Flexibel Stege

Flexibel Stege

ANNA ANDTBACKA

HANNA ANDERSSON

Examensarbete Stockholm, Sverige 2020

Flexibel Stege

av

Anna Andtbacka

Hanna Andersson

Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:177 KTH Industriell teknik och management

Maskinkonstruktion SE-100 44 STOCKHOLM

Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:177 Flexibel stege Anna Andtbacka Hanna Andersson Godkänt 2020-mån-dag Examinator Stefan Ståhlgren Handledare

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Uppdragsgivare

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Kontaktperson

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Sammanfattning

Denna rapport kommer att redovisa kandidatexamensarbetet som har genomförts inom Teknisk Design under vårterminen 2020. Projektet har utförts på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH. Målet med arbetet var att utveckla en flexibel stege för hemmabruk, med syfte att tillgodose de behov som målgruppen för det aktuella arbetet har, gällande att kunna använda en stege i en trappa. Arbetet påbörjades med en analytisk fas där underlag för det fortsatta arbetet samlades in i form av marknads- och kundundersökningar samt litteraturstudier. Ur analysarbetet genererades en teknisk kravspecifikation vilken resultatet av arbetet skulle behöva uppfylla. Med detta som grund skapades tre olika koncept vilka på olika sätt uppfyllde de behov som hade funnits under analysfasen. Det första av de tre koncepten var Teleskop, som genom en teleskopmekanism gick att storleksminimera på ett effektivt sätt då den inte användes. Det andra konceptet namngavs Skenor, som med hjälp av steglös benjustering av de fyra benen kunde placeras i trappa på ett sådant sätt att användaren kunde klättra uppför trappan längs med trappans riktning. Det tredje konceptet, Tillbehör, var som namnet föreslår ett tillbehör till den stege som användaren redan hade hemma. Det vinnande konceptet blev koncept nummer två, som med sin funktionella, smidiga och trygga konstruktion säkerställde att användaren på ett säkert sätt kunde klättra på stegen i en trappa. Konceptets olika komponenter utvecklades för att tillgodose användarens kognitiva, fysiska och emotionella behov på ett sådant sätt att den tekniska kravspecifikationen uppfylldes.

Bachelor´s Degree Project Thesis TRITA-ITM-EX 2020:177 Flexible Ladder Anna Andtbacka Hanna Andersson Approved 2020-month-day Examiner Stefan Ståhlgren Supervisor

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Commissioner

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Contact person

Stefan Ståhlgren, Conrad Luttropp

Abstract

This report will be presenting the Bachelor of Science Thesis performed in the area of Technical Design completed during the spring of 2020. The project was performed at the Royal Institute of Technology. The goal with this project was to develop a flexible ladder, especially adjusted for commercial use at home, with the purpose to cater for the needs for the targeted group regarding the use of a ladder in stairs. The project started with an analytical phase where information regarding customer needs, market and standardized measurements as well as information about relevant regulations were gathered. This phase resulted in a technical list of demands which the result of the project would have to meet. The list of demands and all other information from the analytical phase generated three concepts which in different ways each met the specified requirements. The first concept, the Telescope, was a solution which through a telescopic mechanism managed to minimize its size in a very efficient way. Next concept, named Rails, used stepless adjustment of the length of its legs. The concept was with this technique able to place in which ever stair, no matter its dimensions, and featured a climb where the user would climb in the direction of the stair, instead of the other way, which is the common way to climb a ladder in a stair for the time being. The third concept, the Attachment, was based in the idea that the user would already have a ladder at home, and only needed a complementary addition which would enable use of the ladder in the stairs. The winning concept became concept number two, Rails, which ensured that the user could climb the ladder in a safe and secure way. The components of this concept were further developed to cater for the user’s physical, cognitive and emotional needs in a way to ensure that the specifications of needs were met.

FÖRORD

Vi vill rikta ett varmt tack till våra handledare i kursen, Stefan Ståhlgren och Conrad Luttropp. Deras vägledning har hjälpt oss enormt mycket i vårt arbete. Vi vill även rikta ett stort tack till Rolf Hansson, VD på Stegbolaget i Bromma, som besvarade många av våra frågor och var mycket hjälpsam under analysarbetet. Slutligen vill vi rikta ett tack till Taj Gorgani på Akademiska Hus som hjälpte till vid prototyptillverkningen.

Anna Andtbacka och Hanna Andersson Stockholm, Maj 2020

NOMENKLATUR

Notationer

Symbol

Förklaring

E E-modul [GPa] σ Normalspänning [MPa] τ Skjuvspänning [MPa] t Väggtjocklek [mm] h Tvärsnittshöjd [mm] b Tvärsnittsbredd [mm] d Tvärsnittsdiameter [mm] ρ Densitet [kg/m3_] V Volym [m3_] K Kostnad [kr] g Gravitationskonstant [m/s2_] n Säkerhetsfaktor F Kraft [N] I Yttröghetsmoment [m4_] Mb Böjande moment [Nm] A Tvärsnittsarea [mm2_]

a Halva transversalaxeln hos en ellips [mm] b Halva konjugataxeln hos en ellips [mm] p Projicerat yttryck [MPa]

Förkortningar

CAD Computer Aided Design QFD Quality Function Deployment

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1 INTRODUKTION 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte och mål 1 1.3 Avgränsningar 1 1.4 Metod 1 2 ANALYS 3 2.1 Marknadsundersökning 3 2.2 Litteraturstudie 5 2.3 Kundundersökning 5 2.4 Sammanställning av analysen 8 3 KONCEPTGENERERING 11 3.1 Koncept 1 - Teleskop 11 3.2 Koncept 2 - Skenor 16 3.3 Koncept 3 - Tillbehör 21 3.4 Utvärdering av koncepten 23

4 VIDAREUTVECKLING AV VALT KONCEPT 25

4.1 Översiktlig genomgång 25 4.2 Klättringsriktningen 25 4.3 Kraftanalys 27 4.4 Dimensionering 30 4.4.1 Stegpinnarna 30 4.4.2 Stegens ben 31 4.4.3 Plattformen 32 4.4.4 Stödpinnarna 33 5 SLUTPRODUKTEN 35 5.1 Genomgång av slutprodukt 35

5.1.1 Stegben, förlängningsben och vred 35

5.1.2 Stegpinnar och plattform 36

5.1.3 Stödbåge och ihopfällningsmekanism 37

5.1.4 Fötter 38

5.2 Färg, form, material och kostnad 39

6 DISKUSSION 41

6.1 Uppfyllnad av mål 41

6.2 Analysfas 41

6.3 Kostnadsanalys 42

7 SLUTSATS 43 8 REFERENSER 45 9 BILAGOR 47 BILAGA A 4_​7 BILAGA B 47 BILAGA C 47 BILAGA D 47 BILAGA D 47 BILAGA E 47 BILAGA F 47 BILAGA G 47 BILAGA H 47 BILAGA I 47

1 INTRODUKTION

I följande kapitel introduceras projektet. Det redovisar vilka avgränsningar som definierar arbetet samt vad dess syfte och mål består av. Bakgrunden till arbetet ges i form av vilket användningsområde som kommer att behandlas under dess gång samt vilka behov som ska undersökas. Det presenteras vidare vilka metoder som använts i projektet, såväl under analysavsnittet som i konceptframtagningen och i underlaget för tillverkningen.

1.1 Bakgrund

Bakgrunden till projektet ligger i att man på många håll behöver komma upp mitt i en trappa för att till exempel byta lampor eller hänga upp tavlor. En vanlig stege är inte optimal för detta ändamål. Ibland finns det något att luta stegen mot och ibland finns det inte. De stegar som idag finns på marknaden och som kan placeras stadigt i en trappa, så kallade trapphusstegar, är både dyra, otympliga och lämpade för proffs- snarare än hemmabruk. Detta arbete kommer därför att fokuseras kring hur konstruktionen kan utvecklas och anpassas för en hemmamiljö.

1.2 Syfte och mål

Syftet med arbetet är att undersöka och tillgodose de behov som målgruppen för det aktuella arbetet har, gällande att kunna använda en stege i en trappa. Målet med arbetet är att utveckla en sådan flexibel stege, anpassad för den målgrupp som har behovet, som är lämpad för hemmabruk, som kan användas i trappor och uppfyller behovet av att komma upp till användarens önskade höjd i trappa. Stegen ska gå lätt att hantera för en person. Detta projekt kommer därför att behandla arbetet med att utveckla en flexibel trapphusstege, lämpad för hemmabruk. Under arbetet ämnar projektgruppen att arbeta med fysiska och kognitiva såväl som emotionella behov.

1.3 Avgränsningar

Projektet kommer att behandla arbetet med att utveckla en flexibel stege som kan stå i trappor och som med enkelhet kan hanteras av en person. Under arbetet kommer endast de behov som uppstår vid användning av stege inomhus att behandlas, steganvändning utomhus kommer inte att beaktas. Slutprodukten kommer inte att vara anpassad för personer med diverse funktionsvariationer.

En prototyp kommer att tillverkas med hjälp av de material och maskiner som finns tillgängliga i Da Vinci-verkstaden på KTH Campus.

1.4 Metod

Arbetet har bestått av en iterativ process. Vissa av de metoder som tillämpats har varit återkommande under arbetet. Metoden Personas har använts under analysarbetet för att skapa en tydlig bild av målgruppen och deras behov. De behov som framkom under analysfasen sammanfattades därefter i en QFD. I QFD:n gick det att se samband mellan kundönskemål och produktegenskaper. Denna modell användes även för att genomföra en konkurrentanalys. Vidare användes kundresor för att förstå konsumentens användarupplevelser under de olika stegen i nyttjarprocessen. Dessa kundresor återkom sedan under utvärderingen av koncepten, där de

användes för att fånga de mjuka värdena i varje koncept, för att sedan kunna utvärdera dem. För att utvärdera koncepten mot kravspecifikationen som QFD:n genererade valdes det att använda Kriterieviktsmetoden, en metod som viktar de olika kraven. Slutligen har 1-3-9-metoden använts i kostnadsanalysen för att ge en översiktlig bild av vad produkten skulle kosta att tillverka och sälja.

2 ANALYS

I kapitlet som följer redovisas den analytiska delen av arbetet. Här kan det läsas om arbetet med kund- och målgruppsundersökning, både redovisning av använda metoder och slutsatser från arbetet. Vidare kan det läsas om hur marknadsundersökningen gått till, där det har använts metoder såsom State of the Art. Även här redovisas resultat och slutsatser av arbetet.

2.1 Marknadsundersökning

Marknadsundersökningen utgjordes av flera delar. Grunden utgjordes av en State of the Art, alltså en sammanställning av hur marknaden ser ut i dagsläget, vilka lösningar som finns att tillgå idag och vem de riktar sig till. I bilaga A återfinns en presentation av arbetet med State of the Art. Det noterades att de stegar som finns att tillgå idag riktar sig mot två olika områden. Den första typen av stegar riktade sig till yrkesmänniskor eller andra typer av användare som främst väljer stege utifrån funktion. Den andra typen av stegar riktade sig till användare som främst använde stegen som en inredningsdetalj. Denna typ av stege kunde visserligen vara funktionell, men huvudfokus låg på att den skulle ha ett estetiskt tilltalande utseende.

Då stegen skulle vara anpassad för hemmaanvändaren och inte den professionella användaren var fokus både på design i termer av estetiskt tilltalande utformning men också dess funktion. Därav behandlade arbetet med State of the art båda dessa typer av stegar.

Studerandet av olika stegar fortsatte med ett besök på ett företag i Bromma, så kallat Stegbolaget, vilket kan ses i figur 1. Med ett stort utbud av olika typer av stegar gavs möjlighet för provning samt att mycket kunskap kunde erhållas av personalen på plats.

Figur 1. Besök hos Stegbolaget i Bromma.

Företaget hade två olika typer av stegar till försäljning som kunde användas i trappa, se figur 2, där företagets VD Rolf Hansson var till stor hjälp med att besvara frågor och förklara principerna.

Figur 2. Två olika typer av stegar för användning i trappa till försäljning hos Stegbolaget.

En stege med teleskopmekanism fanns även att prova hos företaget, se figur 3. Där framkom det att lösningen inte var helt begriplig för någon som inte var van vid användningen av en sådan typ av stege. Det gavs en stor insikt om att stegar med en mer avancerad mekanism, liknande teleskop, behöver ha ett kanske ännu tydligare gränssnitt än stegar med en enklare mekanism för att användaren ska känna sig trygg vid användningen.

Figur 3. Testning av en stege med teleskopmekanism hos Stegbolaget.

Vidare undersöktes vilka dimensioner de stegar som idag finns på marknaden har. Här existerade inte någon exakt standard på vare sig vinklar på fristående stegar eller avstånd mellan stegens stegpinnar. Däremot gav studier av stegar på dagens marknad information om att de flesta stegar tillämpar ett lodrätt avstånd mellan stegpinnarna på 22-26 cm. Det fanns inte heller några standardiserade mått för tvärsnittsdimensionerna på stegens ben. Vissa stegar har ett runt tvärsnitt, andra rektangulärt. Dessa tvärsnitt har varierande proportioner.

2.2 Litteraturstudie

För att minimera risken för eventuella skador har Arbetsmiljöverket till viss del fastställt hur stegar får vara utformade. För att kunna utveckla en produkt som skulle fungera på dagens marknad behövdes dessa regler undersökas närmare. I deras föreskriftssamling AFS 2004:3 finns det angivet att fristående stegar får konstrueras för klättring ända upp till plattformen då det finns en stödbåge och knästöd, medan anliggande stegar endast rekommenderas att brukas från högst fjärde steget uppifrån räknat. Vidare beskrivs standarder för vilka vinklar som rekommenderas för stegar mellan dess ben och underlaget (Arbetsmiljöverket, 2004).

Målet med detta projekt var alltså att utveckla en stege som möjliggjorde fristående placering i trappa. För att uppfylla målet behövde stegen således vara kompatibel med den aktuella trappans dimensioner. Idag finns det inte några standardiserade mått för trappor, enligt Lars Estlander som arbetar på Boverket (Epstein, 2015). Däremot menar Estlander att många av de trappor som finns är byggda enligt de rekommendationer som tidigare funnits skrivna. Dessa trappor skulle ha ett minsta djup på 25 cm och en trappstegshöjd på 12-16 cm.

2.3 Kundundersökning

För att kunna utveckla en stege på ett realistiskt vis var det viktigt att definiera målgruppen och undersöka vilka behov den hade. För att studera detta genomfördes ett flertal kundundersökningar, där samtliga enkätfrågor och -svar återfinns i bilaga B. För detta arbete, som förhoppningsvis skulle resultera i en produkt som kunde passa de allra flesta som hade en trappa hemma samt eventuellt även de som inte hade en trappa hemma, beslutades det att kundundersökningarna till stor del skulle bestå av kvantitativa metoder för att ge en samlad bild av en stor målgrupp. De kvantitativa undersökningarna kompletterades med kvalitativa intervjuer där det gavs möjlighet att undersöka vissa frågor mer djupgående än vad som var möjligt i en kvantitativ studie.

För en produkt som denna, som förhoppningsvis skulle kunna komma att användas av en stor del av befolkningen, var det ändå viktigt att avgränsa vilken målgrupp som arbetet skulle fokusera på. Kundundersökningen påbörjades därför genom att definiera målgruppen. Vem är det egentligen som har ett behov av en flexibel stege? För att ta reda på detta gjordes ett flertal kvantitativa undersökningar, i form av enkäter som publicerades i olika forum, såsom inrednings- och byggforum, såväl som forum för teknikintresserade personer. Undersökningarna genomfördes iterativt, där frågorna blev mer och mer specifikt inriktade vartefter arbetet fortgick.

Målgruppen för produkten definierades till att vara personer som har trappa hemma och/eller högt i tak. De upplever antagligen inte ett behov av att använda en stege så ofta. Målgruppen kan därför känna sig ovan och osäker vid användningen av en stege och har därmed ett extra stort behov av att känna sig säker då de ska klättra på stegen. Frågorna i undersökningarna handlade i och med detta till viss del om vilka egenskaper hos stegen som målgruppen efterfrågade. De stegar som finns på marknaden idag är till stor del riktade till yrkesmänniskor, varför den stege som skulle utvecklas i detta arbete eventuellt var tvungen att utformas på ett annat sätt än de som idag finns att tillgå, eftersom den skulle möta en annan målgrupp än professionella yrkespersoner.

För att förstå målgruppen bättre tillämpades olika metoder. En av dessa bestod av att göra personas. _{​Här skapades tre olika personas, för tre något olika behov. De valdes att inkludera en}

person med en trappa hemma, en person med högre takhöjd och en äldre person. Dessa tre personas namngavs Cecilia, Gunnar och Peter, vilka illustreras i figur 4. Det fullständiga resultatet av arbetet med personas återfinns i bilaga C.

Figur 4. Tre personas: Cecilia, Gunnar och Peter.

Dessa personas underlättade arbetet med att förstå målgruppens behov. De gav däremot inte heltäckande information om vilka känslor som kan uppstå under användandet av en flexibel stege. Eftersom projektarbetet planerades behandla både fysiska, kognitiva och emotionella behov önskades en större förståelse för när under användningsprocessen de olika behoven kunde uppstå. För att uppnå detta genomfördes en kundresa, där stegen skulle användas i en trappa för att byta en lampa i trappans tak. Kundresan återfinns i bilaga D.

Från denna första kundresa gavs insikter angående vikten av en hög användbarhet hos stegen, samt vikten av möjligheten att kunna placera produkten säkert. Ett tydligt gränssnitt mot användaren som underlättar utplacering av produkten såväl som säker låsning och en klar återkoppling gällande stegens säkerhetsmekanismer ger en trygg upplevelse för användaren. Arbetet fortsatte genom att det iterativt tydliggjordes vad målgruppen efterfrågade. Som tidigare nämnt genomfördes ett flertal kvantitativa undersökningar som publicerades i olika forum där målgruppen återfanns. Den första undersökningen behandlade bland annat frågor kring om den tillfrågade ägde en stege idag och i så fall vad för någon, vilken typ av stege kunden helst var intresserad av att köpa om de skulle köpa en stege idag samt hur de förvarade sin stege idag, i de fall där de tillfrågade redan ägde en stege. Med hjälp av denna enkät skapades en översiktsbild av målgruppen samt att det gavs en idé om vilken typ av stege en eventuell användare helst skulle vilja köpa. Från denna undersökning drogs flera slutsatser. Den första av dessa var att stegens utseende spelar roll för målgruppen. Stegens utseende innefattade både att den skulle uppfattas som estetiskt tilltalande, men även att den skulle se säker och stabil ut. Den andra var att den stege som kunden helst ville köpa var en stege från Design House Stockholm, en klassisk A-stege med fokus på både estetiskt tilltalande utseende och funktion. Faktum var att de stegar med A-format utseende överlag var de som målgruppen helst skulle vilja köpa, om de skulle köpa en ny idag. Slutligen visade resultatet att flera av de tillfrågade föredrog stegar som kunde stå i trappa.

Nästa steg i kundundersökningen blev att undersöka vilka parametrar kunderna uppfattade som viktiga då de skulle använda en stege. Den andra undersökningen berörde därför frågor som “Vilka egenskaper hos en stege är viktigt, enligt dig?” och “Har du någon gång känt behovet av att använda en stege i en trappa?”. De tillfrågade hade, då de besvarade den första frågan, möjlighet att välja flera alternativ. Denna undersökning behandlade även vilket pris kunderna kunde tänka sig att betala för en stege, såväl som vilken typ av förvaringsutrymme de som redan

hade en stege idag använde sig av. Här var målet att undersöka om det fanns en marknad för att utveckla en stege som antingen var så pass estetiskt tilltalande att den kunde stå framme, eller om kunden hellre såg att stegen kunde minimera sin storlek så mycket att den fick plats i garderoben eller i ett annat mindre förvaringsutrymme. Slutsatser från denna undersökning blev att den viktigaste parametern för kunderna var hur säker stegen var, medan möjlighet att minimera dess storlek då den inte används kom på andra plats. Andra parametrar som återkom var bland andra priset och möjlighet till flexibel användning. Här framkom även att de tillfrågade enligt egen utsaga helst inte ville betala mer än två tusen kronor för en stege.

Vid tidpunkten för den tredje undersökningen var målet att undersöka exakt vad kunderna ville använda stegen till, samt hur högt upp de behövde nå för att kunna utföra önskad aktivitet. Här delades de tillfrågades svar upp beroende på vilken takhöjd de hade hemma. De delades upp i kategorierna 0-2,40 m, 2,40-3 m samt 3 m eller högre. Med hjälp av kunskapen kring vilka behov användaren hade som en stege skulle behöva uppfylla samt hur högt i tak de hade hemma var det möjligt att beräkna hur hög stegen skulle behöva vara för att uppfylla en tillräckligt stor del av målgruppens behov. Största delen av målgruppen, närmare bestämt 51 %, hade en takhöjd mellan 2,40-3 m hemma. När det kom till vad målgruppen behövde stegen till, vägg- eller takaktivitet, svarade 55 % att de behövde utföra en aktivitet på väggen. Utifrån detta, samt en undersökning av längden på den femte kortaste percentilen av kvinnor, kunde höjden som stegen behöver erbjuda användaren bestämmas för olika grader av målgruppsomfattning. Höjden 125 cm beräknades fram med en målgruppsomfattning på ¾.

I marknadsundersökningen framkom det att det fanns ett fåtal stegar på marknaden idag som är anpassade för användning i trappa. Dessa stegar har alla gemensamt att man placerar frambenen närmare toppen av trappan och bakbenen närmare botten av trappan enligt figur 5.

Figur 5. Klättringsillustration för de trapphusstegar som finns idag.

På detta klättringssätt måste bakbenen, vid placering i trappa, förlängas för att nå trappsteget under. För att undersöka användarens upplevelse av att klättra i denna riktning gjordes ytterligare en undersökning där de tillfrågade fick svara på frågan “Vilket klättringssätt känns säkrast, rent intuitivt?”. Där hade ett motsatt sätt att klättra på stegen i förhållande till trappan introducerats för de tillfrågade. Det nya klättringssättet illustreras i figur 6.

Figur 6. Klättringsillustration för ett nytt sätt att klättra på stege i en trappa.

I formuläret hade även illustrativa bilder som visade vyn som användaren hade framför sig bifogats till varje klättringsriktning, vilka kan ses i bilaga B. Detta för att svaren skulle bli så sanningsenliga som möjligt. Resultatet var att hela 86 % av de tillfrågade kände att klättring på det senare hållet, med frambenen närmare botten och bakbenen närmare toppen av trappan, kändes säkrare.

Med dessa undersökningar till grund hade det alltså framkommit information angående vilken typ av stege kunden kände sig mest bekväm med idag samt helst skulle vilja köpa, vad kunden skulle vara villig att betala för den samt vad kunden skulle vilja använda stegen till.

2.4 Sammanställning av analysen

De behov som hade framgått ur kundundersökningarna skulle tillsammans med gällande standarder och regler nu sammanställas, för att lägga grunden inför konceptutvecklingen. Denna sammanställning utfördes i två steg. De behov som hade framkommit under analysen överfördes till en QFD. QFD:n innehöll de behov som analysen hade genererat, i form av kundönskemål. Den innehöll även produktegenskaper som korrelerade med kundönskemålen såväl som en konkurrentanalys, vilka gav en fingervisning om vilka produktegenskaper som var angelägna att lägga fokus på. Det fullständiga QFD-huset återfinns i bilaga E. Denna metod användes eftersom den gav en bild av just hur kundönskemålen kunde omvandlas till produktegenskaper. Genom att beräkna den tekniska vikten av produktegenskaperna kunde det avgöras vilka av dessa som var de mest relevanta för arbetet. De produktegenskaper som beräknades vara de viktigaste lades det sedan naturligt mycket fokus på under det fortsatta arbetet. De viktigaste produktegenskaperna var den tillfälliga benlängden, vikten och tyngdpunktens placering. Den tillfälliga benlängden ansågs vara en av de viktigaste produktegenskaperna eftersom det var den som medgav placering i trappa, samt att den medförde att användaren kunde komma tillräckligt högt vid användning av stegen. Vikten spelade stor roll eftersom stegen inte fick bli för tung, så att användaren fick svårt att hantera den, men den fick inte heller vara för lätt. Detta eftersom en för lätt produkt kan upplevas som mindre stabil och därmed inge en mindre upplevd trygghet vid användningen. Stegens tyngdpunktsplacering blev relevant under arbetet eftersom den hade stor inverkan på hur stabilt stegen kunde placeras i trappa. Om tyngdpunkten hamnade för långt ut på stegen ökade risken att stegen skulle falla.

Under arbetet med QFD:n framgick det även att en del av marknaden var outnyttjad, stor potential fanns för en stege som fungerade att använda i trappa, som tog liten plats då den ej användes, var billig, lätt att transportera samt även såklart var säker och speciellt upplevdes som säker för användaren.

Arbetet med QFD:n genererade därefter en teknisk kravspecifikation. Kravspecifikationen finns bifogad i bilaga F. Denna lista med krav användes under arbetet för att säkerställa att arbetet följde de resultat som analysen hade genererat samt för att i slutet av arbetet verifiera att resultatet uppfyllde de krav som målgruppens behov medfört.

3 KONCEPTGENERERING

Med all information som sammanställts från analysfasen togs tre koncept fram som uppfyllde målgruppens behov. De tre koncepten namngavs som Teleskop, Skenor och Tillbehör. Gemensamt för de tre koncepten var att de skulle uppfylla de krav som stipulerats i analysdelen av arbetet.

I analysdelen hade det som nämnt i tidigare avsnitt framgått att det inte fanns några standardiserade dimensioner för trappor idag. Därför var det viktigt att samtliga koncept möjliggjorde en finjustering av benens längd då de skulle stå på ojämnt underlag.

3.1 Koncept 1 - Teleskop

Något som frekvent uppkom i kundanalyserna var behovet av att kunna minimera stegens storlek då den inte användes. Konstruktionen på de stegar som finns på marknaden idag - i synnerhet de stegar som är utformade för att kunna stå i trappor - möjliggör inte någon annan typ av storleksminimering än att stegens ben kan fällas ihop och därmed minska den upptagna volymen på djupet. Den konstruktion som finns idag tillåter alltså inte att stegen minimerar sin storlek på annat sätt än med avseende på djupet, benens och stödbågens längd förblir oförändrade. En möjlig lösning för att minimera stegens totala storlek är att tillämpa en teleskopmekanism, vilket detta koncept byggde på. Konceptet visualiseras i figur 7.

Figur 7. Koncept 1.

Eftersom det i undersökningarna hade visat sig att målgruppen föredrog en utformning på stegen som påminner om den typ av A-stege som idag redan fanns i många hem valdes denna form som grund för koncept 1. Denna typ av utformning bygger på ett känt utseende på en stege, vilket inger en ökad trygghetskänsla för användaren. För detta koncept bestämdes det att användaren skulle klättra mot trappans riktning, precis som på de trapphusstegar som idag finns på marknaden. Detta eftersom teleskopmekanismen tillåter maximalt utnyttjande av den uppnådda höjden, utan att kompromissa med stegens upptagna volym vid förvaring. En sådan här typ av konstruktion ger en mer naturlig centrering av stegens och användarens tyngdpunkt

än om användaren klättrar upp för trappans riktning. Placering av det första konceptet i trappa visualiseras i figur 8.

Figur 8. Koncept nummer ett då den är placerad i trappa.

Tanken bakom konceptet var att hela stegen skulle bestå av en teleskopkonstruktion. Stödbågen skulle kunna fällas ihop helt i höjdled, liksom benen. Benen skulle gå att fälla ut stegvis, med en steglängd på 26 cm. En utmaning som tidigt uppstod vid utvecklingen av detta koncept var hur låsmekanismen för benen såväl som stödbågen skulle se ut. Eftersom stegpinnarna enligt kravspecifikationen skulle klara en belastning på 1500 N ställdes höga krav på hållfastheten hos låsmekanismen. Det var även viktigt att låsmekanismen gav någon form av emotionell återkoppling till användaren att den hade aktiverats, så att användaren kunde känna sig trygg då denne klättrade på stegen. Samtidigt fick det inte vara för avancerat att ändra benens längd. Helst skulle låsreglaget aktiveras automatiskt då benen förlängdes, så att användaren inte riskerade glömma bort detta steg och därmed utsättas för risk vid klättringen. För att möjliggöra en stor användbarhet var det viktigt att produkten upplevdes som intuitiv för användaren. De konstruktioner som utgjorde respektive koncept behövde därför ha ett så nära otvetydigt gränssnitt som det gick att komma. Därför har det i detta koncept lagts stor vikt vid hur låsmekanismen skulle komma att fungera, dels rent konstruktionsmässigt men också med avseende på hur den upplevdes av användaren. Det var viktigt att användaren skulle få någon typ av återkoppling på när konstruktionen var låst, för att känna sig säker vid användandet av produkten. Detta skulle exempelvis kunna ske i form av någon typ av klickljud, eller en visuell bekräftelse av något slag.

För låsmekanismen studerades flera utformningar. Här utforskades några av de konstruktioner på låsmekanism för teleskoplösningar som fanns på marknaden idag. En av de konstruktioner

som tillämpas idag finns på de flesta rullväskor med handtag som säljs. Denna konstruktion går ut på att en liten sprint låser handtagets längd i olika lägen. Sprinten glider längs det yttre rörets inre kant och när handtaget förlängts till rätt längd låser sprinten dess läge genom att fastna i det urtag som finns i det yttre röret. Denna typ av konstruktion är intuitiv och känns bekant för de allra flesta, eftersom nästan alla har använt en sådan här typ av väska någon gång i sitt liv. En annan utformning som studerades var hur dörrar låser sin position i stängt läge. Låsmekanismen består här också av en typ av sprint, men som till skillnad från den hos handtaget på väskor inte är symmetriskt utan istället består av ett på diagonalen halverat rätblock. Geometrin medför att sprinten lätt glider in i dörrkarmens urtag då dörren stängs, men att det sedan inte går att öppna dörren utan att trycka ned dörrhandtaget. Även en sådan här typ av lösning är mycket bekant för de allra flesta.

För teleskopstegens utformning diskuterades det till en början om lösningen på låsmekanismen skulle bli en kombination av de båda ovan beskrivna mekanismerna. På varje rör som utgjorde en del av teleskopkonstruktionen placerades enligt denna idé en liten sprint som fästes med gångjärn på röret, vilken illustreras i figur 9. Denna sprint var utformad likt den som finns på dörrar, med en plan undersida och en välvd ovansida, för att lätt kunna haka fast i de uttag som gjordes på de yttre rörens undre del enligt figur 10. När sprinten gått in i urtaget skulle användaren höra ett bekräftande klickljud på att låsningen hade skett, detta för att användaren skulle känna sig säker då denna klättrade på stegen. Denna typ av konstruktion möjliggjorde att benen lätt kunna fällas ihop genom att trycka underifrån, då sprintens ovansida var välvd, samtidigt som den plana undersidan förhindrade att benen förlängdes mer än önskat.

Figur 9. Välvd sprint som fästs på de inre rörens utsida med hjälp av gångjärn.

Figur 10. Övergripande konstruktion på inre och yttre rör. 13

Då arbetet fortgick insågs det att denna typ av konstruktion skulle förhindra att stegen fälldes ihop “nedåt”, alltså att de mindre rören fälldes in i de större, men det fanns inget som hindrade att de större rören fälldes in i de mindre om rören av misstag skulle tryckas uppåt. Därför reviderades denna idé till en låsmekanism i form av en sprint som förhindrade rörelse i både positiv- och negativ höjdled.

Sprinten som förhindrade att stegen fälldes ihop åt något håll utformades istället liknande de låsmekanismer som idag kan hittas på exempelvis paraplyer. Sprinten var tänkt att fästas med hjälp av en fjäder på den övre delen av varje rör som skulle utgöra stegens ben. Sprinten möjliggjorde sedan att strukturen fixerades då sprinten fastnade i de urtag på de yttre rören, som beskrevs tidigare i denna text. Med hjälp av en knapp förkortades fjädrarna, sprinten drogs in och stegen kunde fällas ihop. Knappen placerades på rörens utsida för att förhindra klämrisk.

För att en sådan här typ av konstruktion skulle kunna fungera behövde det beslutas hur stegpinnarna skulle kunna integreras i lösningen. För att göra användbarheten så stor som möjligt, både med avseende på kognition och fysisk användning i form av hur benen skulle förlängas, beslutades det att stegpinnarna skulle fästas direkt på teleskoprören. Eftersom stegpinnarna i denna typ av lösning skulle vara permanent fastmonterade precis som på en vanlig anliggande stege borde användaren uppleva detta som tryggt och inte känna någon rädsla för att stegpinnarna eventuellt ska lossna, som möjligtvis skulle ha kunnat upplevas om stegpinnarna hade fästs på stegen efter att benen hade ändrats till önskad längd. I detta koncept utgjorde även stegpinnarna gränssnittet mot användaren då stegbenen skulle fällas ut. En skiss av stegen i hopfällt tillstånd illustreras i figur 11. När benet var helt hopfällt var det viktigt att stegpinnarna hade ett avstånd mellan sig som motsvarade det minsta tillåtna avståndet mellan rörliga komponenter som hade stipulerats i kravspecifikationen på två centimeter.

Figur 11. Skiss på teleskopbenets utseende då det är helt ihopfällt.

Idag finns det ingen exakt standardiserad utformning för inomhustrappor. Därmed kan alltså trappan hemma hos olika personer ha olika höjd och stegdjup. Därför var det viktigt att det gick att justera benens längd så att det skulle passa i de flesta trappor som finns i målgruppens hem. Denna justering var tvungen att genomföras på ett annat sätt än den övriga benlängdens justering, eftersom den övriga benlängdens justering byggde på fasta steg.

Lösningen på detta blev att den nedersta delen på vart och ett av teleskopbenen gick att reglera steglöst med hjälp av ett vred som med friktionslås fixerade benens position. På dessa nedersta delar satt inga stegpinnar fästa. På detta vis kunde de nedersta rören möjliggöra både finjustering av benlängden beroende på vilken trappa användaren skulle bruka den i såväl som placering av benen på olika trappsteg i de fall det behövdes. I detta koncept skulle användaren som tidigare nämnt alltså klättra tvärtemot mot trappans riktning. De ben som stöttade upp på stegens baksida, alltså den sida där användaren inte klättrade, skulle konstrueras på samma sätt som de tidigare beskrivna. Dessa ben skulle dock inte ha några stegpinnar fästa på sig, utan enbart bestå av teleskopbenen.

Detta koncept syftade till att minimera stegens storlek så mycket som möjligt då den inte användes. Stödbågen skulle kunna skjutas in helt och hållet. En visualisering av konceptet då det är ihopfällt finns i figur 12.

Figur 12. Teleskopet då den är ihopfälld.

3.2 Koncept 2 - Skenor

De stegar som finns idag och som är tänkta att fungera i trappor har gemensamt att de alla är byggda för att användaren ska klättra på stegen “utför” trappan, likt det klättringssätt som illustrerades i figur 5. Det här konceptet bygger på att användaren istället klättrar i den andra riktningen, alltså längs med trappans egen höjdökning, detta för att minska obehaget vid klättring på stege i en trappa. Konceptet visualiseras i figur 13.

Figur 13. Koncept 2.

När användaren klättrar på stegen uppför trappan istället för utför kommer denne inte lika högt med samma antal steg. Beräkningarna som hade gjorts för stegens höjd var utförda i det fall då stegen skulle stå på vanligt underlag, det vill säga inte i en trappa. Men på grund av att det i kundundersökningen framgick att många upplever det som farligt eller läskigt att klättra på en stege i en trappa, så var detta ett sätt att försöka minimera den upplevda rädslan, genom att klättra längs stegen i en istället, kanske mer “naturlig” riktning. Figur 14 visar hur stegen placeras i en trappa.

Figur 14. Placering i trappa av koncept 2.

Stegen kunde utformas på olika sätt, men eftersom det tidigare framkommit att en A-utformning på stegen är att föredra, utvecklades det några olika varianter i en form- och strukturvariation, där fokus låg på plattformen, benen samt stödbågen enligt figur 15. Här visualiseras antalet leder och hur det minskade i ett av förslagen, nummer 1, där endast två leder behövdes vid plattformen. Vid ihopfällning av benen noterades det då att bakbenen skulle komma att bli längre än frambenen. Detta gav idén om att istället för att förlänga de främre benen, skjuta in de bakre benen vid ihopfällning samt vid användning av stegen i en trappa, figur 16 är en första illustration av hur detta var tänkt att fungera. Figur 17 visar en rendering av hur stegen ser ut när den är ihopfälld.

Figur 15. Form- och strukturvariation på stegen samt illustration av ihopfällning för typ 1.

Figur 16. Stege med skenor på bakbenen.

Figur 17. Rendering av koncept 2 när den är ihopfälld.

För att idén skulle bli ett realistiskt och genomförbart koncept behövdes därför beräkningar för hur mycket klättringsriktningen påverkar funktionen hos stegen. Beräkningarna för stegens golvdjup när den är utfälld gav ett resultat av ett djup på mellan 76,8 cm till maximalt 332 cm. Detta kom från att djupet på plattformen antogs vara 25,0 cm, samt att höjden från golv till plattform var känt, 125 cm. Varför djupet varierar beror på att de tillåtna vinklarna mellan benen och golvet enligt Arbetsmiljöverkets föreskrift även dem är bestämda i ett intervall (Arbetsmiljöverket, 2004).

För att stegen skulle vara stabil och inte välta bakåt i trappan när användaren klättrar behöver lutningen på stegens sida där klättring sker vara något mindre än den vinkel på samma sida hos stegen där klättring äger rum enligt det andra klättringssättet. Detta medför att golvdjupet blir större om inte detta motverkas av den andra sidan (som inte klättras på) genom att ge den en större vinkel. Det medför i sin tur att stegen tar upp mer plats när den är utfälld än de stegar som har klättringssättet på det sätt som finns idag, vilket tillämpades i koncept 1.

Det intervall av golvdjup hos stegen som beräknades fram kunde sedan tala om hur många trappsteg som stegen upptog. Vilket i sin tur ledde till att höjdskillnaden mellan fram- och baksidan av stegens ben kunde beräknas till att vara i intervallet mellan 36,9 till 93,5 cm. Detta är den höjd som också “förloras” när man istället klättrar längs med trappans riktning istället för utför då höjden från marken till plattformen är samma för de båda typerna. Vid optimering av måtten kan alltså minsta “förlorade” höjden vid trappanvändning vara 36,9 cm. För att uppnå denna minsta möjliga “förlorade” höjd måste vinklarna mellan ben och golv vara maximerade, vilket troligen inte är möjligt eftersom det då riskeras att vinkeln mellan frambenen och golvet blir för stor och stegen därmed riskerar att välta vid användningen. Den höjd som förloras kan enkelt kompenseras genom en ökning av stegens plattformshöjd samt genom att lägga till en till två stegpinnar hos stegen. Då skulle stegens plattformshöjd att istället bli 151 cm med ett stegpinnemellanrum på 26,0 cm. På detta sätt kan även fler i målgruppen nås då ¼ av målgruppen hade högre i tak hemma och skulle uppskatta denna

uppnådda höjd mer. Samtidigt kunde eventuella användare gå förlorade då stegen riskerar att bli för stor förvaringsmässigt om inte det skulle gå att lösa på ett annat sätt.

För att öka säkerheten kunde extra tyngd tillföras hos stegens bakben för att förhindra att stegen välter framåt vid användning i trappa. I och med att skenorna var placerade på bakbenen blev det naturligt att de benen vägde mer än frambenen då de antagligen behövde vara tjockare än frambenen för att vara tillräckligt robusta, vilket kan ses i figur 18. Samtidigt behövde det finnas i åtanke att stegen inte fick överstiga den maximala vikt som var specificerad i kravspecifikationen till 15,0 kg.

Figur 18. Illustration av hur skenorna på bakbenen kunde se ut.

Tanken var, i början av utvecklingen av konceptet, att skenor endast skulle vara placerade på bakbenen. Men för att stegen skulle kunna stå placerad i användarnas olika trappor behövde alla stegens ben kunna justeras oberoende av varandra, istället för bara bakbenen. Detta löstes med hjälp utav vred som placerades längst ned på varje ben. Dessa vred styrde förlängningsbenen med ett ökande tryck mot benet för att fästa det i sin position. Detta illustreras i figur 19.

Figur 19. Rendering av benens längdjustering för att passa i användarnas alla olika typer av trappor.

Utöver inskjutningen av bakbenen för att minimera stegens volym när den ej används så skjuts även stödbågen in i skenor längs med högsta delen av stegens framben enligt figur 20. Figur 21 visar en rendering av stödbågen och dess ihopfällning.

Figur 20. Frambenen på stegen har skenor för inskjutning av stödbågen.

Figur 21. Rendering av stödbågens ihopfällning.

3.3 Koncept 3 - Tillbehör

Något som framgick ur kundundersökningarna var att en stor del av målgruppen redan hade en stege hemma. Många av dessa upplevde dock att den stegen som de redan hade hemma inte uppfyllde deras behov av att använda en stege i en trappa. Det uppdagades därför att det fanns en möjlighet att utveckla en produkt som tillgodosåg behoven av att äga en flexibel stege även hos den del av målgruppen som redan ägde en stege och därför möjligtvis inte med lika stor sannolikhet skulle köpa en ny, dyr, stege som kunde stå i trappor. Det skulle troligen vara större sannolikhet att denna del av målgruppen istället skulle köpa ett tillbehör som möjliggjorde positionering av stege i trappa, om tillbehöret var kompatibelt med den stege som de redan hade hemma.

Det tredje konceptet, Tillbehör, skulle därför bestå av ett förlängningsben, kompatibelt med den stege som användaren redan ägde. Den typen av externa förlängningsben som finns att tillgå på marknaden idag är utformade på så sätt att de skruvas, eller på annat sätt permanent monteras, fast på stegens ben. Dessa är dessutom oftast bara kompatibla med det stegmärke som har utvecklat just det specifika tillbehöret. Idén med det tredje konceptet var att det skulle kunna fästas på stegens ben utan att behöva några hål för skruvar eller liknande, det skulle alltså kunna fästas utan att på något sätt deformera stegen. Det skulle vidare behöva kunna reglera storleken på de infästningar som säkrade Tillbehörets position på stegens ben, eftersom det idag inte finns någon standardiserad utformning av stegar. Anledningen till detta var att Tillbehöret skulle passa på alla stegar, oberoende av vilken stege användaren redan hade hemma. Konceptet visualiseras i figur 22.

Figur 22. Koncept 3.

Utformningen av Tillbehörets externa förlängningsben var tänkt att bestå av två infästningspunkter, för att öka stabiliteten jämfört med endast en infästningspunkt, som skulle förankras i det externa benet. Förlängningsbenets längd skulle med hjälp av vred och friktionsbrickor steglöst justeras för att kunna anpassas till den aktuella trappans dimensioner. I och med den steglösa justeringen medföljde finjusteringen hos detta koncept automatiskt.

Tanken var, i början av utvecklingen av konceptet, att Tillbehöret skulle fästas med hjälp av en kraftbetingad låsmekanism med två infästningspunkter, ovan- och nedanför någon av stegens stegpinnar. Idén var att låsmekanismen skulle bestå av en yttre elliptisk del i metall, som med hjälp av gångjärn kunde ändra sin omkrets då användaren skruvade åt en skruv på ellipsens utsida. Detta illustreras i figur 23. Inuti metallen skulle det därefter finnas ett räfflat gummihölje, som ändrade sin omkrets tillsammans med metallellipsen. Friktionen mellan gummihöljet och stegens ben skulle då säkra Tillbehörets position. Genom att placera infästningarna kring en av stegpinnarna gavs en ännu större säkerhet, om Tillbehöret skulle börja glida skulle stegpinnen förhindra att stegen kollapsade genom att agera som ett fysiskt stopp för Tillbehörets rörelse.

Figur 23. Infästningens utformning som den var tänkt i arbetets början.

Vid vidare arbete framgick det dock att endast en kraftbetingad låsning inte skulle vara tillräckligt säker för ändamålet. Därför justerades infästningarnas utformning till att vara konisk. Denna typ av formbetingad låsning i kombination med den kraftbetingade förmodades ge en säkrare infästning än enbart den kraftbetingade. Gummihöljet blev i och med denna justering dessutom mycket tjockare än i tidigare iterationer, vilket minskade risken att det skulle slitas sönder allt för snabbt. Den koniska infästningens utformning illusteras i figur 24. Den slutgiltiga utformningen av koncept 3 illustreras i figur 25.

Figur 24. Den koniska infästningens utformning. 22

Figur 25. Koncept 3.

3.4 Utvärdering av koncepten

Utvärderingen av koncepten skedde i flera steg. Vid utvärdering av koncept är det viktigt att ta hänsyn till redundans och risken för subjektiv bedömning, varför det blev relevant att använda flera olika utvärderingsmetoder för att uppnå en så rättvis bedömning som möjligt av de tre koncepten. Utvärderingen bestod av en del som rent teoretiskt bedömde hur väl koncepten uppfyllde de behov som målgruppen hade, samt en del där koncepten utvärderades genom att undersöka hur användaren skulle kunna uppleva processen av att hantera vart och ett av dem. Den första delen av utvärderingen bestod av Kriterieviktsmetoden. De olika koncepten utvärderades här utifrån hur väl de uppfyllde de viktade kundönskemål som hade listats i QFD:n. Under denna del av utvärderingen bedömdes koncepten relativt varandra hur väl de uppfyllde behoven, utan att använda något referenskoncept. Anledningen till detta var att de tre koncepten ansågs vara så pass olika uppbyggda att det var svårt att bedöma dem likvärdigt mot ett referenskoncept. Utefter denna bedömning kunde det därefter avgöras vilka av koncepten som bäst uppfyllde kraven. Kriterieviktsmatrisen återfinns i bilaga G. Efter denna del av utvärderingen stod det klart att koncept 1, Teleskop, var det som sämst uppfyllde de funna behoven. Konceptet föll på att det inte var särskilt enkelt för användaren att hantera, samt att det innehöll så pass många rörliga delar och skulle bestå av en så komplicerad konstruktion att det inte skulle falla inom rätt priskategori.

Nästa del av utvärderingen bestod av att genomföra kundresor. Här valdes det att iscensätta en identisk situation för varje koncept, där det sedan genom kundresor kunde undersökas hur användaren upplevde varje steg i processen. Situationen som valdes för ändamålet blev att använda stegen för att måla en vägg i en trappa. Anledningen till att just denna situation valdes var att det under undersökningsfasen hade framgått att denna typ av användning av stege i trappa var ett vanligt förekommande behov hos användarna. Den representerade också flera kritiska delsituationer, såsom att bland annat klättra på stegen i trappan bärandes på föremål, att behöva hålla i ett föremål samtidigt som ett arbete som kräver användarens händer, samt att behöva justera stegens position flera gånger under en kortare tid. Under kundresorna togs användarens tankar och känslor i beaktning, såväl som vad användaren faktiskt behövde

genomföra för moment under användningen. Kundresorna för varje koncept återfinns i bilaga H. Även här insågs att koncept 1, Teleskopet, skulle bli allt för omständigt för användaren eftersom det innefattade en hel del justeringar av stegens benlängd och höjd. Det insågs också här att Teleskopkonceptet skulle bli så tungt att det blev otympligt för användaren.

Valet stod nu alltså mellan koncept två, Skenor, och koncept tre, Tillbehör. Valet föll på koncept nummer två, Skenor. Anledningen till detta var att det ansågs för osäkert att ta fram ett koncept som Tillbehöret, som inte skulle permanent monteras på användarens stege utan endast hållas i position med hjälp av friktionskraft. Risken att inte kunna fästa Tillbehöret säkert nog på användarens stege var allt för stor, speciellt med tanke på att stegbenens tvärsnittsdimensioner varierar så pass mycket som de gör på dagens stegar. Det skulle inte vara möjligt att utveckla Tillbehöret på ett tillräckligt säkert sätt, och verifiera att det faktiskt skulle fungera så pass bra, att det passade för detta projekt att fortsätta utveckla det. Koncept två, Skenor, gick däremot att verifiera hur pass säkert det skulle vara att använda. Dessutom hade det i undersökningsfasen visat sig att A-stege formen var den form på stege som målgruppen föredrog. Konceptets utformning medförde att stegen blev enkel för användaren att hantera, och den bekanta utformningen på stegen gjorde att användaren kände en ökad trygghet.

4 VIDAREUTVECKLING AV VALT KONCEPT

I kapitlet som följer beskrivs arbetet som följde efter att valet angående vilket koncept som skulle vara föremål för vidare arbete hade genomförts. Avsnittet inleds med en övergripande genomgång av konceptets utformning. Därefter skildras vidare undersökningar som konceptet krävde, samt arbetet gällande dimensionering av kritiska delar.

4.1 Översiktlig genomgång

Det vinnande konceptet blev efter utvärdering alltså koncept nummer två. Detta koncept består av ett flertal olika komponenter som kommer att diskuteras i detta kapitel. I figur 26 illustreras konceptet och dess olika komponenter visualiseras.

Figur 26. Översikt av det valda konceptet

4.2 Klättringsriktningen

För att kunna verifiera det valda konceptet behövde det undersökas mer noggrant gällande konceptets klättringsriktning. Det valda konceptet baserades på att användaren klättrade längs med trappans riktning istället för utför trappan. De trapphusstegar som finns på marknaden idag är konstruerade så att användaren klättrar tvärtemot trappans riktning, enligt figur 5. Denna typ av klättring medför att användaren hela tiden upplever sig vara väldigt högt från marken, eftersom hen då hela tiden ser ner till foten av trappan. Vid klättring längs med trappans riktning upplever sig användaren inte alls lika högt ovanför marken, vilket kan bidra till en större känsla av trygghet.

Det behövdes undersökas djupare om användaren upplevde klättring längs med trappans riktning som mindre obehaglig än tvärtemot trappans riktning, vilket var hypotesen som det valda konceptet byggde på. Eftersom säkerhet, och därmed upplevd trygghet, var något som vägde tungt i behovsanalysen var denna hypotes av stor vikt att bekräfta för det fortsatta arbetet. För att genomföra denna del av undersökningen skickades ett formulär ut till målgruppen där de fick besvara frågan gällande om det kändes mest intuitivt säkert att klättra längs med trappans riktning eller tvärtemot den. För att illustrera känslan som de olika klättringsriktningarna gav fanns det bilder som skulle ge användarna en känsla av att klättra i trappan. Dessa illustrationer återfinns i bilaga B. Resultatet från undersökningarna verifierade i teorin att klättring längs med trappans riktning rent intuitivt kändes säkrare än motsatsen.

Vidare behövde det undersökas om det var möjligt att klättra längs med trappans riktning utan att riskera att trilla bakåt, samt att det behövde undersökas hur användaren upplevde denna typ av klättring i praktiken. För denna undersökning framställdes en enkel prototyp av en stege som användes för test av klättring i trappa. I undersökningen testades klättringen av flera olika personer som fick ge sina åsikter om hur klättringen upplevdes, de fick ge synpunkter på eventuella justeringar på stegen som de hade önskat för en tryggare upplevelse, till exempel uttryckte en testperson en önskan av att ha en låsning gjord av metall mellan fram- och bakben och inte bara ett band.

Under undersökningen observerades även testpersonerna under användning, exempelvis med avseende på var i trappan och var på trappsteget de placerade stegen, vilka säkerhetsåtgärder de vidtog innan och under klättring samt hur högt de vågade klättra utan att känna obehag. Det noterades att flera testpersoner först ville försäkra sig om att stegen var stadigt placerad i trappan innan de började klättra. En testperson uttryckte även att det kändes bra ända tills hen tittade bakåt och insåg att det var långt ned till marken. Samtliga testpersoner upplevde det som stabilt och att bakbenet ej lyfte från trappsteget. Stegens placering i trappa under undersökningen visualiseras i figur 27.

Figur 27. Test av klättringsriktningen.

I de undersökningar som gjorts hade det uppdagats att det inte finns någon standardiserad utformning på de trappor som finns idag. Därför var det av stor vikt att de förlängningsbara benen möjliggjorde placering i trappor av olika dimensioner, samt att benens längd behövde kunna finjusteras. För att lösa detta problem på ett så smidigt sätt som möjligt för användaren valdes det att integrera en steglös benjustering för det valda konceptet. På så sätt kunde användaren justera benens längd och i samma moment finjustera den. Här valdes friktionsbrickor som lösning för att kunna låsa benens position. Denna lösning är beprövad på de trapphusstegar som finns på marknaden idag och ansågs därför säker att integrera i ett sådant här koncept.

4.3 Kraftanalys

För att kunna utföra de beräkningar som krävdes för att vidareutveckla konceptet behövdes det göras en kraftanalys. Denna gjordes i flera steg. Beräkningarna inleddes med att en global jämvikt ställdes upp, se figur 28 för schematisk figur. Genom denna kunde de uppkommande normalkrafterna från golvet mot stegens ben beräknas beroende på placeringen x av stegens globala tyngdpunkt. Då delarnas utformning och material inte var bestämt ännu var tyngdpunktens placering för stegen okänd. Därav har analysen gjorts utifrån att tyngdpunktens placering varierade i horisontalplanet, från stegens framben till stegens bakben. Detta för att jämföra de uppkommande krafterna med avseende på tyngdpunktens placering.

Anledningen till att det var intressant att undersöka normalkrafterna i ett obelastat fall var att det i inledningen av denna fas, vidareutvecklingen, fanns en tanke om att integrera en sugkopp på stegens bakben, för att förhindra att stegen skulle falla bakåt vid användning i trappa. För att undersöka huruvida denna lösning skulle behövas var det relevant att studera vilka uppkommande normalkrafter som förekom på stegen då det inte fanns någon sugkopp som hindrade stegen från att falla. För att beräkna friktionskrafterna användes friktionstalet 0,5, som är friktionstalet mellan gummi och trä (Holmqvist, C & Svedberg, I, 2012). Här antogs det alltså att de flesta av trapporna hemma hos användarna skulle vara tillverkade i trä.

Figur 28. Schematisk illustration. 27

När denna undersökning var gjord studerades fallet då stegens bakre ben skulle vara utrustad med en sugkopp. För detta fall studerades också hur stor denna sugkoppskraft skulle behöva vara om stegen belastades med den pålagda kraften som en teoretisk användare skulle medföra. Här granskades extremfallet då sugkoppen skulle behöva hindra stegen från att falla när bakbenen släppte från marken, alltså när normalkraften N_Jskulle vara lika med noll. Även här studerades olika fall beroende på var stegens tyngdpunkt skulle vara placerad. Den största erforderliga sugkoppskraften beräknades till cirka 130 N.

Under arbetet med denna del av kraftanalysen studerades naturligtvis de sugkoppar som finns på marknaden, för att undersöka möjligheterna att integrera en sådan typ av lösning i det valda konceptet. Ett krav för att kunna integrera lösningen var att den skulle gå enkelt att hantera för användaren, eftersom det i analysfasen hade framgått att smidig användning var något som skattades högt av målgruppen. Under detta arbete framgick det att en sugkoppslösning skulle kräva för mycket möda för användaren för att det skulle vara tillräckligt smidigt. För att kunna fästa sugkoppen på trappsteget, som lösningen var tänkt att fungera, behövde lösningen fästas ordentligt. Fästningsprocessen gick inte automatiskt, utan användaren skulle vara tvungen att manuellt låsa fast sugkoppens placering i trappan. Speciellt eftersom sugkoppslösningen främst skulle komma till användning just då stegen brukades i trappa ansågs den vara för omständlig för användaren att nyttja, eftersom användaren vid brukandet av stegen i trappa antagligen skulle flytta stegen flera gånger under användningen. Det skulle då vara för krångligt för användaren att hela tiden lossa på och spänna fast sugkoppen. Därför undersöktes alternativa möjligheter för att få stegen att stå säkert i trappan.

Det beslutades att undersöka möjligheten att integrera en liten fot på stegens framben som skulle förhindra att stegen välte. För detta gjordes en liknande beräkning som för sugkoppen. En global jämvikt ställdes upp och N_Jsattes till noll, eftersom det här skulle undersökas huruvida foten skulle kunna förhindra att stegen föll, och hur lång foten i så fall skulle behöva vara. Även här ställdes ekvationerna upp som funktioner av placeringen av stegens totala tyngdpunkt. Fotens möjliga längd begränsades av djupet på det trappsteg som stegen skulle stå på. Här antogs trappan följa de rekommendationer som tidigare beskrivits i avsnitt 2.2, Litteraturstudier, på minst 25 cm trappstegsdjup. Enligt beräkningar då stegen antogs placeras tätt intill nästa trappsteg framgick det att foten fick vara som längst 12,9 cm. Beräkningen för den erforderliga längden på foten så att stegen ej skulle välta varierade mellan 0-13,5 cm, beroende på tyngdpunktens placering i x-led. Då tyngdpunkten sannolikt inte skulle hamna så långt fram på stegen så att en fot på 13,5 cm skulle behövas, ansågs en fot som en rimlig lösning på problemet. Med detta som grund beslutades det att välja att integrera en fot på stegens framben med längden 12 cm för att förhindra att stegen välte.

Därefter undersöktes det när under användningsprocessen de största normalkrafterna uppstod. Global jämvikt ställdes upp för fallet då stegens bakben var utfällda och stegen således var placerad på plant golv och för fallet då stegens bakben var infällda och stegen därmed stod placerad i trappa. Det framgick att de största uppkommande krafterna uppstod då stegen stod placerad på plant golv. Detta fall utgjorde därför grunden till resterande del av kraftanalysen, där reaktionskrafterna i lederna skulle undersökas.

För detta gjordes en kvasistatisk jämvikt där ekvationerna ställdes upp enligt den schematiska figur som illustreras i figur 29. Jämvikt för varje del ställdes upp och löstes för varje möjlig placering av den pålagda kraften Fman som alltså representerade användaren, i extremfallet då kraften var 1500 N, det vill säga den maximala kraft som stegen skulle dimensioneras efter. Positionen för Fman varierade då den teoretiske användaren stod på de olika möjliga

stegpinnarna samt plattformen. De uppkommande reaktionskrafterna analyserades för de olika fallen och vid dimensioneringen har de största uppkommande krafterna använts vid beräkningarna. De största uppkommande krafterna presenteras i tabell 1. Här räknas plattformen som steg nummer fem. För denna del av kraftanalysen försummades massan för plattformen respektive stödpinnarna. Detta medförde att reaktionskrafterna i punkterna _{​E ​och ​F ​fick samma} värde. Dessa förenklades till att enbart betecknas med notationen _​E.

Figur 29. Friläggning av det valda konceptet

Tabell 1. De största uppkommande krafterna i kraftanalysen.

Kraft Värde [N] Uppkom då användaren stod på steg

(räknat nedifrån) nummer:

N_A 1470 1 N_J 782 5 R_DX 1040 1 R_DY 1320 5 R_EX 391 5 R_EY 1040 5 R_HX 782 5 R_HY 1450 5 29

4.4 Dimensionering

Vid utvecklingen av stegen beslutades det att dimensionera de ingående komponenter som var utsatta för kritiska belastningar. I följande avsnitt kommer dimensioneringen av aktuella komponenter att redovisas. Dessa komponenter var:

- Stegpinnarnas bäraxlar, dimensionerade med avseende på utböjning - Stegens ben, dimensionerade med avseende på utböjning

- Rotationsaxlarna som sammanlänkade plattformen och stegens ben med tillhörande glidlager, dimensionerade med avseende på skjuvning respektive yttryck

- Plattformen, dimensionerade med avseende på utböjning - Stödpinnarna, dimensionerade med avseende på dragspänning

Vidare behövde det ansättas ett material att arbeta med för att kunna utföra dimensioneringen av stegen. Här valdes aluminium som ansatt material. Anledningen till detta var att stegen behövde tillverkas i ett material som var starkt men samtidigt lätt, eftersom ett av kraven för stegen var att den skulle kunna hanteras med enkelhet av en person. Här valdes olika typer av aluminium för de olika komponenterna, beroende på vilka hållfasthetskrav de hade samt deras storlek. Detta eftersom vissa av delarna behövde vara i ett starkare material än de andra för att kunna vara tunt nog för att uppfylla viktkravet. Säkerhetsfaktorn 2 ansattes för samtliga beräkningar. Samtliga ansatta material med tillhörande relevanta materialegenskaper presenteras i tabell 2.

Tabell 2. Indata för dimensioneringen

Komponent Material E σ_s Framben AA 7075-T6 72 470 Bakben SS 4338-06 70 380 Förlängningsben fram SS 4338-06 70 380 Förlängningsben bak SS 4338-06 70 380 Rotationsaxlar vid plattform SS 4338-06 70 380 Plattform SS 4338-06 70 380 Bäraxlar vid stegpinnar SS 4338-06 70 380 Stegpinnar SS 4338-06 70 380 4.4.1 Stegpinnarna

Stegpinnarnas bäraxlar behövde dimensioneras med avseende på skjuvspänning. Effektivspänningen beräknades med hjälp av von Mises flytvillkor (1), där skjuvspänningen ansågs dominerande. Därefter beräknades den största tillåtna spänningen med hjälp av ekvation (2). Axeldiametern kunde då slutligen beräknas enligt ekvation (3).

τ

s

=

_√3σs (1)

τ

_till

=

_nτs ₍₂₎

d =

√

_{τ π} till 4Fman ₍₃₎ 30

Den minsta tillåtna axeldiametern för stegpinnarnas bäraxel med avseende på skjuvning beräknades till ungefär 4 mm. Axeldiametern ansattes till 7,5 mm.

Därefter behövde stegpinnarnas tvärsnitt dimensioneras med avseende på utböjning. Tvärsnittsbredden ansattes till 30,0 mm och den maximalt tillåtna utböjningen ansattes till 2,00 mm. Tvärsnittshöjden beräknades därefter med elementarfall 31.3.1 (Alfredsson, 2016). Beräkningarna skedde enligt ekvation (4)-(6). Den maximala tillåtna utböjningen ansattes till 2,00 mm.

δ =

F_3EImanL3 ₍₄₎

I =

bh₁₂3 (5)

h = (

12F_δ3EbmanL3

)

1/3

(6) Det minsta tillåtna tvärsnittet för stegens ben beräknades till 2,24 mm. Tvärsnittshöjden för stegpinnarna ansattes till 2,50 mm.

4.4.2 Stegens ben

Stegens ben dimensionerades med avseende på böjning. För denna del av stegen gjordes separata dimensioneringar med avseende på böjning för frambenen, de främre förlängningsbenen, bakbenen och de bakre förlängningsbenen. Varje del dimensionerades med hjälp av tvärkrafts- och momentberäkningar där jämvikt ställdes upp för varje relevant intervall, enligt bilaga I. Därefter användes de maximalt uppkommande krafterna i varje intervall för att dimensionera med avseende på böjning. Stegens ben skulle tillverkas med ett ihåligt, ovalt tvärsnitt. Benen skulle vara belastade med både ett böjande moment och en drag- eller tryckspänning. Spänningen i varje ben ställdes därför upp enligt ekvation (7).

z

σ =

M_Ib

max

+

N_A (7)

För att kunna lösa ekvationen bestämdes därefter rörets yttermått samt förhållandet mellan de olika radierna _{​a ​och ​b, ​enligt ekvation (8)​.}

a

=

3b₂ (8)

Yttröghetsmomentet för en elliptisk cylinder med ihåligt tvärsnitt fås enligt ekvation (9) som

(a b

b )

I =

π₄ y 3y

− a

i i3

​

(9)

där ayoch by respektive ai och bi representerade ellipsens ytter- respektive innerradier. Arean för den ihåliga ellipsen ställdes upp enligt ekvation (10).

(a b

b )

A = π

y y

− a

i i

​

(10)

Genom ekvationslösning av ekvation (7)-(10) kunde stegens innerradier bestämmas. För varje största tillåtna värde b_i som beräknades ansattes en minsta tillåten väggtjocklek _{​t. ​Därefter}