I
Inhoud Inleiding Introductie De opdracht Visie Probleemstelling Ontwerprelevante criteria Ideeën Variabele hoogte Morfologische kaart Principeoplossingen Concept Structurele varianten Vormstudie Krachtenanalyse Ergonomie Spuugmodel Constructie Materialisatie Productie Technische tekeningen Presentatie tekeningen Productevaluatie Aanbevelingen Bronnen
II II II II III III IV IV IV IV VI VI VII VII X X XI XII XIV XVI XX XXI XXII XXII
Inleiding Introductie Bij het vak ID 3041 Ontwerpen 4 wordt er aan de hand van het bijbehorende “Werkboek” en met theoretische ondersteuning uit “Productontwerpen, structuur en methoden; N.F.M. Roozenburg en J. Eekels” en “Vormgeven, ordening en betekenisgeving; W. Muller” een industrieel product ontworpen. Het product, in dit geval een elektrische krik, wordt in een tijdbesteding van twee kwartalen ontwikkeld tot een ‘levensvatbaar’ ontwerp. De eerste fase wordt begonnen met een groepsgewijze analyse van het ontwerpprobleem. Daarna wordt individueel doorgegaan met concipiëren en materialiseren tot voorontwerp. De eerste fase wordt afgesloten met een evaluatie en keuze van één van de ontwerpen uit de groep. De opdracht Bosch, een fabrikant van (vaak elektrisch aangedreven) handgereedschap, wil een elektrische autokrik op de markt brengen. Zij willen voor populaire auto’s (zoals Smart) gereedschapsets ontwerpen die het verwisselen van een wiel zonder grote fysieke krachtinspanning mogelijk maakt.
Deze handeling valt in twee handelingen uiteen: opkrikken van het voertuig en los- en vastdraaien van de wielbouten/moeren. Hoewel lekke banden tot de zeldzame gebeurtenissen behoren, vormen ze juist door hun zeldzaamheid en het feit dat er veel kracht voor nodig is, een schrikbeeld voor de automobilist. In eerste instantie wil Bosch een verwisselset voor wielen hebben voor de Smart. Omdat dit een trendy auto is, wil men dit voertuig als ‘springplank’ gebruiken voor nog nader uit te brengen sets. De wielwisselset bestaat uit twee gereedschappen: (1) de moersleutel en (2) de krik. Ontwerp een elektrisch aangedreven krik voor de Smart.
Visie Theorie De ontwerper moet hier dus zelf een standpunt in gaan nemen en een uitspraak doen over de gewenste stijl, betekenis, waarde, functies etc. van het nieuwe product. Deze uitspraak moet een logisch gevolg zijn van de analyse van gebruikers, gebruiksomgeving, en bestaande producten en zal gedurende het hele ontwerpproces helpen bij het vinden van oplossingsrichtingen en bepalen van keuzes. (blz. 17; Werkboek Ontwerpen 3)
De te ontwerpen elektrische krik is een aanvulling op het Smartassortiment en zal dus bij de ideologie en stijl van Smart moeten gaan passen. Een van de belangrijkste drijfveren voor Smart is milieubewuste productontwikkeling. Het bedrijf integreert dit beleid in de ontwikkeling, productie en recycling. Enkele voorbeelden van daden die voorkomen uit dit beleid zijn dat: 1) “Schadelijke stoffen als Lood, Chroom, kwik en Cadmium worden van het begin af uitgesloten. Pvc wordt nauwelijks gebruikt.” 2) “Bij de productie van de tridion-veiligheidskooi maakt Smart gebruik van een wereldinnovatie op het gebied van laktechniek, wat een maximale milieuvriendelijkheid betekent.” 3) “Op het gebied van energieverbruik is aangetoond dat Smart zich op dat gebied kan meten met een volle trein en ver boven de gemiddelde compact auto scoort.” 4) “Smart maakt zoveel mogelijk gebruik van recyclebare stoffen, de voorkeur geniet kunststoffen die probleemloos recyclebaar zijn zoals polypropyleen.” Smart is een jong en innoverend bedrijf en zegt van zichzelf dat het er “allesbehalve een traditionele denkwijze op nahoudt.” Bij het ontwikkelen van een ‘nieuwe’ krik is het goed om deze gedachte voor ogen te houden. Een innovatief product geniet de voorkeur. (www.smart.com) Uit de analyse van bestaande krikken is gebleken dat hydraulisch/pneumatisch uitgevoerde krikken duurder zijn dan zijn mechanische variant. Ik wil het product zoveel mogelijk betaalbaar
II
en inzichtelijk houden voor de gebruiker, ik denk dat het elektrisch uitvoeren van een mechanische krik het best hier aan kan beantwoorden. Ik voel het meeste voor een variant van de schaarkrik omdat hier de roterende beweging van de motor wordt omgezet in een visuele uitklappende beweging van de krik. Ik vind dat deze manier van krikken wel iets sympathieks heeft vanwege zijn eenvoud ten opzichte van een druksysteem waarbij een cilinder verticaal omhoog schuift, wat voor de gebruiker onverklaarbaar is. Een krik die door een roterende beweging omhoog gaat heeft de voorkeur omdat een motor een roterende beweging maakt. Wanneer de motor in een ‘worse-case-scenario’ uitvalt en de krik handmatig aangedreven moet worden kan de gebruiker de krik bijvoorbeeld met een moersleutel of slinger aandraaien. Door het testen van een elektrische krik en de analyse van het gebruik hebben we kunnen concluderen dat opkrikken van de Smart achter een wielas erg moeilijk gaat. Hoewel de krik minder hoog hoeft te krikken, is de plaats heel moeilijk bereikbaar en heeft de gebruiker bijna geen zicht op wat er gebeurd. Daar komt bij dat het opkrikken aan een wielas het risico met zich mee brengt dat de as beschadigd kan raken wanneer de krik te veel omhoog gaat. De Smart heeft speciale opkrikpunten, op deze plekken is het risico op beschadigingen door het opkrikken minimaal. Ik neem dus aan dat de vier door Smart aangegeven krikpunten de enige plekken zijn waar de krik geplaatst gaat worden. De krik zal langs de autoweg gebruikt worden, wanneer er een situatie ontstaat waarbij de het wiel verwisseld moet worden; dit door een lekke of geklapte band. De krik kan ook in een thuissituatie gebruikt worden, wanneer de zomerbanden verwisseld worden door winterbanden en visa versa. De krik moet duidelijk zijn voor de gebruiker; dat wil zeggen dat de gebruiker logische handelingen moet verrichten om het gewenste resultaat te krijgen. Het product moet zo goed mogelijk inzichtelijk zijn en mogelijk zonder handleiding te bedienen. Het kan immers zo zijn dat de handleiding niet direct voor handen of zelfs helemaal kwijt is. De elektrische krik maakt gebruik van een aansluiting op de accu van de auto. Door een stekker in de sigarettenaansteker te steken kan deze externe energiebron benut worden. De te ontwerpen krik heeft zowel een functionele als emotionele betekenis voor de gebruiker. Het product helpt de gebruiker enorm bij het verwisselen van een wiel, waarbij de minimale inspanning van de gebruiker wordt vereist. Het product heeft een meerwaarde voor de Smart-rijder omdat het bij het overige Smart-assortiment past.
De stijl van het product moet dus overeen komen met de Smart-stijl. Dat wil zeggen dat het zo karakteristieke frame, tweekleuren-combi en materiaalgebruik terug zullen komen in het ontwerp. Er zal zoveel mogelijk kunststof gebruikt worden op plaatsen waar dat kan, in combinatie met staal. Op deze wijze zal het Smart-gevoel terug te zien zijn in de elektrische autokrik.
Probleemstelling Theorie Een goede probleemstelling is een voorwaarde voor een goed programma van eisen. Om van een echt probleem te kunnen spreken moeten de drie genoemde kenmerken (‘Ontevredenheid over een situatie’, ‘Betrokkenheid op de toekomst’ en ‘Er moet wat aan gedaan kunnen worden’) in een gegeven situatie zijn terug te vinden. Als de genoemde punten zijn vastgelegd, ligt er een goede probleemstelling ter tafel. Pas als de problemen goed duidelijk zijn kunnen de doelstellingen gekozen en geformuleerd worden, vervolgens kan dit uitgewerkt worden tot een P.v.E. (blz. 149, 151 en 152; Productontwerpen, structuur en methoden)
Wanneer een Smart-rijder een wiel van zijn auto wil verwisselen, zal de auto opgekrikt moeten worden. De krik die Smart op het moment aanbiedt is een mechanische handaangedreven krik. De mechanische handkrik is moeilijk te plaatsen omdat deze zowel met de hand aangedreven moet worden en ook met de hand gepositioneerd dient te worden. Er worden dus meerdere handelingen op hetzelfde moment van de gebruiker gevraagd. Overigens duurt het ook nog redelijk lang voordat de auto opgekrikt is en vergt dit een te grote lichamelijk inspanning van de gebruiker. Op het moment bestaan er al elektrisch uitgevoerde krikken, waar ook de Smart mee opgekrikt zou kunnen worden. Alleen zijn deze krikken te zwaar, groot en ze passen niet bij het Smart-assortiment qua vormgeving. Hier moet verandering in komen door een nieuw ontwerp te maken van een elektrische krik die wel bij de Smart-ideologie en in het assortiment past. Bij het bereiken van dit doel dienen een aantal afwegingen gemaakt te worden omdat er een aantal wensen met elkaar in conflict zijn. Deze spanningsvelden geven het ‘grijze’ gebied aan in de ontwerpruimte. Hier is er nog niets wat echt ‘zwart-wit’ te zien is en dus definitief vast ligt. Het meer toelaten van het een, zal ten koste gaan van het ander. innovatief (Smart) – herkenbaar (standaard) Smart ontwerpt en produceert auto’s met een bepaalde ideologie, waarbij rekening wordt gehouden af gestapt wordt van het traditioneel denken. Dat er vier personen in een auto zitten is helemaal geen gegeven voor dit bedrijf. Er wordt ingespeeld op
nieuwe doelgroepen, alleenstaanden of paren die in een stedelijke omgeving wonen. De te ontwerpen krik moet bij dit denken (“open your mind” smart.com) aansluiten, een totaal nieuwe verschijning van een elektrische krik is dus gewenst. Alleen moet dit geen afbreuk doen aan de herkenbaarheid van het product, men moet wel kunnen zien dat het een autokrik is. Overigens zal gekeken moeten worden in hoeverre er rekening wordt gehouden met standaards, zodat de krik bijvoorbeeld ook bij ander types en merken te gebruiken is. stevig/sterk – lichtgewicht/compact De krik moet sterk genoeg zijn om een Smart te kunnen krikken. Er wordt voorlopig uitgegaan van het zwaarste type Smart, maar in de toekomst zou Smart best met een nog zwaarder type kunnen komen. De krik moet dus zo stevig en sterk mogelijk zijn om voor een langere tijd relevant te kunnen zijn. Om een product stevig/sterk te maken worden materialen gebruikt die deze eigenschappen bevatten, deze zijn meestal erg zwaar. Een Smart komt voort uit het idee om alles zo compact en licht mogelijk uit te voeren, dit zou ook bij de krik zo moeten zijn. Alleen hoe steviger de krik gemaakt wordt hoe groter de maten, en hoe zwaarder het product. milieuvriendelijk – goedkoop Smart is een bedrijf wat zich inspant om het milieu zoveel mogelijk te sparen. Zij gebruiken nieuwe technieken en alternatieve materialen om de impact van hun producten op het milieu zoveel mogelijk te minimaliseren. Smarts zijn niet voor niets klein, het is namelijk onzin om een 4-persoons auto te maken wanneer de doelgroep toch altijd alleen of met zijn tweeën reist. Het nadeel van het gebruik van alternatieven is dat ze vaak duurder zijn dan de standaard. Een milieuvriendelijker product is dus vaak duurder. Omdat er is de opdracht gesteld wordt dat de fabricagekosten niet boven de 20 Euro mag komen, zal er gekeken moeten worden hoe milieuvriendelijk de krik ontwikkeld kan worden. opbergen – gebruiken Het is gewenst dat de krik bij het opbergen zo compact mogelijk is, zodat het niet erg in de weg ligt. Tijdens het gebruik moet de krik juist weer zo groot mogelijk zijn, omdat dan het ‘krikbereik’ zo groot mogelijk is. De auto kan dan hoog opgekrikt worden, mocht dat nodig zijn. Er zal een middenweg gezocht moeten worden qua grootte van de krik. beweging – stabiel Tijdens het gebruik zorgt de elektromotor voor een roterende beweging. Het is de bedoeling dat de krik deze rotatie omzet in het omhoog gaan van de auto. De krik moet terwijl het beweegt wel steeds in evenwicht zijn, omdat de krik anders omvalt. De
III
verandering van vorm, bijvoorbeeld bij een schaarkrik, mag dus niet tot instabiliteit leiden. hanteerbaarheid – componenten ordening Om de krik goed te kunnen hanteren en bedien zal er een bepaalde oriëntatie aan het product gegeven moeten worden. Alleen kan de plek van bijvoorbeeld een handvat in conflict zijn met de werking van het product, bij een andere ordening van de componenten kan het product misschien niet meer werken zoals het bedoeld was.
Ontwerprelevante criteria Eisen 1) Het product moet alle typen Smart auto’s minimaal 12 cm omhoog kunnen werken. 2) Het product moet onder de auto te plaatsen zijn en mag daarom niet hoger dan 9 cm zijn. 3) Het product moet stabiel op de krikpunten die al op de Smart auto’s te vinden zijn, gepositioneerd kunnen worden. 4) Het product moet minimaal een belasting van 6.660 N kunnen verdragen. 5) Het product moet functioneren op een voeding van 12 Volt gelijkspanning. 6) Het product moet een val van 1 m hoogte op een stenen vloer kunnen doorstaan, zonder schade op te lopen waardoor het product niet meer werkt. 7) Het product moet bestand zijn tegen weersinvloeden, reinigingsmiddelen en smeermiddelen die in de hobbysfeer gebruikt worden. 8) het product moet handmatig uit opgekrikte toestand kunnen worden gehaald en onder de auto vandaan te halen zijn. Wensen 1) Het product moet bij de ideologie en stijl van Smart passen. 2) Een krik met een nieuw werkingsprincipe, ander ordening van componenten of een nieuwe toevoeging, waardoor het een productinnovatie ondergaat geniet de voorkeur. 3) Het product moet zo goed mogelijk inzichtelijk zijn en mogelijk zonder handleiding te bedienen. 4) Het is gewenst dat het product zo licht mogelijk is. 5) Het is gewenst dat het product in fase van opslag zo klein mogelijk is.
Ideeën Variabele hoogte Deeloplossing 1
ingeklapt
tussen
uitgeklapt
Morfologische kaart
Principe oplossingen
Theorie De morfologische methode beoogt, alle theoretische denkbare oplossingen voor een probleem te vinden. Men zoekt daartoe naar de elementen die ‘wezenlijk’ zijn voor alle oplossingen (de parameters), waarna voor elk element de theoretisch mogelijke realisaties worden geïnventariseerd (de componenten). Kenmerkend voor de morfologische benaderingswijze is bovendien de strikte scheiding tussen het genereren van oplossingen en het kiezen daartussen. Parameters zijn abstract en algemeen; er wordt niet, of zo weinig mogelijk, gerefereerd aan materiele kenmerken. De componenten zijn concreet en specifiek. De oplossingen worden gevonden door uit elke rij – dus per parameter – één component te kiezen. Anders gezegd: elke combinatie van componenten, met (ten minste) één component uit iedere rij, representeert een specifieke oplossing voor het probleem. Het genereren van oplossingen is aldus een proces van systematisch combineren van deeloplossingen. De toepassing van de morfologische methode vereist evaluatiestrategie, die het aantal te evalueren oplossingen drastisch inperkt. Overigens, het probleem van een explorerend aantal oplossingen treedt op bij alle combinatorische methoden. (blz. 218-221; Productontwerpen, structuur en methoden)
Theorie Een principeoplossing is een model dat globaal de functiedragers of ‘organen’ specificeert, waaruit een product moet zijn opgebouwd om zijn in- en externe functies te vervullen. De principeoplossing is een model van de werking van het systeem. Zij wordt in de praktijk meestal weergegeven als een schets, schema of diagram. Wezenlijk voor de werking, het feitelijke functioneren van een product is dus een bepaalde ruimtelijke ordening van materie, waardoor één of meer al dan niet bekende fysische, chemische, biologische of andere kosmonome effecten benut worden om de bedoelde in- en externe veranderingsprocessen te vergelijken. Deze ordening wordt ‘principeoplossing’ genoemd. ‘Een principeoplossing is een geïdealiseerde (schetsmatige) weergave van de structuur van een systeem, waarin de kenmerken van de elementen en de relaties, die voor het technisch functioneren wezenlijk zijn, kwalitatief zijn bepaald’. ‘Redeneren van functie naar vorm’ leidt ook op het niveau van principeoplossingen niet tot één antwoord. Een functie kan met verschillende fysische effecten gerealiseerd worden, en deze zijn weer tot verschillende principeoplossingen uit te werken. (blz. 105, 109 en 110; Productontwerpen, structuur en methoden)
Deeloplossing 3
ingeklapt
tussen
uitgeklapt Principeoplossing 1
Principeoplossing 2
Principeoplossing 3
Principeoplossing 4
Principeoplossing 5
Principeoplossing 6
Deeloplossing 4
ingeklapt
tussen
uitgeklapt
Deeloplossing 5
ingeklapt
tussen
uitgeklapt
IV
Met behulp van de “Morfologische kaart” in combinatie van het “Deelprobleem” heb ik een aantal “Principe oplossingen” gemaakt. Principe oplossing 1) gaat uit van een enkele ruit die direct onder het aansluitpunt van de Smart gepositioneerd moet worden. Aan de zijkant van de ruit bevindt zich een motor met een planeetwiel. Deze drijvende de horizontale spindel aan zodat deze de krik in hoogte verstelbaar maakt. Aan de bovenzijde zit een universele kop die op het aangrijppunt in het chassis past. Aan de onderzijde zit een standaard dat er voor moet zorgen dat de krik stabiel op de grond kan blijven staan. Principe oplossing 2) maakt gebruik van een schaarmechanisme zoals bij een caravanpoot. Deze ‘enkele knie’ kan omhoog en omlaag geschaard worden door de spindellengte te veranderen. De Motor drijft via een kegeltandwiel deze spindel aan. Op de binnenste scharende stang zit een kop die precies op het aangrijppunt van de Smart past. Verder zit er aan de onderkant van de krik een poot die niet uit zichzelf blijft staan, deze is scharnierend opgelegd zodat de krik mee kan kantelen met de auto. Principeoplossing 3) is een dubbele scharende ruit, die te scharen is met behulp van een redelijk korte horizontale spindel. De motor bevindt zich aan de zijkant van de krik en zal een beetje uit het midden liggen doordat er gebruik wordt gemaakt van een tandwieloverbrenging. De assen van de tandwielen liggen niet gelijk met de spindelas. Ook hier wordt gebruik gemaakt van de universele kop en het geheel staan op een inklapbaar standaard. Principeoplossing 4) is een beetje een combinatie van een ruit met een extra scharnierende arm. Hierbij wordt het omhooggaan van de krik naar het aangrijppunt los genomen van het daadwerkelijke opkrikken. De motor die naast de krik staan moet dan twee assen aandrijven, dit kan door een wormwiel tussen de spindels en de motor te zetten. De wormas drijft dan de ene spindel aan en het wordmrad de andere. Het geheel staat op een stevig standaard, zodat het product op zich zelf kan staan zonder om te vallen. Principeoplossing 5) werkt met een scharende ‘inwendige’ ruit. De binnenste armen klappen nu niet naar buiten maar naar binnen, waardoor de spindel veel korter kan. De spindel blijft horizontaal en wordt aangedreven met een elektromotor, die door een planeetwiel vertraagd wordt. Er wordt gebruik gemaakt van een scharnierende kop en poot. Principeoplossing 6) maakt ook gebruik van een stangenmechanisme, hier scharniert een stang door een halve ruit heen. Deze stang moet dan over de grond kunnen verplaatsen, dit kan met behulp van een wieltje. Het geheel is kantelbaar om een poot.
Idee 1
Idee 2
Idee 3
Idee 4
Idee 5
Idee 6
V
De principeoplossingen zijn uitgewerkt tot ideeën, zodat deze beter te beoordelen zijn op hun werking, uitstraling en realiseerbaarheid. Idee 1) is een beetje de ‘standaard’ krik zoals die bij de meeste mensen bekend is. De ruit kan veel kracht verdragen maar is ook wel erg groot. De elektrische uitvoering (zoals gegeven als referentieproduct) is niet echt visueel aantrekkelijk. Smart is anders en dat mag ook best uitgedrukt worden met de krik. De krik bestaat uit vier stangen en door een relatief lange spindel is het product in hoogte verstelbaar. De krik heeft een gebogen staalplaat als standaard, maar staat nog steeds niet heel erg stabiel. De gebruiker zal toch nog het product vast moeten houden en onder de auto moeten kijken om de universele kop goed op het aangrijpingspunt te kunnen plaatsen. Idee 2) is de krik die nu op het moment bij een Smart geleverd wordt. Het voordeel van deze krik is dat er maar twee stangen gebruikt worden, wat een grote kostenbesparing kan zijn bij de fabricage. Immers hoeven er minder onderdelen gemaakt te worden (deze zullen wel sterker moeten zijn), waardoor er ook minder onderdelen geassembleerd hoeven te worden. Er zijn dus minder asjes en dergelijke nodig zijn. Verder is dit idee vrij compact en er is maar een korte spindel nodig. Ik vind dit mechanisme er erg interessant uitziet, vooral doordat de vorm niet gesloten is zoals bij een ruit. Ik denk dat dit idee erg goed bij een Smart auto zal passen, maar ik verwacht wel dat de krachten in de krik erg hoog zullen zijn. Idee 3) bestaat uit een dubbele ruit, waardoor er zes stangen nodig zijn. Het voordeel hiervan is dat de krik erg compact is en dat de spindel twee keer korter zijn dan bij een enkele ruit. Idee 4) heeft twee aandrijfassen en maakt gebruik van een wormwieloverbrenging. Dit maakt het product al snel erg duur. Daar komt bij dat er een moment wordt opgewekt in de stang van de uitstekende arm. Het product is net zo compact als een enkele ruit alleen is de spindel twee keer korter. Idee 5) heeft ook vier stangen, net zoals de enkele ruit. Alleen klappen deze naar binnen waardoor het product compacter is. Overigens is de spindel hierdoor vele malen korter, wel wordt verwacht dat de krachten op de spindel dan groter zijn. Net zoals idee 2 vind ik dit idee visueel erg aantrekkelijk omdat het een grappige, en nieuwe schaarbeweging maakt. Idee 6) Blijkt helemaal niet zo goed inklapbaar te zijn. Het gebruik van een rijdend wieltje is een extra kostenpot. Het uitvoeren van dit idee, met zijn vele onderdelen is niet erg aantrekkelijk.
Ik heb een bewegingssimulatie uitgezet in lijnen, zodat ik kan zien hoe groot elk idee is in een bepaalde stand. Ik heb daar vier hoogtes voor genomen, namelijk: ingeklapt (9cm), aangrijppunt (14cm), opgekrikt (26cm) en maximale hoogte (30cm). Hieronder ziet een plaatje van één van de standen (voor gehele bewegingssimulatie zie bijlagen; “bewegingssimulaties”).
Concept Theorie Stadium in de ontwikkeling van een productontwerp waarin een principeoplossing zover is gematerialiseerd, dat men zich een beeld gevormd heeft van zowel de onderdelen en componenten (functiedragers), waaruit het product zal zijn opgebouwd, als van de globale vorm en de materiaalsoorten van die onderdelen. (blz. 430; Productontwerpen, structuur en methoden)
In deze fase wil ik uitspraken gaan doen over de ordening van de componenten in het product. Ik wil het idee proberen uit te diepen en met het verplaatsen van bepaalde onderdelen proberen om meerder structurele varianten te maken. Deze variaties zouden ertoe kunnen leiden dat bepaalde onderdelen beter benut worden of dat andere onderdelen weggelaten kunnen worden. Misschien kan de krik nog wel compacter worden of zit er ergens ander een voordeel verscholen waar ik tot nog toe geen weet van had. Variant 1
Structurele varianten Theorie Structurele concepten zijn oplossingen, waarbij het product nog niet gematerialiseerd is, maar het principe of de structuur van een productidee wordt vastgelegd. Zowel de plaatsing van de elementen als de bewegingsvrijheid van de elementen ten opzichte van elkaar (typologisch niveau) komt hier aan bod. Door de functies van het product op een bepaalde manier te ordenen krijgt het product zijn betekenis. (blz. 19; Werkboek Ontwerpen 3) Aldus verkennen we de ontwerpruimte op het niveau van de basisstructuur de verkenning voerde tot een weergave van allerlei varianten in onderlinge samenstelling, zowel met behulp van schetsen als driedimensionale modellen. Tijdens deze ontwikkelingsstap spreken we geen oordeel uit of de typologieën conflicteren met de werking. Daardoor zou het divergerende karakter van deze ontwikkelingstap worden belemmerd. De verschillende varianten vormen met elkaar het eerste preconceptstadium voor de ontwikkeling van een aantal structurele concepten. Om de hoeveelheid ‘oplossingen’ als de verscheidenheid ervan te kunnen beoordelen, worden de ideeën gecategoriseerd in typen oplossingen. Min of meer gelijksoortige ideeën worden daartoe bijeengevoegd. Tijdens die procedure moeten we allereerst inzicht krijgen in de typekenmerken. Daarnaast moeten we ons nu wel afvragen of de werking van het systeem gewaarborgd is. (blz. 212 en 213; Vormgeven, ordening en betekenisgeving)
Bewegingssimulatie 30 cm Uit deze simulaties kan ik concluderen dat Idee2, Idee3 en Idee5 het meeste voordeel bieden qua compactheid. Ik vond Idee2 en Idee5 al visueel het meest aantrekkelijk, dus kies ik er voor om het concept in deze richting te ontwikkelen. Ik heb echter nog wel bedenkingen bij het krachtenspel in de krikken. Ik heb voor beide krikken een krachtenanalyse gedaan (zie bijlagen; “Krachtenanalyses”) en daaruit blijkt dat de krachten in Idee2 toch minder groot zijn dan in Idee5. Idee2 wordt de basis voor het concept
Bij het maken van de varianten merk ik dat er eigenlijk niet zo veel te variëren is. Alleen de plek van de motor kan veranderd worden zodat een ander aandrijving en gebruikssituatie ontstaat. Ik weiger om enorm veel variaties te maken waarbij ik bijvoorbeeld de voet op de spindel zet ofzo. Eigenlijk mag er bij het genereren niet geoordeeld worden, maar het lijkt me onnuttig om totaal onbruikbare resultaten te produceren. Toch heb ik bij het samenstellen van deze variaties meer inzicht gekregen in de plek van de motor en de consequentie daarvan voor het gebruik. Variant 1) is de oorspronkelijke situatie waarbij de spindel door het U-profiel draait en waarbij de motor aan de gebruikerskant op de andere stang gemonteerd zit.
VI
Variant 4
Variant 2
Variant 5
Variant 3
Variant 6
Variant 2) Heeft de motor juist aan de niet-gebruikerkant zitten zodat de gebruiker aan zijn kant bij de spindel kan om hem eventueel handmatig aan te drijven. Variant 3) heeft de motor aan de onderkant van de korte arm zitten, er is dan een haakse overbrenging nodig om de spindel aan te drijven. Deze variant zou wel eens gunstig kunnen zijn voor de opklapbaarheid. Variant 4) Heeft de motor aan de gebruikerskant zitten, maar de spindel zit nu vast in de korte arm. De motor verschuift dus, dierdoor hoeft er geen gat in het U-profiel. Variant 5) laat de spindel door de motor heen draaien. Zo kan de motor toch vast zitten en hoeft er geen gat in het U-profiel. Variant 6) heeft de motor aan de gebruikerskant zitten, alleen nu haaks op de spindel.
Vormstudie Theorie In een vormstudie wordt de vorm en de ordening binnen een ontwerp bestudeerd. Dit wordt bereikt door het in 2D en 3D te tekenen en het beoordelen van de varianten. (blz. 20; Werkboek Ontwerpen 3) Kenmerken van een ontworpen product worden door verschillende ontwerpmethodologen in twee categorieën ingedeeld. De eerste categorie omvat die kenmerken, die de interne samenhang of de structuur van de productvorm betreffen. In het algemeen duiden ze op de ordening van ruimtelijke vorm en materiaal. Tot de tweede categorie behoren kenmerken die beantwoorden aan de externe condities die vanuit de productomgeving worden gesteld. Hier gaat het om kenmerken die verband houden met het gebruik van de productvorm. In een fase waar via schetsen of een ander visualiserend medium ideeën worden ontwikkeld voor de ruimtelijke en materiele verschijning van een product, vormen dergelijke studies het middel bij uitstek. In het vormgevende proces zijn vormstudies een generatief, heuristisch hulpmiddel. Een ‘heldere’ voorstelling vooraf lijkt derhalve een aantrekkelijk uitgangspunt voor de fase waarin de productvorm concreet gestalte moet krijgen. Het beeld dat de ontwerper heeft van de productomgeving – de context van waaruit de condities tot de afbakening van de ontwerpruimte hebben geleid – is eveneens een kader waaraan hij of zij zal refereren bij de ontwikkeling van oplossingen. Vormstudies die een dergelijke beeldvorming van de omgeving bewerkstelligen en expliciet maken, zijn een evaluatief middel om oplossingsmogelijkheden tijdens het vormgevende proces te toetsen. Een activiteit waarmee men een dergelijke beeldvorming vooraf beoogd, is het maken van collages. Met behulp van zo’n collage worden het type vormgeving, de materiaal-, kleur- en textuursoort van een productomgeving samenhangend in beeld gebracht. De aldus gevisualiseerde belevingsaspecten van een productomgeving kunnen tijdens het vormgevingsproces als visueel referentiekader dienst doen. (blz. 36-38; Vormgeven, ordening en betekenisgeving)
Ik heb een ‘minicollage’ gemaakt waarin de vormgeving van Smart wordt uitgedrukt. Uit deze collage haal ik uiterlijke kernmerken voor de Smart-stijl. Ook in het groepsgewijze analyseverslag hebben we ‘Smart’ in beeld uitgedrukt. Wat dan opvalt, is dat Smart een zeer afwijkende vormgeving heeft ten opzichte van ander auto’s. Karakteristiek is
de combinatie van het zilverkleurige frame met de gekleurde vlakken. In de drie fotootjes van de drie Smart-types, is een eenduidig beeld te herkennen. Dit moet ook zo zijn wanneer ik het ontwerp van de krik bij de auto’s pas. Het gebruik van staal in combinatie met gekleurd kunststof zal dan veel bijdragen aan de herkenbaarheid. Wat in de foto’s niet zo duidelijk te zien is, maar juist uit de schets in de minicollage blijkt is de lijnvoering in deze vormgeving. Smart gebruikt redelijk grote afrondingen (wat het product een moderne uitstraling geeft) met een speelse lijnvoering (waardoor het product er krachtig uit ziet).
Deze situatie wordt nagebootst in het programma Matrixframe, waarmee statische constructies mee doorgerekend kunnen worden. Het probleem wordt als een stangenmechanisme gesimuleerd en levert het plaatje op zoals te zien is in de volgende kolom.
Krachtenanalyse Krachten op de krik De Smart Forfour is de zwaarste Smart, het leeggewicht van deze auto is 1090 kg. Het laadvermogen van deze auto is 480 kg waardoor het maximale toegestane totaalgewicht van de Forfour op 1570 kg komt. Deze 1570 kg is dus het gewicht van de auto inclusief passagiers en extra bagage. Het is niet logisch dat iemand een auto opkrikt terwijl er nog personen in het voertuig zitten. Het is wel in te denken dat alle bagage in de auto blijft voordat deze opgekrikt wordt. Wanneer iemand alleen reist met de Forfour kan er extra bagage mee genomen worden, het is dus riskant om het gewicht van vier personen van het totaalgewicht af te trekken. Ik houd de 1570 kg aan als totale belasting, met in acht name dat dit een ruime schatting is. In de 1570 kg zit dus al een veiligheidsmarge. De Smart Forfour heeft een breedte van 1684 mm en zal 120 mm opgekrikt moeten worden volgens het Smart Center in Den Haag. Wanneer we de auto met twee wielen opkrikken komt de auto een beetje schuin te staan waardoor het gewicht anders verdeeld wordt, over enerzijds de twee wielen en anderzijds de krik. Bij het opkrikken in de werkelijke situatie blijven drie wielen op de grond staan, dit komt door de veringingen bij de wielassen. We beschouwen de zwaarste situatie waarbij deze veerweg buiten beschouwing wordt gelaten en waarbij twee wielen in de lucht komen. Wanneer de breedte van de auto dan als schuine zijde nemen een verdeelde belasting plaatsen boven het oppervlakte van de auto hebben we de volgende situatie:
Kracht op de krik 1570 kg x 9,81 = 15401,7 N √ ((168,4 cm) 2 – (12,0 cm)2 )= √28214,56 =168,972 cm Hieruit volgt; 15401,7 N / 168,972 = 91,69 N
VII
Uit de analyse komt dat op de twee wielen gezamenlijk een kracht van 8741,36 N voor hun rekening nemen, het rest voor de krik dan nog om een kracht van 6660,00 N omhoog te werken zonder te bezwijken.
Krachten in de krik
Uit deze interne krachtenanalyse blijkt dat er drukkrachten optreden in de armen (U-profielen) en een trekkracht in de spindel (cilinder) van de krik. Er zijn dus twee verschillende belastingssituaties. De spindel is een bewegingsschroef die er voor zorgt dat de roterende beweging van de motor wordt omgezet in een translerende, zodat de auto opgekrikt kan worden. Hierbij zorgt deze spindel voor het opwekken van grote krachten. Als bewegingsschroefdraad moet zoveel mogelijk trapeziumvormig schroefdraad gebruikt worden (blz. 231 Matek) Als materialen voor spindels worden met name de bouwstalen E295 en E335 toegepast (blz. 231 Matek) De spindel wordt alleen op de Normaalkracht(Fn) belast zoals te zien is in de belastingssituatie in de linker kolom.
Draaimoment T = Fn · d2/2 · tan (φ+ ρ’) T = 12.814,25N · 9mm/2 · tan (4,046°+4,047°) = 8,2 Nm Bewegingsschroeven worden behalve op druk of trek ook nog op Torsie(τ) door het op te nemen draaimoment belast.
Torsiespanning τ = T / Wp , met Wp = 0,2 d33 → Wp = 0,2 7,53 = 84,375 τ[E335] = 205 MPa T = τ · Wp → T = 205 MPa · 84,375 = 17,3 Nm
Vereiste inwendige kerndiameter A3 ≥ Fn / σd(t) , met σd(t) = Re(Rp0,20)/1,5 Re(Rp0,20)/1,5[E335] = 490Mpa/1,5 = 326,67Mpa A3 ≥ 12.814,25 N / 326,67 MPa = 39,23 mm2 A3(cirkel) = πr2 → d3 = 2√(A/π) d3 = 2√(39,23/π) = 7,1 mm Uit tabel 8-3 van Roloff / Matek Tabellenboek kies ik een spindel met een kerndiameter van 7,5 mm, omdat dit de eerste standaardmaat boven de 7,1mm is. Uit tabel 8-3 blijkt dan het volgende van toepassing: Nominale schroefdraad diameter (d): 10mm Spoed (Ph): 2 Flankdiamter (d2): 9mm 7,5 mm Kerndiamter (d3): Flankoverlapping (H1): 1 mm Draaddiepte (H4): 1,25 mm 0,25 mm Spleet (ac):
Spoedhoek tan φ = Ph /(d2 · π) → tan φ = 2 / (9mm· π) = 0,0707 φ = 4,046° Schroefdraad is zelfremmend als de Spoedhoek(φ) kleiner is dan de Wrijvingshoek(ρ’), dat wil zeggen dat het Rendement(η) altijd kleiner is dan 0,5. Met deze gegevens kan het te leveren Moment(T) berekend worden, wat nodig is om de spindel te draaien.
VIII
De spindel kan deze torsiespanning dus gemakkelijk aan.
Motoren Om de krik omhoog te krijgen moet de motor het berekende Draaimoment(T) kunnen leveren over de Spindellooplengte(L1). De spindel moet dus een Arbeid(W) leveren die de Normaalkracht(Fn) in de spindel tegenwerkt. De Arbeid die dan nodig is volgt uit de volgende formule.
Arbeid W = Fn · L1 = 12.814,75N · 110mm = 1410 J Vanuit de Arbeid kan het Mechanische vermogen (Pmech) berekend worden wat nodig is om de schroefdraad zo te kunnen draaien van ingeklapte toestand naar uitgeklapte toestand van de krik. Voor de Kriktijd(t) neem ik 60 seconde. Met een trapezium schroefdraad met een Spoed van 2mm en een Diameter van 10mm betekend dit het volgende:
Mechanisch vermogen W = Pmech θ = omw · 2π = 55 · 2π = 345,6 rad Tmotor(eff) = Pmech / θ = 1410 J / 345,6 rad = 4,08 Nm
Een motor zou dan dus een Koppel van 4,08 Nm moeten leveren, dit koppel kan door een planeetwiel nog versterkt worden zodat het Moment groter wordt dan het vereiste Draaimoment. Nu moet er een motor gekozen worden, terwijl een aantaal zaken van elkaar afhankelijk zijn en variëren. Door steeds te schiften met bepaalde waarden kom ik uiteindelijk uit op:
Rendement ηtot = ηspindel · ηplaneetwiel · ηmotor ηtot = 0,5 · 0,72 · 0,88 = 0,3168
Elektrisch vermogen Pmech = W / t = 1410 J / 60s = 23,5 W Pelek = Pmech / ηtot = 23,5 W / 0,3168 = 74,18 W Pelek = Pmech / ηtot = 1410 J / 0,3168 = 4450,76 J
De motor draait bij 12V 6920rpm en levert daarbij een moment van 98.7mNm. De spindel maakt echter maar 55 Omwentelingen per minuut en vereist een Moment van 8,2Nm. De Vertraging(υ) wordt dan:
Vertraging υ= Tspindel / Tmotor = 8,2 Nm / 0,0987 Nm = 83,08 x (mag meer) maar omdat t = 60s mag de spindel dus maar 55rpm draaien. Met 6920rpm / 55rpm = 125,6 x → kies 126 Tspindel wordt dan 126 · 0,0987 = 12,4 Nm Maxon levert een planeetwiel dat precies 126 keer kan vertragen uit deze serie. (zie bijlagen; “Datasheet planeetwiel”) Deze combinatie van motor en vertraging voldoet dus aan de eis dat de spindel niet harder draait dan 55rpm en een minimale Draaimoment van 8,2Nm heeft.
Lagers
Stroom I = Pelek / U = 74,18 W / 12V = 6,18 A “RE Ø 40 mm, Graphite Brushes, 150 Watt” lijkt redelijk aan de eisen te voldoen. (zie bijlagen; “Datasheet motor”)
Vertraging Een planeetwiel moet er voor zorgen dat het hoge Toerental en het zwakke Koppel van de motor wordt omgezet in een laag Toerental en een groot Draaimoment. Om de spindel te kunnen draaien is een Draaimoment van 8,2 Nm De uitgaande as van het planeetwiel moet dit moment wel aan kunnen. Dit Intermittently permissible torque at gear output moet dus groter dan 8,2 Nm zijn. Bij Maxonmotor is de kleinste planeetwiel die hier aan voldoet de “Planetary Gearhead GP 42 C, Ø 42 mm, 3- 15 Nm, ball bearing preloaded, Ceramic Version”.
Theorie Lageringen, dat wil zeggen een systeem van lagers of een afzonderlijke lager, zijn bedoeld als ondersteuning en geleiding ten opzichte van elkaar bewegende delen, zoals stilstaande en roterende assen in machines, apparaten of onderdelen. De lagerconstructie neemt de hierbij optredende krachten op en brengt deze over op fundamenten, behuizingen of onderdelen. Assen worden in eerste instantie ondersteund door twee lagers, omdat in dat geval de reactiekrachten in de lagers statisch bepaald zijn Indeling van lagers 1) bewegingsomstandigheden: Bij glijlagers glijdt de as over het lager. Bij wentellagers bevinden zich tussen de as en het lager wentellichamen die een rollende beweging maken 2) richting lagerbelasting: Radiale (dwars-) lagers en axiale (langs-) lagers. 3) functie: Vaste lagers nemen dwarskrachten en langskrachten in beide richtingen op. Losse lagers laten een verschuiving in de lengterichting toe. Wentellagers zijn gevoelig voor stoten en trillingen, vooral bij stilstaan en lage toerentallen; de levensduur en de hoogte van het toerental zijn beperkt; de gevoeligheid voor vuil en stof vereist in het algemeen veel onderhoud van de lagerafdichtingen. Het is moeilijk om aan te geven in welk geval glijlagers en in welk geval wentellagers moeten worden gebruikt. (Roloff / Matek, machineonderdelen; blz.441-442)
IX
Op de spindel komt een trekkracht van 12,8 kN te staan. Om de spindel vrij te laten draaien moet deze axiale kracht worden opgevangen door een lager. Volgens de lagerleverancier SKF: “Thrust ball bearings and four-point contact ball bearings are suitable for light or moderate loads that are purely axial. Single direction thrust ball bearings can only accommodate axial loads acting in one direction; for axial loads acting in both directions, double direction thrust ball bearings are needed. Angular contact thrust ball bearings can support moderate axial loads at high speeds; here the single direction bearings can also accommodate simultaneously acting radial loads, while double direction bearings are normally used only for purely axial loads. For moderate and heavy axial loads acting in one direction, needle roller thrust bearings, cylindrical and taper roller thrust bearings are suitable, as are spherical roller thrust bearings. Spherical roller thrust bearings can also accommodate simultaneously acting radial loads. For heavy alternating axial loads, two cylindrical roller thrust bearings or two spherical roller thrust bearings can be mounted adjacent to each other.” Uit hun catalogus heb ik een lager nodig met een inwendige diameter van 10mm, die de benodigde 12,8 kN aan kan. Na veel zoeken kom ik dan uiteindelijk uit bij een ‘Thrust ball bearing’ die aan mijn eisen voldoet. De uitwendige diameter van deze lager is 24mm en hij is 9mm dik. Een plaatje van deze lager uit de catalogus staat hieronder.
Ergonomie
langer kunnen. Hierdoor wordt het risico dat de auto niet op te krikken is wanneer deze boven een kuil staat ook weggenomen. Verder zie ik ook mogelijkheden om de krik met de hand om laag te draaien wanneer het elektronische mechanisme niet werkt. De spindel en de behuizing worden dan van elkaar af gehaald. Het elektronische mechanisme, waaronder motor, planeetwiel en behuizing dus, worden dan naar beneden geklapt waardoor de spindel vrij komt (zie het plaatje rechtsboven onder deze tekst). De spindel is dan aan de gebruikerskant bereikbaar, zodat deze bijvoorbeeld met een inbussleutel omlaag gedraaid kan worden. Wanneer de behuizing dan toch weg te klappen is, kan deze natuurlijk ook de andere kant op. Op deze manier wordt de krik compact inklapbaar (zie het plaatje linksboven onder deze tekst). Het is gewenst dat de krik zo compact mogelijk is in fase van opslag, dit kan dus gemakkelijk gerealiseerd worden.
Spuugmodel
Natuurlijk moet in het ontwerp ook rekening gehouden worden met ergonomie van het product. Ergonomische factoren zijn in dit project niet echt richtinggevend voor het ontwerp, maar meer een controlemiddel achteraf. Nu er al enige maten bekend zijn van het ontwerp, bijvoorbeeld doordat de motor en de vertraging al bepaald zijn, is het handig om te kijken of deze maten wel geschikt zijn voor de gebruiker. De bemating van de bedieningselementen moet geschikt zijn voor de maten van de P10-P95 man, betrokken op de handlengte (P.v.E)
Voor een P10-P95 man geld dan: Interne Greep Diameter 43 – 56mm Duimbreedte 22 – 28 mm Wijsvingerbreedte 18 – 21 mm Handlengte 181 – 210 mm Handbreedte met duim 113 – 127 mm Handbreedte zonder duim 86 – 98 mm
Eigenlijk is het meest belangrijke de Greep Diameter, deze bepaalt of de gebruiker het product stevig vast kan houden. Dit is best belangrijk omdat de krik een relatief zwaar handproduct is. Verder wordt de elektrische krik met druktoetsen bedient, dit kan op twee manieren: met de duim of met de wijsvinger. Ook dit zijn dus maten die er toe doen voor de toetsgrootte.
Ik heb de plaats van de draaipunten bepaald door middel van de bewegingssimulatie. Daarna heb ik een krachtenanalyse gedaan, zodat ik weet met welke inkooponderdelen het ontwerp zou kunnen functioneren. Dit samen met de ergonomische gegevens bepalen de belangrijkste maten van het ontwerp. Omdat de maten dus ik grote lijnen al vast liggen kan er een spuugmodel gemaakt worden. Ik heb bij het maken van het model getracht om een zo eenvoudig mogelijk model te maken wat er overigens wel realistisch uit moet zien. Voor de stalen onderdelen heb ik dus ook echt U-profielen, bouten, moeren en een spindel gebruikt. De krik is een bewegend product en het is wel belangrijk dat het model ook kan bewegen zodat het model van de krik in elke denkbare positie geplaatst kan worden. Het model moet immers net zoals in de werkelijkheid kunnen scharnieren en stevig zijn om het concept oprecht te kunnen evalueren. Door het maken van dit spuugmodel heb ik een beetje meer gevoel voor maatvoering gekregen. Ik was namelijk eerst een beetje onzeker over het idee om het motortje als handvat te gebruiken, maar nu blijkt dat dit heel goed te doen is. Het is zelfs zo dat de behuizing ook aan de ergonomische data voldoet. De 45mm diameter van de behuizing valt namelijk in het bereik van de ´Greep Diameter´. Het model maakt gebruik van de minimale lengte voor de U-profielen die nodig is om een Smart 12cm op te krikken. Ik merk wel dat deze stangen wat kort lijken, ze zouden gemakkelijk iets
X
Al met al heeft het spuugmodel tot meer besef geleid als het gaat om gebruiker-product interactie. Het product is goed vast te houden en redelijk gemakkelijk te bedienen met bijvoorbeeld drie drukknoppen. Verder heeft het spuugmodel meer inzicht gegeven in hoe de krik met de hand aan te drijven is en hoe het eventueel opklapbaar gemaakt kan worden.
Constructie Nu het hele productidee eigenlijk al uitgedacht en berekend is kan het product echt gestalte krijgen. Ik gebruik Solidworks om dit uit te beelden. De constructie wordt door voorgaande analyses bepaald, maar met de constructie wordt ook een deel van de vormgeving vast gelegd. Ik zal de constructie en werking van het ontwerp bespreken aan de hand van enkele detailplaatjes. De motor zit samen met een planeetwiel in een kunststof behuizing, zie plaatje ‘Behuizing’. Doordat de motor van stroom wordt voorzien vanuit de autoaccu via een stroomdraad, gaat de motor draaien. Het meedraaien van de motor wordt door de behuizing tegengegaan door bijvoorbeeld richels in de behuizing. Alleen de as van de motor kan dus draaien. Deze as zit verbonden aan het planeetwiel, deze vertraagt de roterende beweging en versterkt daarmee het draaimoment. Dit moment is nodig om de trekkracht in de spindel tegen te werken. Op deze manier roteert de spindel waardoor de auto opgekrikt kan worden. De spindel duwt zichzelf als het ware door de korte arm van de krik, waardoor deze arm omhoog geheven wordt. De spindel steekt dus door een gat in het U-profiel, maar zit wel aan een draaipunt verbonden. Zie plaatje ‘Spindel’. Ik wil het product in kunnen klappen en ik wil bij de spindel kunnen om de krik handmatig omlaag te kunnen draaien. De behuizing met inhoud moet dan van de spindel af kunnen. Om de behuizing los en vast te kunnen koppelen gebruik ik een ‘snowboardbinding’, zie plaatje ‘Binding’. Ik maak een schuifmechanisme met twee scharnierende metaalplaatjes. Op één plaatjes zitten tanden, waar een de binding aan zit. Bij dit principe wordt een hendel omgehaald, waarbij de tandjes in de hendel over de richels in het staalplaatje lopen. In de binding zitten veertjes die er voor zorgen dat bij het omhalen van de hendel de binding alleen maar vaster komt te zitten. Om de behuizing later weer los te kunnen halen moet er op een knopje gedrukt worden waardoor de tandjes uit de richels gehaald worden. De behuizing is dus in twee richtingen weg te klappen. In de eerste situatie wordt het wegklappen gebruikt om bij de spindel te komen, mocht de krik elektrisch niet meer werken. In de spindel zit een zeskantig gat waar een inbussleutel nr.6 in past, zie plaatje ‘Inbussleutel’. De uitgaande as van het planeetwiel moet dan natuurlijk ook zeskantig zijn om de as aan te kunnen drijven. Dit kan mogelijk later zo geslepen worden, of wellicht heeft de fabrikant van dit onderdeel wel de mogelijkheid om dit principe eerder al toe te passen. In de tweede situatie wordt de behuizing omhoog geklapt zodat het product compacter wordt in fase van opslag, zoals te zien is in plaatje ‘Inklappen’.
Behuizing
Spindel
Binding
U-profiel
Inbussleutel
Lager
Bediening
Inklappen
XI
Kop
Voet
De ‘armen’ van de krik bestaan uit U-profielen, zie plaatje ‘U-profiel’. Deze onderdelen moeten de last van de auto kunnen dragen en moeten dus erg stevig zijn. In deze stalen onderdelen worden richels geperst wat voor extra stevigheid zorgt. In de grootste arm wordt de spindel opgehangen. De spindel moet wel op zijn positie blijven den gaat daarom door een kantelblok, hier mag géén schroefdraad in zitten want anders trekt de spindel bij het draaien aan het blok. Het geheel loopt dan vast, dik krik zou dan niet kunnen bewegen. Er moet dus een ophanging genomen worden die wel meedraait, ik gebruik daarvoor een lager, zie plaatje ‘Lager’. Deze lager kan de normaalkracht die in de spindel heerst aan en zorgt er voor dat de spindel vrij kan draaien. De behuizing dient ook als handvat, daarom is het handig om ook hierop gelijk een bedieningspaneel te maken, zie plaatje ‘Bediening’. Dit verduidelijkt de werking van het product en overigens wordt er hierdoor een duidelijke oriëntatie aan het product gegeven. In het bedieningspaneel zitten drie drukknoppen waarmee de krik omhoog en omlaag gebracht kan worden en waarmee de motor gestopt kan worden. Vanuit dit bedieningspaneel loop enerzijds een elektrische voorziening naar de motor toe en anderzijds loopt er een stroomdraad naar de sigarettenaansteker in de auto. Op deze manier wordt de krik dus van elektriciteit voorzien. Ten slotte zijn er twee contactpunten nodig, één met de grond en één met de auto. Dit is vertaald in een voet- en kopstuk, zie plaatjes ‘Kop’ en ‘Voet’. Beide onderdelen zijn stroef scharnierend zodat ze bij elke stand van de krik toch goed gepositioneerd blijven. De kop past precies in het aangrijppunt van de Smartauto en de voet heeft antislip richels zodat deze stevig op de grond blijft staan. Het product is een nieuwe aanvulling in het Smartassortiment. Met alternatieve oplossingen is geprobeerd een innovatief en modern product te realiseren.
Materialisatie Materiaalonderzoek Met behulp van het computerprogramma CES4 heb ik onderzocht welke materialen kunnen voldoen voor bepaalde onderdelen. Bij dit programma worden steeds twee waarden tegen elkaar uitgezet, de ontwerper maakt dan steeds een selectie van de materialen met de meest gunstige eigenschappen per productonderdeel.
worden. Bij een meer detailleerde analyse waarbij ik de druksterkte heb uitgezet tegen de prijs, dit in een hoger selectieniveau in CES4, bleek dat het laag legeringsstaal, AlSi 9255 het meest gunstige materiaal is om toe te passen. Dit omdat deze legering wel heel sterk is (meer dan 2GPa, drukspanning) en toch niet zo duur is (ongeveer 0,5 Euro/Kg). (zie ook bijlagen; “Keuze legering”)
De onderdelen die door de auto worden belast zullen waarschijnlijk van metaal gemaakt worden. Om te bepalen welk type staal ik precies kan gebruiken doe ik een materiaalonderzoek. De meest richtinggevende factor hierin is het ‘Endurance Limit’ wat het bereik in materiaalspanning aangeeft waarbij het onderdeel nog niet vervormd. Omdat de onderdelen zo licht mogelijk uitgevoerd dienen te worden heb ik deze uitgezet tegen de ‘Density’. Hieronder ziet u een voorbeeld (Zie voor een volledige analyse de bijlagen; “Materiaalonderzoek Metalen”).
Uit de analyse bleek in ieder geval dat ‘Ferro Metalen’ de meest gunstige eigenschappen bevatten voor de krachtdragende onderdelen. Dit komt doordat deze metalen een goede prestatie – prijs verhouding hebben. Vooral laag legeringsstaal (‘Low Alloy Steels’) blijkt uitzonderlijk interessant om toe te passen. Dit materiaal kan erg goed tegen drukkrachten (‘Compressive Strenght’), wat natuurlijk wel nuttig is voor de U-profielen van de krik, die op druk belast
Voor de onderdelen die juist op trek belast worden is de treksterkte (‘Tensile Strenght’) meer van belang. Ook hier komt het laag legeringsstaal goed uit de bus maar, roestvaststaal (‘Stainless Steel’) en Staal met een hoge koolstofwaarde (‘High Carbon Steel’) zijn op dit gebied net iets beter. Echter blijkt RVS veel minder goed recyclebaar te zijn. Vanuit de Smart-ideologie gezien kies ik natuurlijk, als het kan, wel het materiaal wat het minst belastend is voor het milieu. RVS is overigens nog eens veel duurder dan de andere twee opties, hierdoor valt dit materiaal dus af. Bij een meer gedetailleerd onderzoek naar de materiaaleigenschappen heb ik ontdekt dat bepaalde varianten van laag legeringsstaal ook zo nabewerkt kunnen worden dat de mechanische eigenschappen verbeteren. Zo is legeringsstaal AlSi 5160 toch erg sterk en relatief goedkoop. Zo kan ik dus toch alle stalen onderdelen van één soort staal maken, wat gunstig is voor bijvoorbeeld het omsmelten van de onderdelen bij het recyclen.
XII
De gekozen legeringen zijn goed bestand tegen slagimpact, wat natuurlijk belangrijk is, mocht de krik eens vallen. Er mag dan natuurlijk niks afbreken want dan werkt het product niet meer. Verder is het materiaal goed oxidatie en UV bestand, zodat ook na jaren van minimaal onderhoud het product nog werkend zal zijn. ‘Low Alloy Steels’ worden ook in veren, lagers en overbrengingen gebruikt. Bij deze toepassingen komen vaak grote materiaalspanningen voor. De keuze voor dit materiaal ligt dus eigenlijk vrij voor de hand. Het materiaal van alle ‘krachtonderdelen’, eveneens de inkooponderdelen ligt dan vast. Van welk materiaal de inkooponderdelen gemaakt zijn weet in niet precies, maar ik heb daar ook geen inbreng in. Het is dus niet interessant om hier een onderzoek naar te doen. Ik heb namelijk al eerder gekeken of deze inkooponderdelen voldoen. Dan rest mij alleen nog het vaststellen van het materiaal van de behuizing. Omdat de behuizing niet door extreme krachten wordt belast, denk ik er aan om dit onderdeel van kunststof te maken. Het onderdeel is vrij complex en kan hierdoor het beste door spuitgieten vervaardigd worden. Spuitgieten is relatief goedkoop, mits er zachte materialen (kunststoffen) gebruikt worden. Dan slijt de matrijs namelijk niet zo hard. Smart gebruikt zelf ook vaak de combinatie van staal met kunststof en ik denk dat deze combi in mij ontwerp ook goed zal werken.
De kunststof moet vooral goed tegen vallen bestand zijn. En het onderdeel moet goed te spuitgieten zijn. Hier zijn de productie-eisen aan het materiaal veel meer van belang dan de werkelijke mechanische eigenschappen. Met behulp van de ‘Protomold Resin Guide’ (protomold.com) kies ik een kunststof uit. De ‘Impact Resistance’ moet in ieder geval hoog zijn. Verder moet de complexe vorm van de behuizing goed te gieten zijn. Het blijkt dat ABS/PC hiervoor een zeer geschikt materiaal is.
Korte arm De σM is de spanning die het buigend moment veroorzaakt op de lange arm. Het materiaal moet een hogere spanning dan deze aan kunnen. Uit de ‘krachtenanalyse’ blijkt dat het maximale buigend moment in deze stang 722 Nm is.
Buigend moment σM = (Mz · z) / Izz
t = 4mm b = 24 mm p = 21 mm
σM = (Mz · z) / Izz = (722.321Nmm · 8,16mm) / 11.513 mm4= 512 N/mm2 De maximale spanning in het materiaal komt dus overeen met 512Mpa. ‘Low alloy steel’ kan hier aan voldoen want het duurzaamheidlimiet ligt tussen de 248 en 700 MPa. Dit betekent dat er legeringen zijn die de spanning van 512 MPa gemakkelijk aan kunnen. Omdat ik bij het materiaalonderzoek al de sterkste legeringen gekozen heb neem ik aan dat hier geen problemen ontstaan. Lange arm Uit de ‘krachtenanalyse’ blijkt dat het maximale buigende moment in deze stang 953 Nm is.
Buigend moment Balk
Oppervlakte, A, in mm2
1 2 3 Totaal
t·p t·p t·p
84 84 64 232
Afstand tot oorsprong, x, in mm ½p 10,5 ½p 10,5 a 2
Statisch moment, S, in mm3 t·p·½p t·p·½p t·b·a
σM = (Mz · z) / Izz
t = 3 mm b = 26 mm p = 27 mm
882 882 128 1892
z = Stotaal / Atotaal = 1892 / 232 = 8,16 mm Balk
Traagheidsmoment Izz = Ilijf + Ilijf steiner + 2 (Iflens + Iflens steiner)
1 2 3 Totaal Controle materiaalkeuze Voor de onderdelen die het meest belast worden door het gewicht van de auto is het van belang om te weten of het materiaal de optredende materiaalspanning wel aan kan. Ik heb de krik al wel gedimensioneerd, zodat deze werkt, maar wellicht heb ik het ontwerp wel over-gedimensioneerd waardoor sommige onderdelen veel te zwaar uitgevoerd worden. Voor de ‘korte arm’ en ‘lange arm’ van de krik (de Uprofielen dus) zal gekeken worden of zij de optredende normaalkracht en knikbelasting aan kunnen.
Oppervlakte, A, in mm2 t·p t·p t·p
81 81 78 240
Afstand tot oorsprong, x, in mm ½p 13,5 ½p 13,5 a 1,5
z = Stotaal / Atotaal = 2304 / 240 = 9,6 mm
Ilijf 1/12·b·t3 85,33
Ilijf steiner b·t·z2 4261,48
Iflens 1/12·t·p3 3087,00
Iflens steiner p·t·x2 459,95
Izz = 85,33 + 4261,48 + 2 (3087,00 + 459,95) = 11.512,71 mm4
XIII
Statisch moment, S, in mm3 t·p·½p t·p·½p t·b·a
1093,5 1093,5 117 2304
Het lossen van de matrijs
Productie Fabricage
Traagheidsmoment lijf
Izz = I + I
lijf
Ilijf 1/12·b·t3 58,5
steiner
+ 2 (I
flens
+I
flens
Ilijf steiner b·t·z2 7188,48
steiner)
Iflens 1/12·t·p3 4920,75
Iflens steiner p·t·x2 1232,01
Izz = 58,5 + 7188,48 + 2 (2920,75 + 1232,01) = 19.552,5 mm4 σM = (Mz · z) / Izz = (952.979Nmm · 9,6mm) / 19.552,5 mm4= 468 N/mm2 In deze arm treedt een spanning van 468 MPa op. Door de groter kracht had ik intuïtief al een grotere dikte genomen, dit blijkt een goede keuze te zijn geweest. Immers is de materiaalspanning in deze arm nu zelfs iets lager dan in de andere arm, het gebruik van het kozen materiaal is dus ook hier geen probleem. Afwerking De laaglegeringstalen onderdelen, met de AlSi 9255 en AlSi 5160 legering, worden naverwarmd op 205°C zodat ze gehard worden. Later worden ze in olie gedoofd, zodat ze beter tegen oxidatie bestand zijn. Ik kies er voor om zo min mogelijk extra afwerkingen te gebruiken, omdat de prijs van het product alleen maar opdrijft. Op de behuizing zou nog een textuur aangebracht kunnen worden, maar ik kies er dus voor om deze gewoon glad te houden. Ook hoeft het onderdeel niet gespoten te worden want ik gebruik een vooraf gekleurd granulaat. Hierdoor zijn er veel minder productiehandelingen nodig om het uiteindelijke product te maken. Wel is het leuk om bepaalde stalen onderdelen zoals de kantelblokken en de bek en voet een rode kleur te geven met een bepaalde coating.
Behuizing De kunststof behuizing wordt door middel van spuitgieten vervaardigd. Bij dit proces wordt kunststof granulaat gesmolten en vervolgens onder hoge druk in een matrijs gespoten. Na het afkoelen van de kunststof wordt de matrijs geopend en wordt het product uitgestoten. Spuitgieten is één van de meest gebruikte technieken voor het vormen van kunststoffen bij grote aantallen. De productprijs is relatief laag, er zijn weinig of geen nabewerkingen nodig en de nauwkeurigheid is hoog. De cyclustijd wordt voornamelijk bepaald door de koeltijd, deze wordt voornamelijk bepaald door de grootste wanddikte. Spuitgieten is hierdoor economisch tot wanddiktes van circa 7mm. Om te kijken of de geometrie van het onderdeel ook daadwerkelijk te gieten is, heb ik dit onderdeel opgestuurd naar het spuitgietbedrijf “Protomold”. Zij doen een analyse op basis van de vorm van het onderdeel met de online “Part Tester”. Ik zal de belangrijkste uitkomsten van deze analyse bespreken. Allereerst wordt er gekeken welke matrijsdelen er nodig zijn om het onderdeel te kunnen gieten, maar wel zodat deze ook uit de matrijs kan worden gehaald. Uit het plaatje ‘Matrijsdeling’ blijkt dat er twee matrijshelften nodig zijn (groen en blauw). De inwendige (rood) holte wordt dan overkapt door de boven- en onderkant van het onderdeel. Om deze holte toch lossend te kunnen maken is een extra kern nodig die in de dwarsrichting uitstoot. De kern is wel erg groot en de vorm heeft een relatief kleine wanddikte, hierdoor kan het spuitgietproduct schade oplopen bij het openen van de matrijs (blauwe lijnen). Uit het plaatje ‘Lossing kern, cilinder’ blijkt dat dit deel van de wand van het onderdeel een lossingshoek van minimaal 2,0° en een wanddikte van 1,69mm dient te hebben, zodat de vorm beter lossend wordt. Het achtervalk van de kern, te zien in plaatje ‘Lossing kern, achtervlak’, dient een lossingshoek van 1,0° en een wanddikte van 2,48mm te hebben. Op deze wijze wordt de trekkrachtrichting vergemakkelijkt. Wat bij de kern voor het inwendige achtervlak geldt, gaat ook op voor het uitwendige achtervlak zoals te zien is in plaatje ‘Lossing achtervlak’. Voor de lossing van het zijvlak geldt dat een lossingshoek van 0,5° aangehouden moet worden.
Matrijsdeling
Lossing kern, cilinder
Lossing kern, achtervlak
Lossing achtervlak
Lossing zijvlak, rechts
Lossing zijvlak, links
Spuitgietbaarheid
Kleine wanddiktes
XIV
Grote wanddiktes
In het plaatje ‘Kleine wanddiktes’ worden in het geel de plekken aangegeven waar de wanddikte significant dunner dan normaal is. Hierdoor kunnen problemen met het vullen van de vorm ontstaan. Het kan dan zo zijn dat de vorm zich niet helemaal vult met de smelt waardoor er gaten en kuiltjes kunnen ontstaan. In het plaatje ‘Grote wanddiktes’ worden in het donkerblauw de plekken aangegeven waar de wanddikte dikker dan normaal is. Dit overtollige volume kan mogelijk weggehaald worden zodat de gevolgen door krimp zo minimaal worden. Het materiaal kan hierdoor namelijk gaan vervormen. U-profielen De ‘armen’ van de krik, worden uit plaatstaal gemaakt. Hoewel ik misschien suggereerde dat ze van voorgeproduceerde U-profielen zijn gemaakt. Ik wil namelijk nog extra verstevigingrichels in het metaal drukken, en dit kan niet bij een U-profiel. Een machine kan de stempel nooit in het profiel positioneren. Het is daarom van belang om dit als eerst te doen. Uit een plaat staal wordt de ‘uitgeklapte’ vorm gestanst, mogelijk kunnen de richels al te gelijk met deze bewerking in het materiaal gedrukt worden. Ook de gaten voor de bouten worden gelijk uit de plaat gedrukt. Een metaalplaat (de zogenaamde blenk) wordt geklemd tussen een plooihouder en matrijs, waarna de plaat wordt vervormd door een stempel. Het enige wat dan nog rest is het feit dat er van een plaat een U-profiel gemaakt moet worden. De randen van de plaat moeten dan alleen nog omgevouwen worden. Kantelblokken Dit zijn stiekem toch vrij complexe onderdelen als het gaat om de vormsamenstelling. Er komen namelijk cilinders vanuit twee richtingen samen en dit zorgt ervoor dat het onderdeel eigenlijk gegoten moet worden. Dit is op zich goed te doen omdat het toch vrij kleine onderdelen zijn. Het gieten van metalen gaat eigenlijk het zelfde als met kunststoffen zoals uitgelegd is bij de behuizing. Bij coquillegieten wordt metaal gegoten in een metalen (meestal stalen) matrijs. Het is een drukloos proces, het metaal vult de matrijs onder invloed van de zwaartekracht. Om de levensduur van de matrijs te verlengen wordt de matrijs na elke paar gietingen gecoat met grafiet of een keramisch materiaal. Alleen doordat metalen veel harder zijn zal de matrijs eerder gaan slijten. Wanneer de onderdelen gegoten zijn bevatten ze nog geen schroefdraad, dit kan namelijk niet omdat de vorm anders niet meer lossend is. Deze schroefdraad moet er later nog ingedraaid worden.
Bouten en moeren De bouten en moeren in de krik zullen gedraaid worden. Bij het draaien wordt het werkstuk geroteerd terwijl het snijdgereedschap, de beitel, tegen het werkstuk wordt aangedrukt. Door de positie van de beitel ten opzichte van het werkstuk te veranderen kan de gewenste geometrie aangebracht worden. Ook is het mogelijk schroefdraad aan te brengen. Spindel Omdat er in de spindel een zeskantig gat zit kan het onderdeel niet simpelweg gedraaid worden. Eerst zal dus een staaf met dit zeskantige gat verkregen moeten worden. Ik kies er voor om dit te smeden omdat bij dit proces werkversteviging optreedt, wordt het onderdeel relatief sterk. Het metaal, al dan niet verwarmd, wordt door middel van een pers in een matrijsholte gedrukt. Omdat de mate van vervorming beperkt is, worden onderdelen vaak in een aantal stappen gemaakt. Doordat hoge productiesnelheden haalbaar zijn wordt koud vervormen veel gebruikt voor de productie van bouten en schroeven. Later wordt de schroefdraad er als nog ingedraaid. Voet en bek Ook de voet en de bek van de krik worden uit plaatstaal gemaakt. Het proces verloopt eigenlijk hetzelfde als bij de U-profielen. De vorm van het onderdeel samen met de gaten wordt in een keer uit de plaat gedrukt. In een stempel worden dan de verstevigingrichels in het onderdeel aangebracht. En ten slotte wordt de plaat omgebogen. Een plaat, buis, draad of profiel wordt door een buigmoment vervormd, daardoor zal het materiaal plaatselijk aan de ene kant van het product rekken en aan de andere kant stuiken. Een belangrijke issue bij halen van de gewenste vervorming is de terugvering of 'springback': Een gedeelte van de opgelegde vervorming is elastisch. Wanneer de opgelegde vervorming wordt weggenomen, zal de elastische vervorming ook verdwijnen. Alleen bestaat de bek uit meerde staalplaatjes die met elkaar verbonden moeten worden. Deze zullen aan elkaar gelast worden zodat er één stevig geheel ontstaat. Montage Bij het monteren van de onderdelen komen eigenlijk geen speciale handelingen te voorschijn. Zoals al eerder gezegd moet alleen de bek, die uit drie staalplaatjes bestaat, gelast worden. Verder wordt het kunstsof bedieningspaneel met de behuizing verlijmd. De overige verbindingen zijn scharnierend en bestaand dus uit boutmoer combinaties die vastgeschroefd moeten worden.
Kostprijsschatting Om te kijken of het product ook daadwerkelijk te produceren is voor minder dan 20€ doe ik een schatting naar de fabricage kostprijs. Deze is aan de ene kant opgebouwd uit de materiaalkosten (55%) van de zelf te produceren onderdelen, met een extra kostenmarge (45%). Hier worden de kosten van de inkooponderdelen bij opgeteld zodat we op de totale kosten (75%) van de onderdelen komen, hier wordt nog een extra kostenmarge (25%) over genomen. Voor het bepalen van de materiaalkosten heb ik gebruik gemaakt van een ‘Tool’ in Solidworks die mij precies vertelt wat het volume van een onderdeel is. Per materiaalsoort heb ik toen de volumes van de verschillende onderdelen bij elkaar opgeteld. Later heb ik deze met de dichtheid vermenigvuldigd zodat ik het benodigde gewicht van de materiaalsoort had. Als ik dit met de prijs per kilo vermenigvuldig kom ik dus op de materiaalkosten. (zie bijlagen; “kostprijsberekening”) Voor het bepalen van de kostprijs van de inkooponderdelen ben ik op Internet gaan zoeken, maar er zijn geen prijzen te vinden. Later heb ik eens navraag gedaan in het IO-Lab en daar werd mij verteld hoe duur deze onderdelen ongeveer zouden kunnen zijn. Maar dat er ook veel kwaliteitsverschil zit tussen verschillende merken wat veel invloed heeft op de prijs. Ook de behuizing heb ik bij de inkooponderdelen geplaatst omdat het spuitgietbedrijf “Protomold” mij al een prijsindicatie had toegezonden. Overige 25% 4,70
Overige 45% Totaal 0.65€ Materiaalkosten 55%
→
Kosten Onderdelen 75%
→
Totaal 14,11
Kostprijs inkooponderdelen Motor 5€ Planeetwiel 4€ Lager 1,50€
Staal, AlSi 9255 0,61€
Behuizing 2,17€ Staal, AlSi 5160 0,03€ Staal E335 0,15€ Totaal 0,79€ TOTAAL = 18,81
XV
←
Technische tekeningen Exploded view
Stuklijst
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U
Naam Voet Bek Korte arm Spindel Lange arm Geleidingsplaat Planeetwiel Motor Bedieningspaneel Behuizing Bout/moer_voet Bout/moer_bek Bout/moer_kantelcilinder Kantelcilinder Bout/moer_armen Bout/moer_geleidingsplaat Afstandsring Kantelblok Lager Binding Stroomdraad
Materiaal Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 Staal, E335 Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 ABS/PC en Rubber ABS/PC Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 5160 Staal, AlSi 9255 Staal, AlSi 9255 ABS/PC Staal, AlSi 5160 -
Aantal 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1
XVI
Bemating
XVII
Doorsneden
XVIII
Details
XIX
Presentatie tekeningen
9
14
26
30 cm
XX
Productevaluatie De evaluatie van het product doe ik in eerste instantie aan de hand van de eerder opgestelde “Ontwerprelevante criteria”. Deze bestaan uit eisen en wensen. Aan de eisen moet simpelweg voldaan worden en bij de wensen zal omschreven worden in hoeverre het ontwerp hier aan beantwoordt.
8) het product moet handmatig uit opgekrikte toestand kunnen worden gehaald en onder de auto vandaan te halen zijn. Met dit punt heb ik speciaal rekening gehouden, en vormt de basis voor mijn productontwerp. De motor is los te koppelen zodat de spindel met een inbussleutel handmatig aan te drijven is.
Eisen 1) Het product moet alle typen Smart auto’s minimaal 12 cm omhoog kunnen werken. De krik kan een auto met een lekke band, wat een hoogte van 9 cm inhoudt, opkrikken tot een maximale hoogte van 30 cm. De auto kan dus met gemak 12 cm omhoog gekrikt worden. 2) Het product moet onder de auto te plaatsen zijn en mag daarom niet hoger dan 9 cm zijn. In de laagste toestand heeft de krik een hoogte van 8,95 cm, maar met het kantelen van het product kan de krik makkelijker in het aangrijppunt gepast worden. Aan deze eis wordt dus voldaan. 3) Het product moet stabiel op de krikpunten die al op de Smart auto’s te vinden zijn, gepositioneerd kunnen worden. De bek van de krik past precies op het aangrijppunt van de Smartauto. Waardoor de auto stabiel op te krikken is, tot het aangrijppunt bereikt wordt moet de krik wel met de hand vastgehouden worden. 4) Het product moet minimaal een belasting van 6.660 N kunnen verdragen. Het product is erop berekend dat deze last gedragen kan worden, aan de eis wordt dus voldaan. 5) Het product moet functioneren op een voeding van 12 Volt gelijkspanning. Bij de keuze van een elektromotor is er rekening gehouden dat het product op deze spanning kan functioneren, aan deze eis wordt dus ook voldaan. 6) Het product moet een val van 1 m hoogte op een stenen vloer kunnen doorstaan, zonder schade op te lopen waardoor het product niet meer werkt. Het zwakste onderdeel van de ontworpen krik is de kunststof behuizing. Er is gekozen voor een kunststof wat erg goed bestand is tegen slagimpact. De krik zal niet zwaarder zijn dan 1,5 kg en ABS/PC zou deze impact aan moeten kunnen. 7) Het product moet bestand zijn tegen weersinvloeden, reinigingsmiddelen en smeermiddelen die in de hobbysfeer gebruikt worden. Bij het kiezen van de materialen is er rekening gehouden met deze invloeden, zodat het product ook aan deze eis voldoet.
Wensen 1) Het product moet bij de ideologie en stijl van Smart passen. De krik is zo ontworpen dat de impact om het milieu zo minimaal mogelijk is. Er zijn geen schadelijke stoffel als Lood, Chroom, kwik en Cadmium gebruikt. Ook is er geen Pvc gebruikt voor de behuizing, hoewel dit wel een mogelijkheid zou kunnen zijn. Qua vormgeving is geprobeerd de Smartstijl zoveel mogelijk te benaderen door, dit door het toepassen van dezelfde vormstijl en de metaal-kleur combi. 2) Een krik met een nieuw werkingsprincipe, ander ordening van componenten of een nieuwe toevoeging, waardoor het een productinnovatie ondergaat geniet de voorkeur. Deze nieuwe krik toont zich heel anders ten opzichte van bestaande varianten. Het elektrisch uitgevoerde principe met de mogelijkheid om hem door middel van een inbussleutel handmatig te bedienen is compleet nieuw. De Mogelijkheid om de motor los en vast te koppelen met een externe binding geeft ook een ander karakter aan het product. Het product ziet er totaal anders uit dan de bestaande elektrische krikken, ik kan dus wel stellen dat het product een innovatie heeft ondergaan. 3) Het product moet zo goed mogelijk inzichtelijk zijn en mogelijk zonder handleiding te bedienen. Of iedereen het product inderdaad kan bedienen zonder handleiding is als maker zijnde nogal moeilijk te beoordelen. Ik ken het product immers door en door, de handelingen zijn gebaseerd op wat mij logisch lijkt. Wel denk ik dat het duidelijk is dat de rode behuizing als handvat dient en dat de knoppen daarop ook voor zich zouden moeten spreken. Er zit een duidelijke oriëntatie aan het product, het verkeert plaatsen is volgens mij niet echt in te denken. 4) Het is gewenst dat het product zo licht mogelijk is. Er is steeds rekening gehouden met de kleinst mogelijke maten, wel met enige veiligheidsfactoren en marges voor gebruiksgemak. Het product is hoe dan ook niet overdreven zwaar. 5) Het is gewenst dat het product in fase van opslag zo klein mogelijk is. Het product is op te klappen, maar niet helemaal volledig.
XXI
De besproken “Ontwerprelevante criteria” zijn voor de ontwerper de belangrijkste criteria tijdens het ontwerpproces. Bij het in productie nemen van een product komen er ook nog ander eisen aan bod. Deze staan in het “Programma van eisen”, waar de “ontwerprelevante criteria” overigens ook uit afkomstig zijn. Ik zal kijken of het ontwerp ook aan deze overige eisen voldoet. Overige eisen 1) De fabricagekostprijs van het product, mag maximaal 20 Euro bedragen bij een totale productie van 100.000 stuks in vijf jaar tijd. Bij de schatting naar de kostprijs kwam ik uit op een waarde van 18,81 Euro, aan deze eis wordt dus voldaan. 2) Het product moet bruikbaar zijn voor alle typen Smart die in Nederland verkocht worden. De aangrijppunten zijn bij alle typen Smartauto’s hetzelfde en de krik is berekend op de last van de zwaarste auto. De krik moet dus voor alle Smart’s te gebruiken zijn. 3) De bemating van de bedieningselementen moet geschikt zijn voor de maten van de P10-P95 man, betrokken op de handlengte. In het ergonomische gedeelte van dit verslag is er rekening gehouden met deze maten. 4) Bij het uitschakelen van de voeding moet de krik in de huidige positie blijven. De spindel heeft zelfremmend schroefdraad, zonder aandrijving blijft de huidige stand gewoon gehandhaafd. 5) Het product moet tijdens zijn levensduur minstens 30 lifts uit kunnen voeren. Het product bestaat uit onderdelen die ij normaal gebruik op zich niet beschadigen, 30 lifts moet dus geen probleem zijn. Hoewel zich altijd onverwachtse problemen kunnen voordoen. 6) Tijdens het opkrikken mag de auto niet van de krik af kunnen glijden. Door het gebruik van de aangrijppunten op de Smart is dit risico minimaal. De kans dat dit gebeurd is even groot als met de handmatige krik die Smart zelf levert, omdat zij hetzelfde principe aanhouden. 7) Delen van het product die van verschillend materiaal gemaakt zijn en in volume meer zijn dan 1cm3, moeten gescheiden kunnen worden met eenvoudig handgereedschap. Alle onderdelen zijn uit elkaar te halen, behalve het bedieningspaneel. Maar die is van hetzelfde materiaal als de behuizing, alleen de kleur is anders.
Aanbevelingen Het ontwerp van de krik is beoordeeld aan de hand van eisen en wensen. Naar mijn inzicht wordt er aan alle te toetsen eisen voldaan. Bij de wensen kan er niet precies gezegd worden of er aan wordt voldaan, wel of de ingeslagen richting de juiste is geweest. Aan een wens kan in principe altijd nog beter voldaan worden. Het is overigens aannemelijk dat bijvoorbeeld aan de wens; “Het is gewenst dat het product zo licht mogelijk is” in de toekomst beter voldaan wordt doordat er nieuwe materialen of techniek zijn ontstaan. Of dat blijkt dat bepaalde delen alsnog over gedimensioneerd zijn. Dit kan alleen geconcludeerd worden door eerst het product te dimensioneren. Hoe dan ook; er zijn altijd verbeteringen mogelijk. Dit heb ik ook bij mijn eigen ontwerp gemerkt. Sommige van deze verbeteringen zijn wellicht al wel eens ter spraken gekomen in een groepsbespreking of een controleanalyse in het verslag. Ik houd mijn conceptvoorstel zoals deze bij de ‘Presentatie tekeningen’ naar voren geschoven wordt, maar wil wel graag een paar aanbevelingen doen. Deze kunnen bij een verdere uitwerking het concept nog krachtiger maken. Binding vervangen voor Grolsch-beugel of kofferklip Omdat ik een aantal toepassingen in mijn krik heb verwerkt, zoals het loskoppelen van de motor, heb ik meer onderdelen nodig. Meer onderdelen betekend een duurder product, het is dus zaak om hier goed op te letten. De ‘snowboard-binding’ bevat veel onderdeeltjes, terwijl de behuizing op een zelfde manier vast gezet kan worden met een simpeler onderdeel. Hij een ‘snowboard-binding’ trekt het mechanisme zich over een tandrail vast, er zijn dan meerdere standen mogelijk. Om oneigenlijk gebruik uit te sluiten is één stand veel veiliger, en goedkoper. De ‘snowboard-binding’ wordt dan vervangen door bijvoorbeeld de Grolsch-beugel of een kofferklip. Deze principes hebben geen veertjes of iets dergelijks in zich en kunnen alleen maar los of vast, wat veel duidelijker is voor de gebruiker. Behuizing veranderen volgens ‘Protomold’ De wanddikte van het cilinderdeel is nu 1,5mm, maar volgens de analyse van ‘Protomold’ moet dit minimaal 1,69mm zijn. Overigens moet er op dit vlak een lossingshoek van 2,0° in acht genomen worden, zodat de vorm beter lossend wordt.
‘Protomold’ had nog meer aanmerkingen op het onderdeel, en stelde daarbij enkele opties voor verbetering voor. Deze zijn bij de “Productie, behuizing” in dit verslag terug te lezen. Het is belangrijk dat deze aanpassingen ook daadwerkelijk gemaakt worden. Het onderdeel verandert minimaal van vorm, maar verbeterd in sterkte en productie opzicht wel. Vormgeving U-profielen De vormgeving van het product is nu eigenlijk vooral gebaseerd op de behuizing van het product. Bij de Uprofielen ben ik altijd ook maar trouw uitgegaan van de daadwerkelijke U-vorm. Hoewel ik in de ideefase wel geëxperimenteerd heb met een halve Ovorm en V-vorm, waarbij ik ontdekte waarom nou juist die U zo handig was, heb ik er nooit aan gedacht om de zijvlakken aan te pakken. Hier kan namelijk wel in gevarieerd worden; ik hoef géén U-profiel aan te houden omdat deze onderdelen toch uit plaatstaal worden gemaakt. Als ik dan naar het verloop van de ‘krachten in de krik’ kijk, zie ik dat de belasting per plek verschild. Dit zou ook terug te zien moeten zijn in het ontwerp. De Vormgeving van de behuizing waarin de belijning van breed naar smal verloopt, kan dan ook in de profielen worden toegepast, waardoor het product meer één vormtaal krijgt. Elektrische moersleutel optie Na een gesprek met een kennis die automonteur is ben ik tot de conclusie gekomen dat het misschien toch wel handig is om de motor voor twee doeleinden te gebruiken. De motor kan toch al los, waardoor het erg gemakkelijk is om hier een elektrische moersleutel van te maken. Er moet dan alleen een moerkop op de zeskantige inbussleutel-as van het planeetwiel. De gebruiker heeft nu wel een goed handvat nodig, vasthouden aan de behuizing volstaat hier niet. Door de andere werking gaat er nu een draaimoment werken, dat door de gebruiker opgevangen moet worden. Er kan een los en vast klikkend handvat gemaakt worden, wat met hetzelfde principe werkt als wat tussen de profielen en de behuizing gebruikt wordt. Het handvat past dan in de sleuven van de behuizing. Deze aanbevelingen kunnen meegenomen worden naar het volgende ontwerpkwartaal, daar zal beoordeeld worden of ze de moeite waard zijn om verder uit te werken.
XXII
Bronnen Software SolidWorks 2003 Matrixframe 2.0 Studentenversie CES4 (material selector) Internet www.sfk.com www.protomold.com www.productietechniek.nl www.smart.com www.maxonmotor.com www.johnsonelectric.com www.traceparts.com www.dined.nl Werkboeken Werkboek Ontwerpen 3 Werkboek Ontwerpen 4
Boeken Roozenburg, N.F.M en Eekels, J. 2001. Productontwerpen, structuur en methoden. 2e druk. Utrecht, Uitgeverij Lemma BV. Muller, M. 2003. Vormgeven, ordening en betekenisgeving. 2e druk. Utrecht, Uitgeverij Lemma BV. Muhs, D., Wittel, H., Becker, M. en Jannasch D. 2002. Roloff / Matek Machineonderdelen. 3e verbeterde druk. Schoonhoven, Academic Service. Dirken, H. 2001. Productergonomie, ontwerpen voor gebruikers. 3e druk. Delft University Press.
