Design av lastbilskapell – form, konstruktion och produktion
Andreas Forslund
Högskoleingenjör, Teknisk design 2020
Luleå tekniska universitet
Institutionen för ekonomi, teknik, konst och samhälle
Högskoleingenjörsexamen/Kandidatexamen i Teknisk design Bachelor of Science in Industrial Design Engineering
Luleå tekniska universitet
Design av lastbilskapell – form, konstruktion och produktion
Andreas Forslund 2020
Handledare: Eva-Lena Bäckström Examinator: Åsa Wikberg-Nilsson
Högskoleingenjörsexamen/Kandidatexamen/Bachelor of Science
© Andreas Forslund Published and distributed by Luleå University of Technology SE-971 87 Luleå, Sweden
Telephone: + 46 (0) 920 49 00 00
Omslag: Illustrattion by Andreas Forslund Printed in Luleå Sweden by
Luleå University of Technology Reproservice Luleå, 2020
FÖRORD
Innan det här projektet presenteras vill jag ta och tacka alla de personer som hjälp mig i detta arbete.
Först vill jag rikta ett enormt tack till Eva-Lena Bäckström för all hjälp hon har gett mig under det här arbetet i form av feedback och insikter. Hon fanns alltid till hands och hjälpte mig alltid med mina frågor och funderingar. Tack också till Patrik Rehn min kontaktperson hos Autokaross som hjälpt mig komma framåt med projektet och agerat som fotograf då jag inte personligen kunde komma till företaget.
Tack till alla ni som hjälpte mig med min workshop och för att ni tog er tid att komma med tankar och idéer. Sist vill jag rikta tack till alla personer i min omgivning som hjälpt mig då jag kommit med frågor och funderingar.
Andreas Forslund Tidaholm, 2020
SAMMANFATTNING
Autokaross arbetar idag för att minska sin påverkan som deras produkter gör på miljön med minskade utsläpp genom förbättringar av aerodynamiken på sina påbyggnationer.
Denna rapport är ett examensarbete högskoleingenjörsexamen inom Teknisk design och behandlar utveckling och design av kapell mot Autokaross i Floby AB.
Projektet utförs under tio veckor och grundar sig i de problem Autokaross specificerade i början av arbetet med svetsning och aerodynamik.
Arbetet fokuserar på utveckling av deras kapell för att få en enklare tillverkning som inte använder sig av svetsning samt få en form som är mer aerodynamisk och modern. Arbetet har undersökt såväl aerodynamik som tillverkningsmetoder samt fogningsmetoder för att få fram ett resultat som löser de problem autokaross har med sin nuvarande konstruktion.
Den slutgiltiga lösningen utnyttjar ingen svetsning vid montering samt går att demontera för att ge användaren mer frihet när det kommer till att använda lastbilen.
NYCKELORD: Konstruktion, Fogningsmetod, Aerodynamisk, Miljöpåverkan, Teknisk Design
ABSTRACT
Autokaross is currently working to reduce the impact their products are doing on the environment with reduced emissions through improvements in the aerodynamics of its bodywork.
This report is a bachelor's degree in engineering design and deals with the development and design of the canopy towards Autokaross i Floby AB.
The project is carried out over ten weeks and is based on the problems Autokaross specified at the beginning of the work with welding and aerodynamics.
The work focuses on the development of their canopy to get a simpler construction that does not use welding and get a shape that is more aerodynamic and modern. The work has investigated both aerodynamics and methods of construction and joining methods to obtain a result that solves the problems Autokaross has with its current design.
The final solution does not use welding during assembly and can be dismantled to give the user more freedom when it comes to using the truck.
KEYWORDS: Construction, Joining Method, Aerodynamic, Environmental Impact, Technical Design
INNEHÅLL
1 INTRODUKTION ... 1
1.1 BAKGRUND ... 1
1.2 INTRESSENTER... 1
1.3 SYFTE OCH MÅL ... 1
1.4 AVGRÄNSNINGAR ... 1
1.5 ARBETETS STRUKTUR ... 2
2 TEORETISK REFERENSRAM ... 3
2.1 TEKNISK DESIGN ... 3
2.2 HÅLLBARHET ... 3
2.3 MATERIAL ... 3
2.3.1 STÅL ... 3
2.3.2 ROSTSKYDD ... 4
2.3.3 ALUMINIUM ... 4
2.3.4 ROSTSKYDD ... 4
2.4 HÅLLFASTHET ... 4
2.5 AERODYNAMIK ... 5
2.6 TILLVERKNINGSMETODER ... 5
2.6.1 TILLVERKNINGSMETODER ... 5
2.6.2 RULLFORMNING ... 5
2.6.3 EXTRUDERING ... 6
2.7 FOGNINGSMETODER ... 6
2.7.1 SKRUVFÖRBAND ... 6
2.7.2 NITNING ... 6
2.7.3 STUKNITNING ... 6
2.7.4 KONTAKT ... 6
3 METOD OCH GENOMFÖRANDE ... 7
3.1 PROCESS ... 7
3.2 PLANERING ... 8
3.3 LITTERATURSTUDIE ... 8
3.4 IDENTIFIERA ... 9
3.4.1 GUIDAD TUR ... 9
3.4.2 INTERVJU ... 9
3.4.3 ANALYS AV KONSTRUKTION ... 9
3.5 DEFINIERA ... 11
3.5.1 BENCHMARKING ... 11
3.5.2 FORMANALYS ... 11
3.5.3 WORKSHOP ... 12
3.5.4 BRAINWRITING ... 12
3.5.5 BRAINSTORMING ... 13
3.5.6 UTVÄRDERING ... 13
3.5.7 KRAVSPECIFIKATION ... 14
3.5.8 KONCEPT ... 14
3.6 UTVECKLA ... 15
3.6.1 STRESSANALYSER... 15
3.6.2 STÅL ... 16
3.6.3 ALUMINIUM ... 17
3.6.4 MATERIALVAL ... 17
3.7 PROCESS & METODDISKUSSION ... 19
3.7.1 PROCESS ... 19
3.7.2 IDENTIFIERA ... 19
3.7.3 DEFINIERA ... 19
3.7.4 UTVECKLA ... 19
3.7.5 PROJEKTPLANERING ... 19
3.7.6 LITTERATURSTUDIE ... 19
4 RESULTAT ... 20
4.1 KONSTRUKTION ... 20
4.2 FÄSTPUNKT ... 20
4.3 FOGNINGSMETOD ... 20
5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 25 5.1 RELEVANS ... 25
5.2 REKOMMENDATION ... 25
5.3 SLUTSATSER ... 25
5.3.1 SYFTE & MÅL ... 25
5.3.2 FRÅGESTÄLNINGAR ... 26
REFERENSER ... 27
BILAGA 1 ... 28
BILAGA 2 ... 29
Bilagor
Bilaga 1, Gantt-schema Bilaga 2, Kravspecifikation
FIGURLISTA
Figur 1 Figur 1 Lastbil med kapell.
Tillverkad av Autokaross i Floby AB ... 2
Figur 2 Dragprov på kolstål (Swedol 2020) ... 4
Figur 3 Visualisering av luftflöde - Göransson, A., & Thannan, A. Återgiven med tillstånd ... 5
Figur 4 Skruvförband ... 6
Figur 5 Nitning ... 6
Figur 6 Stuknitning ... 6
Figur 7 Illustration av 90° kontakt ... 6
Figur 8 Visualisering av The Double- Diamond. Med inspiration av British Design Council. Illustration: Andreas Forslund ... 7
Figur 9 Fästpunkt för ramverk vid flaket . 9 Figur 10 Fästpunkt i ett hörn av ramverket ... 9
Figur 11 Fäste för plankor ... 9
Figur 12 Fäste vid störtbåge ... 10
Figur 13 Kapell med sidoöppning, (Jan Eriksson Kapell AB, 2020) ... 11
Figur 14 ”Tear Drop” trailer (DonBur, 2020) ... 11
Figur 15 Tesla lastbil ... 12
Figur 16 Mercedes lastbil ... 12
Figur 17 Volkswagen Crafter ... 12
Figur 18 Volkswagen Transporter ... 12
Figur 19 Volvo XC40 ... 12
Figur 20 Volkswagen Passat ... 12
Figur 21 Urklipp från brainwritingen .... 13
Figur 22 Urklipp från Brainstorming ... 13
Figur 23 Urklipp från brainstorming ... 13
Figur 24 Urklipp från brainstorming ... 13
Figur 25 Koncept kantig ... 14
Figur 26 Koncept kantig ... 14
Figur 27 Koncept rund ... 14
Figur 28 Koncept rund ... 15
Figur 29 Koncept våg ... 15
Figur 30 Koncept våg ... 15
Figur 31 Utvärderad kravspecifikation... 15
Figur 32 Area ovanför hytt ... 16
Figur 33 Materialegenskaper stål ... 16
Figur 34 Total påfrestning ... 16
Figur 35 Förflyttning av profil ... 16
Figur 36 Materialegenskaper aluminum . 17 Figur 37 Aluminium profil ... 17
Figur 38 Aluminium påfrestning ... 17
Figur 39 Aluminium förlängning ... 17
Figur 40 Ramen till kapellet' ... 20
Figur 41 Fäste för hörnstolpe bak ... 20
Figur 42 Fäste för hörnstolpe fram ... 20
Figur 43 Kontakt för 3 profiler ... 21
Figur 44 Kontakt med profiler fastsatta .. 21
Figur 45 Kontakt för en profil ... 21
Figur 46 Kontakt med profil fastsatt ... 21
Figur 47 Kontakt för crossframe ... 22
Figur 48 Kontakt med profil fastsatt ... 22
Figur 49 Kontakt för crossframe på takram ... 23
Figur 50 Konstruktion monterar på flak 23 Figur 51 Kontakt för hornstolpe bak med profiler fastsatta ... 24
Figur 52 Kontakt för hörnstolpe fram med profil fastsatt ... 24
1 INTRODUKTION
Denna rapport beskriver ett designprojekt för uppdragsgivaren Autokaross i Floby, utfört som ett examensarbete för högskoleingejörsexamen i Teknisk design
Det problem som Autokaross har uttryckt är att deras kapell-lösning till lastbilar är ”utdaterad”
och ”omodern”. Deras önskan är en mer modern och strömlinjeformad design på själva kapellet samt en förbättring av tillverkningsmetoden för ramen till kapellet.
1.1 BAKGRUND
Uppdragsgivare till arbetet är Autokaross i Floby AB som varit baserade i Floby sedan 1918. Företaget har beskrivit ett problem med att kapellösningen är utdaterad och inte har utvecklats på minst 30 år. De har länge haft viljan, men inte riktigt tiden, att utveckla kapellösningen, vilket är anledningen till att uppdraget och examensarbetet blev verklighet
I nuläget tillverkar Autokaross ramen till sitt kapell i egna verkstäder och köper in kapellduken från ett annat företag. Det som Autokaross tycker är problematiskt är att materialet som används till ramen är stål som skickas iväg till ett annat företag för att galvaniseras och efter att de har fått tillbaka det svetsas nubbar fast på dessa delar. Detta tar för lång tid och är för ”bökigt” att göra för de få kapell som tillverkas. Därför strävar Autokaross efter att få en ny lättare tillverkning av ramen som inte involverar lika många tillverkningssteg.
1.2 INTRESSENTER
Detta projekt kommer att beröra en huvudintressent, Autokaross i Floby AB, som är i behov av en förbättring av produkten. Sekundärintressenten är de som tillverkar produkten och berörs av en förändring av den, i detta fall Autokaross montörer samt kunden som använder kapellet.
1.3 SYFTE OCH MÅL
Syftet med projektet är att utforma en ny lösning på kapell som är mer aerodynamisk än dagens kapell. Att ta fram en ny lösning som Autokaross kan implementera i sin produktionslinje. Detta ska så långt som möjligt utgå från Autokaross mission och
passa in i den standard de har. De beskriver sin mission som:
”Autokaross i Floby AB erbjuder trygga, funktionella och hållbara påbyggnader till transport- och servicefordon”
Målet med projektet är att förbättra den sociala hållbarheten för montörerna genom en smartare tillverkning som kräver mindre steg i monteringen. Det omfattar även att förnya utbudet av produkten samt och öka deras attraktivitet på marknaden.
De frågeställningar projektet ska utreda beskrivs i punktform nedan
• Vilka tillverkningsmetoder kan appliceras för att underlätta produktionen för montören samt göra den mer effektiv?
• Kan man genom förbättrad
konstruktion minska luftmotståndet utan att försämra hållfastheten på kapellet?
1.4 AVGRÄNSNINGAR
Då detta projekt är på 15 hp och pågår under 10 veckor kommer den största avgränsningen att vara tid. En annan begränsning hör ihop med Coronapandemi vilket begränsar antalet möten med företaget. Utöver detta kommer inte lagar och regler tas i beaktning samt pris gällande inköp av material.
Slutprodukten kommer att vara anpassad till att fungera på en lastbil vilket då kräver att den ska hålla för en hel del påfrestningar och passa måtten på flaket vilket kommer att begränsa den slutgiltiga designen. I mån av tid kommer en annan typ av fästanordning på flaket utvecklas. Själva duken som går
2 ovanpå kapellets konstruktion är något som företaget köper in efter specifikationer så det kommer inte tas upp i projektet.
1.5 ARBETETS STRUKTUR
Kapitel 1 är inledningen av arbetet där bakgrund, intressenter, syfte & mål och avgränsningar redogörs. Kapitel 2 beskriver den teoretiska referensram projektet grundar sig i och tar upp relevanta teorier. Kapitel 3 behandlar metod och genomförande där projektets två första stadier redovisas. Här beskrivs stadierna identifiera, definiera.
Kapitel 4 redovisar det tredje stadiet som är utveckla, detta tar upp projektets resultat i form av analyser, materialval, konstruktion, fästpunkter och fogningsmetoder. Kapitel 5 innehåller projektets slutgiltiga resultat och diskussion om projektet, här besvaras också frågeställningarna.
Figur 1 Figur 1 Lastbil med kapell. Tillverkad av Autokaross i Floby AB
2 TEORETISK REFERENSRAM
Detta arbete har sin grund i Teknisk Design så därför är det relevant att framföra en förklaring för det området för att få en förståelse om vad det innebär.
2.1 TEKNISK DESIGN
Enligt Johannesson, Persson & Pettersson (2013) så har det under 1900-talet varit två skilda sidor, design och konstruktion.
Formgivning har hanterats av designers medan den tekniska delen har hanterats av konstruktörer. Dessa två områden har idag samlats under Teknisk design som bildar en bro mellan de två, idag utövar en designer kunskap om form, känsla, användbarhet, konstruktion med mera.
Wikberg Nillsson et.al. (2013) menar att en produkt ska se ut, fungera och förstås på ett sätt så användaren enkelt ska kunna
använda den. Teknisk design innebär ett brett kunnande inom design och
konstruktion för att få en produkt som tillgodoser de behov som användaren och marknaden behöver. Det innebär ett framtidstänk för att få produkter som ska fungera för framtiden både inom hållbarhet och användbarhet.
2.2 HÅLLBARHET
Detta avsnitt behandlar hållbarhet och dess relevans för projektet. Utveckling av produkter behöver ta hänsyn till olika aspekter i samhället och miljön för att säkerställa en hållbar utveckling.
Johannesson et.al (2013) menar att hållbarhet innefattar tre olika aspekter, ekologisk-, ekonomisk- och social hållbarhet. Ekonomisk hållbarhet omfattar resurstänket i produktutveckling och att måna om miljön och tillverkningens påverkan. Ekonomisk hållbarhet innebär att inte slösa på de resurser vi har här på jorden och inte skada vare sig människor eller miljö långsiktigt. Social hållbarhet innebär att uppfylla de mänskliga behoven inom ett stabilt samhälle. Johannesson et.al (2013) Wikberg Nilsson et.al (2013) beskriver utmaningen i att ta hänsyn alla hållbarhetsaspekter men det är något designers har som verktyg för att påverka framtiden.
Att samla alla dessa aspekter i ett arbete och få en balans mellan dem är det som utgör en bra designprocess och något som behövs i dagens samhälle då vi belastar samhället mer än vad som är långsiktigt hållbart, Johannesson et.al (2013)
2.3 MATERIAL
Detta avsnitt tar upp materialen stål och aluminium, hur de är uppbyggda och hur de används.
2.3.1 STÅL
Stål som material är en kombination av två ämnen, järn och kol. Järn används fortfarande i dagens samhälle i form av gjutjärn med en kolhalt på 2- till 4% och tackjärn med en kolhalt på över 4% (B.
Åstedt, Stålbyggnadsinstitutet, (22 september 2020). Enligt Johannesson et.al (2013) så är konstruktionsstål med en kolhalt på 0,1-0,6% det vanligaste stålet.
Konstruktionsstål används oftast i konstruktioner där en liten mekanisk belastning förekommer. För att få starkare stål kan man öka andelen kol man för in vid produktionen, detta visas av grafen i figur 2.
Johannesson et.al (2013) säger att mer kol under tillverkningen resulterar i att man får sämre seghet men starkare mer hållfast stål.
Ett materials seghet menar till att materialet kan deformeras mer utan att ett brott uppstår i materialets struktur.
4
Figur 2 Dragprov på kolstål (Swedol 2020)
Som tidigare nämnt är Stål i grund och botten en legering mellan kol och järn. För att uppnå andra egenskaper hos stålet tillsätter man andra legeringsämnen te.x koppar för bättre korrosionsresistens. En av dessa anledningar är för att kunna värmebehandla stålet och få det att uppföra sig som man vill (Jernkontoret, u.å).
Värmebehandling kan se under lång tid där stålet för ”ligga” och svalna eller så kan man förbigå detta och kyla ner det väldigt snabbt efter uppvärmning. Genom att värmebehandla ett stål så värms stålet upp till en viss temperatur (detta beror på kolhalt samt legering) och kyls ner av antingen ett olje-, polymer- eller vattenbad (Wikgren, 2017).
2.3.2 ROSTSKYDD
Stål har från början väldigt lätt för att rosta, för att stålet ska bli rostfritt utan ytbehandling behöver det tillsättas en legering. Denna legering består oftast av krom och nickel (Lindunger & Stark, 2004) Vanliga konstruktionsstål utan någon legering behöver en efterbehandling för att uppnå det. Ett sätt att göra detta är genom förzinkning, en sådan metod kallas galvanisering och utförs genom elektrolys så ett tunt lager zink läggs ovanpå ytan. Den här typen av behandling bildar genom zink ett korrosionsskydd ovanpå stålet.
(Elektrolytisk ytbehandling, 2020)
Rostskydd är ett måste för material som utsätts för utomhusklimat för att materialet ska hålla en längre tid.
2.3.3 ALUMINIUM
Detta kapitel tar upp materialet aluminium och dess relevans för projektet.
Aluminium har under lång tid kallats ”light alloy” eller i svensk term, lätt legering.
Nutidens benämning på denna lätta legering är idag aluminiumlegering men det tydliggör dess låga vikt och betydelse (Vargel, C.
2004). När det kommer till att minska vikten på en konstruktion så vänder sig oftast tillverkaren till aluminiumlegeringar.
Flygindustrin är den sektor som använder sig mest av aluminiumlegeringar, detta för att aluminium har en densitet som är 1/3 av den för stål. Man kan då se en stor fördel när man jobbar med konstruktioner som kan utnyttja aluminium istället för stål. Det sker en ”kedjereaktion” när en viktminskning händer där en stor påverkan är på bränsleförbrukning, besparingen på en personbil är 10 kr/kg. Johannesson et.al (2013). Viktminskning är en stor del i att få en bränsleminskning och med det få en minskad kostnad per kilometer körd med bilen.
2.3.4 ROSTSKYDD
Aluminiumlegeringarna av 1000, 3000, 5000, 6000 och 8000 serierna har väldigt bra korrosionsresistens. Den korrosion som uppstår på aluminium är inte likgiltigt med stål och rost utan material blir vitfläckigt, denna typ av korrosion färgar inte heller av sig på andra material som rosten på stål gör.
För att göra materialet extra korrosionsresistent kan materialet behandlas med elektrolys till ett valt djup och förhindra förekomsten av det. (Vargel, C. 2004).
2.4 HÅLLFASTHET Hållfasthet är läran om
Ett material som utsätts för utomstående påverkningar kan deformeras och om dessa krafter är stora nog kan materialet få ett brott Lundh, H. (2016).
Material som stål och aluminium är olika starka beroende på sammansättningen i materialet. Stål är starkare än aluminium och
de starkaste stålen har en sträckgräns (𝑅𝑅𝑒𝑒𝑒𝑒) på 1000 MPa och mer. De starkaste aluminiumlegeringarna har idag jämfört
med stål en Sträckgräns (𝑅𝑅𝑒𝑒𝑒𝑒) på ca 500 MPa. Johannesson et.al (2013)
För att benämna styrka på materialet kommer enbart materialets sträckgräns i MPa benämnas då påfrestningar kommer utföras i form av datorsimuleringar.
Det material som idag används vid konstruktion är vanligt konstruktionsstål med en sträckgräns på 355 MPa vilket möjliggör att aluminium kan tillsättas som ett möjligt alternativ som konstruktionsmaterial.
2.5 AERODYNAMIK
Två tidigare studenter vid högskolan i Skövde, (Göransson, A, & Thannan, A.
2012), har arbetat med Autokaross där de undersökte hur deras flakkåpa kunde göras mer aerodynamisk, det arbetet berör dock inte hur det skulle kunna påverka kapellet.
Deras arbete kommer spela stor roll i mitt projekt då aerodynamiken redan har undersökts på skåpbilen och hur olika lösningar påverkar luftflödet. I dagens läge så arbetar biltillverkare med att förminska sin bränsleförbrukning genom att jobba med aerodynamik. Göransson, A. & Thannan, A.
(2012) Säger att en bils bränsleförbrukning vid 50 km/h är 40 % pga. Luftmotstånd och vid 80 km/h står luftmotståndet för 60% av bränsleförbrukningen. Don Bur (u.å.) menar att ett fordon påverkas bredvid och runtom av luftens flöde. En form som exempelvis följer mjuka linjer, har mindre motstånd och därefter mindre bränsleförbrukning än ett fordon format som en låda (se figur 3).
Figur 3 Visualisering av luftflöde - Göransson, A., &
Thannan, A. Återgiven med tillstånd
2.6 TILLVERKNINGSMETODER Ett av kraven i början av detta projekt var att hitta en annan metod för montering som inte involverade svetsning då det sågs som tidskrävande och ”bökigt”. Nedan undersöks olika tillverkningsmetoder samt dess relevans för projektet.
2.6.1 TILLVERKNINGSMETODER
För att undvika att göra bearbetning av en profil efter dess tillverkning så är det bra att välja rätt metod för profilens tillverkning.
Komplexa dyrare komponenter med mer funktioner kan skära ner monteringstiden samtidigt som billigare och enklare kan komponenter kan behöva mer tid för montering. Johannesson et.al (2013).
Olika metoder tillämpas för olika industrier.
Valsning, dragning och bockning är bara några få metoder som används för tillverkning av ex. rör, profiler och plåtar.
Den konstruktion som autokaross arbetar med idag tillämpar stålprofiler med extra stöd längst ned för fästpunkterna vid flaket (Se figur 5 under Analys av konstruktion 3.4.3).
Det kan då argumenteras att en mer komplex komponent kan ta bort denna svetsning om den tillverkas som ett stycke från början.
Problem som uppstår med en sådan komponent, om den tillverkas i samma material, skulle då väga mer och kosta mer pengar. Ökad vikt resulterar också i en ökad bränsleförbrukning vilket påverkar miljön negativt i längden. Nedan presenteras två metoder som är intressanta för projektet
2.6.2 RULLFORMNING
Plåtband formas succesivt genom dragning in i rullformar som sakta formar plåten till en 3D profil som antingen är öppen eller sluten.
Rullformning ger möjlighet till att tillverka raka eller krökta profiler. Johannesson et.al (2013).
Som sagt ovan så kan profilen antingen vara öppen eller sluten, sluten menas med att profilen svetsas i slutet av processen och öppen är utan svetsning. Fördelar med rullformning är att det tillverkas i kolstål som oftast är starkare än aluminium och i en etablerad produktionslinje så kan funktioner göras direkt, beroende på vilka funktioner, under rullningsprocessen och inte som
6 efterarbetning av profilen.
2.6.3 EXTRUDERING
Extrudering förekommer vid framställning av komplexa aluminiumprofiler.
Aluminiumet med en temperatur på 450 °C läggs in i en maskin som pressar aluminiumet genom en form av önskad profil och dras sedan ut på andra sidan formen. För att skapa profiler som tar kort tid att montera så är extrudering av aluminiumprofilerett möjligt alternativ. Från simpla former av rör eller T-balkar till komplexa former så finns det många möjligheter för att tillverka profiler som är monteringsredo.
2.7 FOGNINGSMETODER
Ihop med olika tillverkningsmetoder sp+ är också fogningsmetoder av stor vikt. Nedan undersöks olika fogningsmetoder.
2.7.1 SKRUVFÖRBAND
Skruvförband består av två olika gängade delar. Ett sådant är en bult eller skruv och en mutter (se figur 4). Skruvförband medför en fogningsmetod med hög styrka och lång livslängd. Den stora fördelen med skruvförband är att det går att demontera och montera det flera gånger om. Det möjliggör en modulär konstruktion som kan repareras bitvis om så behövs. En nackdel är att det kan lossna pga. vibrationer och belastning om monteringen inte utförs korrekt.
Figur 4 Skruvförband
2.7.2 NITNING
Nitning är ren gammal och vanlig metod för att sammanfoga två delar av metall med hjälp av en nit. För att konstruktionen ska uppnå den styrka man vill åt så kan man använda nitar i nästan valfritt material. En nackdel med denna metod är att man behöver borra ett hål innan som niten
kommer sitta igenom (se figur 5).
Figur 5 Nitning
2.7.3 STUKNITNING
Stuknitning som fogningsmetod använder sig inte av de traditionella nitarna, som näms i 2.6.5 Nitning, utan använder metallen som fogningsmaterial (se figur 6 ). Nackdelen med denna metod är att materialet behöver ha en tjocklek på båda materialen upp till 8 mm. Detta begränsar den konstruktion som metoden används på.
Figur 6 Stuknitning
2.7.4 KONTAKT
Kontakt är helt enkel ett fäste som binder ihop konstruktionen utan några andra typer av fogningsmetoder. Denna metod kan kombineras med andra för att öka styrka i fogen. I figur 7 illustreras en enkel 90°
graders kontakt för ett fyrkantigt rör till ett rektangulärt rör. För att förstärka kontakten så kan ett skruvförban appliceras eller så kan det nitas.
Figur 7 Illustration av 90° kontakt
3 METOD OCH GENOMFÖRANDE
I detta kapitel så presenteras den process och de metoder som kommer användas under projektet för att söka information och utveckla slutprodukten.
3.1 PROCESS
Arbete har utgått ifrån processen The Double-Diamond Model of Design (Design Council, u.å.). Donald Norman beskriver processen enligt,
“Start with an idea, and through the initial design research, expand the thinking to explore the fundamental issues. Only then is it time to converge upon the real, underlying problem. Similarly, use design research tools to explore a wide variety of solutions before converging upon one.”- (Norman. D, 2013, s220)
För projektet har processen bestått av fyra olika stadier, Identifiera, Definiera, Utveckla och Leverera. Processen som används, (se figur 8), består av ett iterativt tillvägagångssätt samtidigt som arbetet konvergerar och divergerar i samband med
dom olika stadierna. Det vill säga att arbetet har först breder ut sig för att sedan smalna av i dom två första stegen och sedan repetera detta i de två nästkommande stegen.
För att få en grundlig förståelse för dom olika stadierna och vad dom innehåller så presenteras dom här:
Identifiera, den första fasen, har utgått från att förstå och expandera den problemlösning som har givits i början av projektet.
Det andra stadiet, Definiera, tar den information som samlats in i stadie ett och smalna av det i definierade problem och utföra en idégenereringsprocess.
Det tredje stadiet, Utveckla, kommer det koncept som stod sig bäst mot kravspecifikation att modelleras i ett CAD- program.
Det sista stadiet, Leverera, består av att leverera det slutgiltiga konceptet till företaget
Figur 8 Visualisering av The Double-Diamond. Med inspiration av British Design Council. Illustration: Andreas Forslund
8 3.2 PLANERING
I början av projektarbetet så upprättades en projektplan som inledande planering för projektet. Den lade grunden för vad projektet skulle omfatta och innehålla och stå som ett ramverk för att projektet skulle ha en början. Projektplanen är ett förslag för att uppnå det slutgiltiga målet då man inte kan planera de problem och gupp som kommer under vägen (Wikberg, Nilsson et.al. 2013)
Som tidsplanering för projektet och en överblick över de stadier som projektet skulle bestå av upprättades ett gantt-schema.
Denna visas som illustration i bilaga 1.
3.3 LITTERATURSTUDIE
Under projektets början och dess första stadie identifiera så utfördes en litteraturstudie för att få mer information och förståelse för de frågor som upprättades i projektplanen. Ämnen som stål, aluminium, aerodynamik och hållfasthet undersöktes för att börja förstå vad arbetet skulle grundas på.
Faktasökningen har begränsats till att göras på internet då tillgång till ett bibliotek med böcker inte fanns. Det har begränsat arbetet på det sätt att inte alla böcker finns som elektroniska källor men har inte utfört något hinder.
Fakta har sökts genom att använda Google samt söktjänsterna DiVA och PRIMO.
Sökord som har använts under projektet är:
”Design”, ”Stål”, ”Aluminium”,
”Aerodynamik”, ”Hållfasthet”,
”Fogningsmetoder”, och
”Tillverkningsmetoder”
3.4 IDENTIFIERA
Identifiera är det första stadiet i projektet som involvera att söka fakta för att utöka den problemställning som projektet inleddes med. För att ytterligare bredda förståelsen användes olika metoder under detta steg som, guidad tur, observation och intervju
3.4.1 GUIDAD TUR
I början av projektet bokades ett möte in hos företaget för att få en genomgång av den tillverkning dom utför på företaget och vart den utförs. Detta besök kunde tyvärr inte involvera montering av ett kapell då dom inte hade någon order då. Besöket resulterade i en rundvandring av lokaler och visning av material som används vid tillverkningen av kapellet. Ett andra besök bokades in när dom skulle montera ett nytt kapell men kunde inte genomföras då det blev sjukdomsfall på företaget så det var inte läge att åka dit och träffa de anställda.
Istället för att se produkten på nära håll så fotograferades denna av företaget och skickades via mail så en undersökning av konstruktionen kunde göras.
3.4.2 INTERVJU
En intervju gjordes med kontaktpersonen hos Autokaross för att bredda förståelsen om problemen företaget upplever. Intervjun gjordes i början av arbetet innan och under den rundtur som utfördes. (Wikberg, Nilsson et.al. 2013) säger att intervjuer kan användas som en kvalitativ metod för att samla in information för att tolka och förstå problemet.
Företaget förmedlade i början av projektet att den förändring dom vill ska göras är något som företaget helhet har bestämt.
3.4.3 ANALYS AV KONSTRUKTION Den konstruktion Autokarosstillämpar idag är en svetsad ram av galvaniserat stål.
Företaget använder sig av galvanisering för att få ett rostskydd som skyddar från att rost ska kunna bildas. För att delarna ska galvaniseras skickar Autokaross iväg metallprofiler till ett annat företag. När dessa delar har kommit tillbaka efter galvaniseringen kräver konstruktionen att delarna svetsas ihop för att kunna monteras
på flaket. Svetsning utförs vid olika fästpunkter av ramverket, nere vid flaket, uppe i hörnen och fästen för träplankor (se figur 9–12). För fästning vid störtbåge bakom hytten fästs ramverket till kapellet med hjälp av nitar, Se figur 8.
För att fästa kapellduken utanpå flaket använder sig Autokaross av fästpunkter nitade vid sidoväggen av flaket. Duken fästs sedan i dessa fästpunkter med hjälp av gummistroppar för att hålla den spänd och förhindra att den börjar fladdra.
Figur 9 Fästpunkt för ramverk vid flaket
Figur 10 Fästpunkt i ett hörn av ramverket
Figur 11 Fäste för plankor
10
Figur 12 Fäste vid störtbåge
3.5 DEFINIERA
Definiera är det andra stadiet där allting från första stadiet smalnas av och gestaltas i form av olika idéer och koncept
3.5.1 BENCHMARKING
Benchmarking utförs för att få insyn på hur andra företag tillverkar och formger deras produkter. Det kan också användas för att kolla på andra liknande produkter. Wikberg, Nillsson et.al. (2013)
För att skaffa förståelse över liknande och andra produkter på marknaden så gjordes en benchmarking genom att söka på internet.
De företag som undersöktes är tillverkare av andra kapellösningar som finns på marknaden idag för att se vilka olika formgivningar som användes
Även snarlika produkter som lastbilar och släpvagnar undersöktes då dom använder sig av liknande konstruktioner.
Det som insågs under benchmarkingen är att det inte finns många alternativ när det kommer till kapell. De kommer i form av en låda med undantag av några enskilda funktioner, tex Autokaross har sidor som rullas upp av sig själva. Vilket möjligör
3.5.1.1 KAPELL
Genom att undersöka andra typer av kapell på marknaden så är nästan alla identiska med det som Autokaross tillverkar. En enkel ramkonstruktion med en kapellduk som är fäst utanpå konstruktionen. Ett företag med en intressant lösning heter Jens Eriksson Kapell AB och tillverkar ett likadant boxformat kapell ovanpå ett flak. Det har en snarlik konstruktion inuti men det som är intressant med deras produkt är att den går att öppna på sidan med hjälp av hydraulik som håller sidan öppen i övre läget, se figur 13.
Figur 13 Kapell med sidoöppning, (Jan Eriksson Kapell AB, 2020)
3.5.1.2 LASTBILAR
För att se andra konstruktioner som är liknande till det kapell so Autokaross tillverkar så gjordes en undersökning av lastbilar genom sökningar på internet.
Grundprinciperna för dom två är samma, frakta olika varor mellan två punkter. Men dagens lastbilstillverkare kollar på att få en bra aerodynamik och minska bränsleförbrukningen som företaget Don Bur med deras ”Tear-Drop” trailer, Se figur 14.
Figur 14 ”Tear Drop” trailer (DonBur, 2020)
3.5.2 FORMANALYS
En formanalys har utförts på olika typer av fordon för att analysera några linjer som används på fordonen. Några fordon som har analyserats är personbilbil, lätt lastbil, tung lastbil. Analysen användes sedan i konceptframtagningen för att få olika synsätt på former som kunde användas. Analysen var övergripande och enbart för att få en inblick på hur aerodynamiken tillämpas idag på olika fordon.
Två olika lastbilar undersöktes för att se hur formspråket förändras. De som undersöktes var en lastbil tillverkad av Tesla och en tillverkad av Mercedes. (se figur 16 och 17).
12
Figur 15 Tesla lastbil
Figur 16 Mercedes lastbil
Autokaross erbjuder idag påbyggnationer på olika tillverkare av lastbilar men för att hålla det begränsat så undersöktes två modeller tillverkade av Volkswagen (se figur 17 och 18).
Figur 17 Volkswagen Crafter
Figur 18 Volkswagen Transporter
För personbilarbilar undersöktes två av de största tillverkarna av personbilar, Volvo
och Volkswagen (se figur 19 och 20).
Figur 19 Volvo XC40
Figur 20 Volkswagen Passat
3.5.3 WORKSHOP
Som metod att få nya insikter och tankar till projektet så anordnades en workshop där fördetta studenter på LTU bjöds in.
Workshopen bestod av brainwriting och brainstorming
3.5.4 BRAINWRITING
Brainwriting utförs oftast i mindre grupper där medlemmarna skriver ner sina tankar och idéer på lappar och sedan skickar dom vidare till nästa medlem efter en utsatt tid har passerat och så fortsätter det tills alla lappar har gått runt (Wilson, C. 2013).
Projektet har på olika sätt blivit begränsat pga. den pandemi som pågår i världen och detta gjorde så att en brainwriting session gjordes över internet med hjälp av programmet zoom.
Från brainwriting sessionen uppkom en hel mängd olika lösningar på hur konstruktionen kunde sättas ihop (se figur 21 för exempel).
Här fokuserades det på kvantitet och inte kvalitet. För att hålla det så öppet som möjligt begränsades enbart deltagarna av att det inte fick svetsas.
I slutet av brainwriting sessionen sammanställdes allas olika idéer och en
diskussion om vad som hade tagits fram tog över. Redan i detta stadie kunde olika idéer tas bort pga. att det inte skulle fungera på en större konstruktion eller hur möjligt det var att utföra i verkligheten.
Figur 21 Urklipp från brainwritingen
3.5.5 BRAINSTORMING
Brainstorming är en metod som används för att få fram idéer. Man arbetar själv eller i grupp där alla får vara med och diskutera.
Wikberg, Nillsson et.al. (2013).
Brainstormingen utfördes för att få ett bredare perspektiv på vilken design som kapellet kunde utnyttja. Sessionen utfördes direkt efter brainwritingen med samma medlemmar. För att få idéer som var relevant för utvecklingen så bads medlemmarna tänkte på aerodynamik, inte en speciell form utan vad dom tänkte hur ett aerodynamiskt kapell skulle se ut. Detta resulterade i flera olika idéer som kunde tas vidare till konceptfasen (se figur 22 till 24).
Figur 22 Urklipp från Brainstorming
Figur 23 Urklipp från brainstorming
Figur 24 Urklipp från brainstorming
3.5.6 UTVÄRDERING
Workshoppen som utfördes tillförde idéer och tankar kring hur formen skulle kunna se ut och sättas ihop. Resultaten från båda sessionerna sammanställdes och användes ihop med egna tankar kring båda områdena.
Det som kom fram under brainwritingen
14 togs vidare till det sista steget utveckla och det som kom fram under brainstormingen användes för att ta fram olika koncept. Efter den slutförda ideationen hade tre koncept tagits. För att få fram ett koncept att gå vidare med så fördes en diskussion med företaget om hur konceptet stod sig mot de ursprungliga problemen. Genom att samtala om form och funktion angående de tre olika koncepten kunde de kritiskt analyseras. De grundläggande aspekterna som togs i beaktning under mötet var; vattenavrinning från taket och aerodynamisk form. Ett mer kritiskt tankesätt kom fram efter mötet med företaget vilket spelade in i det slutgiltiga valet av koncept.
3.5.7 KRAVSPECIFIKATION
Kravspecifikationen är en sammanställning av alla de krav som framkommit under arbete samt de önskvärda designaspekterna som produkten bör uppfylla. Wikberg, Nillsson et.al. (2013).
Efter en diskussion med företaget om att kravspecifikationen uppfyllde de krav som företaget önskade av den nya produkten så ställdes koncepten emot den. Se bilaga 2 för den slutgiltiga kravspecifikation en och kraven den ställde mot koncepten.
Koncepten graderades efter de totala poängen de fick där mest poäng var bäst och lägst var sämst rankat.
Graderingen utgick ifrån en poängsättning från 1-5 där 1 var oviktigt och 5 var viktigt, det som fick mest poäng gick sedan vidare i projektet för vidareutveckling.
3.5.8 KONCEPT
Efter denna fas i projektet har tre koncept har tagits fram för att utvärdera till nästa steg dessa baserades på det som tagits fram under projektet samt de tankar och idéer som kom fram under ideutvecklingen.
Koncepten gick vidare under namnen.
Kantig, rund och våg
3.5.8.1 KANTIG
Koncept kantig utgår från en pentagonform med sluttande kanter på sidorna samt i fram på kapellet. Tanken med detta koncept var en design som bibehöll de gamla kantiga formerna från det förra kapellet samt
formerna från flaket. Aerodynamiken kommer i from av sluttningen i fram och på sidorna. Taket har även en liten lutning för att leda bort vatten från taket. (se figur 21 och 22).
Figur 25 Koncept kantig
Figur 26 Koncept kantig
3.5.8.2 RUND
Koncept rund utgår från en kupolform i fram på kapellet och ett rundat tak för att leda bort vatten. Med den rundade formen så skulle ett mjukare intryck framhävas samt att en mer aerodynamisk form skulle framträda i fram på kapellet (Se figur 23 och 24).
Figur 27 Koncept rund
Figur 28 Koncept rund
3.5.8.3 VÅG
Koncept våg kombinerar både kantighet och rundhet. Taket har en välvd form liknande en våg längs med kapellet för att lätt leda bort vattnet samt en sluttande front för förbättrad aerodynamik (Se figur 25 och 26).
Figur 29 Koncept våg
Figur 30 Koncept våg
Koncepten ställdes sedan gentemot kravspecifikationen där det koncept med mest poäng valdes att gå vidare med till nästa steg (se figur 27). Med hjälp av kravspecifikationen så rankades koncepten mot föruppsatta krav där dom kunde få 1-5 poäng baserat på hur bra dom uppfyllde kravet. Utöver kravspecifikationen så
utfördes ett möte med företaget där alla tre koncept visades upp för att få synpunkter och tankar. Företaget tyckte under mötet vilket koncept det skulle vara bäst att arbeta vidare på samt vilket av de tre koncepten de gillade designen mest och vilket som skulle vara det bästa för deras tillverkning.
Figur 31 Utvärderad kravspecifikation
Det koncept som gick vidare efter utvärdering med kravspecifikation samt möte med företaget var koncept VÅG. Det stod sig bäst gentemot kravspecifikationen samt att företaget tyckte det verkade mest rimligt att kunna implementera. Konceptet kommer tas vidare till nästa steg i projektet vilket är Utveckla.
3.6 UTVECKLA
Detta kapitel presenterar den slutgiltiga konstruktionen som tagits fram med hjälp av det arbete som gjorts tidigare.
3.6.1 STRESSANALYSER
För att se hur de olika delarna påverkas av krafter så har det utförts tester på de två materialen i programmet Autodesk Inventor.
Testerna utfördes på redan befintliga delar i konstruktionen som Autokaross har idag samt nya modellerade delar. Testerna utgick ifrån den kraft som vind utgör i vid en viss hastighet. Kraften räknades ut genom
16 formeln;
𝐹𝐹 =1
2 𝜌𝜌 ∗ 𝑣𝑣2∗ 𝐴𝐴
I formeln beror kraften på luftdensitet, vindhastighet och Area. Den Area som användes var den del av kapellet som går över hytten på lastbilen och därmed tar emot vindmotståndet (Se Figur 27).
Figur 32 Area ovanför hytt
Beräkningen resulterade i en kraft 780 N/m2 om bilen färdas i 110 km/h. Kraften anpassades sedan för den del som skulle testas då arean är betydligt mindre.
Simulationen utfördes på båda typerna av material, stål och aluminium, för att sedan jämföras och se hur materialen reagerade på den typ av belastning.
Alla analyser utförs på samma sätt där konstruktionerna är fästa i en ände och belastningen kommer från en sida. Analysen utförs på detta sätt för att få resultat som enbart påverkas av materialets egenskaper.
3.6.2 STÅL
En analys gjordes på den konstruktion som Autokaross tillämpar idag. Det som undersöktes var den hörnstolpe som finns i konstruktionen och den krossbalk som löper längs med taket. Den första del som undersöktes var balken som gör upp hörnen på konstruktionen. Balken är 3x3x145 cm i galvaniserat konstruktionsstål med en sträckgräns på 350 MPa (Se figur 27).
Profilen utsattes för en kraft på 280 MPa och hade fasta punkter i båda ändarna.
Figur 33 Materialegenskaper stål
Konstruktionen hade en total påfrestning på 19 MPa vilket är långt under den elasticitetsgräns som material har på 350 MPa. Hade påfrestningar varit över 350 MPa så hade materialet deformerats plastiskt och inte kunnat återvända till sin ursprungliga form (Se figur 28).
Figur 34 Total påfrestning
Profilen hade en förflyttning som visar hur mycket materialet böjde sig under påfrestningen, hela förflyttningen var på 0,41 mm. En förflyttning på 0,04 cm på en profil som är 145 cm är väldigt lite och inte märkbart då profilen kommer stöttas av andra delar vid monterat kapell (Se figur 29).
Figur 35 Förflyttning av profil
3.6.3 ALUMINIUM
Ett alternativ som undersökts till det stål som idag används i Autokaross konstruktion är Aluminium. Något som spelat in i valet av material är inte bara att minska vikten på konstruktionen utan också hur konstruktionen kan monteras utan svetsning.
För att analysera materialet aluminium så gjordes olika profiler för att kunna monteras utan att använda sig av svetsning. Profilerna testades likadant som profilerna i stål med skillnaden på hur de konstruerades.
Materialet som valdes att testa profilerna med var Aluminium 6061 Med en sträckgräns på 275 MPa (Se figur 30)
Figur 36 Materialegenskaper aluminum
Profilen som undersöktes gjordes för att monteras vid samma hörn som den stålprofil som undersöktes i kapitel 4.1.2 Stål. Figuren hade större area än stålprofilen då fästena var inarbetade från början men längden var den samma (Se figur 31). Påfrestningarna var likadana som för stålprofilen med en kraft på 280 MPa och profilen var fastsatt i båda ändarna.
Figur 37 Aluminium profil
Den totala påfrestningen på konstruktionen i aluminium var liknande som den i stål på 19 MPa. Precis som profilen i stål så ligger
denna belastning långt under den sträckgräns för Aluminium 6061 som är på 275 MPa (Se figur 32).
Figur 38 Aluminium påfrestning
Den förlängning som materialet utsattes för var 0,18 mm (0,018 cm) vilket är hälften av den förlängning som stålprofilen uppvisade.
Denna skillnad är dock inte märkbar då den är så liten (Se figur 33).
Figur 39 Aluminium förlängning
3.6.4 MATERIALVAL
För att kunna bestämma vilket material som ska användas i den slutgiltiga konstruktionen så baserades valet på fyra faktorer. Den första var hållfasthet, den andra korrosionsresistens, den tredje var formbarhet och den fjärde vikt.
För den första faktorn så utfördes olika stressanalyser som tas upp i kapitel 4.1.1 Stressanalyser. Resultatet av detta gav ett underlag för att välja ett av de två materialen. Den andra faktorn, korrosionsresistens, undersöktes för att få ett alternativ till den galvanisering företaget använder sig av idag. Som bas så är aluminium 6061 ett material med väldigt bra
18 korrosionsresistens utan behandling men kan förbättras genom behandling. För den tredje faktorn, formbarhet, så var målet att funktioner skulle integreras i konstruktionen redan från start. Detta manifesteras i de fästen som finns i hörnstolparna. Den sista faktorn var vikt och hur mycket den kunde minskas. Det var en faktor som baserades på det teoretiska då vikten inte kunde fastställas innan konstruktionen var klar men med god säkerhet kunde förutses då aluminium väger 1/3 av det stål gör.
Materialet som valdes att tillverka konstruktionen i var aluminium 6061. Det visade sig ha lika bra egenskaper som konstruktionsstål vid de påfrestningar kapellet utsätts för och har bra korrosionsresistens vilket gör det lämpligt för den slutgiltiga konstruktionen. Stål kommer fortfarande finnas i de kontakter som används för att foga ihop alla profiler men då i form av rostfritt stål för att inte behöva galvanisera stålet.
3.7 PROCESS & METODDISKUSSION
I detta kapitel presenteras en diskussion omkring den process och metod som används i projektet.
3.7.1 PROCESS
Den process som valdes till projektet var Design Council´s - The Double Diamond Model of Design. Processen valdes för att få en bred förståelse för olika teorier för att gå en bra grund att börja arbetet på.
Processen består av fyra separata faser där alla har iterativa påslag för att kunna gå tillbaka när något nytt upptäcks eller uppmärksammas senare i arbetet. Processen börjar med att bredda sitt synfält, kolla på helheten för att sedan stanna av och sedan smalna av på en specifik punkt. Detta upprepas sedan efter de två första stadierna.
3.7.2 IDENTIFIERA
Under denna fas hämtades den information som projektet skulle grunda sig på. Här så undersöktes de problem som företaget uttryck och de frågeställningar som ställts upp för att strukturera upp informationen.
Flera metoder användes här för att inhämta information men att notera är att detta hämmades till viss del av coronapandemin.
Detta ses speciellt i kapitel 3.4.3 Analys av konstruktion där en planerad analys av montering samt konstruktion inte kunde utföras pga. sjukdomsfall på företaget och istället blev till en analys av fotografier skickade av företaget.
Att ta i beaktning dock är att den här fasen kunde blivit mer grundligt utförd om de planerade besöken hos företaget kunde utförts med analyser på plats samt intervjuer medan personal jobbar för att se på nära håll hur konstruktionen monteras och fungerar.
3.7.3 DEFINIERA
Definiera är fasen där första stadiet börjas smalna av och gestaltas i form av idéer.
Under denna fas så användes olika metoder för att få fram idéer och inspiration. Fasen började genom en benchmarking för att projektgruppen skulle få olika insikter och synsätt på former i helhet och konkurrerande kapell. I samband med detta så gjordes en formanalys där gruppen skaffade insikt och
inspiration från olika typer av fordon.
Under denna fas har också en workshop utförts för att få en kvantitet av idéer och synsätt att ta med till konceptframtagningen.
Att notera är dock att denna workshop gjordes på internet då avstånd till deltagare var ett problem samt de restriktioner som regeringen infört under coronapandemin.
Trots detta så var workshoppen till stor hjälp för att ta fram koncept.
I denna fas så utvärderades de tre koncept som togs fram med hjälp av en kravspecifikation samt feedback från företaget. Att ta i beaktning här är att konceptet var enkla och kunde utvecklats mer för att få en bättre visualisering av tänket bakom koncepten. Att nämna är att en faktor i detta stadie har varit tid och den projektplan som upprättades i början.
3.7.4 UTVECKLA
I detta stadie så utvecklades det koncept som gick vidare från förra fasen. Här så användes datorprogrammet Inventor för att upprätta en modell att analysera och arbeta med. Här så har iteration varit delaktig under hela fasen för att testa och analysera modellen. Att ta i beaktning här är att arbetet utfördes på en personlig dator som inte haft nog med kraft för att köra programmet fullt ut. Detta resulterade i längre tid att modellera och som nämnt tidigare blev tid en faktor här.
Om inte datorkraft varit ett problem här så kunde resultatet kanske blivit annorlunda och renderingar av modellen utföras.
3.7.5 PROJEKTPLANERING
Under projektet så har tidsplanen alltid varit till hands och sett till så att projektet ligger i fas. Till stor del så har tidsplanen följts men har ibland halkat efter lite, detta har dock inte resulterat i något problem och allting har blivit utfört.
3.7.6 LITTERATURSTUDIE
Det var i början av projektet som litteraturstudien utfördes men då processen har iterativa inslag så har det kompletterats med information när denna behövts.
20
4 RESULTAT
Nedan presenteras den konstruktion och de fogningsmetoder som projektet har resulterat i.
4.1 KONSTRUKTION
Konstruktionen består av samma grundpelare som den förra, fyra hörnstolpar sammalänkade med fyra plankor i furu med två på vardera sida. Takramen består av två längre balkar i extruderat aluminium med en kröknings längs med hela flaket.
Krökningen bildar den vågdesign som visades som koncept. Dessa ramar stöttas sedan upp genom fyra crossframes utplacerade längs taket. Den totala vikten för aluminium- respektive stålprofilerna var vid färdig konstruktion 70.5 respektive 103,5 KG. Konstruktionen bygger på samma grundstenar som dess föregångare men med nya inslag av kombinationer av fästen och profiler samt nya metoder att montera ihop konstruktionen på. Konstruktionen är tillverkad i aluminium 6061 och kontakterna är tillverkade i rostfritt stål. (Se figur 34).
Figur 40 Ramen till kapellet'
4.2 FÄSTPUNKT
Fästpunkterna är de punkter som fäster ramen till flaket och får konstruktionen att sitta fast. Dessa punkter var i den gamla konstruktionen påsvetsade metalldelar. I den nya konstruktionen så är de inarbetade i profilen för att undvika svetsning och svaga punkter i konstruktionen. Fästena gör så att tiden för montering är kortare då enbart montering på flaket behövs och inte svetsning av fästena på hörnstolpen.
Fästena är konstruerade efter de fästen som finns på den ursprungliga konstruktionen.
(Se figur 35).
Figur 41 Fäste för hörnstolpe bak
Samma typ av fäste används för den stolpen som är bakom hytten på lastbilen men då enbart på en sida på den fästs på en punkt.
Även detta fäste är konstruerat efter det ursprungliga fästet för att kunna passa bra med enkel montering. (Se figur 36).
Figur 42 Fäste för hörnstolpe fram
4.3 FOGNINGSMETOD
Det problem som Autokaross förmedlade i början av projektet var att svetsning inte var önskvärd och de sökte ett annat alternativ för det. Flera olika alternativ undersöktes i kapitel 2.7.4 Fogningsmetoder för att få olika alternativ att ta i beaktning under utvecklingen. De metoder som i slutändan valdes för konstruktionen var en kombination av kontakt samt skruvförband.
Dessa metoder ansågs vara lämpliga då de är enkla metoder som inte behöver extra verktyg eller maskiner samt att pga.
konstruktionens form så ansågs det vara för svårt att använda sig av nitning då det kräver två plana ytor mot varandra.
Det finns två platser i konstruktionen där tre olika profiler ska sammanfogas på en punkt.
På denna plats utnyttjas en kontakt som fästs inuti hörnprofilen och sedan omsluter
takramen samt en crossframe längst bak.
Kontakten har en lutning så att taktet ska ha sin teardrop form (Se figur 37 och 38).
Figur 43 Kontakt för 3 profiler
Figur 44 Kontakt med profiler fastsatta
Fram på kapellet utnyttjas en kontakt som fästs likadant som den bakre hörnprofilen med undantaget att enbart takramen fästs vid denna. Även denna kontakt har en lutning för att taket ska få sin form. (Se figur 39 och 40).
Figur 45 Kontakt för en profil
Figur 46 Kontakt med profil fastsatt
Den sista typ av kontakt finns på de crossframes som fästs mellan takramarna.
Kontakten är utformad med som ett gångjärn för en enkel montering på takramen. För att fästa kontakten så används ett skruvförband på undersidan vilket medför ett greppförband mellan takramen och kontakten (Se figur 41 och 42). Denna utformades för att kunna monters på takramen efter att den monteras på flaket ovanpå hörnstolparna. Den utformades på det sättet för att inte behöva lyfta på den övre delen av konstruktionen i en enda stor del utan monteras som enskilda delar.
22
Figur 47 Kontakt för crossframe
Figur 48 Kontakt med profil fastsatt
Denna typ av kontakt medför säker fogning mellan delarna utan att utnyttja svetsning i konstruktionen. Dessa möjliggör också att konstruktionen kan demonteras ifall användare vill utnyttja flaket utan kapell. Att det skulle vara modulär var något som ville uppnås med konstruktionen, vilket gör att dessa typer av kontakter gör att konstruktionen blir till en typ av lego konstruktion som kan plockas isär och sättas ihop utan några större problem.
Figur 50 Konstruktion monterar på flak
Figur 49 Kontakt för crossframe på takram
24
Figur 51 Kontakt för hornstolpe bak med profiler fastsatta
Figur 52 Kontakt för hörnstolpe fram med profil fastsatt
5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER
Detta kapitel behandlar en diskussion angående projektet samt slutsatser om vad som kommit fram. Det innefattar också rekommendationer till fortsatt arbete samt slutsatser om syfte & mål samt frågeställningarna.
5.1 RELEVANS
Manga lärdomar och nyttiga erfarenheter har kommit från det här projektet. Som avslutning av utbildningen har projektet varit en sammanställning av allting som Projektet har resulterat i en konstruktion som förhoppningsvis kan förenkla produktionen för Autokaross genom smartare design i form av tid och mindre transporter. Att genom en mer modulär design göra det enklare både för konsumenten att demontera kapellet vid behov och montören att montera kapellet vid tillverkning. Om Autokaross bestämmer sig för att implementera konstruktionen kan den medverka till att bredda deras kundkrets genom ny design och särdrag från den nuvarande marknaden.
Projektet har grundat sig runt ett teoretiskt arbete där hållbarhet, material och hållfasthet har varit grundpelare.
Förhoppningarna är att genom minskad vikt och utnyttjandet av aerodynamik minska deras påverkan på miljön genom färre transporter till företaget för produktion samt minskad bränsleförbrukning för konsumenter och därmed uppfylla de hållbarhets krav företaget ställs inför . Konstruktionen har en design som är formad efter en tillverkningsmetod vilket nämns i kapitel 2.6 som tillåter att mer funktioner kan implementeras innan profiler kommer till Autokaross för montering. Tanken är att arbetet kan göras lättare för montörerna genom att ta bort svetsningen de använder sig av idag och minska den tid de ägnar åt byggnation av kapell.
Konstruktionen har även använt sig av olika fogningsmetoder vilket nämns i kapitel 2.7 för att ge alternativ till att foga ihop konstruktionen på ett nytt enklare sätt och även med detta förenkla arbetet för montören. Förhoppningen är vid
implementation att
5.2 REKOMMENDATION
Nedan följer en rekommendation om vad projektgruppen anser borde göras för fortsatt arbete och implementation för tillverkning.
För att säkerställa konstruktionen så bör den ses över för att fastställa säkerheten med att den klarar de påfrestningar den kan komma att utsättas för samt eventuellt utvecklas.
Något som inte undersökts under projektet är hur mycket ljud som kommer att komma från konstruktionen när lastbilen är i körning. Rekommendationen är därför att kolla på plast- eller gummifixturer för kontakterna för att förhindra buller.
För att ytterligare testa konstruktionen bör en prototyp upprättas i någon form för att få mer insikt i hur konstruktionen kommer att fungera och bete sig.
5.3 SLUTSATSER
I början av projektet fastställdes projektets syfte & mål samt frågeställnigar. I detta kapitel kommer dessa diskuteras och frågeställningarna besvaras.
5.3.1 SYFTE & MÅL
Syftet med projektet var att utforma en ny lösning på kapell som är mer aerodynamisk än dagens kapell samt att ta fram en ny lösning som Autokaross kan implementera i sin produktionslinje. I största mån följa deras mission.
Genom att göra analyser och undersökningar har en ny design och form på kapellet tagits fram och den dåvarande lådliknande formen omvandlats till en mer aerodynamisk form.
Genom att arbeta med nya fognings och tillverkningsmetoder har den nya konstruktionen följt deras mission och
26 förblivit trygg, hållbar och funktionell.
Målet med projektet var att förbättra den sociala hållbarheten för montörerna en smartare tillverkning som skulle kräva mindre steg i monteringen. Att förnya utbudet av produkten samt att öka deras attraktivitet på marknaden.
Den nya konstruktionen byggs runt ett modulärt system som inte ska behöva någon form av permanent fästanordning. Genom att eliminera användandet av svetsning med användandet av kontakter och skruvförband så har en smartare tillverkning tillämpats för att underlätta för montören. Genom att en ny konstruktion i ny form har tagits fram så har målet med att förnya produktutbudet uppfyllts. Då det inte har varit möjligt att vara på plats i fabriken har målet att minska antalet steg i monteringen inte kunnat analyseras och inte uppfyllts ännu. Eftersom konstruktionen inte har implementerats i deras produktutbud har inte heller målet om att öka attraktivitet uppfyllts.
5.3.2 FRÅGESTÄLNINGAR
I början av projektet upprättades två frågeställningar, nedan besvaras dessa.
Vilka tillverkningsmetoder kan appliceras för att underlätta produktionen för montören samt göra den mer effektiv?
För att besvara denna fråga så undersöktes olika typer av tillverkningsmetoder under kapitel 2.6 för att bredda förståelsen och få alternativ att använda i den nya konstruktionen. Något som ville uppnås med detta var integrerade funktioner från början i profilen. Det som kom fram var att extrudering skulle användas för att kombinera nya profiler ihop med mer funktioner.
Kan man genom förbättrad konstruktion minska luftmotståndet utan att försämra hållfastheten på kapellet?
En övergripande undersökning av aerodynamik under kapitel 2.5 ihop med en analys av olika formgivningar av fordon under kapitel 3.5.2 gjordes för att få underlag och förståelse för att kunna formge den nya konstruktionen. För att fastställa att hållfastheten på kapellet levde upp till de påfrestningar som det skulle utsättas för under körning så gjordes olika stressanalyser av den nya konstruktionen. Dessa gjordes med krafter uträknade av den lufthastighet som kapellet skulle utsättas för vid körning i 110 km/h. För utförligare information se kapitel 4.1.
REFERENSER
Designcouncil. (u.å.). What is the framework for innovation? Design Council´s evolved Double Diamond.
Hämtad 2020-12-08 från https://www.designcouncil.org.uk/news-
opinion/what-framework-innovation- design-councils-evolved-double-diamond Elektrolytisk ytbehandling. (2020).
http://www.elektrolytiskytbehandling.n.nu/f orzinkning Hämtad 13 oktober
Göransson, A., & Thannan, A. (2012) Utformning av vindavdelare för flakkåpa.
Hämtad från DiVAs webbplats:
http://www.diva-
portal.org/smash/record.jsf?dswid=-
6078&pid=diva2%3A583946&c=1&searc hType=SIMPLE&language=sv&query=583 946&af=%5B%5D&aq=%5B%5B%5D%5 D&aq2=%5B%5B%5D%5D&aqe=%5B%
5D&noOfRows=50&sortOrder=author_sort _asc&sortOrder2=title_sort_asc&onlyFullT ext=false&sf=all
Donbur (u.å.). A Guide To Aerodynamics https://donbur.co.uk/gb-
en/info/aerodynamics.php Hämtad 14 Oktober
Johannesson, H. Gunnar-Persson, J &
Pettersson, D. (2013) Produktutveckling:
effektiva metoder för konstruktion och design. (2. Uppl.) Stockholm: Liber.
Johannesson, H. Persson, J, & Pettersson, D.
(2013). Produktutveckling: Effektiva metoder för konstruktion och design. (2.
Uppl.) Stockholm: Liber.
Lindunger, U & Stark, E. (2004) Stål och aluminium – En jämförelse av materialegenskaper, LCI och återvinning (Rapport nr. D 812).
https://docplayer.se/11719552-Stal-och- aluminium-en-jamforelse-av-
materialegenskaper-lci-och
atervinning.html Hämtad 9 oktober
Lundh, H. (2016) Grundläggande Hållfasthetslära. Polen: Interak
Vargel, C. (2004). Corrosion of Aluminium.
United Kingdom: Elsevier ltd.
Wikberg Nillson, Å. Ericsson, Å &
Törnlind, P. (2013). Snowflake: en bred bok om design och utvecklingsprocesser. Luleå:
Luleå tekniska universitet.
Wikgren, Johan. (2017) Utveckling av etsmetod för bildbehandlingsprogram [Examensarbete Luleå Tekniska Universitet] DiVA http://www.diva- portal.org/smash/get/diva2:1093471/ATTA CHMENT01.pdf
Åstedt, (2009). Stålets egenskaper. Hämtad
21 september från:
https://media.sbi.se/2019/11/Stalets_egensk aper.pdf
