The main purpose of the project is to adjust the construction for the profile of demands and search for an alternative material better suited.

Transkript

1

2 Abstract The problems caused by the current engine casing in aluminum for Volvo Buses Corp. are the main foundation for this degree project. Lack of maintenance combined with a construction poorly adjusted for assembly has resulted in the fact that the engine casings rarely get reassembled when the service is completed. The degree project has mainly been following Olssons. F, Principkonstruktion, Compendium, Lund and Olssons. F, Primärkonstruktion, Compendium, Lund, the two compendiums work like manuals for the first phases during a construction project. The main purpose of the project is to adjust the construction for the profile of demands and search for an alternative material better suited. Different methods have proved that the plastic material PP/EPDM is a better alternative than aluminum. A plastic construction has several benefits such as softer shapes, sound absorption and lower costs. With the new material a different shape was created with several integrated features. The most appropriate manufacturing method for PP/EPDM and the determined production volume is vacuum forming. The estimated cost for the engine casing is about 450 SEK, cheaper than the current one and multifunctional at the same time. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 1

3 Sammanfattning Det som står till grund för examensarbetet är problemen Volvo Bussar AB har med deras nuvarande motorinkapslingar i aluminium. Brist på underhåll i kombination med en dåligt monteringsanpassad konstruktion har resulterat i att motorinkapslingarna sällan återmonteras efter service av motorn. Examensarbetet har till stor del följt Olssons. F, Principkonstruktion, Kompendium, Lund och Olssons. F, Primärkonstruktion, Kompendium, Lund, kompendierna är manualer för de två första faserna i ett konstruktionsprojekt. Syftet med arbetet är att anpassa konstruktionen efter uppsatta krav och önskemål och samtidigt undersöka om ett alternativt material kan lämpa sig bättre. Med hjälp av olika metoder har det bevisats att plasten PP/EPDM är ett bättre alternativ än aluminium i flera avseenden. En plastkonstruktion bidrar till flertalet fördelar som exempelvis formfrihet, ljuddämpning och lägre kostnad. I och med materialbytet till plast kunde produkten formges annorlunda och fler funktioner integreras. Vakuumformning visade sig vara den tillverkningsmetod som är mest lämpad för plasten (PP/EPDM) och den bestämda tillverkningsvolymen. Uppskattningsvis kommer motorinkapslingen att få ett slutpris runt 450kr, billigare än nuvarande inkapsling och samtidigt multifunktionell. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 2

4 Förord Efter att ha kommit i kontakt med Mikael Karlsson och Mikael Andersson på företaget M4 Solutions AB i Halmstad kom frågan upp angående att skriva ett examensarbete för dem mot Volvo Bussar AB. Vi fick uppgiften att konstruera en ny form av motorinkapsling till en buss, projektuppgiften lät intressant och kändes utmanande. Den personen vi vill tacka först och främst är Mikael Karlsson som har varit vår externa handledare och vår kontakt mot Volvo. Ole Eriksson och Mathias Karlsson på Volvo har varit mycket hjälpsamma och bidragit med tydliga riktlinjer och viktig information till vårt arbete. Kalle Andrén på Andrén Plast AB har varit både hjälpsam och gett oss användbar information angående olika plastmaterial och tillverkningsmetoder. Vår handledare på Högskolan, Håkan Pettersson har varit ett bra stöd och den som hjälpt oss med avgränsningen av arbetet. Sabina Rebeggiani som föreläser och doktorerar om plast har utan åtaganden ställt upp och hjälpt oss med frågor angående olika plaster. Detta är vi väldigt tacksamma för då många personer inför skolavslutningen verkar ha mycket att göra. Sen vill vi även tacka all personal på de företag vi varit på studiebesök hos. De har varit mycket hjälpsamma och har tagit sig tid att svara på alla möjliga frågor vi ställt. De här veckorna vi har arbetat med projektet har tiden gått väldigt fort och planeringen har ändrats många gånger. Vi känner att det vi ville uppnå med arbetet har åstadkommits och är både nöjda och stolta. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 3

5 TERMINOLOGI INTRODUKTION PROBLEMDEFINITION RAPPORTENS SYFTE AVGRÄNSNING METODVAL TEORI METOD Benchmarking Kravprofil Materialval Brainstorming Konstruktion Tillverkningsmetod Kostnadsuppskattning PRODUKTUNDERSÖKNING BENCHMARKING Neoplan Volvo MAN Scania BORÅS BIL LASTVAGNAR AB VOLVO BORÅS LOKALTRAFIK LASERTOOL AB SENNANS BUSS AB NUVARANDE MOTORINKAPSLING TILL B13R KRAVPROFIL MATERIAL FÖRSLAG PÅ MATERIAL ABS-plast (ABS) High Density Polyeten (HDPE) Polyetentereftalat (PET) Polypropen (PP) Polykarbonat (PC) Polyvinylklorid (PVC) PETG Aluminium Stål Polykarbonat/Polybutylentereftalat (PC/PBT) Epoxi/Kolfiber Termoplastisk Elastomer (TPE) MATERIALVAL Materialegenskaper Grovsållning...20 Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 4

6 5.2.3 Viktning Val av material Återvinning av plast KONSTRUKTION AV MOTORINKAPSLING BRAINSTORMING Lösningsförslag Lösningsförslag Lösningsförslag Lösningsförslag Viktning av lösningsförslag SLUTGILTIGT VAL AV LÖSNINGSFÖRSLAG DETALJKONSTRUKTION Konstruktion FEM-analys TILLVERKNINGSMETOD METODER Rotationsgjutning Formsprutning Termisk formning Vakuumformning Formpressning STUDIEBESÖK PÅ ANDRÉN PLAST AB SLUTGILTIGT VAL AV TILLVERKNINGSMETOD KOSTNADSUPPSKATTNING RESULTAT UPPFYLLANDE AV KRITERIER SLUTSATS BEGRÄNSNINGAR OCH FÖRDELAR REKOMMENDATIONER BETRÄFFANDE FORTSATT ARBETE...38 KÄLLFÖRTECKNING...39 BILAGA 1. KRAVPROFIL BILAGA 2. MATERIALEGENSKAPER BILAGA 3. DETALJRITNING Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 5

7 Terminologi Motorinkapsling: POME-metoden: Benchmarking: Kravprofil: Rockwell: Brainstorming: Catia V5 R18: Akustimet: Delkristallin: FEM-metoden: Von Mises: CES Edupack 2010 : Skydd för motor och angränsande delar. Den primära funktionen är att dämpa oljud. En metod hämtad från Fredy Olssons kompendium i Principkonstruktion där kriterier tas fram. En produktundersökningsmetod där konkurrenters lösningar undersöks. En tabell där ställda krav och önskemål på produkten redovisas. En metod för att mäta hårdheten hos material. Beroende på vilket material som testas används olika metoder. Exempelvis Rockwell A, B, R Flertalet lösningsförslag tas fram utan hänsyn till kriterier eller orimligheter, förslagen viktas sedan mot kravprofilen. Ett franskt CAD-program framtaget av Dassault Systems. Ett ljudisolerande tilläggsmaterial, används mycket inom fordonsindustrin. En polymer som både är kristallin och amorf En numerisk metod för att approximativt räkna ut hållfastheten i delar med komplexa geometrier, där den analyserade modellen delas upp i mycket små element. Ofta används datorer vid beräknandet då uträkningarna både är många och komplicerade. Von Mises är en metod för att räkna ut effektivspänningar. Ett program med materialinformation Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 6

8 1. Introduktion 1.1 Problemdefinition Volvo Bussar AB har sedan en tid tillbaka haft problem med nuvarande motorinkapslingar på sina bussar. En tendens är att vissa delar av motorinkapslingen inte monteras tillbaks efter service eller reparation. Delar av motorinkapslingen har även lossnat under körning, detta troligtvis på grund av vårdslös körning och dålig skötsel av snabbfästen och infästningsskruvar som korroderat och gått sönder. Detta ser Volvo Bussar AB som ett problem då motorinkapslingen har många betydelsefulla egenskaper för livslängden och kvalitén på bussen. Motorinkapslingen skyddar många av motorns vitala delar mot stenskott och smuts. Det är av stor betydelse att motorinkapslingen sitter kvar under hela bussens livslängd. 1.2 Rapportens syfte Vårt uppdrag blir att i samarbete med M4 Solutions AB och Volvo Bussar AB, ta fram ett alternativ till den motorinkapsling som används idag. Vi kommer att utföra ett konstruktionsarbete där vi har för avsikt att inkludera materialval, val av tillverkningsmetod, prototypframtagning, detaljkonstruktion samt en kostnadsuppskattning. Syftet med arbetet är bland annat att optimera konstruktionen för montering/demontering, det vill säga att ta fram bra lösningar som på ett smidigt sätt förenklar arbetsmomenten för servicepersonal vid underhåll av motorn. Att göra konstruktionen mer hållbar och robust är ett krav då livslängden på motorinkapslingen ska vara lika lång som på resten av bussens delar. Vi kommer att välja material och tillverkningsmetod som möter våra och Volvos krav vid både tillverkning och användning, samt integrera de funktioner som Volvo önskar i konstruktionen. 1.3 Avgränsning Vi kommer att följa professor Fredy Olssons kompendium i både principkonstruktion och primärkonstruktion. I primärkonstruktionsdelen kommer enbart detaljkonstruktion att genomföras. Infästningselement som skruvar och fästen kommer inte att väljas i det här arbetet i och med den begränsade tidsomfattningen på examensarbetet. En motorinkapsling kommer att tas fram till motorn B13R i miljöserien EURO5, denna motor sitter på några av Volvos coachbussar. Detta bestämdes i samband med vårt möte på Volvo Bussar AB i Arendal Att kunna konstruera motorinkapslingar till Volvos alla tre bussvarianter skulle överskrida vår tidsgräns på 10 veckor. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 7

9 2. Metodval 2.1 Teori Som grund för konstruktionsarbetet kommer i huvudsak två kompendier att följas. De är Olssons. F, Principkonstruktion, Kompendium, Lund och Olssons. F, Primärkonstruktion, Kompendium, Lund. Enligt Fredy Olsson är Principkonstruktion det tidiga inledande arbetet i ett konstruktionsarbete. Utifrån ett behov ska en principiell produktlösning tas fram. Principkonstruktionsprocessen följer fem stora steg, Produktdefinition, Produktundersökning och Kriterieuppställning, Framtagning av produktförslag och Presentation av produktförslag. I vårt examensarbete kommer hela principkonstruktionsdelen att följas. Dock kommer inte kompendiet att följas slaviskt utan mer fungera som en guide, alternativt handbok. För att ta fram bra och passande kriterier i form av krav och önskemål kommer POME-metoden att användas. POME står för Process, Omgivning, Människa och Ekonomi. För att följa den här metoden ska de valda kriterierna uppfyllas inom de här områdena. Den framtagna kravprofilen kommer sedan att utgöra grund för både val av lösningsförslag, material och tillverkningsmetod. I primärkonstruktionen ska en preliminär produkt tas fram. Med det här menas att en färdig produkt ska tas fram. Den kommer inte att vara anpassad efter tillverkning och heller inte utprovad för framtida användning. Fem huvudarbetsuppgifter ingår i primärkonstruktionen, Produktutkast, Komponentval, Detaljkonstruktion, Produktsammanställning, Tillverkning och utprovning av primärprodukt. I primärkonstruktionsdelen kommer fokus att läggas på detaljkonstruktion då det är den delen som är mest relevant för vårt arbete. Avgränsningen säger att resterande delar i primärkonstruktion är överflödiga. Detaljkonstruktionen går igenom materialval och utformning av produkten. I den här delen ska den specifika detaljen konstrueras och dokumenteras i form av en modell och ritning. Till grund för examensarbetets upplägg kommer litteraturen, Höst. M, Regnell. B, Runeson, P, Att genomföra examensarbete, Studentlitteratur, Lund och Weber, G, Att skriva bra rapporter, Kompendium, 2006 av Gunnar Weber att användas. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 8

10 2.2 Metod Benchmarking Att göra en ordentlig produktundersökning kändes som ett krav vid uppstarten av vårt examensarbete. Studiebesök på utvalda företag ska göras där motorinkapslingar ska undersökas och problem identifieras. Vi kommer även att undersöka andra tillverkares lösningar och se hur konkurrenterna till Volvo Bussar AB har löst problem med infästningar, luftstyrning och delningar. Intervjuer med mekaniker på serviceverkstäder ska hållas där frågor rörande monteringstid, passform och infästningar kommer tas upp Kravprofil Vi har som mål att så tidigt som möjligt kunna upprätta en komplett kravprofil. Denna kommer att användas i materialvalet samt valet av tillverkningsmetod men samtidigt fungera som en riktlinje genom hela projektet. För att kunna sammanställa profilen kommer vi använda oss av Fredy Olssons POME Process, Omgivning, Människa, Ekonomi modell. De krav och önskemål som ställs på konstruktionen kommer att sammanställas i samarbete med Mikael Karlsson, Ole Eriksson samt Mathias Karlsson på Volvo Bussar AB Materialval Val av material till konstruktionen kommer att göras efter benchmarkingdelen då kravprofilen är upprättad. De krav och önskemål som kommer gälla för materialvalet kommer att fastställas i kravprofilen. En tabell med tänkbara material för motorinkapsling kommer att skapas och de krav från kravprofilen som är med i materialvalet tas med. Materialen kommer att viktas mot de olika kraven från 1-10 poäng där 10 är högst. Hårdhetsvärdena kommer att separeras i två grupper då inte samma mätningsmetod används gällande plast respektive metaller. Rockwell R kommer användas vid insamling av hårdhetsvärden gällande plaster och Rockwell B vid granskning av metaller. Hårdhetsvärdena för metaller respektive plaster kommer inte att ställas mot varandra då de olika materialen inte haft samma förutsättningar under testerna. Många material kommer inte att vara lämpliga då höga krav både hållfasthetsmässigt samt miljömässigt ställs på produkten, därför kommer bara de mest lämpade materialen gå igenom materialvalet i kapitel 4.3 Materialval Brainstorming Flertalet lösningsförslag kommer att tas fram för att sedan viktas mot varandra med hjälp av valda kriterier i kravprofilen. Ingen hänsyn till kriterier och orimligheter tas vid skissandet av lösningsförslagen. Lösningsförslagen kommer att ligga i rapporten och presenteras under Kap 6. Konstruktion av motorinkapsling. De förslag som förs vidare från idéstadiet kommer att viktas mot lämpliga krav och önskemål tagna från kravprofilen med en 1-10 poängs skala. Det förslaget med bäst totalpoäng är det som konstruktionen kommer att utgå från. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 9

11 Lösningsförslaget med bäst poäng kommer att presenteras i rapporten under rubriken Kap 6.2 Slutgiltigt val av lösningsförslag Konstruktion Det slutgiltiga lösningsförslaget är det som konstruktionen kommer att utgå från. Emellertid är detta som namnet låter, bara ett förslag och lika viktigt vid tillverkningen är referensgeometri som balkar och ramverk. Modellerandet kommer att göras med hjälp av Catia V5 R18. Närliggande referensgeometri som balkar och ramverk kommer att vara det som bestämmer hur formen på modellen kommer att se ut. Det är av yttersta vikt att vår motorinkapsling inte tar i något i motorrummet. Den arbetsbänken i Catia V5 R18 vi kommer att göra det mesta av modelleringen i heter Generative Shape Design (GSD) och är lämplig när runda mjuka former ska skapas. Även en ritning med de viktigaste måtten kommer att göras, också den kommer att skapas med hjälp av Catia. En FEM-analys kommer att göras för att se om produkten klarar kraven på hållfasthet. Detta kommer att göras i Generative Structural Analysis (GSA) i Catia V5 R Tillverkningsmetod Då materialvalet och konstruktionen är färdig kan valet av tillverkningsmetod göras. Olika bearbetningsmetoder granskas för att se vilken som kan vara passande för vår produkt. Utformningen på produkten, materialet och tillverkningsvolymen är de styrande faktorerna för det här valet. För att få en bättre uppfattning om hur liknande produkter utformas kommer studiebesök hos någon tillverkare att göras. Det är viktigt för oss att tillverkningsmetoden blir optimerad vad gäller tillverkningskostnad. Valet kommer att göras i samråd med experter inom området som har stor erfarenhet av liknande tillverkning Kostnadsuppskattning När en färdig modell, materialval och valet av tillverkningsmetod är färdigt kan slutpriset på produkten tas fram. Detta kommer att göras i samarbete med kunniga experter som har erfarenhet inom den tillverkningsgenre produkten avses få. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 10

12 3. Produktundersökning 3.1 Benchmarking Neoplan Neoplan som ägs av det tyska företaget MAN har sedan 75 år tillbaka tillverkat bussar i flera olika storlekar. Deras lösning till motorinkapsling bestod, år 2006, av två separata plastkåpor monterade på två liggande U-profiler. Motorinkapslingen ska skydda cirka 75 % av motorn och växellådan på Neoplans bussar och väga ungefär 20kg. Hela inkapslingen plockas ner vid service av motorn. Efter besöket på Borås Lokaltrafik såg vi hur infästningarna på Neoplans citybussar såg ut. De har, som ni ser på Bild 3.1, två fästen för inkapslingsplåten på höger respektive vänster sida av chassiet. Bild 3.1 Neoplans snäppfunktion Volvo Så kallade snabblås som infästningsmetod har sedan ett tag tillbaka införts i produktionen av motorinkapslingar hos Volvo. De här fästena är den vanligaste typen och har fått både positiv och negativ kritik. Efter ett flertal studiebesök och intervjuer med verkstadsmekaniker har vi fått uppfattningen av att låsen kärvar och går sönder alltför ofta, orsaken till detta kan vara dåligt underhåll och smuts i kombination med olja. Den kompletta undre motorinkapslingen består oftast av 2 alternativt 3 plåtar. Vid studiebesöket på Borås Bil såg vi att vissa plåtar var belagda med det ljudabsorberande materialet akustimet. För att kunna montera plåtarna på Volvos B13R motor är två u-profiler konstruerade för att kunna styra plåten och utgöra ett stöd, plåten skruvas fast med två M8 skruvar på ena långsidan. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 11

13 Bild 3.2 Plåt med snabbfästen och akustimetljudisoleringsplatta MAN MAN är ett tyskt företag och är en av världens ledande tillverkare av lastbilar och bussar. De tillverkar stadsbussar, turistbussar och chassin. Den motorinkapslingen vi tittade på sitter på deras stadsbussar. Då ingen av bussarna hade inkapslingen kvar kunde vi bara studera hur plåtarna var fästa i ramverket. Deras lösning är u-balkar som används som skenor på båda sidorna där plåten trycks in bakifrån. Det vi kunde se var att de här skenorna både var deformerade och smutsiga. Servicepersonalen vi pratade med trodde att vårdslös körning speciellt över farthinder var orsaken till det här problemet. U-balkarna sitter fast i chassiet med fästen där höjden kan justeras. Detta syns på Bild 3.3. Troligt material i u-balkarna är någon form av stål. Tidigare har det suttit en inkapslingsplåt i skenan av aluminium. Bild 3.3 Vänster infästningsskena för inkapslingsplåten Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 12

14 3.1.4 Scania Scania är tillsammans med Volvo en de två största busstillverkarna i Sverige och har etablerat sig väl under de 100 år som företaget har funnits. Bild 3.5 visar Scanias skenor för deras motorinkapslingar. Nackdelen med dessa är att de är oerhört känsliga för deformationer. Materialet i skenorna är troligen stål och därmed är risken för korrosion hög i samband med smuts och vatten. Vid vårt studiebesök på Sennans Buss i Sennan fick vi reda på hur Scania hade löst låsmekanismen till deras coachbussar. Beroende på årsmodell finns två olika varianter, en som liknar Volvos trekvartsvarvslåsning med en sexkantsnyckel och en som låses fast med hjälp av en sprint. Materialet i plåtarna är aluminium. Scanias motorinkapslings såg gedigna och välkonstruerade ut och mekanikern Håkan på Sennans Bussar visade på, att om man smörjer och underhåller låsmekanismerna kan de hålla även under en längre tid. 3.4 Låsmekanism med sprint till en coachbuss 3.5 Styrningskena på en citybuss 3.2 Borås Bil Lastvagnar AB Volvo Per-Anders Andersson, certifierad servicemontör, var den som visade oss runt och svarade på de frågor vi ställde. Han är. Den bussen han höll på att reparera var en B12BLE som är en Intercitybuss. Motorn som sitter i den heter DH12E och är en 12-litersmotor. Det Per-Anders tyckte var problemet med dagens inkapsling i aluminium är att plåtarna tappar passformen och blir svåra att montera tillbaks efter service eller reparation. De hade applicerat underredsmassa på några av de plåtar som var demonterade. Han ser inte riktigt nyttan med detta för vikten på plåtarna blir väldigt hög och orsakar på så sätt problem. Per-Anders trodde att serviceintervallet på en buss var ungefär 4 gånger per år. Vid en motorservice tas 3-4 plåtar ned och tidsintervallet på detta varierar mellan 2-4 minuter. Är plåtarna smutsiga och oljiga spolar han av dem och tvättar med kallavfettning. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 13

15 Volvo använder sig av ett snabblås där en skruvmejsel används för att vrida upp låset som håller fast inkapslingen. Han tyckte att den här lösningen var dålig då ingående delar har en tendens att ärga sönder. Detta trodde han kunde vara en anledning till att plåtarna lossnar och trillar av. På några av de plåtar som var nedtagna satt tilläggsmaterialet Akustimet, som används för att minska buller. Bild 3.6 Motorinkapslingsplåtar på Borås Bil 3.3 Borås Lokaltrafik På Borås Lokaltrafiks serviceverkstad blev vi väl bemötta av Lars som gav oss sina åsikter och synpunkter på motorinkapslingen till lokaltrafikens bussar. Enligt honom så sitter plåtarna enbart på vid nyleverans och åker sedan snabbt av, om inte innan så vid första servicen. Han tycker att plåtarna inte håller måttet i längden och är veka i konstruktionen. Service på lokaltrafikens bussar i Borås görs varje 1000 mil. De hade totalt fem citybussar inne på service, två Scania, två MAN och en Neoplan. Ingen av bussarna hade någon motorinkapslingsplåt monterad. Vi fick möjligheten att gå ner under bussarna och undersöka hur de hade löst infästningen för motorinkapslingarna. Vi märkte att de flesta lösningar för att fästa inkapslingarna på citybussarna var i form av en glidskena. Att ha en vek skena monterad längst ner i bussen gör den mycket sårbar mot stötar och därmed deformation, vilket i sin tur gör att själva inkapslingen inte går att montera/demontera. Lars var fullt medveten om detta men konstaterade att personalen på bilprovningen samt mekaniker struntar i om motorinkapslingen sitter där eller inte. Vi hade även möjlighet att ställa frågor till en mekaniker, Per-Olof, som stod och jobbade under motorn på en MAN-buss. Per-Olof tycker att plåtarna sitter för lågt och slår därför i marken. Vid skenkonstruktioner är detta förödande för passformen och monterbarheten, han tycker även att smuts fastnar i skenorna vilket gör dem obrukbara. Det Per-Olof tycker är positivt med Scanias motorinkapslingar är att de är tvådelade och kan fästas enkelt med hjälp av så kallade snabblås. 3.4 Lasertool AB Lasertool AB tillverkar dagens motorinkapsling till B13R motorn. Fredrik Lindström, Stefan Gustavsson och Inge Andersson från Lasertool var inbjudna för att vara med på en rundvandring i produktionen på Volvo Bussar AB i Borås för att se vad som kunde förbättras med den nuvarande motorinkapslingen. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 14

16 Vi tittade på hur inkapslingen under motor och växellåda satt monterad i chassiet. Aluminiumplåten som utgör inkapslingen är fastsatt med hjälp av två fästen i u-balkar som är monterade i bussens ramverk. För att montera dit plåten ska den först skjutas in i den högra skenan sett bakifrån bussen och sedan tryckas upp i den vänstra. Vi försökte att provmontera plåten utan resultat. Först efter lite hjälp av en plastklubba kunde plåten monteras på plats. Lasertools AB verkar vara intresserade av hur man kan effektivisera själva monteringen och tillverkningen av dagens inkapslingsplåtar till Volvos motor B13R. Ett av förslagen var att ta bort fästplattorna som fäster aluminiumplåten i aluzinkbalken och istället förlänga bockningen av plåten och fästa den direkt i balken. 3.5 Sennans Buss AB Sennans Buss har totalt nio bussar av märket Scania. Karosserna är tillverkade i Finland (Beulas) och Spanien (IRIZAR). Av de fyra bussar som vi tittade på hade tre stycken sina inkapslingsplåtar monterade. Enligt Håkan, servicemekaniker, hänger det mycket på mekanikern om plåtarna sitter kvar eller inte. Han påstår att alla mekaniska delar tillhörande inkapslingsplåtarna måste smörjas och rengöras regelbundet för att de ska hålla. Scania har haft, och har idag, mycket problem med att kyla motorn tillräckligt och enligt Håkan bör det inte vara något problem att kunna integrera gälar i konstruktionen för att kunna få ytterligare kylning. Håkan påstår att coachbussar i regel körs lugnare än stads- och intercitybussar, detta leder till mindre slitage och att livslängden ökar. Scania har en lösning med snabblås som Håkan tycker fungerar bra. En anledning till detta kan vara regelbundet underhåll av ingående komponenter. Han skulle vilja se ett material med en tillhörande absorbent som inte suger åt sig fukt, är lätt, samt har ett bra skydd mot brand. Konstruktionen ska helst vara sådan att specialverktyg inte behöver användas för montering/demontering. Bild 3.7 Infästningsbalk Bild 3.8 Scanias låsmekanism Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 15

17 3.6 Nuvarande motorinkapsling till B13R Det är företaget Lasertool AB som tillverkar och förser Volvo med motorinkapslingen till B13R. Motorinkapslingen består av en huvudplåt i aluminium på 2mm som täcker både motor och växellåda. Inkapslingen består även av 2 stycken fästen som är fastskruvade i huvudplåten och 2 stycken u-profiler som är fastsatta i bussens ramverk. Prisuppgiften för huvudplåten är 471kr och vikten är 9,1kg. Plåten har en så kallad kryssknäck som är en lätt bockning som görs för att plåten ska bli styvare. Plåten är bockad på alla kanter för att få en bättre form och skydda sidorna på motor och växellåda. På ena långsidan är plåten bockad som ett u och fyra hål är utskurna, detta för att plåten ska kunna skjutas upp och styras in i på rätt plats i u- profilerna. Bild 3.9 Huvudplåt med kryssknäck Bild 3.10 Fäste i huvudplåten Inkapslingen fästs med hjälp av två mindre fästplattor som sitter monterade på huvudplåten i två u- profiler vilka är inskruvade med fästskruvar i ramverket. Materialet i u-profilerna och fästena är aluzinkplåt som är en belagd stålplåt. Kostnaden för de här profilerna är 86,22 kr styck och vikten är 2,7kg styck. Bild 3.11 U-profil för infästning av huvudplåten Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 16

18 4. Kravprofil Kravprofilen har tagits fram utifrån de krav som Volvo Bussar AB ställer på en sådan här konstruktion. Alla studiebesök och information från servicepersonal har varit viktiga i utformningen av den. Kravprofilen är ryggraden i vårt arbete som hela konstruktionen kommer att utgå från. Kravprofilen bifogas, se Bilaga 1. Kravprofil. 5. Material 5.1 Förslag på material De materialgrupper som undersöktes var plaster och metaller. Detta är enligt vår mening material som skulle gå att använda som inkapslingsskydd på Volvos bussmotorer. Här nedan beskrivs kortfattat användningsområdena för våra förslag på material samt de grundläggande mekaniska och termiska egenskaperna. En lista över de material som vi valt att vikta mot varandra sammanställts, se Tabell 5.1. Material Typ ABS Polymer, Termoplast ALUMINIUM Metall, Lättmetall PVC Polymer, Termoplast PVC 20 % GFF Polymer, Termoplast PP 40 % GFF Polymer, Termoplast PP Polymer, Termoplast STÅL Metall HDPE Polymer, Termoplast PET Polymer, Termoplast PETG Polymer, Termoplast PC Polymer, Termoplast PC/PBT Polymer, Termoplast PC 40 % GFF Polymer, Termoplast Epoxy/HS carbon fiber Komposit Epoxy SMC Komposit TPE/EPDM Polymer, Elastomer Tabell 5.1 Material innan grovsållning Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 17

19 5.1.1 ABS-plast (ABS) Det här är en plast som har ett brett användningsområde. Den används till exempelvis instrumentpaneler, möbler, telefonskal och industridetaljer. Plasten har bra hållfasthetsegenskaper och relativt god kemisk beständighet. Ett problem med ABS-plast är att den inte lämpar sig bra för utomhusbruk. Exponeras plasten för mycket utomhus blir den både gulnad och spröd High Density Polyeten (HDPE) Polyeten är en mycket vanlig plast. De vanligaste varianterna är LD-PE (Low Density) och HD-PE (High Density). Det som skiljer de här plasterna åt är dels densiteten som för LD-PE är lite lägre och att HD- PE är hårdare än LD-PE. Användningsområdet för plasten är mycket brett, allt från plastpåsar till bensintankar. Polyeten är mångsidig, men har en del nackdelar som till exempel att de mekaniska egenskaperna är starkt temperaturberoende Polyetentereftalat (PET) Plasten Polyetentereftalat förkortad PET har ett tämligen brett användningsområde och är kanske mest känt i flasksammanhang tack vare den goda kemikaliebeständigheten. PET är känt för att visa goda egenskaper vid bearbetning och framtagning vilket gör att materialet är relativt vanligt jämfört med många andra plaster. PET har väldigt låg vattenabsorptionsförmåga och har ett utmärkt skydd mot miljöskador och kemiska angrepp Polypropen (PP) Polypropen används mycket inom läkemedelsindustrin där höga krav ställs på renlighet och goda beständighetsegenskaper. Polypropen har även god värmebeständighet samt är tålig mot syror, alkohol och mineraloljor, vilket lämpar materialet extra bra för behållare av farliga och frätande ämnen Polykarbonat (PC) Polykarbonat är en stark, hård och styv plast. Användningsområdena för Polykarbonat (PC) är bland annat, mobiltelefonskal, trädgårdsredskap, sporttillbehör och trafikljus. Polykarbonat används i stor utsträckning som tillsatsmaterial på grund av den höga kompabilitetsförmågan. Termoplasten tenderar att gulna som många andra plaster då den utsätts för intensiv UV-strålning Polyvinylklorid (PVC) Den här plasten har ett mycket brett användningsområde från påsar till rör och avloppsdelar. Några bra egenskaper är att den har ett bra motstånd mot korrosion, röta och syror. Den är en god isolator mot elektricitet. Plasten bryts ned om den utsätts för solljus under en längre tid, även olika typer av lösningsmedel bryter ner PVC PETG PETG är en kemikaliebeständig plast med mycket bra hårdhet. Plasten är slagtålig men passar mindre bra för utomhusbruk om inte UV-stabilisatorer tillsätts. På grund av den låga bearbetningstemperaturen hos PETG sjunker även kostnaderna vid tillverkningsprocessen. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 18

20 5.1.8 Aluminium Aluminium är en metall som har en låg densitet (2,7g/cm 3 ) och vid legering kan metallen erhålla mycket goda hållfasthetsegenskaper. Materialet är lättbearbetat och kan bearbetas på flera olika sätt som skärande bearbetning, strängpressning och gjutning. Aluminium bildar tillsammans med syre ett oxidskikt som fungerar som en skyddande hinna. Detta gör att aluminium får ett utomordentligt skydd mot korrosion Stål Metallen stål anses som det vanligaste materialet inom konstruktion idag, men ersätts i allt större utsträckning av andra material med liknande egenskaper. Stål är ett starkt material men också relativt tungt i förhållande till dess styrka. Rent stål kombineras ofta med någon form av värmebehandling för bättre hållfasthetsegenskaper och med ytbehandling för bättre korrosionsbeständighet Polykarbonat/Polybutylentereftalat (PC/PBT) Den här plastsammansättningen är en blandning av PC och PBT. PBT är en delkristallin polymer som kombinerar bra mekaniska egenskaper med utmärkt resistans mot kemikalier, olja och lösningsmedel. Plasten är en god elektrisk isolator och har ett brett temperaturintervall. En blandning av PC och PBT genererar flera goda egenskaper från bägge plasterna. Med den här blandningen fås en plast som är stark, styv, värmetålig och har mycket god kemisk beständighet. Några av de produkter som den här plasten används i är bilar, lastbilar, trädgårdsmaskiner, medicinsk apparatur och verktyg Epoxi/Kolfiber Härdplasten epoxi i kombination med kolfiber är ett väldigt starkt material och används brett i de områden där krav på låg vikt förknippat med bra hållfasthetsegenskaper efterfrågas. I många fall är komposita material en fullt duglig ersättare till metaller, men också betydligt dyrare. Materialgruppen kompositer består av minst två material där den ena oftast är en polymer och den andra en komposit Termoplastisk Elastomer (TPE) Det här är en variant av plast som har liknande egenskaper som gummi. Fördelen med TPE jämfört med gummi är att formbarheten är bra och spill från tillverkningen kan återanvändas. Det här är en plast som kan blandas ihop med andra plaster exempelvis PP och då erhålla en blandning av båda materialens egenskaper. För att mäta hårdheten hos gummiliknande material används en metod som kallas Shore. För mjukare material används metoden Shore A. 5.2 Materialval Materialegenskaper För att få klarhet och mer överblick över materialens egenskaper har en tabell sammanställts. Tabellen följer med som bilaga och kommer att hjälpa oss i vårt materialval, men även ge en mer överskådlig blick av de material och de specifika egenskaper vi anser vara viktiga för motorinkapslingen. Se utdrag ur Tabell 5.2. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 19

21 [Rockwell R] [ MPa] [ C] [ C] Råpriser SEK/kg Material Hårdhet Sträckgräns Smältpunkt Temp Kostnad E-modul /Densitet [Mpa m^0,5] Fracture Toughness [Dålig- Utmärkt] Kemisk Beständighet ABS (A) 108 (A) 43, /80 15,4 2,25 2,74 Dålig ALUMINIUM (B) N/A 71, Utmärkt PVC (A) 71,8 (A) 39, /70 7,79 0,5 3,29 Medel PVC 20% GFF /62 17,4 3,7 3 Medel PP 40% GFF (A) 104 (A) 86, /140 25,1 6,5 5 Bra PP (A) 97 (A) 32, /135 11,55 1,9 3,75 Bra STÅL (B) 98 (A) N/A 27, Bra HDPE (A) 65 (A) 26, /120 11,7 1,3 1,72 Medel PET (A) 112 (A) /140 12,6 2,1 5 Medel PETG (A) 107 (A) /140 18,45 1,5 3 Medel PC (A) 118 (A) / ,35 Dålig PC/PBT (A) 115 (A) 53, /145 34,55 2,1 5,23 Bra PC 40% GFF (A) 119 (A) /132 34,95 6,9 4,6 Dålig Epoxy/HS carbon fiber (A) 123 (A) / ,7 Bra Epoxy SMC (A) 111 (A) 243, / ,9 Bra TPE/EPDM (A) 18,5 (A) 22 (A) /140 (A) 22,4 (A) 0,933 (A) 3,15 Utmärkt Tabell 5.2 Utdrag ur Bilaga 2. Materialegenskaper K10 är ett mycket viktigt krav och blir multiplicerad med en faktor på 1,35. K14 är ett krav som vi lägger större vikt på i materialvalet. Det kravet får en faktor på 1,2. Även krav K23 får en faktor på 1, Grovsållning Ej nämnda material har sållats bort på grund av opassande egenskaper i sammanhang med fordonsindustrin, i denna kategori faller material som titan, bly, trä med varierande orsaker såsom kostnad, vikt och låga hållfasthetsvärden. Följande förslag på material kommer att sållas bort, se Tabell 5.3. På detta sätt begränsar vi antalet ursprungsmaterial inför den kommande viktningen. De material som genomgår grovsållningen kommer alltså enbart att ställas mot kraven, vidare i materialvalet viktas de resterande materialen mot kraven. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 20

22 Material Sållas bort Uppfyller kriteriet/kriterierna ABS JA K14 ALUMINIUM NEJ - PVC JA K14 PVC 20% GFF JA K14 PP 40% GFF NEJ - PP NEJ - STÅL JA K3, K20 HDPE NEJ - PET NEJ - PETG JA K14 PC JA K15 PC/PBT NEJ - PC 40% GFF NEJ - Epoxy/HS carbon fiber Ja K24 Epoxy SMC JA K24 PP/EPDM (TPE) NEJ - Tabell 5.3 Grovsållning av valda material Efter grovsållningen försvann flera tänkbara material, de flesta på grund av att de inte uppfyller krav K14 som är temperaturintervallet. Både epoxiplast armerad med kolfiber och glasfiber faller bort på grund av det höga inköpspriset och tillverkningskostnaden. Enligt den tekniske chefen Kalle Andrén på Andrénplast AB klarar inte PC kemikalier och lösningsmedel särskilt bra och sållas således bort. Stål är rimligtvis för tungt för den här typen av konstruktioner och faller därmed bort på krav K Viktning Kriterier HDPE PET PC/PBT PP Aluminium PP 40 % GFF PC 40 % GFF K K K K7 K K K11 K12 K PP/EPDM K14 (x 1,2) 6 6 9,6 9,6 12 9,6 3,6 9,6 K K K24 (x1,3) 10,4 10,4 9,1 10,4 3,9 5,2 5,2 10,4 Totalt: 59,4 65,4 63, ,9 61,8 54,8 71 Tabell 5.4 Materialviktningstabell Resultatet av materialviktningstabellen visade att PP/EPDM fick mest poäng i jämförelse med de krav som vi ställt de olika materialen emot. Blanka fält i tabellen betyder att de inte är mätbara för alla material, eller inte går att vikta. Det skall påpekas att viktningstabellen inte är slutavgörande för materialvalet då andra kriterier av stor vikt samt val av tillverkningsmetod spelar en stor roll. En Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 21

23 vidare granskning av de tre material med mest poäng kommer att göras, Aluminium, PET samt PP/EPDM Val av material Det som skiljer de tre återstående materialen från varandra är framför allt formbarheten mellan aluminium och plast. Aluminium har en mycket stor fördel när det gäller temperaturkänslighet. Vi har förhoppningar om att plast är den rätta materialkategorin till en motorinkapsling på grund av den stora formfriheten och möjligheten att integrera fler funktioner i produkten. I samråd med Kalle Andrén på Andréns Plast AB i Göteborg har val av material diskuterats. Det finns ett flertal fördelar med plast gentemot aluminium, dels vikt, formbarhet och kostnad. Enligt honom klarar inte PET de temperaturer som motorinkapslingen ska tåla. Den största fördelen med PP/EPDM är enligt Kalle tåligheten mot temperaturer, slagtåligheten samt kemikaliebeständigheten. En fördel som gäller alla plaster är att materialet i sig är självdämpande, det vill säga, något ytterliggare ljuddämpande material behöver inte tilläggas. Polypropen i kombination med gummi ger ytterliggare ett skydd mot ljud. Gällande ekonomin är PP/EPDM nästan hälften så dyrt vid inköp som PC/PBT. Det som gör att valet faller på PP/EPDM är framförallt slagsegheten, formbarheten, ljuddämpningen och kemikaliebeständigheten samt att materialet är relativt billigt i jämförelse. Att PP/EPDM redan används i fordonsindustrin visar på att materialet är så pass slitstarkt och beprövat för att klara de hårda förhållanden som kan råda i trafiken. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 22

24 5.2.5 Återvinning av plast Det finns flera olika metoder för att återvinna plastmaterial. Beroende på vilket material som ska återvinnas bestäms också den återvinningsmetod som passar bäst. Den vanligaste metoden är deponering, som är en metod där plasten slängs på en soptipp och senare sorteras. Det finns även plaster som är biologiskt nedbrytbara, men de flesta plaster som används på marknaden har inte den egenskapen. En ökning av biologiskt nedbrytbara plaster förväntas öka i förpackningar och produkter som är svåra att samla in i naturen. Plast kan även förbrännas och den energin kan användas till andra ändamål. Det negativa med den här metoden är att det bildas koldioxid som bidrar till växthuseffekten. Plast kan även efter uppvärmning göras till syntetolja och andra petrokemiska råvaror. Det är främst termoplaster som kan återvinnas och användas till andra produkter. Kostnaden för detta är hög och den återvunna plasten får betydligt sämre kvalité än tidigare. Beroende på vilken plast som återvinns har de olika återvinningssymboler. Den plast som är lättast att återvinna och bäst på att behålla sina egenskaper är PET-plast. Därför får den en etta i återvinningssymbolen. De övriga plaster som inte är numrerade med återvinningssymboler ligger under övriga plaster och har nummer sju. De är svårast att återvinna och får begränsade användningsområden som exempelvis flaskor och plastpaneler som ska likna trä. Bild 5.1 Återvinningssymboler för plaster Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 23

25 6. Konstruktion av motorinkapsling I den här delen av arbetet kommer ett flertal lösningsförslag att presenteras. Det bästa förslaget kommer att bli den principiella lösningen. Det är enbart en konceptuell lösning som utgör grunden för hur designen på produkten blir. 6.1 Brainstorming I detta kapitel följer de fyra förslag som förts vidare från grovsållningen. Produktförslagen är endast i idéstadiet och har inte den exakta geometri som vi kommer att använda oss av. Lösningar på olika infästningsalternativ presenteras i stor del och formen kommer att vara mjuk, vilket gynnar konstruktionen ur tillverkningssynpunkt Lösningsförslag 1 Motorinkapslingen i detta koncept är tvådelad och delarna är tänkta att fästas i varandra med så kallade lemlås. En tvådelad konstruktion ger bättre ergonomi vid användning. Lemlås i kombination med fyra skruvförband ger en robust och smidig konstruktion. Det positiva med dem är den smidiga lås och lossningsfunktion som de tillför konstruktionen. Efter produktundersökningen vet vi att kort montering/demonteringstid efterfrågas, vilket vi tycker denna lösning möjliggör. Det negativa med lemlås är att de kräver någon form av underhåll så att de inte kärvar. Lemlås tillverkas oftast i stål och har i och med det en viss tendens att korrodera i fuktiga och smutsiga miljöer som oftast råder under en buss. Lösningsförslag 1 har ett dräneringshål i mitten som möjliggör att vatten och smuts kan ledas ut ur motorrummet. Flänsarna som ni ser på bilden är tänkta att hängas på bussens ram, styrningspinnar är också möjligt att integrera bredvid lemlåsen för enklare ihopmontering av de båda kapslingarna. Bild 6.1 Lösningsförslag 1 Kryssförstärkningarna på undersidan ger stabilitet åt konstruktionen, de behöver inte vara kryssformade utan kan även vara längsalternativt tvärgående. Förstärkningarna är skålformade fickor som går ner cirka 5-10mm i utgångsformen. I plastdetaljer är sådana förstärkningar ingen extra kostnad utan följer automatiskt med i formningsprocessen. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 24

26 6.1.2 Lösningsförslag 2 Detta lösningsförslag består av två olika delar, huvudbaljan som är tänkt att fästas i ramen har två tillhörande identiska luckor som monteras fast i baljan med passande skruvförband. På så sätt slipper hela motorinkapslingen demonteras vid service. De två luckorna täcker de nödvändiga servicepunkter som kräver åtkomst. Konstruktionen har även en utskärning för växellådan som ni ser i den bakre delen av skissen. Luckorna har förstärkningar i form av urgröpningar som ger extra styrka och styvhet åt konstruktionen. Luckorna skulle också kunna vara placerade i den längsgående riktningen, detta resulterar i att mittenkonsolen ligger längsgående istället, vilket medför extra åtkomst vid sidan av motorblocket. Dräneringshålet ligger i mitten av bottenplattan och möjliggör att vatten och smuts kan ledas ut. Den högra längsgående kanten följer ramens geometri och är tänkt att kapsla in motorrummet. De överhängande flänsarna är också här tänkta att hänga på ramen och samtidigt fästas där. Möjligheten att inte behöva demontera hela kapslingen ser vi som en stor fördel i montering/demonteringssyfte. Bild 6.2 Lösningsförslag 2 Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 25

27 6.1.3 Lösningsförslag 3 Den här lösningen omfattar två skenor och två skivor. Skenorna monteras på bussens ramverk med exempelvis svetsmuttrar. I skenorna är det spår urfrästa, i dem ska skivorna skjutas in. Skivorna är den del av konstruktionen som utgör skyddet för motor och växellåda. Skivorna formas i ett moment och delas sedan i en annan operation. Ett hål i mitten av skivorna bearbetas fram, detta är ett dräneringshål där olja och vatten ska kunna rinna ut. I skivorna finns det nedsänkningar som fungerar som förstärkningar. Med den här lösningen kommer bara underdelen av motor och växellåda att kunna kapslas in, detta ser vi som ett bekymmer då motorinkapslingen även bör täcka andra delar av motorrummet. För att den här lösningen ska bli gedigen måste fler detaljer integreras i lösningen. Bild 6.3 Lösningsförslag Lösningsförslag 4 Den här lösningens största fördel är att plastformningen kan göras i ett enda steg. På mittenpartiet görs detaljen lite längre för att kunna skära ut läppen som går ut från den ena sidan. Detaljen delas på mitten för att bli styvare och på så sätt hålla för tyngden både från sin egen vikt och eventuella smutslager. Nedsänkningar görs i plastformningen för att göra detaljen styvare. På varje långsida kommer det finnas en fläns med hål i för att kunna fästas i ramen. Den här lösningen skulle ersätta fyra stycken motorinkapslingsplåtar i den nuvarande konstruktionen. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 26

28 6.1.5 Viktning av lösningsförslag Kriterie/Önskemål Förslag 1 Förslag 2 Förslag 3 Förslag 4 K Ö K Ö Ö K Ö K K Ö Totalt Tabell 6.1 Viktning av lösningsförslag Förslag två fick mest poäng i lösningsförslagsviktningen, detta bland annat på grund av den aerodynamiska formen samt den ergonomiska utformningen med avseende på montering/demontering. Det slutgiltiga lösningsförslaget kommer inte att ha den exakta geometri som beskrivs i kapitel 6.1 Brainstorming utan kommer att ha en mer mjuk form som är anpassad för tillverkning av plastdetaljer. 6.2 Slutgiltigt val av lösningsförslag Valet faller på lösningsförslag två och blir därmed vårt slutgiltiga val grundat på viktningstabellen och kravprofilen. Det finns både fördelar och nackdelar med serviceluckorna som ni ser på bild Bild 6.2. Det positiva är den minskade tiden vid montering/demontering samt ergonomin vid handskande av luckorna. Fortsatt diskussion angående implementering av serviceluckor eller inte kommer tas i kapitel 6.3 Detaljkonstruktion. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 27

29 6.3 Detaljkonstruktion Det vinnande konceptet i lösningsförslagsviktningen har fungerat som en grund för vårt genomförda konstruktionsarbete. Grundprincipen med en hel form har följts som bilderna nedan illustrerar. I den bakre delen av motorinkapslingen är det utskuret för växellådan där även en fläns har lagts på för att styva upp konstruktionen. Sidorna är avrundade med en varierande radie för att uppnå en mjuk och följsam form. Idén om att ha serviceluckor i konstruktionen har valts bort på grund av för dyra tillverkningskostnader Konstruktion Bild 6.5 Konstruktionen i helhet Urgröpningar har gjorts för att öka åtkomsten vid infästningspunkterna. En större variant har gjorts på vänstersidan vilket förenklar det för verkstadspersonal vid montering/demontering eftersom detaljen måste hållas upp samtidigt som den skruvas fast. Bild 6.6 Utskärning för luftflöde Bilden ovan visar motorinkapslingens vänstersida, den sida som är utskuren för att förbättra luftflödet i motorn från bussen kylsystem. I denna bild ser ni urgröpningen som täcker två hål. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 28

30 Här illustreras vår lösning på scoopet, även kallad lufttunnel, som är tänkt att leda luften som strömmar under bussen till motorn. Scoopet fungerar även som en vätske- samt smutsavledande kanal. Bild 6.7 Luftscoop under bussen Bild 6.8 Förstärkningar De längsgående förstärkningsribborna som ni ser i bilden ovan är ett måste vid en stor plastdetalj för att förbättra den generella hållfastheten. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 29

31 Bild 6.9 Urgröpningar Urgröpningarna för varje enskilt hål har en diameter på 40mm och avståndet mellan dem är 90 mm. Vid granskning av utrymmet i motorrummet anser vi det nödvändigt att integrera någon form av lösning för att förbättra åtkomligheten runt infästningspunkterna. Bild 6.10 Hål för M8 skruvar Åtta hål har placerats på flänsgeometrin som är tänkt att ligga an på de två rambalkarna. Hålen har frigång för M8-skruvar. Avfasningar på 0,5x45 finns på både över- och undersidan. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 30

32 6.3.2 FEM-analys Den uppställda kravprofilen säger att produkten ska klara att bära sin egen vikt multiplicerat med 3. För att vara helt säkra på att den klarar detta har även en säkerhetsfaktor (faktor 2) lagts till i det simulerade lastfallet. Det betyder att produkten som väger ungefär 10 kg ska klara att bära upp 50 kg plus sin egen vikt. Materialdata för materialet PP/EPDM har hämtats från CES Edupack 2010 och matats in i programmet för att få rätt utfall av beräkningen. Det står att materialet har en elastisk sträckgräns mellan 21 och 23MPa. Bild 6.11 Von Mises spänningsfall Bild 6.12 Nedböjning Utfallet av beräkningen visar att spänningsfallet enligt Von Mises är maximalt 9,94MPa. På Bild 6.11 kan man se att det kritiska stället är runt ett av hålen på den sida som har en utskärning i långsidan. För att räkna fram det här resultatet har så kallade virtuella rigida parter monterats i alla infästningshålen. De har sedan låsts i alla riktningar för att simulera en infästning. I verkligheten kommer trycket runt hålen att minska på grund av brickor som breder ut trycket. Man kan däremot se att i övriga ytor i detaljen är spänningen som mest ungefär 5MPa. Det här är ett bra resultat då även säkerhetsfaktorn är medräknad. Man kan se i Bild 6.12 att den maximala nedböjningen blir precis där den bör vara, nästan i mitten. Den maximala nedböjningen med samma lastfall är maximalt 13,4mm. Inte heller det här resultatet är det minsta oroväckande då en liten formförändring som den här bara är marginell. Enligt FEM-analysen kommer motorinkapslingen klara det lastfall som kan tänkas uppkomma i verkligheten. Inget ställe på detaljen är direkt kritiskt enligt resultatet. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 31

33 7. Tillverkningsmetod 7.1 Metoder Nedan har några av de vanligaste metoderna att forma plast förklarats. Det finns flera andra metoder, men det här är de som är intressanta för vårt arbete Rotationsgjutning Rotationsgjutning är en tillverkningsprocess som lämpar sig för ihåliga plastprodukter. Ingen spänning uppkommer i den gjutna produkten på grund av att alla steg, som uppvärmning, smältning, formning och avkylning sker i gjutformen. För stora runda detaljer är det här en bra metod ur ett ekonomiskt perspektiv. Några av de plaster som kan formas med den här metoden är LDPE, PP och PVC. Typiska användningsområden är kanoter, utetoaletter, tankar och koner Formsprutning Det här är den vanligaste tillverkningsmetoden för plast. Smält plast sprutas in i en form med hjälp av en skruv. En klämma trycker ihop formen och plasten kyls därefter av och stelnar. Den här metoden lämpar sig bäst för tunnväggiga detaljer med komplex geometri. För att den här metoden ska vara ekonomiskt lönsam bör produktionsvolymen ligga i intervallet st Termisk formning Den största marknaden för den här metoden är till förpackningar, främst inom livsmedelsindustrin. Många olika plaster kan formas med den här metoden som till exempel PS, PP och PVC. Det här är en snabbare tillverkningsmetod än till exempel vakuumformning som har samma princip. Formningen av plasten sker med ett lufttryck och en gjutform. Klippningen av den färdiga formen kan antingen ske i termoformningsmaskinen eller i en separat klippmaskin Vakuumformning Vakuumformning är en variant av termisk formning där man värmer upp ett plastark som man sätter tryck på med verktyg. Verktygen utgör hanformen i processen och de är utformade som den tänkta formen. Ett vakuum suger in den upphettade plasten mot verktygen. Den här metoden lämpar sig bra för egentligen alla termoplaster som till exempel PP, PE, ABS, PETG och PVC. Några produkter där vakuumformning kan tillämpas är takboxar, maskinplåtar, duschkabiner och bilinteriör Formpressning Det här är en metod som används för att forma plast, främst härdplaster. Pressmassa i form av pulver, tabletter eller deg placeras i en uppvärmd form. Ett verktyg pressar ner en uppvärmd form med ett tryck på mellan 0,5-50 MPa. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 32

34 Det här är en tidskrävande process som är relativt kostsam eftersom formarna är dyra. Den här metoden lämpar sig bäst för stora serier. 7.2 Studiebesök på Andrén Plast AB Andrén Plast AB är ett företag som specialiserat sig på termisk formning av plast. Deras huvudområde är vakuumformning av olika plastmaterial. Företaget har för närvarande 50 anställda och omsätter ungefär 100 miljoner kr om året. Några av kunderna är Volvo PV, Volvo Bussar, Kabe och Scania. De tillverkar bland annat underredespanelerna till Volvo C30 och instrumentpaneler till både bussar och lastbilar. Syftet med studiebesöket var att få inblick i hur plast kan formas. Att fysiskt se hur liknande produkter kan vara utformade och hur processen går till kändes nödvändigt för det fortsatta konstruktionsarbetet. Då många av deras produkter har anknytning till både bussar och lastbilar kände vi att vakuumformning är en tillverkningsmetod som skulle kunna passa vår produkt. Kalle Andrén tog emot oss och ledde rundvandringen i verkstaden. Han är teknisk chef på Andrén plast och har jobbat med plasttillverkning i 25 år. Vi frågade honom vad man bör tänka på när man ska konstruera en motorinkapsling. Stora mjuka former var att rekommendera anträffande formen på en vakuumformad produkt. Detta främst för att det inte krävs lika stora plastark som för en mer kantig. Materialet breder ut sig bättre med större radier och spänningskoncentrationerna minskar. Kalle uppskattade att om vakuumformning skulle vara ett lönsamt alternativ till vår produkt skulle volymen behöva vara mellan 500 och produkter/år. Kalle berättade att en bra måttstock för ungefär hur mycket en produkt kommer att kosta är materialpriset multiplicerat med 2. Kostnaden för att ta fram ett verktyg till en produkt är minst kr. För att tillverka ett prototypverktyg är kostnaden några tusen. Totalkostnaden för att ta fram en helt ny produkt ligger ungefär mellan kr, det innefattar formverktyg, fräsverktyg och programmering. 7.3 Slutgiltigt val av tillverkningsmetod De uppgifter vi har fått från Volvo Bussar AB angående volymen på vår produkt är att den ligger inom intervallet produkter/år. Enligt Kalle Andrén på Andrén Plast AB är vakuumformning en lönsam tillverkningsmetod i det intervallet. Vårt valda material PP/EPDM är en plast som lämpar sig ypperligt för vakuumforming. Till skillnad från kompositer och metaller behöver inte plaster lika mycket värme för att formas vilket är till fördel för uppvärmningskostnader och kylningsprocesser vid tillverkning. Då vår produkt har mjuka former med flänsar på alla sidor passar vakuumformning utmärkt som tillverkningsmetod, detta avgör valet och således faller beslutet på vakuumformning. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 33

35 8. Kostnadsuppskattning En viktig del vid framtagandet av en ny produkt är kostnadsdelen. Att ta fram en ny produkt som är betydligt dyrare än den befintliga är inte aktuellt för Volvo Bussar AB. Vid uppstarten av detta arbete hade vi en förhoppning om att konstruktionen kunde bli billigare än den nuvarande. Det är svårt för oss examensarbetare att veta det exakta priset för vår produkt då Volvo Bussar AB köper in den och kommer därför enbart att ge ett uppskattat cirka pris med hjälp av kunniga personer inom området. Priset på den nuvarande botteninkapslingen tillsammans med de två tillhörande balkarna ligger på 643 kr, vilket också är den uppsättning motorinkapslingsdelar och balkar som vår konstruktion är tänkt att ersätta. Vid vakuumformning kan uppskattningsvis priset ligga på två gånger materialkostnaden, enligt Kalle Andrén på Andrénplast AB. I vårt fall skulle den uppskattade kostnaden ligga på ungefär: 22,4 (Kostnad för råmaterialet/kg) x 9,9 (Vikt på konstruktionen) x 2 = 443,52 kr, alltså nästan ungefär 200 kr billigare än den nuvarande konstruktionen. 9. Resultat Efter flertalet studiebesök i Sennan, Borås och Göteborg har vi med detta arbete lyckats fastställa vad som är negativt med dagens motorinkapslingsslösningar. Den nuvarande konstruktionen har visat sig vara svårmonterad, detta som ett resultat av dåligt underhåll eller deformation på grund av vårdslös körning. En helt ny motorinkapsling i plast som integrerar flera nya funktioner har tagits fram. Ett scoop där luft ska styras in i motorn har utformats för att ge motorn bättre kylning. Formen på produkten följer balkar och övrig geometri bättre än föregångaren. Istället för fler artiklar i form av plåtar som utgör motorinkapslingen täcker vår konstruktion in alla sidor runt motorn. Vi har bevisat att plast är ett bättre material i många avseenden i konstruktionen än aluminium. I valet av vilken plast som lämpade sig bäst visade det sig att PP/EPDM var den som var lämpligast i vår konstruktion. Det är en relativt billig plast med mycket bra kemisk beständighet som klarar det temperaturintervall som råder i motorrummet. Vi har fastställt att vakuumformning är en lämplig tillverkningsmetod för vår plastkonstruktion, vårt val uppfyller kravet K2 gällande tillverkningsvolym ( /år). PP/EPDM passar också bra för vakuumformning på grund av dess mjukhet. Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 34

36 Bild 9.1 Nya motorinkapslingen med kringliggande delar Bild 9.2 Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 35

37 Bild 9.3 Bild 9.4 Alternativ motorinkapsling, Examensarbete 7.5HP 36