Utveckling av en ytterväggshuv för ventilationsanläggningar
Development of an external louvre for ventilation systems
Albin Jonehög
Hälsa, natur- och teknikvetenskap
Högskoleingenjör med inriktning maskinteknik
Examensarbete för högskoleingenjörsexamen i Maskinteknik 22,5 HP Handledare: Anders Wickberg
Examinator: Anders Gåård Datum 2020-06-18 Löpnummer: 1.0
Sammanfattning
Examensarbetet utfördes på Flexit i Töcksfors och innefattar en produktutvecklingsprocess från idé till analyserad prototyp av en ytterväggshuv. Arbetet fokuserades på att utveckla en befintlig produkt som krävde förbättringar.
De två huvudsakliga målen var att reducera tillverkningskostnaden med minst 20% samt konstruera för reducerad frostbildning i jämförelse med befintlig ytterväggshuv. Tillverkningskostnaden reducerades med ca 40% för den utvecklade prototypen. Frostbildningen blev reducerad med avseende på lägre tryckfall, hastighet och större nyttig intagsarea, men med hur mycket kan inte förutsägas då inga praktiska test genomförts.
Funktionsanalysen innehöll 17 funktioner, 15 av dessa blev uppfyllda medan ljudnivå samt hinder för djur att ta sig in i systemet inte kunde förbättras.
Som stöd för produktutvecklingsarbetet gjordes en strömningssimulering (CFD) på CAD-modellen. Det utfördes också laborationstester på företaget av tryckfall och flöde samt ljudbildning, för att kunna jämföra den utvecklade produkten mot den befintliga.
Abstract
This thesis was performed at Flexit located in Töcksfors and had a main focus on a product which needed development.
The two main targets of the project were to reduce the manufacturing cost with 20% and design the new product for reduced ice accretion compared to the current louvre. The manufacturing cost was reduced 40
% for the developed product. The ice accretion was reduced with respect to pressure drop, velocity and larger useful area, but with how much the design reduced ice accretion can’t be predicted because practical tests haven’t been performed.
The functional analysis had 17 different functions, 15 of these were accomplished, while sound level and small animal protection for the system not could be improved.
As support for the development work a CFD-simulation on the CAD-model was made. Tests on pressure drop, flow and noise level were made in the company’s laboratory. This was to make it able to compare the current product with the developed.
Innehållsförteckning
1 Inledning 8
1.1 Bakgrund 8
1.2 Problemformulering 8
1.3 Syfte 8
1.4 Mål 9
1.5 Avgränsning 9
2 Teori 10
2.1 Teoretisk analys av frostbildning 10
2.2 Design for Manufacturing 11
2.3 Underlag för funktionsanalys 12
2.3.1 Tillverkningsbakgrund hos företag 12
2.3.2 Allmänna krav för ventilation 13
3 Metod 15
3.1 Process 15
3.2 Planering 15
3.3 Förstudie 17
3.4 Konceptframtagning 18
3.5 Konstruktion 18
4 Resultat 20
4.1 Förstudie 20
4.1.1 Beskrivning av befintlig ytterväggshuv 20
4.1.2 Funktionsanalys 22
4.1.3 Frostbildning 23
4.2.3 Produkt FMEA 28
4.2.4 Dimensionering 29
4.3 Konstruktion 31
4.3.1 CAD 31
4.3.2 Beskrivning av utvecklad ytterväggshuv 31
4.3.3 Provplan för prototyp 36
4.3.4 Tillverkning och analys av prototyp 36
4.3.5 Simulering & testning av prototypen 41
4.3.5 Funktionell analys av prototyp 47
5 Diskussion 49
6 Slutsats 53
Bilaga A – WBS
Bilaga B – Teknik i förstudien Bilaga C – 6-3-5 metoden Bilaga D – FMEA för produkt Bilaga E – Ritningsunderlag Bilaga F – CFD simulering
Bilaga G – Resultat från laborationstester
Ordlista
Ytterväggshuv - En ventil som huvudsakligen är gjord för att kunna byta ut luftkvantiteter.
Ventilation - Luft som byts ut i ett rum.
Uteluft - Den luft som är i de fria.
Inluft - Den luft som tas in genom ventilens öppning.
Avluft - Luft som förs från huset ut i det fria.
Nitförband - Ett sätt att permanent sammanbinda två komponenter med hjälp av en nit som deformeras.
Fläns – Vid intag används i vissa fall dessa för att ge bättre luftflöde BAD – Brain Aided Design
PAD – Pencil Aided Design CAD – Computer Aided Design CFD – Computational Fluid Dynamics
Aerosoler - Små partiklar som tillsammans bildar en gas.
Buller - Icke önskvärt ljud
Avsiktligt blank sida för dubbelsidig utskrift
1 Inledning
1.1 Bakgrund
Examensarbetet utförs hos Flexit i Töcksfors. De har ett fokus på klimatanläggning och friskluftsventilation i byggnader. De jobbar ständigt med att förbättra luftmiljön inomhus för individen, detta har pågått sedan 1974 då företaget etablerades. [1]
De tillverkar bland annat ytterväggshuvar som kapslar in luftintaget till ventilationsanläggningar. Dessa produkter är tillverkade av tunnplåt. Huvarna har behov av att utvecklas för att minimera frostproblem vid låga temperaturer. Samtidigt är det önskvärt att minska tillverkningskostnaden.
Examensarbetet inriktas på ytterväggshuvens funktionalitet, tillverkningsbarhet samt servicebarhet.
Produktutvecklingsprocessen omfattar hela vägen från förstudie till färdig prototyp.
En ytterväggshuv, kan man beskriva som en kapsling över en öppning i väggen där friskluft tar sig in i byggnaden. Denna kallas inluft och det är detta uppgiften innefattar. Liknande ventiler används också till avluft. Korrekt dimensionerade ventilationsanläggningar bidrar i sin tur till att luften inomhus blir betydligt mer behaglig på grund av syresättningen. Dålig luftkvalitet är ett relativt vanligt problem eftersom ventilation inte alltid beaktas och tas lika seriöst som det borde. [2]
1.2 Problemformulering
En produktutvecklingsprocess från idé till färdig samt analyserad prototyp, med huvudsakligt fokus på konstruktion.
● Minska tillverkningskostnaden eftersom befintlig produkt är för dyr.
● Reducera frostansamling på galler, eftersom detta reducerar produktens funktionalitet.
1.3 Syfte
Syftet är generera fram en så bra lösning som möjligt med avseende på aspekterna funktionalitet och tillverkningsbarhet. Produkten ska anses vara säker för både operatör och montör.
Arbetet baseras på kunskaper som förvärvats under studietiden samt ökade kunskaper kring det
1.4 Mål
“Hur ska produkten omkonstrueras för att få en förbättrad funktion med en reducerad tillverkningskostnad”.
Målet är att förbättra den befintliga produktens funktionalitet med tilltalande estetik, samtidigt som reducerad tillverkningskostnad och frostbildning eftersträvas.
För att detta ska uppfyllas så ska följande steg genomgås.
● Studie kring byggkrav för luftintag samt teorin bakom frostfenomenet och reducerad tillverkningskostnad.
● Generering av koncept baserat på de krav som ställs i den egenskrivna funktionsanalysen.
● CAD konstruktion, ritningar och bilder ska redovisas. För att möjliggöra tillverkning av denna.
● Tillverkning av prototyp och simulering av flöden, tryckfall samt ljudprovning.
● Allt ska dokumenteras successivt i en teknisk rapport.
● Redovisningar av arbete. Två redovisningar under tidens gång samt slutredovisning.
1.5 Avgränsning
Ramarna för vad som ska ingå:
● Produkt från idé till analyserad prototyp med huvudfokus på konstruktion av ytterväggshuven.
● Materialval, begränsad till tunnplåt.
● Total tillverkningskostnad reduceras med 20% från befintlig produkt.
● Frostansamling vid intag.
● Reducering av kondensinsläpp.
● Ska endast innefatta en ytterväggshuv Ø125 som är gjord för att ta emot inluft.
● Emballering
Ramar för vad som inte ska ingå:
● Det ska inte ingå industrialisering och uppföljning av produktion.
● Ingår ej kundanalys, marknadsanalys, marknadsföring och produktdatablad
2 Teori
2.1 Teoretisk analys av frostbildning
I en studie från Nordnorge [3] gjordes en analys kring luftintag, se Figur 1. Det dokumenterades ett flertal tester där vattenavrinning, lufthastighet och isbildning beaktades. I kallare regioner finns ett problem då frostpartiklar kan lägga sig på intaget, detta hindrar då luftflödet. Följden av detta är att differentiellt tryckfall uppkommer, när intaget utsätts för isbildning så byggs gallret på succesivt med is, detta medför att den nyttiga intagsarean blir mindre och detta ger ett högre tryckfall över intaget. I studien analyseras frostproblemet numeriskt och olika utföranden på intag jämförs för att hitta den bästa utformningen.
Figur 1, Visar utförandet på olika sorters horisontella intag. [3]
Optimal vinkel på flänsarna är 45° enligt analysen. Det dokumenterades även att rundade kanter på flänsarnas tvärsnitt gav en förbättrad strömlinjeformning, se Figur 2. Detta bidrog till en mer jämn isfördelning över flänsarna. Detta är en fördel då luftintaget klarar sig längre innan den blir helt tilltäppt.
[3]
Figur 2, Visar två sorters utformning av två luftintagsflänsar utsatt för isbildning. [3]
Designparametrar vid skapande av ventilation
• Val av utförande av de luftintag beroende på användningsområde och i vilket land denna ska användas.
• Klara av de luftmängder som krävs för att driva värmeväxlaren för att syreberika hela lokalen.
• Distans mellan intag ute vid väggen ända tills anslutningen in i byggnaden. En längre distans mellan detta kan bidra till ett högre tryckfall över anslutningen.
• Anpassad placering av intag med beaktning på vindens beteende ute i de fria. Även välja den vägg som bibehåller lägst ljudnivå för att kunna minimera intag av ljud i byggnader.
• Uppfylla prestandakrav som ställs, så som hållfasthet, korrosionsbeständighet och flöde etc. [4, s 32.18]
2.2 Design for Manufacturing
Design for Manufacturing (DFM) [5] är en lämplig metod eftersom en reducerad tillverkningskostnad är av intresse. Denna kan grupperas upp i att vara 5 olika rubriker enligt följande…
Process
Vid start av den produktutveckling som komma ska, så är det viktigt att från början veta hur den befintliga produkten tillverkas i dagsläget. Hur många olika maskinella bearbetningsmetoder som krävs samt hur många ingående komponenter som sitter på produkten behöver observeras. Även den tolerans produkten kräver behöver analyseras.
Design
Det är naturligtvis nödvändigt att ta hänsyn till det estetiska och produktens utseende. Dock är det inte det enda ordet design innefattar i sammanhanget. Det är viktigt att analysera hur produkten tillverkas och dess toleranser. Det kan vara toleranser på olika mått och vinklar som bör uppfyllas för att produkten ska kunna monteras. Uppfylls inte detta fullt ut så kommer produkter och material att gå till spillo, vilket leder till ökade kostnader.
Material
Det är viktigt att analysera de olika egenskaper det specifika materialet bör ha. Helt beroende på vad produkten eller detaljens funktion blir så bör materialvalet analyseras. Man bör kolla över kostnad, korrosionsmotstånd och formbarhet etc.
Miljö
Liksom med allt annat som tillverkas så bör miljön beaktas. Detta skiljer sig från produkt till produkt, om den största miljöbelastningen är material eller användning. Exempel för bilar är oftast den största miljöbelastningen användningen, till skillnad från en golvmatta där materialet är den största miljöbelastningen. [6]
Kvalitet och säkerhet
För att kunna mäta kvalitet och säkerhet är standarder ett bra medel. Dessa används för att på ett relativt enkelt sätt veta vad man ska förhålla sig till. En standard är något att förhålla sig till, som är uppbyggt av stadgade gränser man bör hålla sig inom för att uppnå en tillförlitlighet till exempel.
2.3 Underlag för funktionsanalys
Nedanstående fakta är underlaget till den skrivna funktionsanalysen för luftintaget som ska vidareutvecklas i detta arbete.
2.3.1 Tillverkningsbakgrund hos företag
Dagens utbud av detta luftintag finns i tre storlekar, det som skiljer sig mest är dimensionen på den cirkulära luftanslutningen som ska sättas in i väggen. De tre produktvarianterna är Ø 200 mm, Ø 160 mm respektive Ø 125 mm. Se Figur 4.
Figur 4, Visar de olika dimensioner av det utbud som finns hos befintlig produkt. [7]
Vid tillverkning av de tre varianterna är följande total tillverkningskostnad, se Tabell 1.
Tillverkningskostnaden är den kostnad som blir från tillverkning till färdig emballerad förädlad produkt.
Tabell 1, Visar försäljningen under två år med följande totala tillverkningskostanden.
2.3.2 Allmänna krav för ventilation
Direktivet för byggkvalitet i Norge [8] har fyra principer som bör följas för ventilation, enligt följande…
Utformning och placering
TEK17 § 13–1 Allmänna krav kring ventilation
• Placering av luftintaget kan reducera mängden aerosoler i luften att dras med in i luftsystemet. Detta kan göras genom att placera denna i motsatt vägg mot väg där bilar kör.
• Skärm framför luftintagsgallrett, med tillräcklig volym bakom vilket ger tillfredsställande låg lufthastighet.
• Konstant lufthastighet över luftintagsgallret, ska helst inte överskrida 1–1,5 m/s för att uppnå ett gott resultat.
• Tvättbart och vattentätt golv i rummet bakom luftintagsgallret. Golvet ska ha en golvbrunn och tillfredsställande fall mot utlopp. [8]
Fukt
TEK17 § 13–9 Allmänna fuktkrav
De material och de detaljer som kan förväntas bli utsatta för fukt bör vara konstruerade på så vis att kunna motstå detta på grund av följande risker.
• En relativt hög luftfuktighet kan orsaka svamptillväxt, aerosoler, dålig lukt för individen och kan även ge en negativa reaktioner på material i närheten.
• Robusthet mot fuktpåverkan innebär produktens motstånd för att motstå fukt, men även utformas så torkhastigheten blir hög. [9]
Ljud & tryckfall
Buller definieras som oönskat ljud. Människor individuellt störs av olika ljud. Alltså är det viktigt att ta hänsyn till detta vid konstruktion av luftintag. Detta då produkten i sig kan ge ifrån sig ljud vid vissa vindhastigheter, men även de ljud den tar in genom luftintaget. [10]
SS 25267 ljudklass C för fritidshem och bostäder. Den klassningen utgör de minimikrav som Boverkets byggregler, BBR ställer. [11]
Korrosionsbeständighet
Eftersom befintlig produkt är gjord av plåt så är det viktigt att behandla materialet så det motstår en korrosiv miljö. Det ska uppfylla de givna kraven. Den standard som följs är SS-EN 12944–2. Där väljs korrosivitetsklass utifrån behov. [12]
Toleranser
Eftersom samtliga hål bör stämma överens vid montering kommer en standard för detta följas. SS- ISO 2768–1. Där fyra olika toleransgrader väljas att förhållas till, allt från fin till mycket grov beroende på behov. [13]
3 Metod
3.1 Process
Under arbetet användes flertalet verktyg som företaget använde sig av vid produktutveckling, dessa beskrivs nedan. Produktutvecklingsprocessen förenklas något för att kunna tillämpas till arbetet. Det sållades bort fasen produktionsanpassning eftersom den fasen inte ingår i detta arbete. De 4 ingående faser är relevanta för projektet ses i Figur 4.
Figur 4, Illustrerar de ingående faserna i projektet.
3.2 Planering
Vid starten av arbetet påbörjades planeringsfasen. Denna gav arbetet en struktur under projektets gång för att kunna planera när saker och ting ska utföras eller bör vara färdiga. Denna process genomgicks för att skapa en översikt av projektet.
I projektplanen ingår följande,
● Bakgrund om företaget och kort om produktens funktion.
● Beskrivning av vad som ska göras samt varför.
● Beskrivning av målet som ska eftersträvas i arbetet.
● Beskrivning av vilka människor som är involverade i arbetet, handledare och medhjälpare.
● Milstolpar för delmål i processen.
En riskanalys gjordes över arbetet för att identifiera vilka ingående risker som är möjliga och förebygga dessa risker.
Under planeringens gång är det viktigt att göra klart för sig vad som ska genomföras under veckornas gång, detta gjordes med hjälp av ett GANTT-schema. Nedan kan man se en simplifierad version som visar under
vilka veckor, de ingående faserna ska utföras samt vara klara, se Tabell 2. Planering är en vägande faktor för att kunna bli klar i tid och att arbetet ska bli så bra som möjligt.
Tabell 2, Visar ett simplifierat GANTT-schema över projektet.
Det gjordes en WBS (Work Breakdown System) för att bena ut vad som ska göras i arbetet under respektive fas. Det är ett dynamiskt dokument som kommer att uppdateras och revideras under projektets gång. Det är ett verktyg för att få alla delprocesser och moment på ett papper. [14]
Tidsplanering gjordes för att veta vad som ska göras i vilken ordning samt uppskattat hur länge varje delmoment tar i tid, sedan dokumenterades det hur många timmar de lagts ner på varje individuellt. Det dokumenterades även under vilken vecka denna delprocess är gjord med “x”. Nedan kan ses ett stickprov på hur den är uppbyggd. Se. Tabell 3.
Tabell 3, Visar en nedbrytning av planeringsfasen.
3.3 Förstudie
I förstudien studerades de problem den befintliga produkten har. Det analyserades ingående hur ventilen fungerar samt gjordes studier om ventilation generellt. Sedan planerades hur de problem produkten har kan elimineras samt vad som krävs för att de ska kunna åtgärdas. I kravområdesanalysen studerades krav i både Norge och Sverige för ventiler, montering och funktionella krav samt dess begränsningar för att kunna ställa upp vilka funktionella och icke-funktionella krav som fanns för produkten.
En funktionsanalys utarbetades med hjälp av informationsinsamlingen och inhämtad kunskap kring ventilation. Det gjordes en funktionsanalys, där det valdes vilka funktioner som var nödvändiga och önskvärda tillsammans med företaget. Ett urval ur av denna kan ses nedan. Se Tabell 4.
Tabell 4, Visar urval ur i funktionsanalys för produkten.
En teoretisk analys av befintlig produkt, gjordes för att kunna förstå själva produkten på ett sådant vis som krävs för att kunna förbättra den. Detta gjordes relativt tidigt i processen för att starta tankegången på ett korrekt vis.
Det skapades en SWOT-analys (Strengths Weaknesses Opportunity Threats) för att se vilka förutsättningar dagens produkt har idag. Sedan identifierades möjligheter och hot som skulle kunna uppkomma. Hot kan då vara funktionellt dåliga idéer men även konkurrenternas hot med deras produkter. [15]
Teknik i förstudien, detta dokument är en komprimering av hela förstudien. Här dokumenteras allt som görs, men i väldigt kort och koncis form. Där framstår de krav och behov som uppkom i kravområdesanalysen.
Men även de krav som ställdes från företaget som uppgiften gavs från, såsom reducerad tillverkningskostnad och tillverkningsbarhet.
3.4 Konceptframtagning
Idégenerering var det som introducerade konceptframtagningen, den tredje fasen i arbetet. Det introducerades med brainstorming för att försöka hitta nya lösningar [16, s.166]. Det användes 6-3-5 metoden för att generera en samling av koncept som känns kompetenta till den givna uppgiften de ska uppfylla. Metoden fungerar så att man ska vara 6 personer med tre idéer var. Nästa omgång ska man spinna vidare på en av deltagarnas idéer för att hitta den bästa möjliga lösningen. Sedan väljs ett urval av koncept ut utifrån dessa idégenereringar. [16, s.170]
Dessa koncept ska sedan sättas in i Pughs matris där koncepten ska viktas och jämföras med dess för och nackdelar. De koncept som vinner den viktningen är då kandidat till den slutgiltiga fasen, konstruktion.
Det skapades en konstruktions-FMEA (feleffektsanalys) för produkten. Detta görs för att se vilka möjliga feltyper som kan uppträda och utvärdera felens konsekvenser. Genom att man poängsätter felmöjligheterna kan man prioritera åtgärder för att förhindra typer av fel hos produkten.
3.5 Konstruktion
Med de dimensioner och fakta som analyserats tidigare påbörjas konstruktionsfasen. Denna startades med en konstruktionsplanering som sker mestadels genom BAD (Brain Aided Design) [17]. Här tänks allt ut i huvudet innan skissning påbörjas av det vinnande koncept. Sedan PAD (Pen Aided Design) [17] för att kunna få ner tankarna på ett papper för att kunna diskutera med konstruktörer och kunna motivera sin egen tanke. CAD är den slutgiltiga delen för att kunna skapa ett ritningsunderlag som är tillräckligt för att tillverka prototypen.
När det fullständiga tillverkningsunderlaget skapats så ska en grundlig beskrivning av konstruktionen göras.
Detta görs för att vem som helst ska kunna förstå meningen med varje ingående komponent, dess funktionalitet och betydelse, samt varför utformningen ser ut som den gör.
CAD-modellen ska skickas in till företaget på en teoretisk luftflödesanalys i ett CFD-program.
Tillverkning av prototyp görs för att kunna checka av punkter i funktionsanalysen samt utveckla dess tillverkningsbarhet och få feedback av underleverantören. Men även för visuellt utförande och flödestest i
ge högre prestanda. En iterativ process ska ske i mån av tid för att eftersträva den optimala produkten med avseende på funktionalitet.
När all data och resultat samlats ihop ska den befintliga produkten jämföras med den utvecklade, samt kolla vilka funktioner som uppfylls eller ej i funktionsanalysen.
4 Resultat
4.1 Förstudie
4.1.1 Beskrivning av befintlig ytterväggshuv
Produkten som analyserades har i dagsläget 6 unika beståndsdelar enligt följande lista:
● Ytterplåt
● Galler
● Nitförband
● Basplåt
● Cirkulär luftanslutning Ø125
● Gummitätning
Produkten framifrån, riktad ut från husets vägg är det som kallas ytterplåt. Denna är själva höljet av produkten, se Figur 5. Ytterväggshuven sitter monterad på väggen med två skruvar på vardera sida.
Figur 5, Visar utförandet av ytterväggshuven utåt.
Underifrån på ytterväggshuven kan man se ett galler. Det är här den friska luften passerar från det fria och in i byggnaden. Gallret sitter infäst med 2 nitar på vardera sida. Detta galler är stansat med ett rutmönster på 10x10mm, se Figur 6.
Figur 6, Visar ytterväggshuven underifrån.
På baksidan av ytterväggshuven ser vi basplåten, den sitter infäst med ytterplåten med hjälp av bockning.
Där ser man även den punktsvetsade cirkulära luftanslutningen. Det är här frisk inluft dras med in i byggnaden i kanalen och bidrar till en bättre luftkvalitet inne. Se Figur 7.
Figur 7, Visar ytterväggshuven bakifrån.
Gummitätningen kan identifieras kring den cirkulära anslutningen i Figur 7. Den sitter där för att minska den energiförlust som blir vid glipa mellan husvägg och ventilanslutningen. Denna anslutning har företaget som standard på alla luftintag, därför tas denna med till utvecklad produkt.
På befintlig produkt är inte denna demonterbar. Om detta är en för- eller nackdel kommer analyseras. Den tillverkas av tunnplåt som bockas. Gallret stansas och sammanbindningen mellan dessa är nitning.
4.1.2 Funktionsanalys
De krav som beskrivs under teori är den fakta som baserats på byggnadskrav och standarder. Nedan beskrivs de funktionella krav som ställs från företaget. Utifrån detta skapas en funktionsanalys av all fakta i en tabell där nödvändiga och önskvärda krav ställts upp, även tillagt de krav företaget ställer på produkten. Detta görs för att kunna checka av vilka funktionella krav som uppnåtts eller ej för produkten när simuleringar av prototyp ska utföras. Se Tabell 5.
Tabell 5, Visar funktioner som bör uppfyllas i funktionsanalysen för produkten.
4.1.3 Frostbildning
Problem med frostbildning uppträder till allra störst del i regioner med kalla väderförhållanden, så som i Norden och speciellt i Nordnorge.
Frosten samlas på intagsgallret som sedan byggs på och successivt isar igen hela intaget, se Figur 8. När intagsgallret blir helt tilltäppt tar sig ingen friskluft in i byggnaden och detta ger då upphov till en dålig syresättning inomhus. För att minska risken för detta, ska man försöka reducera hastigheten på luften över luftintaget. 1
Figur 8, Illustrerar frostfenomenet hur det ansamlas och lagras is på gallret.
Eftersom den befintliga produkten har ett stansat galler, blir det ett tryckfall över gallret. De kanter som finns på det befintliga gallret bidrar till att turbulens bildas. Man skulle kunna konstruera om för att få en bättre strömlinjeformning, samt ett bättre skydd mot vatten att kunna ta sig in i systemet.2 För att kunna reducera turbulensen bör man göra en mer jämn och fin övergång för luftens väg förbi gallret. Detta påvisades även i en referenserna, se Figur 2. Gallret skulle även kunna konstrueras för en reducering av den mängd vatten som kommer med in i intaget, dvs, bättre avrinning av vatten.
I ASHRAE tekniska handbok [4] säger att beroende på storleken på öppningen, varierar hastigheten av inluft. Alltså bör detta tas hänsyn till vid utformning av ytterväggshuv för att uppnå den rätta hastigheten för högst möjlig verkningsgrad. Verkningsgraden visades då vara högst vid ideellt konstant hastighet mellan 1–
1,5 m/s.
Tvärsnittsarean på intagsgallret bör beaktas för att uppnå de egenskaper produkten ska uppfylla, eftersom en större nyttig tvärsnittsarea medger ett lägre tryckfall över gallret, som då bidrar till en reducerad risk för frostbildning.
1 Tore-Ingar Engen, teknisk chef
2 Mortan Joensen, konstruktör
4.1.4 SWOT
En SWOT-analys gjordes för den befintliga produkten för att kunna se vad som är lyckat eller inte för att kunna förbättra produkten. De styrkor den befintliga produkten har ska då försöka överföras till den nya, medan svagheter, möjligheter samt hot bör beaktas. Se Tabell 6.
Tabell 6, Visar SWOT-analys som gjorts för produkten.
INTERN ANALYS
Styrkor Svagheter
Relativt enkel konstruktion x Icke demonterbara komponenter x
Robust x Frostfenomen kan inträffa x
Hållbar x För hög tillverkningskostnad per
produkt tillverkad
x Hög korrosionsbeständighet
(Färgval som uppfyller klass C4 enligt EN ISO 12944–2)
x Icke-optimal funktionalitet med avseende på hastighet över luftintaget
x
Plåten är återvinnbar x Tråkig design x
EXTERN ANALYS
Möjligheter Hot
Hög innovationsgrad med avseende på design
x Svårt att samtidigt skapa en förbättrad funktionalitet och reducera
tillverkningskostnad
x
Skapa en ökad funktionalitet beroende på hastighet över luftintag
x Många alternativ finns på marknaden x Reducera tillverkningskostnad för
den nya produkten
x
4.2 Konceptgenerering
4.2.1 Idegenerering
Det första konceptet liknar den befintliga men skillnaderna är följande.
• Demonterbar produkt.
o För att enkelt kunna demontera samt få skruv på insidan som sitter mot väggen.
• Galler vid den cirkulära anslutningen istället för vid nedre anslutning.
o Då bildas inte is på gallret där fenomenet på befintlig produkt uppstår.
• Färre komponenter samt mindre arbetsmoment vid tillverkning.
o Reducerad arbetskostnad.
• Extra intag i sidan.
o Ökad nyttig tvärsnittsarea.
Figur 9 illustrerar koncept 1. Denna produkt skulle kunna tillverkas ungefär som befintlig men skulle kräva färre nitar. Denna skulle kunna tillverkas genom stansning, bockning och nitning. Detta koncept är demonterbart på så vis att det sitter en skruv som fästs längst upp på ytterhöljet som man då skruvar ihop med basplattan. Detta gör att man endast behöver skruva bort skruven för att kunna plocka bort all smuts.
Vid sidorna sitter ytterhöljet infört i bockade kanter från basplattan så produkten håller sin form under vind och belastningspåfrestningar.
Figur 9, Visar koncept 1.
Koncept 2
Det andra konceptet som genererades fram har också liknande utseende jämfört med den befintliga produkten. Den är uppbyggd med en bottenplatta liksom alla koncept och som på den befintliga är denna icke-demonterbar. Denna har ett skydd för att förhindra djur från att dras med in i luftsystemet, detta kan identifieras i Figur 10.
Figur 10, Visar koncept 2.
Koncept 3
Detta koncept är utformat som en låda, se Figur 11. På framsidan är plåten gjord så att flänsar är stansade med 45° lutning. Denna är fördelaktig vid bockning då den endast innehåller vinkelräta bockningar och inte flera olika vilket det är på resterande koncept.
Figur 11, Visar koncept 3.
Denna idé uppkom på ett konstruktionsmöte3 på företaget, idén används i detta koncept. Detta skulle kunna tillverkas genom stansning. För att förstå ungefär hur detta kan se ut, se Figur 12.
Figur 12, Visar hur flänsarna skulle kunna se ut i koncept 3.
Koncept 4
De sista koncept som genererades fram liknar koncept 1 men har lite annan utformning. Som kan ses i Figur 13, så är ytterhöljet konvext i formen. Detta sker genom att man klipper till en lite för lång plåt och för in denna mellan bockningar som sätter denna plåt i spänn. På så vis blir utseendet mer tilltalande samtidigt som tvärsnittsarean ökas. I detta koncept är basplattan integrerad i sidorna med galler.
Figur 13, Visar koncept 4.
4.2.2 Pughs konceptvalsmatris
Utifrån funktionsanalys skapas en konceptvalsmatris som viktas i jämförelse med den befintliga produkten som referenspunkt. Det visas att koncept 4 är vinnande. Utan att visa konceptvalsmatrisen för företaget så valde de samma koncept att vara det bästa. Koncept 4 är vinnande och väljs att gå vidare med till konstruktionsstadiet. Se Tabell 7.
Tabell 7, Pughs konceptvalsmatris baserad på funktionsanalys och de fyra koncepten med befintlig produkt som referenspunkt.
4.2.3 Produkt FMEA
Här identifieras de största risker med produkten som bör tas extra hänsyn till under konstruktion och
• Basplåt
o Identifiera var hålbilden sätts för enklast möjlig montering samt bäst placering utifrån en säkerhetsaspekt så produkten inte lossnar från vägg.
4.2.4 Dimensionering
𝑁𝑦𝑡𝑡𝑖𝑔 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝐴 [𝑚2] = 𝐿𝑢𝑓𝑡𝑚ä𝑛𝑔𝑑 𝑚 [𝑚3
ℎ] 𝐿𝑢𝑓𝑡ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 𝑣 [𝑚
𝑠] ∙ 3600 (ekv.1)
Ekv.1 används för att dimensionera nyttig area som krävs för att uppnå en eftersträvad lufthastighet. Detta beräknas först för den befintliga. Sedan beräknas den nyttiga area den bör ha för att uppnå optimal funktionalitet.
Befintlig produkt
Följande beräkningsvärden tas från monteringsanvisningen för befintlig produkt. [7] Lufthastighet antas till 1,5 m/s. Då enligt ovanstående teori bör hastigheten maximalt vara detta för att kunna uppnå en tillfredsställande funktionalitet. Från ett diagram i monteringsanvisningen ser man att vid luftmängden 218 𝑚3/ℎ är tryckfallet 20 Pa. Av ekv.1 fås följande.
𝐴𝑜𝑝𝑡𝑖 = 1,5⋅3600218 =>𝐴𝑜𝑝𝑡𝑖 = 0,0403 𝑚2
Arean ovan är den area som befintlig produkt bör ha för optimal nyttig area. Nedan beräknas den nyttig area som finns på befintlig samt procentuellt hur den förhåller sig till den optimala tvärsnittsarean. Befintligt galler är stansat med rektangulära hål med storleken 10x10mm. Antalet rutor var för det befintliga gallret 21x9 rutor, kan ses i Figur 6.
𝐴𝑏𝑒𝑓= 21 ∙ 9 ∙ 10−4 =>𝐴𝑏𝑒𝑓 = 0,0189 𝑚2
% 𝑏𝑒𝑓𝑖𝑛𝑡𝑙𝑖𝑔 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡 𝑢𝑝𝑝𝑓𝑦𝑙𝑙𝑒𝑟 𝑎𝑣 𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑢𝑚 =𝐴𝐴𝑏𝑒𝑓
𝑜𝑝𝑡𝑖 (ekv.2)
Ekv.2 ger följande.
0,0189
0,0403= 46,89% av optimum
Omkonstruerad produkt, koncept 4
Vissa uppgraderingar görs för att kunna uppnå en större tvärsnittsarea för ytterväggshuven. Det införs intag på sidan av ytterhöljet. Införs även glipor uppe vid övre infästning av frontplåt. Dimensionerna som beaktas i beräkningarna är tagna från ritningsunderlaget, se Bilaga D.
Beräkning av den utvecklade produktens tvärsnittsarea görs enligt följande.
𝐴𝑔𝑙𝑖𝑝𝑎 = 20 ∙ 70 ∙ 10−6 => 𝐴𝑔𝑙𝑖𝑝𝑎 = 0,0014 𝑚2
Beräknas nyttig area över den utvecklade produkten. För utvecklad produkt används 20x20mm stansat galler.
𝐴𝑔𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟= (20 ∙ 20) ∙ 10−6∙ 6 ∙ 12,5 => 𝐴𝑔𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟 = 0,03 𝑚2
𝐴𝑔𝑙𝑖𝑝𝑎+ 𝐴𝑔𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟= 𝐴𝑢𝑡𝑣 (ekv.3)
𝐴𝑢𝑡𝑣= 0,0014 + 0,03 => 𝐴𝑢𝑡𝑣= 0,0314 𝑚2
Beräkning av hur mycket tvärsnittsarea ett luftintag i sidan ger.
𝐴𝑖𝑛𝑡𝑎𝑔= 0,0 ∙ 0,005817 = 4,9444 ∙ 10−4 𝑚2
Nedan beräknas hur många intag x i sidan som är behövligt för att uppnå högst möjligt utnyttjande.
𝑥 =𝐴𝑜𝑝𝑡𝑖−𝐴𝑢𝑡𝑣
𝐴𝑖𝑛𝑡𝑎𝑔 (ekv.4)
Enligt ekv.5 ges antalet behövliga intag i sidan.
𝑥 =0,0403−0,0314
4,9444∙10−4 => 𝑥 ≈16𝑠𝑡 𝑖𝑛𝑡𝑎𝑔
En summering av ovanstående nyttiga tvärsnittsareor ger en total enligt följande.
𝐴𝑡𝑜𝑡= 𝐴𝑢𝑡𝑣+ (𝐴𝑖𝑛𝑡𝑎𝑔∙ 𝑥) (ekv.5)
Enligt ekv.6 ges total area.
𝐴𝑡𝑜𝑡= 0,0314 + (4,9444 ∙ 10−4) ∙ 16 => 𝐴𝑡𝑜𝑡 ≈ 𝐴𝑜𝑝𝑡𝑖
Den utvecklade produkten är anpassad för att uppnå optimal tvärsnittsarea och har dubblad nyttig tvärsnittsarea i jämförelse med den befintliga produkten. Dessa dimensioner tas med in i konstruktionsfasen.
4.3 Konstruktion
4.3.1 CAD
I konstruktionsplaneringen samlas de data som genererats tidigare i arbetet, detta för att kunna få konstruktionen så bra så möjligt med avseende på tidigare studier. Det diskuteras även med professionella konstruktörer på företaget som handskas med bockade konstruktioner till vardags. De ger tips om att man inte ska göra bockningarna krångligare än behövligt och ha plåtlängder om minst 7 mm plåt på vardera sida av bockningen, för att göra en bockning möjlig. Att minimera antalet bockningar är en bidragande faktor för att minska tillverkningskostnaden. Med dessa fakta påbörjas CAD. Konstruktionen skapas genom en plåtutbredningsfunktion i programmet Inventor, funktionen heter ”Flat-sheet”, vilket är en utbredd plåt i den plåttjocklek man vill ha. Denna funktion gör bockningar. Det mest behändiga är att när man bockat färdigt konstruktionen så kan man använda funktionen ”Flat-pattern”. När man aktiverat denna funktion blir konstruktionen utbredd igen men där man satt alla bockningar blir det streckade linjer så man vet var man ska bocka. Detta görs för att underlätta ritningsskapandet. När man använt dessa funktioner så vet programmet redan hur många grader varje bockning kräver. Detta gör att man per automatik kan implementera en tabell med alla bockningar med numrering eller bokstavering beroende på vad man vill.
När man skapat denna tabell kan man sätta ut ballonger för att enkelt kunna se var bockningar ska ske. När alla bockningar märkts så bör de viktigaste funktionella måtten sättas ut. Detta görs genom att man ser framför sig hur operatören jobbar samt att alla bockningar är praktiskt möjliga.
Toleranser
För att komponenterna skulle kunna monteras ihop användes standarden SS-ISO 2768-m, där m står för medel. Toleransen behövde vara mest noggrann mellan alla hål på komponenterna så det skulle gå att nita ihop samtliga delar.
4.3.2 Beskrivning av utvecklad ytterväggshuv
I tillverkningsunderlaget ser man på sammanställningsritningen att det nu är tre ingående komponenter i konstruktionen, ytterplåt, intagsgaller och frontplåt. För att visuellt se hur konstruktionen hopmonterad ser ut, se Figur 14. Där ses färdigutvecklad version skapad i CAD med de nya luftintagen i sidorna och galler med ökad tvärsnittsarea enligt de dimensioner som beräknats tidigare. De sista luftintagen i figuren är de triangulära gliporna som bildas på vardera sida mellan tak och frontplåt, se Figur 15. Det behövliga intagsområdet som resulterades i beräkningarna beaktades under CAD-modelleringen. Den optimala tvärsnittsarean realiserades med hjälp av de stansade intagen samt gliporna under taket.
Figur 14, CAD-illustration av koncept 4.
detaljerna. Sidorna, taket samt baksidan har reducerats till en enda komponent. För att se bild av ytterplåt, se Figur 16. På sidorna är de åtta intagen för extra luftflöde, dessa behövdes göras för att uppnå den area som eftersträvades. Taket är bockat i 45° för god avrinning av vatten och snö.
Figur 16, CAD-illustration av ytterplåten.
Ytterplåten kan ses i plant utförande i Figur 17, så ser denna ut efter stansning innan påbörjad bockning under tillverkningen.
Figur 17, CAD-illustration av ytterplåt i plant utförande illustrerad.
Frontplåt
Denna komponent ska stansas i 0,7 mm tunnplåt. Detta är en rak plåt med litet radieformat urtag upptill, se Figur 18. Denna avvikelse skapas för att anliggningsytan mellan frontplåten och takplåten ska vara större än endast en punkt, för att få ökad stadga i den plåten. Denna är ditpressad så den ligger i spänn mellan ytterplåtens veck på sidan. Frontplåten blir då enkelt demonterbar för service. Man kommer också åt hålen för skruvning mot vägg på insidan av ytterväggshuven, samt att produkten ser bättre ut utan märkbart kostnadstillägg.
Figur 18, CAD-illustration av frontplåt i plant utförande framifrån.
När man böjt plåten i tillståndet som den ska ha när den sitter i spänn tillsammans med övriga komponenter ser plåten se ut enligt Figur 19. Det syns upp till höger i figuren hur urtaget bildar en vinkelrät linje som bildar den långa anliggningsytan.
Figur 19, CAD-illustration av frontplåt i böjt utförande från sidan.
Galler
Även denna komponent är tillverkad genom stansning. Den är gjord av 1,5 mm tunnplåt, för att bibehålla en bättre stadga med tanke på att gallret är ganska tunt mellan hålen. Utformningen på denna kan ses i Figur 20. Den är uppbyggd med ett rutnät av dimension 20x20 mm med 2 mm plåtgods mellan varje ruta.
Figur 20, CAD-illustration av gallret.
När komponenterna sitter ihopsatta så ligger gallret i lite överlapp för frontplåten, detta för att låsa frontplåten i vertikalled. Det är en viktig funktion så inte frontplåten lossnar av sig själv under användning.
För att se funktionen tydligt, se Figur 21.
Figur 21, CAD-illustration av gallrets överlapp.
4.3.3 Provplan för prototyp
Ett dokument skapas för att laboratoriet på företaget ska veta vilka prover prototypen ska genomgå, både den befintliga produkten och prototypen testars för att kunna jämföra dessa mot varandra.
4.3.4 Tillverkning och analys av prototyp
Tillverkningskostnad
Företaget som tillverkar plåtdetaljerna har estimerat en rättvis tillverkningskostnad på dessa för en relativt låg seriestorlek. Flexit har estimerat kostnaderna för montering samt emballage. I nedanstående tabell kan
Tabell 8, Visar tillverkningskostnaden får utvecklade produkten.
Montering av prototyp
Från början var tanken att ytterplåten skulle sitta i spänn helt själv och hålla rätt böj. När denna monterades identifierades det att detta inte fungerade fullständigt. Man kan i Figur 22 se att frontplåten inte ansluter mot gallret som avsett. De användes tätning för att reducera förlusten över den cirkulära anslutningen, den nitades fast i baksidan på tre ställen i ytterplåten.
Figur 22, Visar prototypen med fel böj av ytterplåt.
Med modifikation skapades tre krokar i gallret med hjälp av slipkap och tång. Detta gjordes för att få korrekt geometri och uppnå fullt utnyttjande av intaget. För att se hur krokarna gjordes. Se Figur 23. Detta kan lösas genom att modifiera stansverktyget något så dessa krokar bildas i samma operationssteg.
Figur 23, Visar modifikation i gallret.
Nitning av prototyp gick bra och alla hål satt där de skulle med tillräcklig noggrannhet. För att se färdigmonterad prototyp. Se Figur 24.
Figur 24, Visar monterad prototyp.
Feedback från underleverantören
Prototypen gick bra att tillverka hos underleverantören. Dock finns det vissa förbättringar som bör göras om produkten ska massproduceras, se Figur 25. I nuläget blir det mycket spillmaterial vid stansning av ytterplåten. Spillet kan reduceras genom att göra taket som separat del. Detta medför endast ett par fler nitar och en till separat del. Denna ändring skulle reducera tillverkningskostnaden något.
Figur 25, Illustrerar underleverantörens idé på förbättring.
Designanalys på prototypen
I samtal med medarbetare på företaget diskuterades det om den befintliga eller utvecklade produkten var mest estetiskt tilltalande.
En projektledare4 säger att den utvecklade produkten är bättre estetiskt sett jämfört med den befintliga baserat på följande…
Att utnyttja plåten så att frontplåten ligger i spänn gör att produkten ser rund ut och mer modern ut eftersom de traditionella oftast har raka och vassa kanter. När den sitter på väggen så anses den oftast som ett ganska störande objekt. Det är då en stor fördel att denna ser bra ut och smälter in i omgivningen.
Den överlappande arkkanten från dagens produkt är borttagen och intagen på sidorna gör också att utseendet ser bättre ut. Detta gör att designen blir mer stilren och ser lite dyrare ut. Med dessa småändringar ger den utvecklade produkten ett helhetsintryck av högre kvalitet.
En konstruktör5 säger att grundkonceptet på den utvecklade produkten är bättre och att den framstår som mer modern i formen. Den rundade frontplåten är mer attraktiv än en platt. Produkten är relativt neutral i utseendet och skulle passa på de allra flesta fasader. Den befintliga produkten har en universell enkelhet, men den uttrycker inte samma kvalitet med de plana ytorna.
4.3.5 Simulering & testning av prototypen
CFD-simulering av prototyp
På företaget gjordes en flödessimulering på prototypen6. Programmet är uppbyggt så att man placerar ett flöde med given luftmängd på bestämt ställe på produkten. Simuleringen illustrerades med pilar som visar hastighetens intensitet, rörelse och riktning genom produkten. Programmet visar hastighetens storlek med en skala som kan ses i Figur 26. Skalan är uppbyggd så den mörkblå färgen är de pilar med lägst lufthastighet och de röda med störst.
Figur 26, Skala på hastighetens intensitet.
Simuleringen gjordes för att se lufthastigheten genom produkten vid olika luftflöden. Detta visade sig att hastigheterna var relativt oförändrade med olika luftflöden, se Bilaga F. För att se en bild på hur luftflödet såg ut vid luftmängden 400 m³/h, se Figur 27. Simuleringen resulterade i att luftflödet såg bra ut. Prototypen var dimensionerad efter ideell lufthastighet mellan 1–5 m/s över intagsgallret. Den ideella lufthastigheten visas med mörkblå pilar och det visade sig att denna nästan bara kunde erhållas i mitten nära frontplåten vid luftmängden 400 m³/h.
5 Nils Ødegaard, konstruktör
6 Leif Andersson, konstruktör
Figur 27, CFD-illustration av prototyp.
Laboratorieprov
Alla tester gjordes för Flexits befintliga produkt och prototypen, detta för att kunna jämföra deras prestanda.
Det skapades tre sorters tester som beskrivs nedan.
Flöde och tryckfallsmätning
Ytterväggshuvarna anslöts på ett ventilationssystem och utsattes för olika luftflöden. Sedan mättes tryckfallet som uppstår för båda produkterna, se Figur 28.
Figur 28, Flöde och tryckfallsmätning av produkterna.
Båda produkterna utsattes för flertalet olika luftmängder för att se hur tryckfallet ändras med avseende på belastning. För att se värdena som testerna resulterade i, se Tabell 9.
Tabell 9, Visar värden från flödestest.
Luftmängderna och tryckfallen plottades för båda produkterna för att enkelt se skillnaden emellan dessa, se Figur 29. Man ser då en tydlig skillnad mellan produkterna som visar att tryckfallet vid alla flöden är lägre för prototypen i jämförelse med deras befintliga produkt (artnr. 112743).
Figur 29, Flödets inverkan på tryckfallet, jämförelse mellan prototypen och den befintliga produkten.
Egendämpning
Egendämpningen är ett mått på hur bra en produkt kan dämpa ljud som går igenom produkten. Detta mäts genom att man gör två separata mätningar, först en mätning utan ljudkälla och sedan en med. På så vis kan man uppskatta hur bra produkten dämpar. För att se hur produkterna blev uppspända inför mätningarna, se Figur 30.
Figur 30, Visar produkterna färdiga för mätning av egendämpning.
Detta test resulterade i ganska likvärdiga resultat. Ett större dämpningstal är att föredra då man gärna vill ha en god dämpning för produkten. Prototypen visar sig vara lite sämre på detta område i jämförelse med den befintliga. Det kan ses i grafen att dämpningen är relativt lika tills de börjar avvika vid ungefär 500 Hz, därefter dämpar den utvecklade produkten mer fram tills ungefär 1200 Hz. Vid alla mätningar med frekvens högre än 1200 Hz, dämpar den befintliga produkten mer, se Figur 31. För att se mätvärden som ligger till grund för egendämpningen, se Bilaga G.
Figur 31, Egendämpningens frekvensberoende.
Egenljud
Egenljudet är det ljud produkten alstrar vid ett givet luftflöde.
Ett prov utfördes för att mäta hur mycket ljud de båda produkterna alstrar vid olika luftmängder. För produkterna såg följande plot ut enligt Figur 32.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Dämpning (dB)
Frekvens (Hz)
Egendämpning
112743 Prototyp
Figur 32, Visar grafiskt ljudalstringen för utvecklad och befintlig produkt.
Mätningarna av egenljudet resulterade i att den befintliga produkten har en lägre ljudnivå vid given luftmängd, alltså är den befintliga produkten något bättre med avseende på ljudalstring. Med det kan identifieras att skillnaden är så liten att den kan antas försumbar, då denna skillnad inte kan höras med örat.
Faktorer som inte testades i labb
Frostbildning
I samtal med företaget valdes det att inte testa frostbildning då dessa resurser inte fanns tillgängliga. Det är endast tryckfallet som är den enda faktorn som mättes i laboratoriet som har en inverkan på frostbildning.
De säger att frostbildning är ett brett område som berör flertalet faktorer såsom luftfuktighet, temperatur och luftmängder, dessa bör alla beaktas för att kunna avgöra om en produkt garanterat kan ge bra motstånd mot frostbildning. Prototypen har en dubblerad nyttig tvärsnittsarea vid intag vilket bidrog till ett lägre tryckfall och hastighet över intaget. Med dessa faktorer och galler med 20x20 mm gallernät gör att om frostbildning skulle inträffa samtidigt som den befintliga produkten med ett gallernät på 10x10 mm, skulle prototypen klara sig ungefär dubbelt så länge som befintlig innan gallret blir helt tilltäppt. Så reducerad frostbildning i jämförelse med befintlig anses uppfyllt från medarbetarna i laboratoriet.
4.3.5 Funktionell analys av prototyp
Funktionsanalys
Den framtagna funktionsanalysen analyserades när alla data från simuleringar och tester utförts, för att se vad som uppfylls och ej. Funktionsanalysens 17 funktioner som var uppdelade i nödvändiga (N) samt önskvärda (Ö) funktioner, se Tabell 10.
Tabell 10, Visar besvarad funktionsanalys.
1. Erbjuda enkelhet (N) Ja, eftersom de ingående komponenter för den utvecklade från fyra jämfört med tre.
2. Ökad servicebarhet (N) Ja, eftersom den utvecklade har en demonterbar frontplåt som gör att den enkelt kan rensas från smuts och dylikt.
3. Minimera luftvariationer (N)
Ja, med det reducerade tryckfallet medför detta att luftvariationerna blir reducerade och mer stabil eftersom hastigheten över intaget blir lägre.
4. Minimera
tillverkningskostnad (N)
Ja, reducerad med ca 32% jmf, med befintlig.
5. Erbjuda säkerhet för operatör och montör (N)
Ja, eftersom denna har en lös komponent (frontplåt) i jämförelse med den befintliga som inte är demonterbar. Frontplåten monteras av montören då ytterväggshuven skruvas i väggen inuti produkten, sedan trycks frontplåten på.
6. Uttrycka kvalitet (N) Ja, intagen i sidorna samt frontplåtens böj får produkten att se mer högkvalitativ ut jämfört med befintlig.
7. Ökad effektivitet i produktion (Ö)
Ja, utvecklade produkten resulterade i en reduktion i tillverkningskostnad och reducerat antalet komponenter vilket kan bidra till en ökad effektivitet, svetsning av cirkulär anslutning valdes att väljas bort, detta kan möjligen eliminera en arbetsstation.
8. Minimera oljud (Ö) Nej, den utvecklade produkten alstrade ifrån något mer ljud än befintlig produkt vid alla mätställen.
9. Minimera tryckfall (Ö) Ja, detta bevisades i labbtesterna att utvecklad produkt höll sig på ett lägre tryckfall genom hela mätningen
10. Förhindra korrosion (Ö) Ja, det ska användas samma färg som används på befintlig produkt som är certifierad enligt SS-EN 12944–2
11. Minska förlust över cirkulär anslutning (Ö)
Ja, detta skapades med tätningsmassa och nitning. Detta eliminerade de glipor som uppstod för befintlig produkt efter svetsning.
12. Förhindra fuktskador (N) Ja, i jämförelse med befintlig produkt så har den utvecklade bättre tätning över cirkulär anslutning.
13. Förhindra frostansamling Ja, i jämförelse med befintlig är den utvecklade produkten mer anpassad för att utsättas för mer extrema väderförhållanden och
5 Diskussion
Mål
Förbättrad funktionalitet
CFD-simuleringen som skapades var definitivt ett bra hjälpmedel för att snabbt se hur luften rör sig i produkten. Dock finns vissa brister då det endast gick att simulera helt plana ytor med flödet placerat på ett ställe. Det valdes då att sätta luftflödet genom gallret underifrån. Gliporna som bildas mellan frontplåt och taket samt intagen på sidorna var då tilltäppta. Simuleringen kunde alltså inte visa produktens prestanda fullt ut, men det var bra att få en ungefärlig uppfattning om luftflödet.
Enligt den teori som arbetet baserats på har en större nyttig intagsarea varit avgörande för minskat tryckfall.
Det reducerade tryckfallet och hastighet över intaget bidrar till en reducerad frostansamling men praktiska tester bör göras för att garantera detta. Det är sannolikt att frostbildningen kommer reduceras med den nya utvecklade produkten eftersom denna nu utsätts för lägre tryckfall och hastighet som bidrar till en reducerad turbulens. Det bidrar även med det nya gallernätet vilket är 20x20 mm i jämförelse med 10x10 mm, det är fyra gånger så stor öppen yta i varje hål som isen behöver fylla för att täta intaget. Detta försäkrades även med medarbetarna i laboratoriet att målet kring reducerad frostbildning anses vara uppfyllt, men med hur mycket vet man inte.
Provningen visade att egendämpningen var lite lägre för prototypen vilket inte är bra, då den dämpar ljudet som går genom luftkanalen sämre. Skillnaden som är mindre än 1 dB uppträder vid frekvenser över 500 Hz.
det är inget man skulle märka på en produkt i verkligheten säger medarbetarna i laboratoriet.
Egenljudet var lägre för den befintliga produkten vid alla mätpunkter. Det innebär att den alstrar ett lägre ljud vid samma luftmängd i jämförelse med den utvecklade prototypen. Det kan finnas felfaktorer då mätningen av egenljudet är relativt svårt och kan visa fel om minsta ljud absorberas av mätdonen från omgivningen under mätningen. Med diskussion med medarbetare i laboratoriet som genomförde testerna säger att den lilla skillnaden är liten när man kopplar på en värmeväxlare som alstrar betydligt högre ljud, alltså blir egenljudet av utvecklad produkt försumbar.
Reducerad tillverkningskostnad
Det bevisades i summering att ingående kostnader för den utvecklade produkten reducerade tillverkningskostnaden med ca 40% i jämförelse med den befintliga produkten. Målet var att reducera med minst 20% och detta anses då vara väl uppfyllt. Om ytterligare förbättringar skulle förändra tillverkningskostnaden positivt eller ej är osäkert.
Tilltalande design
Delmålet tilltalande design anses vara väl uppfyllt då flertalet personer visat deras åsikter och alla har valt den utvecklade produkten utseendemässigt.
Toleranser
Hålbilden och dess toleranser fungerade bra vid monteringen. Dock var ISO-2768-m kanske för fin på yttermåtten. Det skulle kunnat sätta grövre toleranser där för att om möjligt sänka tillverkningskostnaden.
Det viktigaste var hålplaceringen för att sammanbindningen mellan komponenterna alltid är möjlig för att förhindra kassation.
Antalet nitar fungerade för att montera ihop prototypen men det kan vara bra att försöka minska på antalet hål och nitar för enklare och snabbare montering.
Funktionalitet och möjliga förbättringar
I funktionsanalysen fastställdes att 15 av 17 funktioner anses vara uppfyllda. De resterande två funktionerna som inte uppfyllts har endast egenljudet provats, detta resulterade i att utvecklad produkt gav ifrån sig ett högre ljud, alltså inte uppfyllt. Förhindra djur att ta sig in i systemet har inte beprövats.
• Minimera oljud
En lite högre ljudnivå (1 dB) uppmättes vid proven enligt laborationstester. Men enligt medarbetarna i laboratoriet så kan inte detta höras med örat. Alltså anses denna skillnad vara försumbar.
• Förhindra djur att ta sig in i systemet
Samtal med företaget säger de att de har haft ytterst få reklamationer på att just djur tagit sig in i luftsystemet.
Men det är inte förhindrat för djur att ta sig in i den utvecklade produkten.
För att kunna uppnå en ännu bättre produkt kan följande funktioner kombineras ihop med utvecklade produkten. För att förhindra djur att dras med i luftsystemet kan bockningen som skapades på koncept 2 tilläggas i den utvecklade produkten. Koncept 3 skulle kunna tillämpas med dess flänsutformning för bättre luftflöde och därmed en reducerad frostansamling. Dessa två modifikationerna skulle troligtvis förbättra den
1. Hörnen är inte optimala eftersom dessa ser vassa. Detta skulle kunna förbättras genom att höja frontplåten något samt att man sneddar eller avrundar kanten på ytterhöljet så den följer produkten bättre i linje.
2. Bockningen som håller fast frontplåten förstör helheten på designen och är väldigt utpekande på produkten. Detta skulle kunna konstrueras så att bockningarna sker på insidan istället. Detta skulle kunna förhindra tillverkningsbarheten men om möjligt skulle kunna ge en mer stilren design.
3. Gallret som ligger i överlapp är också en detalj som bidrar till ett något mindre stilrent utseende och bidrar till den kantiga plåtkänslan, samt att frontplåten och gallret inte riktigt följer med samma böj. Det hade sett bättre ut om möjligt frontplåten låg i linje med gallrets böj.
Figur 33, Visar prototypens svaga punkter.
Vidare arbete
• Testa galler med flänsformat för bättre luftflöde och jämför med budgetmodellen som skapats i detta arbete.
• Testa frostfenomenet praktiskt, med avseende på flertal faktorer såsom temperaturvariationer, differentiella hastigheter och tider.
• Konstruera så att samma ytterväggshuv kan användas för de tre olika varianterna Ø125, Ø160
& Ø200.
• Utveckla produkten så som underleverantören föreslagit för reducerad tillverkningskostnad och mindre spillmaterial.
• Göra värdeflödesanalys för produktion av produkten.
• Produktionslinjeplanering, strukturerad plan på hur produktionen ska se ut för att kunna tillverka produkten.
6 Slutsats
Med de huvudsakliga målen, reducerad tillverkningskostnad och frostbildning jämfört med befintlig produkt kan målen anses vara uppfyllda. Tillverkningskostnaden reducerades med ca 40%, frostbildningen är reducerad med avseende på lägre tryckfall, hastighet över intaget och dubblerad nyttig intagsarea i jämförelse med befintlig produkt. Hur mycket frostbildningen reducerats kan inte sägas då inget praktiskt test genomförts.
Det subjektiva målet att den utvecklade produkten skulle ha en mer tilltalande design blev uppfyllt.
Från labbtester kan följande slutsatser dras, att den utvecklade produkten har ett lägre tryckfall vid samma luftflöde jämfört med den befintliga. Minskat tryckfall medförde lägre lufthastighet över luftintaget, vilket ideellt var vid 1–1,5 m/s, detta bidrog till en reducerad isbildning. Tryckfallet vid 370 m³/h blev reducerat med 29% i jämförelse med befintlig produkt. Vid samma luftflöde sänktes lufthastigheten med ungefär hälften för den utvecklade produkten.
Egendämpningen var relativt likvärdig för den utvecklade produkten jämfört med den befintliga produkten, egendämpning innebär hur bra produkten kan dämpa ljudet som kommer från luftkanalerna. Ljudalstringen var något högre för den utvecklade produkten vid alla luftflöden. Båda faktorerna anses vara försumbara då skillnaden var liten mellan produkterna och knappt hörbar.
Referenser
[1] Flexit. Om oss [internet]. [citerad 2020-02-14] Hämtad från https://www.flexit.no/sv/om-flexit/om-oss/
[2] Ade V. R1 - Riktlinjer för specifikation av inneklimatkrav. Stockholm: EMTF Förlag AB; 2013.
[3] Virk M. Atmospheric Ice Accretion on Air Intake Louvers of Buildings in Cold Regions. Narvik University College, Norway; 2012
https://www.researchgate.net/publication/260794301_Atmospheric_Ice_Accretion_on_Air_Intake_Louve rs_of_Buildings_in_Cold_Regions
[4] Parsons, R. ASHRAE HVAC 2001: Fundamentals
[5] Rasmussen, P/ East West. 2020. What is Design for Manufacturing or DFM? [internet]. Atlanta: East West: [citerad 2020-03-15] Hämtad från https://news.ewmfg.com/blog/manufacturing/dfm-design-for- manufacturing
[6] Sadek. M. Miljövänligt materialval ht-19-1.pptx [powerpoint på canvas] Hämtad 2020-03-15 [7] Monteringsanvisning av ytterväggshuv v13. Flexit Sverige AB.
https://www.flexit.no/globalassets/catalog/documents/21350_produkter-ventilasjonstilbehor- man_113022.pdf
[8] § 13–1. Generelle krav til ventilasjon [internet]. Direktoratet for byggkvalitet. [citerat 2020-02-12]
Hämtat från https://dibk.no/byggeregler/tek/3/13/i/13-
1/?_t_id=1B2M2Y8AsgTpgAmY7PhCfg%3d%3d&_t_q=lufthastighet&_t_tags=language%3ano%2csitei d%3aa8fed669-6208-4354-8fe6-
9c93cb91a133&_t_ip=194.236.10.162%3a57270&_t_hit.id=EPiServer_Templates_DIBK_PageTypes_Ve iledninger_ParagrafPageType/_5eab14ae-da6d-48f5-807e-a26d34ea232e_no&_t_hit.pos=1
[9] § 13–9. Generelle krav om fukt [internet]. Direktoratet for byggkvalitet. [citerat 2020-02-12] Hämtat från https://dibk.no/byggereglene/byggteknisk-forskrift-tek17/13/vi/13-9/
[10] Karlsson H. Lågfrekvent buller i boendemiljön. Boverket; 2000
[12] Korrosionshärdighet [ínternet]. Teknikhandboken. [citerat 2020-02-19] Hämtat från http://www.teknikhandboken.se/handboken/infastning-av-plat-i-olika-underlag/krav-pa- fastdon/korrosionshardighet/
[13] ISO Tolerances [internet]. Ramogroup. [citerat 2020-02-22] Hämtat från http://ramo.se/iso-tolerances-din-iso-2768-1-din-iso-2768-2-english
[14] Work Breakdown Structures (WBS) [internet]. Projektledning. [citerat 2020-02-17] Hämtat från https://projektledning.com/wbs/
[15] SWOT Analysis [internet]. Mindtools. [citerat 2020-03-18] Hämtat från https://www.mindtools.com/pages/article/newTMC_05.htm
[16] Johannesson, H. Produktutveckling, 2013
[17] Holmdahl, L. Lean Product Development, 2010, s 236
Tackord
De som hjälpt mig genom detta arbete är många. Vill först och främst tacka min familj som stöttat mig under dessa betungande tider. De som hjälpt mig med den tekniska biten på Flexit är Stellan Einarsson, Leif Andersson, Nils Ødegaard, Lars Wessman och Ingar Thorgrimsbo. Mina handledare för rapport på företaget var Tore-Ingar Engen och Gry Lenschow Andersen, dessa har hjälpt mig att strukturera upp och planera arbetet. Stort tack till handledare Anders Wickberg på universitetet, utan dig hade inte detta blivit verklighet. Tack till examinator Anders Gåård. Vill tacka er alla igen för att visa den tacksamhet jag känner för er och ert bidrag till mitt examensarbete, det har varit guld värt.
Bilaga A
Bilaga B
Bilaga C
Bilaga D
Bilaga E
Bilaga F
Kort sammanfattning:
Luften går delvis åt fel håll i gälarna på sidorna. Luften går kortaste vägen eftersom det är minst tryckfall där. Hålen i framkant under takfoten är tätade i simuleringen eftersom det inte går göra en krökt yta i CFD- programmet.
Scenario 1: 218m³/h
Bild 1: Luftens väg i ventilen.
Bild 2: Luftens hastighet i ventilen.
Scenario 2: 400 m³/h
Kort sammanfattning:
Ingen större skillnad på luftströmmar med ökad luftmängd.
Bild 4: Visar luftens hastighet i ventilen.
Bild 5: Visar luftens hastighet och riktning i ventilen.
Bild 6: Visar luftens väg i ventilen.
