Scriptie IDE442 MATERIALISEREN 2003 KLEINE WASJES, GROTE WASJES, STOP ZE IN DE WASMACHINE

Scriptie

IDE442 MATERIALISEREN

2003

KLEINE WASJES, GROTE WASJES, STOP ZE IN DE

WASMACHINE Bo Jansen, Erik de Jong, Jakub Dzierzak, Jannie Dijkstra & Sonja Evers Begeleider: Wolter Jager Inhoudsopgave 1

TU

UT

Samenvatting .....................................................................................................................3 Nederlands .....................................................................................................................3 Engels ............................................................................................................................3 Inleiding ..............................................................................................................................4 2.1 De wasmachine .............................................................................................................4 2.2 Geschiedenis .................................................................................................................4 2.3 Plan van aanpak ............................................................................................................4 Analyse ...............................................................................................................................5 3.1 Hoe ziet een wasmachine eruit ......................................................................................5 3.2 Werking ..........................................................................................................................5 3.3 Levensloop .....................................................................................................................5 3.4 Belangrijkste onderdelen ...............................................................................................6 3.5 Nog wat cijfers ...............................................................................................................6 3.6 Bijzondere functionaliteiten ............................................................................................6 3.7 Vernieuwingen ...............................................................................................................7 3.8 Informatie uit andere bronnen ........................................................................................7 3.9 Conclusies .....................................................................................................................7 Probleemstelling ...............................................................................................................8 Alternatieven ......................................................................................................................9 5.1 Reservoir ........................................................................................................................9 5.1.1 Doelstelling .............................................................................................................9 5.1.2 Oplossing ................................................................................................................9 5.1.3 Aandachtspunten ....................................................................................................9 5.1.4 Materialen en fabricage ..........................................................................................9 5.1.5 Nadelen ................................................................................................................10 5.2 Mat ...............................................................................................................................10 5.2.1 Doelstelling ...........................................................................................................10 5.2.2 Oplossing ..............................................................................................................10 5.2.3 Aandachtspunten ..................................................................................................10 5.2.4 Materialen en fabricage ........................................................................................10 5.2.5 Nadelen ................................................................................................................11 5.3 Behuizing .....................................................................................................................11 5.3.1 Doelstelling ...........................................................................................................11 5.3.2 Oplossing ..............................................................................................................11 5.3.3 Aandachtspunten ..................................................................................................11 5.3.4 Materialen en fabricage ........................................................................................11 5.3.5 Nadelen ................................................................................................................11 Keuze alternatief .............................................................................................................12 Uitdiepen concept ...........................................................................................................13 7.1 Materialen ....................................................................................................................13 7.2 Geometrie ....................................................................................................................14 7.2.1 Beschikbare ruimte ...............................................................................................14 7.2.2 Uitgangspunten .....................................................................................................15 7.2.3 Vormbepaling ........................................................................................................15 7.3 Fabricage .....................................................................................................................17 7.3.1 Selecteren PRIMA ................................................................................................17 7.3.2 Spuitgieten ............................................................................................................17 7.3.3 Ontwerpeisen ........................................................................................................18 7.3.4 Kosten ...................................................................................................................18 7.4 Assemblage .................................................................................................................18 TU

1.1 1.2

2

TU

UT

UT

TU

TU

UT

TU

4 5

UT

TU

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

TU

UT

UT

UT

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

TU

UT

TU

TU

6 7

UT

UT

TU

TU

TU

UT

UT

TU

TU

UT

UT

TU

TU

TU

3

TU

UT

TU

UT

UT

TU

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

TU

UT

UT

UT

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

UT

UT

TU

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

TU

UT

TU

TU

TU

UT

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

TU

TU

TU

UT

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

UT

TU

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

© Faculteit Industrieel Ontwerpen

1

Technische Universiteit Delft

Scriptie

7.5


2003

Proef .............................................................................................................................18 7.5.1 Resultaten .............................................................................................................19 7.5.2 Conclusie ..............................................................................................................19 7.5.3 Aanbeveling ..........................................................................................................19 8 Conclusies en aanbevelingen ........................................................................................20 8.1 Conclusie .....................................................................................................................20 8.2 Aanbevelingen .............................................................................................................20 8.2.1 Bronvermelding .........................................................................................................21 9 Bijlagen ............................................................................................................................22 9.1 Bijlage A – transparant view wasmachine ...................................................................22 9.2 Bijlage B - Excursie kringloopcentrum .........................................................................23 9.3 Bijlage C - Excursie Whirlpool ......................................................................................24 9.3.1 Buitentrommel .......................................................................................................24 9.3.2 Verzwaring ............................................................................................................24 9.3.3 Waterreservoir ......................................................................................................24 9.3.4 Afmetingen wasmachine ......................................................................................24 9.3.5 Motor .....................................................................................................................24 9.3.6 Ultrasoon wassen en de Dyson wasmachine .......................................................24 9.3.7 Reiniging en normering .........................................................................................25 9.3.8 Levensduur wasmachine ......................................................................................25 9.3.9 Tips .......................................................................................................................25 9.4 Bijlage D - Tabel met materialen .................................................................................26 9.5 Bijlage E – Technische tekening buitentrommel ..........................................................28 9.6 Bijlage F – Kosten berekening .................................................................................... 29 TU

TU

UT

TU

UT

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

UT

UT

TU

TU

TU

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

UT

UT

UT

UT

UT

TU

UT

TU

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

TU

TU

UT

UT

UT

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

TU

UT

TU

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT

UT


UT

UT

UT

T

2


Scriptie

1


2003

SAMENVATTING

1.1 Nederlands Deze scriptie is geschreven in het kader van het vak materialiseren. De wasmachine is onder de loep genomen, waarbij is gekeken naar de functies van de wasmachine en zijn onderdelen, de werking, de levensloop en de gebruikte materialen. Hierbij zijn een aantal problemen aan het licht gekomen: De wasmachine is moeilijk te verplaatsen door zijn omvang en gewicht. De wasmachine maakt veel geluid door het trillen tijdens het wassen, vooral tijdens het centrifugeren. De motor produceert een hoog gezoem, vooral bij hoge toeren. Deze problemen zijn verder uitgediept. Als oplossingen zijn aangedragen, een schokdempende mat voor onder de wasmachine, een waterreservoir als vervanging van het betonblok en een isolerende behuizing. Er is gekozen om verder te gaan met het waterreservoir omdat deze naast schokdemping ook het gewicht bij verplaatsen verminderd. Bij de verdere uitwerking van het water reservoir is aan de hand van functies en geometrie gezocht naar bruikbare materialen en naar mogelijke vervaardigingtechnieken. Functies:

Ballast in vorm van water vasthouden. Om lopen van de wasmachine te voorkomen Vullen en legen om licht te zijn bij vervoer

Materiaal:

Glasvezelversterkt PP

Vervaardiging:

Spuitgieten

1.2 Engels This paper was written for the course Materialiseren. The washing machine was studied closely, in which the functions of the washing machine were examined, as well as it’s parts, the functioning, it’s course of life and the materials used. In this a number of problems came to light. The washing machine is difficult to displace due to its size and weight. The washing machine is very loud because of the vibrating during washing, and especially during spin-drying. The motor produces a high-pitched buzz, especially with high numbers of revolution. These problems were further looked into. As solutions were conceived: a shock-absorbing mat to be placed underneath the washing machine, a water reservoir to replace the concrete weight and sound insulating housing. To continue with the water reservoir was chosen, because it reduces the weight during displacement as well as reduces vibration. In further working out the water reservoir there was looked into applicable materials and possible manufacturing techniques on the basis of the functions and the geometry. Functions:

Containing ballast in form of water to prevent walking of the washing machine. Filling and draining to reduce weight during transport.

Material:

Fiberglass reinforced PP.

Manufacturing:

Inject molding.


3


Scriptie


2003

2 INLEIDING In dit verslag zijn de resultaten te vinden behorende bij het vak Materialiseren. Het doel van het vak is om met behulp van de kennis van materialen en productietechnieken een bestaand consumentenproduct te analyseren en één of enkele onderdelen hiervan te verbeteren. In dit verslag zijn is dieper ingegaan op de wasmachine zoals die tegenwoordig in bijna ieder huishouden in de Westerse wereld is terug te vinden: de voorlader. 2.1 De wasmachine Iedereen is wel bekend met de wasmachine: het is een witte doos met een opening waardoor je de was in het apparaat kan brengen. Met behulp van water en zeep wordt de was in korte tijd gereinigd. Meestal zijn wasmachines te vinden in de bijkeuken, de douche of op de zolder. 2.2 Geschiedenis Ook al lijkt er in geen jaren iets veranderd te zijn aan de wasmachine, toch is de wijze van kleding reinigen in de loop van de jaren enorm veranderd. Werd lang geleden alle was met de hand geschrobd en uitgewrongen, langzamerhand kreeg de mens hier steeds meer hulpmiddelen bij in de vorm van bijvoorbeeld een wasbord en een mangel, maar nog steeds kostte het heel veel tijd. Nu wordt vooral gebruikt gemaakt van de voorlader, waarbij niets anders meer gedaan hoeft te worden dan de was in de machine te stoppen, wasmiddelen toe te voegen, een programma uit te zoeken en de machine aan te zetten. De rest volgt vanzelf. Anderhalf à twee uur later kan de was schoon en bijna droog uit de wasmachine gehaald worden en hoeft het alleen nog maar verder te drogen. En ondanks dat het wassen al enorm is verbeterd, wordt nog steeds geprobeerd het wasproces verder te optimaliseren. Hierbij moet gedacht worden aan het minimaliseren van het waterverbruik (Ultrasoon wassen), nog schoner krijgen van de was (Dyson), kreukvrije was en grotere hoeveelheden was ineens (BIG). 2.3 Plan van aanpak In dit verslag zal worden gekeken welke problemen er ondanks alle al gedane verbeteringen toch nog in het product zijn te vinden. Allereerst zullen de huidige wasmachines geanalyseerd worden. Na aanleiding van deze analyse zullen enkele problemen geconstateerd worden en kan een probleemstelling opgesteld worden. Van de oplossingen die bedacht gaan worden zal één oplossing (voor een deelprobleem) worden uitgekozen om verder te worden uitgediept. Na het toetsen of het probleem ook daadwerkelijk wordt opgelost zullen conclusies worden getrokken en aanbevelingen worden gedaan voor verdere uitwerking. Achter in het verslag zullen de gebruikte bronnen worden vermeld en zijn enkele bijlagen te vinden met hierin technische gegevens en verslagen van bezoeken aan bedrijven en experts.


4


Scriptie


2003

3 ANALYSE Zoals eerder is vermeld, is het doel van de opdracht het verbeteren van een bestaand consumentenproduct. Om verbeteringen aan te kunnen dragen moet eerst achterhaald worden waar de problemen zitten. Dit kan op allerlei vlakken zijn: bij de productie, de distributie, de verkoop, gebruik en bij afdanking. Bij het uitpluizen hiervan is gebruik gemaakt van verschillende bronnen: (vak)literatuur, internet, bedrijfsbezoeken, bezoeken van experts en interviews met consumenten. Daarnaast is het product door onszelf getest. 3.1 Hoe ziet een wasmachine eruit De buitenkant van de wasmachine ziet eruit als een witte doos van 60 x 53 x 84 cm. Aan een matelan (RVS) frame zijn geëmailleerde platen staal bevestigd. Er is bewust gebruik gemaakt van staalplaten, omdat deze zeer eenvoudig te produceren en te verwerken zijn. De laag emaille voorkomt dat het metaal zal gaan roesten. Dit is essentieel gezien het vochtige klimaat van de ruimtes waar de wasmachines staan. Aan de voorkant zijn kunststof knoppen bevestigd en zit een uitschuifbaar zeepbakje. In de voorste staalplaat zit een glazen deur die toegang geeft tot de binnentrommel. (zie ook bijlage A, transparant view wasmachine) 3.2 Werking De was wordt in de binnentrommel gelegd. Deze binnentrommel is bevestigd aan de buitentrommel, die het water, eventueel vermengd met wasmiddelen, opvangt. De binnentrommel wordt aangedreven door een motor zodat de was schoon gekneed wordt. Regelmatig wordt het vieze water weggepompt en wordt schoon water toegevoegd, totdat de was schoon is. Nu wordt het toerental van de motor en dus de omwentelsnelheid van de binnentrommel dusdanig verhoogd (tussen de 1000 en 1400 toeren/min), dat de was wordt gecentrifugeerd en het grootste gedeelte van het water uit de was wordt gehaald. De belangrijkste problemen die tijdens het gebruik werden geconstateerd zijn het geluidsoverlast door de motor en door het trillen van de wasmachine tijden het centrifugeren. Dit geluid wordt vaak versterkt door de ruimtes waar de wasmachines staan en die vaak betegeld zijn; het geluid wordt nog extra weerkaatst. Een anders probleem dat ook voornamelijk plaatsvindt tijdens het centrifugeren is het ‘lopen’ van de wasmachine. Door de grote hoeveelheid beweging die ontstaat door het hard ronddraaien van de trommels verplaatst de wasmachine steeds een klein beetje. Het derde probleem is van heel andere aard. De wasmiddelen die in het wasmiddelenbakje zijn gedaan vlak voor de wasbeurt blijken niet helemaal weg te zijn opgelost in het water. Het gedeelte dat achter is gebleven wordt viezig en plakkerig en zorgt ervoor dat de volgende hoeveelheid wasmiddel nog minder goed wordt opgelost. 3.3 Levensloop De onderdelen van de wasmachine worden op verschillende machines gefabriceerd. Tijdens de assemblage worden ze op hun plaats in de omkasting geplaatst. Na de productie worden grote hoeveelheden wasmachines vervoerd naar wit(- en bruin)goedzaken. Hier worden ze aan consumenten verkocht. Nadat een wasmachine door een consument is gekocht, wordt de wasmachine naar de gebruiksplaats vervoerd, alwaar hij wordt aangesloten. Tijdens de gebruiksperiode (9 tot 12 jaar ofwel 2500 wasbeurten) zal de wasmachine hoogstwaarschijnlijk minimaal éénmaal worden verplaatst naar een andere ruimte of een ander gebouw. Dit zorgt nogal eens voor problemen aangezien de wasmachine erg zwaar is en niet echt de mogelijkheid biedt om hem goed vast te houden. Aan het einde van de levensduur wordt de wasmachine opgehaald en uit elkaar gehaald, zodat de onderdelen die nog goed werken verwerkt kunnen worden in andere wasmachines. De rest zal worden verwerkt tot grondstof of worden verbrand. Vooral het gewicht van wasmachines en dan wel tijdens het vervoer blijkt een groot probleem te zijn gedurende de gehele levensloop. De wasmachine wordt vaak vervoerd. Op het moment dat het geassembleerd is en vanaf de fabriek naar de witgoedzaken wordt vervoerd, hetgeen vaak over grote afstanden gebeurt, weegt het al ongeveer 85 kg. Dit geeft problemen met het optillen, maar de vervoerskosten zijn ook bijzonder hoog door dit gewicht. Als het product naar


5


Scriptie


2003

de consument wordt gebracht moet het vaak één of meerdere trappen opgetild worden. Dit kan vanwege de ruimte door niet meer dan twee personen worden gedaan. Doordat de wasmachine geen goede handvatten of andere plekken heeft waar het goed kan worden vastgehouden is dit vervoeren nog extra lastig. Zoals gezegd wordt de wasmachine vaak minimaal één keer verplaatst, maar regelmatig ook veel vaker en uiteindelijk wordt het afgevoerd om uit elkaar gehaald en eventueel hergebruikt te worden. Iedere keer heeft men weer te maken met het gewicht. (zie ook bijlage B, Excursie Kringloopwinkel) 3.4

Belangrijkste onderdelen

Onderdeel

Functie

Materiaal

Bijzonderheden

Buitenplaten

afschermen binnenwerk

geëmailleerd plaatstaal

recht van vorm

Buitentrommel

ophanging en opvangen RVS of water glasvezelversterkt PP

Afsluitring

water binnen trommels houden

kunststof rubber

flexibel en toch stevig

As

ophanging binnentrommel

metaal

groot moment

Motor

aandrijven binnentrommel

n.v.t.

verschillende toerentallen

Aandrijfriem

overbrengen aandrijving kunststof

Verwarmingselement

verwarmen waswater

metaal

Pomp

wegpompen vies waswater

n.v.t.

Wasmiddelenbakje

reservoir wasmiddel

kunststof

wasmiddel blijft kleven

Gewicht

verzwaren, tegengaan ‘lopen’

beton of gietijzer

30 kg, bevestigd aan buitetrommel

Veer

ophanging trommels

metaal

grote krachten

Veerdempers

verminderen trillen

staal + kunststof

grote krachten

Elektronica

ansturen wasmachine

n.v.t.

conctact met water funest

min 6 cm van omkasting

kalkaanslag

3.5 Nog wat cijfers De afmetingen van de wasmachine zijn 60 x 53 x 84 cm. In de hoogte kan nog wel gevarieerd worden, maar de breedte en diepte zijn vaste maten waar niet van afgeweken mag worden. Tussen de buitentrommel en de omkasting moet aan beide kanten minimaal 6 cm ruimte blijven in verband met uitwijking bij onbalans (schudden van de trommels als gevolg van een onevenwichtige verdeling van het wasgoed in de binnentrommel). Een gemiddelde wasmachine weegt tussen de 79 en 88 kg. Hiervan komt ongeveer 30 kg voor rekening van de gewichten (beton of gietijzer) die trillen en lopen van de wasmachine tijdens het centrifugeren tegen moeten gaan. Per wasbeurt, die ongeveer 135 min duurt, wordt 43 liter water verbruikt 0,85 kWh. 3.6 Bijzondere functionaliteiten Voor ieder soort wasgoed is tegenwoordig een apart programma. Daarnaast kunnen ook de temperatuur en soms het toerental ingesteld worden. Steeds meer machines maken gebruik van een ingebouwd onbalans herkenningsysteem (zorgt voor een beter verdeling van de was waardoor grote uitwijkingen en lopen worden voorkomen) en een knopenfilter (voor het opvangen van kleine vaste voorwerpen die per ongelijk in de was terecht zijn gekomen).


6


Scriptie


2003

3.7 Vernieuwingen Er zijn allerlei nieuwe soorten wasmachines op de markt die proberen het wassen nog verder te verbeteren. Een voorbeeld hiervan is de Dyson wasmachine. Deze wasmachine maakt gebruik van contraroterende binnentrommels waardoor het wasgoed extra goed gekneed wordt, vergelijkbaar met de handwas. Hierdoor wordt de was nog schoner. Een nadeel is echter dat wasgoed hier niet goed tegen blijkt te kunnen en slijt extreem snel. Hetzelfde geldt voor het ultrasoon wassen. Door de hoge geluidstrillingen wordt het vuil als het ware losgetrild uit de was en is geen water meer nodig. Natuurlijke materialen zoals katoen, wol en zijde zijn wel tegen deze trillingen bestand, maar kunstmatige stoffen verliezen hun samenhang, waardoor het wasgoed kapot gaat. Naast deze nieuwe manieren van wassen zijn er ook andere manieren waarop het wasproces wordt verbeterd. Zo worden tegenwoordig grotere wasmachines ontwikkeld (oa de BIG van Whirlpool) die bijna de dubbele hoeveelheid wasgoed aankunnen (8 kg), heeft Whirlpool een nieuwe motor ontwikkeld die gebruik maakt van een 10000 Hz gelijkstroommotor in plaats van de 50 Hz motor die nu wordt gebruikt en een laag gebrom veroorzaakt. Het geluid van deze motor is nauwelijks waar te nemen: slechts 48 dB(A) bij het wassen en 65 dB(A) bij het centrifugeren. Het enige geluid dat nog te horen is tijdens het wassen is het geluid van de beweging van de trommels en het geluid van de pomp. 3.8 Informatie uit andere bronnen Huidige gebieden waarmee verbeteringen proberen te worden bereikt zijn het electrolytisch wassen en verbeteringen van de wasmiddelen (bron: octrooien). Ook zou aan het de hoeveelheid geluid en het energieverbuik nog heel wat verbeterd kunnen worden (bron: concumentengids). Bij witgoedzaken viel vooral op te merken dat alle wasmachines er vrijwel hetzelfde uitzien, namelijk een witte doos met wat knopjes. Er wordt bijzonder weinig aandacht besteed aan onderscheidende vormgeving. Het grootste verschil is te vinden op de plaats van de opening: er zijn voorladers en bovenladers. Een groot nadeel van deze bovenladers is dat ze niet stapelbaar zijn en om deze reden worden ze veel minder verkocht dan de voorladers. Een ander groot nadeel is dat de huidige bovenladers bij een lager toerental centrifugeren dan de voorladers (dit heeft te maken met de geometrie van de trommel). Hierdoor komt de was natter uit de machine. Het gewicht en de afmetingen van de voorladers zijn precies hetzelfde. De enige verschillen zijn te vinden op het gebied van toerental, aantal programma’s, energieverbruik en prijs. De behuizing heeft geen dragende functie. Hij is nu nog van plaatstaal (recht en hoekig). Dit is eenvoudig te fabriceren en het is goedkoop. 3.9 Conclusies De wasmachines die in de meeste huishoudens te vinden zijn, zijn de voorladers. Deze wasmachines hebben ten aanzien van de bovenladers een hoop voordelen. Hierdoor is de voorlader meer ontwikkeld dan de bovenlader. Omdat wasmachines heel lang meegaan, staan bij de meeste mensen nog steeds oude machines. De nieuwe modellen zijn stiller, gebruiken minder water (heeft ook met het wasmiddel te maken) en gebruiken minder energie. Alhoewel er steeds naar andere wastechnieken wordt gezocht, blijkt dat de huidige methode nog steeds de beste is. De opkomst van software om machines intelligent te maken heeft een positieve invloed op de nieuwe generatie wasmachines. Nog even en de wasmachine kiest zelf helemaal hoe, hoelang en met welk wasmiddel er gewassen moet worden. Het is opvallend dat er na alle ontwikkelingen nog steeds niks is gedaan aan het extra toegevoegde gewicht van de wasmachine. Ondanks ontwikkelingen als onbalans herkenning en stabilisatie systemen is het extra toegevoegde gewicht niet lager geworden. Sterker nog, het wordt steeds hoger. Omdat de wasmachines steeds harder gaan draaien, is er meer gewicht nodig om de wasmachine op zijn plaats te houden. Het hoge gewicht zorgt voor veel irritatie en problemen bij het vervoeren van de wasmachine.


7


Scriptie


2003

4 PROBLEEMSTELLING De wasmachine is een apparaat dat in vrijwel ieder huishouden onontbeerlijk is. Maar naast de voordelen, namelijk dat je was in ongeveer twee uur helemaal schoon is, brengt de wasmachine ook een aantal nadelen met zich mee: 1. Een wasmachine is een groot en zwaar object. Hierdoor wordt het verplaatsen en verhuizen van een wasmachine een lastig probleem. Dit grote gewicht van de wasmachine wordt veroorzaakt doordat de constructie verzwaard is met een betonblok of een onderdeel van gietijzer. Dit is gedaan om ‘lopen’ van het apparaat tijdens het wassen te voorkomen. Al tijdens de productie (bij de assemblage) wordt dit betonblok in de wasmachine geplaatst en iedere keer dat de wasmachine verplaatst moet worden (naar groothandel, witgoedverkoper, gebruiker, waar hij soms zelfs enkele trappen op moet, bij verhuizing van gebruiker en uiteindelijk voor de verwerking terug naar de witgoedverkoper), moet ook dit zware gewicht meegezeuld worden. 2. Wasmachines maken veel geluid. Dit wordt voor een groot deel veroorzaakt door het trillen en bonken tijdens het wassen, vooral tijdens het centrifugeren. Het weglopen wordt weliswaar tegengegaan door het betonblok, maar dit kan er helaas niet voldoende voor zorgen dat de geluidsproductie tegengegaan wordt. In ruimtes met betegelde muren en vloeren wordt dit nog versterkt en in slecht geïsoleerde huizen is dit geluid door het hele huis heen goed te horen. 3. De motor produceert een hoog gezoem. Dit geluid is vooral te horen is als de motor op hoge toeren draait. Ons doel is nu om met behulp van een materiaal- en fabricagegeoriënteerde verbetering deze problemen aan te pakken en zodoende een vermindering in gewicht te realiseren, zodat verplaatsen eenvoudiger en goedkoper zal zijn, of een vermindering in geluidsproductie te realiseren. De prestaties en/of levensduur van de wasmachine mogen hierbij niet negatief beïnvloed worden, de energieconsumptie mag niet (veel) vergroten door de oplossing. Bovendien mag de directe omgeving van de wasmachine niet aangetast of beschadigd te worden.


8


Scriptie

5

ALTERNATIEVEN

5.1

Reservoir


2003

5.1.1 Doelstelling Gewichtsbesparing van de wasmachine zodat vervoeren minder problematisch zal zijn en daarnaast ook veel minder hoeft te kosten. Hierbij is het essentieel dat de wasmachine tijdens gebruik wel voldoende verzwaard is om trillen en ‘lopen’ tegen te kunnen gaan. 5.1.2 Oplossing Maak gebruik van een reservoir dat te vullen is met water. Deze moet op ongeveer dezelfde plaats komen als de huidige verzwaring, dus op de buitentrommel. Door het reservoir leeg te laten (lopen) op het moment dat de wasmachine vervoerd moet worden, wordt hij 30 kg lichter en dus veel hanteerbaarder. Ook zullen de kosten voor vervoer hierdoor beperkt worden. Op het moment dat het product op de plaats van bestemming is, dus daar waar hij gebruikt zal gaan worden, wordt het reservoir gevuld met water. Op deze manier is de wasmachine weer voldoende verzwaard. 5.1.3 Aandachtspunten De betonblokken wegen samen 30 kg. Om ditzelfde gewicht te realiseren is dus een reservoirvolume nodig van 30 liter (ρ water = 1000 kg/m 3 ). In principe is nog voldoende ruimte aanwezig in wasmachines voor deze hoeveelheid water. Deze reservoirs zouden aan de buitenkant van de buitentrommel bevestigd kunnen worden, of, in het geval dat de buitentrommel van kunststof is, hiermee worden geïntegreerd. Tussen de binnentrommel en reservoir moet een isolatielaag aanwezig zijn zodat het water in het reservoir niet de warmte van het waswater overneemt. Dit zou zorgen overmatig verwarmen van het waswater en dus voor enorme energieverliezen. Bij de vorm en de plaats van het reservoir moet rekening gehouden worden met de ruimte die nodig is tussen de buitentrommel en de omkasting. Hier is aan beide kanten 6 cm nodig in verband met de uitwijking van de trommels in het geval van onbalans. Water heeft als eigenschap dat het vloeibaar is en dus reageert op bewegingen. Door het schudden van de wasmachine zou het water kunnen gaan klotsen en het schudden misschien zelfs versterken in plaats van dempen. Dit kan voorkomen worden door in het reservoir gebruik te maken van schotjes met een kleine opening, waardoor de weg van het water zo lang mogelijk wordt gemaakt en dit klotsen wordt tegengegaan. Door bovendien aan de bovenkant van het reservoir een taps toelopend stukje toe te passen kan gezorgd worden dat het reservoir zelf geheel afgevuld wordt en het wateroppervlak en dus het klotsen tot een minimum beperkt wordt. Omdat het water in het reservoir gedurende langere tijd afgesloten zal blijven en weinig ververst zal worden, zou de mogelijkheid bestaan dat in het water bacteriën zoals legionella zich kunnen ontwikkelen. Het is dus belangrijk dat dit reservoirwater niet in contact komt met het waswater. Door regelmatig verversen en eventueel toevoegen van chemicaliën zou deze ontwikkeling kunnen worden beperkt of zelfs voorkomen. Het vullen en legen van het reservoir moet op een eenvoudige wijze gedaan kunnen worden. Door het reservoir automatisch te laten vullen bij de eerste wasbeurt en het regelmatig te laten verversen met oud waswater, hoeft de consument zich hier niet mee bezig te houden. Ook kan worden gekozen voor het handmatig vullen en legen met behulp van bijvoorbeeld een aparte aansluiting. B

B

P

P

5.1.4 Materialen en fabricage Omdat het reservoir voorzien zal worden van schotjes is spuitgieten van een kunststof de meest voor de hand liggende fabricagetechniek. De kunststof die gebruikt gaat worden moet goed bestand zijn tegen water, tegen enige temperatuurverhoging en stijf zijn. Er zou bijvoorbeeld gekozen kunnen worden voor PS of PE. Als echter het reservoir één geheel zou worden met de buitentrommel, zou voor een kunststof met een hoge stijfheid, zoals glasvezelversterkte kunststoffen, of voor RVS gekozen moeten worden.


9


Scriptie


2003

5.1.5 Nadelen Het reservoir heeft een aardig gecompliceerde vorm, waardoor de kosten voor de wasmachine waarschijnlijk zouden stijgen. 5.2

Mat

5.2.1 Doelstelling Beter contact tussen wasmachine en vloer, zodat de wasmachine niet zo makkelijk kan gaan lopen, en tegelijkertijd demping van geluid en trillingen, zodat dit niet door het gehele huis waarneembaar is. 5.2.2 Oplossing Door een mat dat van een dempend materiaal is gemaakt onder de wasmachine te leggen, worden de meeste trillingen geabsorbeerd. Hierdoor zullen zowel het geluid worden beperkt als het ‘lopen’ worden tegengegaan. 5.2.3 Aandachtspunten De mat moet bestand zijn tegen vocht, aangezien hij in een vochtige omgeving gebruikt zal worden en regelmatig met water of vochtige spullen in contact zal komen. Dit zou onder andere gedaan kunnen worden door de mat een glad oppervlak te geven. Het rubber moet stijf zijn omdat het goed bestand moet zijn tegen het gewicht en de trillingen van de wasmachine. Door een rubber te kiezen met korte ketenafstand of door het te vullen met roet kan dit gerealiseerd worden. De soort rubber die gebruikt wordt moet een grote verliesmodulus hebben. Dit houdt in dat de bewegingsenergie dankzij een faseverschil wordt omgezet in warmte. Om dit te bereiken moet het zo veel mogelijk ‘dying ends’ hebben. Ook door gebruik van olie als vulmiddel zou grotere demping kunnen worden bereikt. Hoe kleiner de afstand, hoe stijver het rubber Hoe meer ‘dying ends’, hoe beter de demping

Het rubber moet gecrosslinked zijn omdat het anders gaat kruipen. De mat moet groot genoeg zijn voor alle bestaande wasmachines, dus minimaal 60 x 53 cm (b x d) (Bron: Dr. A.D. Gotsis) 5.2.4 Materialen en fabricage Door de mat op te bouwen uit materialen met verschillende eigenschappen, kan het geschikt worden gemaakt voor de zware omstandigheden. Een gladde laag aan de buitenkant voor waterbestendigheid en een poreuze, rubberachtige eventueel geschuimde laag daartussen die de trillingen absorbeert en voldoende stijfheid biedt.

Gladde laag Poreuze laag (schuim) Gladde laag Vooral EPDM (Ethyleen Propyleen) komt hiervoor in aanmerking, maar ook SBR is een geschikt materiaal. De mat zou gefabriceerd kunnen worden met behulp van Reaction Injection Moulding


10


Scriptie


2003

(om het crosslinken van de moleculen te bewerkstelligen) in een matrijs. Maar ook spuitgieten en extruderen zijn goede methoden om een mat bestaande uit meerdere lagen te produceren. (Bron: Dr. A.D. Gotsis) 5.2.5 Nadelen Het geluids- en trilprobleem wordt niet bij de bron aangepakt. De mat zorgt er alleen voor dat de gevolgen zo veel mogelijk beperkt worden. Bovendien kan hij alleen de zware trillingen tegengaan, hoogfrequent geluid wordt niet opgenomen door de mat. 5.3

Behuizing

5.3.1 Doelstelling Zorg ervoor dat het geluid dat binnenin de wasmachine wordt geproduceerd als gevolg van draaien van motor, trommels en andere trillingen zo veel mogelijk verminderd wordt alvorens dit de wasmachine verlaat. Op deze manier wordt het geluidsprobleem dichtbij de bron aangepakt. 5.3.2 Oplossing Door de omkasting van de wasmachine te bekleden met geluiddempend materiaal, zal slechts een klein deel van het oorspronkelijke geluidsniveau door de consument waar te nemen zijn. Tegelijkertijd zou ook de vormgeving van de omkasting aangepast kunnen worden, zodat de wasmachine zowel qua functionaliteit (namelijk het beperken van de geluidsoverlast) als qua vormgeving onderscheidend is van producten van de concurrent. 5.3.3 Aandachtspunten Het materiaal moet bestand zijn tegen een vochtige omgeving, maar niet perse tegen water, omdat in de wasmachine buiten de trommels in principe geen water komt. De lucht zou echter wel een beetje vochtig kunnen zijn. De kunststof moet goed hoogfrequent geluid kunnen dempen. Over het algemeen zijn kunststoffen goede geluiddempers, maar het hoogfrequente geluid dat de motor maakt is lastiger. De behuizing krijgt aan de binnenkant een ruw oppervlak, zoals bijvoorbeeld het eierdozenschuim dat wordt gebruikt voor het creëren van geluiddichte ruimtes. Dit breekt de geluidsgolven waardoor het makkelijk geabsorbeerd wordt. 5.3.4 Materialen en fabricage Een combinatie van een schuim en een gladde kunststof zou goed aan de gestelde aandachtspunten kunnen voldoen. Kunststoffen die in aanmerking komen zijn: (lineair) PP: dit is goedkoop en niet gevoelig voor water polyurethaan: is wel waterabsorberend en zou dus afgeschermd moeten worden polycarbonaat: is erg duur schuimsandwiches. Naast kunststofschuim kan echter ook gebruik worden gemaakt van metaalschuim. Hierbij zijn de luchtkamers, in tegenstelling tot kunststofschuimen, met elkaar verbonden. Door de resonantie van de dunnen wandjes en de hierdoor ontstane warmteontwikkeling treedt nog hogere absorptie op. 5.3.5 Nadelen Een gaatje in de behuizing kan funest zijn voor de reductie van het geluid. Een gat van 1% kan al zorgen voor 50% minder demping. Omdat de elektromotor echter continu gekoeld moet worden door een luchtstroom, zal toch ergens een opening in de behuizing nodig zijn.


11


Scriptie


2003

6 KEUZE ALTERNATIEF Na de voordelen en de nadelen van de verschillende alternatieven tegen elkaar afgezet te hebben, is ervoor gekozen het reservoir verder uit te werken. Dit is vooral gedaan na aanleiding van de volgende punten. Het reservoir is het meest innovatieve concept. Het lost een heel belangrijk probleem op bij de bron. De kans dat deze oplossing goed werkt is groter dan van de andere twee concepten. Bovendien kunnen met dit concept nog secundaire voordelen behaald worden. Het waterreservoir zou kunnen bijdragen aan de koeling van de motor. Daarnaast zou het reservoir optimaal gebruik kunnen maken van de beschikbare ruimte in de wasmachine waardoor de wasmachine meer ballast heeft tijdens het wassen en trillen nog meer kan worden tegengegaan. Een voordeel van water is bovendien dat het goed hoogfrequent geluid absorbeert en het dus de motor zou kunnen isoleren. Het reservoir heeft echter ook een aantal punten waar bijzonder aandacht aan zal moeten worden besteed. het reservoir heeft een complexe vorm. het reservoir is, tenzij het wordt geïntegreerd met de buitentrommel, een extra onderdeel in de assemblagelijn. Het stilstaande water geeft, zeker bij verhoogde temperaturen, een grote kans op het uitbreiden van bacteriën en misschien besmetting met legionella.


12


Scriptie


2003

7 UITDIEPEN CONCEPT Uiteindelijk is het van belang dat bepaald kan worden in hoeverre het gekozen concept haalbaar is en ook daadwerkelijk een oplossing voor het gevonden probleem is. Voordat deze conclusies echter getrokken kunnen worden, moet eerst nog aanvullende informatie gezocht en verwerkt worden, en wel met betrekking tot de volgende onderwerpen: Welke materialen zijn geschikt om dit product van de maken, hoe gaat het product eruit zien, dus wat is de geometrie van het reservoir en hoe zal het gemaakt en geassembleerd moeten worden? Als laatste zal getest gaan worden of het product inderdaad werkt. 7.1 Materialen Aangezien de eisen waaraan het materiaal moet voldoen al vrij duidelijk waren, is met behulp van het programma Cambridge Material Selector (CMS) gebruikt om de geschikte materialen te vinden. Het CMS is een database waarin 167 verschillende materiaalgroepen zijn opgeslagen. Door de materiaaleisen tegen elkaar uit te zetten kun je de geschikte materialen selecteren. De eisen die hiervoor gebruikt zijn, zijn de volgende: 1. Het materiaal mag niet zwaar zijn => maximale dichtheid van 2000 kg/m^3. 2. Het materiaal moet sterk genoeg zijn => bulkmodulus minimaal 1 Gpa. 3. Het materiaal moet zowel op trek als op druk belast kunnen worden. 4. Het materiaal moet goed tegen water kunnen. 5. Het materiaal mag niet veel kosten. 6. Het materiaal mag warmte niet goed geleiden. 7. 8. 9. 10. 11.

Het materiaal moet minimaal 90°C kunnen verdragen. Het materiaal moet op buiging belast kunnen worden. Het materiaal moet op torsie belast kunnen worden. Het materiaal moet redelijk slag- en krasvast zijn. Het materiaal mag niet veel spanningcorrosie vertonen.

7.1.1.1.1 7.1.1.1.2 De materiaalgroepen die geschikt waren voor de fabricage van het reservoir zijn: 1. Alkyds(ALK) 2. Glass fibre/polymer (GFRP) Laminate 3. Glass fiber/polymer (GFRP) unidirectional 4. High density Polyethylene (HDPE) 5. Nylons (Polyamide, PA) 6. Particulate reinforced (filled) polymers 7. Polyesters (PES)- rigid 8. Polyethylene terphthalate (PET) 9. Polypropylenes (PP) 10. Polystyrenes (PS) 11. Polyvinylchlorides (PVC)- rigid 12. Short fibre reinforced polymers De materialen en hun eigenschappen zijn uitgezet in een tabel (zie bijlage D). Gezocht is hierin naar materialen die niet te duur zijn, niet te grote dichtheid hebben en niet goed warmte opnemen, maar wel sterk genoeg zijn. Alle materialen zijn door de test gekomen, nu moet gekeken worden naar het gunstigste evenwicht van eigenschappen. PP en PS zijn interessant vanwegen hun lage prijs en hun goede omgevingseigenschappen. PP heeft ook goede warmte eigenschappen, maar is niet sterk genoeg. Je kunt deze materialen wel vullen met een vulmiddel of met vezels versterken deze komen ook gunstig uit de tabel. In enkele van de nieuwere modellen wasmachines wordt voor de buitentrommel al gebruik gemaakt van glasvezelverstrekt PP. Het is verstandig om binnen een product zoveel mogelijk


13


Scriptie


2003

de zelfde materialen te gebruiken, daarom willen we glasvezelversterkt PP ook gaan toepassen in het reservoir 7.2 Geometrie In verband met de vormgeving van het waterreservoir moest eerst bepaald worden welke ruimte hiervoor beschikbaar was binnen de wasmachine. Een wasmachine moest opengemaakt worden en de binnenruimtes opgemeten, rekening houdend met de speling benodigd voor het schudden van de wasmachine. Er is uitgegaan van een Indesit W165X wasmachine uit 2002. Dit is een zeer doorsnee model in de midden prijsklasse met buitenmaten van 596 x 530 x 840 mm. Deze wasmachine is midden boven geveerd opgehangen en heeft midden onder schokdempers. Het is verzwaard met een betonnen ring aan de voorkant van de wastrommel, met een volume van ongeveer 4 dm3. 7.2.1 Beschikbare ruimte In de wasmachine was de situatie qua ruimtes en onderdelen als volgt: Aan de voorkant is er de betonnen ring die voor het waterreservoir beschikbare ruimte beslaat. Deze ring heeft een buitenstraal van 260 mm, een binnenstraal van 200 mm (dit is de opening naar de wastrommel) en een dikte van 35 mm. Er is 40 mm speling voor het schudden aan de voorkant.

betonnen ring

voorkant

Aan de bovenkant van de wasmachine is vrij veel ruimte. In deze richting schudt de wasmachine door de veren niet erg want onder het zeepbakje is maar 25 mm speling. Verder is er nog zeker 125 mm ruimte tot de bovenkant van de behuizing en de bedrading. wateraanvoer

bedrading zeepbakje

bovenkant

Aan de zijkanten is 60 mm speling, welke geheel benut wordt tijdens het schudden. Op enkele plekken is er door bedrading zelfs maar 25 mm speling, maar hier zitten dan ook dempende rubbers. Er is hier in ieder geval geen plek voor het waterreservoir. Aan de achterkant is o.a. bij de as 40 mm speling. Maar buiten de as en de aandrijfriem is wel 85 mm speling. Hier is dus wel ruimte beschikbaar, en wel met een dikte van 45 mm.


14


Scriptie


2003

aandrijfriem en assen

achterkant

Aan de onderkant is ook enige ruimte, zij het op een asymmetrische rische manier. Links achter zit de motor, rechts voor de waterafvoer. Afgezien van op deze plekken is er inclusief speling 170 mm ruimte.

motor waterafvoer

onderkant

7.2.2 Uitgangspunten Naar aanleiding van de analyse (hst. 2) en de aandachtspunten van de alternatieven (hst. 4) is bij de vormbepaling van het waterreservoir uitgegaan van de volgende uitgangspunten: Het waterreservoir moet minimaal een inhoud hebben van 30 liter om de huidige gewichten te vervangen. Het reservoir moet qua afmetingen passen in een doorsnee wasmachine zonder radicale aanpassingen. Het waterreservoir moet goed vulbaar en leeg te laten lopen zijn. Bij vullen moet de lucht dus kunnen ontsnappen en bij leeg laten lopen moet al het water naar een afvoerplek stromen. Ook de water inlaat en de afvoer moeten aansluiten op de voorzieningen hiertoe in een doorsnee huidige wasmachine zonder radicale aanpassingen. In verband met de stabiliteit en belasting van de schokdempers en de veren dient het reservoir symmetrisch te zijn. De watermassa mag geen instabiliteit door klotsen veroorzaken. De watermassa mag geen extra energie verbruik tengevolge van warmte absorptie veroorzaken. 7.2.3 Vormbepaling Uitgegaan van de beschikbare ruimte en de uitgangspunten heeft dit tot het volgende ontwerp geleidt:


15


Scriptie


2003

waterinlaat luchtuitlaat

vooraanzicht perspectief

waterafvoer

achteraanzicht perspectief

Het is een geheel hol waterreservoir met een wanddikte van 2mm. De inhoud is 33,4 liter. De waterinlaat zit midden bovenin, vlak naast de water aanvoer in de Indesit wasmachine. Hier zit ook een lucht uitlaat, een gat waaruit de lucht kan ontsnappen als het reservoir gevuld wordt. De vormgeving is in overal oplopend naar dit punt, zodat de lucht hier uit zichzelf naartoe wordt geleid. Andersom is de vormgeving overal aflopend naar de waterafvoer onderaan de ring, zodat het reservoir hierdoor geheel leeg kan lopen. Dit is ook de reden dat er verder aan de achterkant geen ruimte meer wordt wordt gebruikt, dit zou niet leeglopen op de waterafvoer. De vernauwing boven aan de voorkant wordt veroorzaakt door het zeepbakje. Alles is symmetrisch gehouden ten behoeve van de stabiliteit en belasting van de veren en schokdempers. De oplopende richel aan de bovenkant heeft een dubbele functie: De lucht wordt hierdoor naar de luchtuitlaat geleidt. Maar ook kan hierdoor het grote volume deel van het reservoir goed geheel afgevuld worden en wordt het klotsen bij schudden beperkt tot de kleine ruimte in de richel. Het geheel zal uit twee spuitgegoten schaaldelen bestaan waarvan het onderste schaaldeel ook het bovenste deel van de buitentrommel is. Zodoende wordt het waterreservoir geïntegreerd met de buitentrommel. 7.2.3.1.1

Zie Bijlage E voor de technische tekening van de buitentrommel


16


Scriptie

7.3


2003

Fabricage

7.3.1 Selecteren PRIMA Het juist selecteren van het productie proces is van groot belang op de kosten en de kwaliteit van de componenten en assemblage. Er bestaan een aantal PRIMAs (PRoces Information Maps) die de benodigde informatie geven om een gefundeerde keuze te kunnen maken uit de bestaande technologieën. Schatting van de jaarlijkse productie hoeveelheid, de serie grootte per jaar, is 1.000.000 stuks (bron: Whirlpool, zie bijlage C). Het materiaal dat de product specificaties tegemoet komt is vezelversterkte PP, dat in te delen is bij de composieten. De kandidaat PRIMAs (figuur 3.10 selectiematrix deel 7, dictaat ide442) zijn gehaald uit de thermoplasten omdat er korte vezels gebruikt worden. Hierdoor kan gekozen worden uit de volgende technologievormen: Spuitgieten Vacuümvormen Drukgieten Continueëxtrusie Om uit deze PRIMAs te kiezen zijn ze bekeken (in Manufacturing Engeneering en Technologie) t.a.v. de vervaardiging en economische benodigdheden. Spuitgieten past goed in het bestaande productieproces van de buitentrommel. Zo worden steeds meer buitentrommels op deze manier geproduceerd. Het introduceren van het reservoir zou het ontwerp van twee nieuwe matrijshelften en een aanpassing van de matrijs, die de bovenste helft van de buitentrommel maakt, tot gevolg hebben. Bij deze hoge seriegrootte zullen de kosten van een nieuwe matrijs relatief laag zijn. Vacuümvormen zou een verandering van het bestaande productieproces tot gevolg hebben. Het reservoir en de butentrommel kunnen door hun geometrie lastig met vacuümvormen gemaakt worden. Het introduceren van vacuümvormen zal veel extra aanschaf- en aanpassingkosten met zich meebrengen. Drukgieten is een vorm van gieten waarbij het materiaal onder hoge druk in de matrijs wordt geperst. Dit proces zou gebruikt kunnen worden om het reservoir en de buitentrommel mee te maken. Het zou een hogere sterkte van het reservoir opleveren ten opzichte van spuitgieten. Het aanschaffen van drukgietmachines voor het productieproces van de wasmachine brengt echter zeer hoge kosten met zich mee. Continueëxtrusie komt niet in aanmerking voor het fabriceren van het reservoir. Er zou een zeer ingewikkelde spuitmond nodig zijn en de afmetingen van het extrusieprofiel zijn veel te groot. Ook past extrusie niet in het bestaande productieproces. Uit deze vergelijking van de mogelijke PRIMAs is eenvoudig te concluderen dat spuitgieten de beste technologiekeuze is. Het brengt de laagste kosten met zich mee bij het invoeren van het reservoir in het productieproces en het is de beste manier om het reservoir en de buitentrommel met de gewenste geometrie te fabriceren. 7.3.2 Spuitgieten Bij spuitgieten worden vloeibaar gemaakte kunststofkorrels in de matrijs gespoten. Dit kan met hoge snelheid gebeuren, waardoor de seriegrootte hoog kan zijn. De geometrie van het reservoir en dus van de matrijshelften, kan zeer complex gemaakt worden, waardoor de vormvrijheid groot is. Het is mogelijk om vezelversterkte kunststoffen met korte vezels te spuitgieten. Vezelversterkt PP is een combinatie van de thermoplast polypropyleen met glasvezel. De korte vezels worden voor het spuitgieten toegevoegd aan de PP. Tijdens het spuitgieten verspreiden de vezels zich homogeen binnen de kunststof. De vezels hebben een versterkend effect op de


17


Scriptie


2003

sterkte van het materiaal. Het spuitgieten van een met korte vezels versterkte kunststof brengt geen problemen met zich mee. 7.3.3 Ontwerpeisen Bij het ontwerpen van het reservoir moet gelet worden op de standaard ontwerpregels die gelden voor spuitgieten. Zo moeten de delen lossend zijn. De buitentrommel zal, dankzij het spuitgieten, uit twee delen gaan bestaan waarop het reservoir geplaatst zal worden. Ook moet zo veel mogelijk gewerkt worden met gelijke wanddikten, afgeronde hoeken en niet te hoge schotjes en versterkingsribben. De oppervlaktekwaliteit van spuitgietproducten is goed. Aangezien de buitentrommel in de behuizing van de wasmachine zit en niet te zien is door de concument worden geen eisen gesteld aan een mooie afwerking van het reservoir. De toleranties van het reservoir zullen vooral bij de vulmond en bij de bevestiging op de buitentrommel nauwkeurig genomen moeten worden. Het reservoir mag onder geen enkele omstandigheid gaan lekken. 7.3.4 Kosten De economische positie van spuitgieten is beter ten opzichte van de alternatieven omdat het proces al gebruikt wordt voor de buitentrommel. Het aanpassen van een matrijs brengt veel minder kosten met zich mee dan het introduceren van een nieuwe fabricagewijze, vooral omdat machines duur zijn. De kosten voor het bedrijf liggen vooral in het aanpassen van de matrijs. Er zal een nieuwe matrijs ontworpen en gemaakt moeten worden voor het reservoir en de bestaande matrijs voor de buitentrommel zal herontworpen moeten worden, maar kan dan weer vele jaren mee. Het waterreservoir zal, geïntegreerd met de buitentrommel, een kostprijs van ongeveer 20,35 euro opleveren, zie bijlage F. 7.4 Assemblage Omdat de geometrie van de bestaande buitentrommel veranderd moet worden, wordt de assemblage van de buitentrommel ook anders. In plaats van twee zijn er nu drie onderdelen die waterdicht op elkaar geplaatst moeten worden, namelijk de onderkant en de bovenkant van de buitentrommel en het reservoir. Deze stappen zullen op dezelfde plaats in het montageschema gedaan worden als dat nu de buitentrommel wordt gemaakt. Vervolgens moeten, als extra stappen, de vulmond en de waterslang geplaatst worden waarna het afvoermond en de waterslang gemonteerd worden. Na deze extra stappen is de buitentrommel met reservoir in hetzelfde stadium als de oude buitentrommel. Hij kan nu op dezelfde manier in de behuizing gehangen worden. De aanpassing brengt weinig extra productiekosten met zich mee. Het zijn eenvoudige handelingen, zoals het vastklikken van de behuizing, het aandraaien van schroeven en het vastdraaien van onderdelen en ze kunnen worden opgenomen in de bestaande assemblagelijn. Volgens de methode van Boothroyd (bron: dictaat vervaardigen 3) zouden de montagetijden bepaald kunnen worden en aan de hand van het mensuurtarief kunnen nu de extra kosten uitgerekend worden. 7.5 Proef Door middel van een kleine proefopstelling is getest of het gebruik van water als verzwaring, in plaats van massieve gewichten, trillingen dempt. Hiervoor is een DC-motor (met een nietcentrisch gewicht op de as) gebruikt. Dit geheel is aan veren opgehangen om zo het mechanisme van een wasmachine te benaderen. Door gebruik te maken van verschillende verzwaringen is er gezocht naar verschillen in frequentie en amplitude. Geen gewicht 105 gram staal 105 gram kunststof + water 350 gram staal Er is zowel naar een hoog als naar een laag toerental gekeken.


18


Scriptie


2003

7.5.1 Resultaten Gewicht in gram

Voltage

Frequentie

0

1,8 V

1080 rpm

105 staal

1,8 V

1000 rpm

105 kunststof + water

1,8 V

1000 rpm

Helaas was in onze proefopstelling geen verschil in amplitude of frequentie merkbaar/meetbaar tussen het gewicht in water of staal. Wel was te zien dat het water in de bakjes alleen gaat klotsen bij hele lage toerentallen. Tevens was duidelijk te zien dat het water in de kleinere bakjes minder last had van resoneren. Bij toerentallen rond de 1600 rpm waren resonantiepatronen te zien. Bij toerentallen rond de 4000 rpm begon het water heftig te resoneren (dit zag er bijna uit als op koken). Dit gebeurde als eerste in de grote bak en vervolgens ook in de kleinere bakjes. Dit verschijnsel was ook afhankelijk van de hoeveelheid lucht die zich in de waterkamer bevond. Bij het laten draaien van de proefopstelling in het gebied van de eigenfrequentie maakte het helemaal niet uit wat voor gewicht er aan het geheel werd gehangen. De proefopstelling werd totaal door elkaar geschud. 7.5.2 Conclusie Het is duidelijk dat met het toenemen van het gewicht de trilling afneemt. Dit blijkt ook uit de volgende formule:

Het gebruik van kleine waterkamers vermindert of voorkomt klotsen van het water. Omdat huidige wasmachines geen echt hoge toerentallen halen zal het verschijnsel van het “koken” van het water niet voorkomen. Het zal nog wel even duren voordat de wasmachines toerentallen van boven de 3500 rpm zullen halen. Het is heel belangrijk dat wordt bepaald wat de eigenfrequentie van de wasmachine is en dat er softwarematig wordt gezorgd dat de overeenkomende toerentallen niet gebruikt worden! 7.5.3 Aanbeveling Om te kunnen zien of het water een betere demping geeft dan een vast gewicht moet er met een één op één model getest worden. De verschillen in amplitude in ons kleine model waren te miniem om goed te kunnen meten.


19


Scriptie

8


2003

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

8.1 Conclusie Het waterreservoir lijkt ons een zeer geschikt product om de grootste problemen, die de wasmachine kent helemaal of gedeeltelijk op te lossen. Doordat het reservoir hetzelfde gewicht heeft als de bestaande verzwaringen zal het even goed werken. Dankzij het reservoir, dat pas gevuld wordt tijdens de installatie, is de wasmachine veel makkelijker en goedkoper te vervoeren. Het reservoir is een zeer geslaagde innovatie voor de distributiesector. Het geeft wel een extra handeling bij het installeren, maar dit weegt zeker op tegen de voordelen die geboden worden tijdens het vervoer. Door de recente verandering van het materiaal van de buitentrommel, van RVS naar vezelversterkte PP, en dus ook de productie, van plaatbewerking naar spuitgieten, is de drempel om het reservoir te implementeren veel lager geworden. Echter is het ontwikkelingstraject binnen de wasmachines zo lang dat het zeker een jaar of 3 zou kunnen duren. 8.2

Aanbevelingen Het reservoir zou voor het koelen van de motor om de motor gebouwd kunnen worden. De thermische isolatie van het waswater en het ballastwater gebeurt nu met een wanddikte vezelversterkte PP. Dit zou eventueel beter kunnen door de geometrie aan te passen, zodat er een luchtlaag tussen komt te zitten. Er moet een 1 op 1 test gedaan worden om te constateren of er verschillen zijn tussen het verzwaren met water of met staal/beton. Vooral het experimenteren met verscheidenen schotjes is van groot belang. Een goede interne geometrie (schotjes) van het reservoir kan de demping nog meer versterken. Het volume van het reservoir kan groter worden gemaakt. Dit heeft geen invloed op het vervoer van de wasmachine.


20


Scriptie


2003

8.2.1 BRONVERMELDING o

Octrooien ( www.espacenet.com , november 2002)

o

Boek Hoe de dingen werken (M Wright en M Patel, 2002)

o

Boek Manufacturing Engineering and Technology (S Kalpakjia, 1980)

o

Dictaat Materialiseren (P V Kandachar, L H Langeveld, oktober 2001)

o

Dictaat Vervaardigen 3 (2000)

o

Consumentengids Consumententests Wasmachines (mei 2001 en oktober 2002)

o o

Computerprogramma Cambridge Material Selector 2.0 (algemene database) Dr. A.D. Gotsis

HU


UH

21


Scriptie


9

BIJLAGEN

9.1

Bijlage A – transparant view wasmachine


22

2003


Scriptie


2003

9.2 Bijlage B - Excursie kringloopcentrum Omdat je thuis niet zomaar je wasmachine uit elkaar sloopt is al vroeg in het proces een bezoek gebracht aan het kringloopcentrum om eens te kijken hoe een wasmachine precies in elkaar zit en of de al bedachte verbeteringen ook mogelijk zouden kunnen zijn. Als één van de verbeteringen van de huidige wasmachine was gedacht aan het vervangen van de zware betonblokken die aan de behuizing zijn bevestigd door waterkolommen. Toen de wasmachines open waren gemaakt bleek echter dat deze betonblokken niet aan de behuizing, maar aan de buitentrommel bevestigd zijn om deze zo te stabiliseren. Dit wordt op drie verschillende manieren gedaan; door middel van betonblokken in de vorm van de trommel aan de achterkant en aan de voorkant, twee grote betonblokken boven en onder de trommel en een gietijzeren ring om uitvoering voor op de trommel. Verder was de trommel in alle gevallen opgehangen in de behuizing, met bovenin veren en onderin dempers. Zie figuur. De motor en de overbrenging hangen ook aan de trommel, aan de behuizing is verder niets gemonteerd. Verzwaring: betonblokken aan boven- en onderzijde buitentrommel of gietijzeren ringen

De behuizing is in alle wasmachines gemaakt van plaatstaal. Dit materiaal vervuld op het eerste gezicht geen belangrijke functie. De sterkte en stijfheid zit in een speciale stangen constructie voor de ophanging van de trommel. De platen zijn op deze constructie vast gehaakt. Dit betekend dat je ook kunstof zou kunnen toepassen, of andere materialen. En andere vormgeving zou kunnen toepassen. De pootjes hadden geen trilling absorberende functie van enige soort. Meestal zijn ze van hard kunststof of metaal. De fabrikant rekent er op dat de veren + dempers al dit werk doen. Hier is dus eventueel ook ruimte voor verbetering. 9.2.1.1.1 Mogelijkheden tot herontwerp: Waterreservoir gewichtsbesparing in trommel. Je zou de buiten trommel kunnen voorzien van een dubbele laag, waarbij je de ruimte tussen deze lagen kunt afvullen met water. Dit zou gepaard kunnen gaan met gewichtsbesparing van de trommels. Je zou de behuizing kunnen maken van een geluidabsorberend materiaal, waarbij zelfs een schuimbehuizing, mogelijk zou kunnen zijn, wanneer we uitgaan van de huidige stangenconstructies. Je zou de pootjes kunnen aanpassen zodat ze minder geluid/trillingen doorgeven aan de omgeving, of dit op kunnen lossen door een product buiten de wasmachine


23


Scriptie


2003

9.3 Bijlage C - Excursie Whirlpool Bezoek Whirlpool Nederland BV Bedrijfsonderdelen: Bauknecht: topsegment Whirlpool: middensegment – jong en innovatief Ignis: goedkoop, maar wel één van de grootste merken in Spanje en Italië Gesproken met: Jan van Vijfeijken (Product Manager Retail) 076-5306576 [email protected] HU

UH

9.3.1 Buitentrommel In een deel van het huidige assortiment wasmachines wordt al gebruik gemaakt van kunststof, en wel in de kuipen (buitentrommel) van de Whirlpool en Ignis wasmachines. Voor de trommels van Bauknecht wordt vooralsnog alleen gebruik gemaakt van een RVS kuip. Wel wordt verwacht dat binnen 3 à 4 jaar alle kuipen vervangen zijn door kunststof kuipen. De kunststof die hiervoor wordt toegepast is glasvezelversterkte polypropyleen. 9.3.2 Verzwaring Een wasmachine wordt verzwaard met gietijzer of beton om lopen en dergelijke tijdens het wassen en vooral centrifugeren tegen te gaan. Deze verzwaringen wegen samen ongeveer 30 kg. In totaal weegt een wasmachine tussen de 79 en 88 kg. 9.3.3 Waterreservoir Als gebruik zou worden gemaakt van een waterreservoir ter vervanging van betonblokken of gietijzer moet rekening worden gehouden met het volume dat nodig is om tot eenzelfde gewicht te komen. Aangezien het soortelijk gewicht van water 1000 kg/m 3 is en dat van beton 2400 kg/m 3 zal een groter volume nodig zijn. In de wasmachine is echter niet onbeperkt ruimte. Vooral aan de zijkant naast de buitentrommel moet de ruimte die nu aanwezig is (grotendeels) behouden blijven. In geval van onbalans (een ongelijkmatige verdeling van de was in de trommel van de wasmachine) gaan de trommels namelijk heftig heen en weer bewegen en het spreekt voor zich dat de trommels hierbij niet tegen de zijwand van de wasmachine mogen komen. In de nieuwste wasmachines is al wel een onbalanswaarnemer (tachograaf) ingebouwd die in geval van onbalans dit probeert te herstellen. Lukt dit na een aantal pogingen nog steeds niet, dan zal de wasmachine op een lager toerental gaan centrifugeren (1000 toeren in plaats van 1400). Er zal echter nog wel ca 6 cm nodig zijn aan beide kanten van de trommel. P

P

P

P

9.3.4 Afmetingen wasmachine De huidige wasmachines hebben een breedte van 60 cm en dit mag ook niet vergroot worden. Alleen de BIG, een nieuwe wasmachine met extra grote trommel, geschikt voor 8 kg was en ontwikkeld speciaal voor de Amerikaanse markt, is iets breder. Om het waterreservoir een goede plek te geven in de wasmachine mag dus niets worden veranderd aan de breedte van het apparaat. 9.3.5 Motor De nieuwste wasmachines (1600 toeren) maken gebruik van een 10000Hz gelijkstroommotor in plaats van de 50 Hz motor die nu wordt gebruikt en een laag gebrom veroorzaakt. Het geluid van deze motor is nauwelijks waar te nemen: slechts 48 dB(A) bij het wassen en 65 dB(A) bij het centrifugeren. Het enige geluid dat nog te horen is tijdens het wassen is het geluid van de beweging van de trommels en het geluid van de pomp. 9.3.6 Ultrasoon wassen en de Dyson wasmachine De Dyson wasmachine maakt gebruik van twee contraroterende trommels die ervoor zorgen dat het wasgoed gekneed en hierdoor extra schoon wordt. Nadeel hiervan is dat het wasgoed extreme slijtage ondergaat. Hetzelfde geldt voor ultrasoon wassen. Door de hoge geluidstrillingen wordt het vuil als het ware losgetrild uit de was. Natuurlijke materialen zoals


24


Scriptie


2003

katoen, wol en zijde zijn hier wel tegen bestand, maar kunstmatige stoffen verliezen hun samenhang, waardoor het wasgoed kapot gaat. 9.3.7 Reiniging en normering Gerard Luycks en Peter Bakker werken bij TNO Delft voor het reinigingsinstituut. Zij kunnen hier meer over vertellen (oa legionella bacterie en hoe dit tegen te gaan). 9.3.8 Levensduur wasmachine Een wasmachine heeft een economische levensduur van 9 tot 12 jaar ofwel ca 2500 wasbeurten. 9.3.9 Tips Maak een voorraadvat waar je bv 5 liter wasmiddel ingooit en dan doseert hij zelf. Maak handvatten aan de buitenkant van de wasmachine, zodat het eenvoudiger is deze te vervoeren.


25


Scriptie

9.4


2003

Bijlage D - Tabel met materialen

Materiaal

Dichtheid 10³ kg/m³

Prijs £/kg

Druk Mpa

Trek Mpa

Omgevingsinvloed 1*

Warmte J/kg.K

Fabricage technieken 2*

Verbinden 3*

opmerkingen

(ALK) polyester

1.85 1.95

2.5 3.4

42 60

40 50

FW,WAc, OS, SW, UV, WAl F, Sac, Sal, W ,Ox

1260 2100

C, F, I, L, M, RM

A, F

Wordt aangetast door basische stoffen

(GFRP) Laminate Polyester of epoxy Hydrocarbon/Glass 55%

1.5 2

1.3 3

240 600

150 750

FW, SW, WAc F, OS, SAc, UV, W, WAl SAl, Ox

1000 1400

D, E, L, M, TM

A, F

Wordt in boten gebruikt

(GFRP) unidirectional Polyester of epoxy 55% Glass (f)

1.6 1.95

3.5 7

360 880

300 1100

FW, SW, WAc, F, OS, SAc, UV, W, WAl SAl Ox

1100 1400

D,E,L,M,TM

A,F

Veel in touw vorm En sportartikelen

(HDPE) (CH2)n High density Polyethylene

0.95 0.965

0.55 0.6

30 40

30 40

FW, SW, SAc, SAl, WAc, WAl W, OS, UV F, Ox

2200

C, D, E, F, GB, I, A, DB, F, W M, P, R, TM

Kan slecht tegen oxiderende zuren

(PA) Nylons

1.04 1.15

2.5 5.4

60 100

44 90

FW, OS, SW, WAc, WAl SAl, F, SAc, UV W, Ox

1400 1750

C, D, E, I , M, P, R, TM

A, DB, F, W

Kan slecht tegen sterke zuren

Particulate reinforced (filled) Polymeres Hydrocarbon/ inorganic fillers

1.1 2.2

0.7 3

40 100

25 60

FW, SW, WAc F, OS, SAc, UV, W, Wal, SAl, Ox

1200 1800

C, D, E, I, M, R, TM

A, F

PES Polyester, rigid

1.14 1.46

1.1 2.3

45 100

40 60

FW, SW, WAc , WAl, UV, F, OS, SAc, SAl, W, Ox

1200 1280

C, F, I, L, M, RM

A,F

Polyethylene terephthalate (PET)

1.32 1.38

1.1 1.8

65 90

50 80

FW, SW, SAc, WAc, Wal, UV, F, Os, SAl, W, Ox

1400 1600

C, D, E, GB, I, M, P, R, TM

A, DB, F, W

Poly Propylenes PP

0.9 -

0.5 -

30 -

25 -

FW, SW, SAc, SAl, WAc, WAL,

1750 -

C, D, E, F, I, M, R, RM, TM

A, DB, F, W

Wordt aangetast door sterke zuren, bazen, ketonen oplossingen.

Scriptie


Materiaal

Dichtheid 10³ kg/m³

Prijs £/kg

Druk Mpa

Trek Mpa

Omgevingsinvloed 1*

Warmte J/kg.K

0.91

0.7

45

40

UV, F, OS, W, Ox

2000

Pols Styrene PS

1.04 1.08

0.6 0.8

40 100

30 45

FW, SW, SAc, SAl, WAc, WAL, F, OS, UV, W Ox

Polyvinylchlorides (pvc)

1.34 1.52

0.45 1.2

32 80

27 70

2 20

50 220

50 200

Short fiber (SF) 1.1 reinforced Polymeres 10-30% SF 2.2 Hydrocarbon/graghite /glass

1*: F

Flammability

SAl

Strong Alkalis

FW

Fresh Water

UV

Os

Organic Solvents

W

Ox

Oxidation at 500 ºC WAC

SW

Sea Water

SAc

Strong Acid

WAl

2003

Fabricage technieken 2*

Verbinden 3*

1280 1440

C, D, E, F, I, M, P, R, TM

A, DB, F, W

FW, SW, SAl, UV, WAc, Wal, F, Os, SAc, W, Ox

1000 1100

C, D, E, I, M, P, R, TM

A, DB, F, W

FW, SW, WAc, F, Os, SAc, UV, W, WAl, SAl, Ox

1100 1400

D, E, I, L, M, R, TM

A, F

2*:C

Cast

L

Lay Up

UV

D

Draw

M

Wear

E

Extrude

Weak Acid

GB

Gas Blow

Weak Alkalis

A

Adhesives

Machine

DB

Diffusion bond

P

Powder

F

Fasteners

R

Roll

W

Weld

F

Foam

RM

Rotational Mould

I

Inject

TM

Thermo Mould

3*:

opmerkingen

Scriptie

9.5


2003

Bijlage E – Technische tekening buitentrommel


28


Scriptie

9.6


2003

Bijlage F – Kosten berekening

Productieserie

100,000 3 1,000,000

schaaldelen Totaalserie

Materiaalkosten Te bewerken materiaal

vezelversterkte PP

hoeveelheideenheid 1.4kg

prijs/eenheid € 2.30 subtotaal

Ingekocht halffabrikaat

extra watertoevoerleiding instroomklep isolatie rubbers montage onderdelen

toeslag i.v.m. uitval toeslag i.v.m. afval 3dm 2stuks 5stuks 22stuks

1% 5% € 0.03 € 1.97 € 0.05 € 0.02

toeslag i.v.m. uitval

5% subtotaal materiaal 10% totaal materiaalkosten

materiaaltoeslag

Bewerkingskosten

hoeveelheideenheid

Spuitgieten

machine-tarief per eenheid

bedrag

5000uur 60sec

€ 12.00

€ 60,000.00

3333.33uur 20sec

€ 7.00

€ 23,333.33

reservoir onderschaaldeel Bewerkingstijd

5000uur 60sec

€ 12.00

€ 60,000.00

Machine spuitgieten

Gereedschapskosten Gereedschap spuitgieten

Matrijs bovenschaaldeel Matrijs onderschaaldeel Matrijs trommel onderschaaldeel

subtotaal gemiddelde waarde

Montagekosten Arbeid

6,000,000

€ 64,800.00 € 12,960.00rentekosten

arbeidsuren 0.05 0.1

Totaal

5%

€ 7,166.67

2%

€ 2,866.67

mensuurtarief € 35.00 totaal bewerkingskosten

29

€ 620,033.33

€ 6.20

€ 5,526.60

€ 0.06

€ 466,666.67

productieserie/ totaalserie 0.10 0.05

bedrag € 3,018.00 € 906.00

0.05

€ 825.00

6% totaal gereedschapskost en

€ 777.60

mensuurtarief € 35.00 € 35.00 totaal montagekosten

bedrag € 1.75 € 3.50

Fabricagekostprijs


€ 8.84

i.v.m.

totaalserie waarover prijs afgeschreven wordt € 30,180.00 3,000,000 € 18,120.00 6,000,000

assembleren resevoir monteren in wasmachine

€ 884,221.00

i.v.m.

arbeidsuren 13,333.3

€ 16,500.00

prijs/pro duct

€ 143,333.33

subtotaal

machinebezet tingsgraad 1

totaalbedrag

€ 0.21 € 4.93 € 0.49

reservoir bovenschaaldeel Bewerkingstijd buitentrommel onderschaaldeel Bewerkingstijd

toeslag nabewerking toeslag nameten

Arbeid

bedrag € 3.22 € 0.00 € 3.22 € 0.03 € 0.16 € 0.09 € 3.94 € 0.25 € 0.44

€ 5.25 € 1,509,780.93


€ 20.35

Scriptie IDE442 MATERIALISEREN 2003 KLEINE WASJES, GROTE WASJES, STOP ZE IN DE WASMACHINE

Recommend Documents