5 Skapa ett vinnande koncept

Transkript

1 5 Skapa ett vinnande koncept 5.1 Idégenerering Varje gruppmedlem har idégenererat egna koncept som löser huvudfunktionerna innan ett idégenereringsmöte genomfördes. Under idégenereringsmötet presenterades koncepten för de andra gruppmedlemmarna och nya koncept växte fram. Dessa presenteras i listan nedan: Koncept 1 En så enkel elektromekanisk lösning som möjligt eftersträvades. Trycket skapas med hjälp av en elmotor kopplad till någon form av utväxling, i detta fall en skruv och en kuggstång. Hydraulcylinder Re-place > Elmotor, skruv och kuggstång Koncept 2 I detta koncept användes ett piezoelektriskt element för att skapa tryck. På grund av elementens små töjningar användes därtill en hävstång för att öka deplacementet. Hydraulcylinder Re-place > Piezoelektriskt element och hävstång Koncept 3 För att skapa ett koncept där motorn kan monteras stumt och inte behöva vara rörlig användes metoden Re-place på delsystemet Lager och axel. En elektriskt förlängningsbar axel orsakar här trycket. Axel och lager Re-place > Förlängningsbar axel Hydraulcylinder Re-duce

2 Koncept 4 I detta koncept utnyttjas elektromagnetens kraftbringande egenskaper. Två motriktade elektromagneter alstrar det höga tryck som krävs, medan grov förflyttning av hela svetshuvudet sker medelst en kuggstång. Hydraulcylinder Re-place > Elektromagneter och kuggstång Koncept 5 I likhet med konceptet ovan sker grovjustering av svetshuvudet med hjälp av en kuggstång, men trycket alstras här av ett piezoelektriskt element. Hydraulcylinder Re-place > Piezoelektriskt element och kuggstång Koncept 6 Till skillnad från Koncept 9 där manuella vikter används, är Koncept 6 ett automatiserat koncept. Trycket skapas genom att tyngdkraften får verka på en stor vattentank som vilar ovanpå elmotorn. Tanken kan fyllas och tömmas genom ventiler och eventuellt en pump. Elmotor Re-use Hydraulcylinder Re-place > Vattentank och ev. eldriven pump

3 Koncept 7 Detta koncept bygger mest på taktiken Re-form men även Re-fine. Elmotorn har behållits men måste bytas till en annan modell då högre varvtal eftersträvas. Hydraulcylindern däremot har bytts ut helt till en elmotor och kuggstång. Dessa skapar trycket på verktyget istället för hydraulcylindern. Elmotor Re-use Hydraulcylinder Re-form -> elmotor + kuggstång Koncept 8 Detta koncept har tagits fram med hjälp av taktiken Re-place. Alla de viktigaste delsystemen har bytts ut mot andra som skall utföra samma huvudfunktioner. Elmotorn som roterade verktyget har blivit utbytt mot en turbin och hydraulcylindern är ersatt av en eller flera pneumatiska cylindrar. Både turbin och cylindrar drivs av tryckluft. Elmotor och hydraulcylinder Re-place -> Turbin och pneumatik Koncept 9 Tankearbetet med koncept 9 har främst utgått från Re-form taktiken. Elmotorn för rotation har behållits medan hydraulcylindern är utbytt mot vikter som lyfts på eller av från svetshuvudet beroende på vilket tryck man vill ha för tilfället. Elmotor Re-use Hydraulcylinder Re-form -> vikter

4 Koncept 10 En turbin fås att rotera med tryckluft. Turbinens blad är ställbara för att orsaka rätt kraft i axiell ledd. Lufttrycket utnyttjas alltså till både tryck och rotation med hjälp av samma turbin. Elmotor och hydraulcylinder Re-place -> Turbin Koncept 11 Här skapar en variator tryck med hjälp av rotationshastigheten på verktyget. En elmotor används för rotationen Hydraulkolv Re-form -> variator Elmotorn Re-use Koncept 12 Tanken med detta koncept är att återvända så mycket som bara går. Här läggs tryck på med tryckluft som appliceras i ett cylinder-kolvsystem. Fördelen är att den kringutrustning som krävs här redan finns i alla verkstäder till skillnad mot med hydraulik där den måste placeras i anslutning till svetshuvudet. Hydraulpump Re-place -> tryckluftstillförsel

5 Koncept 13 En elmotor är kopplad till en rem som i sin tur löper genom en trissa på huvudet, ner i ytterligare en trissa under huvudet och sedan fastspänd i trissan på huvudet. Motorn kan nu dra i remmen för att skapa tryck respektive släppa remmen för att minska tryck. Elmotorn Re-use Hydraulcylinder Re-form -> Elmotor + vinsch Koncept 14 Konceptet bygger på att endast förändra metoden att anlägga kraft. Här görs detta genom använda kuggstångsdrift. Grovförflyttning samt finjustering sker med samma mekanism. Övriga delsystem är i största möjliga mån återanvända, men de flesta kräver någon typ av anpassning till det nya systemet. Hydraulpump Re-form -> elmotor Hydraulcylinder - Re-form - > kuggstång 5.2 Vidareutveckla koncepten För att kunna gå vidare med koncepten var rimligheten tvungen att studeras. För att kontrollera koncept 5 med piezoelektriskt material kontaktades Noliac, tillverkare av piezoelektriska material. Dessa material är väldigt noggranna i sin utvidgning och lätta att kontrollera men de är väldigt dyra och hade för dålig expansion. Koncepten med tryckluftscylindrar kontrollerades med hjälp av Peter Andersson på IVF i Mölndal. Slutsatsen är att det mycket väl går att komma upp i de trycknivåer som behövs. Däremot kommer inte noggrannheten att vara tillräcklig. Konceptet med elektromagnet som skapar tryck krävde mer analys för att kunna jämföra rimligheten i metoden. Nedan ses en enkel analys utifrån fysikaliska lagar:

6 4 Två stycken elektromagneter görs identiska men vänds åt samma håll varför: Detta ger: Optimering av diameter mot spolens längd: Vilket ger: Rimlig storlek på spolen ses nedan: 256 2D Rimligt värden på spolen är: D å Vilket ger möjlig kraft: 13,9 Sammanfattat bör metoden fungera förutsatt att lindningen klarar strömmen.

7 5.3 Korsbefruktning För att inte missa bra koncept korsbefruktas de befintliga koncepten i en morfologisk matris. Morfologisk matris Koncept nr. Tryck Rotation 1 Skruv + kuggstång Elmotor 2 Piezo-elektriskt element Elmotor 3 Specialhylsa Elmotor 4 Elektromagnet Elmotor 5 Piezo-elektriskt element Elmotor 6 x Vattentank Elmotor 7 Kugghjul + kuggstång Elmotor 8 x Tryckluftscylinder Tryckluftsturbin 9 x Manuella vikter Elmotor 10 x Turbin (bladen) Tryckluftsturbin 11 Variator Elmotor 12 x Tryckluftscylinder Elmotor 13 Vajervinsch Elmotor 14 Separat liten kulskruv + stor kuggstång Elmotor Eftersom rotationen bara lösts på två olika sätt finns inte så många sätt att kombinera huvudfunktioner. Följande lista presenterar de nya koncept som genererats genom kombination av ovanstående lösningar: Koncept nr. Tryck Rotation 15 x Skruv + kuggstång Tryckluftsturbin 16 x Piezo-elektriskt element Tryckluftsturbin 17 x Specialhylsa Tryckluftsturbin 18 x Elektromagnet Tryckluftsturbin 19 x Piezo-elektriskt element Tryckluftsturbin 20 x Vattentank Tryckluftsturbin 21 x Kugghjul + kuggstång Tryckluftsturbin 22 x Manuella vikter Tryckluftsturbin 23 x Turbin (bladen) Elmotor 24 x Variator Tryckluftsturbin 25 x Vajervinsch Tryckluftsturbin

8 Eliminering av skapade koncept Vissa av de skapade koncepten är av en eller annan anledning inte realiserbara, eller klarar inte alla krav. De stryks därför ur beslutsprocessen redan här. Koncept nr 9 och 22 stryks eftersom lösningen med manuella vikter inte är tillräckligt automatiserbar. Koncept nr 8, 10, 12, 6 samt stryks pga kravet på elektromekanisk lösning. Tryckluft hade annars kunnat vara ett alternativ då kraftnoggrannheten bör vara tillräckligt hög. Referens: Peter Andersson, IVF 5.4 Konceptval För att välja rätt koncept att arbeta vidare med gjordes Pughmatriser. Arbetet delades upp så att två olika upplagor av Pughmatriser gjordes. Dessa sammanfogades och diskuterades till en gemensam Pughmatris. Koncepten jämfördes med referensen, LEGIO 3 ST. För att jämföra på ett bra sätt använde vi följande kriterier: Tryckkraft, konceptets förmåga att applicera tryck på verktyget. Tillverkningskostnad, kostnaden för att tillverka konceptet. Totalvikt, konceptets totala vikt. Miljöpåverkan, hur mycket konceptet påverkar omgivande miljö t.ex innehåller det olja eller andra miljöfarliga ämnen? Livslängd och service, konceptets behov av service och uppskattad livslängd. Enkel konstruktion, komplexiteten i konstruktionen. Enkel att fästa på stativ, blir det svårigheter för att fästa konceptet på ett stativ? Snabb starttid, tiden det tar för maskinen att börja svetsa Fysisk storlek, storleken på konceptet

9

10 Från den första Pughmatrisomgången flyttades de fyra bästa koncepten samt referensen till en andra omgång med det högst rankade konceptet som referens. Koncept fyra blev här rankat högst. Tidigare underlag tillsammans med detta resultat ligger som grund till varför vi väljer att vidareutveckla konceptet.