • Het koppelstuk past altijd; • Er moet maar één stock beheerd worden; • Meer stukken van eenzelfde soort laat de prijs per koppelstuk dalen.
Fig. 45.2: Enkel universeel koppelstuk.
LI
Dit universele koppelstuk is uitgerust met 6 gaten die voor een blinde klinknagelverbinding geschikt zijn. Zo zullen er zich telkens 2 gaten aanbieden, onafhankelijk van de positie, voor een correcte blinde klinknagelverbinding waarbij de extra aantrekking wordt verwezenlijkt. Ook zijn er 2 gaten voorzien om het proces te automatiseren. Deze zorgen voor het nemen en plaatsen van het koppelstuk. De gaten zijn slechts aan één zijde afgeschuind. Zo kan de klauw die het werkstuk moet grijpen, aan de afgeschuinde kant, eenvoudiger in deze gaten worden aangebracht. Door slechts één zijde af te schuinen is meteen ook de positionering van het stuk gekend. Krijgen we dit stuk nu effectief in handen, dan dienen we vast te stellen dat, door een eenvoudige rotatie, er één gatenpaar overbodig is. Het stuk werd voor de laatste keer aangepast met de volgende figuur als resultaat.
Fig. 46.1: Het vormstuk als eindresultaat.
Een ander aanpassing is het afronden van de hoeken van het koppelstuk. Op deze manier krijgen we een beter spanningsverloop in dit kritische punt!
LII
Uit fig. 46.1 wordt duidelijk dat er, met één vormstuk en een eenvoudige rotatie, meerdere opstellingen mogelijk zijn voor het bevestigen.
Fig. 47.1: Rotatie van het vormstuk.
Het gekozen materiaal voor het vervaardigen van dit koppelstuk werd bepaald door de vorm en de inertieberekeningen. Het gaat hier om een vezelversterkte kunststof, namelijk PVC met 30% glasvezelversterking. Dit is een materiaal dat geschikt is voor het spuitgieten van kunststofstukken, wat voor een dergelijke vorm de gewenste techniek is.
LIII
IMPAC T
HOOFDSTUK 5 IMPACT
LIV
5. Impact 5.1. Ecologisch aspect Daar we voor deze koppelstukken een met 30% glasvezel versterkte PVC gebruiken wilt dit zeggen dat het mogelijk is om deze koppelstukken te vermalen, zodanig het materiaal kan worden hergebruikt voor het extruderen van de profielen. Hierbij dient wel het percentage aan glasvezel in de gaten te worden gehouden. Daar dit niet gekend is zal het materiaal enkel voor technische profielen gebruikt worden. We krijgen hier dus te maken met een beperkte down-cycling. Een andere mogelijkheid is het hergebruik van het materiaal als kern. Hier wordt dan rondom een buitenlaag van niet materiaal aangebracht. De kern, met een klein percentage glasvezel, vermindert de lineaire uitzetting onder invloed van de temperatuur. De buitenlaag zorgt dan voor het visuele aspect (juiste kleur), UV-bestendigheid...
5.2. Kostprijsberekening Het vervaardigen van de spuitgietmatrijs wordt bij Deceuninck via Bogen geregeld. Voor het gewenste vormstuk is het nodig gebruik te maken van 2 schuiven. Dit resulteert in volgende offerte. Stuk Materiaal: Kleur: Volume: Afname/jaar: Minimum bestelhoeveelheid: Maximale productie per dag: Stuks/verpakking: Productiekost (materiaal + productie +transport): Stukprijs met ammortisatie matrijs:
PVC korte vezel (30%) Wit 14797mm³ 2,5miljoen 400000 48000 12000 € 0,092 € 0,090
Toolkost Caviteiten: Prijs: Robottoebehoren: Bouwtijd: Afschrijving:
20 € 40000 € 800 16 weken 5 jaar
Als we aan deze productieprijs nog 30% overhead bij optellen, dan krijgen we een idee van de verkoopsprijs, namelijk € 0,12. Van het standaard raamsysteem van zendow wordt er per jaar ongeveer 15 miljoen meter verkocht. Dit houdt zowel de profielen voor de kaders als voor de vleugels in. Als we een gemiddeld raam een afmeting van 1 x 1,5m toekennen, dan komen we op 10m profiel per raam (5m kader- en 5m vleugelprofiel). Dit wil zeggen dat er zo’n 1,5 miljoen ramen worden verkocht op jaarbasis. Rekenen we bij aanvang op een 10% van een volwassen systeem, dan komen we al gauw aan 150000 ramen per jaar. Met deze oplossing dienen er 16 hoekjes per raam te worden voorzien. Dit resulteert in 2,4 miljoen van dergelijke hoekverbinders.
LV
EINDRESULTAAT
HOOFDSTUK 6 EINDRESULTAAT
LVI
6. Eindresultaat 6.1. Bespreking Als alternatief voor het spiegellassen creëerden we een koppelstuk dat verschillende eigenschappen bevat. Eerst en vooral zorgt het voor een grotere sterkte in de hoek. Zowel de positie, in de uiterste hoeken, als het materiaal, met 30% glasvezel versterkte PVC, zorgen voor deze eigenschappen. Maar het koppelstuk zal ook functioneren als vormstuk, wat de uitlijning van de samen te brengen profielen garandeert. Het innemen van de uiterste posities is ook hier gunstig, daar we op deze manier daar gaan uitlijnen waar nodig, namelijk op de referentievlakken zelf. Omdat we werken met spuitgieten als productiemethode en we hierdoor te maken krijgen met lossinghoeken werden er slimme ribben voorzien die van een afgeschuind vlak toch voor een rechte referentie kunnen zorgen. Om het stuk te fixeren werd er gebruik gemaakt van klemming. Het vormstuk zal naar de hoek toe verbreden wat bij het inbrengen voor klemkracht gaat zorgen. Dit volstaat echter niet en bovendien wensen we extra aantrekking te bekomen bij het verankeren. Dit bekomen we door gebruik te maken van blinde klinknagels. Deze zorgen niet enkel voor een snelle industriële verbinding, maar door het veranderen van dikte bij het bevestigen zal deze, indien mogelijk, voor een zijwaartse verplaatsing zorgen (zie Fig. 44.2). Bovendien bekomen we een mooi afgewerkte verbinding, al zal deze in de meeste gevallen toch niet zichtbaar zijn. Kijken we nu naar de technische eigenschappen, dan dienen we de verbinding nog waterdicht te maken. Om dit te verwezenlijken brengen we op het kops vlak van het zendow-profiel een laagje lijm aan. Hiervoor gebruiken we een 1 component MS-Polymeerlijm of een 1 component PU lijm. Deze hebben een uithardingtijd van ongeveer 24 uur, maar door het fixeren van de verbinding, met behulp van de blinde klinknagels, vormt dit geen probleem. De lijm brengen we aan door middel van tamponeren. Dit gebeurt dus vooraleer de koppelstukken worden aangebracht. Het tamponeren laat een grote flexibiliteit toe, wat nodig is door het uitgebreide aanbod aan profielen binnen dit zendow-gamma. Als laatste troef zal de lijm ook de mogelijke speling opvangen bij het aansluiten van twee profielen. Bij het afzagen van de profielen bestaat er immers de kans Fig. 51.1: Montageproces. op een licht gebogen kops oppervlak. Het ontstaan hiervan is te wijten aan het inklemmen LVII
van de profielen bij deze bewerking. Een stelblok is een mogelijk alternatief, maar is, wederom door het uitgebreide gamma, ongunstig.
Fig. 52.1: Uitzicht van de verbinding.
LVIII
6.2. Technische tekening
Fig. 53.1: Technische tekening van het universeel koppelstuk.
LIX
6.3. Vergelijking met benchmark Tabel 54.1: De vergelijking met de benchmark aan de hand van de beoordelingsmatrix.
LX
Er moet worden vastgesteld dat de globale voorkeur nog steeds uitgaat naar het spiegellassen. Dit komt voornamelijk doordat er bij deze techniek geen extra materiaal aan de verbinding te pas komt, wat de kostprijs drukt. De meerprijs die wordt betaald aan de universele hoekverbinders wordt gedeeltelijk teruggewonnen door een lager energieverbruik tijdens het proces. De onderzoeksvraag is echter om een alternatief te zoeken voor het spiegellassen. Er kan dus worden gesteld dat we met dit voorstel aardig in de buurt komen van het huidige spiegellassen. We merken ook op dat we met de universele hoekverbinder een hogere torsiebestendigheid bekomen door de inwendige koppelstukken. Ook kan het proces sneller worden doorlopen doordat de oppoets (van de lasnaden) overbodig wordt. De recyclage wordt minder gunstig. Enerzijds door de keuze van het nieuwe materiaal, anderzijds door het gebruik van de lijmverbinding. De materiaalkeuze stemt echter praktisch overeen met het gebruikte materiaal van de extrusieprofielen. Het voordeel hieraan is dat, bij het recycleren van de profielen, het koppelstuk niet verwijderd hoeft te worden. De lage investeringskost is te verklaren door de mogelijkheid tot het hergebruik van de huidige machines om deze productiemethode op te starten.
Fig. 55.1: Aanzichten van het universele koppelstuk.
LXI
BESLUI T
BESLUIT
LXII
Besluit Aan de hand van een database die over talloze verbindingsmethoden beschikt en 1091 patenten werd op zoek gegaan naar een geschikte vervangtechniek. Hiervoor werd er voornamelijk gekeken naar het oplossen van volgende deelproblemen • Stijfheid / torsie; • Positionering / uitlijnen profielen; • Aantrekking bij bevestiging; • Waterdichtheid. De oplossing hiervoor vinden we bij een universeel vormstuk dat in de uiterste posities in de profielen wordt aangebracht, dit om een zo groot mogelijk inertiemoment te bekomen. Op deze manier slagen we er in om met een kleine doorsnede toch een grote sterkte te bekomen. Verder zorgt een blinde klinknagelverbinding voor extra aantrekking van de profielen en een vullende lijm maakt het geheel waterdicht en vangt bovendien de nodige toleranties op van de afgezaagde profielen. Het materiaal dat we kiezen is gelijkaardig als dit van de extrusieprofielen, zodat deze mee gerecycleerd kunnen worden, vermalen en opnieuw gebruikt voor de extrusie van profielen. Bovendien is het mogelijk het huidige proces op eenvoudige wijze aan te passen om deze nieuwe manier te integreren. Zo kan de Spiegel, van het spiegellassen, gebruikt worden als tampon om de lijm aan te brengen en zorgt het inklemsysteem van het spiegellassen voor de opspankracht om de profielen samen te brengen. Om de cyclustijd te verkorten zorgt een rivet voor blijvende aantrekking van de profielen tijdens het uithardproces en langer. Een ander bijkomend voordeel is dat met deze techniek de stap naar de doe-het-zelf markt verkleind wordt.
Fig. 57.1: Het huidige productieproces waarbij is aangeduid wat overbodig wordt.
LXIII
LI TERATUURLI JST
LITERATUURLIJST
LXIV
Literatuurlijst [1]
www.deceuninck.be, www.deceuninck.com,
[2]
DVS, “Taschenbuch Fügen von Kunststoffen,” 6de ed. Duitsland, oktober 1995, pp. 205.
[A] [A1]
Voor het opstellen van de database met verbindingstechnieken: W. Matek, D. Muhs, H. Wittel [e.a.], “Roloff/Matek machine-onderdelen,” Schoonhoven, 1996-1997. F. Groenestijn, “Houtverbindingen : alles over het samenvoegen van hout door hout-, staal-, aluminium- en lijmverbindingen,” Rijswijk: Elmar, 1984. F. Groenestijn, “Metaalverbindingen : alles over het verbinden van metalen onderdelen door lassen, solderen, klinken, schroeven, bouten en lijmen,” Rijswijk: Elmar, 1985. “Verbindingstechnieken,” Kunststof en Rubber, vol. 5, pp.14-15, mei 2003. “Bekende en minder bekende varianten van het lasproces, Lassen,” Kunststof en Rubber, vol. 5, pp.40-42, mei 2003. function.creax.com, november 2008. www.kunststofonline.nl, november 2008. www.schueco.com, november 2008. corporate.basf.com, november 2008.
[A2] [A3]
[A4] [A5] [A6] [A7] [A8] [A9] [B] [B1]
Waarden E-modulus: W. De Clippeleer, “Tabellenboek voor metaaltechniek,” 6de ed. Hamburg: Wolters Plantyn, 2000, pp. 110. [B2] www.goedlicht.nl, maart 2009. [B3] www.mate.tue.nl, maart 2009. [B4] www.eriks.nl, maart 2009. [B5] www.pressreleasefinder.com, maart 2009. [B6] www.smetboring.be, maart 2009. [B7] www.econ.kuleuven.be, maart 2009. [B8] www.lenntech.com, maart 2009. [B9] www.aluminiumcentrum.nl, maart 2009. [B10] www.logosfoundation.org, maart 2009. [3]
W. De Clippeleer, “Tabellenboek voor metaaltechniek,” 6de ed. Hamburg: Wolters Plantyn, 2000, pp. 206.
Fig. 59.1: 3D-zicht van het universeel koppelstuk.
LXV
BIJLAGEN
BIJLAGEN
LXVI
Bijlagen CD-rom Door de grote omvang van de database met verbindingsmogelijkheden werd er gekozen deze digitaal te delen. In het totaal bevinden zich volgende bestanden op de CD-rom… Inhoud: Manual zendow (.pdf); Database verbindingsmogelijkheden (.xls); Beoordelingsmatrix (.xls); Technische tekening van het universeel vormstuk (.dwg).
LXVII
Data sheet Plexus MA425
LXVIII
LXIX
