Procesrapport. BSc04 - ID2 \ \ Procesanalyse & Redesign

Transkript

1 Procesrapport BSc04 - ID2 \ \ Procesanalyse & Redesign 1

2 Titelblad Abstract Aalborg Universitet Arkitektur og Design 4. Semester BSc04 ID Projektgruppe: ba4-id2 Projektmodul: Procesanalyse & redesign Hovedtema: Redesign af cykelbremsesystem Titel: Procesrapport Projektperiode: Hovedvejleder: Søren Tommerup Bivejleder: Bente Dahl Thomsen Opslagstal: Sidetal: Appendix: Bilag: Alexander Kjær Andersen Lasse Jepsen Louise Sandahl Ullmann On the daily bike commute in an urban environment there are tremendous risks for cyclists due the traffic, especially in rush hours. In emergency cases the cyclists need to react fast, but they do not always have the control to do so when using handbrakes. It is our intention to increase the safety for cyclists who are using handbrakes. Shimano BrakeBox is a cycling component that helps reducing the risk of crashing when using a handbrake in emergency situations. The Shimano BrakeBox is engineered to prevent the cyclist from tipping over the front wheel when breaking to hard. Forord Denne rapport er udarbejdet af studiegruppe Ba04-id2 på Arkitektur og Design, Aalborg Universitet. Rapporten omhandler industriel design, med fokus på redesign af et selvvalgt betjeningselement. Der bliver igennem dette projekt lagt fokus på en teknisk tilgang til udviklingen af betjeningselementet. Indholdet i denne rapport er baseret på viden opnået gennem undervisning, fagbøger, internetkilder samt vejledningsmøder. Målet med dette projekt er at lære at analysere produkter udfra tekniske aspekter, såsom materialevalg samt produktionsprocesser. Afleveringen består af følgende procesrapport, appendix, produktrapport, tegningsmappe og CD. Læsevejledning Michael Planck Larsen Sandi J. H. Andersen Yussef Abdul-Karim Rapporten skildrer projektets forløb, som er inddelt i fire faser indeholdende introduktion, problemanalyse, konceptudvikling og sammenfatning. I introduktionen forklares projektets overordnede struktur og metoder. I problemanalysen udføres en disassembly samt andre registreringer, som leder videre til konceptudviklingen. I konceptudviklingen forklares det tilsigtede forløb fra koncept til endeligt produkt og afsluttes i sammenfatningen, hvor der konkluderes og reflekteres over produktet og projektarbejdet. Kildeangivelser angives ved hjælp af Harvard-metoden direkte i teksten, (Forfatter, år). 2

3 Indholdsfortegnelse Introduktion 4 Konceptudvikling 26 Projektbeskrivelse 5 Metodebeskrivelse 6 Tjalve 8 Brug af kurser 9 Projektafgrænsning 9 Introduktion 10 Vision 10 Konceptbeskrivelse 10 Problemformulering 10 Introduktion 27 Hovedfunktioner 27 Midler og delfunktioner 27 Principiel struktur 28 Test af koncept 30 Kvantitativ struktur 31 Totalform 32 Elementform 35 Beregning på bremsekræfter 36 Dimensionering af komponenter 38 Fjeder 38 Blok-system 42 Materiale 47 Pris 53 Estimering af materialepris 53 Problemanalyse 11 Sammenfatning 55 Introduktion 12 Brandbeskrivelse af Shimano 13 Dansk standard og lovkrav 14 Registrering af bremselængde 15 Disassembly af V-bremsesystem 16 BOM liste 17 Beregning på nuværende v-bremsesystem 19 QFD 23 Kravspecifikation 25 Konklusion 56 Refleksion af proces 57 Refleksion af produkt 58 Kildeliste 59 Illustrationsliste 61 3

4 Introduktion 4 ill. 1 - Stemningsbillede

5 Introduktion Som cyklist er det vigtigt at føle sig sikker, når man færdes i trafikken. I nødssituationer hvor der skal reageres hurtigt og bremses så optimalt som muligt, kan det derfor være altafgørende, at cyklens udstyr udfører opgaven på forsvarlig vis. De nuværende v-bremsesystemer fejler på dette punkt og har væsentlige problemstillinger, der udsætter cyklisten for farer. Teoretisk set udføres den mest effektive opbremsning ved, at der bremses med en styrke, der lige præcis ikke får cyklen til at tilte forover. I en nødsituation vil det derfor være oplagt at bruge forbremsen alene, da det teoretisk set vil sørge for den hårdeste opbremsning. Ved en hård bremsning på forhjulet er der dog den problematik, at cyklen i høj hastighed vil skabe så meget moment, at cyklen tilter forover, hvilket vil kaste cyklisten over styret. Dette medfører, at mange cyklister er bange for at bruge forbremsen alene, og i stedet tager begge bremser i brug, da trykket på bagbremsen tager en så stor del af opbremsningen, så tiltningspunktet ikke nås. Derfor føler mange cyklister, at de for en sikkerheds skyld er nødsagede til at holde begge hænder på styret, så de er klar til en eventuel nødbremsning. Dette betyder, at mange cyklister nedprioriterer lovkravet om at give signal ved bremsning og drejning, hvilket stiller dem i en ubehagelig og potentiel farlig situation. Projektbeskrivelse Projektet omhandler produktudvikling og produktionsmodning med henblik på redesign af et eksisterende produkt. Det eksisterende produkt vil blive analyseret i forhold til materialer og produktionsprocesser. Der vil gennem projektet blive udarbejdet et forslag til en ny konstruktion, hvilket indebærer valg af materialer samt produkt- og procesrelevante metoder, for mere hensigtsmæssige og effektive operationer, processer og konstruktioner. (BSc04 Studievejledningen-1). Redesignet af en masseproduceret betjeningsdetalje udspringer af en disassembly. Denne detalje skal efterfølgende implementeres i et overordnet totalprodukt.! ill. 2 - Problematik 5

6 Metodebeskrivelse I projektet er der brugt metoder til strukturering, analyse og idegenerering. I følgende skema præsenteres metoderne ud fra en beskrivelse samt deres formål og anvendelse i projektets forskellige faser. Gantt-diagram Tjalve Registrering Disassembly QFD Beskrivelse Gantt-diagrammet illustrerer projektets tidsplan. Diagrammet struktureres i forhold til projektets faser, og der vælges en ansvarlig samt kvalitetssikrer til hver opgave. Tjalves Systematisk udformning af industriprodukter er en metode til at drive designprocessen. Der fokuseres på struktur og helhed vha. hovedgrebet. Der laves registreringer af cyklisters bremsetid i kontrollerede omgivelser. En v-bremse adskilles i sine enkeltdele og kategoriseres ift. parametre som materiale, form, funktionsflader og fremstillingsprocesser. QFD er en metode, der transformerer kvalitative brugerbehov til kvantitative designparametre. At strukturere At systematisere At undersøge At få en forståelse At finde ud af projektforløbet og de forskellige faser, og dokumentere for v-bremsens hvilke design- skabe overblik over der gennemgås antagelser om overordnede parametre der er hvilke opgaver, der fra produktide til problematikker ift. struktur og delele- relevante for at Formål er lavet og skal laves. Pejlingerne sikrer at målet nås. endeligt produkt. bremsning, samt indsamle viden ved at lægge mærke menter brugerens behov bedst opfyldes samt vigtigheden til eller konstatere af disse parametre. fænomener og sammenhænge. At sikre fremgang i At åbne op for Registreringen Viden opnået i Brugerens behov projektet og sørge løsningsforslag og foregår i prob- disassembly en til en V-bremse for at opgaver senere indskrænke lemanalysen og anvendes som vægtes og det Anvendelse afsluttes inden deadlines. (Gantt. com) dem til et færdigt, gennem- arbejdet produkt. (Tjalve, 1976) anvendes til at finde potentielle løsningsmuligheder på udgangspunkt og grundlag for opstilling af kravspecifikation. klargøres hvilke designparametre, der kan drejes på, for at skabe et proble- matikker. funktionelt produkt, der tiltaler brugeren. 6

7 Produktsemiotik Skitsering Fysiske modeller CAD-modellering PIA-modellen Produktsemiotik benyttes til at tilføre produktet æstetiske udsagn. Der genereres ideer vha. skitsering ud fra strukturerne i Konstruktionsproces- modellen. Der bygges fysiske modeller af udvalgte løsningsforslag og detaljer i materialer som skum, ler, træ og plastik (3D-print). Der opbygges CAD-modeller i SolidWorks i designprocessen og til præsentation af produktet. Ved brug af post-it s skabes et overblik over Planlagte, Igangsatte og Afsluttede opgaver. At implementere en stil for at skabe et mere meningsfyldt og interessant design. At afsøge løsningsrummet og sikre, at gruppens medlemmer har en fælles forståelse for de ideer der At kunne vurdere et løsningsforslag ud fra en tredimensionel model, og afklare produktionsproblematikker. At være i stand til at fastlægge detaljer i designet, lave teknisketegninger og præsentationsmateriale. At strukturer og skabe overblik over projektets nuværende og fremtidige opgaver. skabes. Ud fra analyse og input-translation-output model transformeres produktet, så det passer stilmæssigt ind i Shimanos sor- Skitsering anvendes som den primære metode til generering af ideer fra projektets start til slut. Der foregår modelbygning i størstedelen af projektet for at undersøge afgørende aspekter som funktionalitet og Metoden anvendes undervejs i processen for at verificere konceptet og til sidst for at skabe renderinger til præsentation af Metoden blev taget i brug mod projektets slutning for at skabe et overblik over projektets delopgaver. timent og værdier. dimensioner. produktet. (Multe-Nijkamp & Eggink, 2012) 7

8 Tjalve Konstruktionsproces-modellen fra Eskild Tjalve s - Systematisk udformning af industriprodukter er et værktøj der bruges til at sikre, at alle muligheder bliver undersøgt. Dette gøres gennem 8 trin der i grove træk ser på følgende: Problemanalyse: Problematikker synliggøres gennem analyser, undersøgelser og registreringer. Kravspecifikation: Kriterier for det endelige produkt fastslås gennem kravspecifikationen. Hovedfunktion: Konceptets hovedfunktion fastlægges. Delfunktion & midler: Beskrive hvilke delfunktioner og midler, der kan opfylde hovedfunktionen. Principiel struktur: Idegenerering over principielle opbygninger af løsningsmuligheder. K R A V S P E C PROBLEMANALYSE HOVEDFUNKTIONER DELFUNKTIONER OG MIDLER PRINCIPIEL STRUKTUR Kvantitativ struktur: Den principielle løsning specificeres ift. placering. KVANTITATIV STRUKTUR Totalform: Det fastligges hvordan der skabes en helhed i vekselvirkning med elementernes form. Elementform: De enkelte dele bliver detaljeret og præciseret. Disse trin resultere ud i et gennemarbejdet koncept. Igennem dette projekt er Konstruktionsproces-modellens trin blevet indkorporeret løbende i projektets faser, og vil herigennem fungere som den overordnede retningslinie for produktets tilblivelse. TOTALFORM ELEMENTFORM MATERIALE DIMENSION OVERFLADE ill. 3 - Konstruktionsproces-model 8

9 Brug af kurser Der er i projektet i høj grad taget brug af semesterets sideløbende kurser. I første del af forløbet, som omhandler disassembly og redesign af en betjeningsdetalje, er der taget udgangspunkt i kurserne Procesteknik og Materialeegenskaber samt Konstruktion og Styrkelære. I kurset Procesteknik og Materialeegenskaber blev materialer og fremstillingsteknikker introduceret. Der blev i kurset tilegnet en bred viden indenfor forskellige materialers egenskaber, anvendelse og processer med henblik på at opnå en forståelse for hvordan man som designer udvælger materialer i forhold til den enkelte opgave, samt tilpasser hvilken fremstillingsteknik, der er mest hensigtsmæssig i forhold til funktion og styktal. Dette har vist sig at være relevant i forhold til forståelsen af disassembly en, men også til design af produktet. Konstruktion og Styrkelære gav viden om konstruktionsgeometrier og de tilknyttede risici. Ud fra analyseopgaver og beregninger af belastninger blev der opnået en forståelse for form og funktion i forhold til det valgte materiale. Denne forståelse blev brugt til at udregne og derefter dimensionere detaljen i forhold til belastninger og materialevalg. I anden del af projektforløbet, hvor der fokuseres på implementeringen af den redesignede betjeningsdel i totaldesignet, har kurset Eksperiment og Proces fungeret som understøtning. Eksperiment og Proces gav kompetencer indenfor generering af form og designmæssig systematik. Gennem både teori og konkrete opgaver blev der opnået forståelse for komponentbaseret design, som blev dokumenteret ud fra fysiske og digitale modeller. I projektet er der især taget brug af undervisningen i semiotik og CAD-modellering. Projektafgrænsning Der afgrænses fra målgruppe- og brugeranalyser, da projektet ikke lægger op til denne form for undersøgelser, men i stedet fokuserer mere på det procesmæssige og de tekniske detaljer i redesignet. Af denne grund er der på visse punkter taget udgangspunkt i projektgruppens medlemmer som repræsentanter for den målgruppe, produktet henvender sig til. Der afgrænses desuden fra at lave et fuldt ud produktionsmodent produkt pga. begrænset tid og viden om marketing. Produktet er resultatet af den opstillede kravspecifikation, som skaber rammer og afgrænser projektet. 9

10 Vision At øge sikkerheden for cyklister. Målsætning Målet med dette projekt er at designe et bremsesystem, man som cyklist har tillid til. Ved at optimere bremsen således at tipning og blokering af hjul undgås, vil sikkerheden for cyklister øges. Konceptbeskrivelse Der designes en kombibremse rettet mod den japanske fabrikant af cykeldele, Shimano. Kombibremsen bremser på cyklens forhjul og baghjul ved hjælp af én aktuator. Til at opfylde dette skal løsningen bestå af komponenter, der muliggør funktionerne aktuering, kraftfordeling, justering af bremsekræfter og bremsning. Problemformulering Hvordan kan et V-bremsesystem til en cykel re-designes med henblik på at øge cyklisters sikkerhed i trafikken? - Hvordan mindskes bremselængden? - Hvordan mindskes risikoen for at cyklen væltet forover ved bremsning? - Hvordan mindskes risikoen for at hjulene blokerer ved bremsning? - Hvordan gøres det nemmere for brugeren at bremse på både for- og bagbremse ved nødopbremsning? - Hvordan undgås irring og rust på bremsens dele, og dermed forringelse af delenes funktion? 10

11 Problemanalyse ill. 4 -Stemningsbillede 11

12 Introduktion Da det overordnede koncept er fastlagt, er det relevant at undersøge og analysere de faktorer, der spiller ind på idegenereringen. I Tjalves Konstruktionsproces-model er problemanalysen det første skridt i udviklingen af produktet. Problemanalysen består af undersøgelser, analyser og registreringer, der spiller ind i projektet. Formålet er at synliggøre problemer og omfanget af disse i forhold til produktets tilblivelse. Outputtet af problemanalysen er en kravspecifikation for produktet. I problemanalysen beskrives fabrikanten Shimano, som produktet retter sig mod. Derefter kigges der på væsentlige parametre i forhold til produktet; herunder gældende lovkrav for cykler og registrering af bremsetid. Dette leder over til en disassembly af en v-bremse fra Shimano, som der laves relevante udregninger på. I fasens slutning præsenteres et Quality Function Deployment-skema (QFD), som ud fra forgående analyser beskriver, hvad brugeren lægger vægt på i produktet. Ud fra dette opnås viden om hvordan produktets designmæssige og tekniske parametre skal vægtes i forhold til hinanden. På baggrund af konceptet og den viden, der er opnået i problemanalysen, opstilles en kravspecifikation for produktet, der opdeles i funktionelle og konstruktionsmæssige krav og ønsker. PROBLEMANALYSE K R A V S P E C HOVEDFUNKTIONER DELFUNKTIONER OG MIDLER PRINCIPIEL STRUKTUR KVANTITATIV STRUKTUR TOTALFORM ELEMENTFORM MATERIALE DIMENSION OVERFLADE ill. 3 - Konstruktionsproces-model 12

13 Brandbeskrivelse af Der tages i projektet udgangspunkt i den japanske fabrikant af cykeldele, Shimano, da det er verdens største fabrikant indenfor området. Firmaet fremstiller gear, kranksæt, bremser, bremsegreb, kabler mm. som sælges til cykelbrands, der efterfølgende monterer delene på deres cykler. Shimano har gennem tiden designet flere innovative løsninger, og det er derfor oplagt, at de vil være interesserede i, at der designes et nyt slags bremsesystem, som kan markedsføres og sælges videre til de forskellige cykelbrands. Der foretages derfor en disassembly af et V-bremsesystem fra Shimano, som senere redesignes med henblik på ny, forbedret funktionalitet samt tilpasning til Shimanos værdier. (answers.com) ill. 5 - Gear ill. 6 - Krank ill. 7 - Bremsegreb Formsprog Shimano lægger i høj grad vægt på funktionalitet, men formår stadig at tilføre deres produkter et interessant udtryk. Det er tydeligt, at der er tænkt over hvordan flader mødes. Ofte benyttes der formmæssigt en kombination af krumme og geometriske flader, som går over i hinanden i skarpt opdelte flader. Dette skaber ofte et aerodynamisk udtryk i deres komponenter, men bruges også ofte som en måde at skære komponenterne ind til benet og spare materiale på. Det aerodynamiske udtryk giver associationer til fart og bevægelse. Ved betjeningsdele er der ofte designet ud fra en ergonomisk tankegang, hvilket fx. ses ved deres bremsegreb, som er organisk udformede og teksturerede så de passer til brugerens hånd. Materialer Shimanos standardkomponenter består som regel af aluminium, de seneste år er kulfiber og kompositer dog begyndt at indtage en større andel. Disse komponenter står som reel rent frem eller er anodiseret i sort eller grålige toner. Dette får komponenterne til at fremstå rå og maskuline, hvilket underbygges af, at Shimano ofte ikke forsøger at skjule funktionelle maskindele som tandhjul og skruer, men derimod fremhæver dem. Dette gør det nemt og intuitivt at skille Shimanos komponenter ad, hvilket er en stor fordel i cykelindustrien ved reparation mm. Målgruppe Shimano rammer en meget bred målgruppe, da de producerer komponenter både til lav- og højkvalitets cykler. Der er derfor også stor prisforskel på produkterne. Komponenterne monteres på alt fra billige bycykler til dyre racercykler til elite sportsudøvere. Formål Formålet er at designe kombibremsen, så den henvender sig til Shimano, som efterfølgende fremstiller og videresælger den til de forskellige cykelbrands. Af denne grund er det i designprocessen vigtigt, at Shimanos værdier opretholdes og kombibremsen passer ind i deres sortiment. Der tages derfor især inspiration i materialer og formmæssige træk, som brandet benytter i deres eksisterende produkter. 13

14 Dansk standard og lovkrav For at en cykel må benyttes på de offentlige veje i Danmark, skal den opfylde den danske lovgivning indenfor området. Der redegøres i nedenstående afsnit for de lovgivninger for cykelbremser, der er relevante i forhold til projektet. Der ses bort fra den resterende cykellovgivning, da der i projektet er lagt fokus på redesign af bremsen, og ikke hele cyklen. Lovgivning for bremser 5. En cykel skal være forsynet med mindst to uafhængige bremsesystemer, der virker på henholdsvis for- og baghjul. Hjul på samme aksel skal være afbremset af det sammebremsesystem. Stk. 2. Bremsning af cyklen skal kunne ske på en sikker og virksom måde ved enhver hastighed og under alle belastningsforhold. Vejrlig må ikke kunne nedsætte bremsernes funktion væsentligt. Stk. 3. Ved bremsesystem, som betjenes med pedalerne, skal fuld bremsevirkning kunne opnås ved nedtrædning af pedalen fra vandret stilling af pedalarmen. Stk. 4. Dele i fodbetjent bremsesystem skal kunne modstå en betjeningskraft på 100 dan (100 kg). Dele i håndbetjent bremsesystem skal kunne modstå en betjeningskraft på 60 dan (60 kg). (cyklistforbundet.dk) 14 ill. 8 - Stemningsbillede

15 Registrering af bremsetid Der er foretaget en registrering af bremsning på en cykel med v-bremsesystem for at klarlægge effektiviteten af bremsetypen. Herunder laves der forsøg, hvor der bremses på forbremsen alene, bagbremsen alene og begge bremser samtidig for at teste hvad forskellen på effektiviteten er (app. 1). Testen er udarbejdet med en cyklist på 80kg og med en hastighed på 30km/t på tør asfalt. Cyklen er en standard bycykel fra Scott med bremser fra Shimano. Der blev lavet en afmærkning på vejen, som viste hvor cyklisten skulle bremse. Hele forsøget blev optaget på video, hvorefter den præcise bremsetid kunne bestemmes. Der er brugt en cykelcomputer til forsøget for at sikre en nedbremsning fra 30 km/t til 0 km/t. Dette kan ikke gøres helt præcist, da cyklisten skal holde øje med hastigheden og samtidig fokusere på at bremse ved afmærkningen. Samtidig er det svært for cyklisten at bremse præcist ved afmærkningen og lige hårdt hver gang. Dette er fejlkilder i forsøget. Forsøget er gentaget mange gange for at sikre, at spredningen holdes forholdsvist lille. Forsøget blev dokumenteret gennem videooptagelser, hvorefter der for hver bremse blev udregnet en middelværdi for 10 testresultater. Forsøget viser, at bremsning på baghjulet tydeligt er mindre effektivt end på hhv. forbremsen alene og begge bremser samtidig. Dette skyldes, at der ved en hård bremsning på baghjulet opstår blokering, så cyklen fortsætter et længere stykke efter der er bremset. Bremsning på forhjulet resulterede i en effektiv opbremsning på 1,21 sek. men der forekom tipning ved opbremsning. Bremsning på begge hjul viste sig i forsøget at være det mest effektive med en bremsetid på 1,15 sek. og cyklen tippede ikke. Det kan derfor konkluderes at en kombibremse som bremser på både for- og baghjul giver en kort opbremsning hvor tipning og blokering af hjul kan undgås. Med kombibremsen forsøges det at ramme den optimale fordeling mellem bremsning på bag- og forhjul, så bremsningen derved bliver så effektiv som muligt. Bremse Forbremse Bagbremse Begge bremser Bremsetid i sekunder 1,21 2,34 1,15 ill. 9 - Bremsetest 15

16 Disassembly af V-bremsesystem Et V-bremsesystem er adskilt, hvor hvert komponent er analyseret med henblik på funktion, funktionsflader, materialer og produktionsmetode. Dette er for at danne et overblik og få en forståelse for bremsens opbygning. Disassemblyen bruges i designprocessen som referencepunkt for dimensionering, materialevalg og fremstillingsprocesser. Flere af bremsens materialer er undersøgt på Institut for Mekanik og Produktion på Aalborg Universitet for at fastlægge hvilke materialer, der er benyttet. De væsentligste komponenter i V-bremsen er beskrevet herunder. En uddybende beskrivelse af V-bremsens komponenter kan læses i appendix 2, da dette er et kortere sammendrag. Der henvises løbende til BOM listen (side 17). Beslaget (30) fungerer som bindeled mellem bremsegrebet, cykelstyret og bremsewiren og gør det derved muligt at montere håndbremsen på cykelstyret og fastgøre den til bremsegrebet og bremsewiren. Beslaget består af 6,6-nylon som antages at være sprøjtestøbt (App.12). Selve aktiveringen af bremsen sker ved manuelt at trykke bremsegrebet (36) ind mod styret. En fjeder sikrer, at grebet vender tilbage til sin udgangsposition, når det slippes. Bremsegrebet er placeret i et fikstur, der skal sikre, at der kan ske en rotation af grebet. Grebet har en ergonomisk udformning for at sikre komfort for brugeren. Grebet er af sprøjtestøbt aluminium af serie 6XXX (App. 11). Ved aktivering af bremsen ledes kraften fra bremsegrebet ned til bremsearmene, ved hjælp af en wire (23), og en opbremsning forekommer. Wiren skal kunne holde til pludselige træk samt være bøjelig, da den trækkes gennem flere komponenter, som har forskellige udformninger og vinklinger. Wirerøret (22) der omslutter wiren, har bl.a. til formål at beskytte wiren. Wiren består af et antal mindre, snoede ståltråde, som antages at være lavet af DC01 stål. Wirerøret består af 3 lag, hvor det yderste lag er af nylon 6/10 (App.12) og antages at være ekstruderet. Det midterste lag er af snoet stål, og styrker derfor wirerøret. Det inderste lag er af polyethylene (PE) (App.12), og er det lag hvor wiren glider mod. Wiren er forbundet til de to bremsearme (12a+b) på hhv. forgaffel og bagstag, som sidder på hver sin side af fælgen i en position, der sikrer, at der kan ske rotation. Bremsearmene har til opgave at holde på bremseklodserne og presse dem ind mod cyklens fælg og forårsage en opbremsning. Bremsearmene antages at være sprøjtestøbt. Materialet er aluminium af serie 6XXX (App. 11) og har derfor gode korrosionsegenskaber (Kalpakjian & Schmid, ). Bremseklodserne (11a+b), som er monteret til bremsearmene, trykkes ind mod cyklens fælg ved bremsning. Det er vigtigt at bremseklodsen rammer fælgen jævnt, så den ikke slides skævt og så friktionsfladen er så stor som muligt. Desuden bliver der skabt en del varme, når bremseklods og fælg mødes, som skal ledes væk. Derudover er der andre faktorer som regn, fedt og snavs, som kan påvirke friktionsevnen mellem bremseklods og fælg. Bremseklodsen antages at være af gummi (App.12). Materialet skal have gode friktionsegenskaber og skal kunne absorbere kraftpåvirkninger og være sejt. Registreringen af bremsen og dens komponenter er grundlag for input til kravspecifikationen og konceptudviklingen. Registreringen har givet anledning til at reflektere over bl.a. materialevalg og produktionsteknikker, som vil være fordelagtigt at have kendskab til i udviklingen af konceptet. 16

17 BOM liste 1a+b: M6 bolt m. spændskive 2 a+b: Fjeder manchet 3 a+b: Fjeder 4 a+b: M5 bolt 5 a+b: M6 møtrik 6 a+b: Spændskive 7 a+b: Spændskive m. indvendig afrunding 8 a+b: Spændskive m. udvendig afrunding 9 a+b: Spændskive m. udvendig afrunding 10 a+b: Spændskive m. indvendig afrunding 11 a+b: M6 bolt m. bremseklods 12 a+b: Bremsearm 13: Spændskive : M6 bolt m. spændskive 16: Led, bremsearm 17: Boot 18: Noodle 19: Plast cylinder 20: Alu. cylinder 21 a+b: Plasthætte 22: Wirerør 23: Wire 24: M6 Fingerbolt 25: M6 fingermøtrik 26: M5 bolt 27: Plastbøsning : M6 bolt 29: Spændskive 30: Plastbeslag 31: Plastbøsning 32: Fjeder 33: Plastbøsning 34: M5 møtrik 35: Wirebeslag 36: Bremsegreb b a a 4a 6a 7a 8a 9a 10a 11a 11b 10b 9b 8b 7b 6b 5b 4b 1a 2a 3a 12a 12b 3b 2b 1b ill Disassembly v-bremse 17

18 Konklusion Der er lavet en disassembly af en V-bremse. De enkelte dele er kategoriseret i forhold til parametrene funktion, funktionsflader, materialer og fremstilling, hvilket har givet en grundlæggende forståelse for bremsens overordnede struktur samt dens enkeltdele og deres indbyrdes forhold. Denne viden vil fungere som et grundlag for redesignet af v-bremsen, hvor især valg af materiale, dimensionering og fremstillingsteknikker tages i betragtning. Da der i redesignet er tiltænkt en ny funktion, er det vigtigt, at den viden, der er opnået i disassembly en, tilpasses til den nye løsning, så den er optimal til netop dens funktion og til enkeltdelene i løsningen. 18

19 Beregning på nuværende V-bremsesystem Efter at have opnået en forståelse for V-bremsens struktur og enkeltdele kigges der nu på problematikker i forhold til bremsning. Der er lavet en statisk analyse af det adskilte V-bremsesystem for at klarlægge, hvordan kræfterne i systemet fordeler sig samt undersøge problematikkerne omkring tipning og blokering af forhjulet. For at designe en mere sikker bremse, skal de to problematikker for så vidt muligt undgås. Her undersøges hvilken af de to problematikker der sker først og ved hvilken friktionskraft. Størrelser og værdier der bestemmes, bliver senere i processen benyttet som referencepunkter, når der regnes på den optimale fordeling af bremsekraft. F frem =m rytter*a På illustration 11 ses en generaliseret F t =m rytter*g udgave af en cykel, hvor det sort-gule punkt angiver cyklistens massemidtpunkt. Cyklen skal forestille at køre mod højre. Der er angivet reaktionskræfter ved begge cyklens hjul, disse er også kendt som normalkræfter og benævnes n bag og n for.. n bag l bag F frik l for n for ill Cykel Tipning Den første problematik, der regnes på er tipning. Med tipning forstås situationen, hvor cyklisten bremser så hårdt på sin forbremse at han/hun ryger hen over styret. Derfor ønskes det at bestemme hvilken maksimal deceleration cyklisten kan udsættes for før tipning vil forekomme, da dette er en situation, der ønskes undgået. Dette gøres ud fra en momentligevægt om forhjulets kontaktpunkt. Derved konkluderes det at den maksimalt opnåelige deceleration for cyklisten er -6,05 m/s 2. Hvis denne grænse- værdi overstiges vil der forekomme tipning. En deceleration af denne størrelse vil svare til at cyklisten foretager en nedbremsning fra 25 km/t til 0 km/t på en distance af 4m. På baggrund af den globale ligevægt for cyklen er det muligt at bestemme normalkræfterne for hhv. for- og baghjul. Af disse to værdier er især normalkraften for baghjulet interessant, da den giver direkte evidens angående tipning. 19

20 [1] [2] [3] Det at n bag = 0, understreger at cyklisten ved en nedbremsning med en deceleration på -6,05 m/s^2 befinder sig på grænsen til tipning. Af udtryk [3] fremkommer det at tipning vil forekomme, hvis cyklistens nedbremsning giver anledning til en friktionskraft mellem vej og forhjul på 606N. Hvis denne værdi ikke overskrides vil tipning kunne undgås. Blokering Den anden problematik der regnes på er hvor hårdt cyklisten skal trykke på bremsegrebet for at blokere forhjulet, og hvorvidt dette sker inden tipning. På baggrund af den samme globale ligevægt som ved tipning (se udtryk [1],[2]), findes grænseværdien for friktionskraften mellem dæk og vej, som skal overskrides for at fremprovokere en blokering af forhjulet. [4] Her er n for den maksimale normalkraft på forhjulet, som multipliceres med gnidningskoefficienten for dæk og vej. Delkonklusion Det kan ud fra sammenligningen af friktionskræfterne fra udtryk [3] og [4] ses at der vil være tendens til at cyklisten vil tippe forover, før der vil forekomme blokering af forhjulet. Det konkluderes på denne baggrund, at den lavest kritiske værdi for friktionskraften er 606N, som gør sig gældende ved tipning. Problematikken vedr. tipning er mindre kritisk end blokering af forhjulet. Dette er begrundet i at cyklisten vil kunne dosere belastningen på forbremsen, sådan at tipningen neutraliseres. En blokering af forhjulet vil resultere i et styrt pga. manglende herredømme over cyklen. Derfor er det fordelagtigt at tipning er den begrænsende faktor for en nedbremsning. Aktuering Den kraft, som hjulet bremser med og derefter den kraft bremseklodsen skal påføre fælgen, findes. Det er udregnet ved momentligevægt om forhjulets aksel. Det antages, at fælg- og dækradius er ens, og at massen af fælgen ikke giver den store indvirkning på resultatet og ses derfor bort fra. F brems F frik F brems angiver den kraft forhjulet skal bremse ned med for at opnå den ønskede opbremsning. ill hjul 20

21 Der kan nu regnes på hvordan udvekslingen i bremsearmen påvirker størrelsen af kræfterne i systemet. Der ses på en af de to bremsearme inkl. bremseklods, som en V-bremse består af. Der kan opskrives følgende udtryk for beskrivelse af den kraft, som bremseklodsen skal påføre fælgen. F bremsearm h bremsearm h bremseklods F bremseklods b x b y ill Bremsearm Dette udtryk kan så benyttes til beregning af den kraft, der skal hives i bremsearmen med, altså den kraft der går igennem wiren, her kaldt F bremsearm. Dette sker ud fra momentligevægt om bremsearmens rotationsakse (fæstnings -punkt). Det er iagttaget, at de to bremsearme trækkes imod hinanden ved at noodle (Se BOM side 17) skubber den ene bremsearm ind imod hjulet hvilket resulterer i at den modstående bremsearm ligeledes bliver trukket ind. Det kan konkluderes, at der kun overføres aksiale kræfter igennem noodle og wire. De er modsatrettede hinanden og dermed konkluderes det, at F bremsearm forbliver 189N. 21

22 Det er nu muligt at bestemme størrelsen af den kraft cyklisten skal påføre bremsegrebet med, for at bremse med den fundne deceleration på -6m/s 2. F wire F hånd h greb R x R y L greb ill Bremsegreb Ved at bestemme momentligevægt om bremsegrebets rotationsakse (fæstningspunkt), findes den punktlast, som cyklistens hånd skal trykke på bremsegrebet med. [4a] Udregningerne viser, at den maksimale deceleration cyklisten kan udsætte sig selv for, uden at tippe forover, er på ca. -6 m/s 2. Yderligere ses det, at der maksimalt kan påføres 60,9N som punktlast fra hånd til greb, før tipning vil indtræde. Dette svare til ca. 6 kg tryk. Uddybende beskrivelse og mellemregninger kan ses i appendix 3. Konklusion Det kan dermed konkluderes at af de to problematikker, tipning og blokering, vil den begrænsende faktor være tipning. Der vil dermed forekomme tipning før blokering af forhjulet indtræder. Yderligere vil værdier, som det maksimale tryk på bremsegrebet på 60,9N og den maksimale deceleration -6m/s 2, tages med videre som referencepunkter til den senere designproces, hvor de vil blive brugt i forhold til udregninger af kræfter og dimensionering af produktets elementer. Derved kan værdier senere i processen bestemmes og vurderes ud fra disse tal og faktorer. 22

23 QFD Der er udarbejdet en QFD for at skabe et overblik over brugerens ønsker til en V-bremse, og finde ud af hvilke designparametre der er vigtige for at disse bliver opfyldt bedst muligt. (App. 4) Farve Dimensioner Materialer Vægt Tolerancer Korrosionegenskaber Form Produktionspris Antal dele ill Key-perfomance Konklusion Ud fra QFD en ses det at designparametre som form, materialer og korrosionsegenskaber har størst betydning for at opfylde brugerbehovene, og der skal derfor være meget fokus på disse parametre. Derudover er det synliggjort hvilke af designparametrene der komplimentere hinanden og hvilke der ikke gør, hvilket tages med i overvejelserne af konceptudviklingen. 23

24 Konklusion på problemanalyse Med udgangspunkt i konceptet og den initierende problemformulering, er der udarbejdet forskellige analyser og registreringer, for at konkretisere og synliggøre problemernes omfang i forhold til konceptet. Ud fra problemanalysen er der opnået en bredere forståelse for et eksisterende V-bremsesystem og dets opbygning, materialer og fremstilling, som er grundlag for udarbejdelse af konceptets løsningsforslag. Registreringen af V-bremsen er et af de væsentligste i forhold til projektet. Derudover har udbyttet af denne registrering været input til flere af kravene og ønskerne i kravspecifikationen. Bremsens bremsetid og maksimale deceleration er synliggjort i form af tests og beregninger, og er udarbejdet for at få en forståelse for den eksisterende bremses opbremsning, med henblik på at optimere opbremsningen i løsningsforslaget. Dette har også været input til kravspecifikationen. Der er valgt at tage udgangspunkt i engrosproducenten Shimano, for at have en form og et udtryk at tage udgangspunkt i, under udarbejdelsen af produktet. Dette er baggrund for kravspecifikationens formmæssige krav og ønsker. Andre parametre som f.eks. hvilke materialer Shimano benytter, hvor mange enheder de årligt producerer samt deres nuværende produkters pris, er også input til kravspecifikationen. Af QFD en udspringer det, at parametre som materialer, korrosionsegenskaber og form er vigtigst for bedst muligt at opfylde kundens behov for et godt produkt. Derfor vil der blive stillet krav til disse tre parametre i kravspecifikationen. 24 ill Stemningsbillede

25 Kravspecifikation Kravspecifikationen skal betragtes som et samlet udbytte af problemanalysen hvor der stilles krav og ønsker til produktet. Kravspecifikationen tiltænkes som input i alle Konstruktionsproces-modellens faser, da det er vigtigt at kravspecifikationen er fungerende som retningslinjer i udviklingen af konceptet. Kravene er opdelt i form-, funktionsog konstruktionsmæssige krav. Der er derudover ønsker til både form, funktion og konstruktion som er prioriterede. Det forventes derfor ikke at løsningsforslaget lever op til kravspecifikationens ønsker. Krav Ønsker Form Produktet skal laves i de samme materialer som Shimanos komponenter typisk er: Anodiseret aluminium. 1. Produktets form skal passe til Shimanos æstetiske udsagn 2. Produktets form skal have et ergonomisk greb således den er behagelig at justere Funktion Der skal bremses på både for- og bagbremse vha. samme aktuering. Skal leve op til danske lovkrav (s. 14). Bremsen skal reducere den nuværende gennemsnitlige bremsetid Risikoen for tipning og blokering af hjulene ved opremsning skal reduceres 1. Der skal være en bremseudveksling 2. Ændre måden brugeren interagerer med bremsen på 3. En evt. fodbetjent bremse skal bremse på begge hjul 4. Betjeningsvenligt for gigtramte Konstruktion Produktionstallet skal forholde sig til Shimanos produktions tal Skal være svarende til korrosionskategori DS C4 Skal leve op til danske lovkrav (s. 14) Skal være modstandsdygtig overfowr UVstråling 1. Et kabelfrit bremsesystem 25

26 Konceptudvikling 26 ill Stemningsbillede

27 Introduktion PROBLEMANALYSE Konceptet skal i denne fase videreudvikles til et løsningsforslag. Hertil tages Konstruktionsproces-modellen næste faser i brug. I disse faser bliver der set på hvilke midler og delfunktioner der skal til for at opnå hovedfunktionen. Efterfølgende kan modelleringen af selve løsningsforslaget udarbejdes. Dette sker gennem Konstruktionsprocesmodellens principielle fase, hvor der sammensættes forskellige midler og funktioner, og den kvantitative fase, hvor der ses på midlernes rummelige placering. K R A V S P E C HOVEDFUNKTIONER DELFUNKTIONER OG MIDLER PRINCIPIEL STRUKTUR KVANTITATIV STRUKTUR TOTALFORM ELEMENTFORM MATERIALE DIMENSION OVERFLADE ill. 3 - Konstruktionsproces-model Hovedfunktioner I problemanalysen og kravspecifikationen er problemet blevet nedbrudt i dets bestanddele. For at opfylde de opstillede krav er produktets hovedfunktion at bremse begge cykelhjul ud fra én aktuering. Midler og delfunktioner Da der er mange forskellige måder at realisere ovenstående hovedfunktion, opsplittes hovedfunktionen i delfunktioner. Til hver af disse delfunktioner er der en række midler, som er løsninger der kan realisere funktionen. For at overskueliggøre de forskellige delfunktioner og midler laves der et funktion/middel-træ. FUNKTION MIDLER BREMSE EN CYKEL RULLEBREMSE V-BREMSE KOMBIBREMSE SKIVEBREMSE JUSTERING AF BREMSE FORDELING BREMSNING AKTUERING KRAFTFOR- DELING TRYK TRÆK CCR MEKANISK MOTORISERET FJEDRE GEARING TRISSER STANG DREJ TRYK TRÆK STANG WIRE LUFT HYDRAULIK Funktion/middel-træet viser delfunktionerne, der udspringer fra funktionen at bremse en cykel samt de midler, der muliggør delfunktionerne. Dette åbner op for mange forskellige løsningsprincipper. 27

28 Principiel struktur Med afsæt i funktion/middel-træet udarbejdes løsningsforslag til et bremsesystem MIDLER MIDLER på et principielt plan. Det vil sige at der i de principielle løsningsforslag ikke tages højde for dimensioner, form og rummelig placering, men i stedet det TRYK TRYK TRÆK TRÆK funktionelle i konceptet og hvordan dette kan opnås. Løsningsforslagene udarbejdes ved at sammenkoble DREJ midlerne DREJ til delfunktionerne. For at overskueliggøre disse kombinationer, er der lavet ikoner, der repræsenterer FJEDER hvert FJEDER middel: GEARING GEARING TRISSE TRISSE VÆGTSTAN DREJ MIDLER MIDLER MIDLER TRYK TRÆK TRYK MIDLER DREJ TRÆK TRYK DREJ TRÆK DREJ G TRISSE VÆGTSTANG MIDLER MIDLER MIDLER WIRE WIRE LUFT LUFT HYDRAULIK TRYK TRYKTRÆK TRYK TRÆK DREJ TRYK DREJ TRÆK TRÆK DREJ DREJ FJEDER FJEDER GEARING FJEDER TRISSE GEARING VÆGTSTANG TRISSE GEARING VÆGTSTANG TRISSE VÆGTSTANG FT DELFUNKTIONER HYDRAULIK FJEDER FJEDERGEARING FJEDER GEARING TRISSE FJEDER GEARING TRISSE VÆGTSTANG GEARING VÆGTSTANG TRISSE TRISSE VÆGTSTANG VÆGTSTANG MIDLER WIRE WIRE LUFT WIRE LUFT HYDRAULIKLUFT HYDRAULIK HYDRAULIK TRYK TRÆK DREJ Løsning Løsning 1 1 AKTUERING: AKTUERING: ill Principiel struktur, midler MIDLER WIRE WIRE LUFT WIRE LUFTWIRE HYDRAULIK LUFT HYDRAULIK LUFTHYDRAULIKHYDRAULIK KRAFTFORDELING: Disse midler kombineres nu i forhold til delfunktionerne; aktuering, kraftfordeling, justering af bremsefordeling og Løsning FJEDER 1 GEARING Løsning 2 TRISSE Løsning VÆGTSTANG 3 Løsning 4 bremsning. DELFUNKTIONER DELFUNKTIONER DELFUNKTIONER MIDLER MIDLER JUSTERING JUSTERING AF MIDLER AF BREMSEFORDELING: Følgende kriterier er opsat for valg af løsning; Løsning 1 Løsning 2 Løsning 3 Løsning 4 DELFUNKTIONER Løsning 1 Løsning Løsning 1 2 Løsning Løsning 2 MIDLER 3 Løsning Løsning 3 4 Lø DELFUNKTIONER DELFUNKTIONER DELFUNKTIONER MIDLER MIDLER M Realiserbarhed Mulighed AKTUERING: for beregninger AKTUERING: AKTUERING: WIRE LUFT HYDRAULIK Løsning 1Løsning 1 Løsning 2 1 Løsning 2 1 Løsning 3 2 Løsning 3 2Lø Tilgængelighed BREMSNING: BREMSNING: Mulighed for praktiske forsøg AKTUERING: AKTUERING: AKTUERING: AKTUERING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: DELFUNKTIONER JUSTERING AF JUSTERING AF JUSTERING AF MIDLER DELFUNKTIONER BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: Løsning 1 Løsning 2 Løsning 3 Løsning 4 JUSTERING JUSTERING AF AF JUSTERING JUSTERING AF AF Løsning Løsning 5 5 AKTUERING: BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: AKTUERING: AKTUERING: BREMSNING: BREMSNING: BREMSNING: KRAFTFORDELING: MIDLER BREMSNING: BREMSNING: BREMSNING: BREMSNING: KRAFTFORDELING: Løsning 5 Løsning 6 Løsning 7 Løsning 8 DELFUNKTIONER JUSTERING DELFUNKTIONER AF DELFUNKTIONER MIDLER MIDLER MIDLER JUSTERING JUSTERING AF AF BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: DELFUNKTIONER Løsning DELFUNKTIONER 5 Løsning DELFUNKTIONER Løsning 5 Løsning DELFUNKTIONER 6 Løsning 5 Løsning 6 Løsning 7 Løsning 6MIDLER Løsning 7 MIDLER Løsning 8 Løsning 7 MIDLER 8 MLø 28 AKTUERING: AKTUERING: AKTUERING: BREMSNING: Løsning 5Løsning 5 Løsning 6 5 Løsning 6 5 Løsning 7 6 Løsning 7 6Lø BREMSNING: BREMSNING: AKTUERING: AKTUERING: AKTUERING: AKTUERING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: DELFUNKTIONER KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: KRAFTFORDELING: MIDLER JUSTERING AF JUSTERING AF JUSTERING AF BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: BREMSEFORDELING: Løsning 5 Løsning 6 Løsning 7 Løsning 8

29 BREMSNING: DELFUNKTIONER MIDLER Løsning 5 Løsning 6 Løsning 7 Løsning 8 AKTUERING: K DREJ KRAFTFORDELING: MIDLER TRYK TRÆK DREJ JUSTERING AF BREMSEFORDELING: EARING TRISSE VÆGTSTANG FJEDER GEARING TRISSE VÆGTSTANG BREMSNING: ill Principielstruktur LUFT HYDRAULIK WIRE LUFT HYDRAULIK Det er muligt at sammensætte flere løsningsforslag end vist i illustrationen, men dette er afgrænset til 8 løsningsforslag. ER MIDLER DELFUNKTIONER MIDLER MIDLER Løsning 1 Løsning 2 Løsning 3 Løsning TRYK 4 1 TRÆK Løsning DREJ 2 Løsning 3 AKTUERING: G: KRAFTFORDELING: FJEDER GEARING TRISSE VÆGTSTANG NG: JUSTERING AF BREMSEFORDELING: WIRE LUFT HYDRAULIK BREMSNING: ER G: NG: DELFUNKTIONER MIDLER DELFUNKTIONER MIDLER Valget af løsningen begrundes med hvad der var mulighed for at efterprøve med forestående midler. Løsning 1 I nogle af løsningsforslagene, fx med hydraulisk kraftfordeling, var der ikke samme mulighed for at efterprøve princippet. Løsningforslag 4 blev derfor valgt, da den har midler der er let tilgængelige og en model, der er til at stille op. Løsning 5 Løsning 6 Løsning 7 Løsning AKTUERING: 8 5 Løsning 6 Løsning 7 Princippet viste sig at fungere ved et praktisk AKTUERING: forsøg (App. 9) Løsningsforslaget er opbygget således: Bremsen aktueres ved at brugeren KRAFTFORDELING: udfører en bevægelse som giver træk i en wire. Ved trækket i wiren aktiveres fjederen. Fjederen justerer bremsefordelingen mellem for- og bagbremse. Ved de to KRAFTFORDELING: cykelhjul forekommer selve bremsningen ved hjælp af tryk. JUSTERING AF BREMSEFORDELING: ill Principiel løsningsforslag JUSTERING AF BREMSEFORDELING: Løsning BREMSNING: BREMSNING: 29

30 Test af koncept Forsøg 2 Ud fra det valgte principielle løsningsforslag, hvor bremsekraften bliver fordelt på hhv. for- og bagbremse ved hjælp af én fjeder, er der opstillet et simpelt forsøg, for at påvise, at dette princip virker. Forsøgets formål er ikke at vise hvilke specifikke kræfter, der trækkes med i newtonmetrene, men derimod blot at påvise, at det kan lade sig gøre at skabe en udveksling med dette princip. ill Forsøg 2 ill Koncept tegning Opstilling: En trækasse er bygget med to slidser, hvor der i den ene slidse er plads til en fjeder. Der monteres en lille træklods på enden af fjederen, og i den anden slidse uden fjeder, løber wiren frit. Dette udgør den wire der forbinder udvekslingen til henholdsvis for- og bagbremse. I den anden ende af begge wire monteres et newtonmeter. En wire er forbundet til blokken, og udgøre den wire der forbinder udvekslingen og aktueringen. I den anden ende af denne wire er der monteret et newtonmeter. Udførsel: Der trækkes i det newtonmeter, der er forbundet til blokken, hvilke skal illustrerer aktueringen. De to newtonmetre der ved hjælp af en wire er forbundet til træklodserne, er monteret så de ikke kan flytte sig. Når der trækkes opstår der en skævfordeling af den kræft der hives med, dette skyldes fjederens resistens. På den måde skabes en udvekslingen i bremsefordelingen. Dette er ikke et forsøg hvor formålet er at hive med et X antal kg for at finde ud af hvor mange kg der præcist vil blive trukket i, i wirene forbundet til de to andre newtonmetre. Men forsøget er til for at påvise at det kan lade sig gøre at skabe en udveksling med denne opstilling. 30

31 Kvantitativ struktur Der er med afsæt i de principielle løsningsforslag skitseret kvantitativt på hvorledes løsningsforslagene kan realiseres. Den kvantitative struktur arbejder videre på det løsningsforslag, der er valgt ud fra den principielle struktur. Der arbejdes nu på at optimere og specificere den principielle løsning i forhold til rumlig placering af løsningens midler. De fire midler placeres på en cykel, da kablets rolle er at forbinde de 3 midler ses der bort fra denne i løsningsforslagene der tages endnu ikke hensyn til form og dimensioner. ill Kvantitativ struktur Løsningsforslag 4 vælges, da det muliggør, at den separate del kan tilkobles allerede eksisterende V-bremsesystemer. Derved kan brugeren nemt afkode, hvordan bremsen anvendes. Desuden er den separate del, der fordeler kraften, placeret et naturligt sted mellem det sted aktuering sker, og det sted selve bremsningen sker. Løsningsforslaget bygger på, at aktueringen finder sted ved styret i form af en håndbremse, som brugeren trækker i. Kræften fordeles ved hjælp af en wire, som går ned i en separat del, hvori en fjedermekanisme fordeler kræften. Herefter føres kræfterne ud til hhv. for- og baghjul, hvor bremseklodserne trykker ind på hver cykelhjuls fælg og bremser. Det er fastlagt, at kraftfordelingen foregår i en separat del, som hermed vil fungere som et komponent, der kan tilføjes til det eksisterende bremseudstyr på en standard cykel. 31

32 Totalform Der arbejdes med produktets totalform, hvor der fokuseres på den separate del, hvor fordelingen af bremsekræften sker. Denne form designes samtidig med de enkelte elementers form, da det er vigtigt, at de to spiller sammen. Det er valgt, at elementernes form skal være udgangspunktet for produktets totalform, da funktionelle og økonomiske aspekter er vigtige for produktet. ill Skitse 1 ill Skitse 2 ill Skitse 3 ill Skitse 4 32

33 Produktsemiotik Da det er valgt, at produktet skal tilpasses Shimanos sortiment blev der efter at grundformen var på plads, skitseret på løsninger, der tager stilmæssig inspiration i Shimano. Der er derfor lavet en produktsemiotisk analyse ud fra en input-translation-output model, som har til formål at overføre og transformere karakteristika, der kan skabe et mere meningsfuldt og interessant design og samtidig passe ind i Shimanos sortiment. Produktet skal derved vække associationer til Shimanos formelementer, men uden direkte at kopiere dem. DYNAMISK SPÆNDSTIGHED TILGÆNGELIGE BETJENINGSDELE REDUKTION AF MATERIALE ERGONOMISKE BETJENINGSFLADER SKARP OPDELING AF FLADER AERODYNAMISK FORM ill Produkt semiotik I inputfasen analyseres Shimano med fokus på hvilket designsprog de bruger for at opnå deres bestemte udtryk. Her er der kigget på et skiftehåndtag (tv.) samt en bagskifter (th.). I translationsfasen overføres og transformeres stilens kendetegn, så der hos brugerne udløses formassociationer. Dette kunne eksempelvis være at overføre formelementer fra Shimano såsom kurvede forløb eller aerodynamisk form. På den måde vil produktet afspejle Shimanos formsprog. I denne fase er det foruden at transformere stilen vigtigt at bevare en visuel sammenhæng mellem produktet og noget brugeren kender, så der undgås problematikker i forhold til at forstå produktets funktion. Derfor er det vigtigt, at produktet rammer et sted mellem innovation og genkendelighed, så brugerens æstetiske sans vækkes, men at han stadig er i stand til at kategorisere produktet funktion. 33

34 Skitsering Skitseringer af den ydre form med indflydelse af den semiotiske analyse af Shimano. ill Skitse 5 ill Skiste 6 ill.31 - Skiste 7 Modellering En bedre rummelig samt ergonomisk forståelse af formen opnåes gennem modellering. Desuden fremstår evt. produktionsproblematikker tydeligt. ill Flamingo ill. 33- Modelleringsvoks ill. 34-3Dprint CAD-modellering Gennem CAD-modellering opnås en bedre forståelse for de indre komponenters placering og totalformens tilpasning til disse. 34 ill. 35-3D 1 ill. 36-3D 2 ill. 37-3D 3

35 ill Endelig form Konceptforslagets form er bestemt i vekselvirkning med elementernes udformning og dimensionering. Den ydre form er reduceret så den tilpasses elementerne. Samtidig er Shimanos designsprog implementeret i produktets stil. Elementform PROBLEMANALYSE Nu hvor den grundlæggende form er fastlagt, kigges der på en mere detaljeret udformning af de enkelte elementer i produktet. Her er det særligt kriterier som funktion, styrke og fremstilling, der har indflydelse på elementformen. Produktet separeres i sine enkelte dele, som der herefter beregnes på i forhold til styrke og dimensioner, så de er optimale i forhold til deres funktion. Den endelige, detaljerede udformning afhænger af beslutninger om materiale, dimensioner, overflader, tolerancer og fremstillingsprocesser. K R A V S P E C HOVEDFUNKTIONER DELFUNKTIONER OG MIDLER PRINCIPIEL STRUKTUR KVANTITATIV STRUKTUR TOTALFORM ELEMENTFORM MATERIALE DIMENSION OVERFLADE ill. 3 - Konstruktionsproces-model 35

36 Beregning på bremsekræfter Konceptet bygger på at opnå en bestemt fordeling af den potentielle bremsekraft cyklisten kan yde på bremsegrebet. Målet med udregningerne er at belyse hvilken fordeling af bremsekræft der vil virke optimalt ved en nødopbremsning. Yderligere ønskes størrelserne af kræfterne i systemet bestemt, så der kan tages stilling til brug af evt. udveksling i produktet og materialer til indre komponenter. Der tages udgangspunkt i en case, hvor følgende geometriske størrelser er valgt. Dette svarer til en stelstørrelse på cm og en cyklist på 100 kg. Cykelstels geometriske størrelser: F frem =m rytter*a F brems_bag_pot F t =m rytter*g F brems_for_pot F brems_bag n b F brems_for n f l bag l for ill Cykel 1 For at kunne regne på kræfterne i systemet, opstilles der tre ligevægtsligninger. Der er yderligere brug for to ligninger, hvor der ses på den friktionskraft der vil forekomme ved for- og baghjul. Der benyttes en friktionskoefficient mellem asfalt/dæk (μ=0,8) og bremsesko/fælg (μ=0,5). Yderligere bruges der normalkræfterne ved for- og baghjul og den potentielle bremsekraft tilgængelig ved bremseskoene. [5] [6] I udtryk [5] og [6] findes minimum af de to udtryk, for hhv. for- og baghjul, da det første udtryk angiver den friktionskraft der skal overgås for at hjulet begynder at skride. Når dette sker vil det ikke hjælpe at trykke hårdere på bremse- grebet. Indtil der opnås skrid ved hjulene er det, det andet udtryk der gør sig gældende. 36

37 Case undersøgelse: Der er gennemregnet 4 cases, med forskellige bremsefordelinger. I nedenstående tabel er resultaterne angivet og der tages stilling til, hvilken fordeling der opfylder kravene om forbyggelse af tipning og blokkering bedste muligt. Der er valgt at køre med en simpel inddeling af kraftfordelingerne med flere spring af 10 %, for at skabe et mere generelt billede af situationen. Data Case 01 Case 02 Case 03 Case 04 Bremsefordeling [F%/B%] 50/50 60/40 70/30 80/20 Deceleration [m/s 2 ] -3,913-4,167-4,42-4,5 Vægtfordeling forhjul [%] Vægtfordeling forhjul [%] Differens ml. maks. friktionskræft og reel friktionskræft ,8 Der er valgt 5 værdier, som er væsentlige ved sammenligning af de forskellige cases. Ved sammenligning af værdier for deceleration, fundet til de forskellige bremsefordelinger, fremgår det at jo mere der bremses på forhjulet, jo større deceleration. Dette er forårsaget af at cyklistens massemidtpunkt forskyder sig mere fremad og derved vil generere en større normalkraft ved forhjulet, som resultere i en større maksimal friktionskraft. Vægtfordelingerne i procent for hhv. for- og baghjul viser tydeligt, hvordan en højere deceleration påvirker cyklistens massemidtpunkt til at forskyde sig fremad. Differensen er af afgørende betydning, da den viser hvor langt baghjulet er fra at skride ud under opbremsningen. Dette udtryk bygger på kriteriet: Maksimal friktionskraft < Reel friktionskraft. Hvis dette gøre sig gældende vil der forekommer skrid af hjulet. Grunden til at det kun er 80/20 fordelingen der giver en differens (+), er at der sker en forholdsvis lille ændring i forskydningen af cyklistens massemidtpunkt samtidig med at der sker en stor ændring i bremsefordelingen (10%). Det vil sige at der bremses mindre på hjulet kontra den kraft der skal til at blokere baghjulet ved fordelingen 80/20 end ved de resterende tre fordelinger. Den positive differens betyder altså at skred ved baghjul ikke vil forekomme. Samtidig er det i case 04 at den største deceleration finder sted. Det konkluderes at 80/20 er den bremsefordeling der giver mening at bruge. 37

38 Dimensionering af komponenter Der er beregnet og undersøgt hvorvidt der vil opstå svigt, i produktets indre komponenter. Årsagen til at der beregnes på de enkelte dele er for at få en forståelse af dimensionerne på de indre komponenter, så det er muligt at dimensionere den ydre skal, der skal holde de indre komponenter på plads. 38 ill exploded teknisk

39 Fjeder Ud fra opmåling af nuværende bremsearm, er der regnet på, hvilken kraft i bremsewiren udvekslingen i bremsearmen giver anledning til. Ved at regne baglæns fra den udregnede friktionskraft, som opstår mellem dæk og vej, findes den potentielle bremsekraft der samlet skal være tilgængelig ved bremseklodserne for og bag på cyklen, for at kunne opnå bremsefordelingen 80/20. Dernæst regnes der med momentligevægt omkring omdrejningspunktet for bremsearmen. Derved findes hhv. kræfterne der vil løbe i wirerne til for- og bagbremse. [7] [8] Størrelsen af den kraft som fjederen skal yde kontra wirebevægelsen på baghjulet, findes som differensen mellem udtryk [7] og [8]. [9] Dette udtryk kan så benyttes til at bestemme fjederkonstanten på den fjeder der er behov for i konceptet. Dette sker ud fra Hook s lov. Den distance wiren skal vandre er målt til at være 20mm, 5mm til at bevæge bremseklodsen ind til fælgen og 15mm til deformation af fjederen (bremsning), som angiver x-værdien i Hook s lov. Det vil ikke være ønskværdigt at skulle trykke bremsegrebet helt i bund for at opnå den ønskede nedbremsning. Derfor er x-værdien for deformation af fjederen sat til x=10mm. Fjederkonstanten er fundet til at være: Den ønskede fjederkonstant blev dermed N/m 39

40 For at dimensionere fjederen, så den ønskede fjederkonstant opnås, er denne formel brugt (fjedre.dk): G= [N/m] G:Forskydnings modul d=0,0023 D=0,015 [m] [m] d:trådtykkelse D:Udvendige diameter n=4,35 [-] n:effektive vindinger Det er forsøgt at komme frem til dimensioner på en fjeder der vil løse vores krav om en fjederkonstant på N/m, ved at tage udgangspunkt i fjedre der nærmede sig denne værdi. Derved er der fundet frem til dimensioner og dataene i tabellen ovenfor, som beskriver den fjeder der vil opfylde vores behov tilnærmelsesvis. Det at købe standard ISO fjedre vil være forholdsvist billigt, da de produceres i meget stort styktal. Dog er ulempen at der skal tages stilling til om, hvorvidt afvigelsen i fjedrekonstant og dimensioner er acceptable. Er der nu tale om en detaildesignet fjeder, som lever op til kravene, vil den være væsentlig dyrere, hvis ikke styktallet bliver højt nok (Kalpakjian & Schmid, ). Det er en fordel at fjederen i sig selv er det bremsekraftfordelende komponent, hvilket gør det let at udskifte fjederen og ændre bremsefordelingen alt efter behov. Ved fx. at placere bremsefordelingen ved bremsearmene, vil der forekomme flere bremsekraftfordelene komponenter. Dette er uhensigtsmæssigt ifht. justering og vedligeholdelse. Derfor ses det som en fordel at begrænse antal aktive komponenter, både rent produktionsmæssigt, men også vedligeholdelsesmæssigt. Der er som sagt valgt en x-deformation på x=10mm, derved vil der være 5mm ekstra vandring af wiren, som betragtes som en form for sikkerhedsfaktor. For at finde ud af om fjederen kan deformeres disse yderlige 5mm, er længden af den komprimerede tilstand fundet ved: komp=d*n. Derefter blev den nødvendige deformation bestemt til x maks = 15mm = x+5mm. For at tjekke om der er opnået den ønskede maksimal kraft for fjederen, er Hooks lov brugt; F=k*x. Maksimal kraften er interessant, da fjederen gerne skal kunne holde til den kraft cyklisten yder på fjederen ved ned bremsning. 40 Derved ses det at fjederen med dimensionerne fra tabellen, vil kunne klare den påførte belastning ved en nedbremsning, se udtryk [9]. Fjederens dimensioner vil så blive brugt til at fastlægge dimensioner i resten af produktet. For at imødekomme evt. ændringer i bremsefordeling forårsaget af slid på bremsklodser og tøjning i wire, tænkes fingerskruer brugt, til at spænde wiren ud og derved opretholde spænding i wiren.

41 Aktuering Der kan nu regnes på, hvilken kraft cyklisten F wire F hånd skal påføre som punktlast på bremsegrebet, for at opnå den ønskede nedbremsning i et nødstilfælde. Dette gøres ved at addere de h greb to kræfter i wiren til for- og bagbremse. Dertil adderes så størrelsen af den resistens fjederen yder. Dette giver en samlet belastning af wiren på: R x R y L greb L greb ill Bremsegreb Ved at regne baglæns er det muligt at bestemme størrelsen af punktlasten på bremsegrebet. Momentligevægten fra udtryk [4a] s. 22, benyttes til bestemmelse af punktlasten. Som følge af beregningerne på bremsesystemet er det relevant at få verificeret om det er muligt at hive med 462,4 N i kablet. Ved brug af bremsegrebet bliver de nødvendige 462,4 N overtført til bremsegrebet i form af en punktlast på 149 N, som fremstår af ovenstående udregninger. Der er opstillet et forsøg der skal be- eller afkræfte om det er muligt at trykke med den nødvendige kraft. Konceptet bygger på, at ét bremsegreb skal fungere som aktuering af for- og bagbremse. Dette resulterer derfor i, at den samlede kraft der skal trykkes, er summen af kraftpåvirkningen på for- og bagbremse. Forsøgsopstillingen bestod af et newtonmeter på 50kg, en hjemmelavet wire lavet af snoet ståltråd samt bremsegrebet fra disassemblyen (s. 17). Det blev bekræftet, at det er muligt for en gennemsnitsbruger at opnå den ønskede kraft på 149 N, hvilket svarer til et tryk på ca. 15 kg på bremsegrebet. ill. 41a - Test af krafter 41

42 Blok-system Kombi-bremse konceptet bygger på en bestemt fordeling af bremsekraften fra bremsegrebet. For at optimere denne bremsefordeling benyttes et blok-system, som bremsewiren (for og bagbremse), løber rundt om. Det antages at det er taljen og funktionsfladen mellem wire og bolt, der er det svageste led i blok-systemet. Det undersøges, hvilken af disse der vil være den begrænsende faktor og yderligere, hvilke dimensioner der estimeres nødvendige for at blok-systemet kan holde til belastningerne i tilfælde af nødopbremsning. Selve blokken (ill. 42) er delt op i 4 elementer: 2 trækstænger, 1 bjælke og en aksel. Der er for hvert element lavet et frit legeme diagram, hvorefter der er opstillet global ligevægt for elementerne, da de er i stilstand og ikke bevæger sig ift. hinanden. Derved er det muligt at bestemme de indre kræfter, som er bestemmende for dimensionerne på elementerne. Til alle fire elementer tænkes der brugt AISI 4130 stål med en flydespænding på σ yield =435 MPa. (matweb.com) Yderligere har AISI 4130 Stål pga. sit molybdenum indhold en god korrosionsbestandighed og en stor styrke, hvilket er ønskværdigt for et produkt til udendørs brug (Kalpakjian & Schmid, ). ill Blok Trækstang Blokelement 1 og 2 Siden af blokken betragtes som en trækstang, hvor kraften der skal optages (Cy) svare til ½ af den samlede kraft (F, ill. 44) wiren hiver i blokken med. Det vil i en trækstang være normalspændingen (Ns = Cy) der vil være dimensionsgivende. Normalspændingen kan direkte beskrives som x, da normalspændingen er den eneste spænding der vil forekomme. På baggrund af dette kan von Mises referencespænding opskrives og derved findes en sikkerhedsfaktor. Sikkerhedsfaktoren vil så være influeret af tværsnitsarealet på trækstangen: [10] ill Blokelement 1 og 2 42

43 For at opnå denne sikkerhedsfaktor er dimensionerne på elementet følgende. b=0,002 [m] Tykkelsen af elementet h=0,007 [m] Dybde set på illustration 43 A=1,4*10-5 [m 2 ] Tværsnitareal Bjælke Blokelement 3 Det tværgående element af blokken, hvor wiren tænkes monteret, betragtes som en bjælke. ill Blokelement 3 Der snittes på den ene side af kraften F, da det antages at symmetrien gør at snitkraften og snitmoment vil være det sammen bare spejlvendt. Snit for 0 x<l/2 For at kunne finde normal- og forskydningsspændingerne i bjælken, findes udtryk for snitkraften og snitmomentet vha. kraftligevægt. Kræfterne bliver som følgende. ill Snit Blokelement 3 [11] [12] Disse bruges så til bestemmelse af normal- og forskydningsspændingerne i bjælken. Bestemmelsen af disse sker ved brug af udtryk [11] og [12] 43

44 [13] [14] [15] Der er regnet på to spændingselementer ved hver kant af emnet. Dette er for at klargøre, hvor spændingerne vil være størst. Dette vil være tilfældet i y=2mm. Derfor tages værdierne fra udtryk [13] og [15] med videre til bestemmelse af von Mises referencespænding under beregningen af sikkerhedsfaktoren. På lignende vis, som i udtryk [10], benyttes von Mises referencespænding til bestemmelse af sikkerhedsfaktoren på bjælken. For at opnå denne sikkerhedsfaktor er dimensionerne på elementet følgende: b=0,002 [m] Tykkelsen af elementet h=0,007 [m] Dybde set på illustration 44 A=1,4*10-5 [m 2 ] Tværsnitareal l=0,009 [m] Længde af bjælke Aksel Blokelement 4 Frit legeme diagram er opstillet over blokkens aksel som betragtes værende inspændt, da den kun roterer om sin egen akse (se ill. 46). 44 ill Blokelement 4

45 Ud fra frit legeme diagrammet og snittene (se ill. 46), kan der opstilles et udtryk for snitkræfter og snitmoment. Begge udtryk er skrevet op som en maksimums funktion, da det ønskes at finde den maksimale værdi for begge, da det er der de største spændinger vil være for hhv. normal- og forskydningsspændinger. Grunden til at det kun er Q2 der optræder i udtrykkene er, at Q1 og Q3, som er de ækvivalente punktlaster for q1 og q3, svare hver til Q2/2. Derved: Sikkerhedsfaktoren vil igen kunne bestemmes ud fra flydespændingen for materialet og von Mises referencespænding. Da akslen er betinget af dimensionerne på de 3 foregående elementer (Blokelement 1, 2 og 3), er både længden og understøtningen b (ill 46) givet fra hhv. blokelement 3, værende længden og blokelement 1 og 2, værende understøtningen. Radiussen er derved den eneste variable ift. at opnå en acceptabel sikkerhedsfaktor. Dimensionerne på akslen for at opnå den ovenstående sikkerhedsfaktor er: r=0,007 [m] Radius af tværsnit A=8,04*10-6 [m 2 ] Tværsnitareal l=0,009 [m] Længde af akse 45

46 Funktionsflade wire og bolt Illustration 47 viser fastspændingen af wire til blokken. De 3 kræfter der er interessante at kigge på er kræfterne for; wire, friktion og bolt. Derudover skal kraften for wiren være mindre end friktionskraften. ill Funktionsflade- wire og bolt Hvis dette gør sig gældene glider wiren ikke. Yderligere er det vigtigt at sikre sig at bolten kan generere en tilstrækkelig stor normalkraft (tryk) på wiren, som vil forårsage F frik. Der vil i konceptet benyttes en M3 bolt, da bolten gerne skal være et stykke bredere end wiren, som har en diameter på d=1,6mm. Derfor er der valgt en M3 bolt af Stål 8.8. Flydespænding, gnidningskoefficient (denstoredanske.dk) og spændingsareal (As) for en M3 bolt af denne klasse er fundet til (bolte.dk): Den dermed maksimalt opnåelige friktionskraft mellem wire og bolt vil da være beskrevet som: Ses der på kriteriet først opstillet, vil det være muligt at tage stilling til om wiren vil glide. Derved ses det at konceptet til fastspænding af wire med M3 bolt uden problemer vil kunne fastholde wiren. Konklusion Det kan på baggrund af de udførte styrkeberegninger konkluderes, at det er muligt at konstruere et blok-system med dimensioner, som gøre at blok passer ind i konceptet. For at dette blok-system skal kunne holde skal de 4 delelementer have dimensioner der lægger tæt på følgende dimensioner: Element 1-2 Element 3 Element 4 Fastspænding rektangel rektangel cylinder ISO M3 Bolt b = 0,002 [m] b = 0,004 [m] r = 0,0016 [m] h = 0,007 [m] h = 0,007 [m] l = 0,009 [m] l = 0,009 [m] l=0,0045 [m] A = 0, [m 2 ] I = 1,143*10-10 [m 4 ] I = 2,57*10-11 [m 4 ] 46

47 Materialevalg Casing Materiale- og procesvalg bestemmes på baggrund af kravspecifikationen, hvor de kriterier, som produktet skal leve op til, er opstillet. De følgende punkter beskriver detaljerede krav til casingen, som er bestemmende for valg af materialer og proces. Skal kunne skilles ad nemt og hurtigt af en mekaniker Skal holde tæt (fx regnvejr og skidt) Skal kunne holde i temperaturer -50 til 100 grader celcius. Må ikke blive sprødt under kuldepåvirkning og må ikke smelte under høje temperaturer. Skal holde til udeklima - ift. korrosion, uv-stråling Skal holde til eventuelle slag - gode mekaniske egenskaber Materiale og fremstillingsmetode skal tilpasses Shimanos produktionstal Skal implementeres i totaldesignet (Shimanos æstetik) Materiale Der er valgt tre forskellige materialer, som bliver vurderet og sammenlignet ud fra deres egenskaber i forhold til kravspecifikationen. Da Shimanos komponenter stort set altid består af anodiseret aluminium, vælges det at sammenligne 6xxx serie aluminium, 7xxx serie aluminium og SG jern i forhold til fordele og ulemper. 6xxx serie aluminium 7xxx serie aluminium SG jern (støbejern) Flydespænding 240 MPa Billigt Ekstruderbart Formbart Støbbart Velegnede korrosionsegenskaber Anodiserbar Svejsbar 2,7g/cm 3 Flydespænding 262 MPa Svejsbar ved nogle legeringer (7005) Rimlig ekstruderbarhed Støbbart Formbart 2,7g/cm 3 Lav korrosionsmodstand Lav anodiserbarhed Flydespænding 480 MPa Lav pris Let at spåntage Sejt Gode glide- egenskaber Gode spåntagnings- egenskaber Lav korrosionsmodstand 7,3g/cm 3 47

48 Delkonklusion Ud fra de undersøgte materialer ses aluminium 6xxx som det bedst egnede, materialet skiller sig ud ved at have gode korrosionsegenskaber samt værende anodiserbart, hvilke er vigtige egenskaber for produktet. Fremstillingsmetode Det er blevet undersøgt hvilke processer, der er mest hensigtsmæssige at bruge til produktion af emnet. De bestemmende faktorer for processernes egnethed er de formmæssige egenskaber ved processen samt produktionstallene. Det er desuden valgt, at metoden skal have kapacitet til et højt produktionstal samt have lave omkostninger. Til fremstilling af casingen er spåntagende bearbejdning og forskellige støbemetoder overvejet. Sprøjtestøbning Sandstøbning Fræsning Kan danne komplekse former Fine detaljer Fremragende overflade God dimensionel nøjagtighed Høj produktionshastighed Lave omkostninger v. arbejdskraft Skrot genbruges Begrænset til tyndvæggede dele Høje værktøjs- og udstyrsomkostninger Lang leveringstid Kan producere meget store dele Komplekse former Mange materiale muligheder Lave værktøjs- og udstyrsomkostninger Skrot kan genbruges Kort leveringstid Dårlig materialestyrke Høj porøsitet Dårlig overfladekvalitet og tolerance Sekundær bearbejdning kræves ofte Lav produktionshastighed Alle materialer kompatible Meget gode tolerancer Korte leveringstider Begrænset faconkompleksitet Del kan kræve flere o- perationer og maskiner Høje udgifter til udstyr Væsentligt værktøjsslid Stor mængde skrot Delkonklusion 48 Til fremstilling af casingen er det valgt at bruge sprøjtestøbning. Fordelen ved processen er, at man er i stand til at have et højt produktionstal, mens ulempen er tid og omkostninger ved at lave værktøjer. Disse er meget dyre, men man vil være i stand til at producere mange casings i samme form. I og med støbning er valgt som proces, skal der tages hensyn til de forskellige begrænsninger og muligheder, som støbning giver (app. 13). Der laves 3 graders slipvinkel på casingen for at sikre, at de to dele kan komme ud af formen. Samtidig sørges der for, at der ikke er skarpe, vinkelrette kanter, og at der er ens godstykkkelse, så der sikres uniform nedkøling af emnet.

49 Produktion Sprøjtestøbning er en produktionsform, hvor der benyttes permanent formstøbning. Her menes det, at formen ikke skiftes ud efter hver støbning, som det eksempelvis gøres ved sandstøbning. Det er også bedre kendt som en hård støbeform. Som det ses på illustration 48, er udgangspunktet smeltet metal, som bliver skudt ind med en hydraulisk cylinder, som presser det flydende metal gennem et snævert løb med højt tryk. Den hydrauliske cylinder trykker med op til 35MPa, men i gennemsnittet bliver der trykket med 15MPa (Kalpakjian & Schmid, ). Det snævre løb er designet, så det sikres, at der ikke opstår turbulens i flowet af metal og dermed ikke opstår bobler og spændinger i metallet. Formene vil typisk være lavet af materialer, der ikke lider af termisk udmattelse. Fremstillingsmetoden bruges generelt til emner, der vejer under 25kg. Metoden giver mulighed for at lave hulrum, hvor man bruger ler, gips eller sand som fyldmateriale. For at øge formens levetid sprayer man formen med grafit ved hver anden støbning. Dette tjener også som en termobarriere, som hjælper med at styre nedkølningen af formen. For at få emnet ud af formen bruges udstøderpinde. Disse efterlader udstødermærker, som giver en grim overflade ved mærket, men hvis formen er designet godt kan disse mærker haves på indersiden af casingen. Formene bliver mekanisk trykket sammen og varmet op til et sted mellem 150 og 200 *C. Dette gøres for at sikre flowet af metal i formen og reducere de varmeskader på formen, der kan opstå grundet de store temperatursvingninger. Formen vil typisk efter en støbning blive afkølet med kølevæske gennem kanaler i formen. Til sprøjtestøbning bruges ofte materialer, der har en relativ lav smeltetemperatur; eksempelvis aluminium, magnesium og kobber, men også almindelig gråstål (støbejern). Metoden er ikke egnet til indviklede forme, da det er svært at fjerne det støbte emne fra formen. Men der kan som tidligere nævnt eksempelvis bruges sand til at skabe hule, komplekse former - processen kaldes så en semipermanent formstøbning (Kalpakjian & Schmid, ). ill Sprøjtestøbning 49