stefanekelmans.files.wordpress.com€¦ · Web viewTijdens het schrijven van dit rapport is er...

De schroef-boormachine

Stefan Ekelmans 160982939 september 2016

Voorwoord

Dit rapport gaat over het analyseren van een schroef-boormachine en heb ik, Stefan Ekelmans geschreven in het kader van de module analyseren werktuigbouwkundig product, in het eerste jaar van de opleiding werktuigbouwkunde op de Haagse Hogeschool.

Dit rapport is bestemd voor mijn tutoren, medestudenten en voor mogelijk andere geïnteresseerden.

Tijdens het schrijven van dit rapport is er veel samengewerkt met twee medestudenten, namelijk Thijs Stuart en Joep Bruijnzeels. Door ideeën met elkaar uit te wisselen zijn verschillende gedachten over diverse problemen naar voren gekomen.

Tot slot wil ik graag Linda Hollegien bedanken voor de hulp die zij geboden heeft tijdens de lessen.

Inhoudsopgave

Samenvatting......................................................................................................................................... 1

Hoofdstuk 1: Inleiding....................................................................................................................2

Hoofdstuk 2: Opdrachten week 2..............................................................................................3

2.1 Belanghebbende en behoeften.....................................................................................3

2.2 Probleemstelling................................................................................................................ 3

2.3 Oriëntatie wensen en eisen...........................................................................................3

2.4 Exploded view..................................................................................................................... 5

2.5 Functieboom.............................................................................................................................. 7

2.6 Programma van eisen............................................................................................................8

Hoofdstuk 3: Opdrachten week 3..............................................................................................9

3.1 Tekening...................................................................................................................................... 9

Hoofdstuk 4: Opdrachten week 4...........................................................................................10

4.1 Functieblokschema..............................................................................................................10

4.2 Overbrengingen.....................................................................................................................11

4.3 Verbindingen.......................................................................................................................... 11


5.1 Gebruikte materialen..........................................................................................................12

5.2 Oriëntatie productietechniek..........................................................................................13


6.1 Mogelijke verbeteringen....................................................................................................14

Conclusie............................................................................................................................................... 15

Literatuur en links............................................................................................................................ 16

Bijlage 1................................................................................................................................................. 17

Samenvatting

In dit rapport wordt er een antwoord gegeven op de vooraf geformuleerde probleemstelling, namelijk:

Hoe is het mogelijk de menselijke kracht te vervangen door een elektrisch apparaat?

Om antwoord te geven op deze probleemstelling is het van belang om te analyseren vanaf het nulpunt. Er wordt een analyse gedaan naar de belanghebbenden en hun behoeften. Vanuit dat standpunt kan er met behulp van een functieboom en een functieblokschema toegewerkt worden naar een programma van eisen. Vervolgens wordt er een analyse gemaakt betreft het eigen product. Deze kan dan vergeleken worden met het programma van eisen en kunnen er tot slot verbeterpunten worden opgesteld.

1

Hoofdstuk 1: Inleiding

Er is mij, als eerstejaars student van de opleiding werktuigbouwkunde, gevraagd een rapport te schrijven over een product met de volgende eisen: - Het product bevat bewegende onderdelen.- Het product bevat een stekker, accu of batterij.- Het product is van huis naar school te vervoeren.

Ik heb hiervoor een schroef-boormachine meegenomen vanuit huis om deze vervolgens te demonteren en te analyseren. Het voornaamste doel van deze opdracht is het leren van goed rapporteren, met hulp van feedback van de tutoren. Een eerstejaars student moeten leren rapporteren omdat dit belangrijk zal zijn in de rest van zijn carrière. Hoe ik dit doel ga bereiken is door actief in de les te zijn en thuis aan het rapport te werken. In de les is het mogelijk vragen te stellen en feedback te krijgen van de tutoren.

2

Hoofdstuk 2: Opdrachten week 2

2.1 Belanghebbende en behoeften Onderstaand zijn de belanghebbenden opgesomd waarna hun behoeften zijn beschreven.

Opdrachtgever: Een kwalitatief goed en nieuw product op de markt zetten met een zo hoog mogelijke winstmarge.

Producent: Een goedkoop, makkelijk en veilig te produceren product.

Transporteur/distributeur: Een goed verpakt, niet te zwaar en makkelijk te stapelen product. Ook is het voor de transporteur belangrijk dat de fabriek en de verkoopadressen makkelijk te bereiken zijn.

Verkoper: Kwalitatief goed product met een mooi uiterlijk. Daarnaast een zo hoog mogelijk winstmarge.

Gebruiker: Een kwalitatief goed product, veilig in gebruik, duurzaam en zo goedkoop mogelijk.

Verwerker: Het product moet veilig, milieuvriendelijk, en zo goedkoop mogelijk te verwerken zijn.

2.2 ProbleemstellingIn de bouwwereld is het schroeven en boren een veel voorkomende handeling. Er bestaan al schroevendraaiers en handboren om deze taak uit te kunnen voeren. Met deze gereedschappen zijn de handelingen uit te voeren. Echter, ook dit is vermoeiend en gaat op een laag tempo. Hier zou een snellere en minder zware manier voor moeten zijn. De doelstelling is het ontwerpen en maken van een machine die de roterende beweging van de menselijke arm/hand kunnen vervangen en versterken. Hierbij is het belangrijk dat het product niet aangesloten hoeft te worden op het lichtnet en dat het product makkelijk draagbaar is.

2.3 Oriëntatie wensen en eisenOnderstaand zijn de eisen en wensen opgesomd van zowel de opdrachtgever als de klant.

Opdrachtgever: Eisen: o Zo goedkoop mogelijk produceren.o Het product moet gaten kunnen boren, schroeven kunnen vastzetten en losmaken.o Verschillende maten schroefbitjes kunnen gebruiken.o Veilig te fabriceren.

3

o Moet aan de wetgeving voldoen.o Het product mag niet zwaarder dan 2 kilo wegen.o Gaten kunnen boren tussen de 0,0mm-11mm.o Handvat van de boor heeft een diameter tussen 6,0-8,0 cm.o De accu moet minimaal een halve werkdag meegaan.o Het product moet een verstelbare kracht van boren hebben.o Het product moet 2 draairichtingen hebben.

Wensen:o Zo goedkoop mogelijk.o Zo hoog mogelijke winstmarge.o Hoge klant tevredenheid.

Klant:Eisen:o Goede prijs kwaliteit verhouding.o Het product moet gaten kunnen boren, schroeven kunnen vastzetten en losmaken o Veilig in gebruik.o Mogelijkheid tot gebruik van meerderen bitjes.o De accu moet een halve werkdag meegaan.o Boren tussen de 0,0 mm – 11mm.o Het product moet 2 draairichtingen hebben.o Een verstelbare boorkracht hebben.o Het product mag niet zwaarder dan 2 kilo wegen.

Wensen:o Zo goedkoop mogelijk.o Een lange levensduur.o De accu moet zo lang mogelijk mee gaan.

4

2.4 Exploded view

3. Electromotor en aan/uit knop

1. (Fig.2.1)Kunststof behuizing: Dit is de behuizing van de schroef-boormachine. Deze behuizing zorgt ervoor dat alle onderdelen door middel van de verbindingen op de juiste plek blijven. Ook beschermd de behuizing de gebruiker tegen warmteontwikkeling en de mogelijke elektrische lading.

2. (Fig.2.2)Accu: Hier word de elektrische energie opgeslagen vanuit het lichtnet. Daarna verzorgt de accu de energie om de schroef-boormachine te laten draaien. De behuizing van de accu heeft de zelfde doelen als de kunststof behuizing.

5

Fig. 2.1 Kunststof behuizing

Fig 2.2 Accu

Fig. 2.3 Elektromotor en aan- en uitknop

Fig. 2.4 Snelheidsregelaar

Fig. 2.5 Boorkop

3. (Fig.2.3)Electromotor en aan- en uitknop: De elektromotor zet de elektrische energie om in bewegingsenergie. Hierin wordt gebruik gemaakt van een koperen spoel voor het opbouwen van een magnetisch veld. De aan- en uitknop is verbonden met de elektromotor door middel van geïsoleerd koperdraad. Door deze knop is het mogelijk om het product te laten draaien en stoppen.

4. (Fig.2.4)Snelheidsregelaar: Met de snelheidsregelaar is het voor de gebruiker mogelijk om 2 verschillende draaisnelheden te kiezen. Dit wordt gedaan door middel van het verschuiven van tandwielen. De gebruiker kiest nr. 1 of 2 en hierdoor gaat het tandwiel naar voor of achter. Het principe is het zelfde als bij een fiets. Als er een groter tandwiel in werking wordt gezet met de zelfde kracht wordt de draaisnelheid langzamer.

5. (Fig.2.5)Boorkop: De boorkop is het uiterste van de boor er hierin wordt het bitje of het boortje geklemd. Op de boorkop is het mogelijk om één van de elf krachten in te stellen. Deze krachtinstelling is voornamelijk voor de functie schroeven. Hiermee kan de gebruiker er voor zorgen dat hij/zij nooit het schroefje kapot draait.

6

2.5 Functieboom

7

Gat boren

Handvat bieden

In hand vansthouden

Boorkop vasthouden

Klemmen in frame

Boor klemmen in boorkop

Boorkop draaien

2 handen draaien

Boor draaien

Electriche energie omzetten in

bewegins energie

Elektrische energie opslaan

Stekker in het lichtnet steken

Schroef draaien

Boorkop vasthouden

Klemmen in frame

Handvat bieden

In hand vasthouden

Bitje klemmen in boorkop

Boorkop draaien

2 handen draaien

Bitje draaien

Electriche energie omzettten in

bewegings energie

Elektrische energie opslaan

Sterkker in het lichtnet steken

Veranderen draairichting

Veranderen spannings verloop

Schakelaar omduwen

Tabel 2.1 Functieboom

2.6 Programma van eisen

Groep Eis Eenheid Bron DatumProductie1.1 Het product kan

een gat boren van 1mm t/m 11 mm

mm Producent 27-09-16

1.2 Het product heeft een gewicht < 2,0 kilo

Kilo Producent 27-09-16

1.3 De diameter van het handvat is < 80 mm

mm Producent/gebruiker

04-10-16

1.4 Het boortje of bitje moet geklemd kunnen worden in de boorkop

- Producent 27-09-16

1.5 Het product moet energie kunnen opslaan

Volt Producent 27-09-16

1.6 Het product moet een wisselspanning hebben


Prestatie2.1 Het

boortje/bitje moet om zijn eigen as kunnen draaien


2.2 Het product moet 11 verschillende krachtstanden hebben


2.3 Het product moet verschillende schroeven in verschillende materialen kunnen schroeven

- Producent/gebruiker

27-09-16

8

2.4 Het product moet 2 draairichtingen hebben

- Producent/Gebruiker

27-09-16

2.5 Het product moet 2 verschillende toerentallen hebben

- Gebruiker 04-10-16

Duurzaamheid3.1 Het product

moet minimaal 5 jaar meegaan met dagelijks gebruik.

- Gebruiker 04-10-16

3.2 Het product is milieu vriendelijk af te breken

- Overheid 04-10-16

Veiligheid4.1 De uitwendige

warmte word nooit > 25 graden

Celsius Producent 04-10-16

4.2 De decibel waarde van het product is nooit > 90

Decibel Overheid 04-10-16

4.3 Het frame is elektrisch geïsoleerd

- Producent/Overheid

04-10-16

4.4 Het product moet voldoen aan CE-markering

- Overheid 07-04-16


3.1 TekeningVoor de tekening van het onderdeel, zie bijlage 1.

9


4.1 Functieblokschema

Materie

Accu opslaan

Boor/schroefbit klemmen

Boor/schroefbit opslaan

Boorkop draaien Gat boren Stoppen product

Draairichting instellen

Schroef draaien

Draaiversnelling instellen

Boormateriaal afvoeren

Boorkopkracht instellen

Info Draairichting weergeven

Draairichting weergeven

Boorkracht weergeven

Boorkracht weergeven

Versnelling weergeven

Versnelling weergeven

Energie Opslaan energie

Toevoeren energie

Elektrische energie omzetten in bewegingsenergie

Energie omzetting stoppen

10

4.2 OverbrengingenHet product begint met het opslaan van elektrische energie. Dit gebeurt in de accu (fig. 2.2) Deze energie komt vanuit het 220 lichtnet bij iemand thuis of op de bouwplaats. Deze energie wordt gedurende het gebruik van het product omgezet naar bewegingsenergie en warmte. Dit gebeurt in een paar stappen. De elektrische energie word omgezet naar kinetische en thermische energie. Dit gebeurt in de elektromotor (fig. 2.3). Deze thermische energie wordt niet gebruikt en gaat verloren. De kinetische energie wordt gebruikt om de boorkop te draaien. Om de kracht van deze energie te versterken wordt gebruik gemaakt van tandwielen. Dit gebeurt in de boorkop (fig.2.5). Hier hebben we te maken met een indirecte aandrijving omdat de kracht van de boor niet direct uit de accu verkregen wordt.

4.3 VerbindingenAlle onderdelen van de schroefboormachine worden opgeslagen in de kunststof behuizing behalve een deel van de boorkop. Deze word geklemd in de kunststof behuizing en blijft door de juiste pasvorm stevig zitten. Het kunststof frame wordt bij elkaar gehouden door acht kruiskop schroeven. Deze verbindingen zijn weergegeven in fig. 4.1.

Aan de binnenkant van de kunststof behuizing zitten uitsteeksels en inkepingen waardoor de elektromotor en de volledige boorkop goed op de plaats worden gehouden en dus niet kunnen verplaatsen. Deze verbindingen zijn weergegeven in fig. 4.2.

De boorkop zelf bestaat uit veel verschillende onderdelen die te verdelen zijn in drie verschillende stukken. Deze drie verschillende stukken worden ook met kruiskopschroeven vast gezet. Deze verbindingen zijn weergegeven in fig. 4.3.

Binnen in deze drie stukken zitten verschillende maten tandwielen. De verbinden die deze allemaal samenhoud zijn de tanden van de tandwielen zelf.

11

Fig. 4.1Fig. 4.2

Fig. 4.3


5.1 Gebruikte materialen

Materialen schroefboormachineDe schroefboormachine bestaat uit verschillende materialen. Hieronder een beschrijving van deze materialen en de hierbij horende eigenschappen.

Kunststof:Er zijn verschillende onderdelen in de schroefboormachine gemaakt van kunststof. Elk van deze kunststof onderdelen heeft andere eigenschappen. Zo bestaat de behuizing van het totale product, de behuizing van de accu en de twee tandwielen in de boorkop uit kunststof. Bij de behuizing is het van belang dat het materiaal een kracht kan weerstaan tussen de 10 en de 150 kilo. Hiervoor is het materiaal polyamidi(nylon) gebruikt. Hier zijn een aantal voordelen van dit materiaal:

Het materiaal is licht maar relatief sterk. Het materiaal is een elektrische isolator. Het materiaal heeft een lage warmtegeleiding. Het materiaal is relatief goedkoop. Het materiaal heeft een makkelijke vormbaarheid. Het uiterlijk is eenvoudig te bewerken.

Ik vind dat de ontwerper een goede keuze gemaakt heeft, omdat ik zelf met dit product gewerkt heb en de behuizing inderdaad heel veel kracht kan verduren zonder te breken of te verbuigen.

De behuizing van de accu is gemaakt van een ander soort kunststof. Hiervoor is epoxyhars gekozen. Epoxyhars is een materiaal dat veel gebruikt wordt in de elektrotechniek omdat dit een goede elektrische isolator is. Een aantal voordelen van epoxyhars:

Relatief sterk. Hard materiaal. Slijt- en maatvast materiaal. Goede elektrische isolator.

Ik vind dat de ontwerper hier een goede keuze gemaakt heeft, omdat het voor de veiligheid belangrijk is dat de accu elektrisch geïsoleerd is.

Staal:De onderdelen die gemaakt zijn van staal zijn:

Tandwielen in de boorkop (voor de kracht versterking en overbrenging naar het bitje).

Behuizing van de elektromotor. Klem bekken in de punt van de boorkop (voor het klemmen van de het bitje).

12

De eigenschappen van staal zijn:- Staal heeft een hoge treksterkte, deze treksterkte zal niet worden bereikt aangezien

er ook kunststof in het product voorkomt en het eerder zal vervormen of breken.- Staal heeft een hoge hardheid.- Staal heeft een hoge stijfheid.- Staal heeft een hoge taaiheid, hierdoor zal het staal bij een relatief hoge kracht pas

gaan uitrekken.

Koper:Koper wordt gebruikt in de spoel van de elektromotor en de bedrading van de accu naar de elektromotor. Koper wordt hier gebruikt door zijn goede geleidbaarheid. Koper heeft de mogelijkheid om te magnetiseren en te demagnetiseren. Dit is een vereiste voor de werking van een elektromotor. Daarnaast is koper makkelijk te buigen en daardoor ook goed te gebruiken voor een spoel of draad.Hier heeft de ontwerper een goede keuze gemaakt, omdat het vooral belangrijk is dat het materiaal een goede geleidbaarheid heeft.

5.2 Oriëntatie productietechniekEr zijn met verschillende onderdelen in de schroefboormachine. Hierdoor zijn er ook verschillende productie technieken die gebruikt moeten worden. Onderstaand wordt er toelichting gegeven op de productietechnieken die gebruikt worden bij de onderdelen.

De behuizingDe behuizing van de schroefboormachine is een thermoplast en kan alleen worden geproduceerd met spuitgieten. Alleen spuitgieten is geschikt omdat een thermoplast moeilijk in vloeibare staat is te houden dus onder druk gegoten moet worden. Dit word juist gedaan bij spuitgieten. Er zijn natuurlijk een aantal voor- en nadelen van het spuitgieten.Voordelen:

- Grote vrijheid ten aanzien van de vormgeving van een product- Herhalen van de productie is eenvoudig.- Diverse technieken kunnen in het proces worden geïntegreerd, zodat nabewerking

of assemblage overbodig wordt.Nadelen:

- De kosten voor spuitgieten zijn erg hoog.- Niet rendabel voor kleine hoeveelheden.

Het gieten van het frame zal gebeuren in massaproductie (>100.000 stuks), omdat anders de kosten te hoog zijn en het niet rendabel is.

De kleine kunststof onderdelenIn de schroef-boormachine zitten verschillende kleine kunststof onderdelen. Waaronder de kleine tandwielen, de schuifknop om de draairichting te veranderen en de kappen van de boorkop. Deze onderdelen zijn ook allemaal thermoplasten en gemaakt van polyamide en kunnen dus ook alleen geproduceerd worden met spuitgieten onder een bepaalde druk. Het gieten van deze onderdelen gebeurt ook met massaproductie(>100.000 stuks),

13

omdat de kosten anders te hoog zijn. De voor- en nadelen van spuitgieten vindt u bij de productie techniek van de kunststof behuizing.

Stalen tandwielen in de boorkopDe stalen tandwielen in de boorkop zorgen ervoor dat de kracht vanuit de elektromotor kan worden overgebracht naar de punt van de boorkop. Deze tandwielen worden gegoten met continugieten. Het voordeel van continugieten is dat deze productietechniek volledig geautomatiseerd is wat de kwaliteit van het eindproduct ten goede komt. Het materiaal heeft na het gieten een erg fijne structuur door het snelle stollen en heeft dus weinig nabewerking nodig. Daarnaast is het materiaalverlies bij continugieten nihil, wat goed is voor de kosten. Een groot nadeel van continugieten is dat er dure installaties nodig zijn om dit proces op gang te krijgen. De tandwielen in de boorkop zullen met massaproductie (>100.000 stuks) geproduceerd worden, omdat dit bij continugieten het voordeligst is.

Behuizing ElektromotorDe behuizing van de elektromotor wordt geproduceerd met de behulp van walsen. De productie techniek kent twee verschillende methoden; koud- en warmwalsen. Bij de behuizing van de elektromotor word er gekozen voor koudwalsen. Deze methode word gekozen omdat het plaatmateriaal erg dun moet zijn, wat bij warm walsen niet mogelijk is. Daarnaast moet het materiaal moet sterk zijn, wat gebeurd bij koudwalsen.Koudgewalste platen worden in de gewenste vorm gewalst hierna gaan ze naar de koudbandwalserijen waar deze platen verder worden gewalst tot de gewenste dikte. Door het koudwalsen neemt de sterkte van het materiaal toe en de vervormbaarheid af.Omdat deze staalplaten zo groot zijn bij het koudwalsen worden er meerderen onderdelen geproduceerd uit één plaat. Dit betekend dat de behuizing van de elektromotor geproduceerd word met massaproductie (>100.000 stuks). In verschillende apparaten wordt er een elektromotor gebruikt dit is ook een reden waarom de productie hiervan in grote aantallen gedaan kan worden.


6.1 Mogelijke verbeteringenMet behulp van verschillende analyses is er geconstateerd dat er een aantal verbeteringen kunnen plaats vinden. Deze verbeteringen worden hieronder per onderdeel beschreven.

Accu (fig.2.2) : Voldoet aan de eisen en gaat gemakkelijk een halve werkdag mee. Echter, deze accu zou nog langer mee kunnen gaan. Met de technologie van tegenwoordig is het mogelijk om in minder ruimte meer energie op te slaan. Dit betekent ook dat de accu lichter gemaakt kan worden.

Behuizing (fig.2.1) : De behuizing van het product voldoet aan de eisen, maar het zou eventueel meer grip kunnen hebben door middel van een beter profiel bij het handvat.

Boorkop (fig.2.5) : Een mogelijk verbetering voor de boorkop is de mogelijkheid om in een hoek van 90 graden te draaien. Door deze verbetering is het voor de gebruiker mogelijk om op lastige plekken toch gebruik te kunnen maken van de schroef-boormachine.

14

Conclusie

Voorafgaand aan dit rapport is er een probleemstelling geformuleerd, namelijk:

Hoe is het mogelijk de menselijke kracht te vervangen door een elektrisch apparaat?

Kijkend naar deze probleemstelling heeft dit product deze vraag beantwoord met een ja. Men kan nu door middel van een elektrisch product de handmatige beweging vervangen. Het is ook gelukt om het product te gebruiken zonder dat het aan het lichtnet is verbonden. Dit is gelukt door het gebruik van een accu. Het product is hierdoor overal te gebruiken. Dankzij het lage gewicht van het product is het niet vermoeiend of zwaar om deze overal mee naar toe te nemen.

Door het opstellen van de verschillende opdrachten zoals de functieboom, het functieblokschema en het programma van eisen is er steeds een beter beeld van hoe het product is opgebouwd en aan welke eisen het moet voldoen.

Door de aangewezen structuur van de tutoren en het wekelijks inleveren van opdracht is het eenvoudiger geworden om dit grote project in de meest optimale manier af te krijgen. Door middel van het klassikaal behandelen van problemen en door hierover te discussiëren is er een ander beeld ontstaan betreft sommige vraagstukken. Het samenwerken met mijn projectleden heeft hierbij een belangrijke bijdrage geleverd. Door verschillende inzichten bij elkaar te voegen ontstaat er uiteindelijk een concreter beeld van de huidige problemen.

15

Literatuur en links

Kals H.J.J e.a(2012).Industriële Productie (5e druk). Amsterdam: Boom uitgeversOskam I. e.a(2012).Ontwerpen van technische innovaties.Groningen/Houten:Noordhoff Uitgevers W. Hoogland e.a. (2010).Rapport over rapporteren(7de druk).Groningen/Houten:Noordhoff Uitgevers Budinski K.G,Michael K. Materiaalkunde,(9de druk)Amsterdam:Pearson Benelux, Breedveld A. Producttekenen en -documenteren van 3D naar 2D(4de druk). Den Haag:Sdu uitgevers

16

Bijlage 1

17

stefanekelmans.files.wordpress.com€¦ · Web viewTijdens het schrijven van dit rapport is er...

Documents

Transcript of stefanekelmans.files.wordpress.com€¦ · Web viewTijdens het schrijven van dit rapport is er...