Pagina | II
2012
Avans
Hogeschool
PLM Cranes B.V. Sluisweg 25 4794SW Heijningen Tel: 0167-528 510 Avans Hogeschool Lovensdijksestraat 61-63 4818 AJ Breda Tel: 076-525 0500Ontwerp personenlift
Het ontwerpen en implementeren van een personenlift
Auteur:
Stephen Noordzij 2031753
Pagina | III
Voorwoord
Dit rapport is tot stand gekomen naar aanleiding het accepteren van de afstudeeropdracht “ontwerpen van een personenlift” bij PLM Cranes B.V. De opdracht en bijbehorend verslag zal dienen als bewijsvoering van bekwaamheid, ter afsluiting van de opleiding HBO
werktuigbouwkunde aan Avans hogeschool te Breda.
Mijn dank gaat uit naar;
Dhr Pieter Pulleman voor het mogelijk maken van de afstudeeropdracht.
Dhr Frans Blok voor de dagelijkse ondersteuning vanuit PLM Cranes B.V.
Dhr Pascal Verloop voor de ondersteuning op elektra en PLC gebied.
Pagina | IV
Samenvatting
Het bedrijf waar de afstudeeropdracht is uitgevoerd heet PLM Cranes B.V. Het kantoor van PLM heeft slechts één verdieping, maar desondanks is een lift gewenst. Een eerdere
uitbesteding heeft niet tot het beoogde resultaat geleid, omdat het bedrijf gedurende de aanbesteding failliet is verklaard. Er is geen ander bedrijf ingeschakeld dat gespecialiseerd is in de liftenbouw, vanwege de starre ontwerpen en uitvoeringen van de liften. Dhr Pieter Pulleman wil graag dat het kantoorpand zoveel mogelijk overeenkomsten toont met de producten van PLM. Om deze reden is de afstudeeropdracht ontstaan, om een lift te ontwerpen die wel van dezelfde materialen gemaakt is, en dezelfde sfeer uitademt als de producten van PLM. De looptijd van de opdracht is van 30-01-2012 tot 20-06-2012. De opdracht bestaat uit het ontwerpen en ondersteunen van de uitvoering van een personenlift. De opdracht is projectmatig uitgevoerd . Allereerst is er een project management document opgesteld met een bijbehorende planning. Vervolgens zijn er een duizendtal pagina’s van bijbehorende normbladen doorgenomen, om een helder beeld van de voorschriften en
regelgeving te krijgen. Daarna is er een klein onderzoek gedaan naar octrooien op het gebied van liften en onderdelen daarvan. Daaruit is gebleken dat er nog steeds de mogelijkheid bestaat dat er een octrooi wordt geschonden, maar dat het risico dat gelopen wordt acceptabel te noemen is. Hierna is er een marktonderzoek uitgevoerd zodat de lift aansluit bij de huidige technieken en trends. In overleg met Dhr Pieter Pulleman is er een pakket van eisen opgesteld. Er zijn vier verschillende werkingsprincipes uitgewerkt met in totaal acht configuraties. Hier is de enkele kogelomloopspindel uit gekozen met de aandrijving bovenin de liftschacht, en een loopmoer aan de cabine. Na overleg met de leverancier van de kogelomloopspindel bleek uit ervaring deze configuratie problemen op te leveren, en aan veel slijtage onderhevig te zijn. Een configuratie met een zogenaamd spindelhefelement op het dak van de cabine is veel betrouwbaarder en een bewezen concept volgens de leverancier, dit advies is opgevolgd. Het geheel is uitgewerkt tot en met productieklare werktekeningen, en voldoet aan het gehele eisenpakket. Van het ontwerp is een CE verklaring geschreven met bijbehorend technisch constructie dossier en handleiding. De bouw van de lift zal ondersteund worden door een implementatieplan, die stap voor stap de handelingen doorneemt tot een werkende personenlift volgens de machinerichtlijn.
De bouw van de lift is helaas uitgesteld vanwege de onzekere financiële toekomst van PLM, zodra er een grote order wordt binnengehaald zal de bouw starten. Om het milieu te ontzien is er gekozen voor een slimme schakeling van de cabine verlichting. Het budget is in overleg met Dhr Pieter Pulleman met € 7,000,- overschreden wat 20% van het budget is. Ten
grondslag van deze overschrijding liggen een aantal “luxe” keuzen zoals automatische deuren, en alle opties op de aandrijving. Het project wordt 20 Juni 2012 met een presentatie aan de Lovensdijkstraat te Breda, in combinatie met dit rapport afgerond.
Pagina | V
Inhoudsopgave
Voorwoord ... III Samenvatting ...IV 1. Inleiding ... 1 2. Veiligheidseisen en voorschriften ... 2 3. Octrooi onderzoek ... 3 3.1 Uitvoering: ... 3 3.2 Conclusie: ... 3 4. Marktonderzoek ... 4 4.1 Samenvatting: ... 44.2 Opvallende onderdelen of toepassingen: ... 4
4.3 Trends:... 4
5. Pakket van eisen ... 5
5.1 Eisenpakket (vaste eisen van bijlage methodisch ontwerpen):... 5
5.2 Wensenpakket (variabele eisen van bijlage methodisch ontwerpen): ... 5
6. Concepten ... 6 6.1 Verschillende werkingsprincipes: ... 6 6.2 Verschillende configuraties: ... 7 6.3 Uiteindelijke keuze: ... 8 7. Methodisch ontwerpen ... 9 7.1 Functieblok schema: ... 9 7.2 Morfologisch overzicht: ... 9
7.3 Beoordelingsmatrix functionele eisen:... 11
7.4 Keuze: ... 12 7.5 Duurzaamheid ... 13 8 Het product ... 14 8.1 De liftschacht ... 14 8.2 Type geleiding ... 15 8.3 De cabine ... 15 8.4 Veiligheid ... 15 8.5 Werkelijke kosten ... 16 9 Ontwerpmodules ... 17 9.1 De liftschacht 100 ... 17 9.2 Cabineframe 200 ... 18 9.3 Samenstelling cabine 300 ... 19 9.4 Samenstelling spindelbevestiging 400 ... 20
Pagina | 1
1. Inleiding
Het bedrijf waar de afstudeeropdracht is uitgevoerd heet PLM Cranes B.V. (hierna PLM genoemd). Het bedrijf is met ongeveer veertig werknemers per definitie een klein bedrijf. De kernactiviteiten van het bedrijf zijn het ontwerpen en bouwen van kranen, met een
hijscapaciteit tussen 5.000 en 50.000 kg. De kranen zijn klantspecifieke oplossingen met erg uiteenlopende toepassingen. Een aantal voorbeelden zijn; een hijskraan, een baggerkraan vast op een schip, een overslagkraan rijdend op een rails, of een zelf aangedreven drop-ball kraan (deze kraan hijst een stalen bal van 16.000 kg naar 25 meter hoogte en laat de bal dan vallen). Naast kranen worden er ook binnenvaartschepen gemodificeerd voor allerlei toepassingen, en drijvende pontons ontworpen en geproduceerd. De branche van het bedrijf wijkt behoorlijk af van die van personenliften. De aanwezige kennis m deze reden zal er getracht worden
leveranciers te zoeken met ervaring binnen de liftenbouw.
Afbeelding: Baggerkraan vast op een schip Afbeelding: Overslagkraan op rails PLM is momenteel gevestigd in een tijdelijk kantoor, het permanente kantoor is onderhevig aan verbouwingen. Het permanente kantoor heeft slechts één verdieping, maar desondanks is een lift gewenst. Een eerdere uitbesteding aan Axxes liften B.V. heeft niet tot het beoogde resultaat geleid, omdat het bedrijf gedurende de aanbesteding failliet is verklaard. Er is geen ander bedrijf ingeschakeld dat gespecialiseerd is in de liftenbouw, vanwege de starre ontwerpen en uitvoeringen van de liften.
Dhr Pieter Pulleman wil graag dat het kantoorpand zoveel mogelijk overeenkomsten toont van de producten van PLM. Om deze reden is de afstudeeropdracht ontstaan, om een lift te ontwerpen die wel van dezelfde materialen gemaakt is, en dezelfde sfeer uitademt als de producten van PLM.
Het doel van dit rapport is een compleet beeld te geven van het ontwerpproces, en dient als bewijslast ter afronding van de opleiding HBO werktuigbouwkunde te Breda. Het belang van de student is het afronden van de opleiding en het belang van PLM is een werkende lift die goed past binnen het nieuwe kantoor. De looptijd van het project is van 30-01-2012 tot 20-06-2012. De opdracht bestaat uit het ontwerpen en ondersteunen van de uitvoering van een personenlift.
Pagina | 2
2. Veiligheidseisen en voorschriften
Richtlijn 95/16/EG en bijbehorende handleiding beschrijven in groot detail, aan welke eisen een personenlift wettelijk dient te voldoen. Er staat ook helder in vermeldt dat personenliften met een maximale snelheid van 0,15 m/s onder de machinerichtlijn 2006/42/EG vallen. Wanneer de snelheid van 0,15 m/s gehanteerd wordt, behoeft de lift geen ingebruikname keuring of jaarlijkse keuring (maximaal 18 maanden) te ondergaan. Dit is de voornaamste reden dat er, in overleg met Dhr. Pieter Pulleman gekozen is om de lift volgens de
machinerichtlijn te vervaardigen. Een bijkomende reden is dat er zelf onderhoud aan de lift gepleegd mag worden. De genoemde maximale snelheid is acceptabel omdat het
hoogteverschil van 3647mm tussen de verdiepingen, in ongeveer 25 seconden afgelegd is. Alle geldende voorschriften voor personenliften zijn gebundeld in EN 81. Deze voorschriften hoeven niet te worden nageleefd, aangezien de machinerichtlijn is gevolgd. Echter worden er veel onderdelen benoemd die de lift een stuk veiliger maken. Zo schrijft EN 81-28 voor dat alle liften over een afstandalarm dienen te beschikken. Het afstandalarm is een telefoonlijn die verbonden is met een 24-uurs centrale, die gealarmeerd kan worden en ingrijpen wanneer de lift niet naar behoren functioneert. In EN 81-50 staan voorschriften hoe de berekeningen en beproevingen dienen te worden uitgevoerd. EN 81-58 beschrijft de voorschriften wat betreft brandveiligheid van lift en liftschacht. In EN 81-73 staat beschreven hoe de lift aangestuurd dient te worden, in geval van afwijkende temperaturen –lees brand- in het gebouw. EN 81-21 geeft een uitzondering op de door EN 81-1 verplichte onder- en bovenruimte, om
“verpletteringsgevaar” voor onderhoudpersoneel te kunnen voorkomen. Deze norm geeft aan welke voorzieningen moeten worden getroffen in dit geval.
Onuitwisbaar op de liftschacht dient de tekst “liftschacht gevaar – verboden toegang voor onbevoegden” geplaatst te worden. In geval van een machinekamerloze lift dient de verlichting ter plaatse van de aandrijving en het besturingspaneel 200 lux te zijn. Er mag maximaal een geluidniveau van 30 dB(a) gemeten worden op de vaste werkplekken (NEN 1070), tijdens gebruik van de lift. Klimaatbeheersing in de schacht is niet verplicht. Echter moet de lift lager dan 5 en boven 40 graden Celsius de “brandschakeling” volgens EN 81-73. Aan de hand van het bouwbesluit is gebleken dat er geen brandeisen aan het glas worden gesteld. De reden hiervan is dat de lift niet onderdeel uitmaakt van een vluchtroute, dat is de brandtrap.
Dit is een bondige samenvatting, zie bijlage veiligheidseisen en voorschriften voor meer informatie.
Pagina | 3
3. Octrooi onderzoek
Allereerst is uitgezocht of er wel rekening gehouden moet worden met geldende octrooien. Om reden dat de lift niet commercieel verkocht gaat worden en er dus ook geen winst mee gemoeid is. Helaas bleek dit geen reden te zijn om geregistreerde octrooien te negeren, omdat de eindgebruiker niet een particulier maar een bedrijf betreft.
3.1 Uitvoering:
Met meer dan 70.000.000 toegewezen octrooien, is het onmogelijk uit te sluiten -binnen de gestelde termijn- dat men toch een gepatenteerd idee uitvoert. Zelfs een (aan kosten
verbonden) zoekopdracht uitgevoerd door het octrooicentrum Nederland geeft enkel de juiste ECLA coderingen en een aantal resultaten, maar geeft geen enkele garantie dat dit alle octrooien van belang zijn. Na drie dagen zoeken naar een onbekend aantal spelden in de spreekwoordelijke hooiberg, zijn er wel een behoorlijk aantal octrooien die mogelijk verband hebben met de uitvoering gevonden (zie bijlage Octrooien).
Wat opvalt bij deze octrooien is, dat deze over een specifieke liftconstructie met speciale eigenschappen gaan, of over onderdelen met specifieke eigenschappen. Koopdelen zijn bijna altijd goedkoper en gemakkelijker, dan zelf voor het eerst een component samenstellen. Om deze reden en om te voorkomen dat er inbreuk gemaakt wordt op geldende patenten zullen zoveel mogelijk componenten worden ingekocht. De liftconstructie octrooien zijn er duidelijk op geënt dat een lifttype niet direct gekopieerd wordt, en zijn zodanig geschreven dat je een type lift bijna moedwillig moet kopiëren om inbreuk te maken. Verder zijn er ook opvallend veel octrooien op microprocessor besturing verstrekt, aangezien de lift hoogstwaarschijnlijk aangestuurd gaat worden door een Siemens S7 PLC met zelfgeschreven programma, is het zeer onwaarschijnlijk dat deze octrooien geschonden worden.
Ondanks dat het gehele ontwerp zelf bedacht en ontworpen is en er niet moedwillig gekopieerd wordt, kan een octrooihouder gewoon een beschuldiging van inbreuk op het octrooi starten. Mits het octrooi van een eerdere datum dan het ontwerp dateert, en de leges betaald zijn natuurlijk. Het risico dat gelopen wordt wanneer er toch onbedoeld een octrooi geschonden wordt, zijn in het meest drastische geval;
- Het stilleggen van de lift op gerechtelijk bevel.
- Het gedwongen verwijderen van het inbreuk makende onderdeel of onderdelen. - Een financiële compensatie van de misgelopen omzet (deel van de prijs van de lift).
3.2 Conclusie:
Tot slot moet men natuurlijk ook in acht nemen dat de kans dat een octrooihouder in aanraking met de constructie van de lift komt nihil is. De lift staat niet in een openbaar gebouw, en wordt niet veelvuldig of wereldwijd geplaatst. Concluderend is het risico dat gelopen wordt acceptabel te noemen. De kans op een octrooiprocedure is nihil, en de gevolgen zijn goed te overzien. Het uitgevoerde octrooionderzoek heeft de kans op inbreuk ook nog iets gereduceerd, maar helaas niet uit kunnen sluiten.
Pagina | 4
4. Marktonderzoek
4.1 Samenvatting:
Duurzaamheid en energiebesparing vormen het grootste deel van de trends van personenliften. Een belangrijke marktontwikkeling is het opnemen van liften met een maximum snelheid van 0,15 m/s in de machinerichtlijn 2006/42/EG. Bedrijven
gespecialiseerd in liftenbouw spelen hier dankbaar op in, om rede dat de periodieke keuring hierdoor niet meer verplicht is. Voor kleine relatief simpele personenliften wordt bijna altijd de schacht meegeleverd, zodat bouwtechnische keuringen overbodig zijn. Wat materiaal betreft wordt er wordt veelvuldig gebruik gemaakt van glas en rvs. Snelle montage- en levertijden van de liften worden vaak aangeprezen op de websites van de fabrikanten. Helaas worden de prijzen van de liften niet vrijgegeven, waardoor deze niet vergeleken kunnen worden. Het is gebruikelijk dat er een offerte wordt gedaan nadat een
vertegenwoordiger van de liftaanbieder de situatie heeft opgenomen.
4.2 Opvallende onderdelen of toepassingen:
- Lift gebaseerd op vacuüm waarvan de schacht uit aluminium en polycarbonaat bestaat. - Spotjes in de liftschacht, in combinatie met een glazen schachtwand geeft een soort
“vitrinekast effect”.
- Rvs plaat lasersnijden met verlichting daarachter
- Bij tractieliften worden staalkabels vervangen door “innovatieve draagriemen” (polyurethaan gecoate draagriemen) hierdoor kan de aandrijfschijf van Ø320 naar zo een 80mm worden teruggebracht (energiezuiniger).
- Zogenaamd “floatglass” is glas met een uniforme dikte (beter dan normaal glas) en hoge weerspiegeling.
- Tandriem aangedreven lift.
- LCD scherm voor niveau aanduiding.
- “CAN see” een uitleessysteem van elektrische fouten. - Marmeren vloer.
- Bedieningstoetsen voorzien van braille opschrift.
4.3 Trends:
- Energiezuinige verlichting.
- Compacte bouwvormen om minder ruimte in het gebouw in te nemen. - Optimalisatie van de ruimte in cabine.
- Geen machinekamer, diepe liftput of dakopbouw nodig.
Pagina | 5
5. Pakket van eisen
Het pakket van eisen is samengesteld is samenspraak met Dhr Pieter Pulleman en Frans Blok.
5.1 Eisenpakket (vaste eisen van bijlage methodisch ontwerpen):
- Maximale tijd van verdieping A naar verdieping B bedraagt 30 seconden. - De capaciteit bedraagt minimaal 630 kg of 8 personen.
- Nooddaalfunctie bedienbaar in de liftcabine.
- De lift mag maximaal drie dagen per jaar buiten dienst zijn.
- De beoogde levensduur bedraagt minimaal 20 jaar bij 20 liftbewegingen per dag. - Geen hydraulische aandrijving, in verband met de hinderlijke geur, spelingen, relatief
hoog energieverbruik en regelmatig prijzig onderhoud.
- Het maximaal aanvaardbaar geluidniveau aan de vaste werkplekken is 30 dB (vastgelegd in NEN 1070).
- Geen periodieke keuring indien mogelijk. (alleen mogelijk bij een lift volgens de machinerichtlijn).
- Bijvoorkeur het onderhoud van de lift in eigen beheer (alleen mogelijk bij een lift volgens de machinerichtlijn).
- Het budget van het project is € 35.000,-.
- Er mogen geen modificaties aan het bedrijfspand gemaakt worden (dakopbouw of wegbreken vloer). De lift (cabine) en alle onderdelen ervan zullen door het deurportiek naar binnen moeten. Deze doorgang zal slechts eenmalig beschikbaar zijn, daarna wordt een nieuwe deur geplaatst. De maximale afmetingen van deze doorgang bedragen: 2810x2305 mm.
- Wanneer de lift op de eerste verdieping staat moet deze buiten gebruik gesteld kunnen worden.
- De lift moet aan alle voorschriften en eisen voldoen die van toepassing zijn op de lift in kwestie.
5.2 Wensenpakket (variabele eisen van bijlage methodisch ontwerpen):
- Doorgang van de deuren minimaal 800mm, breder is beter.
- Bijvoorkeur geautomatiseerde deuren, anders handmatig bediende deuren. - Gesloten liftcabine gewenst.
- Bijvoorkeur symmetrische aandrijving en geleiding (uiterlijk)*. - Ruimtelijke cabine met voldoende persoonlijke ruimte.
- Jaarlijkse eigenaarkosten (costs of ownership) maximaal € 2000,-. - Maximaal drie dagen per jaar buiten gebruik, minder is beter. - Maximaal twee dagen per jaar onderhoud, minder is beter. - Solide en veilig gevoel, minder speling is beter.
- Fabricage in eigen beheer heeft de voorkeur boven werk uitbesteden.
* De mening van Dhr Pieter Pulleman is later bijgesteld naar aandrijving en geleiding aan één zijde.
Aan alle eisen is voldaan. Er zijn geautomatiseerde deuren met een doorgang van 1000mm toegepast, welke de cabine dus een gesloten geheel maken. Er is 0,32 m² beschikbaar per persoon (dit is het dubbele van het voorgeschreven oppervlak). De geleiding is van hoge kwaliteit, en zal een minimale speling toelaten. Het jaarlijkse stroomverbruik wordt geschat op 376 kWh ofwel € 100,-. Het onderhoud is lastig te voorspellen, maar gezien het geringe gebruik zal dit naar alle waarschijnlijkheid positief uitvallen.
Pagina | 6
6. Concepten
Er zijn vier verschillende werkingsprincipes uitgewerkt met in totaal acht verschillende configuraties.
6.1 Verschillende werkingsprincipes:
Afbeelding: Van links naar rechts; Spindel, Tractieschijf, Lineaire cilinder, Ketting. Elk werkingsprincipe heeft zijn eigen voor- en nadelen. Zo is bijvoorbeeld de lengte van de cabine bij de tractieschijf en lineaire cilinder sterk gereduceerd. Het formaat lineair cilinder is een stuk groter dan de meeste leveranciers kunnen leveren, en viel door de prijs af. Een hydraulische krachtbron viel bij voorbaat af. Dhr Pieter Pulleman had bezwaar tegen de geur van hydrauliek in de lift en mogelijk ook daarbuiten. Verder zit er veel speling in dit type aandrijving, met het uitzetten van slangen, veranderen van de last bij in en uitstappen en dergelijk.
Pagina | 7
6.2 Verschillende configuraties:
Afbeelding: Andere mogelijke configuraties
Zoals men kan zien is er ook behoorlijk met de aandrijving en geleiding geschoven, om alle mogelijkheden te bekijken en een keuze te kunnen maken. De dubbele spindel zou
waarschijnlijk te duur worden. De aandrijving met tractieschijf zonder tegengewicht is
eigenlijk alleen maar een nadeel ten opzichte van een tractieschijf met tegengewicht. Van alle mogelijkheden zijn de meest aansprekende gecombineerd in de uiteindelijke keuze.
Pagina | 8
6.3 Uiteindelijke keuze:
De uiteindelijke keuze is in overleg met Dhr Pieter Pulleman en Dhr Frans Blok gevallen op de enkele spindel met loopmoer. De rechtgeleiding maakt gebruik van een nieuwe gefreesde plaat, en bestaande geleideblokken (deze zijn ooit overgebleven van een afgerond project). De geleiding aan de achterzijde maakt gebruik van de bestaande schachtkokers, met speciaal voor liften bedoelde geleideschoenen.
Pagina | 9
7. Methodisch ontwerpen
Het ontwerp is uitgevoerd gebruik makend van methodisch ontwerpen. Deze methode staat omschreven in het boek van J. de Beer (zie bronnenlijst).
7.1 Functieblok schema:
Afbeelding: Het functieblok schema.
7.2 Morfologisch overzicht:
In het morfologisch overzicht zijn diverse oplossingen voor elke functie grafisch
weergegeven. De afbeelding zal in de meeste gevallen afwijken van een werkelijke oplossing, en dient enkel om het principe duidelijk te maken. De drie gekleurde lijnen geven een
mogelijke samenhang tussen de oplossingen.
Het morfologisch overzicht geeft een aantal werkingsprincipes weer waarmee de bijbehorende functie vervult zou kunnen worden. Er is getracht een samenhangende
combinatie te maken per structuur (de gekleurde lijnen). De samenhang van structuur 3 zijn de wat meer excentrieke oplossingen, om te zien of deze wel of geen goed idee zijn.
Pagina | 10 Afbeelding: Het morfologisch overzicht.
Pagina | 11
7.3 Beoordelingsmatrix functionele eisen:
Variabele functionele eisen Structuren WAARDERING S1 S2 S3 Ideaal Factor 1 1 1 3 3 1 2 6 6 2 6 2 3 15 15 5 15 5 4 3 9 9 9 3 5 18 18 12 18 6 6 8 12 4 12 4 7 3 1 2 3 1 8 3 1 2 3 1 9 21 7 14 21 7 Σ 78 70 53 90 -
Rel Σ (tov ideaal) 87% 78% 59% 100% - Afbeelding: Beoordelingsmatrix.
Uit deze matrix volgt “de meest ideale structuur”. Het percentage is ten opzicht van een “perfecte” oplossing. S1 is de beste structuur wat betreft functioneren, daarna S2 en S3 is het minst geschikt. De beoordelingsmatrix houdt rekening met de weegfactor van eisen die zwaarder aangerekend worden. Alleen bij variabele eis vier en zes wordt structuur 1
overtroffen. Variabele eis vier gaat over de massa detecteren. Het type gewichtsensor hangt eigenlijk samen met de constructie van de lift. Variabele eis zes gaat over de temperatuur detecteren, wat nauwkeuriger kan met een temperatuur sensor dan met bimetaalschakelaars. Bovendien heb je er twee nodig om een temperatuur gebied af te bakenen.
Pagina | 12
7.4 Keuze:
Vanwege de minimale milieuoverwegingen in het eisen en wensenpakket is het keuze
diagram vereenvoudigd naar een keuzegrafiek. In de volgende paragraaf worden de genomen acties om het milieu te ontzien nader verklaard.
Afbeelding: Keuzegrafiek.
Zoals in bovenstaande grafiek te zien is S1 verreweg de beste structuur. S1 heeft een idealiteit van 0,89*0,87 = 0,77 = 77%, dat wil zeggen dat een betere oplossing onwaarschijnlijk is. Structuur S2 en S3 zijn beide minder geschikt wat betreft fabricage en functioneren.
Pagina | 13
7.5 Duurzaamheid
Er is gekozen voor energiebesparende LED verlichting om de cabine te verlichten. Deze verlichting heeft slechts (6 maal 7 Watt) 42 Watt nodig om 2,5 m² voldoende te verlichten. Echter is zelfs deze zuinige verlichting nog een behoorlijke energieverslinder op de lange duur, zie onderstaande berekening;
24 uur per dag, 365 dagen per jaar = 8760 uur per jaar. 42 Watt = 0,042 kW
8760 * 0,042 = 368 kWh !
Ter vergelijking de motor die de lift aandrijft verbruikt tijdens de rit 5729 Watt maar wordt veel minder gebruikt;
30 seconden per rit, 20 ritten per dag, 300 dagen per jaar = 50 uur per jaar. 5,7 kW
50 * 5,7 = 286 kWh
Om deze reden is het “koelkastlampje principe” toegepast. Zodra de deuren het signaal krijgen om te openen wordt ook de LED verlichting aangezet door de PLC. Zolang de gewichtdetectie een last detecteert zal de verlichting aanblijven. Zodra men uitstapt zal het PLC programma ervoor zorgen dat de verlichting nog netjes 10 seconden blijft branden. We krijgen nu;
40 seconden per rit, 20 ritten per dag, 300 dagen per jaar = 67 uur per jaar. 42 Watt = 0,042 kW
67 * 0,042 = 2,8 kWh !
Dit is een besparing van maar liefst 365 kWh per jaar, meer dan de elektromotor verbruikt. Omgerekend met de huidige energieprijs van € 0,25 per kWh komt dat neer op een besparing van ruim € 90,- per jaar.
Er is uitgezocht of er ook een slimme schakeling bedacht kon worden wat betreft de standverwarming. Helaas bleek dit weinig zin te hebben, door de hoge relatieve
luchtvochtigheid in Nederland. Deze varieert tussen 70% en 90% gemiddeld gedurende het jaar. Bij 100% luchtvochtigheid is de dampspanning meteen bereikt bij omgevingtemperatuur. Hoe dichter de luchtvochtigheid bij de 100% zit hoe kleiner het temperatuurverschil tussen onderdelen van de elektromotor en de omgevingtemperatuur hoeft te zijn, om schadelijke condensatie (water) in de elektromotor te veroorzaken. Conclusie: standverwarming op elektromotoren in Nederland is een vrij logische keuze.
Om het verbruik te minimaliseren is er voor 10 Watt standverwarming gekozen, boven 25 Watt. 10 Watt continue verbruik komt overeen met 88 kWh per jaar, ten opzichte van 219 kWh.
Pagina | 14
8 Het product
Bij het uitwerken van het concept en de methodisch verkregen oplossing, loopt men tegen onverwachte problemen aan. De wijzigingen die in de loop van het ontwerpproces gemaakt zijn worden hieronder beschreven.
8.1 De liftschacht
Dhr Pieter Pulleman gaf aan na twee weken ontwerpen, zowel de aandrijving als de geleiding aan dezelfde zijde toch mooier te vinden dan aan beide zijden aandrijving of geleiding. Dit geeft het volgende plaatje;
Afbeelding: De cabine met spindel en geleiding aan dezelfde zijde.
Een kogelomloopspindel is veel energiezuiniger dan een trapezium spindel. Bovendien komt een trapeziumspindel van acceptabele afmetingen niet aan de levensduur van 20 jaar, en de moer zou ook te vaak vervangen moeten worden. De maat van de kogelomloopspindel is vastgesteld op Ø63mm (zie bijlage berekeningen), en later door Molenberg aandrijftechniek ook berekent als geschikte maat voor deze toepassing.
PLM doet regelmatig zaken met Autoglas Schiedam B.V. Dit bedrijf verzorgt dan de beglazing van de cabines. Voor de liftschacht zal hetzelfde type glas gebruikt worden, om uniformiteit met het product te houden. Dit type glas is dubbel gelaagd en gehard glas. Bij een dikte van 12mm zal er een behoorlijke kracht nodig zijn om dit glas te doen breken. En omdat het glas gelaagd is zal men niet de liftschacht in kunnen vallen.
Pagina | 15
8.2 Type geleiding
Bij aanvraag van een offerte voor het leveren van zes meter lange plaat uit rvs 304 ten behoeve van de rechtgeleiding bleek dit een prijzige oplossing. Alleen het materiaal zou al € 1865,- gaan kosten maar er zou bovenop dit bedrag nog een toeslag komen voor het “richten” van de plaat. Dit is nodig om de rechtheid tolerantie te halen zodat deze als rechtgeleiding gebruikt kan worden. Daarnaast moet de plaat ook nog gefreesd worden, waarvan de kosten € 3720,- bedragen. In totaal bijna € 5600,- exclusief het richten van de plaat. De firma Hepco is gevraagd voor een consult. Er werd een geleiding systeem aangeraden dat in het verleden ook wel eens voor een lifttoepassing gebruikt is. Het systeem maakt gebruik van loopwielen Ø95 of Ø120mm voorzien van een V-vormige uitsparing in het loopvlak. Uit de berekening is gebleken dat alleen de loopwielen van Ø120mm geschikt zijn (zie berekening “Hepco loopwielen”). Dit type geleiding kost in totaal met toebehoren nog geen € 4700,-.
8.3 De cabine
Dezelfde vloertegels als reeds geplaatst in het kantoor zullen de vloer van de liftcabine bekleden. De cabinewanden zullen van binnen met rvs beplating worden bekleed. Dhr. Pieter Pulleman gaf (06-04-2012) aan dat de buitenkant van de cabine niet bekleed hoeft te worden, het zichtbaar zijn van het frame is geen bezwaar. Dit bespaart ruim € 4.000,- en 300 kg aan rvs beplating, en is dus een wenselijk besluit. Het plafond zal worden uitgevuld met rvs 304 UNP 80x40x4 koudgewalst profiel, met als belangrijkste redenering; kostenoverweging. Koudgewalst profiel kost € 88,85 per meter, tegen € 131,10 en € 131,76 (MCB prijslijst op de website) respectievelijk warmgewalst en laser gelast profiel. Het UNP dient in dit geval als een maatvast bevestigingsvlak.
PLM heeft regelmatig load cells nodig voor lastdetectie van de draadkranen. Hier worden lastdetectie systemen van Pat-Kruger voor gebruikt. Dhr Pascal Verloop heeft ervaring met het afstellen van deze load cells, en kan hier goed mee werken. Er zijn goede prijsafspraken met deze leverancier, en de kwaliteit van de producten heeft het nog nooit laten afweten.
8.4 Veiligheid
Er zijn twee remmen op de lift toegepast, die voorkomen dat de lift kan bewegen wanneer dit niet gewenst is. De eerste rem zit achterop de elektromotor. Deze fungeert primair als
houdrem, en secundair als veiligheidsrem wanneer de stroom uitvalt. De mogelijkheid bestaat echter dat bijvoorbeeld de as van de elektromotor breekt, of de moer in het hefelement faalt. Zonder secundaire rem zal de cabine dan ongecontroleerd naar de liftput dalen. De secundaire rem zit op een onafhankelijke remstrip waardoor er twee falen tegelijkertijd nodig zijn om tot een gevaarlijke situatie te leiden. In het geval dat de stroom uitvalt is er een nooddaal functie, waarmee de remmen mechanisch gelicht kunnen worden. Wanneer de inzittende tot de begane vloer zijn gedaald, kunnen de cabine en schachtdeuren gemakkelijk met de hand geopend worden. Er wordt een instructieblad permanent bij de nooddaal bevestigd (zie bijlage “veiligheidsvoorzieningen” in het technisch constructie dossier).
Pagina | 16
8.5 Werkelijke kosten
Bij aanvang van het project is er uitgegaan van een vergelijkbare lift als in de opgestelde offerte (zie bijlage). Het budget werd daarmee vastgesteld op € 35.000,- en uiteindelijk met € 7.000,- overschreden. De belangrijkste verschillen zijn;
De lift van de offerte heeft handbediende deuren, ten opzicht van automatische deuren.
De ontworpen lift heeft een secundaire veiligheidsrem.
De aandrijving van de ontworpen lift is van alle opties voorzien, om een langere levensduur te behalen.
De lift van de offerte is iets minder ruim met 5,0 m³ ten opzichte van 5,5 m³.
De lift van de offerte is een stuk minder robuust (zie tekeningen van offerte).
De ontworpen lift maakt enkel gebruik van hoogwaardige A-merken koopdelen. In de volgende tabel is de vooraf afgeschatte budget verdeling vergeleken met de kosten welke volgen uit offerten. Wellicht kan Mevr. Jolanda Roks van de afdeling inkoop nog enige korting bedingen.
Tabel: Geschatte kosten uitgezet tegen werkelijke kosten
Uit de tabel is af te leiden dat vooral de aandrijving duurder is uitgevallen dan verwacht. In de eerste offerte zou de aandrijving € 9.000,- kosten. Echter was bij dit bedrag de encoder en de opties zoals standverwarming niet inbegrepen. Verder ziet men de automatische deuren terug bij de cabine en liftschacht.
Ingeschat (PMD): Werkelijk: Normbladen 1000 350 Aandrijving 4000 13600 Aansturing 3500 3200 Liftschacht 5000 7000 Cabine 6500 8000 Veiligheid 4000 4000 Geleiding 3000 4700 Overig 5000 1150 Totaal: 32000 42000
Pagina | 17
9 Ontwerpmodules
Om het ontwerp gestructureerd te kunnen volgen is het concept ontwerp opgedeeld in de verschillende ontwerpmodules 100, 200, 300 en 400. Deze modules zijn verschillende subsamenstellingen van de personenlift.
9.1 De liftschacht 100
Bij aanvang van de afstudeeropdracht was er reeds een deel van de liftschacht geplaatst. Zoals op onderstaande afbeelding te zien is.
Afbeelding: Links de bestaande, rechts de ontworpen liftschacht.
Aan het einde van de slag zit een eindschakelaar, voor het geval de motor niet correct wordt aangestuurd om welke reden dan ook. Aan de rechterkant van de liftschacht is het
geleideprofiel van Hepco (fabrikant) bevestigd. De verdiepingdeuren worden aan de bovenzijde aan een koker bevestigd en aan de onderzijde direct aan de verdieping met
draadeinden en chemisch anker. Het glas gaat geplaatst worden door Autoglas Schiedam, een vaste leverancier van PLM. Het glas zal van hetzelfde type zijn als de cabinebeglazing die deze leverancier normaal gesproken plaatst.
Pagina | 18
9.2 Cabineframe 200
Het frame is met behulp van Inventor doorgerekend op doorbuiging en sterkte. Het gehele frame bestaat uit koker 50x50x5 en een aantal minder belastte delen zijn uit 40x40x4 vervaardigd. Alle onderdelen die op bovenstaande afbeelding staan zijn van rvs 304L. De L geeft aan dat de legering beter geschikt is om te lassen. De plaat in het midden correspondeert met de liftbuffer in de liftput. In dit stadium is deze plaat nog van beide zijden met een
kettinglas vast te lassen. De UNP profielen aan het dak van de cabine dienen om het plafond uit te vullen, zodat hier verlichting in gemonteerd kan worden en kabels in kunnen worden weggewerkt.
Afbeelding: Het frame van de cabine.
Omdat de geleiding van de cabine asymmetrisch is, zijn de reactiekrachten bepaald ter hoogte van de geleidewielen. Deze bedragen 9100N trekkend ter hoogte van het dak, en dezelfde waarde drukkend ter hoogte van de vloer. Aangezien er weinig kennis aanwezig is bij PLM op het gebied van rechtgeleiding, is er een overleg met de firma Hepco ingepland. Uit deze bespreking is naar voren gekomen dat een geleidewiel met V-vormig loopvlak de beste keuze zou zijn voor deze toepassing. Deze loopwielen zijn al eens eerder toegepast door Hepco bij een personenlift, en daar zijn geen klachten over geweest. De vertegenwoordiger heeft
loopwielen van Ø95 of Ø120mm aangeraden. Gebruikmakend van de verschafte informatie is gebleken dat het wiel van Ø95mm gevaarlijk dicht bij de maximale belastingfactor zit, of er overheen gaat wanneer de wielen niet exact evenveel dragen. Daarom is het wiel van 120mm de betere keuze, en zijn deze toegepast (zie bijlage berekeningen “berekening Hepco
Pagina | 19
9.3 Samenstelling cabine 300
Aan het frame van de cabine -zie vorige paragraaf- wordt het spindelhefelement met
elektromotor bevestigd zoals Molenberg B.V. geadviseerd heeft. De achterzijde van de cabine wordt geleid met Acla (fabrikant) geleideschoenen, welke corresponderen met twee geslepen rvs strippen in de liftschacht. Direct naast het spindelhefelement is ook nog een rechtgeleiding van Hepco (fabrikant) aangebracht, welke gebruik maakt van loopwielen. De binnenzijde is bekleed met rvs beplating, en de vloer is identiek aan de vloer welke in het bedrijfspand al aanwezig is. De deuren zijn volledig automatisch en centraal openend. Door diverse
aanbieders en deur typen te onderzoeken, is een doorgang van 1000mm mogelijk geworden in een schacht van slechts 1700mm breed. De deuren zullen beveiligd worden tegen beknelling door middel van een lichtscherm in plaats van lichtogen. Deze keuze is veiliger omdat in dit geval de gehele hoogte van de doorgang gecontroleerd wordt of dat er personen of
voorwerpen tussen zitten, in plaats van op twee punten.
Afbeelding: De cabine.
In het plafond van de cabine is het logo van PLM verwerkt, met de verlichting daarachter aangebracht. Ook is er een luik aangebracht in verband met het reinigen van de binnenzijde van de liftschacht aangezien deze van glas vervaardigd zal zijn. Montage en onderhoud zullen door dit luik ook gemakkelijker zijn. Wanneer een luik geopend wordt tijdens een rit zal de lift onmiddellijk stop gezet worden door de PLC. Volgens EN-81/1 is afscherming bij een speling tussen cabine en schachtwand kleiner dan 300mm niet noodzakelijk. Deze speling bedraagt 227mm op het grootste punt en is derhalve niet toegepast.
Pagina | 20
9.4 Samenstelling spindelbevestiging 400
De spindelbevestiging bestaat uit een koker 150x150x5,6 (dezelfde als de schachtkokers) met bevestigingsplaten om deze aan de liftschacht te bevestigen. Onderaan de koker zit een bevestigingsplaat om de spindel aan vast te maken. De spindel is met schroefdraad op een flens bevestigd, en met een pin van Ø10mm geborgd tegen losdraaien. De flens wordt met zes M24 bouten aan de bevestigingsplaat vastgebout. De spindel is dus hangend bevestigd en derhalve niet op knik doorgerekend. Het uiteinde in de liftput is met een losse flens radiaal opgesloten tegen uitbuigen.
Afbeelding: De spindelbevestiging.
Er is rekening gehouden met het opwarmen van de spindel, door een speling te houden van 8mm. Ervan uitgaande dat de spindel bij 20 graden Celsius vervaardigd wordt, zullen de volgende maximale waarden bereikt worden (zie bijlage berekeningen “uitzetting spindel”); Maximale temperatuur van de spindel; +80: De spindel wordt 4,8mm langer.
Minimale temperatuur in de schacht -20: De spindel wordt 3,2mm korter. De speling is met opzet groter gehouden vanwege onnauwkeurigheden gedurende het
vervaardigen en monteren van de diverse componenten. De lassen zijn berekend op sterkte, en de koker op doorbuiging (zie bijlage berekeningen). De remstrip (links onderin op de
afbeelding) zit op een dezelfde vergelijkbare manier aan de koker bevestigd als de bevestigingsplaat van de spindel.
Pagina | 21
10. Conclusie van het project
Het primaire doel van het project was een lift ontwerpen en de uitvoering ondersteunen. Objectief gezien ligt er een ontwerp van een lift die aan de gestelde eisen voldoet, en een implementatieplan om deze te realiseren. Helaas is de looptijd van het project te kort om met zekerheid te kunnen zeggen of de lift naar behoren functioneert. Maar het primaire doel lijkt voltooid op dit moment.
Het secundaire doel van het project was om het uiterlijk van de lift en de gebruikte
componenten overeen te laten komen met de producten van PLM. De volgende onderdelen tonen overeenkomst met de producten van PLM;
De liftschacht wordt in de bedrijfskleuren van PLM geschilderd.
De liftschacht wordt van hetzelfde glas als de cabines van de kranen voorzien.
Het logo van PLM staat in het dak van de cabine, voorzien van verlichting.
Dezelfde besturing (Siemens S7 PLC) wordt gebruikt.
Dezelfde gewichtdetectie (PAT-Kruger load cells) worden gebruikt.
De nooddaalfunctie wordt vervult door kabels die vroeger werden gebruikt in de eerste generatie PLM kranen, voordat alle functies elektromagnetisch vervuld werden.
Met het zichtbare kokerframe is dezelfde robuustheid getracht uit te stralen. Verder is het een kwestie van smaak en opinie of het secundaire doel voltooid is. Het gehele ontwerp is met opzet fors uitgevoerd, aangezien dit de wens van Dhr Pieter Pulleman is. Normaliter zal de cabine wat kleiner worden gekozen zijn, de vloer van een stuk minder zwaar materiaal dan natuursteen, het frame lichter uitgevoerd, de wanden van 1,5mm in plaats van 2mm plaatstaal en de vloer van 2 in plaats van 3mm plaatstaal. Door deze keuzen zal de cabine een stuk lichter zijn. Dit resulteert in een lager verbruik van de elektromotor, bovendien kan deze dan waarschijnlijk weer een maatje kleiner uitgevoerd worden. De spindel, het hefelement en de rem kunnen dan ook lichter en dus goedkoper gekozen worden.
Persoonlijk heb ik het volste vertrouwen in het naar behoren functioneren van de lift. De bouw van de lift zal alsnog persoonlijk door mij ondersteund worden, aangezien ik een contract van 1040 uur bij PLM heb ondertekend. Zodra de lift naar behoren werkt, zal ik er vol genoegen gebruik van gaan maken.
