T-koppling
- för montering av båthus
Ellinore Seybolt Carrie Zhong
Kandidatexamensarbete i Teknisk Design Stockholm, Sweden 2015
T-coupler
- for assembly of cover systems
Ellinore Seybolt Carrie Zhong
Bachelor’s Degree Project in Industrial Design Stockholm, Sweden 2015
T-koppling
-
för montering av båthusEllinore Seybolt Carrie Zhong
Kandidatexamensarbete i Teknisk Design MMKB 2015:32 IDEB105 KTH Industriell teknik och management
Maskinkonstruktion SE-100 44 STOCKHOLM
T-coupler
-
for assembly of cover systemsEllinore Seybolt Carrie Zhong
Bachelor’s Degree Project in Industrial Design MMKB 2015:32 IDEB105 KTH Industrial Engineering and Management
Machine Design SE-100 44 STOCKHOLM
Kandidatexamensarbete MMKB 2015:32 IDE105
T-koppling
Ellinore Seybolt Carrie Zhong
Godkänt Examinator
Stefan Ståhlgren
Handledare
Stefan Ståhlgren Conrad Luttropp
Uppdragsgivare NOA Aluminium
Kontaktperson
Stefan Järleby
Sammanfattning
Fritidsbåtar behöver tidvis komma upp på land för underhåll. På kallare breddgrader tas de framför allt upp på vintern för att undvika att isen skadar båtarna. På land har båtarna ett behov av att skyddas från väder och vind. Det görs med hjälp av båttäckställningar som kan se ut på ett antal olika sätt. Vanligast förekommande är att dessa ställningar består av aluminiumrör som monteras ihop av olika kopplingar, främst T-kopplingar som fäster två aluminiumrör i en 90° vinkel till varandra. NOA Aluminium är ett marknadsledande företag inom båttäckställning och ville vidareutveckla deras T-koppling. I dagsläget består dessa T-kopplingar av två kopplingshalvor och en genomgående bult som dras åt med en insexnyckel. Det krävs flera varv för att dra åt bulten. Då båtägaren ofta står i obekväma arbetsställningar för att komma åt vid montering av båttäckställning kan det bli väldigt svårt att skruva alla varv som krävs. Dessutom är risken stor att insexnyckeln tappas och båtägaren måste då avbryta för att klättra ner och hämta verktyget.
Uppdraget var att underlätta detta moment för båtägaren genom att ta fram en T-koppling som inte kräver några externa verktyg för montering. Detta åstadkoms genom att integrera handtaget med ett excentriskt lås i bulten inspirerat från snabbkopplingar på cyklar. Även bultens fastsättning modifierades till en bajonettlösning så att det tidigare flertalet krävda åtdragningsvarven kunde ersättas med endast en 90° vridning för fastsättning av bulten i den andra halvan. Nedfällning av handtagen åstadkommer sedan den önskade åtdragningskraften. Två huvudsakliga tillverkningsmetoder undersöktes, pressgjutning och strängpressning av aluminium. Ett koncept för vardera metod utvecklades. I detta projekt valdes det sedan att vidareutveckla konceptet för pressgjutning. Ett antal uppskattningar på vilka krafter som påverkar T-kopplingen under stormförhållanden gjordes och T-kopplingens beståndsdelar dimensionerades utefter dessa. En prototyp av T-kopplingen gjordes av 3D-printad plast samt av gjuten aluminium för att kontrollera dess funktion.
Bachelor’s Degree Project in MMKB 2015:32 IDEB105
T-coupler
Ellinore Seybolt Carrie Zhong
Approved Examiner
Stefan Ståhlgren
Supervisor
Stefan Ståhlgren Conrad Luttropp
Commissioner NOA Aluminium
Contact person
Stefan Järleby
Abstract
Leisure boats need to come up on dry land for service from time to time. In colder areas these boats are mainly brought up during the winter to avoid damages caused by ice. Once on land the boats are in need of protection from ice and snow. This is achieved with covering systems that can have various appearances. It is common that the frames for these covering systems are built out of aluminium pipes and different types of connectors, in the greatest part T-couplers that connect two pipes to each other with a 90° angle. NOA Aluminium is a market leading company in the field of covering systems and was in need of help with the development of an improved T-coupler. Today their T-couplers contain two halves that are pulled together by a thoroughgoing bolt, which is tightened with a hex key. Numerous revolutions are required to tighten the bolt. Since the boat owner often has to work in uncomfortable positions to be able to reach when assembling the frame for the covering system it can be very difficult to achieve the required revolutions. Moreover the risk of dropping the hex key during the tightening of the bolt is considerable. The boat owner will then have to stop working to climb down and fetch the key.
The mission was to facilitate this operation for the boat owner by constructing a T-connector that is in no need of external tools for assembly. This is achieved by integrating a handle with an eccentric lock system to the bolt, inspired by quick couplers on bicycles. Also the bolt fastening in the second half was modified to a bayonet lock system so that the numerous revolutions could be replaced by one 90° turn.
The desired tightening force is then obtained by folding down the handle. Primarily, two manufacturing methods where studied closer, pressure die-casting and extrusion of aluminium. One concept for each manufacturing method was developed. In this project the concept for pressure die-casting was further developed. The size of the forces applied on the T-coupler during storm conditions were estimated and the elements of the T-coupler were dimensioned thereafter. A prototype of the T-coupler was 3D- printed in plastic and then cast in aluminium to control its function.
Förord
Denna rapport beskriver ett projekt som utförts som ett kandidatexamensarbete inom ämnet teknisk design vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Projektet beskriver produktframtagningsprocessen av en T-koppling som var ett uppdrag givet av företaget NOA Aluminium. Kunskap och erfarenhet från tidigare kurser som ingått i Civilingenjörsprogrammet Design och Produktframtagning har tillämpats under projektets gång.
Stort tack till Stefan Ståhlgren och Conrad Luttropp som varit handledare för oss under arbetet och även Jonas Neumeister för hjälp med hållfasthetsberäkningar samt Mats Bejhem för information om olika tillverkningsmetoder.
Vi vill även tacka Stefan Järleby, VD för NOA Aluminium, för själva uppdraget och konstruktionsdagen vi deltog i hos Profilgruppen i Åseda samt Ulf Storbjörk och Mikael Ekbring som var våra värdar för dagen.
För telefonintervjuer vill vi tacka Per från Press & Son, Jonas från Hjertmans samt Per Andrén från SAPA Group.
Sist vill vi även tacka för hjälpen med prototypbygge, Peter och Andreas Andrén för gjutning i aluminium, Jan Stamer för hjälp på KTH:s verkstad samt personalen i verkstaden på NOA Aluminium.
Innehållsförteckning
Sammanfattning Abstract
Förord
Innehållsförteckning
1. Inledning ...1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte och målgrupp ... 1
1.3 Metod ... 1
1.4 Avgränsningar ... 2
2. Förstudie ...3
2.1 NOA Aluminium ... 3
2.2 Press & Son ... 3
2.3 Hjertmans ... 4
3. Kravspecifikation ...5
4. Stora konceptgenereringen ...7
4.1 Metodik ... 7
4.2 Idégenerering ... 8
4.3 Första koncept på kopplingshalvor ... 11
4.4 Koncept på handtag ... 12
4.5 Koncept på fastsättning ... 13
4.6 Koncept på kontakten mellan kopplingshalvorna ... 13
4.7 Koncept på urgröpningar ... 14
4.8 Koncept på snäppning ... 14
4.9 Valda koncept ... 16
5. Material och tillverkning ... 19
5.1 Tillverkningsmetoder ... 19
5.2 Vidare undersökning av tillverkningsmetoder ... 20
5.3 Andra koncept på kopplingshalvor ... 23
5.4 Produktutveckling ... 25
5.5 Val av slutkonceptet ... 28
6. Vidareutveckling av valt koncept... 29
6.1 Utformning av övriga delar ... 29
7. Kraftberäkningar ... 33
7.1 Kraft orsakad av vind ... 33
7.2 Finita elementmetoden (FEM) ... 34
7.3 Kraft i bulten ... 37
7.4 Dimensionering av handtagcylinder ... 39
7.5 Dimensionering av excenterlås ... 39
8. Produktbeskrivning ... 41
9. Prototypbygge och presentation ... 45
10. Slutsats ... 47
11. Referenser ... 49
Bilaga A. Förstudie för båttäckställningar ...1
Bilaga B. Telefonintervjuer och studiebesök ...1
Bilaga C. State of the art ...1
Bilaga D. Kravspecifikation ...1
Bilaga E. Skisser från idégenereringen ...1
Bilaga F. Olika snabbkopplingar ...1
Bilaga G. Bilder på lermodeller ...1
Bilaga H. Morfologisk matris ...1
Bilaga I. PowerPoint presentation ...1
Bilaga J. Quality Function Deployment (QFD) ...1
1
1. Inledning
Denna rapport beskriver processen för att förenkla och dimensionera om en befintlig T-koppling.
Uppdraget är från NOA Aluminium vars kopplingar används på aluminiumrör som ska kopplas ihop med en vinkel på 90°.
Projektets grund kommer behandlas i detta kapitel där bakgrund, frågeställning och målgrupp tas upp.
Metoder som användes för att uppnå de uppsatta målen beskrivs och även avgränsningar behandlas.
1.1 Bakgrund
Sverige är ett av de länder med störst intresse för fritidsbåtar. Då Sverige är belagt i de norra breddgraderna fryser ofta vattnet under vinterhalvåret vilket gör att de absolut flesta fritidsbåtarna måste torrläggas. Väl på land behöver båtarna skyddas från väder och vind. Det är även viktigt att rätt miljö för båten upprättas genom att ha rätt fuktighet. Det görs oftast genom att sätta upp en täckställning runt eller på båten. Ofta består dessa ställningar av 35 mms aluminiumrör som sätts ihop med ett antal kopplingar däribland T-kopplingar som åstadkommer vinkelrätta fastsättningar av aluminiumrören.
Ett av de marknadsledande företagen inom båtbranschen som producerar sådana T-kopplingar är NOA Aluminium. Dessa fungerar i dagsläget väldigt bra på så sätt att de är stadiga, hållbara och billiga att tillverka. Denna koppling används förutom till de olika täckställningar som företaget i dagsläget erbjuder även till bland annat vagnar, skyltanordningar, ställningar i lager etc. Den befintliga T-kopplingen är pressgjuten i aluminium och låses fast med en M10x35 insexbult. För att skruva fast T-kopplingen måste en insexnyckel användas och det kan ibland upplevas lite krångligt då det krävs att kopplingens halvor hålls ihop samtidigt som bulten ska passas in i gängorna och dras åt med verktyget. Båtägaren befinner sig dessutom ofta i svåra eller obekväma arbetsställningar när detta ska utföras vilket gör det ännu besvärligare vrida bulten det krävda antalet varv. Risken är stor att båtägaren under utförandet tappar insexnyckeln då flera omtag måste tas. Båtägaren måste då avbryta för att klättra ner och hämta verktyget vilket blir mycket omständligt. Ett annat problem som har uppkommit är kopplingar i några fall har gått av två specifika ställen av T-kopplingen.
1.2 Syfte och målgrupp
Syftet är att konstruera en ny och förbättrad T-koppling vars funktion ska vara densamma som tidigare men dess montering ska bli enklare och självklar för användaren att förstå. Inga externa verktyg ska behövas för montering av T-kopplingen. Mjuka former eftersträvas då inget ska skavas mot eller fastna i T-kopplingen. Beräkningar på hållfasthet bör göras eftersom sådana beräkningar inte tidigare gjorts. En mer detaljerad kravspecifikation återfinns i Bilaga D.
Målgruppen som i huvudsak består av lekmän som sätter ihop en båttäckställning för sin fritidsbåt när vintern närmar sig och båten måste tas upp på land. Men även personer som sätter upp skyltar och ställningar av 35 mm aluminiumrör är inom målgruppen.
1.3 Metod
Det projektet som blev tilldelat i början av arbetsprocessen var att skapa en ny innovativ båttäckställning som inte finns på marknaden idag. Syftet med den täckställningen var att den även
2
skulle tillåta att båtägaren under täckställningen kan jobba med båten under våren innan båten läggs ner i vattnet igen. Genom att skicka ut enkäter till båtklubbar och intervjua intressanta företag kom vi i kontakt med NOA Aluminium där valet gjordes att gå vidare med att göra en T-koppling istället.
Det som sedan gjordes var en kravspecifikation där olika krav ställdes upp och prioriterades.
Idégenereringen gjordes genom brainstorming, idéer skissades upp vissa som verkade lovande valdes ut.
Dessa idéer utvecklades vidare på genom att tänka mer på formgivning och genom att göra lermodeller och 3D-modeller i ett Computer-Aided Design (CAD) program. Produkten delades upp i två delar, kopplingens halvor och det integrerade verktyget. Därför gjordes olika idéer och koncept till båda delarna.
Mycket fokus lades på att inte rikta in på ett koncept tidigt i arbetet. Därför gjordes idégenerering och avsmalning ett flertal gånger då olika faktorer togs med i den nya brainstormingen för att sedan avsmalnas igen. Det slutgiltiga konceptet valdes mycket sent i projektet. Genom hela arbetet användes en Quality Function Deployment (QFD) för att hitta oupptäckta problem samt kontrollera att arbetsprocessen fördes i rätt riktning. Den användes även för att få en överskådlig sammanställning av den informations som samlats in. QFD:n för det här arbetet återfinns i bilaga J.
1.4 Avgränsningar
Det fanns få avgränsningar i första delen av det här projektet då det var tänkt att konstruera en innovativ båttäckställning. Efter mötet med NOA Aluminium valdes det att fokusera på en T-koppling i en båttäckställning och då gjordes även ett antal avgränsningar. T-kopplingens funktion ska vara att koppla ihop två stycken 35 mms aluminiumrör i form avettT, alltså T-kopplingen kommer att fästas längsmed ena röret och i det andra rörets ena ände. Dess främsta användningsområde är vid montering av båttäckställningar men andra användningsområden kan ingå. T-kopplingen skulle kunna dras ihop utan behov av ett externt verktyg och det var tänkt att detta skulle åstadkommas med hjälp av ett handtag med excenterlås. Det faktum att NOA Aluminium har valt att fokusera på aluminium som material till sina produkter och till viss del plast har gjort att materialen som har studerats närmre för T- kopplingen har begränsats till dessa två.
Avgränsningar gjordes även för hur långt som hållfasthets- och kraftberäkningarna skulle tas. Endast grova uppskattningar på hur mycket kraft T-kopplingen utsätts för gjordes.
3
2. Förstudie
I början av arbetet låg fokus på båttäckställningar och därför gjordes en förstudie på det. I samband med förstudien för täckställningar valdes det att smalna av projektet och endast fokusera på T-kopplingen som ingår i en täckställning. Förstudien för båttäckställningar återfinns i Bilaga A. Därefter påbörjades förstudien om T-kopplingar som beskrivs i detta kapitel.
T-kopplingar används idag inom flera olika områden och är utformade på olika sätt anpassade efter just det området. De går att hitta lite överallt i vardagen till exempel vid sammankopplingen av räckena i bussar och tunnelbana, vägskyltar, avlopps-, vatten- och rörsystem, ställningar i butiker, skyltar i skidbacken och inte minst i båttäckställningar. T-kopplingar i bussar och tunnelbanor är gjorda för att vara hållbara för inomhusmiljö och vara diskreta eftersom de är så synliga. De behöver endast monteras en gång och har därför inget större behov av att vara lättmonterade, de kan till och med vara fördelaktigt om det är lite svårt med anledning att försvåra för allmänheten att demonterar dem.
T-kopplingar för vägskyltar behöver inte vara diskreta på samma sätt då ingen kommer att se dem på nära håll förutom montörerna. Däremot är det mycket önskvärt att de är enkla och snabbmonterade då skyltarna ofta är placerade svåråtkomligt. De bör också vara motståndskraftiga mot väder och vind. Vid olika vattenrörsystem är den viktigaste egenskaper hos T-kopplingen att den håller tätt och är utformad därefter. I skidbacken är det viktigt att de är enkla att montera och att de tål kyla.
För båthus läggs stor vikt på att det ska vara enkelt och snabbt att fästa dem eftersom montören ofta hamnar i obekväma positioner för att nå dit rören ska fästas. Det är även mycket viktigt att kopplingen inte har några vassa kanter som kan riva upp presenningen. Utöver det ska den också kunna motstå de krafter som uppstår av vind och snö, helst klara av de värsta stormarna. Huvudområdet för T-koppling som skulle utvecklas i det här arbetet var just för båthus och därför undersöktes de vanligaste T- kopplingarna inom detta område närmre. Företagen NOA Aluminium och Press & Son är de två huvudkonkurrerande företagen men även Hjertmans har T-kopplingar till försäljning.
2.1 NOA Aluminium
NOA:s T-koppling är idag gjort av pressgjutet aluminium bestående av två halvor med en genomgående bult som skruvas fast med hjälp av en insexnyckel. De två halvorna har runda former och den ena halvan har en insänkning för bulthuvudet. De gör att den inte har några kanter i vilken presenningen kan fastna.
Det gör dock också att det går åt en stor materialmängd.
2.2 Press & Son
Deras T-koppling är gjord av en starkare stålplåt såsom verktygsstål som sedan är pressad till rätt form.
En anledning till varför de använder det istället för att gjuta är för att de i verkstaden själva kan tillverka det. Om det ska gjutas måste de gå via ett gjuteri och fler kostnader tillkommer.
Det finns en fjäder längs bulten för att hålla isär halvorna när bulten inte är fastskruvad vilket gör att hela kopplingen kan hållas i med en hand utan problem vid fastsättning. Dessutom finns det ett ganska stort mellanrum mellan de två halvorna även när stängerna är i och fastskruvade. Anledning för detta är att det ska vara möjligt att vrida åt kopplingen på plats med en hand. Tillsammans underlättar dessa två egenskaperna monteringen av T-kopplingen.
4
2.3 Hjertmans
Hjertmans T-koppling är inte gjord för båttäckställningar utan för greppräcken. Hjertmans koppling är dimensionerad för smalare rör och kan därför inte jämföras med de två andra med avseende på pris och vikt. Det som är speciellt med deras koppling är att det har ett gångjärn som binder ihop de två halvorna. På det sättet blir det enklare att montera koppling då det är färre lösa delar att hålla koll på.
Egenskaperna hos de tre olika kopplingarna sammanställdes i form av ett “State of the art” tabell för att enkelt få en överblick av vad som idag finns på marknaden, se Bilaga C.
5
3. Kravspecifikation
Kravspecifikationen är ett dokument som beskriver specifikationer kring produkten som ska tillverkas.
Denna utvecklades i grova drag tidigt men utvecklades under projektets gång. I början så stämdes det av med Stefan Järleby, som är VD för NOA Aluminium, om vad de hade för största krav på T-kopplingen.
Detta dokument användes sedan för att stämma av och styra produktens utformning åt rätt håll.
Produkten ska framför allt kunna dras åt hårt så att aluminiumrören som ska fästas på det sitter fast och inte riskerar att glida loss. Även en lättare montering av produkten samt att produkten ska vara verktygslös och bestå av så få delar som möjligt var önskvärt.
Kravspecifikationen i sin helhet återfinns i Bilaga D.
6
7
4. Stora konceptgenereringen
I det här kapitlet redogörs framförallt de olika koncepten men även hur de blev till. I slutet av kapitlet kommer några koncept ha valts att arbeta vidare med.
Inledningsvis beskrivs den metodik som tillämpades under arbetet. I senare delar av rapporten kommer dessa refereras till.
4.1 Metodik
Nedan presenteras några olika vedertagna metoder som använts. Information och resultat av dessa kommer att presenteras i texten då de refereras till. Detta delkapitel är skrivet för att underlätta för läsning och förståelse.
4.1.1 Brainstorming
Brainstorming är ett ord lånat från engelska och har blivit en metod för en grupp eller individ att spontant idégenerera olika lösningar för ett problem. Grundtanken är att låta idéerna flöda fritt och att alla idéer är bra idéer, inga av dessa kritiseras och deltagarna ska utveckla och förbättra varandras idéer (Ullman, 2010).
4.1.2 State of the art
State of the art används för att få reda på konkurrenternas lösningar på problemet. De bästa produkterna på marknaden just nu skrivs upp och jämförs i en tabell.
4.1.3 Morfologisk matris
I en morfologisk matris listas delfunktioner samt dellösningar upp med hjälp av bilder för att kunna få en snabb överblick över de koncept som utvecklas för de olika delfunktionerna. Med en morfologisk matris blir det lättare att se vilka kombinationer av koncepten som kan göras så att det blir helhetslösningar med olika utformning. Alla helhetslösningar ska kunna uppfylla funktionerna som krävs på produkten.
4.1.4 Quality Function Deployment (QFD)
QFD-metoden transformerar kundens behov till mätbara ingenjörsmässiga mål och dagsläget anses denna metod vara bäst lämpad för att förstå ett designproblem. Viktig information som behöver utvecklas tidigt i projektet skede inkluderar kundens behov, konkurrenters data och specifikationer som blir mätbara mål. Att studera konkurrenterna under processen av att förstå problemet ger inblick i marknadsmöjligheter och rimliga mål (Ullman, 2010).
4.1.5 Elimineringsmatris
En elimineringsmatris används för att utvärdera olika idéer eller koncept. I matrisen radas koncepten samt kriterier upp för att sedan bedömas på huruvida de uppfylls eller inte. Koncepten som uppfyller minst antal kriterier elimineras och de/den övriga vidareutvecklas.
8
4.2 Idégenerering
Idégenerering gjorde för att påbörja konceptutvecklingsprocessen. Brainstorming användes vid flera tillfällen, både för att skapa nya idéer och även för att utveckla befintliga idéer.
Brainstorming och skisser för de olika idéerna för hur en förbättrad T-koppling ritades upp. Produkten delades upp i två delar där skisser för kopplingshalvorna i huvudsak skissades för sig och idéerna på handtaget skissades för sig.
Ett av kraven i kravspecifikationen som utvecklades var att handtaget skulle bestå av ett excentriskt lås som snäpps ned. Detta har tagits med i beräkning vid idégenereringen.
Det som tänktes för produkten i sin helhet var att det skulle vara bra att ha en fjäder som T-kopplingen som Press & Son har, för att hålla isär och för att hålla kopplingshalvorna på plats. Dock blir det en avvägning då bulten och fjädern kommer bli synlig vilket inte är önskvärt.
4.2.1 Hållfasthet
Den nuvarande T-kopplingen bryts på en specifik plats se Figur 5. En del tankar kring det var att det är mycket material mellan rören i jämförelse med runt rören vilket kan göra att all spänning flyttas till den svagare delen. Det kan jämföras med då en ojämn balk belastas, att den svagaste punkten i balken kommer vara där den deformeras. En slutsats av detta är att genom att slipa ner materialet där kan kopplingen tåla belastning bättre och hållfastheten ökar.
Figur 1. Det rödmarkerade är där den nuvarande kopplingshalvan brukar gå sönder
Då kommer kraften kunna fördelas jämt istället för att koncentreras på där deformationen kan ske som lättast. På detta sätt sparas material samtidigt som en starkare struktur uppnås.
En annan tanke var att anledningen till varför kopplingshalvan går sönder just där var för att det är en 90° vinkel där vilket gör att kontaktkrafterna blir väldigt stora. En enkel lösning på det skulle vara att runda av hörnet enligt Figur 6.
9
Figur 2. Skiss på kanten som istället kan rundas av för att öka hållfastheten
På detta sätt minskar kontaktytan vilket även minskar kontaktkraften vilket i sin tur ger mindre belastning och mer hållfast T-koppling.
4.2.2 Geometrisk låsning
Tanken var att gå ifrån skruvar helt och hållet genom någon slags av låsning som kan integreras i halvorna direkt. Exempelvis genom att ha ett spår igenom emellan så att den andra halvan kan träs igenom se Figur 7.
Figur 3. Snabb skiss på kopplingshalvor med geometrisk låsning
Denna idé togs bort relativt tidigt eftersom det innebar att det skulle bli svårt att trä genom aluminiumrören i kopplingen.
4.2.3 Hål eller spår
En tanke var för att göra så att det blir en enklare montering att ha ett spår för skruven så att det kan dras genom snabbt istället för att passa in i ett hål, se Figur 8.
Figur 4. Skiss på en skruv med spår i kopplingshalvan
10 Dock skulle detta försämra hållfastheten markant.
4.2.4 Snabbkopplingar
Snabbkopplingar för cyklar fungerar så att det första som görs är att skruva åt för hand så hårt som möjligt och sedan snäppa ned själva handtaget för att uppnå den önskade spänningen, se Bilaga F. Det är ett alternativ eftersom snäppet alltid kommer att hamna rätt. Dock kan det vara svårt i detta fall då det kräver en extra del, mutter istället för gänga i halva, något som bör undvikas då ju fler delar som ska hållas koll på desto svårare och krångligare blir monteringen.
4.2.5 Excenterlåset
Eftersom ett excenterlås som alltid hamnar i rätt läge förhållande till kopplingshalvan är ett av målen, vore det bra om det fanns någon lösning för detta.
En tanke var en slags växel för skruven. Det är tänkt att i början kunna dra ihop halvorna snabbt med några få varv men att sedan när det blir hårt och mer motstånd kunna ändra på ”växel” så att ett varv motsvarar ett litet avstånd. På det sättet kommer snäppet att kunna snäppas fast i rätt läge utan att spänningen påverkas nämnvärt. Dock är det stigningen hos skruven som kommer behöva varieras vilket i dagsläget inte är möjligt.
En annan tanke var att göra en ny utformning av excenterlåset så att istället för att det endast går att snäppa åt ett håll funka att snäppas åt båda hållen.
4.2.6 Inga utstickande delar
Eftersom en presenning kommer ligga över ställningen bör inte några utstickande delar finnas. Därför är en tanke att göra en urgröpning i kopplingshalvan så att snäppet blir nedsänkt. Hur detta skulle påverka hållfastheten bör undersökas. Ett alternativ skulle vara att lägga till material så att handtaget blir nedsänkt istället för att faktiskt gröpa ur, om det utgås från nuvarande koppling.
4.2.7 Greppbart handtag
Om handtaget blir helt nedsänkt kan det bli svårt att få ett grepp om handtaget. Om det är längre än kopplingen blir det lätt att ta tag i det, dock blir det en utstickande del som inte är önskvärt. Den kommer troligtvis ha avrundade kanter eftersom vassa kanter undviks och därför kommer det vara svårt att få upp den oavsett om den är nedsänkt eller inte. En tanke är att ha en extra urgröpning runt den på något sätt som att ett finger kan fås ner för att få upp snäppet.
Andra lösningar är även att ha ett litet band som sticker ut som går att dras i. Men vid montering är det möjligt att montören har arbetshandskar på sig och ett bra grepp runt bandet i form av nypgrepp kan vara svårt att få, därför var en annan tanke att ha ett hål i slutet av handtaget där ett snöre träs genom.
Eller ett band då ett band anses mer estetiskt tilltalande och är mer ergonomiskt för fingret. Dock blir det extra jobb vid tillverkning då ett hål måste borras samt ett snöre träs igenom som ökar kostnader för material, tillverkning och personal.
Om handtaget istället är lika brett som hela kopplingen kan ett grepp längst sidorna tas och handtaget fås upp. Det kan även avrundas på sidorna så att inga vassa kanter uppstår. Detta begränsar dock en aning på kopplingshalvan eftersom den i sådana fall bör vara rak på den sidan som handtaget sitter mot och inte avrundad som det är idag.
11 4.2.8 Handtagets profil
Eftersom det är önskvärt att handtaget inte ska kunna fastna i något bör den inte ha några kanter, beroende på ifall den ska bli nedsänkt eller inte. Om handtaget istället är fint avrundat mot halvan skulle det kunna ersätta en nedsänkning. Dock skulle detta koncept inte fungera om handtaget ska kunna snäppas både uppåt och nedåt. Därför funderades istället på en profil som var oval. Detta skulle fungera för både ifall handtaget är nedsänkt eller inte, eftersom vid nedsänkning kan en halv oval sticka upp utan att det blir kantigt eller vasst eller att handtaget ligger direkt på kopplingshalvan med en oval profil.
Alla skisser som gjordes under brainstorming finns i Bilaga E. En grov sållning gjordes av idéerna och ett antal koncept skapades för de olika delarna som ingår i T-kopplingen. De olika koncepten strukturerades sedan upp i en morfologisk matris och sist användes elimineringsmatriser för att välja bland koncepten.
4.3 Första koncept på kopplingshalvor
Ett antal olika varianter på utformning av kopplingshalvorna togs fram i en första konceptgenerering.
4.3.1 Profilen
Tanken med det här konceptet är just att delen ska kunna vara en aluminiumprofil som går att beställa i långa balkar som sedan kapas av till halvorna. Detta skulle förenkla och effektivisera tillverkningen beroende på hur mycket efterbearbetning som behövs. Se Figur 9.
Figur 5. Halvan som kan tänkas produceras i profil
Figuren visar två möjliga profiler som behöver monteras ihop.
4.3.2 Klossen
Det här konceptet liknar den ursprungliga kopplingens koncept. Tanken är att utgångspunkten är en kloss som sedan rundas av på kanterna för en mjukare form. Hur mycket det ska rundas av eller fasas av kan varieras.
Figur 6. Exempel på hur en kloss kan se ut
Fördelen med klossen är just att den liknar den produkt som NOA Aluminium producerar idag, se Figur 10. Ur deras synvinkel skulle detta koncept vara ett säkert val eftersom det är något beprövat,
12
tillverkningen kan ske på samma sätt och kostnaderna för att detta skulle inte öka markant. Det som behöver göras är att omdimensionera bitarna enligt säkerhetsfaktor för hållfastheten samt att verktyget ska integreras med hjälp av ett snäpphandtag.
4.3.3 T-formad
I detta koncept är fästet format efter stängerna. Det blir som ett rör där stängerna ska in och formen är därmed mjukare och diskret.
Figur 7. Exempel på T-formade konceptet
Att kopplingen på övre sidan är längre gör att stängerna kommer stabiliseras, se Figur 11.
4.4 Koncept på handtag
Olika koncept på handtaget beskrivs under detta delkapitel.
4.4.2 Hävarm
En idé är att ha en axel genom handtaget så att det går att böja på och sedan vrida. Detta skulle vara en bra kombination till ett smalt handtag för då blir det lättare att vrida.
Figur 8. 3D-modell av ett snäppe med en axel
I Figur 12 syns att axeln för hävarmen och axeln för handtaget är vinkelräta så att de två funktionerna inte kommer påverkas av varandra.
4.4.1 Bred/smal
Ett brett handtag är tänkt att det ska vara lika brett som halvorna. Detta för att lösa problemet med att handtaget inte skulle få vara utstickande men samtidigt lätt att få tag i. Med ett brett handtag kommer det bli enkelt att ta tag i och även lättare att vrida på grund av hävarmen på bredden. Figur 13 visar hur det breda handtaget är tänkt att sitta vid halvan.
13
Figur 9. Skiss på det breda snäppet
Begränsningen blir att halvan i sådana fall inte får vara rundad längs röret, utan det måste vara relativt rak för att inte handtaget ska vara för utstickande.
För att jämföra ett brett och smalt handtag gjordes några lermodeller, se Bilaga G.
4.5 Koncept på fastsättning
Koncept utvecklades för hur kopplingshalvorna skulle sättas fast i varandra.
4.5.1 Gängor
I dagsläget fästs den genomgående bulten med gängor i den andra halvan. Det är ett enkelt alternativ att konstruera dock kan det upplevas som omständligt att skruva alla varv som krävs. Dessutom är aluminium ett mjukt material och det är inte optimalt att gänga i det.
4.5.2 Spår
Ett alternativ vore att fästa en spårmutter i bultens ende som skulle kunna träs igenom ett spår i den andra halvan. Det skulle dock kräva att den ena halvan måste skjutas på plats vilket kan bli väldigt krångligt om inte omöjligt.
4.5.3 Bajonett
Ännu ett alternativ vore att använda sig av en bajonettlösning. Då skulle en tvärgående pinne monteras på bultens ende. Pinnen och bulten skulle då träs igenom den andra halvan genom ett hål med ett spår i. På andra sidan skulle det finnas en ficka i vilken pinnen skulle fästas genom en vridning på 90°.
4.6 Koncept på kontakten mellan kopplingshalvorna
Det funderades på hur kopplingshalvorna skulle sättas ihop för att få bästa möjliga hållfasthet samt vad som kunde göras för att underlätta sammanhållningen av halvorna.
4.6.1 Gångjärn
Konceptet med gångjärnet kan kombineras med de andra koncepten för halvorna. Det som detta koncept gör att ha just ett gångjärn mellan halvorna så att de sedan alltid sitter ihop vilket kommer underlätta för monteraren. Ett krav var att det ska bli enklare att montera och helst så få delar som möjligt för att underlätta detta. Med hjälp av gångjärn kommer halvorna vara en del istället för två. Se Figur 14.
14
Figur 10. 3D-modell på hur gångjärnet kan se ut på kopplingshalvorna
Gångjärnet på detta sätt kommer göra så att den övre delen av kopplingen får en större tjocklek vars påverkan på hållfastheten bör undersökas om detta väljs.
4.6.2 Spel mellan kopplingshalvorna
Om inget gångjärn väljs måste det bestämmas hur stort mellanrum det ska vara mellan kopplingshalvorna. Med mellanrum undviks att halvorna trycks mot varandra när aluminiumrören varierar vilket kommer minska risken till att kopplingshalvorna böjs. Däremot anses det vara mer estetiskt tilltalande ifall halvorna ser slutna ut vid monterat läge.
4.7 Koncept på urgröpningar
Här beskrivs tre koncept på urgröpningar för handtaget.
4.7.1 Längsgående
Enligt kravspecificationen ska T-kopplingen inte ha några utstickande delar och mjuka former. Det tillagda handtaget kommer att medföra en utstickande del. Den kan dock minimeras med en längsgående urgröpning i handtaget. Beroende på hur långt handtaget görs kan en längsgående urgröpning försvåra greppandet av handtaget betydligt.
4.7.2 Halvoval
Det ska vara lätt att få tag i handtaget och för att underlätta detta kan en halvoval urgröpning för fingret göras i halvan. Det förutsätter dock att handtaget görs kort och att halvorna har en tillräcklig stor godstjocklek.
4.7.3 Ingen
Ett alternativ är att helt enkelt inte ha någon urgröpning alls och istället se till att handtaget i sig själv ligger tätt intill halvan. Det skulle vara ett enklare alternativ och därmed även billigare.
4.8 Koncept på snäppning
För att underlätta låsningen skulle ett excentriskt lås göras och här förklaras några koncept på det.
15 4.8.1 Klassisk excenterlås
Eftersom kravet på snäppet är att det ska vara av excentrisk låsning så finns den klassiska excentriska låset som brukar användas på cyklar. Den är utformad enligt Figur 15.
Figur 11. Skiss på ett klassiskt excenterlås
Det som gör att den går att låsa är att axeln inte sitter i mitten vilket gör att avståndet till kanterna blir olika. Den extra sträckan som utgör avståndet mellan dessa ger en extra kraft som gör att kopplingarna fästs åt.
4.8.2 Upp & ned
Tanken med detta koncept är att snäppet ska vara av excentrisk låsning och kunna snäppas åt båda hållen. Det här konceptet på snäppe går att kombinera med de andra koncepten. Att göra så att snäppet går att låsa åt båda håll skulle underlätta för montören i de sista varven när snäppet inte är i “rätt” vinkel i förhållande till halvan. Då måste snäppet ofta vridas några grader till för att hamna rätt vilket kan vara väldigt tungt. Om snäppet istället kan snäppas åt båda hållen kommer gradantalet som kan behövas vridas extra vara mindre vilket gör så att det blir lättare att hitta rätt vinkel.
Med en klassisk excentrisk låsning skulle det kunna snäppas upp och ned längst fästet. Då måste snäppet vara kort nog så att det inte sticker ut, se Figur 16.
Figur 12. Skiss på hur det skulle se ut som snäppet var för långt
Om en nedsänkning i halvan ska göras för snäppet, måste det göras åt båda hållen i ena halvan.
4.8.3 Oval
Det finns ett till sätt att möjliggöra att gradantalet för nedsnäppning minskas. Det är möjligt genom att omforma excenterdelen på låsningen så att den istället blir oval. Detta genom att axeln istället får sitta i mitten av en oval formad del, se Figur 17, med lika avstånd från den spetsigare delen av ovalen och ett litet avstånd från kanten på den långa delen av ovalen. På detta sätt kommer gradantalet minskas samtidigt som att det alltid går att snäppa åt rätt håll.
16
Figur 13. 3D-modell på hur utformningen av excenterdelen kan se ut i profil
Excenterdelen är den del som är till vänster i figuren. Det är en oval form med ett genomgående hål för axeln.
4.9 Valda koncept
Av koncepten för alla olika delar gjordes en morfologisk matris som finns i Bilaga H. För att lättare se hur alla delar av T-kopplingen beror av varandra skapades en bild.
Figur 14. En illustration på hur alla olika delar beror av varandra
Som Figur 18 visar beror alla delar på hur kopplingshalvorna kommer se ut. Allt beror i princip på hur kopplingshalvan kommer att se ut. Därför valdes att först utveckla den innan de resterande delarna valdes. Däremot skulle de hållas i åtanke.
Utifrån den morfologiska matrisen ställdes en elimineringsmatris upp för kopplingshalvorna. Två koncept för kopplingshalvor valdes att vidareutvecklas.
17
Tabell 1. Elimineringsmatris för de olika koncepten för kopplingshalvan där (+) innebär att egenskapen uppfylls och (-) att den inte gör det.
Egenskaper
Koncept
låg materialåtgång hållfasthet
bep rövad
varumärke styv
Profil + - - + -
Kloss - + + - -
T-formad - - - - +
I elimineringsmatrisen i Tabell 1 visas att den T-formade kopplingshalvan är minst lovande för de undersökta egenskaperna. Den enda egenskapen som varit positivt för den T-formade halvan är att den är styv i jämförelse med de övriga alternativen. Detta är just på grund av att den har en längre del som stödjer för det övre aluminiumröret. Däremot är det inte nödvändigtvis något positivt då kopplingen kommer utsättas för krafter som överförs från presenningen och aluminiumrören på grund av vädret. Är det väldigt styvt kommer det inte tillåta lika mycket rörelse vilket det kommer bli i vilket gör att T- kopplingen lättare kommer haverera. Därför valdes det alternativet bort och de övriga två valdes att gå vidare med.
Trots att profilkonceptet i nuvarande läge inte verkar speciellt hållfast är det en intressant idé som går att utvecklas och undersökas vidare på. Även klosskonceptet valdes att gå vidare med för att det verkar vara ett säkert val med många möjligheter.
18
19
5. Material och tillverkning
För att fortsätta idégenerera om framför allt kopplingshalvorna togs ännu en faktor in innan detta påbörjades. Eftersom uppdragsgivaren är NOA Aluminium som är ett företag som kan komma att tillverka och sälja dessa T-kopplingar börjades det att undersökas på olika tillverkningstekniker och kostnader för dessa. Efter förståelse av tillverkningsmetoderna kan det brainstormas mer med fokus på dessa om vilka former som möjliggörs av olika metoder. Aluminium var materialet som fokuserades på.
5.1 Tillverkningsmetoder
Materialet som T-kopplingen kommer bestå av är aluminium som företaget i fråga huvudsakligen använder. Även plast är ett potentiellt material som används ofta i företaget och kan tänkas användas för denna produkt.
Möjliga tillverkningsmetoder undersöktes och ett möte med Mats Bejhem gjordes där möjligheterna och kostnaderna för dessa diskuterades. Utformningen baserades sedan på vad som var möjligt att göra med de olika tillverkningsteknikerna.
5.1.1 Pressgjutning
Pressgjutning är en variant av formgjutning. Det är den tillverkningsmetoden som används av NOA Aluminium idag för att tillverka T-kopplingarna. Denna tillverkningsmetod fungerar på så sätt att två formar för gjutning tillverkas via fräsning. Formarna sätts sedan fast i en maskin som smälter aluminium som pressas in i formarna för att kylas ned.
Vid massproduktion av produkter som har många och precisa mått lämpar sig pressgjutning bra.
Formarna kan göras med många detaljer och resultatet blir relativt bra och exakt. Det är även möjligt att göra hålrum i detaljerna som tillverkas med pressgjutning genom att skjuta in en stång i formen.
Däremot är den största nackdelen med pressgjutning att formen är väldigt kostsam men dock en engångssumma på uppemot hundratals tusen enligt M. Bejhem (personlig kommunikation, 20 april 2015). Därför kommer många tusentals produkter behöva säljas innan det blir lönsamt.
5.1.2 Strängpressning
När aluminiumprofiler tillverkas görs de genom strängpressning. Långa cylindrar av aluminium värms upp för att sedan pressas ut genom ett verktyg för att få fram de långa stängerna. Verktyget består av en skiva metall med utskurna partier som utgör tvärsnittet som önskas för stängerna. Denna metod ger ett hållbart material eftersom aluminiumet pressas med tryck som motsvarar uppemot tre kiloton (Konstruktionsdagen, Profilgruppen) genom verktyget samt för att det inte värms upp till smältpunkt.
Metoden tillåter dessutom en enkel produktion av komplexa former som skulle vara mycket svåra att få till med andra metoder. Att beställa in aluminiumprofiler är dessutom relativt billigt, det är själva verktyget var (genom vilken) materialet ska pressas genom som blir en engångskostnad på tio till femton tusen kronor eller femton till tjugo tusen för profiler med ihåligheter enligt P. Andrén (personlig kommunikation, 24 april 2015).
Det är effektivt att använda aluminiumprofiler eftersom en stång ger ett högt antal bitar beroende på längd. Det som görs är att stången kapas av i önskad bredd och sedan bearbetas och sätts ihop. Det gör att en minimal mängd material krävs per koppling. Dock krävs mer efterbearbetning i fallet med T- koppling då det inte är möjligt med en lösning på hur endast en profil ska kunna koppas ihop i 90° utan
20
att fräsas eller sättas ihop med en till del. Detta gör att förutom engångskostnaden på verktygen som måste tillverkas tillkommer kostnader för efterbearbetningarna.
5.1.3 Plåtstansning
Denna tillverkningsmetod använder sig Press & Son av. De tillverkar sina T-kopplingar på plats i sina lokaler. Det som görs vid plåtstansning är att en bit plåt läggs på en form som är i en maskin, sedan stansas det med hårt tryck så att plåten formas efter verktyget.
5.1.4 Val av tillverkningsmetoder
De tillverkningsmetoderna som valdes att gå vidare med var pressgjutning och strängpressning.
Pressgjutning för att NOA Aluminiums nuvarande T-koppling är tillverkad på så sätt samt att många olika och komplexa former kan fås med hjälp av pressgjutning. Strängpressning med aluminiumprofiler valdes för att NOA Aluminium i nuvarande läge använder sig av aluminiumprofiler i sitt sortiment så därför ansågs det passa bra för deras varumärke. Dessutom finns olika smarta lösningar på hur profiler kan sättas ihop och det var intressant att utveckla denna idé ytterligare.
Plåtstansning valdes bort då NOA Aluminium i dagsläget inte har några maskiner som bearbetar plåt vilket innebär att de i sådana fall måste beställa in T-kopplingarna från andra företag alternativt köpa in maskiner. De har heller inte använt sig av plåtar till några andra av sina produkter och därför ansågs det inte vara aktuellt i dagsläget.
5.2 Vidare undersökning av tillverkningsmetoder
Pressgjutning och strängpressning av aluminiumprofiler valdes att gå vidare med och för att kunna få bättre grepp om hur dessa skiljer sig undersöktes dessa vidare. Olika möjligheter undersöktes främst för aluminiumprofiler eftersom det tidigare inte gjorts några T-kopplingar med denna teknik. Pressgjutning däremot är väldigt vanligt för T-kopplingar och är en beprövad metod som har fungerat bra.
5.2.1 Aluminiumprofiler
Som nämndes tidigare i de första koncepten med att utveckla T-koppling ur aluminiumprofiler är att ha två profiler som sätts ihop. Detta är för att rören ska kopplas i 90° och aluminiumprofiler endast går att pressa i en riktning.
Det som bör tänkas på då är hur sammanfogningen ska ske. Det som funderades på var att punktsvetsa, limma eller att poppnita ihop profilerna. En annan idé var att utforma profilerna så att de enkelt kan snäppas ihop.
Figur 15. Exempel på olika snäppesanordningar på aluminiumprofiler (Konstruktionsboken SAPA)
21
Figur 19 ovan visar olika konstruktioner på aluminiumprofiler som går att monteras fast i varandra. En sådan lösning skulle innebära att inget annat material eller maskin behöver användas. Däremot blir monteringen enkel om profilerna utformas på ett smart sätt så att det framgår tydligt hur dessa lätt kan monteras ihop.
Om det istället väljs att svetsa ihop profilerna behövs någon markering i båda profiler för att veta exakt vart fogen ska ligga. I den större profilen (se Figur 9) blir det svårt eftersom markeringen inte kan ligga i profilen och en separat markering behöver fräsas fram eller liknande i efterhand vilket innebär större kostnader och mer arbete.
Att limma är en metod som är allt vanligare vid sammanfogning. Det fungerar väldigt bra även då det gäller aluminiumprofiler. Dock måste ett starkt lim användas, exempelvis epoxylim av något slag.
Figur 16. Exempel på hur aluminiumprofiler kan limmas ihop (Konstruktionsboken SAPA)
Figur 20 visar att profilerna är utformade på så sätt att det är så stor kontaktyta som möjligt mellan delarna så att limmet verkligen kommer åt på största möjliga yta. Denna metod blir dock problematisk då problemet med den större profilen inte kan ha en komplicerad form åt det hållet som i detta fall behövs.
Istället för att limma eller svetsa ihop profilerna skulle nitar kunna användas. Nitning är en enklare metod av sammanfogning då ingen speciell miljö eller verktyg krävs. Nitar ger dessutom en säkrare fastsättning som har samma egenskaper som en genomgående bult. En nackdel är att nitarna kommer att sticka ut lite från ytan, se Figur 21.
Figur 17. Exempel på aluminiumprofiler som nitas ihop (Konstruktionsboken SAPA)
Det som begränsar vid tillverkning av aluminiumprofiler som bör tänkas på vid utformning av koncept är att det endast går att forma i två dimensioner, för sedan kommer det att pressas ut genom verktyget vilket ger djupet.
Ett tidigare koncept var att kunna ha gångjärn mellan kopplingshalvorna. Lösningar för detta med aluminiumprofiler undersöktes och visas i Figur 22.
22
Figur 18. Exempel på profiler med led- och gångjärn (Konstruktionsboken SAPA)
Detta är möjligt med olika utformningar på profilerna. Dock skulle detta innebära att kopplingshalvorna måste pressas var för sig med ett eget verktyg för varje halva, vilket innebär en ökad kostnad. För att önskad vinkel ska kunna uppnås samtidigt som att ledfunktionen ska ta så lite plats som möjligt måste tanke läggas på utformningen. Bilden längst till vänster i Figur 22 till exempel har en enkel form som tar lite plats, däremot är det största vinkel som kan uppnås 30°. Det anses dock vara en för liten vinkel eftersom det inte är möjligt att öppna kopplingshalvorna tillräckligt för att monteringen ska bli enkel vilket är önskvärt. Det anses att ju större vinkel som går att uppnå desto lättare blir det för montören.
Ytterligare problem som fanns i åtanke med ledfunktionen är att toleransen blir väldigt liten för halvorna. Sitter halvorna för nära varandra finns risk för att de trycks emot varandra vid leden och om de är för långt ifrån varandra finns risk för att de istället dras ifrån varandra i leden. Båda fallen leder till spänningar i kopplingshalvorna. Samma problem uppstår även vid pressgjutning ifall det istället monteras fast ett gångjärn. En tanke som kom upp som kan lösa detta problem för aluminiumprofiler är att det går att ha ett litet spår varpå kulan till vänster i Figur 22 kan glida längs. Alltså att den andra delen som håller i kulan har ett djupare spår.
Under konstruktionsdagen hos Profilgruppen i Åseda (5/5-2015) uppmärksammades att det bör tänkas på att olika aluminiumlegeringar ger olika hållfasthet, produktivitet och kostnader. Den vanligaste aluminiumlegeringen som används vid att skapa profiler, AW-6060, rekommenderas att ha en godstjocklek på minst 10 mm. För godstjocklek ner till 3 mm används vanligen AW-6063. Den allra mest hållfasta legeringen som används vid tillverkning av aluminiumprofiler är AW-6082, dock kan metallen bli missfärgad. Legeringen AW-6060 används mest för att den är mest produktiv efter den är mjukast av dessa. Ju mjukare material desto sämre hållfasthet men högre produktivitet vilket innebär lägre kostnader.
5.2.2 Pressgjutning
Vid pressgjutning används formar som tillåter komplexa ytor. Det enda som bör tänkas på vid utformning av detaljer vid pressgjutning är att efter att smältan har svalnat ska formen kunna släppa detaljen. Detta kan göra att mer material går åt för att tillåta släppningar.
Med pressgjutning kan runda former fås, i jämförelse med i profil då en sida alltid måste vara rak. Även eventuella urgröpningar som kan tänkas behövas för handtaget eller hål för bulten kan göras direkt i formen vilket gör att ingen efterbearbetning behöver göras. Noggranna toleranser kan även fås av pressgjutning och fin yta. Dock blir det dubbelt så dyrt ifall det väljs att göra två olika former för respektive kopplingshalva istället för att göra en där urgröpning och hål fräses och borras i efterhand.
23
I längden anses det vara mer lönsamt att göra två formar eftersom det är en fast engångskostnad medan efterbearbetningarna kräver tid, personal, verktyg samt mer materialåtgång vilket innebär rörliga kostnader. Dessutom, med fastsättningen i åtanke, är det endast pressgjutning av dessa två tillverkningsmetoder som tillåter en bajonettlösning.
5.3 Andra koncept på kopplingshalvor
Med tillverkningsmetoderna i åtanke påbörjades en ny brainstorming för utformningen av kopplings- halvorna. Det som funderades över var att utformningen på T-kopplingen helst skulle ha en rund form vilket skulle kunna bli problematiskt med aluminiumprofiler. Ett annat problemområde är om kopplingshalvan ska ha en nedsänkning till snäppet vore det lättast om pressgjutning skulle vara den tillverkningsmetoden som används eftersom det inte fungerar vid skapandet av aluminiumprofiler.
5.3.1 Profilsnäppet
Det första konceptet, profilsnäppet, är en vidareutveckling av det första utkastet från föregående kapitel om koncept utvecklas så att den mindre profilen kan snäppas fast på den större, se Figur 23.
Figur 19. Modell av konceptet profilsnäpp
I efterbearbetningen är det tänkt att ett hål borras genom båda profilerna varpå skruven kommer skruvas fast så att båda profilerna sitter på plats vid fastmontering.
Figur 20. Bild på profilerna till konceptet profilsnäpp
Detta koncept är tänkt att kunna tillverkas ur aluminiumprofiler. Figur 24 visar utformningen av de två profilerna som kan tänkas tillverkas för profilsnäppet. Inspirationen för snäppsystemet kom ur informationssökandet av aluminiumprofiler.
24 5.3.2 Profilfräset
Nästa koncept är på en kopplingshalva som kallas för profilfräs, se Figur 25. Det är tänkt att med detta koncept kunna ha mjukare former som NOA Aluminium efterfrågar. Utformningen på detta koncept liknar den nuvarande produkten. Det är även tänkt att en urgröpning kan göras för handtaget enkelt direkt ur pressformen.
Figur 21. Modell av konceptet profilfräs
Det här konceptet på kopplingshalvan fokuserar mer på mjuka former. I detta koncept kan både pressgjutning och strängpressning av aluminiumprofiler användas. Vid tillverkningsmetoden med profiler är det tänkt att endast en profil tillverkas till skillnad från föregående koncept där åtminstone två olika typer av profiler behövs. Det blir istället mer efterbearbetning med spår som ska fräsas för det andra aluminium röret. Även hålet för bulten kommer att vara en efterbearbetning. Det är dock en bearbetning som behöver göras för alla koncept.
Figur 22. Modell på urfräsning för handtag för konceptet profilfräs
Den andra metoden är att använda pressgjutning vilket innebär att den enda bearbetningen som krävs i är att borra ett hål i efterhand. Urtaget för handtaget går att få till direkt i formen för pressgjutning, se Figur 26.
5.3.3 Avfasningen
Figur 27 visar ett koncept som är tänkt för att göras med tillverkningsmetoden pressgjutning.
Kopplingens insida har den en så kallad läpp liksom i aluminiumprofilkoncepten för att hålla det övre aluminiumröret på plats.
25
Figur 23. Modell på konceptet pressgjuten
Läppen förstärks med väggar på sidorna för att undvika att den viks ut vid belastning. Efter att detta koncept hade skapats upptäcktes det att läppen inte skulle fungera för pressgjutning eftersom den kommer orsaka att den färdiggjutna produkten inte kommer släppa från formen. Detta behöver korrigeras ifall det här konceptet väljs att fortsättas med.
Figur 24. Ovansidan av konceptet pressgjuten
Med detta koncept kommer det finnas tillräckligt med material för att eventuellt kunna göra urgröpningar, se Figur 28.
5.4 Produktutveckling
Profilfräset valdes bort i detta läge eftersom det inte är nödvändigt att konceptet ska kunna tillverkas med båda metoderna. Därför ansågs det bättre att gå vidare med koncepten som faktiskt är utvecklade helt beroende på vilken metod som används. Koncepten som valdes att vidareutvecklas till slutkoncept var profilsnäppet samt avfasningen.
5.4.1 Utveckling av profilsnäppskonceptet
Ursprungsidén var att ena profilen skulle snäppas fast i den andra enligt Figur 23. Dock kan denna lösning tänkas vara ostadig eftersom den undre biten i Figur 24 kan vridas loss från den övre biten.
Krafterna som påverkar de fastsatta aluminiumrören kommer att orsaka ett vridmoment i kopplingen, mer om krafter kommer i Kapitel 7, vilket kan leda till att den undre profilen vrids loss. Därför utvecklades det konceptet till något stadigare.
26
Figur 25. CAD-modell av en utveckling av profilsnäpp
Nu är själva snäppdelen annorlunda. Istället för snäppanordningen på den undre profilbiten, se Figur 29, gjordes en hålprofil i vilken den andra biten kan skjutas in. Risken med båda dessa koncept är att den undre profilbiten skulle kunna glida ut. En tanke för att lösa detta var att tillsätta snäppanordning på den övre profilhalvan i nederkanten som skulle låsa fast den nedreprofilen och förhindra glidning, se Figur 30.
Figur 26. Profilerna som tänkt för det utvecklade profilsnäppet
För att ytterligare säkra att den undre profilbiten hålls på plats görs hålet för bulten genom båda profilerna. När bulten sedan träs igenom kommer den undre profilen automatiskt hindras från att glida ner, se Figur 29.
Aluminiumprofilerna levereras ofta i längder om 6 m (Profilgruppen) och NOA Aluminium räknar med att sälja 20 000 stycken T-kopplingar per år. Om varje kopplingshalva ska vara 4,5 cm bred enligt CAD- modellerna kan en grov uppskattning om hur många längder aluminiumprofil som behövs göras enligt
𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔𝑎𝑟 [𝑠𝑡] = 𝑏𝑟𝑒𝑑𝑑 𝑝å 𝑘𝑜𝑝𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔 [𝑚]
𝑙ä𝑛𝑔𝑑 𝑝𝑒𝑟 𝑙ä𝑛𝑔𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑖𝑙 [𝑚]
vilket gav svaret 150 stycken aluminiumprofiler per del. Eftersom en kopplingshalva består av två profiler behövs alltså totalt fyra profildelar för att en hel T-koppling ska kunna skapas, vilket innebär att det årligen behövs det 600 stycken längder aluminiumprofil om 6 m per år.
Mycket efterbearbetning kommer behöva göras om T-kopplingen tillverkas av aluminiumprofiler. De kommer behöva kapas till önskad bredd, köras i en trumblingmaskin för att få bort de vassa kanterna som bildas vid kapning, hålen behöver borras och montering av profilerna för varje kopplingshalva behöver göras.
27
Med hjälp av CAD-programmet Solid Edge kunde det beräknas hur mycket material som går åt för att tillverka varje halva. För hålprofilen krävs 0,047 kg och för den andra profilen krävs 0,041 kg.
Tillsammans krävs det 0,088 kg för att tillverka en kopplingshalva och alltså 0,176 kg för att tillverka båda kopplingshalvor. Per år med 20 000 stycken som tillverkas blir det 3 520 kg.
5.4.2 Utveckling av avfasningskonceptet
Produktionen av avfasningskonceptet kommer vara svår på grund av läppen som beskrevs i Avsnitt 5.3.3. Den sticker ut på insidan av kopplingshalvan vilket orsakar förhindrande av släppningar. Då blir det svårt för det färdiggjutna att lossna från formen.
Det som gjordes för att åtgärda detta var då att dra ner en rak linje mot insidan så att det inte blev någon vinkel som motverkade släppningen. Där det bildas 90° rundades det av, med tanke på det som togs upp i idégenereringen i Avsnitt 4.2.1 med hållfastheten.
Figur 27. Insidan av kopplingshalvan
Som Figur 31 även visar finns även ett spår som gör att röret kommer stoppas. Detta för att förhindra att röret ligger mot bulten så att inte onödiga spänningar uppstår.
Urgröpningen för handtaget i konceptbilden innan var ett exempel eftersom det ännu inte bestämts hur utformningen av handtaget ska se ut. Det som gjordes dock var att en avfasning gjordes där istället, för att spara material även på halvan där ingen urgröpning skulle behöva göras. Dessutom kändes en avfasning passande i detta koncept och ansågs vara estetiskt tilltalande, se Figur 32.
Figur 28. Avfasning av halvan nedtill
Det finns även fortfarande material i mitten av halvan för urgröpning om så behövs.
28
På samma sätt som för profilsnäppet kan mängden aluminium fås fram med hjälp av Solid Edge. För varje halva blir det 0,118 kilogram vilket blir 4720 kilogram per år för 20 000 stycken T-kopplingar.
5.5 Val av slutkonceptet
Valet mellan att pressgjuta T-kopplingen i aluminium eller att använda aluminiumprofiler för tillverkning av T-kopplingen var svår. Aluminiumprofilmetoden var väldigt lockande då den tillåter en enkel tillverkning av en stor kombination av olika funktioner och finesser såsom gångjärn och snäppanordningar. Dessutom har pressat aluminium en högre hållfasthet i jämförelse med den aluminiumlegering som används vid pressgjutning. En annan fördel är att verktygen för aluminiumprofiler är betydligt billigare än formarna som krävs vid pressgjutning. Utöver det skulle en T- koppling gjord av aluminiumprofiler passa väl i NOA Aluminiums sortiment då majoriteten av deras andra produkter är tillverkade av just aluminiumprofiler. Det som talar emot att ha aluminiumprofiler som tillverkningsmetod är att det krävs en hel del efterbearbetning oavsett vilken typ av koncept som väljs. Det innebär en relativt stor rörlig kostnad och mer arbetstid per tillverkad T-koppling. Det kan också vara svårt att få till en stark utformning på T-kopplingen då strukturen begränsas av att endast kunna gå i en riktning. En annan nackdel upptäcktes vid ett besök hos Profilgruppen i Åseda. Där insågs det att krävs mycket tid arbete vid ett byte av verktyg då produktionen måste avbrytas för själva bytet.
Sedan måste verktyget rensas från aluminiumet som blir kvar. Det görs genom att med bergborrmaskiner för hand hacka bort de största bitarna av aluminiumet. Verktygen doppas sedan i en syra för att bli av med resterande aluminium. Ytterligare behöver verktygen sedan granskas och eventuella ojämnheter slippas bort för hand med en fil.
Pressgjutning möjliggör tillverkning av komplexa ytor på ett snabbt och effektivt sätt vilket skulle vara mycket användbart för de mjuka former som efterfrågas av NOA Aluminium. Alla hålrum, avfasningar och urtagningar kan enkelt tas med i formen och därmed undviks mycket efterbearbetning. Nackdelar för pressgjutning är framför allt att priset för verktygen ligger på 10 gånger mer än för aluminiumprofilverktyg. Vid design av T-kopplingen måste det även tas i beaktning att släppningar införs så att kopplingen går att ta ut från formen.
Båda tillverkningsmetoderna är bra genomförbara metoder för tillverkning av T-kopplingen men kräver två helt olika modeller. Om produktionen skulle vara storskalig och mer tid gavs, bör båda modellerna ha utvecklats ytterligare så att en omfattande kostnadsuppskattning för de olika metoderna kunde göras. Därefter skulle beslutet för vilken metod som ska användas tas med kostnadsuppskattningen som grund. I dags läget finns det inga T-kopplingar för hela rör gjorda av aluminium profiler. Det skulle vara en produkt som skulle kunna stärka företagets varumärke då den skulle ses som innovativt och genomtänkt om allt går väl. Av den anledningen vore det intressant att utveckla den idén vidare. Det gör dock även att det är en obeprövad metod vilket medför större risker. Om något går fel och T-kopplingen går sönder kan varumärket skadas.
Nu är NOA Aluminium ett mindre företag som riktar sig till en relativt liten målgrupp vilket medför att större risker helst undviks. Dessutom ifrågasattes hur mycket en profil T-koppling faktiskt skulle kunna stärka NOA Aluminiums namn. Därför valdes det att i det här arbetet vidareutveckla koncept med pressgjutning som tillverkningsmetod.
29
6. Vidareutveckling av valt koncept
Det konceptet som valdes att gå vidare med var pressgjutningskonceptet. Vidareutveckling behövs göras i nuläget och nya möjligheter bör diskuteras. För att göra detta ska utformningen av de andra ingående delarna i T-kopplingen göras.
6.1 Utformning av övriga delar
De övriga ingående delar som behövs diskuteras är handtaget, hur fastsättningen av kopplingshalvorna ska ske och även hur urgröpningen på kopplingshalvan ska se ut eller om det ens är nödvändigt. Sist detta diskuterades var när de första koncepten presenterades.
6.1.1 Handtaget
I Avsnitt 4.4 genererades tre olika koncept på handtaget och för bättre översikt kan den morfologiska matrisen betraktas i Bilaga H. För att välja vilket koncept som skulle fortsättas användes en elimineringsmatris, Tabell 2.
Tabell 2. Elimineringsmatris för utformningen av handtaget där (+) innebär att egenskapen uppfylls och (-) att den inte gör det.
Hävarmen valdes bort relativt snabbt då tillverkningskostnaden för den blir mycket större än för de andra alternativen då den kräver fler delar och mer monteringssteg vilket inte kommer väga upp med de positiva egenskaperna ur företagsperspektiv.
Då återstår ett smalt och ett brett handtag. Det som diskuterades var att det breda handtaget kan vara nödvändigt för att få tillräckligt med vridmoment vid åtskruvning då det är ett krav att det enkelt ska kunna skruvas åt. Dock är alltför utstickande delar i T-kopplingen inte är önskvärd och kopplingshalvan är bestämd till att vara rundad och med ett brett handtag kommer det sticka ut på sidorna.
Det som ansågs vara det största problemet var att urgröpningen, om någon, skulle vara tvungen att ha en diameter på minst samma längd som bredden på handtaget. Detta för att det används för att vrida åt bulten. Vid vridning av ett brett handtag kommer större cirkelarea beröras än den vid vridning av ett smalt handtag. Ytterligare nackdel var att det blir större materialåtgång på det breda handtaget jämfört med det smala samt att kopplingshalvan inte bör vara rundad för handtaget då kommer sticka ut längst sidorna.
Det blev en avvägning mellan fördelarna och nackdelarna av ett brett jämte smalt handtag. Enligt kravspecifikation skulle enkelhet prioriteras framför släthet, därför valdes brett handtag så att åtdragningen blir lättare.
Egenskaper
Koncept
lätt att greppa lätt att snurra
materialåtgång enkel
billig
Hävarm + + + - -
Bred + + - + +
Smal + - + + +
