Konstruktion av 400 V kontaktdon Steg 4 Analysera alternativa lösningar Institutionen för produkt- och produktionsutveckling Chalmers Tekniska Högskola Göteborg 2011-02-21 Projektgrupp E5 Anna Willhammar Nathalie Sundqvist Fredrik Wiborg Sofie Helmersson 1(13)
Innehåll 4. Analysera alternativa lösningar... 3 4.1 Inventera kända koncept och idéer... 3 4.1.1 Alternativa lösningar av isolering av batteri... 3 4.1.1.1 Lösning 1 Borttagbar säkring... 3 4.1.1.2 Lösning 2 På- och avknapp... 4 4.1.1.3 Lösning 3 Löstagbart vrede... 4 4.1.1.4 Lösning 4 Handtag... 5 4.1.1.5 Lösning 5 Mitsubishi Miev... 5 4.1.2 Alternativa lösningar av borttagning av kontaktdon... 6 4.1.2.1 Påbyggnadskåpa med bygel... 6 4.1.2.2 Kabel med skruvar... 6 4.1.2.3 Vertikallåsning... 7 4.1.2.4 Kontaktdon med pigglåsning... 7 4.1.2.5 Kontaktdon med skruvinfästning... 8 4.2 Fastställande av en referenslösning... 8 4.2.1 Val av referenslösning... 8 4.2.2 Beskriv kundvärdet i referensen... 8 4.2.3 Lista delsystemen referensen... 10 4.3 Funktionell modell... 11 4.3.2 Identifiering av starka och svaga delar... 12 4.3.2.1 Borttagningsfas... 12 4.3.2.2 Under drift... 13 2(13)
4. Analysera alternativa lösningar För att få fram den absolut bästa lösningen görs en analys av marknaden för att sammanställa redan existerande lösningar till ett bra riktmärke. Riktmärket används sedan för fortsatt utveckling och förbättring. Detta sker genom tre steg där det första innebär en analys av existerande lösningar, som sedan inventeras och optimeras. Nästa steg består utav fastställandet av referenslösningen som sedan ska utvecklas. Slutligen ritas ett funktionellt diagram över produkten där de starka respektive svaga delarna av produkten identifieras. 4.1 Inventera kända koncept och idéer Då elbilsmarknaden är ung och tiden för ett patent att gå igenom och bli officiellt är ungefär två år, är sökningsmöjligheterna begränsade. Många väljer att inte söka patent eftersom konkurrensen är så hård och risken att bli plagierad finns. Sökningar har gjorts i olika fackmagasin, examensarbeten, patentregister samt internet. Resultatet blev som väntat knapphändigt, därför har arbetet riktat in sig på undersökningar av redan befintliga lösningar som finns på marknaden idag, dels via internet men även genom besök hos en återförsäljare. 4.1.1 Alternativa lösningar av isolering av batteri Följande lösningar går att finna i dagens el och hybridbilar där högspänningsbatteri förekommer. 4.1.1.1 Lösning 1 Borttagbar säkring Första steget är att avlägsna den negativa kabeln till 12-voltsbatteriet. Efter det lokaliseras den färgindikerade dosan för att dess lock sedan ska dras ner och ut. På så sätt avlägsnas säkringen och batteriet isoleras från bilen. Det är därmed säkrat från att strömmen av en olyckshändelse ska slås på igen då du har säkringen på dig. Lösningen kommer från en av Toyotas hybridbilar, i den sitter anordningen i bagageutrymmet men detta har ingen påverkan då batteriet likaväl skulle kunna sitta fram i bilen samt att även detta batteri är av högspänningstyp liknande det som finns i Volvos prototypbil. Figur 1: Toyota Prius lösning på isolering av batteri 3(13)
4.1.1.2 Lösning 2 På- och avknapp Denna lösning återfinns i Honda Civic hybrid. För att komma åt på- och avknappen ska högra baksätets ryggdyna fällas ner. Där bakom finns en lucka som är låst med två skruvar som måste avlägsnas. Därefter trycks knappen ner till avläge. Figur 2: Honda Civics lösning på isolering av batteri 4.1.1.3 Lösning 3 Löstagbart vrede Det första steget är att stänga av bilen och ta ut nyckeln. Sedan ska bagageluckan öppnas och bagagemattan dras undan. Efter det går det att se att ett färgindikerat vrede som ska vridas moturs till ändläget för att därefter lyftas ut. Batteriet är då isolerat och säkrat från att strömmen av en olyckshändelse ska slås på igen då du har vredet på dig. Den här lösningen återfinns på Ford Escape hybrid. Figur 3: Ford Escapes lösning på isolering av batteri 4(13)
4.1.1.4 Lösning 4 Handtag Först ska bagageluckan öppnas och en lucka i botten på bagageutrymmet fällas upp. Därefter ska den färgindikerade kåpan avlägsnas. Under den finns ett handtag som ska dras rakt upp. När handtaget är helt lossat är batteriet isolerat från bilen. Även här kan du bära med dig handtaget för att undvika en olyckshändelse där strömmen när någon arbetar med bilen. Den här lösningen återfinns på två bilmodeller, Volkswagen Touareg hybrid samt Porsche Cayenne hybrid. Figur 5: Volkswagen Touareg och Porsche Cayennes lösning på isolering av batteri Figur 4: Bild på hur det ser ut under luckan på Volkswagen Touareg och Porsche Cayenne 4.1.1.5 Lösning 5 Mitsubishi Miev Under mattan vid framsätet finns en plastkåpa som lossas för hand. Därunder finns det en påavknapp som skall slås till av för att batteriet skall isoleras från bilen. Vid krock så isoleras batteriet automatisk via en G-kraftutlöst säkring. Figur 6: Mitsubishi Miev; Bild på var batteriet är placerat 5(13)
4.1.2 Alternativa lösningar av borttagning av kontaktdon Då de framtagna lösningarna inte har motsvarat kontaktdonet i projektet, har alternativa lösningar till fastsättningsmekanismen beaktats. 4.1.2.1 Påbyggnadskåpa med bygel Påbyggnadskåpan förs över anslutningen, bygeln fälls ner och låser fast kontaktdonet. Motsatt rörelse görs vid borttagning. Sladden är fysiskt separerad från anslutningen vilket medför ett säkert system. Figur 7: Fastsättningskåpa med bygel, inklusive ritning 4.1.2.2 Kabel med skruvar Kontakten fastsätts för hand med hjälp av två skruvar som skruvas fast i anslutningen. För borttagning lossas skruvarna och kontakten avlägsnas. Figur 8: Kabel med skruvar 6(13)
4.1.2.3 Vertikallåsning För att låsa kontaktdonet så förs först hanen in i honan. Därefter trycks den rosa delen vertikalt åt sidan varvid kontakterna låses samman. För att kunna lossa den rosa delen igen krävs det att man trycker ihop överdelen för att det ska gå att röra delen i vertikalled. Figur 9: Bild på kontaktdon tillhörande vertikallåsning 4.1.2.4 Kontaktdon med pigglåsning För att låsa kontaktdonet skall honan och hanen föras ihop varvid plastpiggen fjädrar upp i hålet och på så sätt fastnar kontaktdonet. För att sedan lossa kontakterna från varandra krävs det att man trycker ner plastpiggen samtidigt som man drar isär kontakterna. Figur 10: Kontaktdon med piggar 7(13)
4.1.2.5 Kontaktdon med skruvinfästning Kontakterna förs ihop varvid man skruvar på höljet från honan på hanen och på så sätt låses kontakterna ihop. För att lossa dem är det bara att skruva av höljet och dra isär kontakterna. Figur 11: Kontaktdon med skruvinfästning 4.2 Fastställande av en referenslösning För att kunna optimera produkten behövs en referenslösning som underlag för jämförelse och utveckling vid fortsatt arbetsgång. Efter bestämmande av referenslösningen skall denna analyseras och värderas ur kundvärdesperspektiv. 4.2.1 Val av referenslösning Då lösningsalternativen skiljer sig åt är dessa svåra att kombinera för skapandet av en referenslösning. Efter genomgång av olika varianter för kontaktdonets infästningsmöjligheter valdes påbyggnadskåpan med en bygel eftersom denna anses mest robust och intuitiv. Bygeln kommer från företaget Amphenol och säljs via www.elfa.se. Den ursprungliga lösningen och referenser delar inte många likheter då detta bygger på en helt annan princip. Där den ursprungliga lösningen sker borttagningen endast i form av avlägsningen av en skruv med hjälp av ett verktyg medan referenslösningen har en borttagningsmekanism i form av en bygel som inte kräver mer än handkraft. 4.2.2 Beskriv kundvärdet i referensen Kundvärdet är en funktion av nöjdheten hos kunden relaterat till en viss produkt eller tjänst. Där resurser avser exempelvis tid, pengar och ansträngningar. För den valda referensen upprättas nu en kundvärdesmatris som delas in i tre rubriker; funktioner, mätetal och referens. Funktionerna är uppdelade enligt tabell nedan. Sedan listas 8(13)
samtliga funktioner med ett mätetal för hur dessa ska verifieras. Dessa funktioner är identiska med funktionerna hos ursprungsprodukten, men med annorlunda referenser. De tre övre funktionerna bidrar till tillfredställelse av behov, vilket motsvarar täljaren i ekvationen för kundvärdet. Kostnaderna i sin tur svarar mot nämnaren i ekvationen. Funktioner Mätetal Referens Huvud Kontaktdonet borttages säkert Strömförande Nej Kontaktdonet borttages snabbt Sekunder ~ 3 Kontaktdonet borttages utan verktyg Verktyg 0 Kontaktdonet sitter fast under drift Newton ~ 25 Tillägg Systemet indikerar strömlöshet Indikation Nej Oönskad Brukaren avlägsnar skruv Antal skruvar 0 Kostnader Tillverkning Kronor/st ~ 10 Materialinköp Kronor/kg ~ 20 9(13)
4.2.3 Lista delsystemen referensen Systemarkitekturen för referenslösningen illustreras i figuren nedan. Denna visar och delar in lösningens olika delsystem i samhörande grupper vilket sedan användas vid framtagandet av en funktionell modell. Figur 12: Systemarkitektur 10(13)
4.3 Funktionell modell I en funktionell modell delas de viktigaste elementen, med avseende på funktion, upp i mindre delmoment. De ska delas upp i en logisk ordningsföljd så att det går att se vilka funktioner de olika elementen uppfyller. En funktionell modell visar också vilka funktioner som är önskade, oönskade respektive dåliga för systemet. Systemgränsen avgränsar vad som ingår i systemet. Den funktionella modellen för den valda referensen innehåller inga oönskade eller dåliga funktioner. Det är ett ganska litet system med få innehållande element och funktioner. Då den inte innehåller några oönskade eller dåliga funktioner så har inte de olika delsystemen några negativa funktionella bidrag utan enbart positiva funktionella bidrag. Figur 13: Funktionell modell över den valda referensen 11(13)
4.3.2 Identifiering av starka och svaga delar Referenslösningens delsystem rangordnas efter deras värde. Detta görs i två omgångar, varav den ena presenterar bilen i rörelse och den andra representerar borttagningen av kontaktdonet. Rangordningen är uppbyggd av en pil som sträcker sig från det sämsta till det bästa delsystemet. 4.3.2.1 Borttagningsfas Under borttagningsfasen fungerar chassi, öron samt bygeln som stödjande funktioner. Med det menas att de inte direkt utför en huvudfunktion men att de krävs för att utförandet av huvudfunktionen skall vara möjlig. Piggarna samt klorna är under borttagning oönskade element då det är de som gör att det inte bara går att bryta kopplingen utan att piggarna och klorna först separeras. De rankas därför som sämst under borttagningsfasen. Handtaget är det element som gör att borttagningen är möjlig att genomföra då det är handtaget som separerar piggarna från klorna. Handtaget rankas därför som det bästa elementet då det helt enkelt utför en huvudfunktion. Piggar Klor Chassi Öron Bygel Handtag Sämst Bäst Figur 14: Rangordning av delsystem vid borttagning 12(13)
4.3.2.2 Under drift Under drift så uppfyller handtaget ingen funktion utan är således ett oönskat element. Det är därför som handtaget rankas som det sämsta elementet i systemet. Åter igen fungerar chassi, öron samt bygel som stödjande funktioner vilket gör de kommer rankas bättre än de oönskade men sämre än de som uppfyller en eller flera huvudfunktioner. Piggarna och klorna är under drift de element som gör att kopplingen hålls samman. Det vill säga uppfyller huvudfunktionen att kontaktdonet skall fungera under drift. Detta gör i sin tur att piggarna och klorna rankas som de bästa elementen i systemet. Handtag Öron Bygel Chassi Piggar Klor Sämst Bäst Figur 15: Rangordning av delsystem under drift 13(13)