D - U P P S AT S
2006:154
Institutionen för Arbetsvetenskap Avdelningen för Industriell design
TEKNOLOGIE MAGISTEREXAMEN Industriell design
JOHANNA FORSSÉN
Utformning av nytt armstödskoncept
för elektrisk rullstol
Förord
Detta examensarbete, ARD007 har utförts under våren 2004. Arbetet har bedrivits hos uppdragsgivaren Permobil Design AB där också slutpresentationen genomfördes i juli 2004.
Examensarbetet omfattar 20 poäng och är avslutningen på ingenjörs programmet Industriell Design 120 poäng vid Luleå tekniska universitet. Examensarbetet valdes att göras som ett 20 poängarbete då en magisterexamen skall tas ut.
Arbetet har genomförts individuellt och utförts åt Permobil Design AB. Arbetet har innefattat många olika arbetsområden inom produktutvecklingsledet och jag vill därför passa på att tacka alla involverade. Speciellt tack till;
Mats Ingelsson, Permobil AB, tillika handledare.
Magnus Engman, Permobil AB, konstruktör.
Magnus Andersson, Permobil AB, konstruktör.
Lars Sundström, Luleå Tekniska Universitet, tillika handledare.
Luleå den 27 januari, 2006
………..
Johanna Forssén
Sammanfattning
Detta är ett examensarbete på 20 högskolepoäng som utförts hos uppdragsgivaren Permobil Design AB. Arbetet är en avslutning på ingenjörsutbildningen Industriell Design 120 poäng vid Luleå tekniska universitet. Arbetet har bedrivits individuellt med mål att ta fram ett helt nytt koncept för Permobil att jobba vidare med.
Projektet har utförts på uppdrag av Permobil Design AB, Timrå. Företaget är ledande inom tillverkning och utveckling av eldrivna rullstolar och de flesta förknippar idag Permobil som en benämning på en elrullstol och inte ett märke.
Projektuppgiften har varit att utveckla ett nytt armstöd till Permobils mest populära stol med avseende att förbättra konstruktion till en mer hållbar och funktionell samt ge armstödet ett mer estetiskt framträdande/uttryck.
Rapporten avhandlar projektarbetets alla faser från informationsinsamling till idéverksamhet och resultat samt prototypframställning. Metoderna som används under projektets gång baserar sig på Systematisk problembehandling som lärs ut vid LTU, Luleå tekniska universitet.
Genom en grundläggande problemundersökning där information från brukare, marknad och utveckling samlades ihop kunde de mest framstående problemen pekas ut. Dessa gick vidare i en kriterieviktning där informationen sedan togs i bruk i idéfasen. Brainstorming gjordes och resulterade i mängder av idéskisser som sedan sollades ut till tre förslag som presenterades för några utvalda personer på Permobil. Ett av dessa förslag gick sedan vidare till
vidareutveckling i detaljnivå och modellerades upp i programmet Solid Works där dess enskilda detaljer sammanställdes i en fungerande modell för tester av funktioner och hållbarhet. När konstruktion och design nu visade sig klara och resultatet tillfredställande, gjordes det slutliga valet av material och tillverkningsmetoder för de ingående
komponenterna.
Resultatet av detta kom att bli ett armstöd som redan idag skulle kunna monteras på den befintliga sitsen samt ge ett snyggt men även funktionellt uttryck. Konstruktionen på
armstödet är i första hand riktad mot användaren, genom att denne på enklare sätt skall kunna utföra dagens sysslor på ett smidigt och bekvämt sätt. Detta genom att på egen hand, utan verktyg kunna justera och ändra armstödet så att det passar och är bekvämt i alla lägen, samt även ha tillgång till funktioner som idag inte finns men som är önskvärda på armstödet.
Armstödet i helhet har utformats för att vara brukarvänligt d v s lätthanterligt, funktionsanpassat och ergonomiskt riktigt. Detta genom att ta fram en helt ny konstruktion där alla inställningar kan utföras utan verktyg och lätt justeras av användaren. Även ge armstödet nya funktioner för att underlätta för brukaren i vardagssituationer samt förbättra sittställningen för brukaren så att denne i alla lägen har ett bra stöd och bibehåller kroppen i rätt position för bekväm användning.
Abstract
This is a 20p examination project that have been performed at Permobil Design AB. The project is the final examination at the education program Industrial Design 120p. The work has been run individually with the goal to give Permobil a new concept to continue
developing.
The project has been done on assignment by Permobil Design AB, Timrå. Permobil is the leading company within developing and manufacturing of electrical wheelchairs and today most people associate Permobil as a term for a wheelchair and not a trademark.
The task of the project has been to develop a new armrest for Permobil´s most popular chair, with the importance of improving the construction of the armrest to make it more durable and functional and also give it a more aesthetic appearance/expression.
This thesis deals with all phases done in the project, from collection of information to prototype manufacturing. The methodology, which has been used, is based on the theories taught at Luleå University of Technology.
Through an essential survey where information from the users, market and developing department was collected the most prominent problems was pointed out. These now progress on to the importance of criterium table where the most important criterium was pointed out and used in the idea phase. Brainstorming was made and resulted in a number of idea sketches that later gave three proposals that was presented to s few persons at the developing
department at Permobil. One of these proposals went on to further developing at detail tier and a 3D model was created in Solid Works. Different configurations were made of the assembly and tests of functions and strength was made. When construction and design now were finished the final decision concerning material and production method were made.
The final result gave an armrest that already today can be mounted on the existing seat and also give the chair a nice and functional
impression. The construction of the armrest is in first hand directed towards the user, so he/she in an easier way could perform the daily work in an easy and comfortable way. This by, on there own adjust and change the armrest without tools so it is suitable and comfortable in all positions and also have access to all the functions that today not is available but desirable.
The armrest in its whole is designed to be user-friendly i.e. easy to handle, function adjustable and ergonomic correct. To reach this goal a whole new construction was developed were all the adjustments could be preformed without tools. The construction will be easily adjusted for the user and also give the armrest new functions to facilitate for the users in daily situations. It will also improve the sitting position so that the users in all situations have a perfect support and retain the body in its right position for comfortable use.
Innehållsförteckning
1 INLEDNING……… 2
1.1 BAKGRUND………..…2
1.2 SYFTE OCH MÅL……… 2
1.3 AVGRÄNSNINGAR……… 2
2 TEORI………3
2.1 FRÅGEMETODEN………3
2.2 FUNKTIONSUPPDELNING……….3
2.3 KRITERIEVIKTNING………...4
3 METOD………..5
3.1 INFORMATIONSINSAMLING………5
3.1.1 Allmän information………5
3.1.2 Brukar- och användarinformation……….….…6
3.1.3 Marknadsinformation………..………...7
3.1.4 Funktionsinformation……….………9
3.2 PROBLEMBESTÄMNING………..……….10
3.2.1 Frågemetoden………10
3.3 PROBLEMUNDERSÖKNING……….11
3.4 IDÉVERKSAMHET……….12
3.4.1 Inspiration………...13
3.4.2 Brainstorming………...13
3.4.3 Katalogmetoden………14
3.4.4 Skissarbete och utveckling av idéer ……….15
3.4.4.1 Funktion och teknisk utveckling ………..15
3.4.4.2 Utformning, design och konstruktion………..15
3.4.5 Detaljkonstruktion……….17
3.4.5.1 Höj – och sänkanordning……….17
3.4.5.2 Låsning i varje läge………..18
3.4.5.3 Vinkling av armstödet………...18
3.4.5.4 Stödet………....19
3.5 FÄRDIG DESIGN / KONSTRUKTION………...20
3.5.1 Materialbestämning………...20
3.5.2 Beräkningar………....22
3.5.2.1 Kritisk punkt………..22
3.5.2.2 FEM – analys………....24
3.5.3 Tillverkningsmetoder……….24
3.5.4 Ritningar……….…25
3.6 PROTOTYPFRAMSTÄLLNING………...….26
4 RESULTAT………...27
5 DISKUSSION………32
REFERENSER……….33 BILAGOR
BILAGA 1 – Enkät/Informationssökning………..…2 sidor BILAGA 2 – Standarder och krav………..…5 sidor BILAGA 3 – Kriterieviktningstabell………..1 sida BILAGA 4 – Ritningar………..…...1 sida
1 INLEDNING
Denna rapport beskriver ett examensarbete som är utfört på uppdrag av Permobil Design AB, vid Institutionen för Arbetsvetenskap, Luleå Tekniska Universitet. Projektet utfördes under fem månader våren 2004 med start i februari.
1.1 BAKGRUND
”Varje handikappad har rätt att få sitt handikapp så vitt möjligt kompenserat av hjälpmedel med samma tekniska standard som dem vi alla använder oss av i vår vardagsvärld.”
Detta har varit Permobils filosofi sedan 1967, men när företaget grundades hade omvärlden en annan syn på rörelsehinder än idag. Det var långt ifrån självklart att handikappade hade
samma behov som andra och därför krävdes det en pionjär med visionär blick för att göra filosofin levande. Den här pionjären var Per Uddén och grundaren bakom den första eldrivna rullstolen i Sverige. Han startade 1963 i en sjukstuga i Kälarne då han fick en enorm
utmaning. Han fick uppgifter om en eldriven rullstol som då fanns på ett sjukhus i
Kalifornien, men den fungerade bara på plana golvytor så fort det blev ojämnheter ville den tippa. Tillverkaren påstod att det var omöjligt att konstruera en stol som både var smidig inomhus och tillräckligt stark för att ta sig fram utomhus. Per Uddén flyttade då till Timrå och startade sitt innovationscenter och de forskningsresultat man fick fram kom till användning i en helt epokgörande produktutveckling. Sedan dess har Permobil bara vuxit sig starkare och är nu världsledande inom produktutveckling av eldrivna rullstolar. De har över 450 anställda över hela världen och ägs av en ideell svensk stiftelse. Huvudkontoret ligger fortfarande i Timrå där forskning, utveckling, tester och kvalitetsutveckling sker. 2002 bildades Permobil Design AB som ett led i en utökad satsning på nästa generations elektriska rullstolar.
Eftersom varje individs önskemål är individuella monteras rullstolarna ihop enligt alla individuella önskemål och anpassas för alla sorters behov. Allt för att kunna tillgodose alla Permobilanvändare de bästa tekniska lösningarna, den bästa säkerheten och den bästa komforten.
”En bra elektrisk rullstol är förbluffande ofta skillnaden mellan att vara ofri eller fri.”
1.2 SYFTE OCH MÅL
Syftet med projektet är att ge Permobil Design AB nya idéer som kan förbättra kvalitet och komfort för armstöden på dagens befintliga stolar. Målet är att ta fram ett nytt koncept, både design- och konstruktionsmässigt, på Permobils befintliga armstöd. Detta koncept skall kunna placeras på de flesta av Permobils sitsar och skall medföra att armstöd, handstöd,
knappkontroll och styrenhet integreras så att en helhet för hela armstödet skapas.
Ritningsunderlag samt FEM – beräkningar på någon detalj skall finnas med som produktionsunderlag.
1.3 AVGRÄNSNINGAR
Avgränsningar som valts att göras i detta projekt har varit att ej göra några avancerade beräkningar på kostnadsfrågan utan bara hålla dem i bakhuvudet under projektets gång.
Knappkontrollen och styrenheten har ej behandlats i detta projekt utan befintliga produkter har använts.
2 TEORI
Till hjälp i detta projekt har olika metoder och teorier ur kompendiet systematisk
problembehandling1 använts. Metoderna ger en strukturerad ordning i arbetet och ger en bra grundstomme för hela projektet. Arbetsstegen i metoden innebär att man bestämmer
problemet genom att formulera, nivåbestämma och avgränsa det. Vidare så undersöks
problemet genom att det uppdelas, analyseras och preciseras. Problemet löses genom att: söka lösningar, bedöma dessa och sedan välja problemlösningen samt att söka och formulera produktuppbyggnad. I detta kapitel följer ett kort sammandrag av de metoder som har använts i detta projekt;
2.1 FRÅGEMETODEN
Delmetoden avser att ta fram maximalt med fakta runt problemet genom en rad
frågeställningar. Den fakta som då framkommer hjälper till att slutgiltigt formulera problemet.
Exempel på användbara frågor;
1. Vad är problemet? Varför existerar det?
2. Var finns problemet? Varför finns det där?
3. När finns problemet? Varför finns det där?
4. Vem berörs av 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?
2.2 FUNKTIONSUPPDELNING
En funktion definieras som en aktivitet (uppgift eller egenskap) hos en produkt. Genom att dela upp produktens önskade funktioner i huvudfunktion, delfunktion och stödfunktioner tvingas en större problemkännedom fram vilket ger en lösningsneutral beskrivning av problemet. Innan en funktionsuppdelning kan göras måste man genomföra den
informationsinsamling som behövs för projektet. Informationen skall sedan omtolkas till funktioner som produkten skall inneha. Dessa funktioner beskrivs sedan med verb följt av ett substantiv, samt gränser, t ex.
• Uttrycka stabilitet
• Tåla vikt < 120 kg
2.3 KRITERIEVIKTNING
I denna metod viktas kriterierna (funktionerna) parvis mot varandra. Detta görs för att kriterierna senare skall kunna bearbetas objektivt i produktutformningen.
Ett diagram ställs upp där de olika kriterierna fastställs och ger utslag på vilka kriterier som är viktigare än den andra eller vilka som är lika viktiga. Efter att ha gått igenom diagrammet har vart och ett av kriterierna bedömts mot alla andra, vilket ger en exakt beskrivning om hur viktig varje kriterium är. Resultatet representeras av ett värde som kallas viktfaktor och summan av alla viktfaktorer blir alltid ett.
Rekommenderad arbetsgång som följer:
a) Kriterierna tilldelas en bokstavsbeteckning.
b) Kriterierna jämförs parvis varvid en uppställning enligt figuren underlättar arbetet.
Om A är viktigare än B sätts 2 poäng i rutan A-B.
Om A och B är lika viktiga sätt 1 poäng i rutan A-B.
Om B är viktigare än A sätts 0 poäng i rutan A-B c) Alla kriterier jämförs på detta sätt.
d) Addera lodrätt och sätt minustecken framför alla summor.
e) Addera vågrätt med hänsyn till siffrornas tecken och korrektionsfaktorn.
Korrektionsfaktorn består av en följd av de ojämna talen, d.v.s. 1, 3, 5, 7 o.s.v.
f) Kontrollera att summan Pi = antalet kriterier 2
g) Beräkna respektive viktfaktor ki = Pi delat på summan av Pi och kontrollera att summan ki = 1
3 METOD
Metoden som har använts i detta projekt kallas för Systematisk problembehandling och finns beskriven i kompendiet Produktutformning. Denna bok delades ut i samband med
huvudkursen i Industriell Design och har varit till stor hjälp i upplägget av examensarbetet och under utvecklingsarbetet.
”Det finns många anledningar till varför man bör använda en utarbetad metod i
produktutvecklings- och designprocessen. Ofta är t ex designproblem allt för komplexa för att kunna lösas enbart med intuition. Dessutom växlar typen av designproblem i ett sånt snabbt tempo att möjligheten av tillgång till en empirisk utprovad erfarenhet, tradition, är liten”.
Systematisk problembehandling innehåller följande steg:
• Informationsinsamling.
• Problembestämning.
• Problemundersökning.
• Idéverksamhet.
• Idéutvärdering.
• Färdig design/Konstruktion.
Under varje steg får man konkreta förslag på olika metoder och arbetssätt som man kan använda sig av och exempel på hur metoderna används.
3.1 INFORMATIONSINSAMLING
Det inledande arbetet startade med en informationsinsamling som delades in i allmän information, brukar- och användarinformation, marknadsinformation samt
funktionsinformation. Informationen söktes via facklitteratur, Internet, kontakt med kunniga personer inom företaget, kontakt med brukarna samt demontering av ett befintligt armstöd.
3.1.1 Allmän information
Armstöden på Permobils stolar idag har knappt, om inte alls, förändrats något på många, många år. De har i stort sett haft samma utseende och konstruktion sedan 70-talet. Detta medför att de utseendemässigt ej har hängt med i den utveckling som skett på resterande delar av stolen och övergångarna blir så tydliga mellan ny design och gammalmodig utveckling att man inte uppnår den helhet som exteriören behöver. Konstruktionsmässigt följer armstöden idag inte fullt de lagar och krav som ställs på dem vilket medför till viss del att konstruktionen ej håller måttet vilket syns på alla de felanmälningar som kommer in på armstöden. Detta medför att i stort sett hela armstödskonstruktionen inklusive designen måste förändras för att en bättre helhet samt hållbarhet skall uppnås.
3.1.2 Brukar- och användarinformation
För att få veta hur brukarna ser och tycker, positivt och negativt, om armstöden på deras elrullstolar (både Permobils och andra märken) gjordes en enkät, se bilaga 1, med raka och enkla frågor angående armstödens funktion och utförande. Denna enkät gavs till brukare under ett möte på hjälpmedelscentralen i Sundsvall. Mötet genomfördes som en gemensam diskussion där alla kunde diskutera gemensamma och personliga åsikter med varandra.
Gruppen bestod av kvinnor och män i åldern 30 och uppåt som alla var ägare av en Permobil.
Däremot varierade användartiden från 3 månader till flera år vilket gjorde att åsikterna blev varierandeeftersom vissa hade haft andra eldrivna rullstolar förede fick sinPermobil.
Bild 1. Resultat av intervju med sju användare av eldrivna rullstolar.
Denna information och brukarnas egna åsikter om vad som kan förbättras kommer till stor del att ligga till grund för framtida kriterier.
Rundad framkant ! Själv kunna ställa om armstöden !
Justerbara längs med ! Knappkontroll & styrenhet skulle kunna justeras/ändra läge på lättare ! Mjukare ! Någon form av förvaring ! Annan klädsel !
Eldrivet armstöd ! Knapp och styrenhet är ofta i vägen !
3.1.3 Marknadsinformation
Armstöden på dagens rullstolar kräver mycket från omgivningen gällande hållbarhet, användarvänlighet och ergonomisk riktighet, kanske mer nu än för 10 år sedan. Krav och standarder ändras och i dagens läge håller inte armstöden på Permobils rullstolar dessa mått.
Här måste därför mycket information inhämtas för att kunna få en uppfattning om vad som måste ändras för att dessa krav skall kunna uppfyllas.
För att få veta mer om vilka krav som ställs och vilka standarder som finns för armstöden på dagens eldrivna rullstolar har jag läst igenom Hjälpmedelsinstitutets (Hi) kravspecifikation, svensk standard SS-EN 12184 (SIS) samt International standard ISO 7176-8 och därifrån plockat ut och sammanfattat viktiga fakta. Se bilaga 2.
Nedan beskrivs kortfattat de krav som Hi ställer för eldrivna rullstolar. Kraven delas upp i generella, funktionella och tekniska krav.
• Generella krav
- Rullstolen skall konstrueras och tillverkas på ett sådant sätt att den ej skadar brukaren.
- Rullstolen skall vara lätt att rengöra och ska ej innehålla partier som samlar smuts eller vätska.
- Rullstolen skall vara tillverkad så att risk för klämskador ej kan uppstå inom 150 mm från rullstolens ytterkant.
- Om det ej behövs för funktionen, ska alla ytor, hörn och kanter vara släta och fria från gjutskägg, svetsloppor och skarpa kanter.
• Funktionella krav
- Vid val av material som kommer i direktkontakt med brukaren skall den värmereflekterande förmågan tas i beaktande. Den får ej överstiga 41°C.
- Armstödet bör ge lämpligt stöd vid sittande samt uppresande ur rullstol.
- Om armstöd kan justeras eller ändra position skall de vara utrustade med säkerhetsanordning som säkerställer varje läge. Se SIS:s standarder.
- Höjdställbara armstöd skall finnas i sortimentet och skall kunna höjas och sänkas från 190 mm till 270 mm.
- Stödjande längd på armstödet skall minst vara 220 mm.
- Stödjande bredd på armstödet bör vara större än 50 mm och större än 60 mm på manöverboxens sida.
- Verktyg bör inte behövas för inställning av armstöden.
- Armstödsplattan bör kunna justeras framåt – bakåt och i sidled samt vridas i horisontalplanet.
- Armstöden skall vara antingen avtagbara, sidosvängbara, uppfällbara eller sänkbara för så att brukaren kan komma intill bord mm.
- Kombinerad arm och hand, max 60 N.
• Tekniska krav
- Utrymmen där vatten kan komma in skall ha dräneringshål.
- Rullstolen skall klara statiska prov på armstöd (uppåt/nedåt) se ISO 7176-8
- Stoppade material skall uppfylla tålighet mot antändning.
- Skruvar, fästanordningar och liknande anordningar bör vara metriska. Ett minimum av verktyg bör behövas för användning och underhåll.
Genom att titta på felanmälningar gjorda på armstöden kunde en uppställning av de flest återkommande felen göras och artikelnummer tas fram. Detta för att lokalisera vilken orsak och detalj som orsakat felet.
Återkommande fel: Beskrivning: Orsak till att fel uppstått:
Plasten är den svaga detaljen p.g.a. att i nuvarande konstruktion är det plasten som får ta upp krafterna.
Underliggande plåtdetaljer belastar plasten mer än den ger avlastning
Panelfästet belastar plasten i främre delen. Det hänger i plaststommens urtag för mutterstycket och
mutterstycket trycks igenom plasten.
Fästet borde stödja/hänga i/mot T- järnet.
Plåten till standardarmstöd har urtag för T-rören vilket försvagar plasten kraftigt. Vid belastning av armstöden viker sig plåten vid främre urtaget över T-fästet, spricker och går av. I de fall plåten inte viker sig belastas bakre delen så mycket att
mutterstycket trycks genom plasten Armstöd knäcks
Armstöd spricker Detaljer går sönder
Teleskopröret tar i armstödsleden vid full uppvikning och röret böjs. Vilket medför att teleskopröret sedan går trögt eller måste bytas.
Armstödstyg måste bytas Tyget noppar sig och slits ner vilket gör att tyget blir fult och måste bytas.
Armstöds- stoppning måste bytas
Stoppningen trycks ihop och armstödet blir hårt och obekvämt.
Reparation av fästen till armstöd
Trots förstärkning hänger främre panelfästet i stommens urtag. Största problemet är dock att armstödet glider i sidled över T-järnet och spricker. Förstärkningsplåten borde förankras i T-järnen på samtliga armstöd.
3.1.4 Funktionsinformation
För att kunna förstå armstödens konstruktion och dess funktion gjordes en rejäl genomgång av dess innehållande delar och rörelselägen. Ett befintligt armstöd har därför plockats isär,
dokumenterats och bilder tagits på de inblandade delarna. Armstödet har även fotats i alla dess möjliga lägen.
Översta bilden visar infästningen där stoppmekanismen för armstödet samt parallellförflyttningen är monterade.
Stoppmekanismen är till för att hålla uppe armstödet vid belastning samt motverka att armstödet faller för Långt bak när det fälls upp vid urstigning.
Parallellförflyttningen är den funktion som gör att armstödet alltid ligger i rätt läge hur brukaren än ändrar sin ställning (sittande, liggande eller stående).
En mycket viktig del i konstruktionen.
Här visas inställningsfunktionen på armstödet. Genom att dra upp muttrarna på sidan så kan höjden och vinkeln justeras efter behov. Detta måste dock utföras med hjälp av verktyg.
Här är armstödet i ett av två olika lägen, uppfällt läge.
Detta läge används vid i och urstigande från sidan av rullstolen. Här är det viktigt att ingen del av armstödet stickar fram framför sitsen. Detta kan skada brukaren vid urstigandet.
Denna bild visar armstödet underifrån och hur de olika delarna i konstruktionen är fastsatta. Här syns alltså stödplåten och de två T-profilerna som medverkar till att armstödet kan justeras i höjdled samt vinklas.
Detta är det andra läget som armstödet kan vara i och också det läge som då används mest, d v s rät vinkel ut från ryggstödet.
Denna bild är tagen på armstödets framdel och visar hur armstödsstoppningen är fastsatt i den vakuumformade stommen. Dock samlas lätt smuts och fukt väldigt lätt i skarven mellan stoppningen och plastkanten.
3.2 PROBLEMBESTÄMNING
Nästa steg i den systematiska problembehandlingen är att bestämma problemet. Detta moment används för att precisera och göra problemet så klart som möjligt så att det ej ska kunna missuppfattas eller misstolkas. Metoden som valdes benämns som Frågemetoden
3.2.1 Frågemetoden
Metoden innebär att väsentliga frågeställningar blir besvarade så att den slutliga
beskrivningen kan få ett så bra underlag av fakta och förnuftiga synpunkter som möjligt.
Lämpliga frågeställningar kan vara:
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 av problemet? Varför berörs just dessa?
5. Hur vanligt är problemet? Varför är det av denna uppfattning?
6. Vilka beståndsdelar finns i problemet och hur hänger de ihop? Varför finns dessa delproblem? Varför är deras samband sådant?
De fakta som behövdes för att besvara frågorna inhämtades under informationsinsamlingen.
• Vad är problemet?
Armstödet går sönder vid för stor belastning samt är gammalmodigt i jämförelse med resterande delar av stolen.
• Varför existerar problemet?
Belastningskraven är större idag samt att utvecklingen av armstöden stått stilla länge medan resterande delar utvecklats både till funktion och design.
• Var finns problemet?
På Permobils befintliga armstöd.
• Varför finns det där?
Det är på de befintliga stolarna som utvecklingen stått stilla.
• När finns problemet?
Då belastningen blir för stor samt när man ser stolen i dess helhet .
• Varför finns det just då?
Plasten är den svaga detaljen p.g.a. att i nuvarande konstruktion är det plasten som får ta upp krafterna. När man ser stolen i dess helhet uppfattar man vilka skillnader det blir.
• Vem berörs av problemet?
Brukarna samt reparatörerna.
• Varför berörs just dessa?
Brukarna använder Permobilen dagligen och reparatörerna måste åka ut och laga det som är trasigt.
3.3 PROBLEMUNDERSÖKNING
Problemundersökningen skall ge en mer ingående utredning av problemets bakgrund, nuläge och framtida situation. De moment som ingår är:
• Uppdela problem
• Analysera problem
• Precisera problem
Dessa moment görs för att kunna få ett så bra grepp om problemet som möjligt och för att kunna ställa upp en vältäckande och balanserad lista på kriterier som produkten skall uppfylla.
För att dela upp och analysera problem har metoder så som Funktionsuppdelning och Kriterieviktning valts.
3.3.1 Funktionsuppdelning
Funktionsuppdelningen innefattar en indelning av produktens olika funktioner, t ex saker som produkten utför, tillåter eller deltar i. Dessa delas upp i huvudfunktion, stödfunktion samt delfunktion och benämns med antingen verb, substantiv eller gräns(er). Avsikten med detta är få en mer ingående kännedom och en mer neutral lösning på problemet.
Huvudfunktion Ge stöd
Delfunktion Tåla belastning Medge bekvämlighet Tillåta avlastning Stödfunktion
Medge lägesförflyttning Vara smidigt
Vara behagligt Tilltala ögat Tåla väta Tåla värme Tåla nötning Tåla kyla
Vara användarvänlig Tillåta förvaring Underlätta rengörning Underlätta montering Minimera delar Minimera vikt Medge justering Medge anpassning
3.3.2 Kriterieviktning
Kriterieviktning är en metod där funktionerna ställs upp emot varandra och jämförs.
Utifrån denna tabell, se Bilaga 3, framstår de funktioner som är viktigast för hela armstödet.
Nedan följer funktionerna i den ordning kriterieviktningen gav.
1. Ge stöd
Tåla belastning Tillåta avlastning 2. Medge bekvämlighet 3. Medge justering
3. Vara behagligt Tåla väta Tåla värme Tåla nötning
Vara användarvänlig 4. Tåla kyla
Medge lägesförflyttning Medge anpassning
5. Underlätta rengörning 6. Vara smidigt
7. Tilltala ögat
8. Underlätta montering 9. Tillåta förvaring
Minimera delar 10. Minimera vikt
Ur denna funktionsanalys framkommer vilka funktioner som är viktigast för konstruktionen.
Som synes huvudfunktionen och dess delfunktioner, d v s Ge stöd, Tåla belastning och Tillåta avlastning. Självklart skall hänsyn tas till de resterande funktionerna också men de viktigaste är ändå de ovannämnda.
3.4 IDÉVERKSAMHET
Denna fas av utvecklingsarbetet kallas för idéverksamhet och innefattar problemlösning med hjälp av olika metoder. Det är nu som själva skaparprocessen får sin start och i detta fall kommer problemlösningen att omfatta både konstruktionen och utformning. De metoder som används är traditionell brainstorming och Katalogmetoden. Dessa följs sedan upp med framtagning av diverse skisser. Ur dessa skisser har några idéförslag för konstruktionen och några för utformningen valts ut och sedan sammanförts. Detta för att få fram det absolut bästa konceptet där konstruktion och utformning integreras och blir en helhet.
3.4.1 Inspiration
För att få inspiration både gällande konstruktion och utformning av stödet gjordes ett antal besök hos olika tillverkare av kontorsstolar och Internetsökning på konkurrenters hemsidor.
Detta för att få en större inblick i vilka konstruktionslösningar som finns idag och ifall de uppfyller kraven på vad armstöden skall tåla gällande Hi:s krav. Det visade sig att
konkurrenternas armstöd såg förhållandevis lika ut på alla modeller och många av det
funktioner som bör finnas fanns inte. Däremot fanns ett antal intressanta lösningar på några av de kontorsstolar som utvärderades.
3.4.2 Brainstorming
Brainstorming är en metod som helst skall användas i grupper om 5 – 15 personer, men går även att använda i individuellt arbete. Processen innebär att så många idéer som möjligt skall produceras, både vanliga och ovanliga idéer. Dessa idéer får ej kritiseras, varken positivt eller negativt. Det är kvantitet som räknas och inte kvalitet. I detta fall utfördes arbetet
individuellt.
Resultatet av brainstormingen blev en hel del idéer. Några som kunde sovras bort med en gång och några som kunde vidareutvecklas. Dessa presenteras nedan:
• Manuell höj och sänkning bak istället för på själva armstödet.
• Justering av armstödet skall ske med handkraft istället för med verktyg.
• Höjning med hjälp av lufttryck.
• Stödmaterial som följer armens form och avlastar på ett bra sätt.
• Ej stoppning, annat material t ex gummi.
• Sidostöd integrerat i armstödet.
• Helgjutet istället för plast och tyg.
• Armstödet i moduler, ej i smådelar.
• Förvaring integrerad i armstödet.
• Rotation i horisontalplanet.
• Utdragbar platta för breddning av armstödet vid behov.
• Komplement t ex handstöd, dryckeshållare el liknande som kan fästas till armstödet.
• Förflyttning i längdled för att lättare komma in vid bord.
3.4.3 Katalogmetoden
Katalogmetoden är en metod där det konkreta målet är att söka information. Detta görs genom att systematiskt undersöka hur andra personer lyckats lösa det aktuella problemet.
De informationskällor som kan användas är:
- Produktkataloger.
- Broschyrer.
- Fackböcker.
- Facktidskrifter.
- Patentskrifter.
- Företagsintern information (tidigare produktlösningar mm).
I detta fall har produktkataloger, patentskrifter och företagsintern information använts för att få idéer och inspiration, se bild 1 för exempel.
Bild 1. Exempel på informationskällor.
3.4.4 Skissarbete och utveckling av idéer
När processen att utveckla nya idéer tog fart gjordes först några snabba helhetsförslag på hur hela armstödet skulle kunna se ut så att en grundstomme fanns att utgå ifrån. Därefter
påbörjades utvecklingsarbetet av konstruktionen och utformningen av stödet. Detta utfördes genom att fram förslag på konstruktionen och utformningen av själva stödet var för sig och att därefter integrera det bästa idéförslaget ur varje grupp. Detta för att på bästa sätt få fram en så bra konstruktion som möjligt men även lyckas med det estetiska uttrycket på ett
tillfredsställande sätt. Självklart har detta gjorts parallellt med varandra så att inte helheten från grundstommen glömts bort. Se Bild 2.
Bild 2. Idéer på grundstomme att utgå ifrån.
3.4.4.1 Funktion och teknisk utveckling
Vilka funktioner som skulle finnas med på armstödet framgick tydligt i den kriterieviktning som gjordes tidigare i problemundersökningen där både Hi:s krav och brukarnas önskemål togs i akt. De funktioner som skall finnas med enligt Hi:s krav är följande: Armstödet skall kunna höjas och sänkas inom vissa gränser (se bilaga). Det skall kunna vinklas upp och ned samt fällas upp helt. Funktioner som ej finns på dagens armstöd men som enligt brukare borde finnas är förskjutning av armstöd för att kunna komma närmare bord och liknande,
förvaringsutrymme, enklare inställningsmöjligheter samt tillgång till t ex mugghållare.
3.4.4.1 Utformning, design och konstruktion
Grundtanken med konstruktionen var att den förutom att bli så bra som möjligt, d v s uppfylla både HI:s – och brukarnas krav också skulle få en tillfredställande design, inte bara i stödet utan även i konstruktionen.
När idéprocessen kördes igång var tankarna ganska klara på vad som skulle finnas med på stödet, funktionsmässigt. Formens utseende däremot krävde en del skisser eftersom stödet inte skall sticka ut allt för mycket men ändå ha ett tilltalande utseende för de flestas smak och tycke. Att kraven på rullstolarna dessutom är så hårda gällande säkerhet, hållbarhet och funktionellitet gjorde att många av skisserna togs bort redan i första stadiet (snabbskissen).
Bild 3. Förslag på snabbskisser
Därefter gick de skisser med potential vidare till uppbyggnad och vidareutveckling i Solid Works för att lättare kunna se ifall det funktioner som enligt kravspecifikationen (se bilaga) skulle uppfyllas, faktiskt fungerade. Sedan var det dags för avstämningsmöte då de tre idéförslagen visades upp och granskades av tre konstruktörer på Permobil. Konstruktiv kritik gavs och visade att ett av förslagen hade potential men behövde vidareutvecklas i vissa konstruktionslösningar samt att beräkningar behövdes göras gällande hållbarhet. Se bild 4 för att se det tre olika förslagen. Förslag 3 gick vidare.
Bild 4. Förslag som utvärderades.
3.4.5 Detaljkonstruktion.
De detaljer som krävde vidareutveckling i konceptet var höj – och sänkanordningen, låsning i varje valbart läge och anordningen som sköter vinklingen av armstödet. Dessa är viktiga delar som sköter de funktioner som ska ge brukaren, vårdaren eller den personliga assistenten möjlighet att justera armstödet lätthändigt i alla situationer, både i hemmet och utanför.
Samtidigt som armstöden ska vara lättjusterade ska de också medge brukaren den säkerhet som gör att han/hon ej känner osäkerhet vid användning eller utsätts för skada.
3.4.5.1 Höj – och sänkanordning
För att få en stabil och säker höj - och sänkanordning lades mycket tid ned på att lösa detta problem vilket inte var så lätt. Viktigt att tänka på var:
• Hållbarheten i infästningsaxeln!
• Enkel att justera utan verktyg men ändå klara belastningen!
• Detaljer som fungerar idag bör i största möjliga utsträckning kunna användas.
På dagens infästningsaxel sitter en stoppklämma som fungerar inte bara som stoppkloss utan också breddar diametern på axeln vilket bidrar till ett mindre moment som sin tur minskar belastningen på axeln. Eftersom detta fungerar bra idag så kändes det som en smart idé att utveckla denna ”klämma” men ändå behålla dess inverkan på axeln.
Många idéer togs fram och diskuterades igenom med några utvalda personer på Permobil, men bara två förslag verkade vara lämpliga att fundera vidare på.
Båda förslagen har liknande grundidé där detaljen som idag används som stoppklämma nu modifieras för att passa sitt nya syfte, dock med samma infästning som idag. Se bild 5 och 6 för de olika förslagen för höj och sänkanordningen. Förslaget i fig. 4 gick vidare.
Bild 5. Förslag på höj och sänkanordning.
Bild 6. Förslag på höj och sänkanordning.
3.4.5.2 Låsning i varje läge
För att brukaren skall känna att han/hon kan ställa in sitt armstöd och känna att det sitter stabilt i varje läge måste en låsning som enkelt kan lossas vid justeringen finnas. Förslag att kombinera låsning i armstödets framåtläge och bakåtläge ser ut så här, se bild 7.
Bild 7. Förslag på låsning i varje justerbart läge.
3.4.5.3 Vinkling av armstödet
Många brukare är i behov av ett armstöd som kan vinklas. Antingen uppåt eller nedåt beroende på vilket sorts handikapp brukaren har. Sen kan det ju också vara så enkelt som att en liten vinkling kan göra sittandet mycket behagligare. Denna inställning skall kunna göras på ett enkelt sätt utan användning av verktyg, för även om vinklingen inte ställs om varje dag så skall det vara en justering som kan ändras vart man än befinner sig och när man än känner det behovet.
Eftersom denna del av konstruktionen kommer att belastas med väldigt stora krafter krävs en lösning som är rejält hållbar och som lätt kan bytas ut ifall det skulle vara nödvändigt. Den får därför inte vara allt för invecklad eller kostsam.
Utvärdering av olika idéer gjordes och visade att den lösning som verkade mest effektiv i bemärkelsen hållfasthet och enkelhet, både för brukaren, vårdaren och tillverkaren blev denna. Se bild 8.
Bild 8. Förslag på vinkling av armstödet.
3.4.5.4 Stödet
Ett val gjordes att dela upp stödet i två delar, detta för att det lätt skall kunna bytas ut utan att behöva ta bort hela stödet. Förslaget blev därför att ha den undre delen i uretan fastgjuten i plåtstödet och en mjuk del närmast brukarens arm som går att ta av och på, antingen av vanlig stoppning eller annat material. Se bild 9.
Bild 9. Förslag på stödet.
3.5 FÄRDIG DESIGN/KONSTRUKTION
Design och konstruktion är nu fastställda och det fortsatta arbetet med att bestämma material, göra beräkningar, bestämma tillverkningsmetoder samt ställa upp ett antal ritningar sattes igång. Kapitlet kommer därför att behandla materialval, hållfasthetsberäkningar, FEM – analys, tillverkningsmetoder samt ritteknik.
3.5.1 Materialbestämning
Material som har valts att titta lite närmare på gällande konstruktionen är aluminium, plast och zink. Dessa har i stort sätt samma grundegenskaper men eftersom kraven är hårda
gällande material så måste det bästa materialet tas fram, både ur konstruktions-, tillverknings- och kostnadssynpunkt. För själva stödet har Material så som Technogel, Polyuretan och vanlig stoppning undersökts närmare.
De krav som ställs för materialet i denna konstruktion är:
• Hållfast.
• Reptåligt.
• Lätt.
• Korrosionståligt.
• Tålighet mot antändning.
• Maximalt oxidationsvärde bör ej överstiga Re2, Ox3 på komponenter vilka är - Ställbara och/eller fällbara.
- Eller kommer i kontakt med brukaren.
• Kemikalieresistent.
• Ej innehålla djurpäls.
• Material som kommer i kontakt med huden får ej överstiga 41°C vid normal drift.
• Temperaturbeständigt.
• Gjutningsbara.
• UV resistent.
Fakta Aluminium
Aluminium är en miljövänlig metall som utgör ca 8 % av jordskorpan och nybildningen är ca 50 ggr snabbare än den utvinning som sker. I stort sett en obegränsad tillgång.
Aluminium är också den metall som bäst motsvarar de nya miljökrav som finns och som kommer i framtiden. Egenskaper hos aluminium är låg vikt, god styrka, lång livslängd. Den kan dessutom återvinnas med en mycket liten energiinsats och knapp någon miljöpåverkan.
Metallen behåller sin kvalitet vid omsmältning vilket gör att den kan återanvändas i stort sett hur många gånger som helst. Den är lätt att gjuta och bearbeta samt en god skärbarhet vid t ex fräsning, borrning och svarvning. Aluminium har också ett oerhört motståndskraftigt
oxidskikt som skyddar metallen från all märkbar nedbrytning under inverkan från vatten och luft.
Fakta Zink
Zink är ett kreativt och konstruktionsvänligt material som både kan formsprutas och gjutas.
Det är starkt och smidigt med hög komplexitet och god precision. Hållfasthet,
elasticitetsförmåga, slagseghet och duktilitet är andra egenskaper hos materialet. Möjlighet till snäva toleranser och förmåga till värmeavledning och elektromagnetisk avskärmning. I
gjutprocessen kan invecklade tredimensionella föremål med hål och underskärningar i vinklar produceras. Även tunna och precist placerade detaljer liksom djupa, snäva hål och slitsar.
Vikten kan minimeras på zinkdetaljen men ändå med bibehållen styrka och hög ytkvalitet.
I de flesta fall kan zinkdetaljens olika funktioner göras i ett enda göt, vilket sparar många timmar i produktion och efterbearbetning.
Separata egenskaper kan lyftas fram genom olika typer av legeringar och det finns inget annat konstruktionsmaterial som kan ytbehandlas med så många metoder som zink.
Fakta ABS
ABS ( PolyAkrylnitrilButadienStyren ) är en plast med många goda egenskaper. Den har en gynnsam kombination av styvhet och ythårdhet, slagseghet även vid låga temperaturer, God kemikalieresistens, lättbearbetar, låg skevning och formkrypning, lågt pris, mycket god ytfinish. Den är dock känslig för UV – ljus men detta kan åtgärdas med ett ASA
(PolyAkrylnitrilStyrenAkrylat) – skikt på ytan. Detta skyddar mot både UV – strålningen och ger ett gott väderskydd. Dålig utmattningshållfasthet och känslighet för oxiderade ämnen samt lösningsmedel är några nackdelar med plasten.
Fakta Technogel
Technogel2 är ett material som har förmågan att kunna forma sig efter kroppens former i alla riktningar och därmed motverka att den kraft som annars uppkommer i de direkta
kontaktzonerna fördelas. Fördelarna med att ha en balanserad fördelning av trycket är att brukaren får bättre blodcirkulation, förmåga att kunna ha kroppen i rätt position utan att behöva ändra till en onaturlig ställning pga. obekvämlighet. Materialet i sig består enbart av råmaterial utan gifter, mjukgörare eller flyktiga ämnen.
Materialet varken hårdnar eller åldras utan behåller sina elastiska egenskaper under en förhållandevis lång tid (tester visar 300 000 cykler med tryckbelastning utan deformation).
Det expanderar inte utan fortsätter att vara kompakt. Technogel är i grunden flytande men skummas till exakt hårdhet i speciella formar. Beroende på hur produktens utförande ser ut, måste öppna eller stängda formar framställas. Till t ex armstöd används en mjuk formula av skum.
Fakta Polyuretan
Polyuretan är en härdplast som liknande andra organiska material är uppbyggda av kol, väte och kväve. Materialet förekommer i många olika sorters produkter och kan med hjälp av olika additiv, härdare och andra hjälpkemikalier förändras och skräddarsys för sitt speciella
användningsområde. Materialet har extremt god värme- och nötningsbeständighet, slagseghet, goda dämpningsegenskaper samt beständighet mot ljus, syre, ozon och oljor.
Då polyuretan kan skräddarsys till specifikt utvalda detaljer
För den gjutna delen av stödet används formgjutna polyuretanskum s.k. integralskum - flexibla polyuretanskum med skin. Till den mjuka stoppningen används blockgjutna alternativt formgjutna flexibla polyuretanskum utan skin.
Efter en utvärdering av de tre material som var intressanta till konstruktionen gjordes att val att sortera bort ABS plasten pga. fler att den har fler nackdelar än zink och aluminium. Kvar blev då zink och aluminium som då ställdes mot varandra.
Zinken är 3 ggr tyngre än aluminium vilket betyder att vid tillverkning av lite större detaljer är aluminium ett bra val och vid mindre detaljer är zinken ett bättre alternativ. De båda
materialen har ungefär samma hållfastheter. Däremot så smälter zinken även vid lägre
temperaturer viket medverkar till snabbare cykeltider och mindre slitage på verktygen än med aluminium. Detta betyder alltså att båda materialen är intressanta i detta fall.
3.5.2 Beräkningar
Beräkningar för hand samt FEM beräkningar i programmet COSMOSXpress har gjorts på de ställen som kan vara/verkar kritiska i konstruktionen.
3.5.2.1 Kritisk punkt.
Infästningsaxeln är den första kritiska punkten på konstruktionen och är en del som kan orsaka allvarliga skador för brukaren ifall den inte klarar belastningen.
Stödet skall kunna belastas längst fram med en kraft på 760 N enligt den Internationella standarden, d v s en brukarvikt på 100 kg. För att ta reda på om axeln kommer att klara en sådan påfrestning beräknades dess vridmoment samt vridmotstånd fram vilket ger ett hum om hur stor skjuvspänning (τaxel ) axeln kommer att påverkas av. Därefter ställs detta mot högst tillåtna skjuvspänning (τmax enligt tabell) som materialet klarar innan brott sker. Är τaxel
mindre än materialets tabellvärde kommer axeln att klara belastningen.
I detta fall är materialet konstruktionsstål och klarar som minsta värde 140 MPa ända upp till 220 MPa.
Friläggning:
MV = F * L ⇒ MV = 258400 Nmm
MV tas fram genom att ta kraften som armstödet belastas med och multiplicera den med hävarmens längd. Stödets mg värde togs inte i beaktning eftersom det gav en sån liten förändring.
Axel med gängat hål!
Den främre delen av axeln kommer att ha ett gängat hål en bit in i axeln. Detta betyder att beräkningen av vridmotståndet, WV kommer att utföras på ett tjockväggigt cirkulärt tvärsnitt.
Formeln för detta ser ut så här: WV = π ( D 4 – d 4 ) 16D
D = Ytterdiameter = 28 mm D = Innerdiameter = 10 mm
⇒ WV = 4240 mm
τaxel = MV / WV
τaxel =61 MPa
Sammanfattning: Skjuvspänningen i axeln beräknas alltså till 61 MPa vid en belastning på 760 N, d v s en brukarvikt på 100 kg. Eftersom materialet i axeln klarar en skjuvspänning på 140 MPa eller mer tyder det på att det inte kommer att vara någon fara att den går av vid belastningen!
F=760 N
L=340 mm M
3.5.2.2 FEM – analys
FEM – analys har gjorts på alla kritiska detaljer var för sig och belastningen som lagts på är 760 N, samma som förut. Analysen har gjorts i programmet Solid Works och utgått från de 3D modeller som finns gjorda i programmet. Skalan går från blått till rött där blått är
obefintlig deformation och rött är maximal deformation, resultatet visar gröngul vilket tyder på att materialet och konstruktionen klarar belastningen. Se resultatet av analysen, bild 10.
Bild 10. Resultat av FEM-analys.
3.5.3 Tillverkningsmetoder
Tillverkningsmetoderna3 som granskats för denna konstruktion är några olika eftersom detaljerna inte tillverkas på samma sätt. För konstruktionen kommer tillverkningsmetoder så som bockning, stansning, formsprutning och gjutning att användas.
3.5.3.1 Gjutning
Många av detaljerna på konstruktionen kräver gjutning som tillverkningsmetod. Därför har tillverkningsmetoder så som pressgjutning och vaxursmältning undersökts.
Pressgjutning innebär att smält metall pressas med hög hastighet in i ett pressgjutverktyg av stål. Metallen stelnar vartefter verktyget öppnas och gjutgodset stöts ut. Normalt krävs också skäggning, vilket betyder att det ”skägg” som bildas på detaljen då formen trycks ihop tas bort. Både varm- och kallkammarpressgjutning förekommer, dock så är det
smälttemperaturen som avgör vilken metod som är lämpligast.
Konstruktionskrav för pressgjutning är delningsplan, krymp- och bearbetsmån, generösa kant och kälradier, släppningar (utvändigt 0,5 - 2°, invändigt 1 -4°), eftersträva små variationer i godstjocklek, undvik materialansamlingar.
Verktygskostnad: Mycket hög Maskinkostnad: Hög
Produktionstakt: Hög
Seriestorlek: 5 000 - 1 000 000
Material: Lättmetallegeringar, zink- och kopparlegeringar
Vaxursmältning baseras på att en vaxmodell av gjutgodset doppas i en keramisk massa.
Denna härdas var på vaxet smälts ur och formrummet fylls med smälta. I många fall kan vaxet smältas ur av metallsmältan. Vaxmodellerna gjuts i särskilda formverktyg av aluminium eller stål. Konstruktionskraven är detsamma som för pressgjutning förutom att släppningsvinkeln bara behöver ligga mellan 0,25 – 0°.
Verktygskostnad: Hög Produktionstakt: Hög Seriestorlek: 100 - 100 000 Material: Alla
3.5.3.2 Formsprutning
Formsprutning är en teknik som används till styckvis serieframställning av plastämnen med såväl enkla som komplexa former. Vid formsprutning av termoplaster smälts plastmaterialet genom uppvärmning och mekanisk bearbetning. Därefter sprutas det in i ett verktyg som är monterat i formsprutningsmaskinen. Verktyget är en låst form med hålrum av samma form som det eller de ämnen som ska framställas. Verktyget håller en temperatur, som är så låg, att plastmaterialet stelnar.
Genom att hålla plastmassan under tryck undviker man tillbakaströmning och det sker en påfyllning, som kompenserar det svinn som uppstår, når materialet kyls av. På detta sätt uppstår precision i tillverkningen. Ämnet kyls av tills det är så formstabilt, att det – manuellt eller automatiskt – kan tas ut ur formen. Tillverkningstiden kan vara från mindre än en sekund och upp till ett par minuter beroende på godstjocklek och kvalitetskrav. Formsprutade ämnen ska normalt inte efterbearbetas.
Formsprutning utföres först och främst i olika typer av termoplaster men med passande utrustning kan man formspruta i hårdplast, elastomer, kompositer och uppskummad plast.
3.5.3.3 Stansning
Stansning är en traditionell metod för att göra många hål i en plåt eller profil. Metoden innebär att en stans trycks genom materialet under mothållartryck, som gör att inget material genom brott kan frigöra sig från ämnet.
3.5.4 Ritningar
Ritning av utvald detalj har gjorts i Solid Works. Denna är en utbredningsritning på den bockade armstödsplåten. Se bilaga 4.
3.5 PROTOTYPFRAMSTÄLLNING
Den färdiga konstruktionen är nu klar och produkten finns skapad i 3D programmet Solid Works. I datormiljön är också FEM beräkningar samt tester av produktens olika funktioner gjorda. Detaljer på produkten som väldigt utsatta har hållfasthetsberäkningar gjorts. För att verkligen kunna testa produktens olika funktioner valdes att ta fram en prototyp för detta.
Dock skulle det bli för dyrt att ta fram en prototyp där hållfasthet och material kunde testas även om det skulle vart det optimala.
Prototypen valdes därför att tas fram i enkla och billiga material så om plast, polyuretan samt vanlig plåt. De metoder som användes var 3D print, 3D fräs, plåtutbrednig samt bockning.
I alla fallen användes den 3D modell som fanns uppritad i datormiljön.
De delar som var väldigt små samt de som hade komplicerade detaljer kunde inte tas fram i den 3D fräs som fanns tillgänglig på Permobil utan fick skickas som IGES filer i en
beställning till Volvo som hjälpte till att köra ut dessa i deras 3D printer till en mindre kostnad. 3D printern bygger upp detaljen i porösa lager av plast vilket gör att den ser väldigt realistisk ut fast den ej är så tålig. Dock tillräckligt tålig för att kunna monteras ihop och användas för test av de olika funktionerna. Därefter sprayades alla delarna i silvergrå färg för att liknas aluminium. Se bild 11 för de detaljer som togs fram av Volvo.
Bild 11. Detaljer som skickades till Volvo för tillverkning.
Den del av produkten som var lite större och hade mjukare former kunde köras i Permobils egna 3D fräs. Detaljen kördes ut i polyuretanskum och fick sedan slipas för att få en fin yta.
Därefter sprayades detaljen med svart färg för att återskapa det rätta materialet.
I detta fall användes också en 3D modell som redan fanns skapad i datormiljö.
Detalj framställd i 3D fräs, se bild 12.
Bild 12. 3D modell för framställning i 3D fräs.
Den sista delen av produkten skulle göras i plåt och till detta gjordes en plåtutbredning i datorn samt en ritning med alla behövliga mått, se bilaga. Detaljen skars ut och bockades sedan för att få sin rätta form. Dock kunde inte alla detaljer göras då det inte fanns tillgång till någon stansmaskin. Detalj för plåtutbredning, se bild 13.
Bild 13. 3D modell som plåtutbredning gjordes av.
4 RESULTAT
Under detta arbete har många val gjorts och många idéer sållats bort för att i slutändan resultera i ett slutligt koncept som kan beskrivas på detta sett.
Resultatet är ett armstöd som redan idag skulle kunna monteras på den befintliga sitsen samt passa stolens helhetsintryck genom ett snyggt men även funktionellt uttryck.
Konstruktionen på armstödet är i första hand riktad mot användaren, genom att denne på enklare sätt skall kunna utföra dagens sysslor på ett smidigt och bekvämt sätt. Detta genom att på egen hand, utan verktyg kunna justera och ändra armstödet så att det passar och är bekvämt i alla lägen, samt även ha tillgång till funktioner som idag inte finns men som är önskvärda på armstödet.
Armstödet i helhet har utformats för att vara brukarvänligt d v s lätthanterligt, funktionsanpassat och ergonomiskt riktigt.
De ingående detaljerna i konstruktionen har försökt minimerats så att konstruktionen skulle bli så enkel och billig som möjligt men ändå uppfylla de önskemål som fanns gällande funktioner och extra tillbehör.
Nedan följer en beskrivning av de ingående delarna i konstruktionen.
Armstödets grundstomme, se bild 14 är utformad för att kunna höjas och sänkas på ett så enkelt och smidigt sätt som möjligt, samt kunna passa på den genomgående axel som idag används vid infästningen av
armstödet. Formen som har valts är anpassad för de olika funktionera som armstödet har.
Genom att ta bort material på valda ställen får detaljen en känsla av lätthet och
smidighet och ger uttrycket av att se lättare
ut. Bild 14. Armstödets grundstomme.
Infästningspunkten, se bild 15 för armstödet har behållits då parallellförflyttningen av armstödet och ryggstödstilten skulle behållas så samma sätt som den ser ut idag.
Parallellförflyttningen är den funktion som gör att armstödet hela tiden vrids i rätt läge då ryggstödet tiltas bakåt till liggande läge.
Detta för att brukarens arm ej skall falla bakåt då detta utförs.
Bild 15. Infästningspunkten.
Själva höjningen och sänkningen, bild 16 sker med den befintliga stoppklossen som modifierats för att passa den nya
konstruktionen och dess nya funktion. Till denna hör också en distans som gör att man steglöst kan välja det läge som passar bäst.
Denna kombination har ett vred som gör att brukaren lätt kan låsa upp och ställa höjden i det läge som passar denne bäst.
Den är placerad i ett bakre läge mot
ryggstödet för att området under själva stödet skall vara fritt. Detta för att brukaren ej skall ska skada sig själv på utstående detaljer eller fastna i dem, samt ge möjlighet för placering
av andra tillbehör. Bild 16. Höjning och sänkning.
För att kunna flytta armstödet framåt och bakåt, se bild 17 så har en ”länk” placerats mellan grundstommen och själva stödet.
Denna medverkar till att brukaren har möjlighet att flytta armstödet ett steg bakåt för att komma närmare bord och liknande.
För att denna funktion ska uppfylla Hi:s krav på låsning i varje valbart läge sattes en sprint in som gör att brukaren bara behöver dra ut denna för att kunna flytta armstödet bakåt och där släppa den för att låsa. Denna funktion ger brukaren möjlighet att ta sig närmare bord eller liknande vid t ex ett restaurangbesök.
Bild 17. Förflyttning i längdled.
För att kunna vinkla armstödet eller lyfta upp det i helt uppfällt läge sattes en stoppkloss mellan länken och armstödsplåten, se bild 18.
Denna medverkar till att armstödet lätt kan justeras med ett enkelt vred. Detta vred fungerar även som låsning när ett passande läge har valts. Armstödet kan nu även vinklas steglöst vilket gör att brukaren lättare kan hitta det läge som känns bäst och ger bäst stöd i olika situationer.
Bild 18. Vinkeljustering.
Formen på den mjuka delen av stödet, se bild 19 som skall ge brukaren en så bekväm ställning som möjligt är utformad med en upphöjning i yttre framkant för att ge handen stöd i alla lägen, såväl vid körning som vid stillastående. En liknande upphöjning finns också i mitten på stödets innersida, den också för att ge ett bra stöd och hålla armen på plats i alla lägen. Längst bak har en liten
upphöjning gjorts för att ge armbågen ett litet stöd då det är vinklat lite uppåt. Längst fram är stödet format snett inåt för att i första hand avlasta handen vid körning då den har något att vila mot, samt få ett bättre läge på
knappsats och styrkontroll. Bild 19. Stödet.
Stödet har valts att göras i två delar, se bild 20, underdelen i hårt polyuretan och
överdelen i materialet technogel som ger ett stabilt och mjukt stöd för brukaren samt att trycket mot armen fördelas och ger en balanserad spridning vilket ger brukaren bättre blodcirkulation och förmåga att kunna ha kroppen i rätt position utan att behöva ändra till en onaturlig ställning pga.
obekvämlighet. Bild 20. Stödets två delar.
Denna uppdelning har gjorts så att inte hela stödet behöver bytas vid eventuellt slitage utan att man då bara behöver ta bort den översta delen, se bild 21. Detta medverkar till en lägre kostnad vid byte av delar. För att den övre delen skall vara lätt att få grepp om vid byte har en springa lämnats runt hela stödet. Denna täcks sedan av en gummilist som sträcks ut och formas efter stödets form för en snygg finish.
Bild 21. Gummilist.
Utformningen på armstödsplåten, se bild 22 gjordes med syftet att kunna utnyttja dess form till flera olika funktioner så som förvaring, kablagegömma, placering av mugghållare och viktigast av allt ett stabilt och hållbart stöd som inte ger vika eller går sönder. De utstansade detaljerna gör att stödet ser lättare och smidigare ut samt ger en roligare framtoning.
Bild 22. Plåtens utformning.
Här visas armstödet med möjlig förvaring under stödet, se bild 23. Fungerar väldigt bra för förvaring av små prylar så som nycklar, småpengar eller liknande. På detta sett kan även en mugghållare placeras, då på motsatt sida av styrpanel och handkontroller.
Bild 23. Möjlighet till förvaring.
De material som används i konstruktionen är till största delen aluminium. Detta för att
konstruktionen skall bli så lätt som möjligt samt att det är ett material som går att bearbeta på många olika sätt. Det andra materialet som används heter Technogel och är ett skumliknande material med extremt bra egenskaper. Materialet varken hårdnar eller åldras, det består enbart av råmaterial utan gifter, det ger en balanserad fördelning av trycket samt att det har förmågan att forma sig efter kroppens former i alla riktningar. Ett vanligt hårt polyuretanskum har även används där brukaren ej har så mycket kontakt med materialet, detta för att få ett slitstarkt och billigt material som ej behöver bytas pga. slitage.
Tillverkningsmetoderna för de olika materialen och detaljerna är bockning, stansning, gjutning och formsprutning. Bockning kommer att göras på armstödsplåten efter denna har stansats ut till rätt form. Hålen borras efteråt för att de ej skall deformeras efter bockningen.
De flesta andra detaljerna i konstruktionen kommer att gjutas i aluminium för att få en så korrekt form som möjligt och ge armstödet en lättare vikt. Formsprutning kommer att användas vid framtagningen av den mjuka delen av armstödet då skum sprutas in och sedan skummas till exakt hårdhet i speciella formar.
Armstödet i dess 4 olika lägen, se bild 24.
Bild 24. Armstödet i dess olika lägen.
5 DISKUSSION
Arbetet har löpt på bra och varit väldigt givande på alla sett, speciellt eftersom man fått en sån bra inblick i hela utvecklingsprocessen under en så relativt kort tid. Dock har jag insett att arbeta självständigt i ett så omfattande projekt inte är så lätt och att man oerhört lätt faller in i samma tankebanor och därmed låser sina tankar och idéer. Att ha en arbetskompis kan i detta fall vara väldigt givande då man kan ha någon att bolla idéer med, dela arbetsbelastning och driva varandra mot målet. Nu har det gått väldigt bra ändå, då jag har haft bra och hjälpsamma personer här på företaget som i viss mån fungerat som idébollplank men även stöttepelare.
Detta har även bidragit till att jag lättare kunna visa mina kunskaper för viktiga personer i företaget och därmed fått fram vad jag vill och kan vilken kan vara svårt om man är två.
Projektet i sig blev mer omfattande än jag föreställt mig från början då det hela tiden kom upp nya hinder att bemästra som gjorde att projektet blev större och större. Mycket pga. att
projektet inte var så bra beskrivet från början så det blev lite upp till mig själv att avgöra hur omfattande det skulle bli men också för att det är så stora krav som ställs på rullstolar idag då det gäller en människas säkerhet om den är felkonstruerad. Detta har också fått mig att inse hur viktigt det är att ställa upp en bra beskriven kriterielista och målsättning för att inte senare i projektet sväva iväg utan då hålla sig inom ramarna. Dock blev det ett lyckat projekt och företaget blev nöjda med min insats.
Resultatet av projektet har inte bara varit ett nytt tänk i hur ett armstöd kan konstrueras utan även fått ledningen att inse hur viktig design är för företag idag. Detta har gjort att företaget fått upp ögonen ännu mer för detta och lagt större krut på att utveckla produkter där den estetiska framtoningen får större utrymme än tidigare.
REFERENSER
Litteratur
Hjälpmedelsinstitutets (Hi) kravspecifikation Svensk standard SS-EN 12184 (SIS)
International standard ISO 7176-8
PERMOBIL 2004-2005, Produktionsfakta
Hamrin, Åsa; Nyberg, Malin (1993). Produktutformning, kompendium. Luleå:
Luleå tekniska universitet
Webben
www.technogel.it_FAQ www.prio.se
www.luth.se/depts/arb/ind_design/kurser/rapportmall.htm
Personer
Magnus Andersson Permobil Design AB Magnus Engman Permobil Design AB
Mats Harde Sydmeko
Josef Forslund Luleå Tekniska Universitet
BILAGA 1
Enkät - Brukare av eldriven rullstol
Intervju med brukare
Kön: kvinna Man
Åldersgrupp: < 30 31 – 45 > 45
Använder Ni en Permobil ? Ja Nej
Om Ni svarar Nej, vilket märke använder ni då?………..
Anser Ni att armstöden på er modell är:
Bekväma ? Ja Nej
Om Nej, vad är det som är dåligt ? ………..
………...
Lätthanterliga ? Ja Nej
Om Nej, vad är det som är dåligt ? ………..
………..
Tillräckligt ställbara ? Ja Nej
Om Nej, vad behövs mer? ……….…..
………..
Sitter knappkontroll och Ja Nej styrenhet bra till ?
Om Nej, varför sitter de dåligt ? ………..
………...
Känns armen ansträngd Ja Nej vid körning ?
Om Ja, vad är det som gör att den blir ansträngd ? ………..
………..
Finns det något annat på armstöden som Ni skulle vilja ändra på, i så fall vad ?
………
………
………
Övriga synpunkter………..
………
Tack för Er samverkan !
BILAGA 2
Standarder och krav
För att få veta mer om vilka krav som ställs och vilka standarder som finns för armstöden på dagens eldrivna rullstolar har jag läst igenom Hjälpmedelsinstitutets (Hi) kravspecifikation, svensk standard SS-EN 12184 (SIS) samt International standard ISO 7176-8 och därifrån plockat ut viktiga fakta.
I Hi:s kravspecifikation tar man upp de generella krav, funktionella krav och Tekniska krav som ställs för eldrivna rullstolar. Där har jag valt ut de ska och bör - krav som jag anser är viktiga i framtagningen av ett nytt armstöd. Dessa är:
Generella krav:
Ska - krav
• Tillverkning
- Rullstolen ska konstrueras och tillverkas på ett sådant sätt att den inte
äventyrar brukarens kliniska tillstånd eller säkerhet, ej heller andra personers hälsa och säkerhet under avsedda förhållanden och för sitt avsedda ändamål.
• Infektion och mikrobiologisk nedsmutsning.
- Rullstolen ska vara lätt att rengöra och ska ej innehålla partier som samlar smuts, vätska och/eller förorenat material, där ej funktionen är gjord för detta.
• Säkerhet vid rörliga delar.
Rullstolen ska vara tillverkad så att risk för klämskador ej kan uppstå inom ett område på 150 mm från rullstolens ytterkant.
- Rörliga delar som kan medföra skada ska vara utrustade med säkerhetsvakt som endast kan demonteras med verktyg eller,
- Avståndet mellan de rörliga delarna ska vara enligt tabell 1, genom hela rörelsen.
Tabell 1
Säkra avstånd för:
Vuxen Barn Finger <8 mm alt <4 mm alt
>25 mm >25 mm
• Säkerhetsavstånd mellan stationära delar.
Hål och avstånd mellan stationära delar som är tillgängliga för brukaren inom ett område 150 mm från rullstolens ytterkant ska vara enligt tabell 2.
Tabell 2
Säkra avstånd för:
Vuxen Barn Finger <8 mm alt <5 mm alt
>25 mm >12 mm
