EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK, Innovation och design, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE Flexibel laddare. För elbilar I stadsmiljö

Transkript

1 EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK, Innovation och design, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2017 Flexibel laddare För elbilar I stadsmiljö Michael Lilja Erik Olsblom SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR TILLÄMPAD MASKINTEKNIK

2

3 Flexibel laddare av Michael Lilja Erik Olsblom Examensarbete TMT 2017:24 KTH Industriell teknik och management Tillämpad maskinteknik Mariekällgatan 3, Södertälje

4

5 Examensarbete TMT 2017:24 Flexibel laddare Godkänt Examinator KTH Mark W. Lange Uppdragsgivare No Picnic AB Michael Lilja Erik Olsblom Handledare KTH Louise Maniette Företagskontakt/handledare Sam Peters Sammanfattning Med alltmer strikta miljömål och regleringar sätts press på att biltillverkarna måste tillverka bilar med mindre utsläpp. Utvecklingen har lett till att eldrift börjar bli ett alternativ till konventionell förbränningsmotor. Ett av hindren för elbilens utveckling är den bristande laddinfrastrukturen. Syftet med arbetet var att ta fram en grund för att underlätta standardisering av snabbladdare för elbilar. Det specifika kravet var att kunna monteras mot fasad i stadsmiljö för nyttjande av fasighetens elnät. Med detta tillkommer problem som måste tas i beaktning, räckvidden från fasad till bilens kontaktuttag, fasaders utformnader, varierande placering av parkeringsplatser, trottoarers bredd, snöröjning och annat. Arbetet riktas främst på den mekaniska konstruktionen och dess design. Optimering av elektronik och mjukvara, kravställning och möjligheten att betjäna ett flertal bilar är några av arbetets avgränsningar. En generell produktutvecklingsprocess med övervägande designfokus har legat till grund för de prototyper och koncept som skapats. Behovsanalys, användarstudier, idégenerering och experimenterande leder fram till ett flertal idéer och koncept. Genom utveckling och konceptval kan den slutgiltiga designen bestämmas. Resultatet blev en fullskalig prototyp och ett renderat koncept. Prototypen har i utfällt läge en räckvidd på mer än fem meter, möjlighet till 90 rotation och höjden är strax under fem meter i infällt läge. Handhavandet är användarvänligt och handikappanpassat. Hela konstruktionen är modulär och väl anpassad till stadsmiljö. Kravspecifikationen, den mekaniska lösningen samt de tester som utförts har skapat en väldefinierad grund för vidare utveckling. Arbetet har utförts på No Picnic som är en design- och innovationsbyrå i Stockholm. Nyckelord Produktutveckling, Innovation, Design, Snabbladdare, Strömförsörjning, Batteri, Bil, Transportmedel, Likström, Infrastruktur, CCS, Chademo, Elbil

6

7 Bachelor of Science Thesis TMT 2017:24 Flexible Charger Michael Lilja Erik Olsblom Approved Examiner KTH Mark W. Lange Commissioner No Picnic AB Supervisor KTH Louise Maniette Contact person at company Sam Peters Abstract With increasingly stringent environmental goals and regulations, pressure is being imposed on car manufacturers to manufacture cars with less emissions. The development has led to the fact that electric power is starting to be an alternative to conventional combustion engines. One of the obstacles to the development of the electric car is the lack of charging infrastructure. The purpose of the work was to provide a basis for facilitating the standardization of quickchargers for electric cars. The specific requirement was able to be mounted against a facade in the urban environment for the use of the real estates power grid. This involves problems that must be taken into account, the range from facade to the car's contact socket, facade designs, varying location of parking spaces, sidewalk width, snow clearance and other. The work is directed primarily at the mechanical design and its design. Optimization of electronics and software, requirements and the ability to serve a variety of cars are some of the work's delimitations. A general product development process with overriding design focus has laid the foundation for the prototypes and concepts that have been created. Needs analysis, user studies, ideation and experimentation lead to a variety of ideas and concepts. Through development and concept selection, the final design can be determined. The result became a full-scale prototype and a rendered concept. In protruded mode, the prototype has a range of more than five meters, the possibility of 90 rotation and the height is just under five meters in the folded position. The operation is user-friendly and handicapaccessible. The entire structure is modular and well adapted to the urban environment. The requirement specification, the mechanical solution and the tests performed have created a welldefined basis for further development. The work has been performed at No Picnic, a design and innovation agency in Stockholm Key-words Product development, Innovation, Design, Fast charger, Power supply, Battery, Car, Transportation, Direct current, Infrastructure, CCS, Chademo, EV, Electric vehicle

8

9 Innehåll 1 INLEDNING Bakgrund Syfte Problemformulering Mål Avgränsningar METODER Design, ergonomi och estetik Fältstudier Behovsanalys Funktionsanalys Idégenerering Morfologisk matris Konceptval Prototyper CAD Konstruktion Test TEORETISK BAKRUND Laddstationer Laddinfrastruktur Stadsmiljö Lagar och förordningar Laddkabel Kontakter Komponenter Material och produktion Tidigare koncept GENOMFÖRANDE Analys Idégenerering Konceptutveckling Konceptval Fullskalig prototyp Test... 31

10 5 RESULTAT Konstruktion Säkerhet Ergonomi och handhavande DISKUSSION Återfjädring Rotation Produktionsmetoder Andra användningsområden SLUTSATS REKOMMENDATIONER... 40

11 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Med EU:s sjunde miljöhandlingsprogram som gäller har man beslutat om nio prioriteringsområden som ska vara vägen för att uppnå miljömålen. Ett utav de prioriteringsområdena är att underlätta finansiering av innovationer och bidra med stöd som kan skada miljön. Med en ökning av miljöproblem så kommer det leda till att mänskligheten behöver gå över till förnyelsebara energikällor 1. Bilbranschen är en av de källorna som bidrar till miljöproblemen där det finns möjlighet att gå över till förnyelsebara energikällor. De stora aktörerna har behövt anpassa sig efter de miljödirektiv som ställts. Detta har i sin tur skapat en marknad för elbilar och behovet av snabbladdare har ökat, men dessvärre inte haft en lika snabb tillväxt 2. Problemen ligger i infrastrukturen samt den korta räckvidd dagens batterier erbjuder. Detta skapar ett behov för oss konsumenter, att laddning kan ske snabbt och att det finns tillgängligt i den varierande stadsmiljön. No Picnic är en skandinavisk design- och innovationsbyrå som har globala företag som kunder. Deras vision är helhjärtad design som ska leda till långsiktiga relationer. No Picnic bedriver ett projekt där kunden är ett av de större fastighetsbolagen som efterfrågar snabbladdning för sina tjänstebilar. Snabbladdningsstationerna ska nyttja fastighetens elnät och nå ut till fastighetens parkeringsplatser bortanför trottoaren. Behovet är så pass starkt att fastighetsbolagen förväntar sig de första snabbladdningsstationerna redan hösten Syfte Syftet med projektet är att skapa en grund för att underlätta standardisering på snabbladdare för elbilar som ska kunna monteras mot en fasad för att kunna nyttja fastighetens elnät. 1

12 1.3 Problemformulering Hur löser man problemet med räckvidden för en snabbladdningskontakt i stadsmiljö där avstånd mellan fastighet och parkeringsplats varierar? Hur kan laddningsstationen modulanpassas för varierande stadsmiljö? Hur kan laddaren integreras i befintlig stadsmiljö där snöröjning krävs? 1.4 Mål Utveckla en ekonomiskt försvarbar lösning som förenklar utbyggandet av infrastrukturen för laddningsstationer och följer svensk bygglagstiftning. Lösningen ska vara modul och handikappanpassad för varierande stadsmiljö. Utveckla en användarvänlig* lösning för snabbladdning, lämpad för stadsmiljö som kan nyttja fastighetsägarens elnät. Bygga en fungerande prototyp som kan monteras mot en fasad och ha en räckvidd på fem meter. För möjlighet till fullskaliga tester. *Lösningen ska ej kräva mer energi av den som utför laddningen än motsvarande att tanka drivmedel på en bensinstation. 1.5 Avgränsningar Det finns ett flertal svårigheter och problem, men för att fokusera på en flexibel lösning på laddaren kommer projektet att avgränsas från: o Räckvidd längre än sex meter o Att ladda mer än två bilar från laddarens position o Möjligheten att ladda mer än en bil samtidigt o Att optimera elektroniken och mjukvaran o Transportmedel med eldrift som ej följer svensk lagstiftning o Annat gränssnitt än CCS (Combined Charging System) o Kravställning gällande CE-märkning 2

13 2 METODER De metoder som används under detta arbete följer en iterativ produktutvecklingsprocess för konstruktion och design innehållandes sex steg. Figur 1; Produktutvecklingsprocess Förutom den ovanstående produktutvecklingsprocessen låg mycket fokus på experimenterande och människocentrerad design 3. Även det följer en iterativ process av observation, idégenerering, prototypande och testande. Det som skiljer mest är just fokuset på människans behov samt experimenterandet genom prototyper och användarstudier. Den processen liknar också till stora delar No Picnics designprocess 4. I ett tvärfunktionellt projekt som detta fungerade vi som bryggan mellan design och konstruktion. I projektet har fokus legat på att vara processorienterat och inte lösningsfokuserat. Projektet påbörjades med en grundlig planering och de tänkta metoderna sattes in i ett Gantt-schema samt följdes upp av en lista med dagliga aktiviteter. Se bilaga 1 för projektplanen. 2.1 Design, ergonomi och estetik Det mesta runt oss är designat, begrppet i sig omfattar ett medvetet utformande av form och funktion som i sin tur ger en intuitiv lösning som fungerar för vad den är avsedd att göra 5. Effektiv design måste tillgodose en stor mängd begränsningar och angelägenheter, inklusive utseende, kostnad, pålitlighet, effektivitet, begriplighet, användarvänlighet, attraktion och nöjet av att använda produkten. Människocentrerad design angriper alla dessa delar då den fokuserar på att lösa rätt problem och tillgodose människans behov och förmågor 4. Genom bra industridesign så kan de flesta produkter förbättras, de flesta framgångsrika kommersiella produkter som ses och används av människor så har industridesign legat till grund för framgången 3. Med tanke på det så är det lämpligt att avgöra betydelsen av en särskild produkt genom att se på betydelsen utifrån två dimensioner; ergonomi och estetik. Ergonomi som utöver antropometri till stor grad förknippas med optimeringen av interaktion mellan människa och maskin 6. Något som avgör komplexiteten i framtagandet av en ny produkt är hur många interaktioner som användaren har med produkten, samt om det är inkrementella förbättringar på en tidigare produkt eller om användandet skiljer sig mycket från tidigare produkter. Estetiken utgör till stor del produktens attraktion och image. En produkt som ska fungera i många sammanhang samt avspegla en identitet kräver eftertanke kring många olika aspekter, bland annat i hur den fungerar i sin omgivning 3. Begreppet space syntax handlar om hur harmoni skapas i 3

14 omgivningen och tar hänsyn till människorna som kommer att befinna sig i området även om de inte är direkta användare av produkten Fältstudier Fältstudier kan innefatta observationer, intervjuer, fokusgrupper, litteraturstudier, enkäter, experiment och andra typer av informationsinsamling. Erfarenheten från de vetenskapliga undersökningarna av verkligheten, ger de sinnesintryck som ligger till grund för en slutledning. Fördelar med fältstudier är helhetsuppfattningen och möjligheten att undersöka i detalj med de metoder som passar det specifika området. Nackdelar kan vara att det är svårt att få tillträde till fältet och att det är lätt att påverka, sen anklagas det ofta för att endast vara beskrivande och ej analytiskt nog 8. För användarcentrerad design handlar en stor del om att ha människan i fokus och att få en förståelse för dess kontext. Det bör innefatta informationsinsamling genom olika slags interaktion med användarna, för att utveckla den förståelse som krävs för att tillgodose användarnas behov. Många gånger kan en fråga ställas till användaren, men det kan ofta vara svårt för användaren att uttrycka behov 5. Informationsinsamlingen bör också innefatta undersökning kring vilka lagar och bestämmelser som kan finnas gällande produkten och dess kontext 9. Observation som metod härstammar ifrån vetenskapliga områden som antropologi och etnografi, men används mer och mer inom produktutveckling. Vid användandet söks förståelse för människors behov och preferenser i vissa situationer eller sammanhang. Intervjuer används i syfte att ta reda på användarnas upplevelser, åsikter, attityder, beteenden och vad som motiverar dem gällande den produkt det är fråga om. Det är också möjligt att hämta in information från experter inom något område 5. Änvändarstudier är nödvändigt för att sätta sig in i målgruppen, i vissa fall kan designern representera en liten del av målgruppen men för att vara objektiv och få hela bilden så är det bäst att hålla sig till fakta. I ett sånt fall så finns det bara en person som har rätt att tycka och det är användaren. Sen finns det tillfällen då kund och användare inte är samma person, då måste man ta hänsyn till både användare och kundens intresse 6. 4

15 2.2.1 BEFINTLIGA LÖSNINGAR Det är viktigt att ta reda på så mycket som möjligt om designproblemet. Att undersöka vilka konkurrenter och befintliga lösningar som finns är därför en viktig del i informationsinsamlingen. Studiet av vilka tekniska lösningar som finns kan vara mycket användbart och därför bör nya, gamla och framtida tekniker undersökas 9. Även analogier är en bra källa till eventuella lösningar på problemet 10. Benchmarking är en metod för att få förståelse av konkurrerande produkter och kan vara en god källa till idéer för den nya produkten. Benchmarking är viktigt för att framgångsrikt positionera en ny produkt på marknaden och fungerar som ett stöd åt många av aktiviteterna i frontprocessen. En riktig benchmark är dock väldigt tidskrävande och innefattar inköp, demontering, testning med mera. Men att utveckla en förståelse kring liknande produkter är ändå fördelaktigt, det kan även vara användbart att förstå andra typer av produkter som har liknande händelseförlopp genom observationer av de kunder som använder de produkterna PFD För att få en ökad förståelse över interaktionen mellan användare och produkt så kan en kundresa genomföras, det är en metod som steg för steg kartlägger och identifierar alla de händelser som innebär beslut eller ändringar i flödet. På så vis kan alla händelser kartläggas för att inte föbise några avgörande moment 5. Hela förloppet blir ett strukturerat flöde som kan visualiseras genom ett flödesdiagram som visar hela händelseförloppet med en figur. Det bidrar då till möjligheten att se över alla interaktioner för att utveckla en bra helhetsupplevelse Behovsanalys Behovsanalys är en metod för att identifiera tänkbara behov som en eller flera användare kan ha när de interagerar med en produkt eller tjänst. En användares behov kan visualieras genom en pyramid där grunden är dem fysiska behoven, mitten är dem kognitiva och toppen dem emotionella. Dem fysiska behoven kan exemplifieras genom att produkten är pålitlig och säker. Kognitiva behov är att användaren förstår hur produkten fungerar. Emotionella behov skulle kunna vara delighters dvs behov som öveträffar ens förväntningar 5. Att identifiera behov kan antingen göras genom en kvantitativ undersökning med hjälp av enkäter eller genom att använda sig av en persona. Persona är en fiktiv representation och en faktisk användare för den specifika produkten. En persona tillämpas tidigt i produktutvecklingen och driver beslut genom att ha användarbehov 12. Exempel på persona: Karriärs-Karin: Karin är höginkomsttagare och gift tvåbarnmamma som äger en Tesla model X. Hon beskriver sig själv som målmedveten, pedant, noggrann och är mån om sina ägodelar. Miljö-Nisse: Nisse är en singel medelinkomsttagare som håller sig ständigt uppdaterad kring den nya tekniken och miljöfrågor. Nisse kör flitigt runt med sin nyinköpta Nissan Leaf. 5

16 2.4 Funktionsanalys Funktionsanalys är en metod som används för att enkelt kunna koppla bort tekniska lösningar och istället beskriva dem som funktioner. Funktionsanalysen innhåller tre olika typer av funktioner. Huvudfunktion, delfunktion och stödfunktion. För att huvudfunktionen ska uppfyllas så är den främst beroende av sina delfunktioner 5. Stödfunktioner ligger som en ytterligare funktionsklass där de inte anses nödvändiga men kan höja attraktiviteten eller handhavandet av produkten. Om man kan ta bort stödfunktionen utan att huvudfunktionen påverkas är det ett tecken på att det är en stödfunktion. Om inte kommer den räknas som en delfunktion Idégenerering Brainstorm är en metod som handlar om att nyttja en lämplig grupps fantasi, kompetens och erfarenhet till att ta fram idéer under ett kort tidsintervall. Metoden utgör sig som effektivast om det finns flera deltagare och att man håller en positiv anda, då idéer kan föda andra idéer 13. Idéerna presenteras genom att man skissar upp dem och förklarar för de övriga i gruppen. 2.6 Morfologisk matris Morfologisk matris är en metod som används för att enkelt kunna skapa koncept med tillhörande funktioner, uppdelade i olika kategorier. Exempel på detta är hur bromsning på en cykel ska ske. Antingen via bromsklossar, skivbromsar eller med hjälp av fötterna. De tre olika alternativen uppfyller funktionen av att bromsa cykeln men är olika alternativ till kategorin av att bromsa cykeln Konceptval Pugh-matris är en metod som används för att rangordna koncept utifrån viktade kriterier. Koncepten kan antingen vara tänkbara kandidater eller existerande lösningar till problemet. Matrisen går ut på att ett koncept används som referens och de övriga koncepten jämförs mot denna utifrån de olika kriterierna. Om det anses att de båda koncepten inte skiljer sig tilldelas noll poäng. Om ett koncept anses vara mer fördelaktigt tilldelas det ett + och motsatsen tilldelas ett -. Dessa tecken multipliceras med kriteriets värde, summeras och jämförs med de övriga koncepten där högst antal poäng vinner 3. 6

17 2.8 Prototyper Definitionen av vad som är en prototyp kan skilja sig, i denna rapport definieras det som en aproximation av en produkt inom ett eller flera intresseområden. Det innebär att allt som kan återge något i produkten som är av intresse för utvecklingsteamet kan benämnas som en prototyp 3. För projektet omfattar det konceptskisser, enkla modeller i kostnadseffektiva material, CADmodeller och fullskaliga prototyper 5. Det finns främst fyra syften för prototyper inom produktutveckling. Inlärning, kommunikation, integration och som milstolpar. Protototyperna fungerar till att kontrollera hur väl användarnas behov tillgodoses och hur väl produkten har nått en önskad nivå av funktion. Som verktyg är det bra till att kommunicera med partners, ledning, leverantörer och medlemmar i utvecklingsteamet 3. Det finns en stor skillnad mellan prototypande och tillverkning och produktion. Tillverkning kräver noggrann produktionsutformning och kostnadskrävande vidareutveckling. Att upplevelseprototypa innebär att testa och utforska användarupplevelsen med någon form av representation av produkten. Utforskandet är till stor del för skapa förståelse kring produkten och vad som skapar engagemang kring den. Upplevelser kan dock vara svåra att sätta ord på, det är till stor del ett subjektivt och komplext fenomen. Men genom att prototypa olika lösningar för att utveckla förståelsen kring användarupplevelsen och dess kontext så är det möjligt att bättre förstå designproblemet CAD I snart 30 år har CAD dominerat sättet att representera konstruktions- och designlösningar. Det har under den perioden gått från att använda ritningar som ofta var datorgenererade till CAD-modeller som representerar produktlösningar. CAD-modellerna är vanligtvis sammanställningar av 3Dsolidenheter som vanligtvis är uppbyggda av enkla geometrier så som cylindrar, block och hål. Med CAD är det enkelt att visualisera den tredimensionella formen hos produktlösningen och skapa fotorealistiska bilder för utvärdering av produktens utseende. Det finns ytterligare fördelar så som att beräkna massa och volym, skapa snittvyer, sprängskisser och tillverkningsritningar. Därtill finns ofta tillägg i programvaran med CAE (Computer-aided engineering) för analyser av digitala modeller, som beroende på i vilket sammanhang de används kan refereras till som digital mock-up, digital prototyp eller virtuell prototyp 3. 7

18 2.9 Konstruktion När konstruktionen ska sättas möter visionerna verkligheten, exakta mått och specifika material bestämmer slutproduktens utseende, hur det ska fungera och tillverkas. Ett tidigt samarbete mellan konstruktion och design är bra, då sena ändringar i projekt kan vara mycket kostsamma. Samarbetet är viktigt genom hela processen då det kan vara avgörande vilka konstruktionsprinciper som väljs och att detaljutformningen är med hela vägen till tillverkningen 6. Produktutvecklingsprocessen präglas alltmer av ökad medvetenhet rörande ekologi, miljö- och humanaspekter. Kretsloppstänkande så som demonterbara produkter och material som kan återvinnas. Strävan är så liten miljöpåverkan som möjligt. Det medför att det blir allt vanligare att integrera konstruktion och tillverkning med hänsyn till att optimera alla element rörande produktens livscykel. Arbetet sker parallellt med andrafunktioner och benäms concurrent engineering som tillsammans med övriga processer skapar stora tvärfunktionella arbetsgrupper Test Möjligheten att kunna testa allt från enkla prototyper i kartong till att göra användartester på fullskaliga prototyper är en förutsättning för den här typen av produktutvecklingsprocess. Modellexperiment är alltså en självklarhet i all designverksamhet som ska resultera i en fysisk produkt. Tester sker under hela processen och det är aldrig självklart när det ska ske eller inte, men de ska genomföras medvetet och metodiskt genom att experimentera-testa-prova-utvärdera 13. Syfte och approximationsnivå bör definieras samt sätta upp en försöksplan på ett strukturerat sätt för att kunna planera och dokumentera. Testen kan sedan användas för att utvärdera marknadspotential och identifiera brister under den fortsatta utvecklingen 3. Användartester bör utföras så nära det verkliga scenariot det går. Idéer hypoteser, och frustrationer som uppstår bör antecknas. Det är viktigt att observera noggrant steg för steg för att kunna bryta ner problemen. Testandet sker först i fasen för problemdefinition och senare i faserna för idégenerering och utveckling 4. 8

19 3 TEORETISK BAKRUND Kapitlet kommer behandla den teori och information som behövs för att läsaren ska förstå vad arbetet varit beroende utav men också för att själv skapa en grundläggande förståelse. 3.1 Laddstationer Det finns ett flertal olika typer av laddstationer från ett flertal olika tillverkare, men de har en sak gemensamt, att de laddar batterier med likström. Men elnätet levererar växelström, därför behöver strömmen konverteras till likström så att den kan ladda bilens batteri. Detta görs med en likriktare och tillsammans med ett smart uttag är det vad vi vanligtvis kallar en laddare. Oftast finns laddaren i bilen men för snabbladdning så är laddaren så pass tung och stor att den inte lämpar sig att montera i bilen, en normalstor snabbladdare kräver elskåp och väger runt 400 kg 15. Laddningen kan alltså ske med olika mycket effekt och därmed på olika lång tid. Det finns alltså laddare som vanligtvis laddar en bil över natten, en så kallad normalladdare. Sen finns det de som kallas snabbladdare och laddar en bil på runt 30 minuter. Bilen och dess specifikationer avgör vilken effekt som är möjlig att ta emot, det gäller både normal- och snabbladdare. Det finns också laddare där emellan och även kommande versioner som är ännu snabbare och har fått namnet ultrasnabbladdare, men ingen av dessa anses relevanta för denna rapport SNABBLADDNING Det som kallas snabbladdare kan ge ifrån sig en hög effekt och räknas från 22 kw, men brukar oftast ligga på 50 kw med möjlighet till högre effekt. Tesla s supercharger kan exempelvis ladda upp emot 135 kw. Med dessa effekter så laddar en bil på runt minuter. Det tar alltså något längre än en vanlig tankning av konventionellt drivmedel och på grund av detta är det fördelaktigt att det finns någon typ av facilitet på plats. Tabell 1; Vanligt förekommande alternativ för snabbladdning NORMALLADDNING Det mest förekommande sättet att ladda sin bil på är genom normalladdning, det innebär en längre laddtid på grund av den lägre effekt som tillförs. Laddningen sker genom vanliga kontaktuttag och tar upp emot åtta timmar från tomt till fullt batteri 16. Tabell 2; Vanligt förekommande alternativ för normalladdning 9

20 3.2 Laddinfrastruktur Med tiden har behovet av snabbladdningsstationer ökat och med detta innebär det att tillgängligheten och behovet av att lokalisera laddstationerna ökat. Räckvidden och tiden det tar att ladda leder till att en användare kommer vilja veta vart en station befinner sig men också behöva känna tryggheten att det finns en stadig infrastruktur av snabbladdningsstationer 17. Detta kapitel ger en förståelse över behovet av en stabil laddinfrastruktur ALLMÄN STATISTIK Just nu i Sverige (2017) finns det över 2000 laddningspunkter som är tilldelat över 600 laddningsstationer där de skiftar från både laddningseffekt och kontakter. För att lyckas uppnå en stabil laddningsinfrastruktur så måste fokusen ligga på att göra stationerna kvalitetssäkrad och standardiserad 18. Figur 2; Fördelningen mellan de olika kontakttyperna i Sverige UTBYGGNAD AV SNABBLADDNINGSSTATIONER Både servicefordon, taxibilar och privatbilister vill ha möjligheten av att kunna ladda utan att behöva känna en oro kring sträckan mellan stationerna. Detta innebär att uppbyggnad av snabbladdning behöver en strategisk placering av stationerna så att fordonen kan verka utan begränsningar i storstäder. Bara genom att placera snabbladdare på rastplatser längs en motorväg där ett kort stopp kan ge föraren ytterligare 10 mils körsträcka minskar begränsningarna till en hög grad. För att uppfylla dessa räckviddsbehov används det två olika principer, korridorsstruktur och klusterstruktur. Dessa två principer är som effektivast när de kombineras KORRIDORSTRUKTUR Korridorsstruktur innebär att placera ut stationer mellan större huvudleder och motorvägar för personer som gör längre resor än vad elbilens praktiska förmåga är. Det är troligt att personer inte 10

21 kommer att vilja stanna upp för att ladda mer än två gånger. Detta innebär att föraren gynnas utav en strategisk placering av stationerna för att korta ner den totala restiden och minimera antal stopp. Problemet med detta är att det finns i dagsläget många olika bilmodeller där prestandan skiljer sig åt samt en mängd variation av olika laddningskontakter. Studier och erfarenhet från Norge visar att det ideala avståndet mellan varje station bör vara på km och att en laddningsstation inte bör vara längre bort från huvudled än 1,5 km. Detta för att inte förbruka onödig räckvidd genom att avvika från motorvägen för att snabbladda. Med denna erfarenhet ger det ett tydligt riktvärde för hur man kan bygga ut ett nätverk av snabbladdare. För att optimera tillgängligheten och minska oron för elbilsförare bör då varje laddningsplats vara utrustad med olika typer av standardkontakter 19. Figur 3; Korridorstruktur KLUSTERSTRUKTUR Klusterstruktur innebär att laddning sker hemma hos användaren, alltså att hen har en laddare vid sin bostad eller i garaget. Detta är den vanligaste lösningen i dagsläget och anledningen är att det skapar en trygghet då den alltid finns tillgänglig. Studier från Japan visar att om utbyggnad av snabbladdare ökar så kommer nyttjandet av elbilar även öka samt körsträckan. Dock kommer nödvändigtvis inte användandet av snabbladdare öka men det är vetskapen och tryggheten som ger störst effekt. Dagens användare vill kunna förlita sig på att det alltid ska finnas någon typ av laddning i närheten 19. Figur 4; Klusterstruktur KOMBINERAD STRUKTUR Den struktur som anses effektivast är ifall både korridors och klusterstrukturen kombineras, där syftet blir att förlänga den vardagliga räckvidden både för transport eller privata resor och öka tryggheten. Detta för att erbjuda en så bred möjlighet och täcka upp de olika gruppernas behov. Det är dock viktigt att placeringen av snabbladdningsstationen inte bör vara för långt ifrån den led som passerar orten då det kan hämma tillgängligheten

22 3.2.6 ELBILSLADDNING FÖR BOSTADRÄTTSFÖRMEDLING Detta är en fråga som börjat dyka upp väldigt mycket under den senaste tiden då allt fler Bostadsrättsföreningar (BRF) vill kunna erbjuda någon typ av laddning för sina BRF-medlemmar. Anledningen till detta är att elbilsladdningen ger en kompletterande tjänst till en vanlig parkering och därmed blir det väldigt eftertraktat. Det viktiga utgångsläget som man bör se efter är vilka unika förutsättningar en BRF har och hur parkeringarna ser ut. Hur många parkeringsplatser man har, hur de är benägna och möjligheten av att installera elbilsladdning. Om en BRF har ett större garage men inte har möjlighet att placera stationer överallt på grund av tekniska hinder får det göras zoner där endast elbilsladdning gäller. För att förenkla installation av laddstationer kan de monteras mot en vägg istället för fristående på en parkeringsyta, på så vis besparas yta men också åtkomst av elcentral Stadsmiljö Hus och kvarter är en levande historia som berättar om stadens tillväxt och utbyggnad. Med detta tillkommer en mängd olika variationer för hur det kan se ut omkring oss. Detta kapitel kommer ge läsaren en grundläggande förståelse över parkeriningsvarianter, tidstypiska fasader trottoarens karaktäristik, lagar och förordningar TROTTOARER Det mått som gäller för en trottoarmodul är 3,0 meter. Inom detta mått utgör 2,2 meter det fria funktionsmåttet där hinder ej får förekomma. Funktionsmåttets syfte är där för att fotgängare ska kunna mötas samt att snöröjning ska kunna genomföras. För att genomföra snöröjning behövs en bredd på 2,5 meter utan fixerade hinder på vardera sida av trottoaren. De resterande 0,8 meter får exempelvis användas till vägmärken, belysningsstolpar och konventionella stolpar för vägmärken. Om de ska placeras ska det vara 0,5 meter från fasad, parkering eller körbana. Vid verksamhetsdrift på bottenplan, exempelvis uteservering kan bredden justeras och då kan det tillkomma ytterliggare 1-6 meter. Under vissa förutsättningar kan trottoarens bredd minskas till 2,2 meter, dock endast ena sidan om gatan. Detta i och med att det krävs yta för belysningsstolpar 21. Figur 5; Standardiserade mått på trottoar 12

23 3.3.2 LÄNGSPARKERING Längsparkering är den enklaste uppställningsformen som placeras efter gatans struktur och riktning. Normalbreda körfält kan ge en parkeringsbredd på 2,0 meter. För gator där körfältsbredderna har begränsats ges restriktioner om att öka parkeringens bredd upp till 2,5 meter. Detta med anledning av att parkerade fordon inte ska inkräkta på körfältet. Kantstensparkering kan ibland upplevas som breda, för att tona ner det byggs klackar ut vid samtliga övergångsställen och korsningar. Detta underlättar för gående att ta sig över gatan men har en annan effekt av att eventuell lastning och lossning kan ske i gatan 22. Figur 6; Mått på längsparkering VINKELPARKERING Vinkelparkering eller tvärställd parkering kan variera från 30 till 90 lutning mot trottoaren. Nedan presenteras exempel på hur parkeringsalternativen kan se ut. Tvärställd parkering har en tendens att medföra problem under vintertid då zonlinjerna kan bli täckta av snö, vilket medför att det måste framgå med exempelvis en tillägstavla. I exemplen kan man se att desto snävare vinkel så ökar behov av bredare bilplatser och de angränsande körfälten kommer att variera med uppställningsvinkeln. Måtten som presenteras är minimimått 22. Se figurer 7 och 8. Figur 7, Vinkelparkering 60, 75 och 90 13

24 Figur 8; Vinkelparkering 30 och FASADER I arbetet har fasader varit en betydande del att undersöka då laddstationen ska monteras mot en. Fasadernas karaktär kan variera med olika tidsepoker och detta skapar ett problem för projektet, eftersom man vill finna en lösning som ska vara anpassningsbar för alla typer av fasader. Önskvärt är att laddstationen inte tar upp för mycket plats mot fasaden i infällt läge, till stor del för att minska risken för att skymma sikten för fönstren eller vara i vägen för andra typer av detaljer. Observationer och litteratursökning utfördes men utan att det kunde fastställas några tydliga mönster. Vid kontakt med en byggnadsantikvarie konfirmerades de observationer som gjorts. Det gällande om det fanns några mönster för hur fönster, kröningslister eller andra utsmyckningar är placerade. En av anledningarna är att arkitekter har en så pass stor frihet i byggnadernas utformning 23. Nedan presenteras några tidsepoker över hur fasaderna kan se ut som exempel på fasaders varierade utformning TIDSTYPISKA FASADER Med olika tidsepoker och stilideal så avspeglar det sig för hur fasader kan variera i våra städer. Byggnadsstilar som slog igenom i större städer spred sig oftast till mindre orter. Stenhus byggda på 1880-talet kan återfinnas i de mindre orternas trähus där fasaderna är av träpanel eller puts. På äldre hus som är byggda samtidigt mellan olika orter kan man se en väsentligt stor skillnad på, hus byggda runt 1940-talet och framåt visar större likheter. Hus som är byggda mellan 1960 och 1980-talet är oftast svårare att urskilja vilken landsända de befinner sig i. Nedan visas representativa fasader från Stockholm från talet talet 1880-talets fasader har fokus på symmetri, är putsade i en slät puts och rikt smyckade. Avståndet mellan fönsterna är lika stora och fönsteromfattningarna är kraftigt markerade. Fasaderna har profilerade lister mellan våningarna och pilastrar i två våningars höjd 24. FIGUR 9; 1880-TALSFASAD 14

25 TALET 1890-talets fasader har kraftiga smidesdetaljer och kraftiga hörnhus. Fönstersättningen varierar och är ansluten efter husets planlösning. Längs fasaden finner man artikulerade gavelspetsar som sticker upp förbi takfoten, även kallat gavelrösten. Husen kan antingen vara putsade, att fasaden har natursten eller tegel 24. Figur 10; 1890-talsfasad talet, Jugend 1900-talets fasader även kallat Jugend som är en stilart som har en mjukare känsla och buktande burspråk där den sträcker sig ovanför taklisten. Det är en slät putsyta med fint dekorerade ornament med växtmotiv, raka linjer och blanka kakelband samt att sockeln är i sten 24. Figur 11; 1900-talsfasad talet, Nationalromantik Ett typiskt nationalromantiskt hus har tunga slutna fasader och branta höga tak. Burspråken går ibland genom taken och har då egna tak. Fasaden är oftast i rödbrunt tegel med omsorgsfullt murade detaljer och kan antingen vara slammad eller putsad 24. Figur 12; 1910-talsfasad 15

26 talet, Klassicism 1920-tals hus har putsade fasader och socklar i stenimiterande karaktär samt sparsam dekorering i form av medaljonger, lister och andra motiv från den klassiska arkitekturen. Fönsterna sitter med jämna avstånd från varandra24. Figur 13; 1920-talsfasad 3.4 Lagar och förordningar Det krävs bygglov för rivning eller ombyggnation men det krävs även ett bygglov vid uppsättning av skylt mot fasad. Enligt plan- och bygglagen krävs bygglov för skyltning inom detaljplanelagda områden, vilket innebär all mark i Stockholm. Lagen gäller tillfälliga skyltar, skyltar målade mot fasad, permanenta skyltar, störe flaggor med reklam och markiser med reklam. Vid ansökan om bygglov är det Plan- och bygglagen som håller restriktionerna. Beroende på vad som ska sättas upp mot en fasad har de olika krav som måste uppfyllas. Det finns även allmänna lokala ordningsföreskrifter gällande uppsättning av markiser, flaggor och skyltar för olika kommuner 25. För Stockholms kommun säger lagen enligt 9 : Markiser, flaggor och skyltar får inte sättas upp så att de skjuter ut över en gångbana på lägre höjd än 3,0 meter eller över en körbana på lägre höjd än 4,50 meter. Fällbara markiser får dock placeras över gångbana med ett fritt höjdmått av 2,50 meter. 3.5 Laddkabel En kabel består i allmänhet av flera ledare som var och en representerar en sammansättning av enskilda kablar som vanligen är gjorda av koppar eller aluminium. Kabeln har vanligen tre ledare, en för varje fas. Varje ledare består av trådar som är spiralformade i lager runt en centrumtråd 26. Kablar har sina begränsningar både när det kommer till dragkraft, torsion och böjningsradie. Detta innebär att arbetet måste planeras vid förläggning av kablar så att kabeln inte utsätts för skador på grund av otillåtna dragkrafter eller bockningsradier. Dessutom vid all typ av hantering av kabeln så ska den skyddas mot slag, kraftigt tryck och stötar, speciellt vid låga temperaturer 27. Kapitlet beskriver grundläggande fakta för kabel och dess begränsningar DRAGKRAFT Den högsta dragkraften för en kabel med dragögla bör inte överskrida den maximala dragpåkänningen. För kabel med kopparledare gäller 50 N/mm 2 ledararea och för kabel med aluminiumledare 30 N/mm 2 ledararea. Det är endast tvärsnittet på koppar/aluminium-delen av ledaren som räknas in

27 3.5.2 BÖJNINGSRADIE Vid hantering av kablar bör man ha den minsta böjningsradien i beaktning. Den minsta böjningsradien är den minsta tillåtna radien som kabeln för böjas runt. När kablar installeras kan de vara böjda i olika miljöer och förhållanden 28. Beroende på kabelns dimensionering och specifikationer så bör man se efter de restriktioner eller rekommendationer om hur mycket kabeln får böjas. Kabeln kan ha rekommendationer med allt från fyra till tolv gånger diametern. Vid fixerade installationer minskar böjningsradien och om kabeln ska vara rörlig ökar böjningsradien 27. Figur 14; Böjningsradie KABELDIMENSIONERING Ström är elektriska laddningar som rör sig. Ström som flyter genom en kopparkabel utgörs av elektroner som är negativt laddade 29. Effekten som tas ut går att reglera genom att antingen höja spänning och sänka strömmen eller det motsatta 30. Det är dock strömmen som till största del avgör kabelns tvärsnittsarea 31, vilket påverkar böjningsradien. Men det är inte så enkelt att det endast är att höja spänningen, eftersom då batterierna kan ta skada KABELSPECIFIKATIONER: AMO EXTREME Kabeln som användes i projetet var AMO Extreme. Det är en 1 kv flexibel anslutningskabel med högt ställda mekaniska krav. Isolermaterialet klarar ledartemperaturer upp till 90 C. Det halogenfria mantelmaterialet i Polyuretan (TPU) är flamskyddat och har god kemisk beständighet. Kabeln är även lämplig att användas för anslutning av fartyg och på off-shore-plattformar Kontakter Det finns en hel uppsjö av olika kontakter, men för närvarande är det endast två öppna standarder på marknaden, CCS och CHAdeMO. Förutom dessa två så är några av de vanligare, Typ 1 som är vanligt förekommande på Japanska fordon och Typ 2 (även kallad Mennekes-kontakt på grund av utvecklingsföretaget) som är standard inom EU och vanligare bland europeiska fordon. Även Tesla har en egen kontakt

28 Figur 15; Till vänster Typ 1, till höger Typ 2 Figur 16; Till vänster CHAdeMO, till Höger CCS EU har bestämt att CCS-kontakten ska vara standard för snabbladdning och att Typ 2-kontakten ska vara standard för normalladdning. Det finns även fyra olika standarder gällande bland annat säkerhet. Dessa är definierade av IEC (International Electrotechnical Commission). Inom EU är det fastställt att Mode 4 ska vara standard för snabbladdning och att Mode 3 ska vara standard för normalladdning 34. Mode 1 innebär ett helt vanligt eluttag med upp till 16 A, enfas eller trefas. Mode 2 innebär samma uttag som mode 1 men med en kontrolldosa. Mode 3 är en installerad utrustning som kan kommunicera mellan laddstation och bil, på så vis finns ingen ström förrän de godkänts. Mode 4 används vid snabbladdning med likström, den används av CCS och CHAdeMO. Även mode 4 kommunicerar likt Mode CHADEMO (CHARGE DE MOVE) De Japanska biltillverkarna (The Tokyo Electric Power Company, Nissan, Mitsubishi och Fuji Heavy Industries (Subaru)) utvecklade år 2010 CHAdeMO-kontakten 15. Ursprungligen tillät den laddning med 50 kw (vid 400 V) men idag installeras CHAdeMO-laddare med upp till 100 kw. Kontakten är relativt klumpig, har inbyggd mekanisk låsning och är av metall

29 3.6.2 CCS (COMBINED CHARGING SYSTEM) Utvecklingen av CCS-kontakten har stöttats av Amerikanska och Europeiska biltillverkare (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche och Volkswagen.) Den var ursprungligen utvecklad för att ladda upp till 80 kw (vid 400 V) men finns nu med 200 kw (vid 1000 V). Med kylning kommer det att vara möjligt att ladda med ännu högre effekt. Övre delen är en Typ 2-kontakt och den undre delen är en likströms-kontakt, det går alltså att ladda både växelström och likström med samma kontakt. Kontakten är lättare och mindre klumpig än CHAdeMO-kontakten 15, 34, 36. Figur 17; Visar procentandel på de vanligaste snabbladdningskontakterna 3.7 Komponenter En sammansatt produkt består av en eller flera delar, vissa delar utvecklas från grunden medan vissa delar och detaljer kan finnas från leverantör. Många gånger är det fördelaktigt att slippa utveckling och tillverkning av egna detaljer och istället köpa befintliga delar från en leverantör. Mekaniska komponenter som är intressanta för detta projekt är leder, lager, fjädrar, dämpare och kugghjul. 3.8 Material och produktion De material som varit aktuella för den mekaniska konstruktionen är stål och aluminium. För båda materialen finns möjlighet till pulverlackering i alla tänkbara kulörer. Bägge materialen är till stor grad korrosionsbeständiga, aluminium då oxidationen fungerar som korrosionsskydd och stål som finns i form av syrafast och rostfritt. Stål och aluminium finns i många olika legeringar och härdningar och har i vissa fall betydligt högre värden, men generella hållfasthetsvärden för respektive metall är: Tabell 3; Generella hållfasthetsvärden Material Sträckgräns [MPa] E-modul [GPa] Stål Aluminium

30 3.9 Tidigare koncept Innan vårt arbete påbörjades blev vi presenterade ett koncept som senare fick namnet Armen. Konceptet härstammade från ett gammalt projekt där det handlade om att erbjuda snabbladdning för bilar på större parkeringar. Tanken med konceptet var att låta armen rotera horisontalt kring två axlar. Konceptet kunde uppfylla behovet av att erbjuda laddning men det var inte säkert om det var den optimala lösningen för att monteras mot en fasad. När detta förslag presenterades förklarade vår uppdragsgivare att det var en lösning som togs fram väldigt snabbt utan något grundläggande arbete bakom sig. Alternativet blev att antingen försöka optimera den befintliga lösningen eller komma fram med en ny. Figur 18, Koncept från tidigare projekt 20

31 4 GENOMFÖRANDE Den produktutvecklingsprocess som projektet valt att jobba efter presenteras i kapitel 2 - Metoder. Innehållet består av att det först görs analyser, idégenerering, designworkshop, konceptutveckling, konceptsållning och slutligen CAD-modeller som är underlaget till prototypbyggandet. Processen sker iterativt och många beslutsfattare är med. 4.1 Analys I produktutveckling är det viktigt att gå igenom olika typer av analyser och metoder, detta för att lättare kunna förstå problemet och för att rusta upp mot nya. Det är även viktigt att sätta sig in i hur en användare ska interagera med produkten. En användare har olika behov, detta skapar tänkbara funktioner till produkten och detta kommer presenteras med en behovsanalys och en funktionsanalys. Funktionsanalysen lägger en grund till hur kravspecifikationen ska se ut och detta blir en ram som arbetet måste förhålla sig till PROCESSFLÖDESDIAGRAM För att kunna sätta sig in i det system som det innebär att genomföra laddningen av bilen utan att glömma någon del, så genomförs ett strukturerat flöde över processen. Detta ger en tydlig översikt som gör det lätt att sätta sig in i situationen och på så vis kunna se behoven och sätta in rätt funktioner för alla steg. Genom att stegvis gå igenom alla tänkbara scenarier och följder, samt dokumentera detta genom ett strukturerat flöde ges en överskådlig bild över användarscenariot. En mer komplex och noggrann version arbetades fram för att sedan komprimeras till en överskådlig version som enklare kan granskas. Se bilaga BEHOVSANALYS Behovsanalysen utfördes genom att använda sig utav en specifik persona, där de alla har en varierad bredd av bakgrunder. Detta för att identifiera och finna olika behov som de kan ha. I processen av att identifiera behoven så satte projektmedlemmarna sig in i rollen av att vara en specifik persona. Efter att behoven tagits fram sorterades de ut under kategorier som ansågs vara ett övergripande samlingsnamn för dem. För fullständig behovsanalys se bilaga FUNKTIONSANALYS Med hjälp av att identifiera olika behov så utfördes en funktionsanalys. Funktionsanalysens syfte är att underlätta arbetet genom att systematiskt och metodiskt analysera funktioner och önskemål man ställer på produkten. Funktionsanalysen visar en hierarkisk ordning för vad produkten ska tillgodose för huvudfunktion, vilket är Nå bil med ström. Delfunktionerna består utav de fyra kategorierna, konstruktion, säkerhet, regler och handhavande. Dessa kategorier anses vara de mest kritiska för att bära upp produktens huvudfunktion. Stödfunktionerna är där för att höja attraktionen eller handhavandet för produkten. Funktionsanalysen är också underlag till kravspecifikationen, se bilaga 4. 21

32 4.1.4 FÄLTSTUDIER För att kunna få en tydligare uppfattning kring hur problemen, miljön och användandet ser ut så gjordes ett flertal olika undersökningar kring laddning för elbilar. De flesta studier som har utförts är kvalitativ informationsinsamling som observationer, intervjuer, läsning, test och videoanalyser. Genom att prata med elbilsägare och observera stationer och dess utformning har vi kunnat koppla en del av det till starka behov och funktioner, så som: o Alltid kan ladda...ifall det är långt mellan stationerna och bilen nästan är urladdad... o Problemfri användning...vill bara tanka o Ej smutsa ned användaren Det har även förts samtal med människor i stadsmiljö som till stor del har varit positiva till elbilar och möjlighet till laddning, men en aning restriktiva till att det ska göra något större intryck på stadsmiljön. Elbils-forum på internet gav en bild av vad som bekymrar folk när det kommer till laddning. Både hur pass bra det fungerar men även problem och önskningar kring hur det skulle kunna se ut. Den typen av information finns även på videokanaler på internet, gällande de båda källorna finns en viss försiktighet kring vad som kan anses som en generell åsikt. Genom att promenera i stadsmiljön så syns det fort hur pass olika fasader kan var bland annat så är fönster placerade olika och kröningslister utstickande. Trottoarerna skiljer sig, det finns hinder så som elskåp och stolpar med skyltar. Parkeringsplatserna ser olika ut och bilarna har ladduttaget på olika platser. Det var sådant som fort kunde observeras och läggas in i problembilden. Andra mönster som går fort att se är att färgerna på busskurer, soptunnor och andra detaljer har en enhetlig färg. Det leder till att kontrollera bestämmelser kring färgval i stadsmiljö, det visar sig att olika städer och olika zoner har bestämmelser för vilka färger som får användas. Detta skapar ett krav till att produkten ska kunna färgsättas i olika kulörer. Se bilaga 15 för bilder från stadsmiljön. Även observationer när användare laddar genomförs Användarvänlighet har granskats och jämförts med konventionella metoder att tillskaffa sig drivmedel för bil, som även det har testats för att sätta sig in i liknande situationer. Alla dessa metoder har reflekterats och gradvis utvecklat förståelsen kring användarna och dess kontext. Det resulterade i en stor del av de behov som togs fram och även som stöd vid idégenerering och problemlösning Befintliga lösningar I detta fall så fanns ingen befintlig produkt som kunde utföra de specifika krav som krävdes för att uppnå kundens önskemål med de bygglovsreglerna som därtill följde. Däremot så fanns det liknande lösningar, dels laddstationer för elbilar men även liknande lösningar som kunde efterlikna de sökta funktioner som koncepten krävde. På laddstationer var de jämförelser som gick att mäta laddkapacitet och interaktion. Det genomfördes en översiktsanalys över befintliga laddare och dess kapacitet, i detta fall så var de stationer som hade en laddkapacitet över 22 kwh som var av störst intresse. Gällande interaktion så blir observation och testande det som ger bäst insikt i användarupplevelsen, testandet skedde på motsvarande produkter så som snabbladdnings- och bensinstationer. Problem som kan uppstå 22

33 visade sig och även hur konkurrenter löst specifika problem. Analysen som helhet gav också en anvisning rörande vilket designspråk som är vedertaget i den branschen. Det gjordes en informationsinsamling rörande de produkter och funktioner som löst liknande problem. Till stor del handlade det om att finna lösningar som kunde sträcka ut en arm, exempelvis väggfästen till TV, röntgenarmar för tandläkare och vattenhästar till ånglok ERGONOMIANALYS Målet är en inkluderande och användarvänlig design och därför har det kontrollerats kroppsmått från den 5:e till 95:e percentilen, samt tagits hänsyn till de begränsningar som det kan medföra att vara rullstolsbunden. Därtill har det arbetats för att inget moment ska kräva mer kraft än vid tankning av konventionellt bränsle. Inlärningssteget kan anses vara inkrementellt i och med att det på många sätt liknar andra sätt att tillskaffa sig drivmedel. Strävan har dock varit att göra stationen så intuitiv som möjligt. Höjden på reglagen och laddhandsken sätts under 110 mm. Ljussättning i olika färger som signalerar ifall stationen är ledig eller upptagen sätts på 3000 mm höjd med ljus som endast sprids utåt, så att de boende ej störs av ljuset KRAVSPECIFIKATION Utifrån funktionsanalysen och bygglovsregler, certifieringar och standarder så skrevs ett stort antal krav som skulle uppfyllas. Kraven blev kategoriserade efter vilket fält som de gällde, exempelvis handhavande, säkerhet och konstruktion. De kraven har legat till grund för design och konstruktion. Se bilaga Idégenerering För att påbörja utvecklingsfasen utfördes en brainstorm i syfte av att samla in så många idéer som möjligt, se bilaga 6. Detta gjordes först genom att planera aktiviteten och ta fram information som gör att deltagarna kan sätta sig in i problemet så snabbt som möjligt. PFD:n användes till denna aktivitet för att sätta deltagarna i hur ett laddningsscenario kan gå till samt nyckelkrav från kravspecifikationen. Varje rundtur varade i cirka fem minuter där varje deltagare fick presentera sina idéer och förklara hur man löst problemet. Andra idéer vaskades fram och inga förslag togs åt sidan förrän aktivteten var över. Efter aktiviteten diskuterades det fram vilka utav idéerna som skulle kunna uppfylla kraven och ansågs trovärdiga att ta med till nästa fas. Ur denna aktivitet valdes det att gå vidare med två nya koncept, Teleskopsarmen och Lamparmen. Förslagen modellerades i CAD, se figur

34 Figur 19; Från vänster, Teleskopsarmen Armen och Lamparmen DESIGNWORKSHOP 1 Syftet med workshopen var att förtydliga de tre koncepten (Lamparmen, Armen och Teleskopsarmen) från urvalet på idégenereringen. Detta för att undersöka hur de skulle fungera och hur designen skulle kunna se ut. De idéer som mynnade ut var att försöka få Lamparmen till att ha profiler som gör att den i hopfällt läge görs så diskret som möjligt. En annan lösning som kom fram under denna designworkshop var Metspöet. Tanken med lösningen var att ha kabeln i en lång fjäder som skulle böjas med en radie över trottoaren. Argumentet var att den skulle få en låg tillverkningskostnad och färre komponenter. Konceptet Armen ansågs redan ha en grundläggande design så det lades inte något större fokus på det, se bilaga 7 för skisser DESIGNWORKSHOP 2 Syftet med workshopen var att jobba ytterligare på Lamparmens design så att man i framtiden kunde bilda ett underlag som skulle kunna visas till kunden. Inför denna workshop presenterades vad som mynnade ut från den första designworkshopen. Nya idéer kom fram och fokuset hamnade på förvaring av kabeln samt Lamparmens profiler och hur den skulle fällas ihop, se bilaga UPPLEVELSEPROTOTYPA En del av idégenereringen bestod även i att bygga modeller för att sätta sig in i användarens situation. I de enklaste fallen så kunde vi föreställa oss scenarion i stadsmiljö för hur en laddning av bil skulle kunna ske, varvid vi simulerade en laddning i alla dess steg. I andra fall byggde vi prototyper för att få förståelse över hur förfarandet kan gå till. Det resulterade till en stor del av de behov som finns i behovsanalysen. Se bilaga 9 och kapitel Prototypande för mer detaljer kring de specifika prototyperna. 4.3 Konceptutveckling Ett flertal koncept var utfallet av idégenereringsfasen och under den här fasen så utvecklades de vidare till mer definierade koncept. Målen är att få en ökad förståelse för designproblemet samt testa 24

35 funktionalitet och upplevelse av koncepten till att bli koncept med en ökad specifikationsnivå. Det genomförs genom problemlösning, prototypande, idealiserade beräkningar och tester. Under hela fasen kommer ny fakta in och alla delar itereras. CAD har hela tiden legat som stöd för att visualisera och kontrollera funktion. I detta projekt så blev kravet att armen ska vara placerad minst tre meter ovanför markhöjd en stor del av problemlösningen. Den mekanism som krävdes för att uppfylla kravet tog mycket av konceptutvecklingens tid. Parallellt fanns två koncept fram till godkännandet av konceptet Lamparmen, varvid ett fullskaligt prototypbyggande påbörjades och Armen togs bort från arbetet MORFOLOGISK MATRIS Efter att man fastslagit vilka koncept som kändes realiserbara, det vill säga Armen, Teleskopsarmen och Lamparmen så gjordes beslutet av att göra en morfologisk matris. Detta för att få en varierad bredd av koncept med olika typer av funktioner i sig. De olika kategorierna delades upp efter var det ansågs behöva en funktion för de olika koncepten. Exempel på detta är att konceptet Armen kan behöva vridning i horisontalled på två olika ställen och detta kan lösas antingen via ett länkhuvud, vridled eller en elektrisk motor. Motstånd vid belastning, låsning i viloläge, utväxling i leder och tillbakafjädring vid återställning är exempel på andra kategorier som uppfyller olika funktioner. Se bilaga 10 för morfologisk matris. Den morfologiska matrisen resulterde i att tretton olika koncept togs fram. Målet var att ta fram tre olika kostnadsnivåer på de olika koncepten (Armen, Lamparm, teleskopsarmen). Detta kan ses genom att alla tre lösningar har en budgetvariant ocht att både Armen och lamparmen har elektriska motorer i sina leder. Syftet med att ta fram olika kostnadsnivåer på de olika lösningarna var att få en större bredd samt tydligare utslag på konceptvalsmatrisen KONCEPTVALSMATRIS En konceptvalsmatris tillämpades för att kunna vikta koncepten från den morfologiska matrisen. Konceptgruppen 1 utgick ifårn Armen, konceptgruppen 2 ifrån Lamparmen och konceptgrupp 3 ifrån Teleskopsarmen. Syftet var att sålla bort koncept snabbt och enkelt genom att ställa dem mot viktade kriterier. Av de 13 koncepten sattes konceptet Armen - 1a som referensen med motivering av att dess funktioner inte var allt för simpla eller komplexa. Kriterierna är utvalda efter kravspecifikationen då detta är de styrande dokumentet men också ramen för arbetet. Resultatet kan ses i tabellen under. Tabell 4; Resultat av konceptvalsmatris Placering Namn Poäng 1:a 2d 3 Delad 2:a 1c och 1d 2 Delad 3:e 1c och 2b 1 Delad 4:e 1a och 2c 0 Om man utesluter armar som är eldrivna kommer koncepten 1e, 2b, 1a och 2c gå vidare. Detta var en rekommendation från konstruktörsfirman då man ansåg att lösningar som innhöll elektriska komponenter skulle bli kostsamma att realisera. Teleskopsarmen - 3a, 3b och 3c fick tillsammans flest negativa resultat. Det visar sig att dessa koncept inte anses trovärdiga att fortsätta med och beslutet blir att utesluta dem helt från arbetet. Se bilaga 11 för fullständig bilaga över konceptval. 25

36 Utvärdering av koncept Ett flertal koncept togs vidare för diskussion rörande tillverkningsmöjlighet, funktion och kostnad. De gjordes ytterligare visualiseringar och länkar till befintliga lösningar för att enklare kunna avgöra möjligheterna med koncepten. Se bilaga 12 för fullständig redogörelse över koncepten CAD-MODELLER Användandet av CAD påbörjas tidigt i projektet och används från att enkelt visualisera ett uttryck till att kontrollera mekanik och konstruktion. En tid in i projektet modellerades mer realistiska modeller upp där mekaniska funktioner kunde testas för att kunna avgöra funktion och design. Renderade modeller gjordes för att presentera för kunder och samarbetspartners. Programmen SolidWorks, KeyShot, Maxwell, InDesign och Photoshop användes vid framställningen. Se bilaga 13 för CAD-modeller och renderingar PROTOTYPANDE Genom hela projektet har prototyper funnits med, till en början för att få en uppskattning av problemet och möjlighet till att göra användartest som tidigt gav värdefulla synpunkter. Utifrån det kunde problemställningarna fort definieras tydligare. Enklare prototyper och skisser användes även till idégenerering och problemlösning, bland annat i enkla material som kartong och träfiberskiva. I slutskedet skapades en fullskalig prototyp som var kraftig nog att kunna genomföra test med fullstor kabel. För bilder på alla prototyper se bilaga 9. Skisser och CAD-modeller har använts för att snabbt få upp en tydlig visuell prototyp samt att testa mekanismer. Den första fysiska prototypen (Prototyp 1) som byggdes utgick från det koncept som fanns innan detta projekt. Den byggdes i full skala i trä. Syftet var att få en känsla av storleken samt få en ökad förståelse för handhavande och räckvidd. Figur 20; Prototyp 1 Ett stort antal småskaliga prototyper (Prototypgrupp 2) byggdes i kartong för att testa rörelser och mekanismer för att lösa de problem som kravet armen ska vara placerad minst tre meter ovanför 26

37 markhöjd utgjorde. Flera av prototyperna klarade på olika sätt att uppfylla kravet, men de flesta hade oönskade bieffekter. Exempelvis så hade prototyp A med enkelt stag det problemet att staget var tvunget att ha en viss längd och vinkel, vilket krävde att den skulle bli högre som i sig skulle medföra behovet av en längre kabel. Figur 21; Prototypgrupp 2 Prototyp C klarade bäst problemet och därför byggdes den i en fullskalig delmodell i träfiberskiva. Den var dock inte helt optimal eftersom den ej gav ett harmoniskt intryck då armen ej var i linje. Men det gav en uppfattning om hur den typen av funktion beter sig och ett test med kabel kunde utföras. Figur 22; Prototyp 3 Med problemlösning och vidareutveckling så kunde ytterligare en fullskalig prototyp byggas (Prototyp 4), även den i träfiberskiva. Det var i detta skede som prototyp C och funktionen av ett kugghjul blev utvecklat till en ny version, som då hade löst problemet med att vara rak i utfällt läge. Ökad förståelse för användarvänligheten och hur en kabel beter sig tillsammans med prototypen. Efter denna prototyp så fanns en nog stor förhoppning av konceptet för att kunna bygga en fullskalig prototyp som klarar av mer påfrestande tester och möjlighet att kalibrera användarvänligheten. 27

38 Figur 23; Prototyp BERÄKNINGAR Tidigt i processen togs hänsyn till konstruktionen, möjliga komponenter och produktionsmetoder. Idealiserade beräkningar gjordes för att få en uppfattning kring dimensionering och möjligheter kring realisering av koncepten Tabell 5; Formelsamling Namn Formel Enhet Normalspänning σ = F Pascal [Pa] A Cirkelarea A c = πr 2 Kvadratmeter [m 2 ] Omkrets O = 2πr Meter [m] Flödeskraft F w = 1 2 C wρav 2 Newton [N] Kraftmoment M = F l Newton [N] Kraft F = mg Newton [N] Area A = b h Kvadratmeter [m 2 ] 28

39 Hållfasthet Hållfasthetsberäkningar användes för att dimensionera arm och stolpe samt för att kontrollera kuggmekanismens hållfasthet. Enligt kravspecifikationen ska konstruktionen klara av 1500 N belastning i armens ytterläge tre meter ut, det innebär i ett statiskt fall en kraft på 4500 N där armen stöds av stolpen. Beräkningar gjordes för ett rör med 5 mm godstjocklek och en diameter på 100 mm. σ k = F = 4500 = Pa = 3,0 Mpa A 0, De spänningar som uppstod är långt under de hållfasthetsvärden som visats tidigare i rapporten. Det innebär att konstruktionen på de koncept som utvecklats är inom ramen för vad som kan anses vara realiserbart. Ett annat fall vid samma belastning är om kuggmekanismen låses och den spänning som då uppstår i mekanismens kuggpar. Eftersom mekanismen sitter halvvägs ut så är hävarmen hälften så lång, kraften blir då 2250 N. Arean på en tand förenklas väsentligt och beräknas som en idealiserad rektangel vid delningsdiametern. I prototypen finns två kuggpar som båda har en plåttjocklek på 5 mm, resulterande i totalt 10 mm kuggbredd. σ k = F = 2250 = Pa = 11,3 Mpa A 0,0002 Spänningen på 11,3 MPa ligger långt under normalspänningen för stål Vridmoment Kravspecifikationen säger att armen ska klara av ett vridmoment på 146,1 Nm utan att flytta på sig, det är densamma kraft som vindbelastningen vid storm skapar. Beräkningen är gjord på ett rör som är 100 mm i diameter samt 3000 mm långt. F w = 1 2 C wρav 2 = 1 2 0,47 1,3 0,3 32,62 = 97,4 N M w = 97,4 1,5 = 146,1 Nm Kraften på 146,1 Nm överstiger alltså den friktionskraft som finns i den nuvarande konstruktionen Kugghjul Vid prototypbyggande av kuggdetaljerna krävdes en mer korrekt beräkning eftersom detaljerna skulle laserskäras och mekanismen krävde någorlunda snäva toleranser för att fungera. Åtta tänder med en delningsdiameter på 100 mm gav modulen 12,5. Inför tillverkning gjordes några ändringar i CAD. 29

40 4.4 Konceptval Med ett flertal beslutsfattare så innebär ett konceptval att övertyga alla parter för att kunna gå vidare. Kunden, projektledare och andra samarbetspartners bör vara övertygade om att rätt koncept tas vidare. Konstruktionsfirman och kunden godkände de två kvarvarande koncepten Armen och Lamparmen. Därav togs beslut på designkontoret genom röstning, med stor majoritet valdes därför Lamparmen. Figur 24; Bilder till vänster är på Lamparmen, övriga tre till höger är på Armen 4.5 Fullskalig prototyp Ett utav målen i arbetet var att kunna bygga en fullskalig prototyp, detta i syfte att få en känsla av handhavandet, dimensionerna och för att kunna utföra tester. Prototypens utformning var först en CAD-modell med detaljer som skulle laserskäras, så som kuggmekanism. Planen var först att använda sig av U-profiler i aluminium för att efterlikna den CAD-modell som tagits fram. På grund av tidsbrist och att aluminiumprofilerna inte kunde levereras i tid fick det tänkas om och göra vissa delar i trä. Detta medgav att CAD-konstruktionen justerades efter det material som var tänkt att använda sig utav, vilket blev det slutgiltiga underlaget till att bygga den fullskaliga prototypen, se bilaga 14. Processen för den fullskaliga prototypen gick till på följande sätt: o Planering o Revidering av ritningar o Inhandling av material o Fördelning av arbetsuppgifter o Inventera och mäta o Genomföra arbetsmomenten: Borra, svetsa, såga, skruva, slipa m.m. o Montera ihop delarna o Funktionstester (se bilaga) 30

41 Figur 25; Slutgiltig fullskalig prototyp 4.6 Test Under projektets gång har det testats och experimenterats med ett flertal simuleringar och prototyper, resultatet av det kan direkt knytas till behovs och funtionsanalyserna samt konceptutvecklingen. De tester som beskrivs här gäller den slutgiltiga prototypen ÅTERFJÄDRING För att kunna kontrollera armen på ett säkert sätt så krävs motstånd vid utfällning och även en hjälpande kraft för att möjliggöra infällning. Det fanns även ett problemområde när armen var ca 70 procent utfälld. Syftet med testet vara att kontrollera vilken kraft som behövs vid dessa kritiska moment. Testet gjordes så att en hävarm på en meter sattes längst bak på den övre bakre armen, därefter testades de olika momenten med en digital våg som fästes i ett rep. Tabell 6; Test för kraftmotstånd vid in och utfällning Test F utfällning [N] F mitten [N] F problem [N] F infällning [N] Medelvärde Det som kan ses utav testen är att för att hålla armen fritt hängande i de olika positionerna så krävs ett ökat motstånd från infälld till utfälld. Problemområdet är lite speciellt då det låser armen vid den kraft som i momentet just innan krävde en större kraft. Det gjorde att det var tvunget att släppa upp lite från det tidigare momentet, en minskning på ca 10 N. Se armens olika lägen i figur

42 Figur 26; Lägen på armen vid testen, motsols från bilden uppe till höger ROTATIONSTRÖGHET Möjligheten till att öka laddarens räckvidd genom att rotera armen 45 i vardera riktning är en önskvärd funktion. Vid detta test så kontrollerades vilken kraft som krävdes på prototypen vid statisk och dynamisk friktion. Syftet är att testa vilken kraft som går att utgå ifrån för att skapa en lösning kring vindlast och användarvänlighet. Vid testet var en 15 kg tung vikt fäst vid hävarmen på den bakre armen. Testet utfördes så att en digital våg fästes i laddkabeln tre meter ut på armen, varvid kraften kunde mätas genom att dra i vågen. Resultaten kunde ses som högsta siffran innan armen rörde sig (statisk) och lägsta kraft i rörelse (dynamisk). Tabell 7; Testvärden för friktionskraft vid rotationströghet Test F statisk [N] F dynamisk [N] 1 16,2 8,2 2 16,5 8,5 3 15,7 8,7 4 15,8 8,2 5 17,1 8,0 6 16,6 8,3 Medelvärde 16,3 8,3 Utfallet av dessa test är endast ett utgångsläge för vidare problemlösning gällande den tröghet som behövs för att ej vindbelastning ska förflytta armen. De moment som påverkar leden är alltså värden mellan 24,9-48,9 Nm. Enligt kravspecifikationen ska det motverkande kraftmomentet vara på 146,1 Nm. 32

43 4.6.3 ANVÄNDARTEST Känslan av att säkert kunna använda laddstationen är en stark faktor, på samma sätt är det viktigt att personer med mindre muskelmassa och handikapp utan problem också kan nyttja stationen. Syftet med dessa test är att kunna samla in data rörande de reaktioner som testpersonerna uttrycker för att sen kunna uppfylla de krav som finns. Genom att observera de som testade stationen för att senare prata med dem, kunde indikationer på vad som var positivt och negativt inhämtas. Vid dessa tillfällen utfördes testen med tre olika tyngder på laddarmens bakre hävarm, det var monterat 10, 15 och 20 kg. Men det var vid två lägen som det krävdes korrigeringar, det ena var för att underlätta vid problemområdet med ca 1 kg. Det andra var att tillsätta kraft så att det totalt var ca 30 kg vid infällning från helt utfällt läge. Figur 27; Kalibrering med vikt på 10 kg Utfallet var mestadels positivt, det upplevdes enkelt att manövrera laddarmen både vid in och utfällning. Även rotationsmomentet upplevdes lätt och kunde absolut varit lite trögare. Det som upplevdes negativt i vissa fall var prototypens något instabila infästning som kunde skapa lite obehag vid vissa ställen., särskilt problemområdet då armen stoppar till och börjar att svaja något. 33

44 4.6.4 KABEL Kabeln har varit en stor del kring varför projektet har gått i den riktning det gjort, där böjning, torsion och allmänt handhavande tagits i beaktning. När kabeln och laddhandsken ska parkeras finns det ett överskott av kabel som önskas ur vägen så snyggt som möjligt. På grund av det så gjordes mätningar kring hur kabeln beter sig otvingat. Syftet med detta var att kunna gå vidare och se vilken design som skulle vara möjlig. De olika fall och mätningar som gjordes är enligt figur 28. Figur 28; Kabelmätningar Det som visade sig var att kabeln sticker ut en hel del, och för att minimera detta så utformas en öppning i stolpen och en box som fångar in kabeln. 34

45 5 RESULTAT Design- och produktutvecklingsprocessen har genom tester på en fullskalig prototyp och designworkshops genererat ett väl utvecklat koncept som är ankrat i verkligheten. Kravspecifikationen som gjorts är ett bra underlag för vidare utveckling. Figur 28; Bil som laddar i vid trottoar 5.1 Konstruktion Genom en prototyp har konstruktionen visat sig vara fungerande. Mekanismen ser till att hålla armen konstant på tre meters höjd. Armen fälls in och i det läget så är armen och stolpen 100 x 200 mm uppifrån sett. Höjden är 4700 mm. Med de dimensionerna krävs att kabelns böjdiameter är maximalt 150 mm. Räckvidden är 5165 mm med 3700 mm lång kabel. Med den räckvidden kan två bilar parkerade tre meter bortanför fasaden laddas i omgångar utan att de behöver flytta på sig. Armen är konstruerad på ett sätt som gör att den motverkar överbelastning. Om en kraft tillförs i kabeln vid utfällt läge så förskjuts kraften så att armens mekanism åker in och upp. Återfjädring kräver en kraft på 300 Nm för att vrida den bakre axeln vid utfällt läge och påbörja infällning. Kraften kan även tillföras av användaren, genom att dra i laddkabeln. Konstruktionen och kabeln tillåter rotation med 45 i vardera riktning. 35

46 Modulanpassning är fullt möjlig då konstruktionens mekanism är oberoende av armarna och stolpens längd och höjd. Därtill är armarna och stolpen profiler som har konstant tvärsnitt och påverkas ej av längdförändringar. Designen är väl anpassad för stadsmiljön, med snälla former och möjlighet till färganpassning. Figur 29; Renderad bild på konceptet 5.2 Säkerhet Användandet av CCS gör att stationen ej är strömförande innan den konfirmerat laddning via kommunikation med bilen. Stationens rörliga delar är minst tre meter ovanför marken och är därför utom räckhåll för användare. Med belastad manövrering så har användaren full kontroll och därmed ingen risk att tappa kontrllen vid ut- och infällning. På så vis finns ingen förutsägbar risk att skadas vid användandet av laddstationen. 5.3 Ergonomi och handhavande Test och användarstudier visar på ett behagligt motstånd vid användning, de krafter som krävs för användandet är små och väl anpassade för personer med fysisk funktionsnedsättning. Alla interaktionspunkter så som skärm, nödstopp, laddhandske och ID-läsare sitter under 110 mm, vilket anses vara inom räckhåll för en kort person i rullstol. 36

47 Figur 30; Laddstationens box med interaktionspunkter Figur 31; Flexibel snabbladdare i stadsmiljö 37

48 6 DISKUSSION Genom att arbeta processorienterat så kom resultaten av alla analyser i en ordning så att besluten alltid kunde ankras i metoderna. Det medförde ett stort arbete innan val av slutligt koncept kunde genomföras, men på så vis var alla ovissheter borta. Konceptet Lamparmen kan än fast det fortfarande är i prototypstadiet stödjas på ett flertal viktiga punkter mot kravspecifikationen. Med tanke på arbetets storlek så hade möjligtvis en snabbare analysfas varit bra, men då hade resultatet mest troligt blivit den enklare lösningen som fanns vid projektets start, det som senare blev konceptet Armen. Istället blev det en mekaniskt mer komplex konstruktion som krävde mer tid att utveckla, därmed fanns det inte tid för att kunna ersätta hävarmen på prototypen. 6.1 Återfjädring Det finns dock idéer om hur man bör gå tillväga för att integrera motståndet i stolpen. Att montera en vridfjäder skulle kunna vara ett utrymmesbesparande sätt att kontrollera den kraft som ska hjälpa armen upp från utfällt till infällt läge. Men även skapa den tröghet som krävs för att enkelt kunna kontrollera armens rörelse. En fjäders ökande motstånd är bra i detta fallet, då kraften som krävs för att dra tillbaka armen är som störst längst ut och minst längst in. Det är dock inte kontrollerat att det är en helt linjär kraft och en progressiv fjäder skulle kunna behövas. Återfjädring kan monteras på armens alla axlar, men det lämpar sig bäst på någon av de axlarna som är monterade mot stolpen. 6.2 Rotation Möjligheten till att rotera armen i utfällt läge skapar de förutsättningar som krävs för att nå mer än en bil. Kabelns torsion bör inte vara något problem, då längden på kabeln är så pass lång i förhållande till torsionen. Det som krävs är dock att konstruera en begränsning så att kabeln och armen ej roterar mer än tänkt. Dessutom kan det vara nödvändigt att den konstruktionen centrerar armen i infällt läge så att kabeln åker in i stolpen. Det har diskuterats rörande lösningar med sluttande plan utskuret som ett V, där armen lyfts upp vid vridning och därmed åker tillbaka av tyngdkraften. 6.3 Produktionsmetoder Strängpressad aluminium har varit en möjlig produktionsteknik för stolpe och armar. Tekniken är relativt kostnadseffektiv ifall konstruktionen kräver speciella lösningar på profilerna. Kuggmekanismen är fungerande i laserskuren plåt och skulle kunna vara en tänkbar metod, annars kan bearbetning i en CNC-fräs vara ett alternativ. Materialet bör vara av stål för att klara en större belastning men framförallt motstå slitage över tid, då det är en öppen konstruktionen. 6.4 Andra användningsområden Att anpassa laddstationen till andra användningsområden kan vara möjligt men kräver utveckling ifall förutsättningarna ser olika ut. Tanken på att kunna användas på stormarknader för att betjäna fyra omkringliggande platser skulle exempelvis medföra utveckling kring kabelns torsionsmöjligheter. Ett annat användningsområde skulle vara möjligheten att kunna ladda elbåtar från en brygga. Det skulle dock kräva en stor utredning kring säkerheten på grund av det unika fall som den höga laddeffekten tillsammans med vattenmiljön utgör. 38

49 7 SLUTSATS Genom att armen och stolpen enkelt går att modularisera genom att tillverka i olika längder, så blir det en otroligt flexibel lösning. På så vis kan stationen anpassas till både varierande trottoarer och fasader. Stolpen är i infällt läge 100 mm bred och kan därför placeras ostört mellan fönster och burspråk. Laddarmen befinner sig alltid tre meter ovanför trottoaren och därav kan alla behov för arbete och övrigt nyttjande ske ostört. Det finns många möjligheter att anpassa laddstationens räckvidd. Räckvidden är anpassningsbar genom både rotationsmöjligheten, armens stegvisa utfällning och kabelns möjlighet till att böjas. Tillverkningen av laddstationen så som den är utformad idag kan anses vara ekonomiskt försvarbar. De möjligheter som det innebär att kunna nyttja fastighetens befintliga elnät samt ej behöva gräva upp trottoaren väger upp till de extra kostnaderna. Därtill så kan laddstationen anpassas till ett flertal övriga situationer där möjligheten att hålla kabeln ovanför mark är av nytta. Exempelvis större parkeringar eller vid en kajplats för att nå ut över bryggan. Användarinteraktionerna är anpassade för personer med handikapp. Den kraft som behöver tillföras för att använda stationen kan anses vara motsvarande det som krävs vid annan tankning och laddning. Prototypen som använts för tester är fullskalig och har den räckvidd som slutprodukten är tänkt att ha. Den är möjlig att montera mot fasad, dock så är återfjädringen ej integrerad som det är tänkt. Det medför att prototypen måste stå en meter bortanför fasaden. 39

50 8 REKOMMENDATIONER Projektet är fortfarande i konceptutvecklingsfasen och det finns ett antal punkter som bör ses över. o Kalibrera återfjädringen och integrera den i stolpen o Specificera kabelns bana och böjning o Utveckla stopp och centrering av armens rotation o Testa funktion vid överbelastning o Specificera mått och komponenter o Granska produktionssmetoder o Se över möjligheter till anpassning för andra användningsområden 40

51 Källförteckning [1] EU-upplysningen, EU/Vad-EU-gor/Miljopolitik-i-EU/, ( ) [2] Naturvårdsverket, Sverige/Uppdelat-efter-omrade/Transporter-och-trafik/Vagtrafik/Vagtrafikens-miljopaverkan/, ( ) [3] Karl T. Ulrich Steven D. Eppinger,2014, Produktutveckling konstruktion och design, Studentlitteratur [4] Donald A. Norman, 2013, The design of everyday things, The MIT Press [5] Åsa Wikberg Nilsson, Åsa Ericson, Peter Törlind, Design Process och Metod, 2015, Studentlitteratur [6] Kenneth Österlin, Design i fokus, 2016, Liber [7] B.Hillier, T.Stonor, Space Syntax, 2010, ( ) [8] R.Guðjońsdo ttir, Fältstudier, [ 9] Johan Frid, Johnny Frid, Fidha Henderson, Design 1, Gleerups [10] J.S.Linsey, A.B.Markman, K.L.Wood, 2012, Design by analogy, [11] Nationalencyklopedin, skola@ne.se, ( ) [12] Segue Technologies, ( ) [13] Jan Lindqvist, Vilda idéer och djuplodande analys om designmetodikens grunder, 1994, Carlssons Bokförlag [14] (Jarfors E W A, Carlsson T m fl, upplaga 4:3, isbn , s.6) [15] Olino Renewable energy, jeroen@olino.org, ( ) [16] Power circle AB, info@powercircle.org, ( ) [17] Power circle AB, info@powercircle.org, ( ) [18] Power circle AB, info@powercircle.org ( ) 41

52 [19] Länsstyrelsen Västra Götalands län, 2013, pdf [20] BRF Podden, avsnitt. elbilsladdning, Fastighetsägarna Stockholm, Pelle Sjögren VD Parkando. ( ) [21] Gatustandard i Nacka stad - Att bygga i moduler underlag till strukturplan för Nacka stad, [22] Gatusektioner, Råd och exempel vid utforming av gatumiljöer - Malmö stad, [23] G.Söderlund, Byggnadsantikvarier, stadsmuseet@stockholm.se, ( ) [24] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [25] Jag vill sätta upp skylt/skyltar vad gäller?, Råd och riktlinjer från Stockholms stadsbyggnadsnämnd, d=0ahukewiu7iuf88luahwljzokhuoearuqfggxmai&url=http%3a%2f%2fwww.stockh olm.se%2fglobal%2fom%2520stockholms%2520stad%2ff%25c3%25b6rvaltningar%2520och %2520bolag%2FFackforvaltningar%2FStadsbyggnadskontoret%2FBygglov%2F5%2520Verksamhe ter%2fskyltprogrammet_rev_april_2009.pdf&usg=afqjcnhbcryygornerq33izmkanpr0bu 8Q&sig2=DcAhDEd4ivsZbZrd7Ksh-w [26] Fachri P. Nasution, Svein Sævik, Janne K.Ø. Gjøsteen, Finite element analysis of the fatigue strength of copper power conductors exposed to tension and bending loads, [27] Nexans Sweden AB, Kabelboken distribution installation, [28] Anixer Inc, ( ) [29] ( ) [30] Sutars, info@sutars.com, ( ) [31] B.Haag, Industriell Systemteknik, 1998, Studentlitteratur [32] CEO Ferroamp, B.Jernström, info@ferroamp.se, ( ) [33] Amokabel, info@amokabel.se, ( ) [34] Power circle AB, info@powercircle.org, ( ) 42

53 [35] Sundrive AB, ( ) [36] Phoenix Contact, EN_HQ_E-Mobility_LoRes.pdf, ( ) [37] Alphonce, R m.fl. (2011). Formler och tabeller, Natur och kultur. [38] Dahlvig, G. (1998). Energi, Faktabok liber. [39] Instutitionen för maskinkonstruktion. (2008). Maskinelement, Handbok. 43

54 Källförteckning Figurer [2] Power circle AB, ( ) [3] Länsstyrelsen Västra Götalands län, 2013, pdf [4] Länsstyrelsen Västra Götalands län, 2013, pdf [5] Gatustandard i Nacka stad - Att bygga i moduler underlag till strukturplan för Nacka stad, [6] Gatusektioner, Råd och exempel vid utforming av gatumiljöer - Malmö stad, [7] Gatusektioner, Råd och exempel vid utforming av gatumiljöer - Malmö stad, [8] Gatusektioner, Råd och exempel vid utforming av gatumiljöer - Malmö stad, [9] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [10] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [11] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [12] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [13] Cecilia Björk, Per Kallstenius, Laila Reppen, 1983, Så byggdes husen , Svensk byggtjänst [14] Firestore. Co, Tech@fs.com, Radius.png, ( ) [15] Olino Renewable energy, jeroen@olino.org, ( ) [16] Olino Renewable energy, jeroen@olino.org, ( ) [17] Power circle AB, info@powercircle.org ( ) 44

55 Källförteckning Tabeller [1] Power circle AB, ( ) [2] Power circle AB, ( ) [3] B.Sundström, 2013, Handbok och formelsamling i hållfasthetslära, Institutionen för hållfasthetslära KTH 45

56 Bilaga 1 - Projektplan

57 Bilaga 2 - Processflödesdiagram

58 Bilaga 3 - Behovsanalys Info/Struktur Hitta ledig laddningsstation (synlig, lediga laddningsstolpar) Pålitlig appstandard (infrastruktur) Vet att laddningen håller på/genomförs Hur mycket har man laddat/har stationen laddat? Indikerar på miljökompensation Få hjälp om det krånglar, jour/service När kan man ladda? Var kan man ladda? Vad är det första man ska göra? Vill ha tydlig ordningsföljd Behov av feedback att man gör rätt Får tillståndsinformation (Gör man rätt/fel?) Direkt feedback genom hela tankningen (Går allt rätt till?) Jag vill veta om laddningen har avbrutits Inte finns för mycket information Tydliga markeringar på vart man kan ladda Signalera miljövänlighet Tydlig laddningshierarki Oro Behov att sladden/armen/handsken rör bilen/lacken Behov av att veta att bilen ej skadas Att ingen annan snyltar/tankar på mitt konto Pålitligt system att man inte åker dit för fusk Man vill inte se dum ut Inte känna att man förstör den Vill känna sig säker Trygg mot olyckshändelser som förstör bilen Att man inte är en börda Ingen stressig laddningskö, laddningshierarki Robust Inge trygghet Behov av flexande handtag i laddningsläge (så den inte bryts ifall någon kör på den) Klarar av vandalism Att laddningsstationen är opåverkad av vädret Ordning och reda när man kommer till laddningsstationen Inte används som urinoar Inte störa/göra onödig uppmärksamhet Ergonomi Behov av att vara ren Handtaget/armen inte är kall

59 Enkel/Problemfri/Kontroll/Tydlig Vill ha tydlig ordningsföljd Tydligt tillvägagångssätt Att stationen påminner om andra stationer Igenkänning med bensintankning Man vill ha kontroll (styra armens rörelse) Problemfri/hjälpsam användning Enkel att klicka i Enkel att avsluta tankningen Bevarar mitt lugn, att den är enkel. Inget tjafs, bara att stoppa in Att inte behöva gå tillbaka till stationen efter laddning Att kunna resetta/reboota Inte för mycket information Inte behöva störa förbipasserade Lätt att kunna komma igenom förbipasserande Inte finns för mycket information *** Kunna obehindrat ta den Veta att den inte skadar andra Tydligt tillvägagångssätt Begränsa laddningen (välja själv) Identifiering Signalera miljövänlighet

60 Bilaga 4 - Funktionsanalys Huvudfunktion Nå bil med ström Delfunktioner Erbjuda räckvidd - konstruktion Tillgodose förflyttning av laddkontakt - konstruktion Motstå yttre belastning från människa och miljö säkerhet Monteringsmöjligheter för gata och fasad - konstruktion Modulanpassning efter fasad och gatumiljö - konstruktion Undvika sammanstötning med människor och maskiner säkerhet/regler Möjliggöra hopfällning mot fasad vid parkerat tillstånd - konstruktion Möjliggöra interaktion mellan brukare och laddstation - handhavande Uppfylla bygglovskrav regler Stödfunktioner Säkerhet Möjliggöra kontroll Möjliggöra nollställning för systemet Följsam manövrering Medge tydligt tillvägagångssätt Ge tillståndsinformation för rörelse Erbjuda avlastning Skapa trygghet Automatisk nedstängning vid skada Pålitligt system Tillgodose marginaler Goda marginaler till olyckshändelse Vara igenkännbar Ergonomi Göra informativ och enkel Vara greppvänlig Informera ledighet/vakans Erbjuda återställning till normalläge (kontakt) Erbjuda information om turordning Ge tillståndsinformation i laddningsmängd (i alla lägen)

61 Handhavande/Basfunktioner Manövrerbar för en person Möjliggöra viloläge för laddkontakt Underhållsfri för brukare Indikera tillvägagångssätt (för parkering) Valbar laddningsmängd Vara igenkännbar Produktion Enkel att montera Kostnadseffektiv. (DFMA) Begränsningar i produktionsmöjligheter Möjliggöra användande av standardkomponenter Frågor Devex Konstruktion Tillgodose konstruktion för kabel (Diameter: xx mm, Böjradie: ex 4D, Torsion ) Förhindra påfrestningar från människa Motstå: väta, damm, vanligt förekommande lösningsmedel, snöras, klass-3 oväder -> IPklass Vara korrosionsbeständig Hög tillförlitlighet Ej skada fasaden (i något tillstånd) Möjliggöra flexibilitet (för varierade brukare) (handikappanpassad, 95-5) Tillåter byte av slitagedelar Modulanpassad för andra marknader (CHAdeMO, CCS osv.) Lätt att komma åt för underhåll Anpassad för andra funktioner (kamera, lampa, sändare/mottagare osv.) Signalera robust konstruktion Isolerade kontaktytor Kontrollerat motstånd (i leder) Beständig mot nedsmutsning Undgå oönskade användningsområden Försvåra möjlighet till klättrande Förhindra användande som urinoar Förhindra fastlåsande av fordon

62 Marknadsföring Tillgodose identitet Signalera miljövänlighet Ange tillverkningsland Erbjuda målgruppsanpassning (vem är kund?) Fungera i stadsmiljö (smälta in/sticka ut?) (space syntax?) Skapa gruppkänsla?

63 Bilaga 5 - Kravspecifikation Beskrivning: Snabbladdningsstation för bilar som ska fästas mot gata eller fasad och nå ut till parkering i stadsmiljö med varierande trottoarbredd. Handhavande Manövrering ska endast kräva en person. Laddkontakten med kabel ska styra konstruktionen från laddstation mot fordonet på ett användarvänligt sätt. Laddkontakten ska i parkerat läge vara låst i anslutning till laddstationen tills brukaren verifierat sig. Laddning ska kunna ske med motsvarande enkelhet som tankning av konventionellt drivmedel. Ergonomi Laddningsstationen ska: Möjliggöra interaktion mellan brukare och laddstation. Möjlighet att visa ledighet för brukare från 20 meters avstånd. Ha möjlighet till nollställning vid t.ex. systemfel eller automatiseringsfel. Vara greppbar för den 5:e till 95:e percentilen. Säkerhet Laddningsstationen ska: Ej ha kanter som kan förorsaka skada vid interaktion med laddstationen. Ej i något läge kunna skada förbipasserande på grund av laddstationens utformning. Vara obrukbar om allvarlig skada skett som kan utsätta brukare i fara. Kunna motstå yttre belastning i form av stormbyar på hastigheter av 32,6 m/s, samt snöras från byggnadens hustak. Följa svensk bygglovslagstiftning. Till viss del förhindra bildandet av istappar på de utstickande delarna på stationen.

64 Konstruktion Kabel: Tillgodose konstruktion för kabel med specifikationer enligt nedan: Diameter: 25 mm Böjradie: 6 x Diameter Torsion: 45 - Upprepade fall Rörelsemöjlighet: Erbjuda möjlighet till rotation upp till 90 grader längs horisontalplanet. Trögheten i rotationen ska vara minst 146,1 Nm Erbjuda maximal laddningsmöjlighet från stationens läge och längs 5 meters radie samt hela den area som innefattas mellan stolpe och radie. Laddningskontaktens ursprungsläge ska max vara 1,1 meter över gatunivå. (Handikappanpassad) Möjliggöra hopfällning mot fasad (vid parkerat tillstånd). Ej tillåta skada på fasad under användande eller i parkerat tillstånd. Räckvidd och höjd: Armen ska vara placerad minst tre meter ovanför markhöjd och vara anpassad efter trottoar med bredd från 1 till 3 meter, därtill krävs ytterligare räckvidd på två meter utan krav på att höjd ska bibehållas över 3 meter. Räckvidden behöver minst vara 5 meter. Modularisering: Anpassningsbar efter fasad med utstickande hinder upp till 0.5 meter. Möjlig att montera på gata och mot fasad. Anpassningsbar för lutning på gata upp till 15 grader. Den utstickande konstruktionen på laddstationen ska vara anpassningsbar för höjder mellan 3 och 4 meter Möjlighet att använda annan laddkontakt än CCS genom nyttjande av samma kabelspecifikationer. Laddkontakten ska kunna låsas i viloläge och erbjuda skydd för kontakten. Dimensioner på kontakt 250 x 250 x 60 mm. Platsen för kontaktens viloläge ska även anpassas för senare anpassning till CHAdeMO-kontakt. Dimensioner på modullucka 300 x 200 mm.

65 Konstruktion Underhåll: Konstruktionen ska vara underhållsfri för brukaren. Serviceintervall ska vara lågfrekvent med tillsyn maximalt 2 gånger per år. Maximalt 1 % felfrekvens i bruk. Utbyte av slitagedelar ska vara lättåtkomligt. (ex. Lampor, display) Kabeln och laddhandsken ska kunna bytas ut utan att kräva nedmontering av laddstolpens infästning. Material: Laddstationens kontaktytor för manövrering ska vara greppvänliga och isolerade mot kyla. Klara av ett temperaturintervall på -50 C till +50 C. Motståndskraftig mot damm, vatten, vind, is, olja, bensin och vanligt kommande lösningsmedel. Korrosionsbeständig i utomhusmiljö. Hela konstruktionen måste vara stöt och slagtåligt. Kabeln och den utstickande konstruktionen ska motstå en belastning på 150 kg i sitt yttersta läge. Detta genom hållfast konstruktion eller flexande system som omöjliggör belastning i utfällt läge. Volym: Box för elektronik och gränssnitt ska vara minst 200 x 150 x 100 mm med viss möjlighet till förändringar i konfiguration av komponenter. ESO, batterier och hårdvaran för DC-laddning ska vara placerad i 19 rack innanför fasad eller i enskilt skåp. Estetik: Ska kunna anpassas till urbana miljöer och kommunala regler gällande färgsättning. Tänkt livslängd: 25 år på laddstation (10 år kabellivslängd)

66 Marknadsföring Kund: Fastighetsägare och bostadsrättsföreningar i stadsmiljö. System: 400 V och 125 A med möjlighet av ökning till 800 V. En total laddningseffekt på 50 kw med möjlighet till 100 kw. CCS är standardiserad laddkontakt i Europa. Marknad: Europa med möjlighet till modularisering för övriga marknader. Produktion Kostnad: Kunna produceras för ett totalt försäljningspris på maximalt SEK inkl. moms ut till kund, med möjlighet till att plocka ut en acceptabel vinst. Önskvärt för mekanisk konstruktion med material och produktion är en kostnad på mindre än SEK inkl. moms. Tillverkningsprocess: Den mest kostnadseffektiva processen utifrån laddstationens konstruktion. Kravställning Laddstationens ska kravställas enligt CE och klassas enligt IK 10 Laddstationens box innehållande elektroniken ska kravställas enligt IP 54 Kabel och laddkontakt ska kravställas enligt IP 88

67 Bilaga 6 - Idégenerering

68

69

70

71 Bilaga 7 - Designworkshop 1

72

73

74 Bilaga 8 - Designworkshop 2

75

76

77 Bilaga 9 - Prototyper

78

79

80

81

82

83

84

85 Bilaga 10 - Morfologisk matris - Funktioner Koncept 1 - Armen Horisontalled (A och C) Vridled/lagerled (Glidlager/kullager) Gångjärn (Pinnled/glidlager) Ledlager (Axialledlager) Länkhuvud Kulled (låst i vissa lägen) Ägg/ellipsoidled Elektromagnet Planetväxel Trapetsskruv Spiralformad led Vinkelväxel Elektrisk motor Axelkulled Låsning i viloläge (och stöd) Elektromagnet Bildörr/fjäderlåsning/karbinhake Elektrisk motor pinnbult Fjäder pinnbult Motstånd vid belastning Skruvfjäder (Konisk) (Tryck/drag Bladfjäder Utväxling i leder Kugghjul med kedja Kugghjul med rem Kardanaxel med kugghjul Vinkelväxel, hypoid, globoid Trissa/variator

86 Kabeldragning i leder Fri (Ledare) Mantlad Släpsko Spår och överskott av kabel Begränsande styrleder som halverar vridning Kabel utan mantel med clips Möjlig skarvning av kabel (Kopplingsplint) Kopplingsplint Kulled Släpsko Tillbakafjädrande vid återställning Torsions/vridfjäder Spiral/klockfjäder Gummiband Pneumatisk/Gasfjäder Dragfjäder Elektromagnet Pumphjul (Hydraulsystem) Toalettsitsfunktion/skåplucka pneumatc rotary damper Dämpad rörelse vid manövrering (och stillastående laddläge) Motvikt (Hiss) (Trissa) Hydraul/gascylinder Pneumatisk/Gasfjäder Utväxling Elektromagnet Planetväxel Pumphjul (Hydraulsystem) Friktion

87 Koncept 2 - Lampan Horisontalled: 0-90 Vridled/lagerled (Glidlager/kullager) Gångjärn (Pinnled/glidlager) Ledlager Länkhuvud (med fjäder för överbelastning) Kulled (låst i vissa lägen) Ägg/ellipsoidled (kontrollera vinkeln) Elektromagnet Planetväxel Trapetsskruv (låg stigning, teflonbelagd?) Spiralformad led (Snarlik ovan nämda) Vinkelväxel (ett fast hjul) Elektrisk motor (kostnad) Axelkulled (kardan) Vertikalled 1 och 2: Ex. Tvärgående axel med fjäder Vridled Vinkelkontaktledlager 4 leder (runt om) Kugghjul 90 Pinnled (uppdelad) Gångjärn (skåplucka) Glidled med stag Kulled (låst i vissa lägen) Förskjuten pinnled Led med avstånd och dubbla (4) pinnar Låsning i viloläge Elektromagnet Bildörr/fjäderlåsning/karbinhake Elektrisk motor pinnbult Fjäder pinnbult Altandörr (låsning i olika lägen) Fjädrande motstånd vid belastning Skruvfjäder (Konisk) (Tryck/drag) Bladfjäder Överrörlig Stolpled ex. 180 istället för 90

88 Utväxling i leder Kugghjul med kedja Kugghjul med rem Kardanaxel Vinkelväxel Kabeldragning i leder Fri (Ledare) Mantlad Släpsko Spår och överskott av kabel Begränsande styrleder som halverar vridning Kabel utan mantel med clips Möjlig skarvning av kabel (Kopplingsplint) Kopplingsplint Kulled Släpsko Tillbakafjädrande vid återställning Torsions/vridfjäder Spiral/klockfjäder Gummiband Pneumatisk/Gasfjäder Dragfjäder Elektromagnet Pumphjul (Hydraulsystem) Toalettsitsfunktion/skåplucka pneumatc rotary damper Dämpad rörelse vid manövrering (och stillastående laddläge) Motvikt (Hiss) (Trissa) Hydraul/gascylinder Pneumatisk/Gasfjäder Utväxling Elektromagnet Planetväxel Pumphjul (Hydraulsystem) Friktion

89 Koncept 3 - Teleskopet Teleskopled Kulskruv Glidlager Spår med kullager Horisontalled: Vridled/lagerled (Glidlager/kullager) Gångjärn (Pinnled/glidlager) Ledlager (Axialledlager) Länkhuvud (med fjäder för överbelastning) Kulled (låst i vissa lägen) Ägg/ellipsoidled (kontrollera vinkeln) Elektromagnet Planetväxel Trapetsskruv (låg stigning, teflonbelagd?) Spiralformad led (Snarlik ovan nämda) Vinkelväxel (ett fast hjul) Elektrisk motor (kostnad) Axelkulled (kardan) Alternativ 2: vertikalled 0-90 Canfield led Ex. Tvärgående axel med fjäder Vridled Vinkelkontaktledlager 4 leder (runt om) Kugghjul 90 Pinnled (uppdelad) Gångjärn (skåplucka) Glidled med stag Kulled (låst i vissa lägen) Förskjuten pinnled Led med avstånd och dubbla (4) pinnar Underlättande av kabelförflyttning i stolpen Trissa Spår Kabel utan mantel med clips Låsning i viloläge Elektromagnet Bildörr/fjäderlåsning/karbinhake Elektrisk motor pinnbult Fjäder pinnbult

90 Altandörr (låsning i olika lägen) Möjlig skarvning av kabel (Kopplingsplint) Kopplingsplint Släpsko Tillbakafjädrande vid återställning Torsions/vridfjäder Spiral/klockfjäder Gummiband Pneumatisk/Gasfjäder Dragfjäder Elektromagnet Pumphjul (Hydraulsystem) Toalettsitsfunktion/skåplucka pneumatc rotary damper Dämpad rörelse vid manövrering Motvikt (Hiss) (Trissa) Hydraul/gascylinder Pneumatisk/Gasfjäder Utväxling Elektromagnet Planetväxel Pumphjul (Hydraulsystem) Friktion

91 Bilaga 10 - Morfologisk matris Resultat ARMEN 1a Enkla axialleder med flex i stolpen Dubbla glidlager eller kullager (Axiell belastning) Överbelastningsskydd i form av fjäder i stolpe Mekanisk låsning med trapetsgänga eller sprint alt. Elektromagnet Remdriven utväxling för följsam manövrering alt. låsning av led i rörelsegrad Fjäder, tyngd eller friktion som dämpning och återställning 1b Integrerad kulled med flex + axialled Kulled med integrerat överbelastningsskydd Glidlager eller kullager i yttre led (Axiell belastning) Mekanisk låsning med trapetsgänga eller sprint alt. Elektromagnet Remdriven utväxling för följsam manövrering alt. låsning av led i rörelsegrad Fjäder, tyngd eller friktion som dämpning och återställning 1c El-stolpled med enkel axialled Elektriskt/Magnetiskt styrd stolpled (Axiell belastning) Överbelastningsskydd i form av fjäder i stolpe Låsning med elektromagnet alt. elmotor eller pinnbult Följsamhet och återställning med elmotor/magnet - sensor i yttre led Fjäder och friktion som dämpning och återställning i yttre led 1d El hela vägen (Magnet) Elektriskt/Magnetiskt styrda leder (Axiell belastning) Överbelastningsskydd i form av fjäder i stolpe Låsning med elektromagnet alt. elmotor eller pinnbult Följsamhet och återställning med elmotor/magnet 1e Budget (Rakt ut, en axialled) Enkelt glidlager eller kullager yttre led (Axiell belastning) Överbelastningsskydd i form överdimensionerad konstruktion Mekanisk låsning eller sprint Fjäder, tyngd eller friktion som dämpning och återställning

92 LAMPAN 2a Kulled med annan typ av vertikalled En kulled som ersätter en horisontal och en vertikalled Överbelastningsskydd i form av fjäder i överrörlig kulled Remdriven utväxling eller vajer med trissor och motvikt Dämpning och återställning med fjäder eller motvikt Låsning med elektromagnet eller pinnbult (om nödvändigt) 2b Axialled med två vridleder Glidlager eller kullager i axialled Glidlager eller kullager i vikarm Överbelastningsskydd i form av fjäder i överrörlig led Remdriven utväxling eller vajer med trissor och motvikt Dämpning och återställning med fjäder eller motvikt Låsning med elektromagnet eller pinnbult (om nödvändigt) 2c Axialled med två förskjutna pinnleder Glidlager eller kullager i axialled Pinnled i båda vertikallederna förskjuten i yttre Överbelastningsskydd i form av fjäder i överrörlig led Remdriven utväxling eller vajer med trissor och motvikt Dämpning och återställning med fjäder eller motvikt Låsning med elektromagnet eller pinnbult (om nödvändigt) 2d Axialled plus två elektriska leder Glidlager eller kullager i axialled Elektriska hjälpmotorer/generatorer i båda vertikallederna Överbelastningsskydd i form av fjäder i stolpe Elektrisk utväxling, dämpning och återställning Låsning med elektromagnet eller pinnbult (om nödvändigt) 2e Budget (Rakt ut en vertikalled mindre) Glidlager i vikarm Överbelastningsskydd i form av fjäder i stolpe eller överdimensionerad konstruktion Remdriven utväxling eller vajer med trissor och motvikt Dämpning och återställning med fjäder eller motvikt Låsning med elektromagnet eller pinnbult (om nödvändigt)

93 TELESKOPET 3a Teleskop med kullager Teleskopled med kullager Enkelt glidlager eller kullager (axialled) Gasfjädrad för motstånd och återställning Sprint eller magnetlåsning för låsning 3b El-led 90 uppställning Teleskopled med kullager Enkelt glidlager eller kullager (axialled) Gasfjädrad för motstånd och återställning Sprint eller magnetlåsning för låsning 3c Budget Teleskopled med glidlager Enkelt glidlager (axialled) Återställning påtvingas genom handskens inlåsning Låsning sker av begränsning från kabelns längd vid handskens låsning

94 Bilaga 11 - Konceptvalsmatris Urvalskriterier PUGH 1a 1b 1c 1d 1e 2a 2b 2c 2d 2e 3a 3b 3c R 1 Antal stora komponenter Robust konstruktion Anpassningsbar för olika miljöer Visuell (Hur pass diskret) Lämplig för låsning Säker för förbipasserande Tillförlitlig (obehindrat användande) Användarvänlig (Följsam) Miljöbeständig konstruktion Antal + Antal - R P 0 0 P 0 N N N 0 N N N 1 Konstruktionskomplexitet R N 0 0 P N 0 N N N N N N 1 R N N N 1 Tillverkningskostnad(Standardkomponenter) R N N N P N N N N 0 N N N 2 Underhåll R N R P P P P P N P N 1 R N P 0 P 0 N 0 P N 1 Vandalsäker R P N 1 R 0 P P P N 0 P 0 1 R N N N N 2 R N N N 2 R 0 P P P P N Intuitiv R N P Kabelproblem R N 0 0 N 0 P P P R N N 0 N N 0 R R R Summa

95 Bilaga 12 - Utvärdering koncept

96

97

98

99 Bilaga 13 - CAD-Bilder

100 Bilaga 13 - Fullskalig prototyp

101 Bilaga 14 - Stadsbilder