Inhoud:
Voorwoord 1. Samenvatting
3 4
2. Inleiding 2.1 De opdracht
5 5
7. Conclusie en aanbevelingen 8. Bronnen
3. Analysefase 3.1 probleemstelling 3.2 Visie 3.3 Plan van aanpak 3.4 Gebruiker en zijn omgeving 3.5 Huidige markt 3.6 Toepasbare materialen 3.7 Ergonomie 3.8 PVE 3.9 PWE 3.10 Conclusie 4. Ideefase 4.1 Inleiding 4.2 Hoe kun j’s 4.3 Idee schetsen 5. Conceptfase 5.1 Inleiding 6. Materialisatiefase 6.1 Big Wheel 1ste optimalisatie 6.2 Big Wheel 2de optimalisatie 6.3 Assemblage 6.4 Technische tekeningen 6.5 Kostprijs 6.6 logistiek
6 6 6 6 7 9 12 12 14 14 15 16 16 16 17 18 18 24 24 28 30
Composail
Voorwoord: Dit is het afstudeer verslag van Emiel Bechan voor de opleiding Industrieel Product Ontwerpen (IPO) aan de Haagse Hogeschool in Den Haag. Tijdens mijn zoektocht naar een afstudeerplek is het Composail project op mijn pad gekomen. Er waren een aantal opdrachten waaruit gekozen kon worden, allen met betrekking tot het ontwerpen van een deel van de boot. Mijn keuze was om de stuurinrichting te ontwerpen en ik heb er met veel plezier aan gewerkt. Ik kom niet uit de zeilwereld maar zeilen heeft nu zeker mijn interesse. Een kernwoord van de opdracht is werken met composieten. Dit vind ik één van de technieken van de toekomst, daarom heb ik de kans gepakt om hiermee te leren werken. Graag wil ik alle projectleden van Composail hartelijk danken voor hun advies, kennis en steun. Maar ook voor de gezelligheid, wat mede maakte dat het een hele leuke tijd is geweest.
Afstudeer verslag
3
Composail
1 Samenvatting: Dit verslag beschrijft in de IPO fase de volgorde van het ontwerpproces dat heeft plaatsgevonden bij Composail in Den Haag. Na een analyse fase van drie weken, is snel een begin gemaakt met de ideefase. Tijdens deze analysefase is er in geleefd in de zeilwereld en wat er bij komt kijken bij het bouwen van een boot en dan vooral de stuurinrichting. Er is in de analyse gebruikt gemaakt van een verslag wat studenten van bewegingstechnologie hebben gemaakt. Dit verslag gaat over wat er gebeurt tijdens het besturen van een zeiljacht. Er is vooral gekeken naar het mensaspect. Wat gebeurt er met iemand en welke spieren worden gebruikt. Het einde van de analysefase en het begin van de ideefase lopen in elkaar over. De ideefase in het verslag beschrijft kort de manier hoe de ideeen zijn ontstaan. Uit de ideeen zijn 3 ideeen gekozen om uit te werken tot concepten Na de ideefase komt de conceptfase, waarin dieper in wordt gegaan op de ontwikkeling van de drie gekozen ideeën. Uit deze concepten wordt er één gekozen waarmee verder wordt gewerkt.
fig 1. Het stuursysteem
De laatst doorlopen fase is de materialisatiefase. Hierin wordt tot in detail het productvoorstel uitgewerkt. Er worden technische tekeningen gemaakt en in deze fase wordt een werkend model van het ontworpen product gemaakt. De nadruk in het werkend model ligt op ergonomie of stijfheid. Het doorlopen proces is in dit verslag terug te lezen. Het eindresultaat van mijn afstudeerproject is een lichtgewicht stuurinrichting zie fig 1, met navigatie in de zijkanten van het dek. Het stuursysteem is een spaakloos stuurwiel dat gemaakt is van bamboe met carbon. Het stuurwiel wordt geleid door geleiderwieltjes. Deze wieltjes zitten in een wheelbox ingebouwd. De wheelbox is gemaakt uit plaatstaal zie fig 2. Het gehele stuursysteem zorgt voor een open inrichting van het dek. Dit is een groot voordeel omdat er tijdens het zeilen het dek bezaaid liggen met allerlei lijnen. Afstudeer verslag
fig 2. opbouw stuursysteem
4
Composail
2. Inleiding:
2.1 De Opdracht:
Composail is een project welke een combinatie is tussen het bedrijfsleven en verschillende onderwijsinstellingen. Binnen het project wordt een innovatief lichtgewicht wedstrijdzeiljacht gebouwd. De materialen die gebruikt worden zijn schuim, glasvezel, koolstof en aramide geïmpregneerd met kunstharsen. Studenten met verschillende studierichtingen werken aan en ontwerpen delen van het jacht. De gehele zeilboot wordt dus ontwerpen en gemaakt door studenten, met behulp van een aantal begeleiders natuurlijk.
Ontwerp een stuurinrichting voor een zeiljacht. De stuurinrichting is datgene waar het zeiljacht mee bestuurd wordt. De stuurinrichting moet aangesloten worden op de aansluiting naar het roer. De aansluiting is nog niet bekend. Bij aansluiting moet men denken aan een ketting, touw, kabels of elektrische draden. De stuurinrichting moet bestand zijn tegen diverse omstandigheden. Dit zijn het water (zoet, zout), lucht en temperatuur verschillen. Omdat het een lichtgewicht zeiljacht is moet er bij voorkeur lichtgewicht geconstrueerd worden. De stuurinrichting moet stijf en stootvast zijn, aangezien er een kans is dat er personen tegen de stuurinrichting kunnen vallen en stoten. De stuurinrichting moet vanuit 3 posities te bedienen zijn dit zijn het bakboord, stuurboord en middenpositie.
In dit verslag wordt onderzocht welke mensen met het stuursysteem moeten gaan werken. Hoe gaat hij om met het systeem, wat zijn de beste posities om het systeem te bedienen en wat gebeurt er om hem heen op het dek. Ook wordt een onderzoek gedaan naar de verschillende stuursystemen die op de markt zijn. De voor en nadelen zullen uitgezet worden. Verder zal er een analyse gedaan worden naar toepasbare materialen. Dit is belangrijk omdat het gaat om een lichtgewicht wedstrijdzeiljacht. Keuze van materialen is dus van groot belang. Ook zullen we de ergonomie van de gemiddelde mens onderzoeken, aangezien het nog niet bekend is wie er met het stuursysteem zal werken zal er hierbij naar de gemiddelde mens worden gekeken. Hierbij wordt gekeken naar maten van vasthouden en werkhoogte van een stuursysteem. Hierdoor wordt nog niets vastgelegd rondom een bepaalde richting. Ten slotte zal met alle onderzochte gegevens een PVE en PWE worden opgesteld.
Bij de seriegrootte wordt rekening gehouden met 10 stuks. De kostprijs is niet opgegeven.
Studenten van de opleiding bewegingstechnologie van de Haagse Hogeschool hebben al eerder een analyse gedaan naar het verbeteren van het besturingsysteem, verminderen van het gewicht en het verbeteren van het bedieningsgemak. Zij hebben hun analyse gedocumenteerd. Aan de hand van deze verslagen zullen een aantal conclusies worden getrokken.
Afstudeer verslag
5
Composail
3 Analysefase: 3.1 Probleemstelling: Composail wil een stuurinrichting voor het zeiljacht hebben. Aangezien het de bedoeling is dat er met het zeiljacht ook echt wedstrijden worden gevaren dient de stuurinrichting natuurlijk tegen de optredende omstandigheden bestand te zijn. Omdat het een lichtgewicht zeiljacht is dient er voor de stuurinrichting ook gekeken te worden naar lichtgewicht materialen en deze dus ook daadwerkelijk toe te passen. Elke gewichtsbesparing kan voordelig zijn tijdens een wedstrijd. Echter moet het wel een stevig en solide product worden. Omdat het lichaam tijdens het besturen van het zeiljacht ook wat te verduren krijgt is het van belang dat er ook wordt gekeken naar de posities die het lichaam moet aannemen tijdens het sturen. Er moet hierbij worden gedacht aan de posities van de handen, armen, benen, bovenlichaam t.o.v. het stuur. Ook moet er worden gekeken wat de beste manier van sturen is en hoe de handen zich het beste naar deze positie kunnen vormen en omgekeerd natuurlijk. Voor deze gegevens wordt gebruik gemaakt van een verslag wat studenten van bewegingstechnologie hebben gemaakt. Zij hebben namelijk al een studie verricht voor het verbeteren van het besturingsmechanisme. Vermindering van gewicht en verhoging van het bedieningsgemak stonden in deze studie centraal. En natuurlijk moet er rekening worden gehouden met de vormgeving. Het geheel moet natuurlijk bij de boot passen. Hierbij kan worden gekeken naar de vormgeving van de boot, kleurstellingen die worden gebruikt en materialen gebruik. 3.2 Visie:
moet het stuursysteem niet veel ruimte innemen op de boot. De mensen op de boot willen tijdens het zeilen nog weleens van positie veranderen. Dit wordt gedaan om de ligging van de boot in het water beter te maken en zodoende de snelheid te verbeteren of te behouden. Natuurlijk is het mooi als het stuursysteem ook bij de boot past. Men kan hierbij denken aan kleur of vormgeving en zelfs positionering. 3.3 Plan van aanpak: Om informatie te verkrijgen zullen er een aantal stappen worden ondernomen. Bij deze stappen zal naar informatie worden gezocht en tevens zal het verslag van de studenten bewegingstechnologie hierbij gebruikt worden, omdat er al een aantal dingen zijn uitgezocht. De onderwerpen die worden onderzocht zijn hieronder weergegeven: -
Gebruiker en zijn omgeving (m.b.v. verslag bewegingstechnologie)
-
Huidige markt
-
Toepasbare materialen
-
Ergonomie (m.b.v. verslag bewegingstechnologie, DiNed en Handboek Product Ergonomie)
-
Programma van eisen en wensen (m.b.v. verslag bewegingstechnologie)
-
Conclusies (m.b.v. verslag bewegingstechnologie)
Ontwerpen van een stuursysteem dat te gebruiken is tijdens een wedstrijd zeilen maar ook tijdens het recreatiezeilen. Het stuursysteem moet niet moeilijk te bedienen zijn, er moet vrijwel in een opslag te zien zijn hoe het werkt. Bij voorkeur wordt het stuursysteem uit lichtgewicht materialen opgebouwd om zo het gewicht van het totale zeiljacht te reduceren. Ook Afstudeer verslag
6
Composail
3.4 Gebruiker en zijn omgeving: De gebruiker is degene die ervoor zorgt dat het zeiljacht bestuurd wordt door middel van het stuursysteem. De stuurman is een van de belangrijkste mens aan boord van het zeiljacht. Hij ziet wat het zeiljacht doet en houdt de zeilen in de gaten om te kijken hoe de wind in de zeilen staat. Hij communiceert met de andere mensen om te zeggen wat ze moeten doen. Daarnaast bestuurt hij het zeiljacht natuurlijk met het stuursysteem. De gebruiker kan zitten of staan tijdens het uitvoeren van zijn functie. Zie fig.3 gebruiker zittend. Tijdens een race wisselt het zitten en staan zich af, afhankelijk van de omstandigheden. Belangrijk is dat de gebruiker een goed zicht heeft op wat er gebeurt op en om het zeiljacht zodat hij snel kan reageren op de omstandigheden. Bij het gebruik van het stuursysteem werken er krachten op het lichaam die ervoor kunnen zorgen dat de gebruiker niet meer stabiel kan staan of zitten. Bij het rustig varen is het gemakkelijk als de gebruiker kan gaan zitten. Het is afhankelijk van de stuurinrichting waar de gebruiker kan gaan zitten. Zie fig 4 gebruiker staand.
Fig 3. gebruiker zittend
Bij de ene boot zit de stuurinrichting middenachter in de boot, het zou dus mooi zijn als men hier een steun zou hebben. Bij andere boten zit de stuurinrichting aan de zijkanten zodat de gebruiker op het dek aan de zijkant komt te zitten. Natuurlijk wordt het stuursysteem nat tijdens het zeilen en wordt de grip misschien minder. Ook het dek wordt nat zodat men hier dus ook enige stabiliteit nodig moet hebben en meestal gebruikt men het stuursysteem om zich aan vast te houden.
Fig 4. gebruiker staand
Afstudeer verslag
7
Composail
3.5 Huidige markt: In de wedstrijdzeilerij zij er maar enkele stuursystemen die op zeiljachten ook daadwerkelijk worden gebruikt. Het meeste onderzoek is gedaan naar verschillende krachtoverbrengingen, verschillende soorten materialen en vertragingen. Het deel waar uiteindelijk aan gedraaid of bedient wordt is nog niet eerder aan een analyse onderworpen. Er zijn in principe maar drie stuurinrichtingen die op de huidige (zeil)boten worden toegepast. Dit zijn de helmstok, met behulp van een stuurwiel en een verticaal stuursysteem, dit systeem zit echter nog in een beginfase en wordt nog niet zoveel gebruikt. De helmstok: Het principe van de helmstok is erg simpel. Zie fig 6 voorbeeld van een
helmstok met joystick. Op de as is rechtstreeks een buis bevestigd. De kracht die op het roer werkt wordt dus direct doorgegeven aan de stuurman. Dit is direct de feedback van roer wat de bestuurder dus krijgt. Een verkleining van de bedieningskracht is gevolg van de arm (lengte) van de helmstok. Een helmstok wordt veelal zittend bediend. Een helmstok neemt echter veel plaats in binnen het grondoppervlak van de kuip. Dit kan een nadeel zijn omdat daarmee ruimte wordt ingenomen die misschien voor de overige bemanningsleden nuttig zou kunnen zijn. Een ander nadeel van de helmstok is dat de gebruiker geen optimale stuuruitslag kan maken omdat hij in het gangpad zit. Als men aan de zijkant van de boot zit moet men een joystick gebruiken om de helmstok te kunnen bedienen. Zie fig.4. Met deze joystick is het echter niet mogelijk om een optimale duwkracht te realiseren.
Fig 6. voorbeeld van een helmstok met joystick Voordelen van de helmstok: -
Nadelen van de helmstok: -
-
Afstudeer verslag
meer feedback van het stuurmechanisme meer ruimte om over het dek te lopen als er niet gestuurd word goede stabiliteit tijdens bediening goed zicht wat er om je heen gebeurt
stand van roer bepaald uitstag in de kuip helmstok roteert in horizontaal vlak (dit is nadelig voor je workenvelope, grenzen wat je lichaam in deze stand nog kan bereiken) bij zwaar weer is het sturen zwaar
9
Composail
Het stuurwiel: Het principe van een stuurwiel is net als op de fiets en auto. Als je een kant op stuurt dan ga je die kant op. Een stuurwiel en het systeem dat er voor zorgt dat het roer wordt aangestuurd is vaak complex. Dit gebeurt onder andere door middel van kabeloverbrenging, tandwielen, hydraulisch of pneumatisch. Zie fig 7 Dubbel stuurwiel op een zeiljacht. Op een aantal zeiljachten worden ook weleens twee stuurwielen gebruikt. Dit wordt gedaan zodat men altijd de beste positie heeft om te kijken wat er rondom de boot gebeurd. De doorloop op het jacht naar voren wordt met twee stuurwielen ook niet belemmerd. Een groot voordeel van een stuurwiel is dat iedere stuurman zijn eigen ideale positie kan kiezen en dat de stuurprecisie zeer groot is. Er zijn ook stuurwielen die bijna zo groot zijn als de gehele kuipbreedte. Voordeel van een dergelijk groot stuurwiel is dat je van elke positie van het achterdek kan sturen. Nadeel is echter dat er een groot deel van de bewegingsvrijheid verdwijnt. Tevens moet er een uitsparing op het dek komen om het onderste deel van het stuur daarin weg te werken. Een stuurwiel is natuurlijk wel makkelijker vast te houden, mits de diameter goed is gekozen. Men kan meer kracht zetten. De diameter van het stuurwiel mag niet te groot worden. Sommige stuurmannen hebben de neiging om dan het stuurwiel ook breed te pakken en hierdoor wordt de bewegingsvrijheid flink ingeperkt en hiermee dus ook de stuuruitslag. Een stuurwiel is natuurlijk wel makkelijker vast te houden, mits de diameter goed is gekozen. Men kan meer kracht zetten. De diameter van het stuurwiel mag niet te groot worden. Sommige stuurmannen hebben de neiging om dan het stuurwiel ook breed te pakken en hierdoor wordt de bewegingsvrijheid flink ingeperkt en hiermee dus ook de stuuruitslag.
Afstudeer verslag
Fig 7 Dubbel stuurwiel op een zeiljacht Voordelen van het stuurwiel: -
stabiliteit bij voor en achterwaarts deinen van de boot geen uitwijking in de kuip
Nadelen van het stuurwiel: -
weinig stabiliteit bij zijwaartse bewegingen geen feedback van de stand van het roer.
10
Composail
Het EVS systeem: Het verticaal stuursysteem is een systeem dat nog niet zo lang op de markt is. Het is ook op de markt gezet als “het derde stuursysteem”. De besturing geschiedt door middel van een ergonomisch geprofileerd stuur dat beweegt in een vertikaal vlak in de dwarsrichting van het schip. Het is een simpel systeem dat zonder tandwielen of kabels verbonden is met het roeras. De arm van het systeem zorgt tevens voor vermindering van de bedieningskracht. Zie fig 6 verticaal stuursysteem. Er zijn helaas geen technische gegevens van het EVS systeem te verkrijgen dus er kan weinig worden gezegd over de maten van het stuur zelf. Etap yachting zegt dat het systeem een ergonomisch geprofileerd stuur heeft. Dat zou kunnen betekenen dat ze rekening hebben gehouden met maten voor het vasthouden of, ze hebben het stuur alleen voorzien van een profiel. Ze hebben dit stuursysteem laten testen door een wedstrijdzeiler, Jesper Bank wereldkampioen soling uit Denemarken, en zijn commentaar was:
“A good feeling of balance, the ergonomy when you stand is good. The ergonomy when you are beating and reaching is exceptionally good. Generally it was a positive experience. The system is handy and easy to cope with.” Een groot voordeel van het EVS systeem is dat je veel ruimte overhoud op het achterdek. Hierdoor heb je dus meer bewegingsvrijheid. Door de vorm van het systeem is het mogelijk dat men vanuit verschillende posities het jacht kan besturen. Tevens kan men achter het systeem zitten of staan.
Fig 8. verticaal stuursysteem.
Voordelen van het verticaal stuursysteem:
-
goede feedback van het systeem gunstiger workenvelope goed zicht goed houvast besturing gaat dezelfde richting op als de boot (zoals bij stuurwiel)
Nadeel van het verticaal stuursysteem: - doordat de as ver van de stuurman ligt is er een grotere uitslag
Afstudeer verslag
11
Composail
3.6 Toepasbare materialen: Materialen die al in het zeiljacht gebruikt worden zijn onder andere: schuim, composieten en hout. Deze materialen worden gebruikt omdat ze licht maar ook stevig en/of stijf zijn. Het gaat ten slotte om een lichtgewicht zeiljacht. Materialen die in het stuursysteem gebruikt worden moeten bij voorkeur dus ook licht en stevig en/of stijf zijn. Men zou ook staal of andere zwaardere metalen kunnen gebruiken maar, dan wel in beperkte maten bijvoorbeeld om verstevigingen aan te brengen. Dit zijn dan kleine gedeelten die gebruikt worden. Ook is het mogelijk om een stevige of slimme constructie te ontwerpen waarbij men wel lichter materiaal gebruikt maar dat gezamenlijk toch een stevige constructie oplevert. Zoals fig 9 weergeeft een slimme constructie om toch een stevige constructie te verkrijgen. Lichtgewichte materialen die voor het stuursysteem gebruikt kunnen worden zijn bijvoorbeeld: -
aluminium schuimen composieten rubber of leer hout (essen hout en bamboe, meest gebruikt in stuurwielen) kunststoffen
Dit zijn allemaal lichtgewicht materialen. Sommige zullen misschien nog nabewerkt moeten worden. Voor de stevige delen kan men denken aan: -
staal roestvrij staal hardhouten delen bamboe vanwege de hoge e-modulus
Afstudeer verslag
Fig 9. slimme constructie
Natuurlijk moet er bij de keuze van de materialen ook rekening worden gehouden dat ze blootgesteld worden aan een aantal omgevingsfactoren en hier moeten ze natuurlijk bestand tegen zijn. Een aantal factoren zijn onder andere: -
zee en zoet water koude en warme lucht afhankelijk van de locatie waar gezeild wordt zonlicht en UV straling droge en vochtige lucht.
3.7 Ergonomie: Bij het ontwerpen van het stuursysteem moet er rekening worden gehouden met de ergonomische maten van de gemiddelde persoon. Hierbij moet zowel naar de mannelijke als de vrouwelijke maten worden gekeken omdat beide groepen het zeiljacht kunnen besturen. Belangrijk zijn de maten van de hand omdat hiermee het stuursysteem wordt bediend. Ook is het belangrijk om te weten hoe hoog het stuursysteem moet komen om het te kunnen bedienen. Het stuursysteem mag niet te breed worden omdat de bewegingsuitslag anders kleiner wordt. Tevens
12
Composail
moet men erop letten dat het stuursysteem zowel staand als zittend bediend gaat worden. Als het jacht zittend bestuurd wordt moet het lichaam niet teveel belast worden. Om dit te verhelpen is het van belang dat het stuursysteem en de hoogte goed bij het lichaam aansluit in deze positie. Om te zorgen dat de gebruiker goed stabiel zit is het van belang dat de voeten ook een steun hebben. Als het zeiljacht staand wordt bestuurd dan geldt natuurlijk hetzelfde, alleen dan moet de gebruiker het stuursysteem of een steun gebruiken om stabiel te blijven staan.. De grip op het stuursysteem is te vergroten door het gebruik van: -
Om een stevig grip te krijgen zal er een handgreep in O-vorm worden ontworpen, omdat dit de beste manier is om een handvat krachtig vast te houden. Eventueel kan de tegenoverliggende zijde smaller zijn zodat de doorsnede eivormig wordt. De diameter van de handgreep moet minimaal zijn: (10.3/6.7) x 3 = 4.6 cm 10.3 cm = handbreedte 6.7 cm = netto handbreedte P3 volwassenen man/vrouw 3 cm = optimale greepdiameter voor tillen De optimale werkhoogte voor de P95 mens bij het staand besturen van het zeiljacht moet tussen de 78.4 cm en 128.4 cm zijn zie fig 10.
materialen met oppervlakte behandeling gebruik van een ander materiaal dat geplakt, gelast, gesmolten of geïntegreerd wordt materiaal dat licht indrukbaar is textuur aan te brengen op de greep
Een stukje comfort zou men kunnen aanbrengen door een materiaal toe te passen wat niet koud aanvoelt, aangezien er constant water op het systeem komt en natuurlijk ook wind. Misschien is dit ook wel op te lossen door een speciale handschoen te fabriceren van een speciaal materiaal, waardoor ook de grip wordt verbeterd. Om een aantal belangrijke maten te bepalen is gebruik gemaakt van de DiNed 2004 tabel. Deze tabel geeft de lichaamsafmetingen weer van een groep mensen. Er is hierbij gekeken naar de doelgroep van 20 tot 60 jaar zowel man als vrouw en de maten zijn voor de P95 mens. Dit betekent dat de afmetingen die zijn gegeven geschikt zijn voor 95 % van de mensen van deze doelgroep. De breedte van een handgreep moet minimaal zijn: 10.3 cm + 2 t/m 4 cm dus 12.3 t/m 14.3 cm. De 2 t/m 4 cm extra is er om de hand wat bewegingsvrijheid te geven. Want een handvat dat precies past zal aanvoelen alsof het te klein is.
Afstudeer verslag
fig 10. werkhoogte Deze maten zijn gebaseerd op de maten van de DINED tabel voor ergonomie. Er is uitgegaan van de ellebooghoogte. Hierbij zijn vervolgens de maten uit fig 10 bij opgeteld en afgetrokken. De ellebooghoogte is voor de p95 gemiddeld zowel man als vrouw 1084 mm. De gemiddelde reikwijdte bij zittend besturen van het zeiljacht is 340 mm. In de BIJLAGE is een schema waarop de houdingen staan. Met pen is hierop de twee belangrijkste maten aangegeven.
13
Composail
3.8 Programma van Eisen: - goed zicht van wat er rondom en op de boot gebeurd - moet over de kajuit heen kunnen kijken
(kajuit hoogte is +/- 1 meter) - een goede grip op het stuursysteem
- geschikt zijn voor de P95 mens
(zowel man als vrouw) - handgreepbreedte min. 10.3 cm + 2 - 4 cm extra voor bewegingsvrijheid - diameter handgreep minimaal (10.3/6.7) x 3 = 4.6 cm - werkhoogte moet tussen de 77.2 cm en 127.2 cm zijn bij staand besturen
(draaien, vasthouden) - geen scherpe hoeken en randen - verstelbaar zijn in een andere positie
(3 posities, links-midden-rechts)
3.9 Programma van Wensen:
- aan beide zijde van het stuursysteem te bedienen zijn
- stuursysteem mag niet ijskoud aanvoelen
- er moet een feedback zijn van het stuur
- moet in meerdere posities verstelbaar zijn.
- zowel staand als zittend te bedienen
- ergonomisch goed ontwerpen voor maximaal gebruik van het stuursysteem
- meer stabiliteit door middel van het stuursysteem - ruimte op het dek om bv te lopen, werkzaamheden te verrichten
(vasthouden aan het stuursysteem) - stuursysteem moet duidelijk in gebruik zijn - voetsteun voor meer stabiliteit tijdens het zittend besturen - stuursysteem moet gemakkelijk in de hand liggen - kunnen zien hoe de wind in de zeilen staat - het systeem moet geschikt zijn voor mensen van 20-60 jaar
(stuursysteem mag dus niet in de weg staan) - hoogte stuursysteem 85 cm
(hoogte van as als een stuurwiel gebruikt wordt)
Afstudeer verslag
14
Composail
3.10 Conclusie: De bedoeling is dat er een stuursysteem ontwikkeld wordt die past op het Composail wedstrijdzeiljacht. Het stuursysteem moet in alle omstandigheden bedienbaar zijn. Het gaat hierbij om alle omstandigheden die zich voordoen tijdens het wedstrijdzeilen. Het stuursysteem moet gemakkelijk te begrijpen zijn. De gebruiker van het stuursysteem moet te allen tijde kunnen zien wat er op en om de boot gebeurd. Ook de communicatie met de andere teamleden mag niet gehinderd worden door het stuursysteem. Het stuursysteem moet een feedback geven aan de gebruiker zodat deze precies weet wat de boot doet en wat de stand van het roer is. Tijdens het bewegen van de boot moet de gebruiker zich d.m.v. het stuursysteem kunnen stabiliseren, de gebruiker moet dan wel staand het stuursysteem bedienen. Als de gebruiker aan de hoge of lage zijde zit dan is het wenselijk dat hij zich door middel van de voeten ergens kan afzetten om zichzelf op die manier te stabiliseren. Het materiaal van het stuursysteem moet, tijdens de weersomstandigheden die zich voordoen tijdens het wedstrijdzeilen, betrouwbaar blijven. Het stuursysteem mag zijn functie tijdens deze weersomstandigheden niet verliezen. Omdat het in het Composail project gaat om een innovatief lichtgewicht wedstrijdzeiljacht is het goed om te onderzoeken welke materialen gebruikt gaan worden. Het zeiljacht moet niet zwaarder worden terwijl het niet hoeft. En natuurlijk is het mooi als het innovatieve karakter van het project gehandhaafd blijft. Het belangrijkste is echter dat het stuursysteem stijf en stootvast is. Voor een zo goed mogelijke grip en stabiliteit voor een grote groep van verschillende gebruikers is het van belang dat er onderzoek moet worden gedaan naar diverse ergonomische maten. Het zal hierbij gaan om de maten van de gemiddelde persoon P95, omdat nog niet bekend is wie het stuursysteem zal bedienen. Ook het materiaal moet zo worden gekozen dat het bijdraagt aan een positieve beleving van het stuursysteem. Een aantal gegevens onderzocht door studenten bewegingstechnologie kunnen ook gebruikt worden. Het gaat hierbij om gegevens die te maken hebben met de stand van het lichaam en de gegevens voor het beter kunnen opvangen van krachten. Afstudeer verslag
De keuze voor een stuurwiel, helmstok of verticale stuurinrichting kan nog niet worden gemaakt. In principe zijn ze allemaal mogelijk en worden ze allemaal ook echt gebruikt in andere zeilschepen. Wat betreft de positionering van het stuursysteem op het dek is er gekozen voor positie 2 zie fig 11.
fig 11. posities stuursysteem Op positie 4 komt namelijk een grote lier en op positie 1 heb je toch niet het optimale zicht wat je nodig hebt. Aan de hand van het PVE en PWE zullen de ideeschetsen worden gemaakt. Deelvragen die nog gesteld kunnen worden tijdens de ideefase om misschien verschillende ideeën te krijgen zijn onder andere: Hoe kan er gestuurd worden? Hoe kan de feedback op het stuur verbeterd worden? Wat is een efficiëntere manier van sturen? Hoe kan er een goede balans worden gevonden? Wat gebeurt er rondom het jacht? Hoe staat de wind in het zeil? Communicatie met je mede zeilers? De antwoorden kunnen m.b.v. tekeningen worden gegeven in een morfologische kaart.
15
Composail
4 Ideefase: 4.1 Inleiding: In deze fase zijn de verschillende ideeën en combinaties ontwikkeld betreffende het stuursysteem. Met combinaties wordt bedoeld dat er is gekeken om verschillende systemen met elkaar te combineren. De ideeën zijn ontstaan met behulp van ontwerptools zoals: -
Hoe kun j’s Morfologische kaart Ideeschetsen Brainstormen
Maar natuurlijk ook spontane ideeën. Tevens is er heel breed gekeken naar andere systemen wat ook maar iets met sturen heeft te maken. 4.2 Hoe kun j’s: Er is als eerste een schema opgezet met een aantal belangrijke problemen die opgelost moeten of kunnen worden. Dit schema is eigenlijk een tekstuele morfologische kaart een “Hoe kun je” kaart. In fig 12 is de kaart weergegeven. Onder elk probleem staan een aantal oplossingen. Dit zijn echter nog niet alle oplossingen. Achter de problemen zijn wolken geplaatst. Deze wolken bevatten punten waar rekening mee moet worden gehouden. De verschillende problemen komen uit het verslag van de studenten bewegingstechnologie. Zij hebben namelijk onderzocht wat de belangrijkste problemen zijn die bij het besturen van een wedstrijd zeilschip komen kijken. Uiteraard is er natuurlijk kritisch naar de problemen gekeken om er zeker van te zijn dat dit goed is. Door middel van vragen te stellen is dit geconfirmeerd.
Fig 12. Hoe kun j’s
Afstudeer verslag
16
Composail
Aan de hand van het “Hoe Kun je” schema is een morfologische kaart gemaakt. De morfologische kaart is een tool om meerdere ideeën te kunnen genereren. De morfologische kaart geeft globaal weer wat de bestaande oplossingen zijn en wat eventueel nieuwe oplossingen zouden kunnen zijn. In fig 13 is de morfologische kaart weergegeven. 4.3 Ideeschetsen: Aan de hand van de Hoe Kun je’s en de morfologische kaart zijn de eerste idee schetsen gemaakt. De schetsen zijn te vinden in BIJLAGE 2.3. De eerste schetsen die zijn gemaakt zijn nog niet gemaakt aan de hand van het PVE. Er is gekeken naar allerlei mogelijkheden om te kunnen sturen. De eerste ideeschetsen zijn vervolgens iets verder uitgewerkt om meer inzicht in de ideeën te krijgen. Deze brainstorm tekeningen zijn ook te vinden in BIJLAGE 2.3. Aan de hand van de schetsen die zijn gemaakt , zijn er tenslotte acht ideeschetsen neergelegd bij de opdrachtgever. Het zijn allemaal verschillende mogelijkheden om een zeiljacht mee te kunnen besturen. De acht ideeën zijn te vinden in BIJLAGE 2.4. Uit de acht ideeën zijn vervolgens drie ideeën gekozen om verder uit te werken tot concepten. De 3 gekozen ideeën zijn gekozen aan de hand van het PVE. Wat ook belangrijk is geweest bij de keuze is dat het iets vernieuwend moest zijn aangezien het om een innovatief zeiljacht gaat waarbij andere dan standaard oplossingen worden gezocht voor problemen. De 3 ideeën die zijn gekozen om verder uit te werken tot concepten zijn: -
Big wheeler Force feedback Kantel stuur
Afstudeer verslag
Fig 13. Morfologische kaart
17
Composail
5 Conceptfase: 5.1 Inleiding: In deze fase zijn de drie gekozen ideeën uitgewerkt. De ideeën zijn uitgewerkt in drie delen. Dit zijn: - Vormgeving - Materialen - Deel problemen Elk concept is op deze manier uitgewerkt. De gekozen ideeën zijn gekozen op een aantal punten, deze zijn: - bediening - te gebruiken op 3 standen namelijk links-midden-rechts - nieuw idee (wat niet of nauwelijks wordt gebruikt) De drie concepten zijn te vinden in bijlage 3.1.
jaar en deze geldt voor zowel mannen als vrouwen. Het stuurwiel is een spaakloos wiel. Door deze vorm te kiezen oogt het dek ineens een stuk ruimer. Tevens is het mogelijk om het stuurwiel vanuit de links, midden en rechts positie te bedienen. Het voordeel van een groot spaakloos stuurwiel is dat de grootschoot lijn door het stuur kan. De grootschoot is de lijn waarmee de stand van het grootzeil ten opzichte van de boot geregeld kan worden. Vaak is de grootschoot voor het stuurwiel geplaatst, hierdoor wordt de ruimte om te lopen kleiner. In dit geval wordt de grootschoot achter het stuurwiel geplaatst. Achter het stuurwiel bevinden zich hoogstens twee mensen. Dit zijn de stuurman en eventueel de navigator. Het stuurwiel wordt door 2 wielgeleiders begeleid en ondersteund zie fig 15.
Concept: Big Wheeler Vormgeving: Concept 3 is een groot stuurwiel. Zie fig 14 en BIJLAGE 3.1.
fig 14. BIG WHEELER Het stuurwielheeft een binnendiameter van 2000 mm. De dikte van het stuurwiel is 46 mm. Deze dikte is geschikt voor de P95 mens van 20-60 Afstudeer verslag
fig 15. geleiders
18
Composail
De wielgeleiders zijn voorzien van geleidingswielen of lagers om te zorgen dat het stuurwiel goed kan rollen. De wielgeleiders worden vastgezet in het dek. Er zijn in totaal 4 wielgeleiders nodig. Er worden er twee boven het dek gemonteerd en twee onder het dek. De wielgeleiders boven en onder worden aan elkaar bevestigd door middel van moeren en bouten. In FIG XXX is een stippellijn te zien bij de wielgeleider. De wielgeleiders bestaan namelijk uit twee helften. De besturing vindt plaats door aan het stuurwiel te draaien. Het is echter alleen mogelijk om ongeveer 70 graden naar links en 70 graden naar rechts te draaien. Aan het stuurwiel wordt een stuurwielpin gemonteerd. Aan deze pin komen ringen. Aan deze ringen komen de lijnen die ervoor zorgen dat het roer in beweging kan worden gezet zie fig 16.
Fig 17. testmodel De navigatie meters worden bij concept 3 in de bodem van het dek ingebouwd zie fig 18.
fig 16 stuurwiel pin. Deze beweging is getest door middel van een testmodel zie fig 17. De touwen die in het model zijn gebruikt zijn op een zeiljacht ook van touw. Echter worden ze dan lijnen genoemd. De punten waar de lijnen omheen draaien moeten katrollen voostellen. De katrollen kunnen in principe overal geplaatst of gehangen worden op het zeiljacht. De overbrenging van de beweging van de lijnen is op allerlei manieren over te brengen naar het roer. Op zeiljachten wordt hier creatief mee omgegaan. De lijnen gaan door verschillende katrollen en systemen heen om uiteindelijk de beweging in de juiste richting op het roer over te brengen.
Afstudeer verslag
fig 18. Navigatie Hierdoor is het scherm goed zichtbaar voor zowel links als rechts zittende en als men in het midden staat. De meters worden LED meters. De meters worden ingekocht. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende maten zie fig 19.
19
Composail
Materialen:
fig 19 LED meters De meters die in de Big Wheeler gebruikt wordt kost 55 euro en kan door middel van een seriele poort worden aangestuurd vanuit een computer. Deze meters worden aangesloten op de navigatie computer die in de kajuit zit. Het grote voordeel hiervan is dat de meters alleen gegevens van de computer hoeft te ontvangen en deze hoeft weer te geven. Er hoeven geen sensors aan de meters zelf te zitten. LED schermen zijn goedkoop en gemakkelijk in te bouwen. Tevens zijn ze goed af te lezen. De minimale lettergrootte van de cijfers moet 1,5 cm zijn om over een afstand van 3 meter nog goed te kunnen aflezen. Deze grootte is berekend aan de hand van de formules in het Product Ergonomie boek.
Het stuurwiel wordt gemaakt van carbon. Er is gekozen voor carbon omdat het een hoge stijfheid heeft en licht van gewicht is. Als het stuurwiel uit metalen of hout zou worden gemaakt dan zou het stuurwiel zwaarder van gewicht worden. Het carbon wordt gewikkeld om een mal van bijvoorbeeld schuim. Het schuim blijft uiteindelijk in het stuurwiel achter. De wielgeleiders worden gemaakt uit RVS. Er is voor rvs gekozen omdat het blootstaat aan water. Om extra bescherming aan de wielgeleiders te geven is het mogelijk om er een speciale lak op aan te brengen. De wielgeleiders zullen worden gefreesd. De lagers in de wielgeleiders kunnen worden ingekocht. De stuurwielpin zal ook worden gemaakt. Dit moet namelijk goed en stevig op het stuurwiel komen vast te zitten. De stuurwielpin zal worden gemaakt uit plaatstaal.
H=0.0022*D+k1+k2
Deelproblemen:
H= hoogte in cm D= kijkafstand in cm K1= correctiefactor voor verlichtingsconditie en afleesomstandigheden K1= 0,15 cm (>10 lx en gunstige afleesvoorwaarden) K1= 0,40 cm (>10 lx en ongunstige afleesvoorwaarden) K1= 0,40 cm (<10 lx en gunstige afleesvoorwaarden) K1= 0,65 cm (<10 lx en ongunstige afleesvoorwaarden)
De wielgeleiders moeten stevig aan het elkaar worden bevestigd aangezien hier veel krachten op komen te staan. De wielgeleiders geleiden het wiel namelijk 200 mm boven het dek en 200 mm onder het dek. Bij de plaatsing van de wielgeleiders op het dek moet het waterdicht worden afgesloten omdat er anders water in de kajuit komt.
K2= correctiefactor die belangrijkheid van tekst verdisconteert, 0,19 cm voor belangrijke tekst en 0 in alle andere gevallen.
De stuurwielpin moet stevig vast worden gemaakt aangezien hier ook veel kracht komt te staan als plotseling veel gestuurd moet worden. Het stuurwiel moet stijf genoeg zijn om niet door te buigen of zelfs erger te breken.
H= 0.0022*300+0.65+0.19 H= 1.5 cm (minimale grootte van lettertype)
Afstudeer verslag
20
Composail
afstandsbediening met kabel. Deze wordt in een houder geplaatst aan de linker of rechterzijde. Voor de kabel is gekozen voor een telefoonkabel. Deze kan ver uitrekken en trekt zichzelf als het ware weer terug.
Concept: Force Feedback Vormgeving: Concept Force Feedback is een stuursysteem dat door middel van elektronica werkt zie fig 20 en BIJLAGE 3.1.
Het gehele systeem moet draaien op een spanning van 24 volt. Er is gekozen voor deze spanning omdat de kabels en draden die getrokken moeten worden niet zo dik hoeven te zijn. De navigatie wordt bij de force feedback in de zittingen ingebouwd. De worden zowel aan de linker als aan de rechterkant ingebouwd. Net zoals bij de Big Wheeler zullen ook hier LED displays worden gebruikt en ook hier zullen ze op de navigatie computer in de kajuit worden aangesloten. Materialen:
fig 20 De besturing vindt plaats door aan een digitale draaiknop te draaien. Deze draaiknop zorgt ervoor dat er een elektromotor gaat draaien die aan het roer is bevestigd. Het voordeel van dit systeem is dat er meer loopruimte en bergruimte op het dek is. De draaiknop is voorzien van FORCE FEEDBACK. Deze technologie wordt tegenwoordig veel gebruikt bij joysticks en stuurwielen van computerspellen. Als je tijdens een autoracespel bijvoorbeeld over een steen heen rijdt of ergens tegenaan rijdt dan voel je in het stuur dat je ergens tegenaan komt (een feedback). Het voelt aan alsof je ergens tegenaan rijdt. Deze feedback wordt gegeneerd door kleine elektromotortjes die in de joystick of stuur zijn ingebouwd. De draaiknoppen zijn op de zitting ingebouwd. Hierdoor is het mogelijk om zowel aan de hoge als lage zijde te zitten en het zeiljacht te besturen. Om het zeiljacht ook vanuit de middenpositie te besturen is er een Afstudeer verslag
De onderdelen die gebruikt worden in de force feedback zijn allemaal inkoop onderdelen. De draaiknop is in verschillende maten en materialen te koop. De prijs voor de draaiknop van 100mm doorsnee is rond de 7 euro aangezien deze bij Conrad niet zomaar leverbaar is. Dit is omdat de diameter groter is dan normaal. De draaiknop ziet er uit als in FIG 21.
fig 21
De elektromotor die wordt gebruikt is een lineaire motor van 24 volt. Aan boord van het zeiljacht is namelijk een spanning aanwezig van 24 volt. Er is voor een lineaire motor gekozen omdat hij nauwkeurig is te regelen. De prijzen variëren echter van 150 tot 1500 euro per stuk. Deelproblemen: De apparatuur die zich boven op het dek bevindt moet goed waterdicht worden afgesloten zodat er geen water in kan komen. Ook de apparatuur in de kajuit moet goed worden afgesloten van eventueel naar binnen
21
Composail
dringend water. De afstandsbediening moet stevig in een houder geplaatst kunnen worden zonder dat deze uit kan vallen. Concept 3: Kantelstuur Vormgeving: Concept drie is een systeem dat vanuit 3 verschillende posities gestuurd kan worden, namelijk de links,midden en rechts positie zie FIG 22 en BIJLAGE 3.1.
FIG 23 De voetpedalen werken door middel van draadveren. Tussen de twee voetpedalen is een plaatje staal gebogen in de radius van de kantelbuis zodat deze al ingeklemd zit. De twee voetpedalen trekken het plaatje staal een beetje uit elkaar. Hierdoor komt de kantelbuis een beetje los te zitten waardoor deze gekanteld kan worden. Door het voetpedaal weer te ontspannen klemt het stalen plaatje de kantelbuis weer zie figuur 24.
fig 22 In dit systeem kan het stuur kantelen. Hierdoor is het mogelijk om altijd aan de hoge zijde te zitten zodat men het beste zicht heeft. Ander groot voordeel is dat er toch genoeg ruimte op het dek overblijft op lijnen en dergelijke op het dek te kunnen plaatsen. Men kan het stuur kantelen door op een voetpedaal te trappen. Zowel aan de linker als rechterkant zit een voetpedaal zodat men niet om het stuursysteem heen hoeft te lopen zie FIG 23.
Afstudeer verslag
fig 24 De overbrenging van de stuurbeweging van het stuurwiel naar het roer gaat door de stuurbuis het dek in. De navigatie wordt bij het Kantelstuur ook ingebouwd in de zijkanten van de zitting. In dit systeem worden ronde meters gebruikt. De prijs van deze meters zijn hetzelfde als bij de Force Feedback, alleen worden er ronde behuizingen bij geleverd.
22
Composail
Materialen: De stuurbuis en kantelbuis worden gemaakt van carbon en komen aan elkaar vast. Het wordt 1 buis. Deze buis wordt gewikkeld. De voet wordt gemaakt uit 2mm staal. De plaat wordt uitgezaagd, vervolgens voorgeboord en vervolgens gebogen. De voet wordt vastgezet aan het dek. Het stuurwiel heeft een diameter van 750 mm en wordt ingekocht. De voetpedalen worden van aluminium gemaakt. Om ze te geleiden zijn er aan de zijkanten van de pedalen geleidingsplaatjes geplaatst zie fig 25.
FIG 25. Deelproblemen: In het dek komt een gat om de overbrenging naar het roer te kunnen maken. Dit gat moet of goed worden afgesloten terwijl de lijnen toch goed moeten kunnen rollen of onder het dek moet een afvoer komen die ervoor zorgt dat het water wordt afgevoerd naar de achterkant van het zeiljacht. Een afvoer wordt in zeiljachten al gebruikt om water af te voeren. Ook moet de klem die om de kantelbuis komt worden gemaakt om te onderzoeken of het sterk genoeg is om de stuurbuis met stuurwiel te houden.
De Force Feedback is een systeem waarbij je toch het gevoel hebt dat je niet in contact staat met de boot, er is te weinig feedback. Je moet het roer namelijk kunnen aanvoelen en in dit systeem wordt de kracht van het roer flink gereduceerd door de elektronica. Het voordeel is wel dat je geen grote fysieke inspanningen meer hoeft te leveren. Het kantelstuur is een systeem dat al voorkomt op een aantal zeiljachten. Het is in principe een standaard stuursysteem alleen, kan er in dit geval gekanteld worden met het stuur zodat deze vanuit 3 of misschien meerdere posities te besturen bedienen is. De Big Wheeler is een systeem dat nog niet bestaat. Het is een spaakloos stuurwiel dat door de grootte van het wiel van verschillende plaatsen te bedienen is. Door de keuze van het materiaal is het mogelijk om een stuurwiel te verkrijgen dat behoorlijk stijf is. Het voordeel is dat de daimeter van het stuurwiel van de Big Wheeler 46 mm is. Huidige stuurwielen hebben namelijk maximaal een diameter van 35 mm. Dit is zowel ergonomisch een voordeel ook positief voor de stijfheid van het stuurwiel. Hier moet nog zeker naar worden gekeken. Het mooie is dat er verschillende zeilers zijn die enthousiast zijn over de Big Wheeler. Er wordt echter wel bij gezegd dat er goed moet worden gekeken naar de combinatie van materialen om toch een stijf systeem te krijgen aangezien er en kans bestaat dat er tijdens een wedstrijd iemand tegen het stuurwiel kan botsen. De materialisatie zal dus verder gaan met de Big Wheeler.
Conceptkeuze: De drie concepten zijn gepresenteerd aan de opdrachtgever. De opdrachtgever heeft uiteindelijk gekozen voor de Big Wheeler.
Afstudeer verslag
23
Composail
6 Materialisatie fase: In deze fase wordt het uiteindelijke concept Big Wheeler verder uitgewerkt om tot een product te komen dat produceerbaar is in een oplage van minimaal 10 stuks. Het concept is twee keer geoptimaliseerd omdat er een aantal onzekerheden waren over de wielgeleiders met lagers. Het ging hierbij om de kracht die deze constructie kon opvangen en om de bedrijfszekerheid. Ook bleek het produceren van de wielgeleiders niet zo gemakkelijk te gaan als gedacht. Na een bespreking met de school begeleider is vervolgens besloten tot een tweede optimalisatie. De Big Wheeler moet in meerdere typen boten in te bouwen zijn en niet alleen in de GP 42 zeiljacht die Composail aan het bouwen is. 6.1 Big Wheeler 1ste optimalisatie: De Big Wheeler is na de conceptpresentatie goed onderzocht en vervolgens geoptimaliseerd. Na de eerste optimalisatie zijn we tot een makkelijker produceerbaar en in te bouwen model gekomen. In FIG 26 is te zien hoe de Big Wheeler eruit zag na de eerste optimalisatie.
FIG 26 BIG Wheelerr
In het concept stond het stuurwiel een onder een kleine hoek naar voren geheld. Dit was gedaan zodat het stuur onder het denk zou kunnen passen. Het virtuele middelpunt van het stuurwiel bevond zich toen ook op het dek. Na de optimalisatie hebben we het stuurwiel rechtop gezet. Het virtuele middelpunt hebben we 200 mm boven het dek geplaatst. Hierdoor past het stuurwiel gemakkelijk onder het dek. Door het stuurwiel te verhogen hebben we ook direct een ideale werkhoogte kunnen creëren van 1200 mm hoog. Dit is een ideale werkhoogte voor de doelgroep van 20 tot 60 jaar en P95 van de mensen. Ook is het besturen vanaf de linker en rechter positie verbeterd. Doordat het stuurwiel net boven het dek naar buiten loopt is het dichter bij de bestuurder gekomen. De afstand van het stuurwiel naar de bestuurder is nu maximaal 400 mm geworden, uitgaande van de doelgroep 20 tot 60 jaar zowel man als vrouw. De grootste optimalisatie heeft plaatsgevonden in het gedeelte onder het dek. Afstudeer verslag
FIG 27
24
Composail
De constructie voor het begeleiden van het stuurwiel is veranderd. Zoals in FIG 27 is te zien zijn er geen wielgeleider buizen meer op het dek. In fig 28 is te zien hoe het wiel nu wordt geleid.
gelamineerd kan worden met de dek. De wheelbox wordt aan de onderkant van het dek mee gelamineerd. Door het mee te lamineren met het dek verkrijgt men een stijve constructie.
Zoals te zien is wordt het wiel nu op vier punten begeleid. Dit zorgt voor meer stevigheid van de gehele constructie. Om te kijken welk krachten er bij deze constructie plaatsvinden is er een berekening uitgevoerd. De berekening is te vinden in BIJLAGE 4.1. De wheelbox wordt gemaakt van polyesterschuim. In fig 28 is de wheelbox doorschijnend weergegeven.
De ondersteun geleider zie FIG 29 wordt eveneens gemaakt uit polyesterschuim. Ook weer omdat er geschroefd, geboord en getapt kan worden en omdat het mee gelamineerd kan worden met de bodem van het zeiljacht. De opening aan de onderkant van de steun is voor de kielbalk die hierdoor heen loopt.
FIG 28 De zijkanten worden uitgesneden en vervolgens aan elkaar geplakt. Vervolgens komt er nog een laag glasvezel over het gehele onderdeel. Het voordeel van polyesterschuim is dat het een schuim is met een hoge dichtheid. De fabrikant van het schuim is DSM. Zij zeggen dat er in het schuim geboord, geschroefd en zelfs getapt kan worden. In de wheelbox worden namelijk de geleider wieltjes gemonteerd met behulp van m10 moeren en bouten. Ander voordeel van het polyesterschuim is dat het mee
Afstudeer verslag
FIG 29
25
Composail
De geleider wieltjes worden gemaakt van Polyamide (nylon). Polyamide kan worden gedraaid op een draaibank. Er is gekozen om ze te draaien omdat de wieltjes geen ingewikkelde vormen hebben. Er is gekozen voor Polyamide omdat dit materiaal een hoge stijfheid en een hoge dynamische belastbaarheid heeft. Tevens werkt Polyamide stoot en trillingdempend, heeft het een lage wrijvingscoëfficiënt en heeft het een goede zeewater bestendigheid. De geleiderwieltjes die in de wheelbox worden gemonteerd hebben een iets ander afmeting dan de geleiderwieltjes die op de ondersteun geleider komen. Zie fig 30 en FIG 31.
Het stuurwiel wordt nu van een combinatie van carbon en bamboe gemaakt. Er is voor deze combinatie gekozen omdat het beide materialen zijn met een hoge stijfheid. Bij MOSO bv een specialist in bamboe en bamboe producten is navraag gedaan of het mogelijk is om een stuurwiel geheel uit bamboe te maken en dit was volgens MOSO bv mogelijk. Om toch een extra stijfheid te verkrijgen is ook carbon toegevoegd. De stijfheid wordt verkregen door de lagen bamboe en carbon kruislings over elkaar heen te lamineren zie FIG XXX.
FIG XXX De nerven lopen in 1 richting. Door de bamboe op elkaar te lijmen krijgt men dus ook een extra stijfheid in de dwarsrichting ,zie FIG XXX, van het bamboe en dit is net de richting waarin op het stuur geleund zou kunnen worden.
FIG 30 wieltjes wheelbox
FIG 31 wieltjes ondersteun
Dit is gedaan omdat de stuurpin nog langs de geleider wieltjes moet kunnen om voor de overbrenging te zorgen zie FIG VOLGENDE BLZ. Ze hebben beide wel een radius van 23 mm, zodat het stuurwiel er goed doorheen kan rollen, maar toch op zijn plaats wordt gehouden. In totaal worden er in dit concept 8 geleiderwieltjes gebruikt om het stuurwiel te laten rollen en op zijn plaats te houden. De geleiderwieltjes worden met een m10 bout in de wheelbox en ondersteun geleider geplaatst. De bouten hebben alleen schroefdraad aan het uiteinde zodat de wieltjes goed kunnen rollen maar door middel van een moer toch goed vastzitten.
Afstudeer verslag
De opbouw van carbon bestaat uit een weefsel in verschillende richtingen zei FIG XXX.
26
Composail
FIG XXX Door het carbon 90 graden ten opzichte van elkaar te lamineren verkrijgt men weer stijfheid in meerdere richtingen. Het stuurwiel wordt opgebouwd uit 0.5 mm bamboe stroken. Vervolgens komt hier een laag van 2mm carbon plus hars over, dus in totaal 2.5 mm. Op deze manier wordt het gehele stuurwiel opgebouwd tot een dikte van 46 mm. Het stuurwiel wordt in lagen opgebouwd rondom een mal zie FIG XXX.
FIG XXX
FIG XXX De lagen worden 1 voor 1 over elkaar geplakt totdat er een stuurwiel is gevormd die er uit ziet als in FIG XXX. Vervolgens wordt er een gat van 10 mm geboord ter voorbereiding om de stuurpin te bevestigen. Ten slotte wordt het gehele stuurwiel langs een freesbank gehaald om het af te ronden tot een diameter van 46 mm zie FIG XXX
FIG XXX Het stuurwiel komt er ongeveer uit te zien als in FIG 32.
Afstudeer verslag
27
Composail
FIG 32 zijaanzicht stuurwiel. Het bedrijf EDSON Yacht Wheels maakt op deze manier al stuurwielen die bestaan uit een carbon hout laminaat. De stuurwielen die EDSON produceert worden echter gebruikt om mega jachten te besturen. Men moet hierbij denken aan jachten die beginnen bij een lengte van 30 meter. Het Composail zeiljacht is maximaal 13 m lang. In de BIJLAGE zijn twee stuurwielen van EDSON te zien die gemaakt zijn van carbon met hout. Deze stuurwielen zijn echter wel voorzien van spaken. Vandaar dat wij voor het spaakloos stuurwiel carbon en bamboe hebben gekozen vanwege de hoge stijfheidfactor en door deze kruislings op elkaar te lamineren is een grote stijfheid verkregen. De stuurpin in het stuurwiel is een inkoop onderdeel. Dit is een stalen m10 bout met schroefdraad. De bout wordt aan beide kanten vastgezet met moeren, hierdoor kan hij niet gaan schuiven. De lijnen die voor de overbrenging zorgen worden door middel van een lusje om de pin heen geschoven en vervolgens aangetrokken. Dit gebeurt door middel van speciale scheepstouw bindtechnieken. In FIG 34 is de stuurpin te zien.
Afstudeer verslag
Fig 34 stuurpin De montage van dit stuursysteem gaat als volgt: Eerst wordt er een gat in het dek gefreesd met de lengte en breedte van de wheelbox opening. Vervolgens worden de twee buitenste geleiderwieltjes in de wheelbox geschroefd. De wheelbox wordt aan de onderkant van het dek mee gelamineerd. Hierna wordt het stuurwiel in de opening geplaatst. Het stuurwiel hangt nu gelijk in de juiste positie omdat deze op de buitenste wieltjes steunt. Nu worden de binnenste wieltjes in de wheelbox gemonteerd. Het stuurwiel zit nu vast op 1 plaats. De volgende stap is om de ondersteun geleider mee te lamineren met de bodem van het zeiljacht. De ondersteun geleider kan nu zo geplaatst worden dat hij op de juiste positie kan worden geplaatst bij het stuurwiel. Omdat elke boot een andere vorm heeft op de bodem is het mogelijk om de ondersteun geleider voor het lamineren in de juiste vorm en maat te schuren zodat hij goed aansluit bij het stuurwiel. Na de montage van de ondersteun geleider kunnen de wieltjes voor de ondersteun gemonteerd worden. Er worden geen gaten voorgeboord in de ondersteun geleider
28
Composail
omdat de maten per boot kunnen verschillen en het hierdoor niet mogelijk is om het stuurwiel goed uitgelijnd te krijgen. Voor de navigatie is gekozen voor de meters die bij het concept de force feedback is gebruikt. Dit zijn meters die je kunt inkopen. Ze dienen alleen voor het aflezen. Ze worden aangesloten op de navigatie computer die zich in de kajuit bevindt. Er worden drie schermen aan elke kant ingebouwd. VOOR WAT ?????????????????. Er is gekozen om ze aan de zijkanten in te bouwen omdat men de meeste tijd op de zijkanten van het dek zit. Tevens kan de rest van de bemanning de meters ook op deze manier in de gaten houden. In FIG 35 is een tekening te zien van de meters. Omdat de fabrikant geen CAD tekeningen had zijn ze snel in solidworks getekend zodat in de samenstelling tekening toch is te zien hoe het geheel eruit gaat zien.
6.2 Big Wheeler 2de optimalisatie: Na de 1ste optimalisatie is er een 2de optimalisatie gekomen. De seriegrootte van het stuursysteem is 10 stuks. Echter in de 1ste optimalisatie is er uit gegaan van 1 type boot, namelijk de GP 42 zeiljacht dat door composail gebouwd wordt. Na een gesprek met de begeleider is er afgesproken dat het concept uitgewerkt moet worden om op verschillende typen boten toe te kunnen passen. Het moet dus een universeler stuursysteem worden. Vandaar dus deze 2de optimalisatie. De wheelbox is gemaakt van polyesterschuim. Omdat dit mee gelamineerd moet worden met het dek is het niet meer universeel te gebruiken. In principe is het mogelijk om de wheelbox onder elk dek te plaatsen. Men moet hierbij alleen gebruik maken van verschillende typen harsen en glasmatten om dit goed te kunnen doen. Makkelijker is het om een gat in een dek te zagen en de wheelbox er vervolgens onder te plaatsen. De nieuwe stuurinrichting ziet er als volgt uit zie FIG 36.
FIG 35 meter en plaatsing meters.
FIG 36. De wheelbox wordt gemaakt van 1 mm staalplaat zie FIG 37. Afstudeer verslag
29
Composail
De ondergeleider wordt net als de wheelbox gemaakt van 1mm staalplaat zie fig 39.
FIG 37 Er is gekozen voor staalplaat omdat dit ten eerste een hoge stijfheid heeft en dus meer kracht kan opvangen en ten tweede omdat het nu makkelijker in verschillende typen zeiljachten is in te bouwen. De wheelbox heeft een vorm van een flens. Er wordt een gat in het dek gezaagd en er wordt een sleuf van 1 mm in het dek gemaakt zodat de flens in het dek is verzonken. Over het gat en de flens wordt nu glasvezel matten gelamineerd om het geheel weer dicht te krijgen. Alleen bij het stuurwiel worden gaten met een diameter van 50 mm opengelaten. Deze gaten zijn er natuurlijk voor om het stuurwiel in het dek te kunnen laten. Deze gaten worden afgedicht met een flexibele rubber ring om ervoor te zorgen dat er geen water naar binnen gaat. In de wheelbox worden 8 gaten geboord van 10mm. Deze gaten zijn voor de bevestiging van de geleiderwieltjes en de onder geleider. In FIG 38 is te zien waar de geleiderwieltjes komen,
FIG 38
Afstudeer verslag
FIG 39
FIG 40
De ondergeleider bestaat uit 2 lossen delen. De voorplaat wordt uit een plaat staal gesneden en vervolgens worden de gaten geboord. De achterplaat wordt ook uit staalplaat gesneden. Vervolgens worden de gaten voor de geleiderwieltjes geboord. Ten slotte wordt de vorm gebogen in een zetbank om de gewenste vorm te krijgen. De voorplaat komt aan de achterplaat vast te zitten met 4 m10 bouten. Hierdoor krijgt men ook weer een stijve constructie. Ook komen in de voor en achterplaat 2 geleiderwieltjes zie FIG 40 boven. In de 1ste optimalisatie was te zien dat er 4 geleiderwieltjes werden gebruikt. In de 2de optimalisatie is gekozen voor 2 wieltjes omdat de wieltjes nu aan beide kanten zitten vastgeklemd. De wieltjes kunnen nu alleen maar draaien maar kunnen niet verschuiven
30
Composail
6.3 Assemblage: De geleider wieltjes zijn na de 1ste optimalisatie hetzelfde gebleven. Ook het stuurwiel is het zelfde gebleven dus van bamboe met carbon. Voordeel van de 2de optimalisatie is dat het nu bijna als een module kan worden geleverd. Het is nu in te bouwen in elke boot mits hij genoeg ruimte heeft op het dek en in de kajuit.
De assemblage van het Big Wheel gaat als volgt: Als eerst worden de twee buitenste geleiderwieltjes in de wheelbox geplaatst zie FIG 41.
FIG 41 Hierna worden de twee delen van de ondergeleider geplaatst en vastgezet met 4 m10 bouten en moeren. Ook wordt het onderste geleidingswieltje gemonteerd zie FIG 42.
FIG 42 Vervolgens wordt het stuurwiel geplaatst zie FIG 43.
Afstudeer verslag
31
Composail
ervoor te zorgen dat de Big Wheel verzonken in het dek komt te liggen. Vervolgens wordt de hele assemblage van de Big Wheel in het gat geplaatst en wordt er glasvezel matten over het gat gelamineerd. Alleen bij het stuurwiel worden twee gaten overgelaten om te zorgen dat het stuurwiel vrij kan draaien. Deze gaten worden gedicht met flexibele rubber ringen zodat er geen water door kan dringen in de kajuit. Het stuurwiel kan nog wel draaien. Het geheel ziet er dan als volgt uit zie FIG 45.
FIG 43 Nu worden de twee binnenste geleiderwieltjes in de wheelbox geplaatst om het stuur te fixeren in de wheelbox. Ook wordt het geleidingwieltje in de ondergeleider geplaatst om het stuurwiel helemaal te fixeren zie FIG 44.
FIG 45
6.4 Technische Tekeningen: De technische tekeningen van alle onderdelen zijn te zien in BIJLAGE XXX.
FIG 44 Nu moet er in het dek een gat gemaakt worden ter grootte van de wheelbox. Tevens moeten nog sleuven van 1 mm worden gefreesd om
Afstudeer verslag
32
Composail
6.5 Kostprijs:
7 Conclusie en aanbevelingen:
Wheelbox:
8 Bronnen:
Plaatmateriaal staal 4 geleiderwieltjes (nylon) 4 x M10 bouten en moeren lengte 100mm staal 8 afstandsbusjes 7 mm 8 x M10 bouten en moeren lengte 40mm staal
- Product Ergonomie, ontwerpen van gebruikers door Hans Dirken - www.dined.nl (de DiNed 2004 tabel volwassenen man en vrouw) - Verslag bewegingstechnologie
Wheelbox ondergeleider: - Het Internet Plaatmateriaal staal 2 geleiderwieltjes (andere maat) 2 x M10 bouten en moeren lengte 100 mm staal 4 afstandsbusjes 7 mm
- www.conrad.nl - Vetus zie www.vetus.com
Stuurwiel:
- MOSO International BV
Bamboe fineer Carbon Stuurpin (draaien) m10 2 m10 moeren
- Amsterdamsche fijnhouthandel - Kunststoffen (serie io bijzondere onderwerpen deel 5) TU Delft
6.6 Logistiek: Het stuursysteem wordt in Nederland geproduceerd. Er is hiervoor gekozen omdat het om een seriegrootte gaat van 10 stuks. De onderdelen van het stuursysteem zijn vrij eenvoudig te fabriceren en te verkrijgen. Het stuursysteem wordt in losse delen geleverd. Op de locatie moet het geheel worden geassembleerd zie paragraaf 6.3 assemblage.
Afstudeer verslag
33
