EXAMENSARBETE
2005:328 CIV
Utformning av manöverhandtag till grävmaskiner
CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Ergonomisk design och produktion
Luleå tekniska universitet Institutionen för Arbetsvetenskap Avdelningen för Industriell design
LOTTA GRAHN
FÖRORD
F ÖRORD
Hösten 2005, tiden för genomförandet av mitt examensarbete, har varit en väldigt givande period. Arbetet har varit mycket intressant och lärorikt och jag har fått erfarenheter som jag garanterat kommer att ha glädje av i arbetslivet. Målet med arbetet var att utveckla ett manöverhandtag till grävmaskiner och fokus har legat på att ta fram ett ergonomiskt och innovativt handtag. Arbetet har utförts mot SVAB Hydraulik AB och responsen från företaget har hela tiden varit positiv.
Flera personer har varit ett stort stöd och bistått med sin tid och kunskap under arbetet och jag vill rikta ett varmt tack till dem alla:
- Kent Bengtsson och personalen på SVAB Hydraulik AB.
- Dennis Pettersson, handledare och examinator, professor i industriell design, LTU.
- Daniel Johansson, Anders Håkansson och Josef Forslund, Institutionen för arbetsvetenskap vid LTU.
- Eva-Karin Klenell Hartchek och Charlotte Nordlander, Enheten för maskiner och personlig skyddsutrustning vid Arbetsmiljöverket.
- Alla grävmaskinister som har ställt upp och svarat på mina frågor.
- Daniel som alltid har stöttat och stått vid min sida.
Lotta Grahn
Luleå, december 2005
SAMMANFATTNING
S AMMANFATTNING
Detta examensarbete är det avslutande momentet på civilingenjörsutbildningen Ergonomisk design och produktion vid Luleå tekniska universitet. Syftet med arbetet är att utforma ett ergonomiskt och innovativt manöverhandtag till grävmaskiner som utrustas med proportionellt styrd rotortilt. Arbetet är utfört mot SVAB Hydraulik AB i Hallsberg som tillverkar styrsystem till alla typer av hydrauliskt styrda arbetsfordon.
Målet med arbetet är ett formsprutat, ergonomiskt manöverhandtag till grävmaskiner.
Handtaget ska ha ett säljande utseende och vara utrustat med knappar och rullar. Arbetet omfattar inte design av handtagets insida, infästning, knappar eller rullar. Arbetet ska resultera i en rapport, CAD-modell och en fysisk modell av handtaget.
För att med tillgängliga resurser uppnå ett lyckat resultat inom rimlig tid har systematisk problembehandling använts. Arbetet inleddes med en grundläggande informationsinsamling och halvstrukturerade intervjuer gjordes med grävmaskinister för att få en uppfattning om vad användarna har för upplevelser av dagens manöverhandtag.
För att få förståelse för tillverkningsmetoden och de krav som den ställer på produkten gjordes studiebesök på två formsprutningsföretag.
En funktionsuppdelning resulterade i en specifikation. Kriterierna i specifikationen viktades, vilket visade att de viktigaste kriterierna är att äga ergonomi och tilltala målgruppen/snyggt utseende.
Vid brainstorming, som utfördes i två etapper, uppkom många idéer som delades in i tre kategorier: handtagets form, knappars och rullars placering samt yta. Modeller togs fram i industrilera där idéerna kunde utvärderas och testas vilket ledde till att tre koncept arbetades fram.
SAMMANFATTNING
Kravet på greppvänlighet uppfylldes av alla tre koncepten och därför spelade kravet på ett snyggt utseende stor roll vid valet mellan de tre koncepten. Det koncept som efter bedömning på företaget blev populärast var koncept 1, varför detta valdes för vidare utveckling. Flera önskvärda delar från de andra två koncepten kunde även appliceras vilket resulterade i att det slutliga konceptet i mycket är en kombination av alla tre.
Resultatet är ett manöverhandtag som ligger bra i såväl stora som små händer och har ett utseende som skiljer sig från de handtag som finns på marknaden idag. Genom att variera antalet knappar och rullar i handtaget och även hur dessa ska sitta, kan användaren själv välja vad han vill kunna använda handtaget till och hur. Detta gör att handtaget kan anpassas till det antal funktioner användaren vill kunna styra med handtagen och användaren påverkar på så sätt själv även priset på handtaget.
ABSTRACT
A BSTRACT
This master thesis is the final part of the Master of Science programme in Ergonomic design and production engineering at Luleå University of Technology. The purpose of the project is to design an ergonomic and innovative grip for excavators equipped with proportionally operated tilt and rotator. The work was carried out in cooperation with SVAB Hydraulik AB in Hallsberg, which develops and manufactures control systems for all types of hydraulic machinery.
The objective with the thesis is to develop an injection moulded, ergonomic grip for excavators. The grip should have a selling appearance and be equipped with buttons and rolls. The project does not include design of the inside of the grip, attachment, buttons or rolls. The work will result in a thesis, CAD-model and a physical model of the grip.
To achieve a successful result with the available resources and within a reasonable time a method for systematic problem solving has been used. The work began with a basic information gathering. Interviews with excavator drivers were conducted to get an understanding of the users’ experiences of today’s grips. For comprehension of the manufacturing method visits were made at two injection moulding companies.
A specification was made and the weights of the criterions in it were measured. This showed that the most important criterions are ergonomics and appearance. Two brainstorming stages resulted in a large number of ideas witch were grouped into three categories: shape, surface and position of buttons and rolls. Clay models were made where the ideas could be evaluated and tested which led to that three concepts were developed.
ABSTRACT
The requirement of an ergonomic shape were fulfilled by all three concepts, hence the appearance was an important part in the choice between the concepts. After a judgement from SVAB concept 1 were chosen for further development. Some of the desirable qualities of the two other concepts could also be applied to the final concept.
The result is a grip that fits well in big as well as in small hands and it has a unique shape that distinguishes it from the grips on the market today. By alter the number and position of the buttons and rolls in the grip the user can chose for what and how he wants to use the grip. In this way the grip can be brought into line with the customer needs and the user himself can have an effect on the price of the grip.
INNEHÅLL
I NNEHÅLL
1INLEDNING 1
1.1Rotortilt 1
1.2 SVAB Hydraulik AB 2
1.3 Mål 3
1.4 Antaganden och avgränsningar 3
2TEORI 5
2.1Anatomi 5
2.1.1 Skelettet 5
2.1.2 Muskler 6
2.1.3 Nerver 7
2.2Ergonomi 7
2.2.1 Antropometri 7
2.2.2 Grepp 8
2.2.3 Belastningsergonomi 9
2.2.4 Muskuloskeletala sjukdomar 10
2.3 Grundregler vid formgivning av handverktyg 11
2.3.1 Form 11
2.3.2 Handledens neutrala position 12
2.3.3 Yta 13
2.4 Material och tillverkningsmetod 13
2.4.1 Polymera material 13
2.4.2 Formsprutning 14
2.4.3 Dubbelgjutning 15
INNEHÅLL
3METOD 17
3.1 Informationsinsamling 17
3.1.1 Intervjuer 17
3.2 Problembestämning 18
3.2.1 Frågemetoden 18
3.2.2 Områdesbestämning 18
3.3 Problemundersökning 18
3.3.1 Funktionsuppdelning 19
3.3.2 Kriteriegruppering 19
3.3.3 Kriterieviktning 19
3.4 Problemlösning 19
3.4.1 Brainstorming 20
3.4.2 Osborns idésporrar 20
3.4.3 Litteraturmetoden 20
3.5 Slutlig design 21 4UTFORMNING AV MANÖVERHANDTAG 23
4.1 Intervjuer 23
4.1.1 Grävmaskinens användning och arbetsmiljö 24
4.1.2 Användarnas åsikter om handtagen 24
4.2 Studiebesök 25 4.3 Specifikation 25 4.4 Idégenerering 26
4.4.1 Handtagets form 26
4.4.2 Knappars och rullars placering 28
4.4.3 Yta 29
4.5 Konceptgenerering 29
4.5.1 Koncept 1: Kobra 30
4.5.2 Koncept 2: Handryggsstöd 31
4.5.3 Koncept 3: Pekfingergrepp 31
4.6 Val av koncept 32 4.7 Slutlig design 32
5RESULTAT 35
5.1 Handtagets form 35
5.1.1 Handtagets vinkel 36
5.1.2 Rem 36
5.2 Knappar och rullar 37
5.2.1 Fingerknappar 38
5.2.2 Tumknappar 39
6DISKUSSION 41
6.1 Metod 41
6.2 Resultat 42
6.3 Fortsatt arbete 43
INNEHÅLL
REFERENSER 45
Litteratur 45
Hemsidor 46
BILAGOR
Bilaga 1: Antropometriska data för handen 2 sidor Bilaga 2: Problembestämning 3 sidor Bilaga 3: Frågeformulär 3 sidor Bilaga 4: Specifikation 2 sidor Bilaga 5: Kriterieviktning 2 sidor
INLEDNING
1 I NLEDNING
Det här är ett 20 poängs examensarbete utfört vid Luleå Tekniska Universitet. Arbetet är det avslutande momentet på civilingenjörsutbildningen Ergonomisk design och produktion med inriktning mot industriell design. Under examensarbetet tillämpas de kunskaper och erfarenheter som har erhållits under studietiden och det ger fördjupade kunskaper inom området för examensinriktningen.
Arbetet är utfört mot SVAB Hydraulik AB i Hallsberg som bland annat tillverkar styrsystem till grävmaskiner med rotortilt. Styrsystemet levereras som ett komplett paket där även manöverhandtag ingår. Företaget har haft leveransproblem från nuvarande leverantör av handtag och vill därför ta fram
ett egenutvecklat handtag. Detta skulle även sänka priset på produkten som i dagsläget ligger tämligen högt. Syftet med examensarbetet är därför att utforma ett manöverhandtag till grävmaskiner som utrustas med proportionellt styrd rotortilt.
1.1 Rotortilt
En rotortilt är extrautrustning till en grävmaskin som kan liknas vid handleden, den gör att skopan kan roteras och tiltas, se figur 1. Rotortilten gör det möjligt att utföra avancerade precisionsarbeten och grävmaskinens arbetsområde ökar. På 1980-talet, när rotortilten utvecklades, betalade till exempel Vägverket
extra timpenning till entreprenadföretag som hade Figur 1, rotortilten kan liknas vid grävmaskinens handled.
INLEDNING
rotortilt på sina maskiner, eftersom arbetet utfördes mer effektivt. Idag utgår ingen sådan ersättning eftersom det anses som standardutrustning.
Den största fördelen med rotortilt är att grävmaskinen kan ställas på ett ställe och sedan utföra en mängd olika arbeten med stor räckvidd. En vanlig maskin skulle, för samma arbete, tvingas bli flyttad flera gånger för att komma åt. Med rotortilt blir maskinen smidigare, se figur 2, den kan till exempel gräva vinkelrätt mot grävskopsarmen. Rotationen och tiltningen kan utföras samtidigt, i en och samma rörelse.
När en grävmaskin utrustas med rotortilt får den extra funktioner som inte kan styras med originalspakarna. Dessa byts därför ut mot spakar utrustade med fler knappar och vid proportionell styrning även med rullar. Med rullarna kan rotortilten manövreras med större precision eftersom oljeflödet, som driver rotationen och tiltningen, styrs av tummen med rullarna. Grävmaskiner utan proportionell styrning har knappar i spakarna som styr åt vilket håll tiltningen eller rotationen ska gå medan oljeflödet styrs med pedaler.
1.2 SVAB Hydraulik AB
SVAB Hydraulik AB är ett företag som arbetar med utveckling och konstruktion av elektroniskt styrda hydrauliska styr- och manöversystem för mobila maskiner. SVAB (SpecialVentil AB) startade 1968 med tillverkning av manöverventiler för skördetröskor.
1988startades SVAB Hydraulik AB som ett dotterbolag till SVAB och tillverkar idag styrsystem till alla typer av hydrauliskt styrda arbetsfordon. SVAB Hydraulik AB har åtta anställda och omsätter ca 25 miljoner kr/år, försäljningen har fördubblats varje år de senaste två åren.
Rotortilt är en snabbt växande marknad. I dagsläget säljer SVAB Hydraulik ca 35 styrsystem i veckan och försäljningen har fördubblats under första halvåret 2005 jämfört med 2004. SVAB är ledande på marknaden vad gäller styrsystem för proportionalstyrning av rotortilt och konkurrensen är mycket liten.
Styrsystemen från SVAB är bland annat för proportionell styrning av rotortilt och till styrsystemet levereras därför manöverhandtag med rullar, idag finns två olika modeller, se figur 3. Den populäraste av dessa är Prof 1 från Sauer- Danfoss. Prof 1 är ett relativt dyrt handtag, vilket drar upp priset på den slutliga produkten. Det andra handtaget, från ITT Cannon, har ett lägre pris, men säljs trots det i mycket mindre volymer än Prof 1. Förutom rotortiltstyrning används handtagen bland annat till styrning av grävaggregat, grip, hjulstyrning och styrning av larvfötter.
Figur 2, med rotortilt ökar grävmaskinens smidighet.
Figur 3, Prof 1 från Sauer- Danfoss (t.v.) och handtaget från ITT Cannon (t.h.).
INLEDNING
1.3 Mål
Arbetet ska resultera i en 3D-CAD modell och en fysisk modell av ett manöverhandtag till grävmaskiner med proportionellt styrd rotortilt. Handtaget ska ha god ergonomi och funktion för användaren och passa bra till såväl stora som små händer. Vidare ska handtaget ha ett innovativt och säljande utseende som tilltalar målgruppen. Det ska vara anpassat för formsprutning i två lager, så kallad dubbelgjutning, med en hårdare kärna och ett mjukare, gummiliknande ytskikt. Handtaget ska kunna inrymma komponenter såsom kablage och kretskort och det ska vara utrustat med knappar och rullar.
1.4 Antaganden och avgränsningar
Tyngdpunkten i arbetet läggs på ergonomi och utformning, vilket avgränsar arbetet till dessa områden. Arbetet omfattar inte insidan av handtaget och inte heller utformningen av infästningen nertill. Material och tillverkningsmetod tas i beaktande under utvecklingen av handtaget men kommer inte att behandlas ytterligare. Inga ingående konstruktions- och hållfasthetsberäkningar kommer att göras. Uppgiften är begränsad till handtagets utformning, detta betyder att knapparnas och rullarnas design ligger utanför detta arbete.
Produkten kommer att sitta i grävmaskiner. Vid utformningen av manöverhandtaget tas hänsyn till att brukargruppen övervägande består av män.
Figur 1
Figur 2 Figur 3
TEORI
2 T EORI
I kapitlet redovisas den teori som ligger till grund för utformningen av manöverhandtaget. Kapitlet tar upp teori inom anatomi, ergonomi, tillverkningsmetod och material. Här skildras även ett antal grundregler för utformning av handverktyg som kan användas vid utformningen av handtaget.
2.1 Anatomi
Anatomi är den vetenskap som studerar människokroppens, djurens och växternas uppbyggnad. Det är ett stort område och delas därför in i ett antal undergrupper.
Huvudgrupperna i mänsklig anatomi är huvud, nacke, bål, nedre extremiteter och övre extremiteter. Teorin i detta avsnitt behandlar i första hand de övre extremiteterna, dvs.
armarna.
2.1.1 Skelettet
Skelettet består av 206 ben, vars fysiska funktioner är att ge stöd åt och bygga upp kroppen. Skelettet är alltså ett ramverk som håller upp omkringliggande mjuk vävnad och ger skydd åt sårbara, viktiga organ.
Kulleden i axeln ger överarmsbenet, se figur 4, stor rörlighet i förhållande till kroppen. I armbågen ledar överarmsbenet till de två benen i underarmen, armbågsbenet och strålbenet. Mellan dessa finns en led som gör att strålbenet och handen kan vridas runt armbågsbenet, exempelvis som när man vrider om en nyckel.
TEORI
Handen och handlovens skelett är uppbyggt av 27 ben som genom ett inbördes komplicerat rörelsemönster möjliggör mycket stor rörlighet i alla plan. Handleden består att två leder som byggs upp av fyra ben vardera. Utformningen av leden mellan tummens mellanhandsben och motsvarande ben i handloven möjliggör en bågrörelse av tummen över handflatan, det är denna rörelse som bidrar till den mänskliga handens unika greppförmåga. Mellanhandsbenen hålls samman av ledband som bildar två bågar och tillsammans med starka bindvävsband på insidan av handleden bildar de den så kallade karpaltunneln.
2.1.2 Muskler
I kroppen finns tre typer av muskulatur: hjärtmuskulatur, glatt muskulatur och skelettmuskulatur. Den glatta muskulaturen finns bland annat i mag- tarmkanalen och styrs av det autonoma nervsystemet, dvs. inte av viljan. Skelettmusklerna utgör majoriteten av kroppens muskler och de flesta styrs med viljan.
Muskulaturen i rörelseapparaten omfattar över 600 par skelettmuskler.
Skelettmusklerna består av tvärstrimmig muskulatur och omges av bindväv som i muskeländarna övergår i senvävnad. Vissa muskler har långa senor som löper i senskidor över en eller flera leder. För att senorna ska kunna behålla sina lägen när musklerna förkortas och för att kunna röras med minsta möjliga friktion glider de inne i senskidor, se figur 6. Senskidorna är rörformade och har en mycket glatt insida. Handens muskler ligger i huvudsak i underarmen och går ut till fingrarnas ben i form av senor. Dessa stabiliserar handleden samt böjer och sträcker handen och fingrarna, se figur 5. I handen finns många små muskler som utför tummens och fingrarnas precisionsrörelser.
Figur 4,
a) överarmsbenet, b) armbågsbenet, c) strålbenet, d) handleden, e) fingerleder
Figur 5,
underarmsmuskler som böjer fingrarna.
Figur 6, senskidor i handflatan.
a
b c
d
e
TEORI
2.1.3 Nerver
Nerverna förmedlar signaler från känselorganen till ryggraden och hjärnan samt signaler till musklerna som får dem att förkortas. I hand- armsystemet finns tre nerver; nervus radialis, nervus medianus och nervus ulnaris, som kontrollerar olika delar av handen, se figur 7. Nervus medianus passerar handleden genom karpaltunneln.
Figur 7,de delar av handen som påverkas av nervus radialis (R), nervus medianus (M) och nervus ulnaris (U).
2.2 Ergonomi
Ordet ergonomi kommer från grekiskans ergos som betyder arbete och nomos som betyder lag. Ergonomi är följaktligen läran om arbetet: om människan som arbetar och sättet det görs på, om verktygen och utrustningen som används, om platserna som arbetet utförs på och om de psykosociala aspekterna på arbetssituationen. Ergonomi är vetenskapen som anpassar arbetet till arbetaren och produkten till användaren och inte tvärtom; Pheasant (1996).
2.2.1 Antropometri
Antropometri är en viktig del av ergonomin som behandlar människokroppens storlek, form, styrka och kapacitet.
De flesta av kroppens mått är normalfördelade över en population, vilket betyder att de kan beskrivas med endast ett medelvärde och en standardavvikelse. Standard-avvikelsen (SD) talar om graden av variation i den uppmätta populationen, det vill säga hur mycket enskilda värden avviker från medelvärdet. Figur 8 visar en normalfördelningskurva över längden på vuxna brittiska män. Eftersom kurvan är symmetrisk är 50 % av populationen längre än medelvärdet och 50 % kortare, man brukar säga att medelvärdet är lika med den 50:e percentilen. Generellt gäller att n % av befolkningen är kortare än den n:e percentilen.
Det är svårt att utforma produkter så att de passar alla, även de som avviker mest från medelvärdet. Därför är det vanligt är att utforma produkter efter den 5:e och den 95:e percentilen och på så sätt anpassa produkten till 90 % av befolkningen. Antropometriska data för handen kan ses i bilaga 1.
TEORI
Figur 8, normalfördelningskurva över längden på vuxna brittiska män.
Data från Pheasant (1996).
Antropometriska mått utgår oftast från nakna människor och det är därför vikigt att klargöra vilka kläder som används. Figur 9 visar ett exempel där hänsyn till kläder ej har tagits vid utformning av produkten; Hamrin och Nyberg (1993).
Figur 9, Produkt där ingen hänsyn har tagits till kläder, handtaget är för litet då handskar används.
2.2.2 Grepp
Handens styrka och precision beror till stor del på greppet. En avslappnad hand som placeras i knäet antar automatiskt viloposition där fingrarna och tummen är lätt böjda, se figur 10a. Figur 10b visar ett styrkegrepp, alla fingrarna omsluter handtaget men för maximalt styrkegrepp bör de inte nå hela vägen runt. I figur 10c visas ett styrkegrepp med visst precisionskrav, här används pekfingret för att styra verktyget. I figur 10d visas det grepp som används vid mycket höga krav på precision.
TEORI
Figur 10, a) viloposition, b) styrkegrepp, c) styrkegrepp med visst precisionskrav, d) precisionsgrepp.
2.2.3 Belastningsergonomi
Belastningsergonomi handlar om hur arbetsställningar, rörelser, fysisk belastning och andra faktorer påverkar kroppens muskler och leder. Belastningsergonomi omfattar bland annat arbetsplatser, verktyg, omgivning och hur arbetet organiseras. Besvär eller skador i muskler, senor och leder är en av de vanligaste orsakerna till långa sjukskrivningar och förtidspensioneringar, över 70 % av alla arbetssjukdomar och över 20 % av arbetsolycksfallen som kommer in till arbetsmiljöverket är belastningsskador;
AFS 1998:1.
Statisk, dynamisk och ensidigt upprepad belastning
Arbete där stora muskelgrupper används och som medför snabbare puls och andning brukar kallas för tungt kroppsarbete. De flesta personer upplever den typen av belastning som positiv, det känns att man uträttar något. Många människor joggar eller tränar på annat sätt på sin fritid och upplever motionen på liknande sätt. Men upplevelsen av ett arbete där små muskelgrupper används, till exempel i armar och händer, kan vara helt annorlunda, speciellt om belastningen är statisk. Den använda kraften kan verka liten, men kan ändå ge en hög belastning på en liten muskelgrupp.
Långvarigt arbete under sådana förhållanden kan ge skador som ibland blir bestående.
Musklerna sitter fästade i skelettet och spänns vid rörelse. Vid statiskt arbete, då en och samma muskel belastas oavbrutet, stryps blodtillförseln på grund av att blodkärlen kläms ihop. Musklerna får då inte det syre som behövs vilket leder till trötthet och smärta, som medför att man spänner sig ännu mer. Om inte denna onda cirkel bryts kan en inflammation i muskeln uppstå.
För att undvika utmattning av musklerna bör statisk belastning, enligt Lindqvist (1986), inte överstiga 10 % av den maximala statiska belastningskapaciteten. Dynamisk belastning bör inte överstiga 40 % av individens maximala kapacitet. Arbete som
a b
c d
TEORI
kombinerar dynamisk och statisk belastning bör eftersträvas, då den dynamiska lasten ger högre blodcirkulation som transporterar bort de förbränningsprodukter som orsakas av det statiska arbetet.
När samma kroppsdelar utsätts för likartade rörelser under en längre period utsätts muskler och leder för ensidig upprepad belastning. För att dessa arbetsrörelser ska vara möjliga tvingas omgivande, stabiliserande muskler att arbeta nästintill statiskt. Följden av ensidig upprepad belastning kan vara gradvis inträdande skador som tar lång tid att läka och besvären återkommer lätt vid liknande belastningar. Även om repetitiva belastningar håller sig inom enstaka belastningsgränser kan de ge skador i form av irritationstillstånd och det kan även uppstå inflammationer. Skador i fingrarna och handleder orsakas vanligtvis av repetitiva och/eller kraftiga mekaniska belastningar.
2.2.4 Muskuloskeletala sjukdomar
Muskuloskeletala sjukdomar är ett samlingsbegrepp på skador som involverar muskler, ben, brosk, senor och ligament. Dessa påverkar människans rörelseförmåga och kan även inverka på delar av nervsystemet. Nedan följer en inblick i de skador relaterade till handen och armen som orsakas av förslitningar, enligt Lindqvist (1986) och Cacha (1999).
Senskador
Senskador uppstår vanligtvis i de områden av senan som fäster i ett ben och i närheten av en led. Skadan ger ofta lokal smärta eller värk samt ömhet och svullnad på grund av vätskeansamling.
- Tendinitis: Inflammation i en sena som uppkommer på grund av för hög belastning.
Om inte tillräckligt med vila ges kan senan bli permanent försvagad.
- Tenosynovitis: Uppkommer i områden där senan löper genom en skida. Vid arbete som är extremt repetitivt ansamlas vätska i senskidan vilket leder till smärta och svullnad.
- Stenosing Tenosynovitis: Sammandragning av senskidan i inflammationsområdet.
DeQuervains sjukdom, som uppkommer vid repetitivt arbete, är den vanligaste av dessa sjukdomar. Den uppträder vid tumroten i tummens senor som fäster i underarmen. En annan vanlig form av Stenosing Tenosynovitis är så kallat avtryckarfinger då en knuta bildas på senan till böjmuskeln på fingrets insida.
Knutan har svårt att glida i senskidan vilket ger upphov till smärta. Avtryckarfinger orsakas av att fingertoppen används istället för fingrets mittersta del vid användning av exempelvis skruvdragare eller av tryck från ett skarpt handtag.
- Ganglioncysta: En vätskefylld cysta som bildas på senskidan.
- Epicondylitis: De mest välkända symptomen är tennisarmbåge, lateral epicondylit, och golfarmbåge, medial epicondylit. Musklerna i underarmen som sträcker fingrarna fäster i överarmsbenet, en överansträngning av dessa muskler på grund av ensidiga och upprepade rörelser kan leda till en inflammation i muskelfästet på armbågens utsida respektive insida. Symptomen är smärtor och svaghet i armbågsleden och musklerna i armen; Åberg (2000).
Nervskador
Skada eller tryck på nerver kan uppkomma i närheten av en svullen, inflammerad sena.
Tryck på en nerv ger ofta symptom i områden som inte alls ligger i närheten av skadan.
TEORI
En stöt eller skada på någon av nerverna i armen kan ge domningar i den del av handen som kontrolleras av nerven.
- Karpaltunnelsyndromet: Ett antal senor och en nerv, nervus medianus, passerar handleden genom en stor senskida, karpaltunneln, se figur 11. Om handleden böjs bakåt kan karpaltunneln lätt pressas ihop och nervus medianus blir utsatt för tryck eller kan till och med bli klämd. Detta kan leda till smärta, domningar, klåda, oförmåga att svettas och okänslighet i de delar av handen som påverkas av nerven.
Symptomen uppträder ofta när personen ligger till sängs.
Figur 11, karpaltunnelns läge (t.v.) och karpaltunneln i genomskärning (t.h.).
2.3 Grundregler vid formgivning av handverktyg
Pheasant (1996), Cacha (1999) och Lindqvist (1986) ger ett antal riktlinjer vid utformning av handverktyg. Många av dessa kan även tillämpas vid utvecklingen av manöverhandtaget.
2.3.1 Form
Undvik alla skarpa kanter och andra ytstrukturer som orsakar punkter med tryckkoncentrationer när verktyget greppas. Detta inkluderar:
- fingerformer; fördjupningar för att passa fingrarna passar aldrig alla och kan vid upprepad användning vara skadlig för dem som inte passar i greppet,
- änden på verktyget som kan skava in i handen om det är för kort, - konturerna på flata eller upphöjda ytor,
- klämpunkter mellan rörliga delar, såsom avtryckare.
TEORI
Handtag med ett runt tvärsnitt är bekvämast eftersom det inte har några kanter som kan ge tryckkoncentrationer. Diametern på ett runt handtag bör vara mellan 30 och 50 mm.
Om fingrarna böjs runt ett handtag med för liten eller för stor diameter uppkommer ett behov av större greppkraft, vilket kan leda till utmattning, tendinitis eller till att verktyget tappas. Nackdelen med ett runt handtag är att det inte ger ett lika bra grepp som ett kantigt. Om två plan möts inom området för handen bör en radie mellan dessa om minst 25 mm användas.
Eftersom handens fingrar är olika långa är det ergonomiskt riktigt att låta handtagets diameter minska mot lillfingersidan, alla fingrar får då lika bra grepp om handtaget. Ur kraftsynpunkt är detta dock inte så viktigt eftersom det är tummen och det mittersta fingrarna som står för den mesta styrkan i greppet.
Om en del av handen ska in i en öppning måste tillräckligt utrymme ges för detta. För hela handflatan, såsom i en resväska, behövs en rektangel som är 115x50 mm. För ett finger eller tummen, som i en tekopp, ger en cirkel med 35 mm i diameter möjlighet till införning, rotation och utdragning.
2.3.2 Handledens neutrala position
Gripstyrkan i handen är som störst när handleden är i sin neutrala position och minskar gradvis när handen böjs åt något håll. För att inte överanstränga musklerna bör handtag utformas så att handleden är i sin neutrala position när verktyget används. När handleden inte är i sin neutrala position ökar dessutom trycket på de böjsenor som passerar genom karpaltunneln.
Senorna till musklerna i underarmen som påverkar handen och fingrarna går genom ett antal senskidor där de passerar handleden. När handen inte är i neutral position ökar den mekaniska kraften på senorna i dessa kontaktpunkter. En ökning av kraften kan leda till en ökning av förslitningen på de senor som används i arbetsuppgiften och kan leda till tenosynovitis, karpaltunnelsyndromet och andra muskuloskeletala sjukdomar som är relaterade till överarbetning.
Händer varierar i storlek, men handens vinkling är ungefär densamma för alla. När handen är i neutral position bildar axeln genom ett handtag som hålls i handen en vinkel med armen som ligger mellan 100 och 110 grader, se figur 12. Detta beror på att karpalbenen i handflatan är olika långa.
Figur 12, handledens neutrala position.
100 - 110°
TEORI
2.3.3 Yta
Ytan på ett handverktyg bör inte vara så slät att den blir hal, men inte heller vara för sträv. Egenskaperna i fråga om friktion är komplexa då handen både är viskoelastiskt deformerbar och smörjande.
Enligt Bobjer (199-) tvingar låg friktion mellan handen och verktyget till onödigt stor greppkraft vilket kan ge skador i nerver och senor som följd. Hög friktion bör därför eftersträvas så att ett stadigt grepp kan erhållas utan stor ansträngning. Om friktionen däremot blir långvarig kan det resultera i en blåsa eller valk, i det fallet är det därför bättre med en något lägre friktion. Låg friktion är även önskvärt på delar av verktyg där man ofta rör med handen över ytan.
De flesta traditionella uppfattningar om friktion mellan olika material måste ändras när det kommer till friktionen hos handens hud. Den hårlösa huden i handflatan kan ge både hög och låg friktion beroende på:
- Om ytan är mönstrad eller inte. En omönstrad yta ger högre friktion mot handen om huden är ren. Om ytan är oljig ger grova mönster högre friktion men ytan kan då kännas obehaglig att hålla i.
- Om huden är torr eller fuktig. Fuktig hud höjer friktionen.
- Om kontaktytan mot huden är stor eller liten. Stor kontaktyta höjer friktionen.
- Vilket material som används. Vissa material ger dubbelt så hög friktion mot huden som andra. Trä ger ofta ett bättre grepp än metall eller plast, gummi är liknande trä men kan kännas klibbigt.
Handtaget bör skydda mot vibrationer och extrema temperaturer, vilket påverkar cirkulationen i handen.
2.4 Material och tillverkningsmetod
I uppgiften är specificerat att handtaget ska tillverkas av plast i två lager genom tvåkomponentsgjutning. Det inre lagret består av plast som bildar en hård kärna och det yttre lagret består av TPE vilket gör att handtaget får ett gummiliknande ytskikt.
2.4.1 Polymera material
En polymer består av mycket långa kedjor av organiska molekylenheter. Beroende på molekylkedjans utseende skiljer man på termoelaster, gummi, termoplaster och härdplaster, se figur 13.
TEORI
Figur 13, polymera material.
Plaster
Plast består av en eller flera polymerer och ett flertal tillsatsämnen, exempelvis mjukgörare och brandskyddande tillsatser. Alla plaster kan i något steg av tillverkningen göras flytande vartefter de blir styva med liten elastisk töjbarhet. Den största skillnaden mellan termoplaster och härdplaster är att termoplaster kan smältas ner gång på gång och därmed återvinnas till nya produkter. Härdplaster däremot kan inte återanvändas genom nedsmältning eller lösas upp i något lösningsmedel.
Elaster
Elasterna är, till skillnad från plasterna, mycket elastiska. De delas in i två grupper:
termoelaster (TPE) och gummi. I rumstemperatur har gummi och termoelaster väldigt lika egenskaper men vid högre temperaturer mjuknar termoelasten och kan bearbetas som en vanlig termoplast. Molekylkedjorna i en termoelast består av hårda block blandade med mjuka block. De hårda blocken attraherar varandra och håller samman materialet, medan de mjuka blocken ger elastiska egenskaper. Vid hög temperatur löses de hårda blocken upp och materialet smälter. Strukturen återskapas igen när materialet svalnar. Termoelaster används ofta som ersättningsmaterial för gummi, med fördelarna att termoelaster kan användas vid formsprutning, nackdelen är att de mekaniska egenskaperna är sämre.
2.4.2 Formsprutning
Vid formsprutning sprutas smält plast in i en kall form varefter plasten svalnar och stelnar och den färdiga detaljen kan tas ut, se figur 14. Formsprutning ger en tunnväggig produkt, med goda toleranser och hög ytjämnhet, som kan ha mycket komplexa former utan krav på efterbearbetning. Metoden gör det också möjligt att gjuta in andra komponenter eller material.
Formsprutning ger en godstjocklek på ca 1-1,5 mm och det är viktigt med en så jämn godstjocklek som möjligt för att undvika försjunkningar. Dessa kan uppkomma då olika godstjocklek medför att materialet stelnar olika fort. Formsprutning kräver att ett
delningsplan finns, att radier är minst 0,8 mm och en släppvinkel mellan 0,5 och 1 grad;
Konstruktörslotsen, http://lotsen.ivf.se/.
Polymera material
Elaster Plaster
Termoelaster TPE
Gummi Termoplaster Härdplaster
TEORI
Figur 14,
formsprutning, smält plast sprutas in i en form (a) vartefter detaljen stöts ut (b).
Kostnaden för att ta fram ett verktyg till en formsprutad produkt är hög. Speciellt om formen på produkten är komplex, vilket kan medföra att verktyget måste göras i fler än två delar för att den avancerade formen ska kunna fås fram. Ett billigare alternativ för att ta fram verktygen är sintring. Vid sintring upphettas ett pulver till så hög temperatur att pulverpartiklarna börjar reagera med varandra och växa samman till en fast kropp.
Verktyget blir inte lika hållbart, men metoden är betydligt billigare och lämpar sig därför mycket väl för en nollserie och de första tusen enheterna.
2.4.3 Dubbelgjutning
I uppgiften är specificerat att manöverhandtaget ska tillverkas genom tvåkomponentsgjutning, eller dubbelgjutning som det också kallas. Dubbelgjutning används då man vill kombinera två materials unika egenskaper, exempelvis kan man gjuta in en text i en annan färg eller använda helt olika material för att få en mjukare yta.
Äkta dubbelgjutning är en teknik som kräver maskiner med två olika materialflöden och dyra, komplicerade verktyg. Ofta görs en falsk dubbelgjutning, där två olika formsprutor används, men resultatet blir likvärdigt.
Vid tillverkning av manöverhandtaget formsprutas först en hårdare kärna i plast som sedan beläggs med ett gummiliknande skikt av TPE. TPE behöver inte beläggas över hela handtaget utan kan begränsas till de ytor där man vill ha en lite mjukare yta.
a
b
METOD
3 M ETOD
Ett designproblem är som regel alltför komplext för att kunna angripas med enbart intuition. Istället bör en medveten och genomtänkt behandlingsgång användas för att med tillgängliga resurser uppnå ett lyckat resultat inom rimlig tid. Arbetet baseras därför på den systematiska problembehandlingsmetod som presenteras av Hamrin och Nyberg (1993). Problembehandlingen delas in i delmoment som efterhand kan kompletteras eller upprepas allteftersom mer information om problemet fås. De arbetssteg som gås igenom strävar efter att:
1. samla in nödvändiga fakta
2. analysera och klarlägga fakta och problem
3. upprätta en specifikation och värdera kriterierna i denna
4. ta fram idéer på lösningar till problemen och bedöma dessa objektivt 5. välja och genomföra den bästa lösningen.
3.1 Informationsinsamling
En grundläggande informationsinsamling inleder arbetet och fortgår sedan under hela arbetets gång. Syftet med informationsinsamlingen är att skapa ett underlag inför den fortsatta utvecklingen. Information inom områden som berörs av uppgiften fås genom litteratur, Internet, intervjuer och studiebesök. Även befintliga manöverhandtag och liknande produkter studeras för inspiration.
3.1.1 Intervjuer
Information om vad användarna har för uppfattning och upplevelser av dagens manöverhandtag fås genom halvstrukturerade intervjuer. Denna information är mycket viktig då det är utifrån användarnas behov som produkten ska utformas. Inför en
METOD
halvstrukturerad intervju görs ett frågeformulär så att alla områden täcks och inget glöms bort, men den exakta formuleringen och ordningen på frågorna varierar från fall till fall för att intervjun ska flyta bra och uppfattas mer som ett samtal; Andersson, (1985).
Vid formulering av frågor är det viktigt att använda termer som har en klar innebörd.
Även om man själv har en klar definition av begreppet kan andra personer lägga in en annan betydelse; Andersson (1985). Det är också viktigt att undvika ledande eller värdeladdade frågor så att svaren blir objektiva. Det är bättre att ge förslag på krav, behov eller lösningar som användaren får tycka till om än att be användaren berätta hur han skulle vilja ha en lösning; Hamrin och Nyberg (1993).
3.2 Problembestämning
Syftet med problembestämningen är att definiera uppgiften och klargöra problemet för att leda det fortsatta arbetet i rätt riktning. Det är viktigt att i ett tidigt skede noggrant definiera problemet så att alla som är involverade i uppgiften har klart för sig vad det handlar om så att inget missuppfattas. Problembestämningen resulterar i en problemformulering och avgränsningar.
3.2.1 Frågemetoden
Genom att svara på ett antal frågor kan problemet delas upp vilket bildar ett bra underlag till problembestämningen. Det är viktigt att svaren är objektiva och baseras på tillförlitliga uppgifter. Frågor som används:
1. Vad är problemet? Varför existerar problemet?
2. Var finns problemet? Varför finns det där?
3. När finns problemet? Varför finns det just då?
4. Vem berörs eller är inblandad i problemet? Varför är dessa inblandade eller berörda?
5. Hur vanligt är problemet? Varför är det av denna omfattning?
6. Vilka beståndsdelar finns i problemet och hur hänger de ihop? Varför finns dessa delproblem? Varför är deras samband sådant?
3.2.2 Områdesbestämning
Frågemetodens frågeställningar förs ihop i områden; process, omgivning, människa, resultat och resurser. Detta ger underlag för en områdesbeskrivning där varje område driver fram en förståelse för problemställningens innebörd och sammanhang.
3.3 Problemundersökning
Syftet med problemundersökningen är att ge förståelse för problemet så att en heltäckande specifikation kan göras. Kriterierna i specifikationen utgör de krav och önskemål som ställs på produkten. Betydelsen av kriterierna viktas, vilket därefter kan användas både vid sökandet av lösningar och vid urvalet. Lösningen av problemet
METOD
underlättas av att det delas upp i delproblem och att avgränsa arbetet till att i första hand behandla vissa viktiga delproblem.
3.3.1 Funktionsuppdelning
Funktionsuppdelning är en metod som ger en uppdelning av problemet och resulterar i en specifikation. En funktion är en uppgift som produkten ska kunna utföra eller en egenskap den ska ha men den beskriver inte på vilket sätt detta ska uppnås. Vid funktionsuppdelningen bestäms produktens huvudfunktion, stödfunktioner och delfunktioner.
Huvudfunktionen är den huvudsakliga funktionen som produkten är avsedd för, det innebär att det bara finns en huvudfunktion. Stödfunktionerna är de funktioner som underlättar produktens användning, attraktivitet eller tillverkning men som inte är nödvändig för den huvudsakliga uppgiften. Stödfunktionerna höjer alltså bruksvärdet på produkten. Delfunktionerna är underfunktioner till huvudfunktionen och stödfunktionerna. Flera delfunktioner tillsammans bildar en överordnad funktion.
De olika funktionerna beskrivs med endast två ord; ett verb och ett substantiv och till de funktioner där så är möjligt sätts även gränser.
3.3.2 Kriteriegruppering
Vid en kriteriegruppering delas kriterierna in i krav och önskemål, där krav är egenskaper som under alla omständigheter måste uppfyllas.
3.3.3 Kriterieviktning
Kriterieviktning är en metod för att få fram de kriterier som anses viktigast att realisera.
Genom att föra in kriterierna i en matris kan de jämföras sinsemellan och en viktsfaktor räknas fram. Kriterierna jämförs sedan parvis, där det kriteriet som bedöms vara viktigare ges en tvåa och det som är mindre viktigt ges en nolla, är kriterierna lika viktiga får de varsin etta. Summan av bedömningspoängen räknas ut för varje kriterium och divideras sedan med den totala summan av poängen för att få fram en viktsfaktor.
3.4 Problemlösning
Nästa fas i arbetet syftar till att få fram ett eller flera förslag på lösningar till problemet.
Arbetssteget omfattar två moment:
- idéverksamhet, som syftar till att ta fram idéer på lösningar - bedömning och val av lösningar.
Dessa moment utförs växelvis tills en tillfredställande lösning hittats som kan gå vidare för ytterligare utveckling och förbättring. Till hjälp vid idéverksamheten finns ett antal metoder som kan användas för att öka kreativiteten. Vid bedömning och val av lösningar görs tester där de olika idéerna provas och utvärderas. Ett enkelt resonemang, med kriterierna och dess olika vikt i åtanke, resulterar sedan i ett slutligt koncept. Detta utvecklas sedan vidare i detalj för att optimera konceptet till en slutlig lösning.
METOD
3.4.1 Brainstorming
Brainstorming är en kreativitetsmetod där idéer framkastas fritt utan att kritiseras, de olika uppslagen utvärderas istället i efterhand. Det är viktigt att inga fördömanden framförs, hur orealistisk idén än verkar, detta för att dessa idéer tänjer på gränserna och inspirerar till att hitta nya outforskade lösningar. Brainstorming kan genomföras i grupp eller individuellt.
3.4.2 Osborns idésporrar
Osborns idésporrar används när idéverksamheten börjat falna, de hjälper till att få igång kreativiteten igen så att ytterligare idéer kan åstadkommas. Metoden går ut på att ställa ett antal frågor, se nedan, vilket leder till att nya uppslag kan uppstå ur redan framtaget material; Hamrin och Nyberg (1993).
- Förstora? Lägga till något? Större frekvens? Starkare? Större? Fler ingredienser? Multiplicera? Extra värde?
- Förminska? Ta bort något? Mindre frekvens? Lättare? Mindre?
Långsammare? Dela upp?
- Ersätta? Något annat istället? Annat tillfälle? Annan process?
- Omplacera? Annan inbördes ordning? Annan plats? Andra storleksförhållanden? Ny ordningsföljd?
- Göra tvärtom? Motsats? Upp och ner? Åt andra hållet? In och ut?
- Kombinera? Blandningar? Olika sorter? Kombinera idéer? Byta åsikter
och verkan?
- Andra användningar? Nytt sätt att använda som det är? Andra användningar om
förändringar görs?
- Bearbeta? Vad finns som liknar detta? Något att kopiera? Om bearbetningar genomförs, vilka ytterligare förbättringar kan
göras?
- Modifiera? Byta innebörd? Färg? Rörelse? Ljud? Smak? Form? Vikt?
Struktur? Addera något av detta?
3.4.3 Litteraturmetoden
Litteraturmetoden går ut på att undersöka hur andra har löst liknande problem.
Konstruktörskataloger, broschyrer, fackböcker, tidskrifter, tidigare produktlösningar etc.
ger inspiration vid idéverksamheten.
METOD
3.5 Slutlig design
När slutligen endast ett koncept återstår är nästa steg i arbetet att i detalj utveckla alla delar av produkten. Det ses till att alla delar är kompatibla och fungerar med tillverkningsmetoden. Till hjälp i arbetet kan man använda sig av olika CAD/CAID- program och göra modeller eller prototyper.
Figur 1 Figur 2 Figur 3 Figur 4 Figur 5 Figur 6 Figur 7 Figur 8 Figur 9 Figur 10 Figur 11 Figur 12 Figur 13 Figur 14
UTFORMNING AV
MANÖVERHANDTAG
4 U TFORMNING AV
M ANÖVERHANDTAG
Arbetet inleddes med en problembestämning. Med hjälp av frågemetoden och en områdesbestämning, se bilaga 2, kunde problemet klargöras och en problemformulering skrevs:
Uppgiften är att utforma ett formsprutat, ergonomiskt manöverhandtag till grävmaskiner. Handtaget ska ha ett säljande utseende och vara utrustat med knappar och rullar.
Problembestämningen resulterade även i att arbetet avgränsades till utformningen av handtagets utsida, alltså har insidan och infästningen inte behandlats. Inte heller utformningen av knappar och rullar ingår i arbetet. Då material och tillverkningsmetod redan var specificerat har detta inte behandlats mer än att det har tagits i beaktande under arbetet med handtaget. Eftersom användargruppen övervägande består av män har antropometriska mått på mäns händer använts under arbetet.
4.1 Intervjuer
För att få en uppfattning om hur manöverhandtagen i en grävmaskin används och upplevs gjordes halvstrukturerade intervjuer med totalt 13 grävmaskinister, som är produktens slutanvändare. Inför intervjuerna gjordes ett frågeformulär, se bilaga 3, men frågornas formulering och ordning varierade från fall till fall för att intervjun skulle flyta mer som ett samtal. Nedan presenteras resultatet av intervjuerna och de observationer som kunde göras i samband med dessa.
UTFORMNING AV MANÖVERHANDTAG
4.1.1 Grävmaskinens användning och arbetsmiljö
Arbetsdagarna för grävmaskinister ser väldigt olika ut. Vissa sitter i grävmaskinen hela dagen medan andra har arbetsuppgifter även utanför maskinen eller är ute på småjobb och därför bara kör grävmaskin några dagar i veckan. Det är ett känt problem med belastningsskador bland grävmaskinisterna, domningar i händerna och värk i axlarna är exempel på relativt vanliga besvär. Vissa har blivit hjälpta av att byta maskin eller handtag, medan andra försöker förebygga problemen genom att variera arbetsuppgifterna så mycket som möjligt.
Vanligast är att grävmaskinisten kör sin egen grävmaskin och då kan ställa in stolen etc.
som han själv vill. I grävmaskinen finns ingen möjlighet att ställa in vinkeln på handtagen, utan de sitter som de hamnar. Om originalhandtagen har en annan vinkel än de nya kan det medföra väldigt konstiga arbetsställningar.
I figur 15 visas ett exempel på hur det kan se ut i hytten på en grävmaskin. Föraren har två manöverhandtag med vilka grävskopans arm styrs. Till knapparna på handtagen kan användaren själv koppla vilka funktioner han vill. Vanligtvis sätts rotorn i vänster handtag och tilten i höger, andra funktioner kan till exempel vara grip och tuta. I många grävmaskiner finns pedaler som styr exempelvis oljeflödet eller drift av maskinens larvfötter. Användningen av pedaler uppfattas av de allra flesta intervjuade som mycket jobbigt, och det är därför önskvärt att få in så många funktioner som möjligt i handtagen så att arbetet med pedaler helt kan väljas bort.
För att manövrera grävmaskinen smidigt har grävmaskinisterna utvecklat en otrolig förmåga att köra många funktioner samtidigt. En del av de intervjuade tycker att det är mycket att hålla reda på, medan andra gärna skulle ha möjligheten att köra ännu fler funktioner på en gång, exempelvis var en önskan att kunna styra rotortilten samtidigt som man manövrerar grävmaskinen, vilket i dagsläget inte är möjligt. Den allmänna uppfattningen är dock att så många knappar som möjligt är bra, då ges även möjligheten att koppla in radio, telefon etc. i handtagen. Alla intervjuade grävmaskinister som använder eller har provat rullhandtag, där rotortilten styrs proportionellt, tycker att dessa är jättebra. De anses vara logiska att använda och därmed också lättare att lära sig än andra handtag.
4.1.2 Användarnas åsikter om handtagen
Grävmaskinisterna ansåg att det viktigaste kriteriet för ett manöverhandtag är att den känns bra i handen och att greppet är bra. Det kan vara ganska skakigt i en grävmaskin
Figur 15, hytten i en Volvo EW160
UTFORMNING AV
MANÖVERHANDTAG
och det är viktigt att greppet om handtaget alltid är bra, man ska inte behöva släppa greppet för att trycka på någon knapp. Om skopan exempelvis stöter på en stor sten blir det en stöt i handtaget vilket gör att man kan tappa det om greppet inte är bra. Även ytan på handtaget är viktig för greppkänslan, det blir ofta varmt och svettigt i händerna och vissa handtag upplevdes som hala. Ingen av grävmaskinisterna använder handskar, dels för att det alltid är varmt i hytten och dels för att det skulle ge sämre känsla.
Ett annat mycket viktigt kriterium är kvalitet, vid intervjuerna dök flera klagomål upp på handtag som känns plastiga och knappar som går sönder och måste bytas ut. Vad gäller knapparna är det också viktigt att de är lätta att nå och att trycka på.
4.2 Studiebesök
För att få förståelse för tillverkningsmetoden och de krav som den ställer på produkten gjordes studiebesök på två företag, Mekverken tool AB i Laxå och Vermaplast AB i Söderköping, som jobbar med verktygsframställning och formsprutning. Informationen som ficks vid studiebesöken går att läsa i teoriavsnitt 2.4. Sammanfattningsvis kan nämnas att det är viktigt att tänka på att produkten ska ha jämn godstjocklek och släppvinklar mellan 0,5 och 1 grad. För att hålla nere verktygskostnaden är det bra om formen på produkten inte tvingar till alltför många verktygsdelar.
4.3 Specifikation
En funktionsuppdelning gjordes som resulterade i en specifikation, se bilaga 4.
Huvudfunktionen för manöverhandtaget är att manövrera grävmaskinen och detta uppfylls om det är möjligt att gripa handtaget och om det har de styrfunktioner som krävs. Det senare innebär att det måste finnas plats för komponenter såsom knappar, rullar, kablage och kretskort. Det ställs dock högre krav på handtaget än ovanstående och sju stödfunktioner fanns vilka höjer värdet på handtaget:
- äga ergonomi - äga säkerhet - tilltala målgruppen - underlätta produktion - underlätta underhåll - äga miljövänlighet - minimera kostnad
Till de funktioner där så var möjligt sattes gränser och alla kriterierna delades upp i krav och önskemål. En kriterieviktning gjordes, se bilaga 5, dels på egen hand och dels tillsammans med Kent Bengtsson på SVAB. Förutom säkerhet, som är ett krav, visade kriterieviktningen att de viktigaste kriterierna är äga ergonomi och tilltala målgruppen/snyggt utseende, detta betyder att önskemålen som ligger inom dessa områden väger tyngre än de övriga.
UTFORMNING AV MANÖVERHANDTAG
4.4 Idégenerering
Under den här fasen av arbetet har kontakten med SVAB varit mycket viktig. Idéer och åsikter från företaget har förekommit rikligt och detta har använts och spunnits vidare på.
Figur 16, inspiration har hämtats från många olika håll.
Litteraturmetoden har använts för att ge inspiration genom att titta i broschyrer och på verkliga redan befintliga manöverhandtag i grävmaskiner, traktorgrävare och skogsmaskiner. Även andra handtag såsom till slipmaskiner, skruvdragare och joysticks till datorer har gett inspiration, se figur 16. Vid framtagandet av lösningsidéer har sedan brainstorming och Osborns idésporrar använts.
De idéer som uppkom vid idégenereringen delades in i tre kategorier: handtagets form, knappars och rullars placering samt yta. Eftersom det inte ligger inom ramarna för examensarbetet att ta fram ett helt nytt sätt att köra grävmaskin förkastades redan i detta skede idéer som avvek alltför mycket från ett handtag, exempelvis styrkula och röststyrning. Ytterligare brainstorming gjordes sedan kring de kvarvarande idéerna och de frågor som uppkommit i anknytning till dessa.
4.4.1 Handtagets form
Handtagets form styrs mycket av om samma handtag ska användas av både höger och vänster hand eller om det ska vara två spegelvända handtag som monteras i hytten. Om två spegelvända handtag tillverkas innebär det dubbelt så många tillverkningsverktyg
UTFORMNING AV
MANÖVERHANDTAG
och därför dyrare produktion, däremot ger det större frihet vid utformningen då handtaget inte behöver vara symmetriskt. Då ett snyggt utseende är ett av de viktigaste kriterierna har den senare delen av idégenereringen, efter SVABs önskemål, inriktats mot två spegelvända handtag.
Då handleden bör vara i neutralläge är vinkeln på handtaget väldigt viktig.
Grävmaskiner ser olika ut och handtagets vinkel bör därför kunna ändras. Ett av dagens handtag från SVAB monteras med en kulled i grävmaskinen och kan därför ställas in för att få fram en bra vinkel. Eftersom denna möjlighet ligger i infästningen, som inte behandlas i detta arbete, har vinkeln på handtaget lämnats då en bra lösning redan existerar.
Ett bra grepp är mycket viktigt, om greppet inte känns bra kan de ge ett behov av att överdriva greppkrafterna vilket leder till uttröttning. Att handtaget ligger bra i handen är också det som de allra flesta intervjuade grävmaskinisterna angav som det viktigaste kriteriet. De idéer som rör greppytan delades in i sex huvudområden inför andra omgången brainstorming, se även figur 17:
- Tjocklek
Enligt specifikationen ska tjockleken på handtaget vara mellan 30 och 50 mm. Ett för grovt handtag inger sämre känsla och ett för smalt blir obekvämt att hålla i.
- Tvärsnitt
Tvärsnittet på handtaget har stor betydelse för greppkänslan och har stora variationsmöjligheter. Ett helt runt handtag, ett handtag som ger raka fingrar eller ett handtag med en tydlig kant att sluta fingrarna om är exempel på varianter som uppkommit.
- Jämntjock eller inte
Tvärsnittet och tjockleken kan även ändras genom handtaget. För att ligga fint i handen kan handtaget bukta utåt i handflatan. Det kan även göras smalare nertill för att passa bra till lillfingret, eller grövre nertill för att hindra att handen glider neråt. Andra sätt att variera profilen är att böja handtaget åt något håll. Eller är det bekvämast om handtaget är rakt och jämntjockt?
- Handledsstöd
Handtaget ska ha en sådan form att handen inte kan glida av handtaget neråt.
Förutom form har idéer legat kring ett handledsstöd som går att flytta för att kunna anpassas till olika storlekar av
händer. Figur 17, några idéer gällande handtagets form.
UTFORMNING AV MANÖVERHANDTAG
- Mer än en ”pinne”
Även idéer som avviker från ett traditionellt handtag med grundformen av en pinne har uppkommit. Handtaget kan vara utformad med en klyka eller ha ett hål att stoppa handen i för stabilare tag om handtaget. Alternativt kan ett band som spänner runt handryggen ge stöd.
- Individuellt handtag
Ett handtag som enkelt kan individanpassas vore den ultimata lösningen. En idé var ”kaffepaketshandtaget”, som har ett lager av sand, tätt packad i vakuum. Vid öppning av en ventil släpps luft in i sandlagret och det kan då formas precis efter användarens hand och önskemål, när ventilen stängs sugs luften ut och sandlagret blir åter hårt. Ett annat uppslag var ett lager av gel längst ut eller att utrusta handtaget med gelkuddar, som formar sig efter handen som håller i handtaget.
4.4.2 Knappars och rullars placering
Vad gäller placering av knappar och rullar är det viktigt att de är lätta att nå. Man ska heller inte behöva släppa greppet för att trycka på någon knapp, det är vikigt att alltid ha ett stadigt tag om handtaget.
För att få en flexibel placering av knapparna uppkom idéer om att placera knapparna och rullen i en platta som fästs i handtaget. Flera olika plattor kan tillverkas vilket ger ett handtag som enkelt kan varieras. Att använda två plattor med spegelvända knapphål kan även vara ett billigare alternativ till att få ett symmetriskt handtag mer anpassad för respektive hand. En annan idé gällde en symmetrisk platta som kan vridas i steg om 90 grader, på så sätt kan användaren själv välja hur han vill ha rullen och knapparna.
Oftast sitter en grävmaskinist som har rullhandtag med tummarna på rullarna, men det är önskvärt med en plats där tummen kan placeras när rotortilten inte används, en så kallad tumparkering. Då grävmaskinisten för det mesta sitter med tummarna på rullarna bör tummen vara i sitt neutralaste läge på rullarna, men det måste även vara bekvämt att placera tummen på tumparkeringen och på knapparna.
I dagens läge utnyttjas inte några andra fingrar än tummen och pekfingret. Här finns alltså utrymme för fler knappar och även rullar. Olika idéer som uppkom kring placeringen av dessa knappar. I många av dessa idéer finns en risk för att knapparna kan tryckas på oavsiktligt, och ett antal idéer uppkom på lösningar till problemet, se även figur 18:
- Knapparna placeras långt in i handtaget, så att fingrarna ligger över knapparna utan att snudda vid dessa.
- Istället för att fingrarna vilar på knapparna finns en stödyta för fingertopparna framför knapparna.
- Knapparna placeras framför fingrarna.
- Knapparna är vinklade så att de inte trycks rakt in.
- En av knapparna för tummen aktiverar fingerknapparna.
UTFORMNING AV
MANÖVERHANDTAG
Figur 18, idéer på placering av knappar.
En stor fråga under arbetet har varit hur många knappar som verkligen behövs. När frågan har ställts till grävmaskinister har svaren varit väldigt varierande. Den bästa lösningen vore därför om användaren själv kunde välja hur många knappar som ska sitta i handtaget. Om användaren inte vill ha maximalt antal knappar/rullar kan detta lösas med en platta utan hål eller med blindpluggar som stoppas i hålen istället för knapparna/rullarna. Ett annat alternativ är att hålen endast gjuts i den inre hårdare plasten medan den yttre gummiliknande plasten gjuts över hela handtaget, även över hålen. Detta kan sedan skäras bort så att det blir de hål där man vill montera knappar.
4.4.3 Yta
Ytan på handtaget kommer att bestå av TPE, ett material som liknar gummi. Då det kan bli ganska varmt i hytten och därmed svettigt om händerna uppkom olika idéer om att ventilera handen genom struktur i materialet. Detta skulle även öka friktionen mellan handen och handtaget och i och med det ge bättre grepp. Andra idéer gällde tydliga räfflor eller hål i handtaget som kan tillföra luft mellan handen och handtaget och därmed ventilera en svettig hand.
För att det ska vara lätt att flytta tummen och fingrarna mellan olika knappar var en idé att, istället för TPE, ha en glattare yta där. Detta skulle enkelt kunna åstadkommas genom att inte belägga dessa ytor med TPE med följden att ytan där skulle bestå av den hårdare plasten, vilket ger mindre friktion mellan handtag och finger.
4.5 Konceptgenerering
Arbetet fortsatte med att ta fram modeller i industrilera där de olika idéerna kunde testas och utvärderas. Från början koncentrerades arbetet kring idéerna gällande handtagets form, syftet var att få fram en modell som ligger bra i handen. Modellerna testades
UTFORMNING AV MANÖVERHANDTAG
bland personalen på SVAB, där det finns både stora och små händer. Uppfattningarna om modellerna kan sammanfattas i fem punkter:
- Det känns bra om handtaget bygger ganska mycket i handflatan, det känns då som om hela handen hjälper till att greppa om handtaget och inte bara fingrarna.
- Ett grepp där pekfingret ligger lite ovanför de övriga känns stabilt.
- Det känns bra om handtaget blir smalare nertill, för lillfingret.
- Viktigt för en bra känsla är att greppet sluts runt hela handtaget, se figur 19a. Om fingrarna är öppna, som i figur 19b, känns det som att greppet kommer tappas när handtaget ska vickas utåt.
- Det känns stadigt med något som ligger om handen, som ett stöd mot handryggen.
Det får däremot inte bli trångt, vare sig ovanför eller bakom handen.
Figur 19, a) fingrarna slutna, b) fingrarna öppna.
Utifrån detta förkastades, valdes och kombinerades sedan modellerna för att få fram den bästa formen. Arbetet styrdes nu även in på idéerna kring knapparnas och rullarnas placering och hänsyn togs i större utsträckning till plats för de ingående komponenterna.
Även tillverkningsmetoden har funnits i bakhuvudet under framtagningen av koncepten.
Tre koncept togs fram, vilka alla hade en form som låg bra i handen.
4.5.1 Koncept 1: Kobra
Utmärkande för kobrakonceptet är formen, en väl markerad tumparkering som sitter ihop med handledsstödet, se figur 20. För ett stadigt grepp bygger handtaget i handflatan.
Handtaget har plats för flera knappar och en rulle för tummen samt en knapp för varje finger. Fingerknapparna är placerade så att fingertopparna har stöd framför knapparna, vilket gör att knapparna blir svåra att trycka på oavsiktligt. Det finns också plats för en rulle eller en knapp ovanför pekfingret, se figur 21.
Figur 21, ovanför pekfingret finns
plats för en rulle. Figur 20, koncept 1.
a b
UTFORMNING AV
MANÖVERHANDTAG
4.5.2 Koncept 2: Handryggsstöd I det andra konceptet är handledsstödet utbyggt på baksidan och bildar ett stöd mot handryggen, se figur 22. Stödet är fjädrande och passar därför lika bra till större som till mindre händer. Handtaget kan även utökas med ett band, som på en videokamera, så att stödet ligger runt hela handen. Greppet har en bula som tummen vilar på och en kant som fingrarna viks runt.
I kanten finns plats för en knapp åt varje finger, placeringen gör att knapparna inte kan tryckas på oavsiktligt, se figur 23. För tummen finns en stor yta med plats för flera knappar och en rulle.
Figur 23, fingrarna sluter runt en kant.
4.5.3 Koncept 3: Pekfingergrepp
Utmärkande för det tredje konceptet är att det har en utbyggnad för pekfingret så att det ligger lite ovanför de övriga fingrarna, se figur 24. Förutom att det bidrar till ett skönt grepp kan en extra rulle placeras här. Handtaget har ett flyttbart handledsstöd, vilket medges då greppytan har ett jämnt tvärsnitt. Handtaget har plats för en knapp för vart och ett av fingrarna samt flera knappar och en rulle för tummen.
Figur 24, koncept 3.
Figur 22, koncept 2.
