eduweb.hhs.nleduweb.hhs.nl/~12099643/Portofolio_Tomash_Groen_V3.0/en_exampl… · Web vieweduweb.hhs.nl

Ontwerprapport SmoothiefietsThema Optimalisatie

Gemeente Den HaagDe Haagse Hogeschool

[Geef tekst op] [Geef tekst op] [Geef tekst op]

Ontwerprapport SmoothiefietsThema Optimalisatie

Delft, 27-11-2015

De Haagse Hogeschool Gemeente Den Haag

Yorrick van den Burg Tom VoormaFalko BousemaArie van der PlasCorné HarteveltRichard VonkTommy GroenRobert-Jan Joosten


Voorwoord

Het Smoothiefiets project is tot stand gekomen in samenwerking met de Haagse Hogeschool Delft en de Gemeente Den Haag. Dit om een gezonde levensstijl te promoten, waartoe genoeg beweging en gezonde voeding behoort.

Het project wordt gedaan door studenten van de opleiding Werktuigbouwkunde in Blok WH3.2, ook wel bekend als ‘optimalisatie’. In dit blok wordt een bestaand product geoptimaliseerd. Vakken die hierbij komen kijken zijn dynamica, themalessen en ergonomie.

Daarnaast wordt materiaaltechnologie en productietechnieken aangehaald.

Wij zijn begeleid door Dhr. Verkuilen en de opdrachtgever Tom Voorma. Alle partijen hebben bijgedragen om het project een succes te maken.


InhoudVoorwoord.............................................................................................................................................3

Inhoud....................................................................................................................................................4

1. Inleiding..........................................................................................................................................5

2. Individuele concepten....................................................................................................................6

2.1 Ergonomie..............................................................................................................................6

2.2 Frame.....................................................................................................................................8

2.3 Aandrijving............................................................................................................................10

3. Gekozen eindconcept...................................................................................................................12

3.1 Frame...................................................................................................................................12

3.2 Aandrijving............................................................................................................................13

4. Verantwoording eindconcept.......................................................................................................14

4.1 Ergonomie............................................................................................................................14

4.2 Frame...................................................................................................................................14

4.3 Aandrijving............................................................................................................................15

5. Begroting......................................................................................................................................18

5.1 Additive Manufacturing........................................................................................................18

5.2 Investering Ultimaker...........................................................................................................18

5.3 Overige kosten......................................................................................................................19

6. Conclusie......................................................................................................................................20

Bijlagen.................................................................................................................................................21

I. Conceptrapport Richard....................................................................................................................21

II. Conceptrapport Robert-Jan..............................................................................................................21

III. Conceptrapport Arie........................................................................................................................21

IV. Conceptrapport Corné....................................................................................................................21

V. Conceptrapport Falko.......................................................................................................................21

VI. Conceptrapport Tommy..................................................................................................................21

VII. Conceptrapport Yorrick..................................................................................................................21

IX. Excel begroting................................................................................................................................21


1. Inleiding

Het huidige ontwerp van de Smoothiefiets bestaat uit een buizen frame welke aan elkaar zijn bevestigd doormiddel van een aantal koppelstukken. De aandrijving gebeurd door een fietsketting van de pedalen naar het vliegwiel welke met een wieltje, gelijk aan dat van een dynamo, de blender aandrijft. In figuur 1 is het huidige ontwerp van de Smoothiefiets te zien.

Er zal tijdens het herontwerpen van de Smoothiefiets worden gekeken naar 2 aspecten, het frame en de aandrijving. Dit zijn beide onderdelen waar nog extra aandacht aan besteed moet worden om het eindconcept zo goed mogelijk te krijgen. Deze delen zijn onderverdeeld in 3 stukken, welke ieder door 2 of 3 groepsleden wordt bekeken. Er al worden gekeken naar de aandrijving, van zowel de pedalen naar het vliegwiel als van het vliegwiel naar de blender. De rest van de groep kijkt naar het frame, dit is onderverdeeld in de sterkte/stijfheid van het frame en de ergonomie van de gebruiker.

Dit rapport zal ieder individueel eindconcept behandelen dat door de projectleden is voorgelegd, vervolgens wordt het gekozen eindconcept uitgelegd en per onderdeel onderbouwd aan de hand van berekeningen en eventuele voorbeelden. Tot slot wordt de voorlopige begroting uitgelicht, dit zijn de kosten welke tot nu toe bekend zijn.

Figuur 1: Huidig ontwerp Smoothiefiets

Project Smoothiefiets Ontwerprapport Pag. 5

2. Individuele concepten

In dit hoofdstuk staan alle eindconcepten van de projectleden beschreven, het gehele van conceptrapport van ieder groepslid staat in de bijlagen.

Er zal worden begonnen met de aandrijving en vervolgens het frame, deze onderverdeeld in ergonomie en de sterkte en stijfhied.

2.1 Ergonomie

Het gehele frame is door 4 projectleden bekeken, hiervan hebben 2 leden naar de ergonomie gekeken, hieronder staan de concepten van beide beschreven.

2.1.1 Concept Robert-Jan

Het concept gekozen is gebaseerd op de verstelbaarheid van de fiets. Het hele proces van iemand op de fiets krijgen en de smoothie maken mag maar 5 minuten zijn. Met behulp van een pen verbinding kan dit heel snel. De gaten zullen op bepaalde hoogtes komen met een tussen sprong van 4 inches er tussen. Dit zorgt voor niet al te veel gaten maar toch een goed draagvlak voor de wijde doelgroep. Het stuur zal ook met een pin in hoogte verstelbaar zijn. De hoek van de stuur kan in dit concept aangepast worden met een hand instelbare stuurpen.

Voordelen:- Hoogte van het zadel snel instelbaar- Hoogte van het stuur snel instelbaar- Hoek van het stuur snel instelbaarPrettige fiets houding voor de meeste fietsers

Nadelen:


- Om het zadel en stuur in te stellen met een split pen zijn er meerdere stappen nodig in het productie proces en dit kost meer tijd en geld

2.1.2 Concept Richard

Figuur 2: Snelspanner

Het gekozen concept bestaat uit het gebruik van een snelspanner om het zadel en het stuur te kunnen instellen. Het voordeel van een snelspanner is zoals de naam al zegt er snel een aanpassing aan de hoogte van het zadel of stuur gedaan kan worden. Een nadeel van dit systeem is dat de zadelpen alleen op klem wordt vastgehouden dit kan voor problemen zorgen bij zwaardere personen. Ook is het lastig om het zadel en het stuur precies op hoogte te stellen, dit zal opgemeten moeten worden of er zal een maattabel op bijvoorbeeld de zadelpen en stuurpen gemaakt moeten worden om snel de juiste hoogte in te stellen. Bij dit concept zal de zadelbuis op een hoek van 70o staan en de stuurbuis op 63o dit is zodat het stuur en zadel als het ware in een V-vorm staan hierdoor wordt bij het verstellen van de hoogte van zowel zadel als stuur ook de horizontale afstand hiervan vergroot of verkleind.

Figuur 3: Concept Richard, vorm frame


2.2 Frame

Om de sterkte, stijfheid en stabiliteit van de Smoothiefiets te verzekeren is er door 2 projectleden een concept bedacht voor het verbeteren van het frame.

2.2.1 Concept Arie

Dit concept maakt gebruik van het frame zoals ontworpen in WH3.1. om het verstevigen zijn op cruciale punten extra buizen aangebracht. Om het aantal verbindingsstukken te verlagen is de geometrie aangepast waardoor meerdere onderdelen op dezelfde plaats samenkomen. Om in het ondervlak meer stijfheid te krijgen wordt hier een kruis aangebracht, een zo genoemd windverband. De stabiliteit wordt verhoogd door aan de voorzijde de onder plaat te verbreden

Figuur 4: Eindconcept Arie


2.2.2 Concept Corné

Het gekozen concept bestaat uit een zitbuishoek van 70 graden, en de diameter van deze buis is 32x29mm. Hierdoor is het mogelijk om er een zadelbuis van 28,6mm in te plaatsen. De buizen van het frame hebben allemaal dezelfde diameters, wat vooral het design ten goede komt. Als voet/steun worden er kunststof balken gebruikt. Dit gaat lang mee, kan van gerecycled materiaal worden gemaakt, en is relatief niet duur. Aan het bracket-verbindingsstuk komt een vierde buis die ervoor zorgt dat er geen grote krachten en momenten op het bracket komen te staan, waardoor deze geen scharnierend effect gaat krijgen. De verbindingsstukken worden alleen met PLA/PHA geprint, maar door de verschillende percentages in vulling, is het mogelijk om de sterkte per onderdeel te variëren.

Figuur 5: Onderdeel eindconcept Corné


2.3 Aandrijving

Er is door drie projectleden een eindconcept voor de aandrijving gemaakt, deze zullen hieronder verder worden uitgelicht.

2.3.1 Concept Falko

Doormiddel van een tandriem wordt de beweging van de pedalen overgebracht naar het vliegwiel, dit type overbrenging wordt steeds meer gebruikt en is zeer betrouwbaar. Het vliegwiel bestaat uit een kale velg van een fiets en zal eventueel worden verzwaard doormiddel van gewichten op de spaken of in de velg. In de velg wordt een V-snaar gelegd zoals ook op een motor van een auto te vinden is, deze zal rond een kleiner wiel draaien welke is verbonden met de blender. Dit wiel is vergelijkbaar met een poelie wiel op de dynamo van een auto, de V-snaar zal worden gespannen door het poelie wiel omhoog te bewegen. Doormiddel van een haakse overbrenging en een eventuele extra set tandwielen word de as met de blender verbonden.

Voordelen- Geen kans op slip- Geen vieze/geoliede onderdelen- Vrijwel geen onderhoud

Nadelen- Formaat V-snaar niet overal verkrijgbaar- Haakse overbrenging heeft rendementverlies

2.3.2 Concept Tommy

In dit concept wordt gebruik gemaakt van een ketting en tandwielset welke vervolgens met een fietswiel en dynamowieltje de juiste eindoverbrenging garanderen. Met dit concept wordt ligt de nadruk op goedkope en simpele oplossingen. De onderdelen zijn goedkoop en snel te verkrijgen.

Voordelen:- vrijwel geen energieverlies door weinig bewegende delen-eenvoudig te produceren-onderhoud is minimaal, simpel en goedkoop-erg goedkoop wat ingekochte en gefabriceerde onderdelen betreft

Nadelen:-het is niet zozeer innovatief-mogelijkheid op slip


Figuur 6: Eindconcept Falko

Figuur 7: Eindconcept Tommy

2.3.3 Concept Yorrick

Het voorstel voor de aandrijving is een combinatie tussen het mechanische en mechanisch ondersteunde concept, omdat deze nog wel het gebruik van inspanning vereisen. Het geheel wordt geheel mechanisch aangedreven, om de kosten van de fiets te drukken. In plaats van een vast gemonteerde blender wordt een blendermodule ontworpen welke op een bagagedrager gemonteerd kan worden. Met vleugelmoeten moet deze module versteld kunnen worden zodat het RVS wieltje altijd tegen de band aanloopt. Het dynamoprincipe wordt hier dus nog steeds toegepast. De as van de blender wordt aan deze dynamo gekoppeld.


Figuur 8: Concept Yorrick, aandrijving blender

3. Gekozen eindconcept

Het gekozen eind concept is gebaseerd op 21 concepten die door de projectleden zijn bedacht. Van deze 21 concepten koos elk lid zijn beste concept doormiddel van een keuzematrix. Met deze tabellen bleven er zeven concepten over , hieruit is het eindconcept voor de Smoothiefiets gekomen.

De projectgroep werd opgesplitst in twee groepen, aandrijving en frame, dit hoofdstuk is op dezelfde manier opgesplitst. Na een korte uitleg betreft het gekozen eindconcept zal ieder deel waar mogelijk nog twijfel over is verder worden uitgelicht met berekeningen en voorbeelden.

3.1 Frame

Wat een grote rol voor het frame speelde was de ergonomie van de gebruiker. Om het zo comfortabel mogelijk te maken voor de gebruiker is er gekozen om de zadelbuis op een hoek van 70o te zetten en de stuurbuis op 63o. De doelgroep van de Smoothiefiets is heel erg breed en om iedereen binnen deze groep te kunnen accommoderen moest de fiets verstelbaar zijn. Dit wordt doormiddel van snelspanners gedaan, deze zijn gebruiksvriendelijk en heel erg goedkoop. De hoek van het stuur zal worden aangepast door het gebruik van een hand instelbare stuurpen.

Het originele concept had op een aantal plekken gebrek aan stijfheid. Om dit op te lossen zijn er een aantal nieuwe buizen bijgekomen en zijn sommige verdwenen. De diameter van de zitbuis is 32mm met een wanddikte van 3mm. De buizen van het frame hebben allemaal dezelfde diameter, dit geeft een netter uiterlijk en scheelt in aanschafkosten. Voor de steunen op de grond is gekozen voor kunststof balken. Het bracket-verbindingsstuk krijgt een vierde buis die de krachten op het verbindingsstuk zal reduceren, het scharnierende effect zal hierdoor aanzienlijk minder worden. De verbindingsstukken worden geprint met PLA/PHA in combinatie met een carbonvezel verbinding om het materiaal te verstevigen..


Er is ook gekeken hoe het frame geoptimaliseerd kan worden waardoor zo min mogelijk koppelstukken geprint hoeven te worden. Om dit te kunnen realiseren is de geometrie van de achterste stabilisatie stangen veranderd. Bij het voorwiel zijn 2 buizen toegevoegd om het torderen op de middelste buis tussen het stuur en het zadel tegen te gaan. De positie van de grondbalken is veranderd, de middelste balk is meer naar voren geschoven en de voorste balk is breder gemaakt voor meer stabiliteit.

3.2

3.2

3.2

3.2

3.2

3.2

3.2Aandrijving

De aandrijving kan opgesplitst worden in 2 onderdelen, de overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel en van het vliegwiel naar de blender. De overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel zal worden gedaan doormiddel van tandwielen met een ketting. Dit type overbrenging wordt al jaren gebruikt en is relatief goedkoop en zeer betrouwbaar. De afwegingen om dit systeem te gebruiken waren ondanks een minder innovatief design en het feit dat er een kettingkast omheen moet, voornamelijk de kosten, de aanschafprijs van een riem overbrenging of cardanas zijn niet realistisch voor dit project.

Het eindontwerp voor de overbrenging van het grote wiel naar de blender is mechanisch. Het geheel wordt geheel mechanisch aangedreven, om de kosten van de fiets te drukken. In plaats van een vast gemonteerde blender wordt een blendermodule ontworpen welke op een bagagedrager gemonteerd kan worden. Met vleugelmoeren kan deze module worden versteld zodat het RVS wieltje altijd met de optimale druk tegen de band aanloopt, het dynamoprincipe wordt hier dus nog steeds toegepast. De as van de blender wordt aan het wieltje gekoppeld.


4. Verantwoording eindconcept

In dit hoofdstuk zullen aan de hand van berekeningen en eventuele voorbeeld de cruciale delen van het ontwerp worden verantwoord.

4.1 Ergonomie

In dit hoofdstuk wordt de ergonomische opbouw van een fietsframe beschreven. Omdat op de smoothiefiets mensen van tussen de 1,50m-2,00m moeten kunnen fietsen is het van belang dat het frame snel aangepast kan worden aan de verschillende lengtes van mensen. De belangrijkste delen aan de fiets die instelbaar moeten zijn:

De zadelhoogte ten opzichte van de trapas. De stuurhoogte ten opzichte van het zadel (ongeveer 50 mm hoger). De afstand tussen het stuur en de punt van het zadel.

Hieronder zullen de minimale en maximale maten waar het frame aan moet kunnen voldoen beschreven worden. De concepten zullen hierna gebaseerd worden op de informatie die is gevonden in dit hoofdstuk. De minimale en maximale maten die in dit hoofdstuk beschreven worden, moeten gezien worden als eisen aan het frame.

Afbeelding 1: overzicht lengte t.o.v. framemaat.


In afbeelding 1 is te zien dat om het frame goed te krijgen voor zowel mensen van 1,50m als 2,00m de framemaat van 49 en 65 gehaald moet worden.

4.2 Frame

In dit subhoofdstuk zal de afmeting van een fiets zijn met een framemaat van 49cm en 65cm. Door de verschillen in afmetingen tussen deze frames op te meten is het mogelijk om te bepalen hoeveel de zadelpen, stuurpen en afstand tussen het stuur en zadel ingesteld dienen te worden.

Afbeelding 2: schema met afmetingen voor een fietsframe van maat 50 t/m 65.

Uit bovenstaande afbeelding blijkt dat bij een framemaat van 50 de zadelbuis 475 mm moet zijn. De afstand tussen het zadel en het stuur dient 519 mm te zijn. Bij een framemaat van 65 zijn deze lengtes respectievelijk 645 mm en 603 mm.

De verschillen tussen de zadelbuis lengtes is 645-475 = 170 mm. Het zadel dient dus ten minste 170 mm ingesteld te kunnen worden. Omdat het hier gaat om framemaat 50 in plaats van 49 zal er met een lengte van 200 mm gerekend worden. Bij de heer Verkuilen op de kamer heeft de projectgroep de lengte van de zadelpen van een vouwfiets opgemeten. Deze had een verstel lengte van ongeveer 290 mm. Een zadelpen met een minimale verstellengte van 200 mm lijkt op het eerste gezicht dus geen probleem te geven voor ons ontwerp. Een persoon van 2 meter heeft gemiddeld een binnenbeenlengte van ongeveer 950 mm. Als de trapas zich 300 mm boven de grond bevind is de maximale zadelhoogte 300+475+200 is 975 mm, dit is dus voldoende.

Voor de afstand tussen het zadel en het stuur kan dezelfde rekenmethode gebruikt worden. Hier geld dan 603-519 = 84 mm. Het stuur dient dus op zijn minst 84 mm naar voren of naar achteren versteld te kunnen worden. Omdat het hier gaat om framemaat 50 in plaats van 49 zal er met een lengte van 100 mm gerekend worden.

Het stuur moet ten alle tijden ongeveer 50 mm boven het zadel staan. Voor de hoogte verstelling van het stuur kan dus dezelfde lengte als voor de hoogteverstelling van het zadel genomen worden. Namelijk 200 mm.


Bij de concepten twee en drie is het idee om het stuur en het zadel in een soort V-vorm te zetten. Door de hoek tussen het zadel en het stuur wordt dan door het stuur en zadel in hoogte te verstellen, ook meteen de horizontale afstand tussen het zadel en het stuur aangepast. Omdat de zadelhoek is vastgesteld op 70 graden in ons ontwerp moet alleen nog de hoek van het stuur berekend worden. Dit kan gedaan worden door de tangens van de verticale afstand gedeeld door horizontale afstand te nemen

tan−1( 200100 )=afgerond63 gradende hoek van het stuur ten opzichte van de verticale lengteas moet dus 63 graden zijn.

Al mijn concepten zijn gebaseerd op het frame dat de projectgroep in blok één van dit project hebben ontworpen. Het basisframe zal de afmeting hebben die overeen komt met een fietsframe van maat 49. Voor grotere personen zal daardoor het zadel en stuur omhoog gesteld moeten worden en het stuur tevens ook naar voren. Dit kan vergeleken worden met een frame van een vouwfiets wat vaak ook klein is met een grote verstelbaarheid. Alle drie de concepten zullen voldoen aan de eisen die gesteld zijn in het PVE en de eisen aan het frame die uit dit hoofdstuk zijn voortgekomen.

Afbeelding 3: eerste ontwerp smoothiefiets.


Pedalen Crankstel Kettingblad 52T Ketting Kettingblad 16T Vrijloopnaaf Velg 28" Binnenband/Buitenband RVS Dynamo

4.3 Aandrijving

Hieronder wordt het ontwerp van de aandrijving behandeld. Ook worden de onderdelen die moeten worden ingekocht voor de aandrijving gespecificeerd.

Blokschema aandrijving

4.3.1 Technische specificaties

Om binnen een redelijke tijd (2 minuten) een egale smoothie te verkrijgen moet in de blenderkan minimaal 9.000 RPM worden behaalt. Een dergelijk hoog toerental zorgt voor een trechter welke de stukken fruit naar de messen van de blender kan toe trekt. Daarnaast mag er in dit deel van de overbrenging niet te veel verlies ontstaan.

Overbrenging, theoretisch.

In een sportschool wordt voor cardiovasculaire training een trapsnelheid van tussen de 80 en 100 RPM aangehouden. Er wordt een aanname gedaan dat de gebruiker trapt met een toerental van 90 RPM op de Smoothiefiets.

Trapsnelheid = 90 RPM Tandwielverhouding i = 52/16 Diameter Dynamowiel = 20mm Diameter Fietswiel = 28” = 711,2 mm

Verhouding J fietswiel , dynamowiel=711,220

=35,56

RPM blender kan=90∗5216

∗35,56=10.401 RPM

Het benodigde toerental wordt dus, zonder verliezen, gehaald. Een gebruiker trapt nooit constant 90 RPM maar wisselt hierin iets. Het toerental zal dus soms iets hoger en soms iets lager liggen.


Rolweerstand en slip

De hoogste versnelling vind plaats wanneer men van startpositie begint te trappen. In deze enkele slag van ongeveer één seconde worden de trappers ca. 2rad (115 graden) verplaats. Zo kunnen we stellen dat:

diameter wiel=0,7112mradiuswiel=0,3556mθ0 trappers=0radθ1 trappers=2 radθ1 trappers∗52

16=θ1 fietswiel=2

rad∗5216

=6,5rad t 0=0 st 1=1 s

ω1trappers=θ1 trappers∗t1=2rad∗1 s=2 rad /sω1 fietswiel=θ1 fietswiel∗t 1=6,5 rad∗1 s=6,5 rad /s

v1 fietswiel=ω1 fietswiel∗r fietswiel=6,5 rad /s∗0,3556m=2.3m / s

a1 fietswiel=v1 fietswielt 1

=2,3m /s1 s

=2,3m /s2

Wat er vervolgens nodig is de soortelijke weerstand in een eenheid van kilogram, van de blender. Deze gaat maal de acceleratie van 2,3m/s2 om zo de kracht Ff te bepalen.

F f=m∗2,3m /s2

Fn=F f∗μs=F f∗1,35

Fn is dan vervolgens de kracht waarmee het wieltje tegen de fietsband moet worden gespannen om een slip loos gebruik te garanderen tijdens maximale acceleratie terwijl de bijgekomen rolweerstand minimaal is. Echter is de soortelijke weerstand niet te verkrijgen.

Dit maakt uiteindelijk niet uit, omdat het veel eenvoudiger is om gewoon de wielen te monteren, en te testen of het wiel slipt of niet. Als deze slipt wordt deze strakker aangespannen. We weten doordat een andere Smoothiefiets hetzelfde systeem1 gebruikt dat dit ver binnen de realistische proporties zal blijven, en dit is beter praktisch instelbaar en definieerbaar dan theoretisch.

1 https://nl.wikipedia.org/wiki/Wrijvingsco%C3%ABffici%C3%ABnt


https://nl.wikipedia.org/wiki/Wrijvingsco%C3%ABffici%C3%ABnt

4.3.2 Prijsopgaaf indicatieProcesblok Product PrijsPedalen Dyto pedalen 14.2mm €8,99Crankstel Crankstel Sunrace 52T

Trapas Sunrace 136€42,-€23,79

Kettingblad Inbegrepen CrankstelKetting Fietsketting Dyto €6,99Kettingblad 16t Rodi alu velg Freestyle €17,99Vrijloopnaaf Quando achternaaf €9,10Wiel 28” Velg €50Binnen/Buitenband Set €30RVS Dynamo RVS

Bewerking€30€10

Het totaal bedrag van de indicatie voor de aandrijving komt uit op ongeveer €230.


5. Begroting

Om nog binnen dit jaar alle benodigde onderdelen en materialen te kunnen factureren is een begroting gemaakt van de te maken kosten, zodat er budget kan worden vrijgemaakt en kan worden gestart met de inkoop. Deze begroting moest door de tijdsdruk vanuit de Gemeente ingeleverd worden voordat het eindontwerp doorgerekend is. Echter zal de prijs niet veel verschillen van het eindontwerp.

5.1 Additive Manufacturing

Een groot onderdeel van het eindontwerp is Additive Manufacturing. Met het programma Cura, wat gebruikt wordt om onderdelen in een Ultimaker te laden, zijn berekeningen gemaakt van de kosten per onderdeel. Voor de volledige begroting zie Bijlage II: Begroting Smoothiefiets.

Hieronder worden de meest relevante uitkomsten weergegeven voor het printen op 20%, 50% en 100% vulling.

Tabel 1 Additive Manufacturing

Printtijd (dagen) Materiaal (g) x100 Prijs €0

20406080

100120140160180200

Additive Manufactur ing20% 50% 100%

De conclusie die kan worden getrokken is dat het verschil in prijs niet heel extreem is (€50 - €200 max.), maar dat het vooral in de printtijd zit. Op een 100% vulling duurt het bijna 4 maanden om alle onderdelen te fabriceren.

5.2 Investering Ultimaker

Er wordt aan de gemeente Den Haag geadviseerd om te investeren in een Ultimaker 2, 3D printer. De investeringskosten bedragen €2292,50 en zijn goedkoper dan het uitbesteden van het printen. Per fiets zal het bedrag laag zijn na deze investering. Ook kan de Ultimaker 2 gebruikt worden om modellen van gebouwen of andere projecten van de gemeente Den Haag te maken.

De kosten van het uitbesteden van het 3D printen bedragen €2500,- per fiets.



5.3 Overige kosten

De overige kosten per Smoothiefiets zijn weergegeven in de onderstaande tabel. Dit is inclusief het filament van het printen, maar zonder de investeringskosten van een Ultimaker of de kosten van het uitbesteden van de print. Er is onderscheid gemaakt in goedkope, gemiddeld geprijsde en dure onderdelen. In het eindconcept kunnen onderdelen gemixt worden. De schatting is dat de prijs per fiets rond de €800 euro zal liggen.

Goedkoop €560,- Gemiddeld €880,- Duur €1327,-

150 181.9 20029.7 45.69 57157.85343.15

58899

114.5

138

122.62

198.98

373.18

Kosten in onderdelen per fiets

Printmateriaal Staaf Aandrijving Elektrisch Overig


6. Conclusie

Dit ontwerprapport beschrijft het herontwerp proces van de Smoothiefiets. Dit is gebeurd door de projectgroep op te delen over drie onderdelen van de fiets, het deel aandrijving en het frame, dit is onderverdeeld in de ergonomie en de sterkte, stijfheid van het frame.

Ieder lid van de project groep heeft ideeën verzameld voor een oplossing van het onderdeel van de fiets. Hier zijn doormiddel van een morfologisch overzicht drie concepten per lid van gemaakt waarvan doormiddel van een keuzematrix één eindconcept per lid naar voren is gebracht.

Vervolgens is er met de gehele groep uitvoerig overlegd welk concept per onderdeel het beste is, eventueel door concepten samen te voegen. Doormiddel van een goede onderbouwing is vervolgens gekozen voor het uiteindelijke eindontwerp.

Dit ontwerp zal ergonomisch verstelbaar zijn doormiddel van een in hoogte verstelbaar zadel en een stuur dat doormiddel van een hand verstelbare stuurpen horizontaal en verticaal te verstellen is. Het frame zelf is in vorm zodanig aangepast dat het alle mogelijke krachten op kan vangen, dit doormiddel van een aantal extra buizen en door de blaken van de ondervloer te verlengen voor meer stabiliteit. Er is tevens ook berekend of de koppelstukken de kracht kunnen hebben, hieruit is een positief antwoord gekomen wat middels een krachtproef nog extra getest zal worden.De aandrijving zal gebeuren doormiddel van een ketting met tandwielen, dit zal vanwege veiligheid worden ombouwt door een kettingkast. Deze ketting draait een vliegwiel aan, dit is een velg met binnen en buitenband, hiertegen wordt een soort dynamowiel geplaatst welke de blender aandraait.

Tot slot is er een begroting gemaakt en een berekening gedaan voor de printtijd, hieruit is gebleken dat het kopen van een printer goedkoper is dan het laten printen van de onderdelen. Tevens zullen de onderdelen niet met 100% vulling geprint worden, dit neemt te veel tijd in beslag. Dit zal afhankelijk van de krachten in het koppelstuk worden gedaan op een ander percentage.


Bijlagen

I. Conceptrapport Richard

II. Conceptrapport Robert-Jan

III. Conceptrapport Arie

IV. Conceptrapport Corné

V. Conceptrapport Falko

VI. Conceptrapport Tommy

VII. Conceptrapport Yorrick

IX. Excel begroting


I. Conceptrapport Richard

Persoonlijk conceptenrapport Smoothiefiets

Thema Optimalisatie

Delft, 07-12-2015 Gemeente Den Haag

Richard Vonk Tom Voorma

Inhoudsopgave.

Inleiding..................................................................................................................................................3

1. Ergonomische opbouw frame........................................................................................................4

1.1. Framemaat 49 & 65 centimeter.............................................................................................5

2. Concept 1.......................................................................................................................................7

3. Concept 2.......................................................................................................................................9

4. Concept 3.....................................................................................................................................10

5. Keuzetabel....................................................................................................................................12

6. Conclusie......................................................................................................................................13

Bronnen................................................................................................................................................14

Inleiding.

Dit persoonlijk ontwerprapport is geschreven ten behoeve van het schoolblok WH3.2. aan de Haagse Hogeschool te Delft. Dit blok heeft als thema optimalisatie, de projectgroep heeft als doel om voor de gemeente Den Haag een smoothiefiets te optimaliseren. De projectgroep heeft vorig blok deze fiets uitgedacht en hier zal dit blok verder mee worden gegaan. Aan het einde van dit blok zal de groep een definitief ontwerp, productieplan en een prototype opleveren aan de opdrachtgever.

Dit verslag is onderdeel van de ontwerpfase en bevat drie concepten van verbeteringen die naar mijn inziens het huidige ontwerp optimaliseren. De projectgroep heeft de fiets opgedeeld in twee kleinere groepen van vier en drie personen. Waarbij de groep van vier personen naar het ontwerp van het frame en de ergonomie kijken de andere groep bekijkt de optimalisatiemogelijkheden van de aandrijving. Dit verslag zal daarom 3 concepten bevatten van optimalisatiemogelijkheden aan het frame.

1. Ergonomische opbouw frame.

In dit hoofdstuk wordt de ergonomische opbouw van een fietsframe beschreven. Omdat op de smoothiefiets mensen van tussen de 1,50m-2,00m moeten kunnen fietsen is het van belang dat het frame snel aangepast kan worden aan de verschillende lengtes van mensen. De belangrijkste delen aan de fiets die instelbaar moeten zijn:

De zadelhoogte ten opzichte van de trapas. De stuurhoogte ten opzichte van het zadel (ongeveer 50 mm hoger). De afstand tussen het stuur en de punt van het zadel.

Hieronder zullen de minimale en maximale maten waar het frame aan moet kunnen voldoen beschreven worden. De concepten zullen hierna gebaseerd worden op de informatie die is gevonden in dit hoofdstuk. De minimale en maximale maten die in dit hoofdstuk beschreven worden, moeten gezien worden als eisen aan het frame.

Afbeelding 4: overzicht lengte t.o.v. framemaat.

In afbeelding 1 is te zien dat om het frame goed te krijgen voor zowel mensen van 1,50m als 2,00m de framemaat van 49 en 65 gehaald moet worden.

1.1. Framemaat 49 & 65 centimeter

In dit subhoofdstuk zal de afmeting van een fiets zijn met een framemaat van 49cm en 65cm. Door de verschillen in afmetingen tussen deze frames op te meten is het mogelijk om te bepalen hoeveel de zadelpen, stuurpen en afstand tussen het stuur en zadel ingesteld dienen te worden.

Afbeelding 5: schema met afmetingen voor een fietsframe van maat 50 t/m 65.

Uit bovenstaande afbeelding blijkt dat bij een framemaat van 50 de zadelbuis 475 mm moet zijn. De afstand tussen het zadel en het stuur dient 519 mm te zijn. Bij een framemaat van 65 zijn deze lengtes respectievelijk 645 mm en 603 mm.

De verschillen tussen de zadelbuis lengtes is 645-475 = 170 mm. Het zadel dient dus ten minste 170 mm ingesteld te kunnen worden. Omdat het hier gaat om framemaat 50 in plaats van 49 zal er met een lengte van 200 mm gerekend worden. Bij de heer Verkuilen op de kamer heeft de projectgroep de lengte van de zadelpen van een vouwfiets opgemeten. Deze had een verstel lengte van ongeveer 290 mm. Een zadelpen met een minimale verstellengte van 200 mm lijkt op het eerste gezicht dus geen probleem te geven voor ons ontwerp. Een persoon van 2 meter heeft gemiddeld een binnenbeenlengte van ongeveer 950 mm. Als de trapas zich 300 mm boven de grond bevind is de maximale zadelhoogte 300+475+200 is 975 mm, dit is dus voldoende.

Voor de afstand tussen het zadel en het stuur kan dezelfde rekenmethode gebruikt worden. Hier geld dan 603-519 = 84 mm. Het stuur dient dus op zijn minst 84 mm naar voren of naar achteren versteld te kunnen worden. Omdat het hier gaat om framemaat 50 in plaats van 49 zal er met een lengte van 100 mm gerekend worden.

Het stuur moet ten alle tijden ongeveer 50 mm boven het zadel staan. Voor de hoogte verstelling van het stuur kan dus dezelfde lengte als voor de hoogteverstelling van het zadel genomen worden. Namelijk 200 mm.

Bij de concepten twee en drie is het idee om het stuur en het zadel in een soort V-vorm te zetten. Door de hoek tussen het zadel en het stuur wordt dan door het stuur en zadel in hoogte te

verstellen, ook meteen de horizontale afstand tussen het zadel en het stuur aangepast. Omdat de zadelhoek is vastgesteld op 70 graden in ons ontwerp moet alleen nog de hoek van het stuur berekend worden. Dit kan gedaan worden door de tangens van de verticale afstand gedeeld door horizontale afstand te nemen

tan−1( 200100 )=afgerond63 gradende hoek van het stuur ten opzichte van de verticale lengteas moet dus 63 graden zijn.

Al mijn concepten zijn gebaseerd op het frame dat de projectgroep in blok één van dit project hebben ontworpen. Het basisframe zal de afmeting hebben die overeen komt met een fietsframe van maat 49. Voor grotere personen zal daardoor het zadel en stuur omhoog gesteld moeten worden en het stuur tevens ook naar voren. Dit kan vergeleken worden met een frame van een vouwfiets wat vaak ook klein is met een grote verstelbaarheid. Alle drie de concepten zullen voldoen aan de eisen die gesteld zijn in het PVE en de eisen aan het frame die uit dit hoofdstuk zijn voortgekomen.

Afbeelding 6: eerste ontwerp smoothiefiets.

2. Concept 1.

In dit hoofdstuk wordt concept één uitgewerkt. Dit concept bevat een verstelbare stuurpen en zadelpen die gefixeerd kan worden door middel van een snelspanner. Deze is te zien in afbeelding 4 en wordt ook vaak toegepast op vouwfietsen en mountainbikes.

Afbeelding 7: snelspanner om zadel en stuur te verstellen.

Het voordeel van een snelspanner is zoals de naam al zegt er snel een aanpassing aan de hoogte van het zadel of stuur gedaan kan worden. Een nadeel van dit systeem is dat de zadelpen alleen op klem wordt vastgehouden dit kan voor problemen zorgen bij zwaardere personen. Ook is het lastig om het zadel precies op hoogte te stellen, dit zal opgemeten moeten worden of er zal een maattabel op bijvoorbeeld de zadelpen gemaakt moeten worden om snel de juiste hoogte in te stellen.

Afbeelding 8: voorbeeld van een verstelbaar stuur doormiddel van een klemverbinding.

Bij dit concept zal het stuur naar voren kunnen worden gesteld doormiddel van een verstelbaar stuur (afbeelding 5). Deze werkt net als de snelspanner met een klem die je los kunt halen waardoor het stuur naar voren kan roteren om de as boven het balhoofd.

Nadelen aan dit systeem zijn net als bij de snelspanner dat het stuur wel versteld kan worden maar een precieze afstand moeilijk in te stellen is. Een tweede nadeel is dat hoe verder het stuur naar

voren gezet wordt hoe lager het stuur komt te staan waardoor de stuurpen ook weer versteld moet worden.

Een tweede optie om het stuur te verstellen is door de handvatten van het stuur te verstellen zoals te zien is in afbeelding 6. Dit stuur kan naar achter versteld worden om de afstand tussen het stuur en zadel te verkleinen. Als deze optie gekozen wordt is het wel van belang dat de afstand tussen het zadel en het stuur niet op de minimale maar maximale maat gebruikt wordt. Dit omdat dit stuur de afstand alleen kan verkleinen en niet vergroten.

Afbeelding 9: voorbeeld van een stuur met verstelbare handvatten.

3. Concept 2.

Bij dit concept wordt het ontwerp aangepast zodat het stuur en zadel als het ware in een V-vorm staan hierdoor wordt bij het verstellen van de hoogte van zowel zadel als stuur ook de horizontale afstand hiervan vergroot of verkleind. Dit systeem word toegepast op sommige hometrainers. Een schematische weergave hiervan is te zien in afbeelding 7.

Afbeelding 10: schematische weergave van de V stand tussen het zadel en stuur.

Om het zadel en stuur te verstellen en te fixeren wordt er gebruik gemaakt van een systeem dat vaak ook wordt gebruikt op hometrainers namelijk het fixeren met een pin door een gat in het frame en zadel of stuurpen zoals in afbeelding 8. Dit systeem kan snel ingesteld worden op de juiste hoogte omdat de gaten op vaste afstanden zitten (50 mm). Een nadeel kan zijn dat de gaten te ver uit elkaar zitten waardoor de verstelbaarheid beperkt wordt maar dit hoeft niet perse het geval te zijn.

Afbeelding 11: stelsysteem met pin.

4. Concept 3.

Bij concept 3 wordt het huidige ontwerp compleet overboord gegooid en komt er een frame wat compleet van aluminium wordt en wordt afgelast. Een voorbeeld van dit frame is te zien in afbeelding 9. Het zadel en stuur zullen vastgezet worden doormiddel van het stelsysteem zoals dit in het vorige concept is uitgelegd. De buizen in dit ontwerp zijn rond 35x3. Deze hebben een doorsnede oppervlakte van 301 mm2 dit geeft een weerstand teken druk/trek van 36,12 KN dit door een treksterkte van minimaal 120 N/mm2 bij het materiaal EN-AW 6060 wat normaal gebruikt wordt voor aluminium profielen.

Een groot nadeel aan dit concept is dat het een compleet nieuw ontwerp is waardoor sterkteberekeningen en eventueel gekozen productiemethodes opnieuw onderzocht moeten worden. Ook wordt er in dit ontwerp geen rekening gehouden met additive manufacturing waardoor het ook minder innovatief is.

Afbeelding 12: Aluminium frame.

Afbeelding 13: aluminium frame met afmetingen.

5. Keuzetabel.

Nr. Eis Omschrijving Context ideaal Concept 1 Concept 2 Concept 31 Productieklaar ontwerp van de

smoothiefiets.Mogelijkheid om een kleine serie (10 stuks) smoothiefietsen te produceren door externe bedrijven. (Eventueel zonder bijdrage van de projectgroep)

X X X x

2 De smoothiefiets moet voldoende krachten aankunnen.

De smoothiefiets moet een gewicht, en duw/trekbewegingen aankunnen zonder dat deze bezwijkt.

X X X X

3 De smoothiefiets geschikt maken voor personen van 12 tot 65 jaar.Verstelbaar

Dit is de gekozen doelgroep waarvoor het ontwerp moet voldoen. Het fietsen op de smoothiefiets moet comfortabel zijn, zodat de gebruiker met plezier zal fietsen.

X X X X

4 Smoothiefiets moet veilig zijn. Tijdens normaal gebruik van de smoothiefiets mogen er zich geen calamiteiten voordoen ten gevolge van het ontwerp van de smoothiefiets.

X X X X

5 Smoothiefiets moet Hygiënisch zijn.

Er moet rekening worden gehouden met de voedselveiligheid, en de gezondheid van de gebruiker.

X X X X

6 Smoothiefiets moet bestand zijn tegen weersomstandigheden.

De smoothiefiets zal buiten in de open lucht gebruikt worden.

X X X X

7 Bijsluiten van een gebruikershandleiding

Voor, tijdens en na het gebruik van de smoothiefiets, moet het duidelijk zijn voor de gebruiker hoe hij met de smoothiefiets om moet gaan

X X X X

8 Messen aandrijven met voldoende snelheid

Bij een te laag toerental ontstaat er geen vortext, en duurt het te lang voordat de smoothie klaar is.

X X X X

Wensen:

1 Fixeren en verstellen Het fixeren van zowel het zadel als stuur gaat makkelijk en kan snel naar de juiste hoogte/afstand versteld worden.

10 8 8 7

2 Additive manufacturing Het toepassen van additive manufacturing op het ontwerp.

6 5 5 2

3 Sterkte frame Het frame is ten opzichte van het huidige ontwerp beter bestand tegen de krachten en momenten.

10 4 4 6

Totaal score 26 17 17 15

Procentueel 100% 68% 68% 60%

6. Conclusie.

Uit de keuze matrix is gebleken dat concept 1 en 2 het best voldoen aan de eisen en wensen die gesteld zijn aan het ontwerp. Hierdoor is er geen duidelijk ontwerp wat aan de hand van de eisen en wensen het beste voldoet.

Om het huidige ontwerp toch zoveel mogelijk in stand te houden lijkt het mij verstandig om concept 1 en 2 te combineren. Hierin zou ik willen adviseren om concept 1 in zijn geheel over te nemen maar het fixeermechanisme van concept 2 (afbeelding 8) over te nemen dit omdat dit beter in te stellen is op vaste hoogtes door de vaste afstand van 50 mm die er tussen de gaten in de zadel en stuurpen zitten.

Als oplossing voor het verstellen van het stuur naar voren en achteren zou ik adviseren om voor optie 1 te gaan (afbeelding 5) waarbij het stuur doormiddel van een klem losgehaald kan worden en dan naar voren geroteerd kan worden. Het nadeel hiervan dat dit ook de hoogte van je stuur beïnvloed is in mijn ogen minder nadelig als de hoek van de handvatten aanpassen. Dit omdat kleinere mensen dan altijd hun handen in een hoek hebben staan tijdens het trappen wat waarschijnlijk als vervelender zal worden ervaren.

Bronnen.

http://www.hetzwartefietsenplan.nl/content/26-framemaat (afbeelding 1)

http://www.fiets.nl/forum/viewtopic.php?f=2&t=39426&hilit=canyon&start=6900 (afbeelding 2)

https://www.fietsenwinkel.nl/blog/verstelbaar-fietsstuur/ (afbeelding 5)

http://nl.aliexpress.com/item/HUMPERT-X-ACT-bike-bicycle-handlebar-adjustable-butterfly-handlebar-folding-handlebar-Long-distance-Rest-handlebar/32344807347.html (afbeelding 6)

https://www.athleteshop.nl/christopeit-cl-1-hometrainer (afbeelding 8)

http://www.mcbboek.nl/MCB_h07/Technische_gegevens.htm (treksterkte aluminium EN-AW 6060)

http://www.mcbboek.nl/MCB_h07/Technische_gegevens.htm

https://www.athleteshop.nl/christopeit-cl-1-hometrainer

http://nl.aliexpress.com/item/HUMPERT-X-ACT-bike-bicycle-handlebar-adjustable-butterfly-handlebar-folding-handlebar-Long-distance-Rest-handlebar/32344807347.html

http://nl.aliexpress.com/item/HUMPERT-X-ACT-bike-bicycle-handlebar-adjustable-butterfly-handlebar-folding-handlebar-Long-distance-Rest-handlebar/32344807347.html

https://www.fietsenwinkel.nl/blog/verstelbaar-fietsstuur/

http://www.fiets.nl/forum/viewtopic.php?f=2&t=39426&hilit=canyon&start=6900

http://www.hetzwartefietsenplan.nl/content/26-framemaat

II. Conceptrapport Robert-Jan

Optimalisatie van het smoothie fiets frame

De smoothie fiets ziet er op het moment zo uit:

De 3 aspecten die in dit verslag geoptimaliseerd worden zijn:

Hoogte instelbare zadel Instelbaar stuur Grondplanken

Optimalisatie van het hoogte instelbare zadel:

Huidige situatie:

Op het moment gebruiken wij een snel klem om de hoogte van het zadel instelbaar te maken. De voordelen en nadelen van deze bevestiging wordt hieronder beschreven.

Voordelen:

- Snel- Goedkoop- Iedereen weet er mee om te gaan

Nadelen:

- Soms is het moeilijk om de hendel van de snel klem vast te zetten- Een exacte hoogte is moeilijk te bepalen- Zadel kan gedraaid komen- Als de klem niet goed bevestigd wordt kan het zadel ondergewicht zakken

Geoptimaliseerd concept:

In dit concept wordt gekozen voor gebruik van een splitpen.

In deze buis zullen gaten gemaakt worden op verschillende zodat hoogtes zodat alle grebruikers geaccommodeerd kunnen worden.

Voordelen:

- Snel- Zadel staat helemaal vast- Goedkoop- Makkelijk bruikbaar

Nadelen:

- Gaten boren kost meer productietijd- Splitpen kan kwijt raken (oplossing: touwtje aanmaken)

Zoals er gezien kan worden in de tabel hierboven is dat de zadel hoogte van de grond niet van toepassing is. Het gaat om de lengte van de trapper naar het zadel. Na diverse meting te doen op verschillende apparaten is er tot conclusie gekomen dat alle hoogtes van de voor geboorde gaten wel anders zijn op verschillend apparaten. We zouden eindeloze hoogtes kunnen maken voor het zadel maar dan zal het instellen te veel tijd kosten. In de tabel zijn binnen beenlengtes ook in Inches aan gegeven en die zijn mooi afgerond. Om onze Smoothiefiets te bematen gaan wij gaten boren om de 2 Inches. Dus 26”, 28”, 30”… 44”.

Optimalisatie van het instelbare zadel:

Huidige situatie:

Op het moment zit het stuur gewoon vast in 1 houding dit kan oncomfortabel worden voor de gebruikers. Dit kan ook invloed hebben op de doelgroep.

Voordelen:

- Zit goed vast en kan niet los schieten- Goedkoop

Nadelen:

- Kan niet aangepast worden voor alle mensen in de 12-65 jaar leeftijdsgroep- Ergonomische onverantwoordelijk

Geoptimaliseerd concept:

In dit concept wordt ook gebruik gemaakt van een splitpen om de hoogte van het stuur in te stellen. Om de hoek in testellen wordt er een hand instelbare stuurpen gebruikt.

Voordelen:

- Hoogte is makkelijk instelbaar- Splitpen is goedkoop- Stuur is compleet instelbaar- Voor een grote doelgroep- Werkt snel

Nadelen:

- Hand instelbare stuurpen is prijzig- Gaten boren in de buis kost meer productietijd- Splitpen kan kwijt raken (oplossing: touwtje aanmaken)

http://www.more4cycling.nl/stuurpen-xlc-comp-a-head-st-t11.html

Optimalisatie van de grondplanken

Huidige situatie:

Op het moment wordt er gebruik gemaakt van 3 planken die ieder twee bevestiging punten accommoderen. Het nadeel hier van is, is dat de tussen liggende buizen nog kunnen torseren. Om dit te kunnen vermijden kan er een grote plaat gebruikt worden die het gewicht verdeeld. Een andere oplossing kan zijn om de planken verder uit te laten steken zodat het frame wijder wordt en daarmee ook stabieler.

3 Verschillende Concepten voor het frame

Concept 1

- Verstelbaar zadel met een klemverbinding

- Verstelbaar stuur met klemverbinding

- Zadel buis geometrie op 70 graden

- 3 Grondplanken

Voordelen:

1. Makkelijk verstelbaar2. Goedkoopst concept3. Lichtgewicht4. Perfect instelbaar voor de gebruiker

Nadelen:

1. Minder stabiel2. Langere tijd met instellen3. De geometrie is gebaseerd op een racefiets dit kan voor de gewone fietser een rare en

vervelede positie zijn4. Geen mogelijkheid om stuurgraden te verandere

Concept 2

- Verstelbaar zadel met een Split pen

- Verstelbaar stuur met split pen


- Grondplanken in de vorm van een kruis

Voordelen:

1. Hoogte van het zadel snel instelbaar2. Hoogte van het stuur snel instelbaar3. Meer stabiel dan het eerste concept4. Prettige fiets houding voor de meeste fietsers

Nadelen:

1. Om het zadel en stuur in te stellen met een split pen zijn er meerdere stappen nodig in het productie proces en dit kost meer tijd en geld

2. Geometrie is niet heel sportief en dat is eigenlijk het doel van dit project3. Geen mogelijkheid om stuurgraden te veranderen

Concept 3

- Verstelbaar zadel met een Split pen

- Verstelbaar stuur met split pen en hand instelbare stuurpen


- De bodemplaat bestaat uit een geheel

Voordelen:

1. Hoogte van het zadel snel instelbaar2. Hoogte van het stuur compleet en snel instelbaar3. Meer stabiel dan het eerste concept4. Sportieve fiets houding5.

Bronnen

http://images.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.loopfietsen.nl%2Fimages%2Floopfietsen_kazam_styler_rood_met_handrem_zadelklem.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.loopfietsen.nl%2Fkazam%2Fstyler-rood-handrem-p-122.html&h=400&w=600&tbnid=RWd6mtyMmWF7EM%3A&docid=0pPcOPOexrU6gM&ei=jnVeVv2-JMb6PP-UteAI&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=109&page=1&start=0&ndsp=45&ved=0ahUKEwj9vZyqrbzJAhVGPQ8KHX9KDYwQrQMIJDAC

https://www.manutan.nl/img/S/GRP/ST/AIG321607.jpg

https://www.internet-bikes.com/producten/bikes/humpert_stuur_omafiets_500mm_chroom_47550.jpg

http://hollandbikeshop.com/images_product_responsive/products_large/JD105.jpg

http://hollandbikeshop.com/images_product_responsive/products_large/JD105.jpg



https://www.manutan.nl/img/S/GRP/ST/AIG321607.jpg




III. Conceptrapport Arie

Arie van der Plas

13113585

InhoudOntwerpvisie.........................................................................................................................................2

Analyse...................................................................................................................................................3

Stijfheid..............................................................................................................................................3

Materiaal...........................................................................................................................................4

Stabiliteit............................................................................................................................................4

Ideeën....................................................................................................................................................5

Concepten..............................................................................................................................................7

Concept 1...........................................................................................................................................7

Concept 2...........................................................................................................................................9

Concept 3.........................................................................................................................................10

Conceptkeuze......................................................................................................................................11

Weegfactoren..................................................................................................................................11

Conclusie..............................................................................................................................................13

Ontwerpvisie

Het project van WH3.2 is een vervolg op het project uit WH3.1. De in WH3.1 ontworpen smoothiefiets zal tijdens dit blok verbeterd worden. De projectgroep is opgedeeld in drie onderdelen namelijk: Ergonomie, aandrijving en frame. Voor ieder onderdeel zullen twee of drie studenten drie nieuwe concepten bedenken. elke student zal daarna in de keuzevergadering zijn beste concept toelichten, waarna er een eindconcept zal worden gekozen/samengesteld.

Het individuele onderdeel waar ik me tijdens de ontwerpfase mee bezig zal houden is het frame. Het frame heeft als functie om samenhang tussen de componenten te creëren en de gebruiker te ondersteunen tijdens het smoothiefietsen. Aan de hand van relevante eisen uit het pakket van eisen (tabel 1.1) is de ontwerpvisie voor het frame opgesteld. De luidt als volgt: Het verbeteren en vereenvoudigen van het in WH3.1 ontworpen frame, zodat deze bestand is tegen weersinvloeden en stijf en stabiel genoeg is om een smoothie te fietsen.

Nr.

Eis Omschrijving Context Waarde / Criterium Toets methode

2 De smoothiefiets moet voldoende krachten aankunnen.

De smoothiefiets moet een gewicht, en duw/trekbewegingen aankunnen zonder dat deze bezwijkt.

Relevante veiligheidseisen en beproevingsmethoden volgens: NEN-EN-ISO 8098 NEN-EN-ISO 4210 NEN-EN 957-10

Relevante Veiligheidseisen en beproevingsmethodes uit de normen toepassen.

4 Smoothiefiets moet veilig zijn.

Tijdens normaal gebruik van de smoothiefiets mogen er zich geen calamiteiten voordoen ten gevolge van het ontwerp van de smoothiefiets.

Stabiliteit volgens Norm: EN 957-10 6.6 (Testing of Stability)Relevante veiligheidseisen volgens: NEN-EN-ISO 8098 NEN-EN-ISO 4210 NEN-EN 957-10EN ISO 12100-1

Gebruikerstest, en op zicht bepalen of alles veilig is.Stabiliteit testen volgens Norm: EN 957-10 6.6 (Testing of Stability)Relevante Veiligheidseisen en beproevingsmethodes uit de normen toepassen.

6 Smoothiefiets moet bestand zijn tegen weersomstandigheden.

De smoothiefiets zal buiten in de open lucht gebruikt worden.

De smoothiefiets mag niet bestaan uit snel oxiderende materialen.

Toepassen en controleren van de onderdelen tijdens het ontwerpen, en assembleren van het prototype.

Tabel 2.1 (pakket van Eisen)

Analyse

Het huidige frame is geanalyseerd en gevisualiseerd met de uitwendige krachten (zie figuur 1,2 en 3) om zo de kritische punten van het ontwerp te bepalen. Voor alle kritische punten zijn nieuwe ideeën bedacht, waarvan er uiteindelijk een aantal worden gebruikt voor de concepten.

Figuur 2 (zijaanzicht frame) Figuur 3 (vooraanzicht frame)

Figuur 9 (bovenaanzicht frame)Figuur 4 (overzicht knooppunten)

Stijfheid

Knooppunt 4Door de kracht op de trappers en de kracht in de ketting ontstaan er in knooppunt 4 de momenten M1 en M2. Moment M1 kan via punt 1 en 3 worden afgedragen, M3 kan enkel via buis 4-5 worden afgevoerd.

Knooppunt 8De kracht F3 die wordt veroorzaakt door de ketting belast de buis 5-6 over de gehele lengte op doorbuiging. De kracht F3 zal uiteindelijk ook voor een deel via punt 4 worden afgedragen.

Materiaal

Het huidige materiaal van de buizen is aluminium, de grootste voordelen van aluminium ten opzichte van staal zijn de corrosie bestendigheid en de soortelijke massa, het grootste nadeel ten opzichte van staal is de sterkte.

De smoothiefiets zal schoongemaakt moeten worden en zal ook buiten worden gebruikt, hierdoor zal deze bestand moeten zijn tegen weersinvloeden. Het gewicht van de smoothiefiets is belangrijk, de fiets zou door 2 mensen in een auto gezet moeten kunnen worden (maximale tilgewicht 2 personen is 50kg). Toch is het gewicht ten opzichte van een stadsfiets voor ons project minder van belang, bij een stadsfiets geld hoe lichter hoe minder energie er nodig is om vooruit te komen, de smoothiefiets hoeft niet vooruit. Een van de andere voordelen van aluminium is de duurzaamheid! de meeste frame breuken komen voor in stalen frames, volgens de theorie klopt dit niet, de grootste oorzaak hiervan is dat stalen frames na beschadiging worden aangetast door roest.

Het materiaal voor de verbindingsstukken is colorfabb XT-CF20 dit is een co-polyester gebaseerd carbon fiber composiet materiaal. Niet alle onderdelen worden even zwaar belast, hier kan mogelijk per onderdeel verschil worden gemaakt in materiaal.

Stabiliteit

de breedte van de voorvork is bij het huidige ontwerp een stuk smaller als de achterkant. Als er wordt gekeken naar bestaande producten, zoals bijvoorbeeld hometrainers, zien we dat deze minder breed zijn uitgevoerd als ons model. De norm NEN-EN-ISO 20957-1 schrijft voor dat bij het uitvoeren van de testen het apparaat niet mag omvallen. Ook bij het normaal gebruik mag de fiets niet omvallen, onder normaal gebruik verstaan we dan dat de gebruiker recht op de fiets zit en niet naar een kant zal leunen of op een andere oneigenlijke manier de balans zal verstoren.

Figuur 10 (plank breder maken voor extra stabiliteit)

Figuur 9 (aanbrengen van een z.g.n. windverband om zijdelingse krachten op te vangen)

Figuur 8 (stuur in frame door laten lopen)

Figuur 7 (ovale buizen om zo in een bepaalde richting een groter weerstandsmoment tegen buiging te hebben)

Figuur 6 ( Door het aanbrengen van een extra buis kan vanuit punt 4 het moment M3 naar beneden worden afgedragen)Figuur 10 (door aanbrengen van extra buis zal buis 5-6 niet langer op buiging worden belast)

Ideeën

Figuur 12 (buis 1-2 verplaatsen zodat deze aansluit op de nieuwe buis die in het verlengde ligt van 4-5 en hiermee een koppelstuk uitsparen)

Figuur 11 (Dunwandige stalen buis, lager gewicht door dunne wand en grotere elasticiteitsmodulus ten opzichte van aluminium)

Figuur 11 (Houten frame, duurzaamheid)

Figuur 13 (nieuwe buis invoegen van punt 3 naar acht en hiermee een koppelstuk uitsparen ten opzichte van figuur 2)

Figuur 13 (nieuwe buis invoegen van punt 3 naar acht en hiermee een koppelstuk uitsparen ten opzichte van figuur 2)

Figuur 12 (buis 1-2 verplaatsen zodat deze aansluit op de nieuwe buis die in het verlengde ligt van 4-5 en hiermee een koppelstuk uitsparen)

Figuur 10 (plank breder maken voor extra stabiliteit)

Figuur 9 (aanbrengen van een z.g.n. windverband om zijdelingse krachten op te vangen)

Concepten

De concepten zijn samengesteld aan de hand van de ideeën, voor elke concept zijn verschillende frame materialen gekozen en is steeds vanuit een andere invalshoek naar de speerpunten van het ontwerp gekeken.

Concept 1

Dit concept maakt gebruik van het frame zoals ontworpen in WH3.1. om het verstevigen zijn op cruciale punten extra buizen aangebracht. Om het aantal verbindingsstukken te verlagen is de geometrie aangepast waardoor meerdere onderdelen op dezelfde plaats samenkomen. Om in het ondervlak meer stijfheid te krijgen wordt hier een kruis aangebracht, een zo genoemd windverband. De stabiliteit wordt verhoogd door aan de voorzijde de onder plaat te verbreden

Figuur 12 (Dunwandige stalen buis, lager gewicht door dunne wand en grotere elasticiteitsmodulus ten opzichte van aluminium)

Figuur 7 (ovale buizen om zo in een bepaalde richting een groter weerstandsmoment tegen buiging te hebben)

Figuur 8 (stuur in frame door laten lopen)

Concept 2

Concept 2 is het meest eenvoudige ontwerp, er wordt gebruik gemaakt van een v-vorm zoals bij veel hometrainers. Bij dit ontwerp wordt minder materiaal gebruikt, zit is mogelijk door het gebruik van staal en door gebruik te maken van dunwandige buizen wordt het gewicht laag gehouden. Om voldoende stijfheid te krijgen wordt er gebruik gemaakt van profielen die een groter weerstandsmoment tegen buiging hebben in de belastingsrichting.

Figuur 6 ( Door het aanbrengen van een extra buis kan vanuit punt 4 het moment M3 naar beneden worden afgedragen)

Figuur 11 (Houten frame, duurzaamheid en natuurlijk uiterlijk)

Figuur 6 ( Door het aanbrengen van een extra buis kan vanuit punt 4 het moment M3 naar beneden worden afgedragen)

Concept 3

Concept twee maakt gebruik van de geometrie zoals deze is ontworpen in WH3.1. op cruciale punten worden extra buizen aan gebracht om zo de verbindingsstukken te ontlasten. Het frame materiaal is gelamineerd hout, dit is bestand tegen weersinvloeden en zal niet kromtrekken. Het hout geeft ook een natuurlijke look aan de fiets wat weer geheel past bij het fruit wat in de blender gaat.

Conceptkeuze Bij de conceptkeuze wordt gekeken naar de volgende onderdelen die gebaseerd zijn op het pakket van eisen en wensen:

Stijfheid Sterkte Stabiliteit Bestand tegen weersinvloeden/omgeving Eenvoudigheid (aantal onderdelen) Duurzaamheid

Weegfactoren

Omdat niet elke factor even belangrijk is voor het ontwerp is er voor gekozen om de zes onderdelen waarop het concept wordt gekozen te sorteren van belangrijkst naar minst belangrijk.

1. Eenvoudigheid (aantal onderdelen) dit heeft er mee te maken dat de projectgroep de fiets zelf wilt produceren en het werk niet wilt uitbesteden en er voor de studenten beperkte middelen beschikbaar zijn

2. Stijfheid Het is niet fijn om op een niet stevige fiets te zitten, daarnaast geeft dit ook een onprofessionele indruk.

3. Stabiliteit belangrijk dat de fiets zal blijven staan in verband met de veiligheid van de gebruiker

4. Sterkte de smoothiefiets moet uiteraard sterk genoeg zijn om te doen waarvoor hij gemaakt is, ten opzichte van een normale fiets is de sterkte minder belangrijk omdat de smoothiefiets niet te maken zal krijgen met schokken die ontstaan door oneffenheden in de weg.

5. Bestand tegen weersinvloeden/omgeving De smoothiefiets zal niet dagelijks buiten staan, wel zal deze schoon worden gemaakt.

6. Duurzaamheid er zal worden gekeken naar duurzaamheid maar dit zal geen leidraad zijn voor het ontwerp

Eis nr. Concept 1 Concept 2 Concept 3 Weegfactor2 Stijfheid 4 2 2 22 Sterkte 3 4 2 44 Stabiliteit 4 2 4 36 Bestand tegen weersinvloeden/omgeving 4 2 5 5

Wens nr. 11 eenvoudigheid (aantal onderdelen) 3 5 1 62 Duurzaam 4 3 5 1

Totaal: 22 18 19

Beoordeling 1 t/m 5

Concept 1 Concept 2 Concept 38 4 4

12 16 812 6 1220 10 25

0 0 018 30 6

4 3 574 69 60

Uitkomst met weegfactoren

Conclusie

Het uiteindelijke concept is concept 1 geworden, we zien dat dit concept vooral het grootste onderling verschil maakt in stijfheid. Het concept is van alle concepten het concept wat het meest lijkt op het ontwerp uit het vorige blok. Concept 1 scoort ten opzichte van concept 2 minder op sterkte, dit komt door het gebruik van aluminium buizen. De eenvoudigheid van concept 2 scoort heel hoog, dit gaat wel ten koste van vele andere zaken waardoor dit concept uiteindelijk niet de beste is.

IV. Conceptrapport Corné

[Geef de titel van het document op][Geef de ondertitel van het document op]

[Geef hier de samenvatting van het document op. De samenvatting is een korte beschrijving van de inhoud van het document. Geef hier de samenvatting van het document op. De samenvatting is een korte beschrijving van de inhoud van het document.]

Falko

InhoudInleiding..................................................................................................................................................3

Analyse onderdelen frame.....................................................................................................................4

Zitbuishoek.........................................................................................................................................4

Frame (Buizen)...................................................................................................................................5

Voetsteun...........................................................................................................................................6

Bracketverbindingsstuk......................................................................................................................7

Verbindingsstukken............................................................................................................................9

Concepten............................................................................................................................................10

Concept 1 – Tekst.............................................................................................................................10

Concept 2 – Tekst.............................................................................................................................10

Concept 2 – Tekst.............................................................................................................................10

Conceptkeuze.......................................................................................................................................11

Inleiding

Dit individueel ontwerpverslag is geschreven voor het optimalisatieproject WH3.2. Dit project is een opdracht van De Haagse Hogeschool Delft. Dit project heeft als doel een product te optimaliseren, zodat de kwaliteit, kosten en functioneren van het product verbeterd zal worden.

Het doel van de projectgroep, is het optimaliseren van de smoothiefiets, welke ontworpen is in blok WH3.1 (Thema: Productontwikkeling). Het smoothiefietsproject is een opdracht van de Gemeente Den Haag in samenwerking met De Haagse Hogeschool Delft.

In de drie concepten in dit verslag is gekeken naar de zitbuishoek, het buizenframe, de voetsteun, het bracketverbindingsstuk en uiteindelijk alle verbindingsstukken. Dit verslag zal drie concepten opleveren waarvan één eindconcept.

Analyse onderdelen frame

Zitbuishoek

- Hoek zitbuis

Huidige situatie: De hoek van de zitbuis is 73 graden.

Geoptimaliseerde situatie: De zitbuis onder een hoek van 70 graden zetten.

- Diameter zitbuis

Huidige situatie: De binnendiameter van de zadelbuis is 24 mm. Hierdoor is het niet mogelijk om de juiste zadelpen te plaatsen in de buis.

Geoptimaliseerde situatie: Een zadelpendiameter van 28,6 mm gebruiken. Hierdoor moet de zitbuis AD, en de verbindingsstukken A en D aangepast worden.

Voor de zitbuis is aan te raden om een buis te nemen met de afmeting 32x29mm.

De verbindingsstukken moeten zo aangepast worden dat de zitbuis met een buitendiameter van 32mm erin past.

Advies:

De docent van De Haagse Hogeschool Delft (A. Verkuilen) raadt aan om een zadelpendiameter van 28,6 mm te gebruiken, en een zitbuishoek van 70 graden.

Frame (Buizen)Het frame van de smoothiefiets bestaat uit geprinte verbindingsstukken welke de buizen bij elkaar houden. Zo ontstaat er een compact en stabiel frame.

Huidig ontwerp

Alle buizen bestaan uit dezelfde diameter. (30x24mm)

Mogelijkheden voor optimalisatie

Optie 1

Gelijke diameters, zoals deze nu is in het huidige ontwerp. Hierdoor geeft het een idee dat alle buizen bij elkaar horen.

Optie 2

Verschillende diameters van de buizen. Het is hiervoor noodzakelijk een sterkteberekening te maken en zo de minimale diameters van de buizen te bepalen. Het voordeel is dat het frame lichter zal worden, maar de kosten zullen nauwelijks minder zijn.

Optie 3

Verschillende diktes van de buizen, zodat het uiterlijk hetzelfde lijkt. Het voordeel is dat het frame lichter zal worden, maar de kosten zullen nauwelijks minder zijn.

VoetsteunOm de smoothiefiets stabiel te maken, is het noodzakelijk om een voet of grondplaat aan te brengen. Dit zorgt ervoor dat de smoothiefiets tijdens gebruik niet om kan vallen.

Huidig ontwerp

De smoothiefiets heeft in het huidige ontwerp drie houten balken als voetsteun. Het grote nadeel van hout gebruiken is de aantasting door water en smoothies.

Voor en –nadelen

Voordelen van hout

- Lage kosten- Duurzaam en milieuvriendelijk - Sfeervol (Design)- Goed te bewerken

Nadelen van hout

- Onderhoud (Noodzakelijk om te behandelen)- Aantasting- Onhygiënisch


Er zijn verschillende mogelijkheden om de drie houten balken te vervangen.

Optie 1: Kunststof balken

Deze balken zijn duurzaam in gebruik, en kunne van gerecycled materiaal gemaakt worden. Tevens zijn deze balken makkelijk te bewerken.

Optie 2: Metalen balken

Deze metalen balken moeten beschermt worden tegen weersomstandigheden. Het voordeel van deze balken is het gewicht, wat de stabiliteit verhoogt.

Optie 3: Houten bodemplaat

Op deze bodemplaat komt de smoothiefiets te staan. Het nadeel van een houten bodemplaat is dat deze een goede bescherming moet krijgen tegen weersomstandigheden, vocht en slijtage.

BracketverbindingsstukHet bracketverbindingsstuk is het deel waarin de trapas komt. Dit verbindingsstuk is een gevoelig deel, omdat het te maken heeft met krachten vanaf 3 buizen, en een kracht van de trapas.

Huidig ontwerp

Verbindingsstuk D verbindt drie verschillende buizen met elkaar. In verbindingsstuk D komt de BottomBracket te zitten. In de afbeelding hiernaast is te zien dat er drie krachten op het verbindingsstuk D komen te staan. Het gevolg is dat er een te groot moment in het verbindingsstuk D kan ontstaan, waardoor de wanden waarin de buizen zitten kunnen breken. Het verbindingsstuk werkt in principe als een scharnier. Daarom is het noodzakelijk om dit onderdeel te printen met XT-CF20.


Optie 1:

Het verbindingsstuk D wordt zo aangepast dat er een vierde buis bijkomt. Deze vierde buis wordt verbonden met de achterste ligger/voetsteun. Hierdoor ontstaat er een beter evenwicht in het verbindingsstuk zelf. De resulterende kracht is kleiner doordat er een tegenkracht werkt.

De diameter van de vierde buis mag kleiner zijn dan de standaard 30x24mm buizen die in het huidige ontwerp worden gebruikt. (Bijvoorbeeld: 20x18mm)

Huidige situatie Geoptimaliseerde situatie

Optie 2:

Voor het verbindingsstuk D, wordt de resulterende kracht van buis AD en DE berekend. Tegenover de resulterende kracht komt een buis die de kracht compenseerd. Het nadeel van deze optie is dat de achterste balk/voet, naar voren verplaats moet worden, en dat het ontwerp zal veranderen. Ook zal het krachtenspel anders zijn, als de gebruik wel op de smoothiefiets zit, maar geen kracht op het stuur zet. Het verbindingsstuk gaat zal als een scharnier gaan fungeren.

Optie 3:

De buizen langs elkaar en het bracket laten lopen, zodat er geen kracht op de trapas/bracket zelf komt te staan. Doordat de buizen tegenover elkaar staan, zijn er verder geen momenten in het verbindingsstuk aanwezig. Er moet alleen rekening met drukkracht worden gehouden. Ook bij deze optie moet het ontwerp worden aangepast.

VerbindingsstukkenDe verbindingsstukken verbinden de buizen met elkaar en vormen zo samen het frame van de smoothiefiets. Deze verbindingsstukken worden 3D-geprint.

Huidig ontwerp

Alle verbindingsstukken worden geprint met XT-CF20, waarin 20% Koolstofvezels zijn toegevoegd, waardoor een hoge stijfheid gerealiseerd kan worden(tot twee keer groter dan die van PLA). Dit materiaal heeft een negatieve invloed op de printkop (Nozzle), waardoor deze sneller slijt. Tevens kost dit materiaal € 49,95 per 750 gram. Ook is de printsnelheid lager dan die van PLA/PHA. In totaal is er ongeveer 3300 tot 4000 gram materiaal nodig bij een vulling van 100%. )


Optie 1

Niet alle verbindingsstukken worden zo belast dat deze geprint moeten worden van het materiaal XT-CF20. Deze verbindingsstukken kunnen van normaal PLA geprint worden. Dit materiaal kost € 35.95 per 750 gram. Tevens kunnen de verbindingsstukken met een hogere snelheid geprint worden. Deze geoptimaliseerde situatie drukt de kosten, tijd en gewicht. Er is dus een combinatie van verbindingstukken van PLA/PHA en XT-CF20.

Optie 2

Het is mogelijk om de vulling van de verbindingsstukken te laten printen met een verschillende percentage vulling. Standaard is dit 20%. Hier kan dus met verschillende percentages geprint worden. Het is dus mogelijk om verbindingsstukken met 100% dichtheid te printen, waardoor deze ook sterker zal zijn. De verbindingsstukken kunnen met PLA/PHA geprint worden, en het duurdere materiaal XT-CF20 is niet meer nodig.

Eigenschappen printmateriaal:

PLA/PHA XT-CF20Dichtheid 1,21-1,43 gram/cm^3 1,35-1,37 gram/cm^3Glastemperatuur 55C 80CPrintsnelheid 40-100 mm/s 40-70 mm/sPrijs € 35.95 / 750gram € 49.95 / 750gramBron: http://colorfabb.com/

Mogelijke verbindingsstukken die met PLA-PHA geprint kunnen worden:

Verbindingsstuk C Verbindingsstuk M1 en M2

Verbindingsstuk N1 en N2 Verbindingsstuk O1 en O2

Verbindingsstuk K

http://colorfabb.com/

Concepten

Concept 1 – TekstVoor de zitbuis is een hoek gekozen van 70 graden, en een zadelbuisdiameter van 28,6 mm. De diameter van de zitbuis is 32x29mm.

De buizen van het frame hebben allemaal dezelfde diameters, zodat het uiterlijk er beter uit zal zien.

Voor de voet/steun zijn kunststof balken gekozen.

Het bracketverbindingsstuk krijgt een vierde buis die de krachten op het bracketverbindingsstuk zal reduceren. Het scharnierende effect zal hierdoor aanzienlijk minder worden.

De verbindingsstukken worden geprint met PLA/PHA in combinatie met verschillende vulling.


De buizen van het frame hebben verschillende diameters, zodat het frame lichter is.

Voor de voet/steun zijn metalen balken gekozen.

Het bracketverbindingsstuk krijgt buizen die niet tegen het bracket aandrukken, maar tegen zijn tegenovergestelde buis. Hierdoor is er vooral drukkracht aanwezig in het bracketverbindingsstuk.

De verbindingsstukken worden geprint met XT-CF20.


De buizen van het frame hebben verschillende wanddiktes, maar wel dezelfde diameters, zodat het frame lichter is.

Voor de voet/steun is een houten onderplaat gekozen. Deze zal uit één geheel bestaan.

De onderste buis van het bracketverbindingsstuk zal onder een andere hoek komen te staan, zodat deze tegenover de resulterende kracht staat van de bovenste twee buizen.

De verbindingsstukken worden geprint met PLA/PHA in combinatie met verschillende vulling.

Conceptkeuze

Concept 1 Concept 2 Concept 3Duurzaamheid 3 2 4Printkosten 5 1 5Materiaalkosten 5 2 4Sterkte frame 4 4 2Ergonomie 3 3 3Stabiliteit 3 3 3Weersomstandigheden

4 3 2

Score: 27 18 235 = beste optie

Score na toepassen van de weegfactoren

Weegfactor Concept 1 Concept 2 Concept 3Duurzaamheid 2 3 2 4Printkosten 3 5 1 5Materiaalkosten 3 5 2 4Sterkte frame 1 4 4 2Ergonomie 1 3 3 3Stabiliteit 2 3 3 3Weersomstandigheden

2 4 3 2

Score: 57 32 50

Gekozen concept:

Concept 1

Het gekozen concept bestaat uit een zitbuishoek van 70 graden, en de diameter van deze buis is 32x29mm. Hierdoor is het mogelijk om er een zadelbuis van 28,6mm in te plaatsen. De buizen van het frame hebben allemaal dezelfde diameters, wat vooral het design ten goede komt. Als voet/steun worden er kunststof balken gebruikt. Dit gaat lang mee, kan van gerecycled materiaal worden gemaakt, en is relatief niet duur. Aan het bracketverbindingsstuk komt een vierde buis die

ervoor zorgt dat er geen grote krachten en momenten op het bracket komen te staan, waardoor deze geen scharnierend effect gaat krijgen. De verbindingsstukken worden alleen met PLA/PHA geprint, maar door de verschillende percentages in vulling, is het mogelijk om de sterkte per onderdeel te variëren.

V. Conceptrapport Falko

Persoonlijk conceptrapportAandrijving Smoothiefiets

Falko Bousema

12042919

Persoonlijk conceptrapportAandrijving Smoothiefiets

Falko Bousema Gemeente Den Haag

12042919 December 2015

Inhoud1. Inleiding..............................................................................................................................................4

2. Achtergrond.......................................................................................................................................5

3. Oplossingen........................................................................................................................................6

3.1 Overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel........................................................................6

3.2 Overbrenging vliegwiel naar blender............................................................................................8

4. Concepten........................................................................................................................................10

5. Afweging en conclusie......................................................................................................................14

1. Inleiding

Er is door ieder lid van de projectgroep een eindconcept naar voren gebracht voor één van de drie functies van de Smoothiefiets. Iedere functie is door twee of drie groepsleden verbeterd en tot concept uitgewerkt. Dit persoonlijke conceptrapport behandelt het ontstaan van het eindconcept voor de aandrijving van de Smoothiefiets.

Het einddoel is om een verbeterd ontwerp voor de gehele Smoothiefiets te krijgen welke is samengesteld uit verbeteringen uit de persoonlijke eindconcepten. Dit zowel op vlak van productie als gebruik van het product. Door allen naar slechts een functie te kijken komt er meer nadruk te liggen op dit specifieke onderdeel en leid dit tot een meer doordacht ontwerp.

In het volgende hoofdstuk staat enkele achtergrond informatie in het belang van de aandrijving. Hierin zal ook kort het huidige concept worden behandeld en de problemen die hiermee mogelijk optreden. In hoofdstuk 3 staan alle mogelijk oplossing opgenoemd, dit voor zowel de aandrijving van de pedalen naar het vliegwiel als van het vliegwiel naar de blender. In hoofdstuk 4 wordt het morfologisch overzicht met de daaruit volgende concepten behandeld. Tot slot volgt er een conclusie met daarin het eindconcept uitgewerkt, dit wordt voorgedragen als concept voor de aandrijving van de Smoothiefiets.

2. Achtergrond

Er zal bij het herontwerpen worden gekeken naar 2 aspecten van de aandrijving, dit is de overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel en van het vliegwiel naar de blender. Er wordt niet naar het hoofdontwerp van de Smoothiefiets gekeken, het principe door te fietsen zal gelijk blijven.

In het huidige ontwerp wordt het vliegwiel van de Smoothiefiets aangedreven door pedalen en een ketting. Doormiddel van een wieltje op het vliegwiel, gelijk aan dat van een dynamo, wordt de blender aangedreven. Echter zitten er nog een aantal nadelen aan dit ontwerp die mogelijk verbeterd kunnen worden. De ketting kan vieze kleding veroorzaken, iets wat tot irritatie kan leiden gezien de fiets vaak gedemonteerd zal worden voor vervoer.Er bestaat een kans dat het dynamowieltje op het vliegwiel veel slip ondervind waardoor de aandrijving niet naar behoren zal werken en er veel energie verloren gaat. Dit zal hoogst waarschijnlijk gebeuren bij het starten met trappen, dit is het punt met de meeste weerstand uit de blender.

Het maximale vermogen dat een gemiddelde fietser voor een periode van twee minuten kan leveren is ongeveer driehonderd Watt, dit staat gelijk aan veertig kilometer per uur2. Er is uit eerdere testen al gebleken dat een blender een omwentelsnelheid van ongeveer tienduizend toeren per minuut heeft, dit is doormiddel van de juiste tandwielverhouding te behalen. Echter is het Wattage ook van belang, dit zit voor een blender op ongeveer vierhonderd Watt, dit betreft een blender zonder ijscrush functie3. Dit betekend dat wanneer de juiste verhouding wordt gebruik het maken van een Smoothie mogelijk is.

2 http://rockthebike.com/store/21-fender-blender-pro3 http://www.velofilie.nl/vermogen.htm

http://www.velofilie.nl/vermogen.htm

http://rockthebike.com/store/21-fender-blender-pro

3. Oplossingen

In onderstand hoofdstuk staan alle oplossingen opgesomd, dit onderverdeeld tussen overbrenging van pedalen naar het vliegwiel en van het vliegwiel naar de blender.

3.1 Overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel

Voor de overbrenging van de pedalen naar het vliegwiel zijn 4 oplossingen bedacht om dit op een zo efficiënte en milieuvriendelijke manier te doen.

KettingDit is de meest gebruikte overbrenging van een fiets, pedalen met een tandwiel en een ketting verbonden met het tandwiel op het wiel, in dit geval een vliegwiel. Door de juiste verhouding tussen de tandwielen te kiezen kan de benodigde snelheid worden bereikt.

Het voordeel aan dit type overbrenging is dat het veel gebruikt is, zeer variabel is en relatief goedkoop is. Doordat het voor bijna iedereen in Nederland wel bekend is hoe een fietsketting werkt en hoe deze weer op fiets gelegd moet worden is het een zeer simpele oplossing. Het is variabel doordat er een grote hoeveelheid aan formaten tandwielen is en de ketting elke lengte kan worden gemaakt, mocht de berekende overbrenging dus niet werken dan is dit snel aan te passen. Mede doordat het veel gebruikt is valt de aanschaf prijs ook relatief laag uit, een tandwielset met ketting kost ongeveer €50 (€20 voor ketting, €20 voor groot tandwiel en €10 voor klein tandwiel4).

Het nadeel aan deze overbrenging is echter dat het slijt en geolied dient te worden. Om extra slijtage tegen te gaan dient de ketting per duizend kilometer te worden gespannen, verder zal een ketting tussen de vijf- en achtduizend kilometer meegaan en het achterwiel het dubbele van een ketting, tien- tot zestienduizend kilometer5. Het grote tandwiel voor zal vele malen langer meegaan, over exacte afstanden is echter weinig informatie te vinden. Om te zorgen dat de ketting niet onnodig beschadigd raakt dient deze te worden geolied, dit per 400 km en per tweeënhalf- tot vierduizend kilometer dient de ketting volledig gereinigd te worden.

4 http://www.blenderstore.nl/category/196672/blenders.html?7583=N&53932=54535,54536

5 https://www.fietsweb.nl/nl/c265/aandrijving-en-versnelling/?&page=4&itemsonpage=24&itemsort=pop

https://www.fietsweb.nl/nl/c265/aandrijving-en-versnelling/?&page=4&itemsonpage=24&itemsort=pop

http://www.blenderstore.nl/category/196672/blenders.html?7583=N&53932=54535,54536

RiemEen riem of V-snaar werkt hetzelfde als de ketting, door middel van 2 tandwielen en de riem worden de pedalen met het tandwiel verbonden.

Het voordeel van dit type aandrijving is dat dit weinig tot geen onderhoud nodig heeft, verder maakt dit ook het vervoeren makkelijker. Doordat de riem enkel gespannen hoeft te worden is het onderhoud snel en simpel uit te voeren, daarbij hoeft er niet geolied of gesmeerd te worden. Dit tweede helpt ook wanneer de fiets voor verplaatsing gedemonteerd moet worden, dit veroorzaakt geen vieze handen en kleding.

Er zitten echter ook een aantal nadelen aan dit type overbrenging, zo zijn de aanschafkosten erg hoog, reserve onderdelen niet bij iedere fietsenmaker te verkrijgen en onderdelen moeten mogelijk speciaal op maat gemaakt worden. De aanschafprijs van het gehele systeem, met zowel de riem als de tandwielen, is erg hoog in kosten, een gehele set kost €230. Een nieuwe riem kost ongeveer €80, echter gaat deze 4 keer zo lang mee en komen de onderhoudskosten weer gelijk aan die van een standaard ketting6. Overigens zijn de onderdelen niet bij iedere fietsenmaker verkrijgbaar, met name als er voor het ontwerp een ander formaat riem en tandwiel nodig is dan standaard geleverd wordt. Mocht dit het geval zijn dan zullen deze speciaal voor het ontwerp gemaakt moeten worden door een leverancier.

CardanasDoor de pedalen te verbinden met een cardanas wordt de rotatie overgebracht, dit systeem wordt al bij een aantal fietsen gebruikt, het gaat hierbij om een standaard maat.

Het voordeel van een cardanas is dat deze zo goed als onderhoudsvrij is en zijn er geen gevaarlijke open delen. Doordat een cardanas nooit gespannen of gesteld hoeft te worden is er vrijwel geen onderhoud nodig, enkel dienen de lagers af en toe geolied te worden en bij een grote beurt mogelijk de olie in de cardanas te worden vervangen. Daarnaast zitten alle gevaarlijke en ronddraaiende onderdelen in een behuizing, er is dus geen gevaar voor vingers tussen tandwielen of iets dergelijks.

Er zijn ook een aantal nadelen aan dit type aandrijving, zo is er een groter energieverlies dan bij een ketting en is de aandrijving voor zover bekend niet los verkrijgbaar. Doordat er een groter energieverlies is zal de gebruiker meer kracht moeten zetten om het vliegwiel rond te laten draaien. Tevens is de cardanas tot zover bekend niet los verkrijgbaar, daarbij zal deze waarschijnlijk in prijsklasse boven de riemoverbrenging zitten. Fietsen met dit systeem zijn te koop vanaf €7007.

6 http://www.fietsersbond.nl/forum/hoe-lang-gaat-een-ketting-mee7 http://www.vakantiefietser.nl/onderdelen/riemaandrijving-gates-belt-drive/

http://www.vakantiefietser.nl/onderdelen/riemaandrijving-gates-belt-drive/

http://www.fietsersbond.nl/forum/hoe-lang-gaat-een-ketting-mee

TandwielDoor tandwielen te gebruiken zonder ketting wordt de aandrijving direct overgebracht, echter is het de vraag of de snelheid te bereiken is, de overgang is mogelijk zo groot dat de kracht hiervoor niet door de gebruiker op te brengen is.

Het voordeel aan dit systeem is dat er geen ketting of as gebruikt hoeft te worden. Doordat er geen ketting wordt gebruikt zijn er geen delen welke buiten het frame uitsteken, dit vergemakkelijkt afschermen van bewegende delen. Tevens wordt de aandrijving een compact geheel welke makkelijk te vervoeren is. Mogelijk hoeft er ook vele malen minder gesteld te worden.

Er zijn echter ook een aantal nadelen, zo zijn de aanschafkosten naar alle waarschijnlijkheid zeer hoog, is er olie nodig om slijtage te verminderen en tevens zal het geheel zeer zwaar worden. Er is voor zover geen product met dit formaat tandwiel bruikbaar voor het ontwerp, hierdoor zal het speciaal geproduceerd moeten worden wat extra kosten meebrengt. Doordat er olie nodig is om slijtage te voorkomen zal het geheel mogelijk van een ombouw voorzien moeten worden. Hierdoor wordt een groot deel van de ervaring van het trappen weggenomen, tevens kan de olie vieze vlekken of milieu schade opleveren als hiermee niet veilig wordt omgegaan. Deels doordat er een ombouw nodig is zal het apparaat zeer zwaar worden, daarbij zullen de tandwielen ook van flink gewicht zijn.

3.2 Overbrenging vliegwiel naar blender

Voor de overbrenging tussen het vliegwiel en de blender zijn 4 oplossingen bedacht om de overbrenging zo efficiënt mogelijk te maken.

Tandwiel horizontaalDoor een tandwiel haaks/horizontaal op het vliegwiel te zetten is er een directe overbrenging tussen het vliegwiel en de blender, doordat deze haaks op het vliegwiel staat is er verder geen hoekoverbrenging nodig.

Het voordeel aan dit systeem is dat er geen sprake is van slip. Doordat er geen sprake is van een overbrenging gebaseerd op druk zoals bij een dynamo wiel zal de overbrenging altijd werken.

Er zitten echter wel een flink aantal nadelen aan, zo is het waarschijnlijk zeer duur om een vliegwiel van deze grote met een tandring te maken of kopen. Daarnaast zal het trappen waarschijnlijk zeer zwaar gaan door het grote verschil in verhouding van de tandwielen.

DynamowielDoor een soort dynamowiel op het vliegwiel te plaatsen wordt de blender direct aangedreven. Dit werkt op hetzelfde principe als op een alledaagse fiets wordt gebruikt voor de verlichting.

Het voordeel van dit systeem is dat het een algemeen bekend principe is en waarvan bewezen is dat het werkt. Tevens zijn problemen snel te verhelpen en reserve onderdelen bij een fietsenmaker te koop.

Het nadeel is echter dat er een grote kans is dat het wiel gaat slippen wanneer er te veel voedsel in de blender wordt gestopt.

RiemDoor een V-riem rond een velg te leggen en deze om een poelie van een motorblok te leggen wordt er een directe overbrenging gecreëerd. Door het juiste formaat poelie te kiezen wordt de juiste verhouding tussen de wielen behouden.

Het voordeel van dit systeem is dat slip zo goed als geëlimineerd is.

Het nadeel is echter dat de onderdelen waarschijnlijk niet bij alle auto-onderdelenwinkels te koop zijn, tevens is er nog een haakse overbrenging nodig om de blender aan te drijven.

TandwielkastDoor een tandwielkast te gebruiken wordt er veel ruimte bespaart en kan de haakse overbrenging doormiddel van de tandwielen worden gerealiseerd.

Het voordeel aan dit systeem is dat er geen bewegende onderdelen zijn waar kleding tussen kan komen.

Het nadeel is echter dat dit naar alle waarschijnlijkheid zeer zwaar fiets, tevens neemt dit de funfactor weg omdat men niet meer kan zien wat er precies gebeurd.

4. Concepten

Morfologisch overzicht

Pedalen -> Vliegwiel

Ketting Riem Cardanas Tandwiel

Vliegwiel -> Blender

Tandwiel horizontaal

Dynamowiel Riem Tandwielkast

Concept 1 2 3

Er volgen drie concepten uit het morfologisch overzicht welke hieronder verder zullen worden belicht, hierin wordt kort de werking uitgelegd en vervolgens naar de prijs en voor- en nadelen gekeken.

Concept 1

Doormiddel van een alledaagse tandwieloverbrenging zal het vliegwiel worden voortbewogen, dit betreft een standaard fietswiel met opgepompte binnen- en buitenband, het fietswiel kan eventueel worden verzwaard mocht het te weinig weerstand leveren. Doormiddel van een standaard dynamowiel wordt de beweging overgebracht naar de blender.

- Kosten

Trapas €15

Crankstel €10

Pedalen €10

Velg €30

Velglint €3

Binnenband €10

Buitenband €20

Dynamowiel €7

Totaal €105

- Voordelen

Goedkoop

Voor iedereen bekend, problemen snel gevonden

Betrouwbaar

- Nadelen

Kans op slip

Vieze ketting, smering

Vrij primitief in vergelijking met de rest van het ontwerp

Concept 2

Doormiddel van een tandriem wordt de beweging van de pedalen overgebracht naar het vliegwiel, dit type overbrenging wordt steeds meer gebruikt en is zeer betrouwbaar. Het vliegwiel bestaat uit een kale velg van een fiets en zal eventueel worden verzwaard doormiddel van gewichten op de spaken of in de velg. In de velg wordt een V-snaar gelegd zoals ook op een motor van een auto te vinden is, deze zal rond een kleiner wiel draaien welke is verbonden met de blender. Dit wiel is vergelijkbaar met een poelie wiel op de dynamo van een auto, de V-snaar zal worden gespannen door het poelie wiel omhoog te bewegen. Doormiddel van een haakse overbrenging en een eventuele extra set tandwielen word de as met de blender verbonden.

- Kosten

Trapas €15

Crankstel €10

Pedalen €10

Tandwielen €150

Riem €80

Poelie €50

Velg €30

V-riem8 €10

Totaal €355

- Voordelen

Geen kans op slip

Geen vieze/geoliede onderdelen

Vrijwel geen onderhoud

- Nadelen

Formaat V-snaar niet overal verkrijgbaar

Haakse overbrenging heeft rendementverlies

8 http://www.brikfietsen.nl/fietsen

http://www.brikfietsen.nl/fietsen

Concept 3

Doormiddel van een cardanas zal een tandwiel/versnellingskast worden aangedreven, deze kast zal het aantal toeren naar het juiste aantal verhogen voor de blender. Doordat alles in een behuizing is weggewerkt is er vrijwel geen onderhoud nodig, geen draaiende onderdelen met de hand bereikbaar en zal er geen olie of andere soort smering vieze vlekken veroorzaken.

- Kosten

Pedalen €10

De kosten voor een tandwielkast en losse cardanas zijn helaas niet vindbaar.

Naar alle waarschijnlijkheid zullen deze vrij hoog liggen, zeker als men kijkt naar een fiets met cardanas aandrijving, deze worden verkocht rond de €700.

- Voordelen

Geen onderhoud nodig

Geen vieze handen/kleding

Geen bewegende onderdelen met hand bereikbaar

- Nadelen

Fun-factor van het zien van de beweging is weg

Mogelijk zeer zwaar om tandwielkast rond te krijgen

5. Afweging en conclusie

Om een keuze te maken zijn alle concepten beoordeeld aan de hand van de eisen uit het Pakket van Eisen. Deze eisen zijn deels aangepast om te kunnen gebruiken bij de beoordeling van dit onderdeel van de Smoothiefiets. Weegfactor 3 telt het zwaarst mee, per eis krijgt het concept met de beste score 3 punten, de slechtste 1 punt.

Zo moet de fiets veilig zijn, hierbij geldt met name het gevaar met ronddraaiende onderdelen waar mogelijk kleding tussen kan komen te zitten. Weegfactor 3.De fiets moet hygiënisch zijn, dit geldt voor zowel de blender als het vervoer van de fiets. Weegfactor 2.De Smoothiefiets moet bestand zijn tegen verschillende weersomstandigheden, dit betekend dat niet na één kleine regenbui alles al vastgeroest mag zitten. Weegfactor 2.De messen van de blender moeten met voldoende snelheid ronddraaien, deze eis staat deels samen met de eis van een leeftijdscategorie van twaalf tot 65 jaar. Weegfactor 1.

Eis Concept 1 Concept 2 Concept 3Veiligheid 1 2 3Hygiëne 1 3 2Weersomstandigheden 1 3 2Snelheid 2 3 1Totaal 9 21 18

Het gekozen eindconcept is concept 2, dit is met behulp van een riem tussen de pedalen en het vliegwiel en een V-snaar rond de velg en een poelie wiel voor de overbrenging.De veiligheid van dit concept is bijna gelijk aan die van nummer 3, echter is hiervoor een kettingkast nodig waarbij concept 3 al een eigen behuizing heeft. Betreft de hygiëne is dit het enigste ontwerp waarbij nooit olie of een ander smeermiddel wordt gebruikt, het is hierdoor dus het schoonste ontwerp. Doordat er vrijwel geen metalen onderdelen voor de overbrenging worden gebruikt is er geen kans op roest of druppelende olie. Tot slot wordt de snelheid en energie in vergelijking met wat de gebruiker trapt het beste behouden, een dynamo geeft kans op slip en het probleem met een versnellingskast is dat deze zeer veel weerstand geeft.

VI. Conceptrapport Tommy

Persoonlijk ConceptrapportSmoothiefiets overbrenging optimalisatie

Tommy Groen 12099643

Inleiding

Voor blok WH3.2 staat de optimalisatie van de Smoothiefiets die in WH3.1 is ontworpen centraal. In dit project komen veel punten van discussie en verbetering aan bod, en zodoende worden er conceptfases geïnitieerd wanneer daar behoefte aan lijkt te zijn.

In dit rapport worden drie concepten behandeld welke ingaan op verscheidene realisaties van de overbrenging in de Smoothiefiets. Ze zullen individueel worden behandeld, getoetst en uiteindelijk tegen over elkaar worden uitgezet, waarna er een beste concept wordt verkozen welke za worden toegepast in het eindontwerp.

InhoudInleiding..................................................................................................................................................2

Concept 1: Ketting en tandwiel aandrijving i.c.m. vertanding................................................................4

Concept 2: Ketting en tandwiel aandrijving i.c.m. fietswiel....................................................................5

Concept 3: V-snaar aandrijving i.c.m. fietswiel.......................................................................................6

Afweging................................................................................................................................................7

Uitwerking gekozen concept:.................................................................................................................9

Conclusie..............................................................................................................................................11

Concept 1: Ketting en tandwiel aandrijving i.c.m. vertandingIn dit concept wordt gebruik gemaakt van een ketting en tandwiel set welke vervolgens met tandwielen de juiste eindoverbrenging garanderen. Met dit concept wordt een slip-loze aandrijving gegarandeerd. Door middel van meerdere tandwielen wordt de juiste eindoverbrenging ratio verzekerd.

Onderdelen Functie PrijsKetting Overbrengen mechanische

voortstuwing€10

Tandwielen (ketting) Overbrenging voorstuwing tussen ketting en as

€6

Tandwielen (mechanisch) Toerenmodificatie en overbrenging in afstand en dimensie

€20

Kettingkast Beveiligen bewegende delen €15Overbrengingskast Beveiligen bewegende delen €20Lagers Slijtage en rendement

verbeteren€10

Assen Geleiden €10Montagemateriaal bevestigen €10Assemblageplaat Monteren tandwielassen €12

Totaal: €113

Voordelen:-geen slip in de overbrenging-innovatief ontwerp door de tandwielen-vrijwel onderhoud loos

Nadelen:-veel bewegende onderdelen-hoge kosten in fabricage-productie intensief-laag rendement door vele tandwielen (frictie)-vervangingsonderdelen zijn duur

Concept 2: Ketting en tandwiel aandrijving i.c.m. fietswielIn dit concept wordt gebruik gemaakt van een ketting en tandwielset welke vervolgens met een fietswiel en dynamowieltje de juiste eindoverbrenging garanderen. Met dit concept wordt ligt de nadruk op goedkope en simpele oplossingen. De onderdelen zijn goedkoop en snel te verkrijgen.

Onderdelen Functie PrijsKetting Overbrengen mechanische

voortstuwing€10

Tandwielen (ketting) Overbrenging voorstuwing tussen ketting en as

€6

Fietswiel Overbrengen mechanische voorstuwing tussen tandwiel en dynamowieltje

€25

Rubberen strook 3m Beveiligen bewegende delen €4kettingkast Beveiligen bewegende delen €15Lagers Slijtage en rendement

verbeteren€6

Assen Geleiden €5Montagemateriaal bevestigen €8Dynamowieltje Overbrengen mechanische

voortstuwing tussen fietswiel en beenderas

€1

Totaal: €80

Voordelen:- vrijwel geen energieverlies door weinig bewegende delen-eenvoudig te produceren-onderhoud is minimaal, simpel en goedkoop-erg goedkoop wat ingekochte en gefabriceerde onderdelen betreft

Nadelen:-het is niet zozeer innovatief-mogelijkheid op slip

Concept 3: V-snaar aandrijving i.c.m. fietswielIn dit concept wordt gebruik gemaakt van een V-snaar overbrenging welke vervolgens met een fietswiel en dynamowieltje de juiste eindoverbrenging garanderen. Met dit concept wordt ligt de nadruk op innovatie in combinatie met veel verkrijgbare materialen.Onderdelen Functie PrijsV-riem Overbrengen mechanische

voortstuwing€10

V-snaar riemschijf betand Overbrenging voorstuwing tussen ketting en as

€20

Fietswiel Overbrengen mechanische voorstuwing tussen tandwiel en dynamowieltje

€25

Rubberen strook 3m Beveiligen bewegende delen €4V-riem poulie beplating Beveiligen bewegende delen €5Lagers Slijtage en rendement

verbeteren€6

Assen Geleiden €5Montagemateriaal bevestigen €8Dynamowieltje Overbrengen mechanische

voortstuwing tussen fietswiel en beenderas

€1

Totaal: €84

Voordelen:-er zit een innovatief aspect in-weinig bewegende delen wat voor eenvoud en veiligheid zorgt-eenvoudig te produceren-zo goed als onderhoudsvrij

Nadelen:-ingekochte onderdelen kunnen moeilijk en duur zijn om te vergaren-vervangingsonderdelen kunnen duur uitvallen-mogelijkheid op slip

Afweging

Om een goed beeld te creëren van welk concept het beste geschikt is om mee door te gaan, worden ze tegenover elkaar afgewogen. Dat kan op verscheidene manieren. Eén daarvan is het maken van een tabel, waar aan de hand van een toekenning aan punten wordt bepaald welk concept het best scoort. Omdat niet ieder aspect even belangrijk is, krijgen de aspecten een vermenigvuldigingswaarde. De standaardscore is 1 voor rood, 2 voor oranje, 3 voor geel en 5 voor groen.

Concept: 1. ketting & tandwiel 2. ketting & fietswiel 3. v-snaar & fietswielKosten:Waarde 3x

Duur:De individuele tandwielen zorgen voor een kostige prijs

Goedkoopst:De simpel en makkelijke verkrijgbare onderdelen zorgen voor een goedkope oplossing

Bijna even goedkoop:Een V-snaar overbrenging valt iets duurder uit dan een ketting overbrenging

Rendement:Waarde 1x

Niet optimaal:De vele individuele tandwielen zullen door frictie warmte en slijtage gaan generen, wat voor een lager rendement zorgt

Beste:Er zijn maar weinig bewegende delen aanwezig welke voor bijna geen energieverlies zullen zorgen

Bijna even efficiënt:Een rubberen V-riem heeft meer frictie dan een goed ingevette ketting

Onderhoud:Waarde 2x

Varieert:Wanneer kort in gebruik en bij weinig corrossie zullen de tandielen niet snel slijten. Echter wanneer ze eenmaal versleten zijn is vervanging erg duur.

Sterk maar intensief:De ketting zal moeten worden gespannen en ingevet zo nu en dan. Bij lange levensduur is vervanging goedkoop

Beste:De V-riem zal bij normaal gebruik heel lang meegaan en behoeft niet onderhouden te worden

Arbeidsintensief:Waarde 2x

Slechtste:Deze vragen op een veel handgefabriceerde onderdelen en ook meer, waardoor productie moeilijker is

Bijna even goed:Een ketting is iets gevaarlijker dan een V-riem, en vereist zo iets meer beplating

Beste:Er hoeven zeer weinig onderdelen zelf gefabriceerd te worden en montage van ingekochte onderdelen is eenvoudig

Innovatie:Waarde 1x

Goed:Het is een ingewikkeld en ongebruikelijk mechanisme

Niet:Het is een systeem heel simpel en effectief, wat ook verklaart waarom het al heel veel geïmplementeerd wordt

Goed:V-riemen in fietsen zijn erg ongebruikelijk

totaalscore: 15 31 35

OverwegingOmdat er vanuit de projectgroep een nadrukkelijke waarde gehecht wordt aan gestandaardiseerd inkoopmateriaal, en vertrouwen in een garanderend werkend product heeft concept 2 toch de voorkeur. Ondanks dat concept 3, met als verschil een V-riem overbrenging in plaats van een kettingoverbrenging hoger scoorde in de tabel, blijkt dat het nemen van een V-riem in de realiteit toch onvoorzienbare moeilijkheden meebrengt. Ook is door een relatief klein aantal werkende voorbeelden tegenover kettingen een bepaalde onzekerheid gecreëerd. Door met het bewezen werkende systeem van een kettingoverbrenging te werken is men beter bestand tegen onvoorziene moeilijkheden. Dit verkleint de projectrisico’s ook weer.

Concept 1 bleek niet reëel te zijn, en daarmee wordt dus niet doorgewerkt.

Uitwerking gekozen concept:Concept is eenvoudig te realiseren omdat voornamelijk het ontwerp simpel is en onderdelen makkelijk verkrijgbaar zijn. Onderaan is een afbeelding van het frame. Met kan de blender met de bevestigingsplaat boven het wiel zien staan. Een as koop een-lijnig van de blender naar het wiel, waar deze met een roller wordt aangedreven.

Rechts bevind zich een doorsnede er hoogte van het midden van het wiel. Onderaan ziet met een blauwe as, welke de naaf en het voortandwiel draagt. Het voortandwiel is behuisd. Daarboven bevinden zich de spaken en de wielbeplatingen. Helemaal bovenaan zijn de spaken bevestigd aan de velg.

Het idee is dat aan de binnenkant van de velg een rubberen strip geplakt zit, welke de roller (zwart) zal aandraaien. De roller is in verbinding met de rode as welke de blender ingaat. Dit ontwerp hoop te voorkomen dat er bewegende delen zijn waar bijvoorbeeld vingers tussen kunnen komen. Ook is er een focus op koste efficiëntie door bijvoorbeeld de band te elimineren met de rubberen strip aan de binnenzijde van de velgrand.

In de afbeeldingen hieronder zijn verscheidene delen toe gevoegd om te weerspiegelen hoe dit eruit zou moeten zien. De oranje tandwielen en blauwe ketting worden volledig omhult door een demonteerbare kettingkast. De as van het voorwiel is instelbaar in de lengte zodat de ketting kan worden gespannen, weergegeven met de paarse pijl. De rechtse afbeelding duid vooral op hoe de beplating van het eindontwerp gevaarlijke en vieze delen afschermt tegen de gebruiker en omstanders.

Conclusie

Concept 2, welke eigenlijk een middenweg vormde tussen concept 1 en 3, bleek toch het beste van beide werelden te combineren en was gebruikt als winnend concept, waarmee wordt gewerkt aan het eindontwerp. De kettingoverbrenging is simpel, goedkoop en effectief ten opzichte van de alternatieven. Ook is het gebruik van het fietswiel een simpele en productie-efficiënte oplossing om te vertanding ratio en lengtebereik te realiseren.

Het voorgestelde ontwerp maakt veel gebruik van afschermingen wat veiligheid en hygiëne waarborgt. Veel van deze aspecten zullen uiteindelijk ook met goede kans in de smoothiefiets terugkeren als praktisch geïmplementeerde onderdelen.

VII. Conceptrapport Yorrick

Ontwerpdossier aandrijving en overbrenging Smoothiefiets

DoelDe aandrijving en overbrenging dienen om de lichamelijke inspanning van het trappen om te zetten in een aandrijving voor de blender kan.

Voorkennis BlendersnelheidUit een experiment waarin de benodigde blendersnelheid voor het maken van een egale smoothie is bepaald, is gebleken dat het minimaal benodigd toerental 10.000 toeren per minuut bedraagt. Om tot deze conclusie te komen zijn boormachines met verschillende toerentallen op de blender kan gezet, waarna deze gedurende 30 seconden werden aangedraaid. Bij het zien en proeven van de smoothie bleek dat pas bij 10.000 toeren een goede egale smoothie ontstaat, omdat dit toerental een vortex in de kan creëert welke de stukken fruit naar de messen toe trekt.

Voorkennis trapsnelheidOm het gevoel van een fiets te simuleren wordt het gebruik van een vliegwiel aangeraden. Het vliegwiel is goed instaat de kinetische energie die bij het rollen van een fiets komt kijken te simuleren. Hierdoor verloopt het accelereren en remmen geleidelijk.

Er is een benodigde trapsnelheid van 90RPM aangehouden. Op sportscholen wordt een snelheid tussen 80-100 RPM aangehouden voor een cardiovasculaire training. 90 RPM wordt daarmee voor de smoothiefiets geschat als goede maatstaaf.

Hometrainer testOm te ondervinden welk wattage trapbaar is op een hometrainer is een individuele test gedaan door de projectleden op een hometrainer met 25 zwaarteniveaus. Er werd gekeken of het wattage van een kleine blender (250W) en een grote blender (500W) voor 2 minuten te trappen is.

Groepslid 250W 500WArie V 1 minuutCorné V XYorrick V XFalko V XTommy V XRichard V 1 minuutRobert V X

Op een gemiddeld zwaarteniveau (12) kon iedereen 2 minuten 250W opbrengen. 500W is echter geen 2 minuten vol te houden.

Relevante EisenIn onderstaande tabel zijn de relevante eisen voor dit ontwerp proces beschreven.

Nr. Omschrijving Context Waarde/Criterium Toets methode1 Aandrijving

door trappenDe methode voor lichamelijke inspanning is vorig blok vastgesteld op trappen (voeten) in overeenstemming met opdrachtgever.

2 Egale smoothie produceren

Er moet binnen redelijke termijn (3 minuten)* een smoothie kunnen worden geproduceerd waarin geen grove stukken fruit aanwezig zijn.

Egale smoothie in < 3 minuten

Smoothie is egaal(zie eis 3)

Behaalt blender kan benodigde toeren?

3 Blender mes behaalt 13.000 toeren per minuut

Blender mes moet 13.000 toeren behalen om een egale smoothie te creëren, zonder dat de inspanning te intensief wordt voor de gebruiker.

13.000 RPM bij het trappen van 90** RPM met ratio X

Hometrainer test: Toerental redelijkerwijs trapbaar?***

4 Fietsgevoel simuleren

Het gevoel van het rijden op een fiets moet worden gesimuleerd op de smoothiefiets, om het gebruik aangenaam te maken

Vliegwiel of weerstand simuleren

Gebruikerstest

* Uit overleg met de opdrachtgever kwam een cyclustijd (instellen tot volgende gebruiker) van 7 minuten. Hier zijn het verstellen, schoonmaken en gereedmaken van de kan vanaf getrokken voor een tijd van +- 3 minuten fietsen.**90 RPM wordt op sportscholen aangehouden als te fietsen snelheid als cardio oefening.*** Het trapbare ratio is achterhaald in de hometrainer test

Mechanisch of elektrischEr is de mogelijkheid om de blender kan doormiddel van een elektromotor aan te sturen in plaats van door een mechanische overbrenging. In beginsel is de mechanische aandrijving altijd nodig om het trappen op een fiets te simuleren.

In de ontwerpen wordt als uitgangspunt een volledig mechanisch, mechanisch ondersteund en volledig elektrisch concept gebruikt om op voort te bouwen.

Blokschema Aandrijving

In de bovenstaande figuur is het blokschema gesimplificeerd. Dit blokschema zal per ontwerpconcept worden uitgewerkt.

Concept I: Mechanisch SimpelDit concept berust op het gebruik van enkel mechanische energie. Om onderdelen in te vullen kan voor het grootste deel het Blokschema Aandrijving worden aangehouden. In onderstaande tabel is een kort overzicht van het concept gegeven met een ruige kostenschatting.

Proces Methode Product(en) PrijsindicatieFietsende aandrijving D.m.v. pedalen op

crankstelCrankstel verchroomd 52 TandCartridge Trapas vierkantPedalen

€10,99

€9,- / €15,- (afh. van lengte)Vanaf €10,-

Overbrenging naar vliegwiel of stabilisator

Ketting Ketting voor fiets zonder derailleur

€8,-

Opslag kinetische energie

Regulier fietswielVerzwaren

Fietswiel 28’’ alu. Zilver. Geen remAchter tandwiel opsteek 16 tanden

€23,-

€3,-

Overbrenging naar messenset

Met dynamoprincipe As RVS 7 x nbt mmKevlar wieltje 20mmLager x2 (d7,D22)Buis geleiden alu.

€25-€11,-€3,- p.s.€15,- (materiaal)

Opzet blender kan Op houten plankje, originele koppeling

Blender 0,5LPlankje

€15,-€10,-

Bevestigingsmateriaal Overig/onvoorzien Rem €15,-TOTAAL €167

Fietsende aandrijvingOm een fietsende aandrijving te realiseren wordt een crankstel zoals op een stadsfiets gebruikt. Dit crankstel heeft één blad met 46 tanden. Omdat het verchroomd is wordt corrosie tegengegaan. Dit crankstel wordt op een Cartridge trapas met vierkante spie gemonteerd. Deze combinatie samen met reguliere stadsfietspedalen drukken de kosten op dit onderdeel van de aandrijven.

Overbrenging naar vliegwiel of stabilisatorDe gekozen overbrengingsratio is hier 1:2.875, door een tandwiel op de trapas van 46 tanden en een achter tandwiel met 16 tanden.Om ook hier de kosten laag te houden wordt gekozen voor een simpele 1/8 ketting voor een fiets zonder derailleur. Deze sluit prima aan op de gekozen tandwielen.

Fietsende aandrijving

Overbrenging naar vliegwiel of stabilisator

Opslag kinetische

energie

Overbrenging naar

messenset

Aandrijving blenderkan

Opslag kinetische energieOok hier wordt gekeken naar een kostenbesparende oplossing. Er wordt gebruik gemaakt van een regulier 32 spaken achterwiel, met trapas, zonder terugtraprem. Vervolgens wordt hier een 16 tanden achter tandwiel op gemonteerd. Om een vliegwiel te simuleren kunnen gewichten aan de uiteinde van de spaken worden gemonteerd. Bij 32 * 0,4 kg komt dit neer op 12 kg aan extra gewicht aan het uiteinde. Dit komt overeen met het gewicht in het vliegwiel van een hometrainer. De zijkant van het wiel kan worden afgedekt met een plaat.

Overbrenging naar de messensetVoor de overbrenging naar de messenset wordt een dynamoprincipe gebruikt. Om slijtage zo veel mogelijk te voorkomen wordt een 20mm kevlar dynamowieltje gebruikt. Om de as van de blender kan naar het wiel zo kort mogelijk te houden zal de blender zo laag mogelijk gemonteerd moeten worden.

Er wordt de aanname gedaan dat de blenderkoppeling berekend is op het toerental en niet herontworpen hoeft te worden. De originele koppeling naar de motor wordt vervanger door een as met diameter 7mm van nog onbepaalde lengte. Deze as wordt gelagerd in twee (d7,D22) lagers aan weerszijde van een geleidbuis.

Het behaalde toerental bij verwaarlozing van verlies wordt zo:

90 RPM∗3,25∗35=10.237,5 RPM, wat voldoende moet zijn om de smoothie te creëren.

Opzet blender kanDe blender kan moet zo dicht mogelijk op het wiel geplaatst worden om de stabiliteit van de as en het tegengaan van slippen te bevorderen. Een buis geleid de as naar de aansluiting op de blender kan.De blender moet hiervoor iets uit het midden van het wiel geplaatst worden.

Voordelen+ Relatief goedkoop+ Weinig onderhoud+ Kan weinig foutgaan

Nadelen- ‘Primitief’ ontwerp in vergelijking met frame- Relatief meer kans op slip

Concept II: Mechanisch Trap ondersteundOok dit concept berust enkel op het gebruik van mechanische energie, echter worden hier complexere componenten gekozen. In de onderstaande tabel is een kort overzicht van het concept weergeven inclusief een ruige kostenschatting van de onderdelen.

Proces Methode Product(en) PrijsindicatieFietsende aandrijving Elektrische fiets Volledige fiets €1000,-Overbrenging naar stabilisator

Crankstel, Tandwiel set, Ketting

Inbegrepen in fiets

Vastzetten fiets Fietstrainer, dient tevens als vliegwiel.

Fietstrainer €150,-


Dynamoprincipe, RVS AsAs 7xnbt mmGeleiderLagering

€30

Opzet blender kan Door tandwieloverbrenging in het midden

Houten caseGeleidingBlender

€30

€30Bevestigingsmateriaal Overig Rem €30TOTAAL €1270


Voor de fietsende aandrijving wordt een elektrische fiets aangeschaft. Deze kan zo nodig de gebruiker ondersteunen bij het trappen.

Overbrenging naar stabilisator

Via een ketting wordt de energie overgebracht van de pedalen naar het achterwiel. De gekozen fiets heeft 6 versnellingen op het achterblad. Bij de grootste overbrengingsverhouding is de verhouding 48:16. De iets lagere overbrengingssnelheid wordt gecompenseerd door de elektrische aandrijving.


De fietstrainer heeft een vliegwiel waardoor de kinetische energie hier wordt opgeslagen. Het gebruiken van een vliegwiel zorgt ervoor dat het versnellen en vertragen versoepelt.


Bij dit concept wordt de blender gedemonteerd en de elektromotor verwijderd. De originele inspanning van de as van de elektromotor wordt gebruikt als geleiding voor het aandrijfmechanisme. Doormiddel van een koppelstuk wordt de as verlengd naar een RVS gekartelde ‘dynamo’. De gehele behuizing wordt met blender op de bagagedrager gemonteerd.

Opzet blender kanDe blender kan wordt op de originele opzet gemonteerd. Vervolgens wordt de onderkant van dit opzetstuk op een plaat geschroefd.

Voordelen+ Trapondersteuning helpt jong en oud+ Relatief beter uiterlijk+ Makkelijk demonteerbaar, 3 modules+ Onderdelen makkelijk te reinigen

Nadelen- Opladen accu’s- Duurdere optie

Figuur 9 Elektrische fiets

Figuur 10 Fietstrainer

Figuur 11 Blender opzet

Concept III: Elektrisch OndersteundBij dit concept wordt een voor een hybride variant gekozen waarbij de lichamelijke inspanning wordt omgezet in een elektrisch signaal die een servo aanstuurt. Om dit concept toe te lichten wordt eerst het blokschema aangepast. Daarna volgt een tabel waarin de gebruikte onderdelen worden getoond, alsmede een ruwe kostenschatting.

Blokschema

Voor het elektrisch ondersteund principe is het blokschema aangepast op de extra stappen die in het elektrisch gedeelte moeten worden gezet.

Tabel

Proces Methode Product(en) PrijsindicatieFietsende aandrijving Pedalen op crankstel Crankstel verchroomd

52 TandCartridge Trapas vierkantPedalen

€10,99

€9,- / €15,- (afh. van lengte)Vanaf €10,-

Overbrenging naar stabilisator

Riemoverbrenging Ketting voor fiets zonder derailleur

€8,-


Wiel verzwaren met gewichten

Fietswiel 28’’ alu. Zilver. Geen remAchter tandwiel opsteek 16 tanden

€23,-

€3,-

Meten toerental Dynamo Dynamo €10Converteren signaal Arduino 1 – 100% Arduino Uno

Arduino Case€25,-€10,-

Energiebron Signaal omzetten voor stroomregeling.Toevoer via omvormer en 230V net

Blender aandrijven Eigen motor, input reguleren

Voor de eerste drie processen worden dezelfde methodes gehanteerd als bij concept 1.


Overbrenging naar stabilisator of

vliegwiel

Opslag kinetische energie / Simuleren

fietsenMeten toerental Converteren naar 0

- 100 signaal Energiebron

Energietoevoer

Blender aandrijven

Aandrijving Blender

Om het toerental te meten wordt een dynamo op het wiel gezet. De output van deze dynamo (Max ongeveer 3 watt) wordt via de Arduino Uno gekoppeld aan een dimmersignaal. 0 – 3 watt staat dan respectievelijk gelijk aan 0 – 100% stroomtoevoer. Dit percentage wordt via de microcontroller doorgestuurd om de stroomtoevoer naar de blender te regelen.

Voordelen

+ Iedereen kan een smoothie maken+ Sneller klaar

Nadelen

- Moeilijkheidsgraad weg- Externe energiebron nodig- Elektronica zorgt voor extra veiligheidseisen

Hoofdconcept KeuzeHet hoofdconcept wordt gekozen aan de hand van een keuzematrix. In deze keuzematrix wordt elk concept op de wensen getoetst. De wensen zijn als volgt ingedeeld.

Hygiëne – Hoe goed schoon te maken? Snelheid per gebruiker – Hoe lang instellen en voorbereiden? Aantrekking (commercieel) – Hoeveel personen zal het aantrekken? Gebruiksvriendelijk – kan iedereen het gebruiken? Betrouwbaar – Weinig kans op storing?

Elk concept krijgt per wens een cijfer 1 tot 3 om een indicatie te krijgen van welk concept het beste hierop aansluit.

Eis Concept Mechanisch Concept Ondersteund Concept ElektrischAandrijving door trappen

V V V

Egale smoothie produceren

V V V

Blender mes behaalt 13.000 toeren

V V V

Fietsgevoel simuleren V V VWensenHygiëne 1 2 3Snelheid per gebruiker 2 1 3Aantrekkingskracht 2 3 1Gebruiksvriendelijk 1 3 2Betrouwbaar 3 2 1Sportiviteit 3 2 1Totaal 12 12 11

Uitleg cijferkeuzeHygiëne – Bij de elektrische variant hoeft de blender niet op een nieuw ontworpen standaard te worden gemonteerd, waardoor lekken bijna niet voorkomt.

Snelheid per gebruiker – Bij de elektrisch aangedreven variant is de smoothie het snelst klaar en aangezien het trappen de meeste tijd inneemt zal dit ook de snelheid per gebruiker aanzienlijk verlagen.

Aantrekkingskracht – De mechanische varianten zullen aantrekkelijker zijn dan de ‘gemakkelijke’ elektrische variant die geen inspanning vereist. Waarschijnlijk worden mensen ook aangetrokken door de elektrische fiets.

Gebruiksvriendelijk – Het elektrisch ondersteund concept zal het makkelijkst door jong en oud gebruikt kunnen worden.

Betrouwbaar – Het mechanische concept is het betrouwbaarst omdat deze niet afhankelijk is van het gebruik van elektriciteit. In concept 3 kunnen storingen in de chip ontstaan. In concept twee moeten de accu’s van de elektrische fiets worden geladen.

Voorstel concept aandrijving en ConclusieHet voorstel voor de aandrijving is een combinatie tussen het mechanische en mechanisch ondersteunde concept, omdat deze nog wel het gebruik van inspanning vereisen.

Het geheel wordt geheel mechanisch aangedreven, om de kosten van de fiets te drukken. In plaats van een vast gemonteerde blender wordt een blendermodule ontworpen welke op een bagagedrager gemonteerd kan worden. Met vleugelmoeten moet deze module versteld kunnen worden zodat het RVS wieltje altijd tegen de band aanloopt.

Het dynamoprincipe wordt hier dus nog steeds toegepast. De as van de blender wordt aan deze dynamo gekoppeld.

Documents

eduweb.hhs.nleduweb.hhs.nl/~12099643/Portofolio_Tomash_Groen_V3.0/en_exampl… · Web vieweduweb.hhs.nl