Lasmanipulator bakken

(1)

Lasmanipulator bakken

Het toepassen van een lasmanipulator bij het lassen van de bakken

Eindverslag

Opleiding:

werktuigbouwkunde

Opsteldatum:

6-6-2011

Student:

Kevin van de Sande

(2)

Eindverslag

Lasmanipulator bakken I

Voorwoord

Dit rapport is het afstudeerverslag van mijn opleiding werktuigbouwkunde op de Avans Hogeschool in Breda. Deze stage is gedaan bij Peeters Landbouwmachines B.V. Hier heb ik mij bezig gehouden met een opdracht die betrekking had op het productieproces van stalen bakken die in diverse

producten van Peeters Landbouwmachines gebruikt worden. Het resultaat van deze opdracht is terug te lezen in dit verslag.

Er is mij veel dank verschuldigd aan iedereen die heeft bijgedragen aan het project. Allereerst natuurlijk Dhr. D. Peeters die mij de mogelijkheid heeft gegeven om bij zijn bedrijf mijn

afstudeerstage te komen volgen en ook inhoudelijk heeft bijgedragen aan de opdracht. Natuurlijk ook Dhr. A. Brosens die mij als bedrijfsbegeleider zowel inhoudelijk als procesmatig goed heeft geholpen. De docentbegeleider Dhr. W. Maas ben ik uiteraard dankbaar voor zijn begeleiding vanuit school gedurende de afstudeerperiode. Daarnaast wil ik alle medewerkers van Peeters Landbouwmachines die mij, op wat voor manier dan ook geholpen hebben bij het project, bedanken voor hun bijdrage.

Etten-Leur, Juni 2011 Kevin van de Sande

(3)

Eindverslag Lasmanipulator bakken II

Inhoudsopgave

Voorwoord ... 1 Samenvatting... 4 1 Inleiding ... 5 1.1. Probleemstelling ... 5 1.2. Doelstelling... 6 1.3. Structuurbeschrijving... 6 2 Peeters Landbouwmachines B.V... 7 2.1. Bedrijfskarakteristiek... 7 2.2. Producten ... 7 2.3. Markt... 7 2.4. Beleid ... 7 3 Probleem definitie ... 8

3.1. Pakket van eisen... 8

3.2. Functies en functionele relaties... 10

4 Werkwijze bepaling ... 11

4.1. Concepten ... 11

4.2. Structuren... 12

4.3. Toetsen van de concepten ... 16

4.4. Uiteindelijke keuze ... 18

5 Vormgeving... 19

5.1. Horizontale verplaatsing ... 20

5.2. Inklemmen van de onderdelen ... 22

5.3. Verticale beweging van de toorts... 23

5.4. Lasapparatuur... 25

6 Kosten calculatie ... 26

6.1. Kosten voor koopdelen ... 26

6.2. Materiaalkosten... 27 6.3. Arbeidskosten ... 27 6.4. Afweging kosten ... 28 7 Conclusies ... 29 8 Aanbevelingen... 30 8.1. Korte termijn... 30 8.2. Lange termijn... 30 Literatuurlijst... 31 Verklarende woordenlijst... 32

(4)

Eindverslag

Lasmanipulator bakken III

Bijlage I: Project Management Document ... 33

Bijlage I- I Uitvoeringsgegevens... 33

Bijlage I- II Situatiebeschrijving ... 34

Bijlage I- III Doelstelling... 36

Bijlage I- IV Relevante documenten ... 36

Bijlage I- V Werkzaamheden... 37

Bijlage I- VI Eisen ten aanzien van de kwaliteit ... 38

Bijlage I- VIIKwaliteitsbewaking ... 38

Bijlage I- VIII Planning ... 39

Bijlage I- IX Geld... 40

Bijlage I- X Organisatie ... 40

Bijlage I- XI Informatie... 41

Bijlage II: Huidige modellen ... 42

Bijlage III: Pakket van eisen... 45

Bijlage III- I Functioneel eisenpakket... 45

Bijlage III- IIFabricage eisenpakket... 49

Bijlage III- III Milieu eisenpakket ... 50

Bijlage IV: Functionele relaties ... 51

Bijlage V: Morfologisch overzicht ... 53

Bijlage VI: Kesselring... 56

Bijlage VI- I Weegfactor bepaling ... 56

Bijlage VI- IIKeuzediagram ... 57

Bijlage VI- III Matrix... 58

Bijlage VII: Voorstellen leveranciers... 59

Bijlage VII- IKranendonk... 59

Bijlage VII- II Cloos ... 60

Bijlage VII- III Rolan Robotics ... 61

Bijlage VII- IV Interlas... 62

Bijlage VIII:Horizontale verplaatsing ... 63

Bijlage VIII- I Krachten op wielblokken: ... 65

Bijlage IX: Inklemmen... 76

Bijlage IX- I Inklemming kokers ... 76

Bijlage IX- IIInklemmen plaat ... 78

Bijlage IX- III Bepalen aggregaat: ... 81

Bijlage IX- IV Hydraulisch schema: ... 83

Bijlage IX- VToelichting op hydraulisch schema. ... 84

Bijlage X: Overzicht koopdelen verticale beweging ... 85

Bijlage X- I Keuze aandrijving: ... 87

Bijlage X- II Keuze rechtgeleiding lasapparatuur:... 96

Bijlage X- IIIKeuze rechtgeleiding lastoorts:... 99

Bijlage XI: Kostencalculatie koopdelen... 103

Bijlage XII: Kostencalculatie maakdelen... 104

Bijlage XIII:Calculatie arbeidsuren ... 105

Bijlage XIV:Kosten rechtgeleiding V wielblokken ... 106

Bijlage XV: Situatie in het gebouw ... 107

Bijlage XVI:Voorkomende hoogtes in manipulator ... 108

Bijlage XVII: Krachten bij klemmen plaat... 109

Bijlage XVIII: Krachtberekening pilaar ... 111

(5)

Eindverslag

Lasmanipulator bakken IV

Samenvatting

Peeters Landbouwmachines wil zijn huidige positie in de markt behouden en verbeteren. Hiervoor is het van belang dat niet alleen de producten van Peeters worden verbetert, maar ook de

productiemethodes. Om marktinteressante producten te kunnen leveren moet de kostprijs zo laag mogelijk zijn. Een onderdeel waar Peeters veel op kan besparen, zijn het aantal arbeidsuren. Een productproces waar veel arbeidsuren in zitten, is het lassen van de bakken van de kippers, dumpers, schuifbakken en silagewagens. Het reduceren van het aantal arbeidsuren zou bij deze producten een grote besparing opleveren. Het doel van dit project is dan ook het reduceren van het aantal

arbeidsuren bij het lassen van de bakken met minimaal 30%, door de bakken automatisch te gaan lassen. Om dit te bereiken is er eerst één model bak opgesteld waar vanuit kan worden gegaan en die als standaard model gaat dienen bij alle producten.

Om het nieuwe universele type bak automatisch te gaan lassen moet de installatie de onderdelen goed kunnen positioneren en fixeren, zodat de positie daarvan dusdanig constant is dat er automatisch gelast kan worden. De installatie moet flexibel genoeg zijn om de verschillende types van het model allemaal in dezelfde mal te kunnen lassen. En de installatie moet in staat zijn de bakken te lassen. Na overleg met verschillende leveranciers zijn er drie verschillende concepten bedacht. Bij het eerste concept worden alle onderdelen eerst gehecht en vervolgens door een robot afgelast. Doordat de onderdelen eerst gehecht worden heeft deze oplossing een lage capaciteit. Daarbij heeft de huidige generatie lasrobots niet het bereik om de hele bak te kunnen lassen. Hiervoor zijn er extra

componenten nodig, waardoor dit een erg dure oplossing is.

Bij het tweede concept worden alleen de twee zijwanden van de bak semiautomatisch gelast met twee lastracks die ieder twee verticale lassen leggen. Door gebruik te maken van een naad- volgsysteem is een relatief eenvoudige mal voldoende om de onderdelen op z’n plaats te houden. Het benodigde volgsysteem vergt ook een flinke investering. Bij het derde concept worden de onderdelen dusdanig goed opgespannen dat er geen volgsysteem nodig is. Er zal dan wel een betere mal nodig zijn, maar die kosten zijn een stuk lager dan bij het naad- volgsysteem.

Met name de eis om zo veel mogelijk onderdelen bij Peeters zelf te fabriceren en te (de) monteren, om de kosten zo laag mogelijk te houden heeft er voor gezorgd dat uiteindelijk verder is gegaan met het derde concept.

Dit concept is uitgewerkt tot een volwaardig ontwerp, opgebouwd uit een tweetal pilaren die elk één van de twee kokers van de zijwand mechanisch opklemmen. Doordat één van deze twee pilaren op wielblokken staat is deze verplaatsbaar. Hierdoor kunnen de verschillende maten zijwand tussen de kokers worden geplaatst, om vervolgens hydraulisch te worden opgeklemd. Als alle onderdelen zijn opgespannen worden er vier verticale lassen gelegd door de lastoortsen lineair langs het product te bewegen.

De totale kosten voor de uivoering van dit project komen op ongeveer €91.500,- uit. €56.000,- hiervan wordt besteedt aan de lasapparatuur. Deze apparatuur kan flexibel worden toegepast dus bij eventueel mislukken van dit project, of veranderingen aan het product, gaat niet de gehele investering verloren. Door de zijwanden verticaal op vier plaatsen tegelijk te lassen levert het een kostenbesparing op van 71% per zijwand. Hierdoor kan de installatie in ongeveer 3 jaar worden terugverdiend. Hierbij betreft het dus alleen de zijwanden en niet de gehele bak. Als blijkt dat het een succes is om de zijwanden automatisch te lassen, is het aan te bevelen om in de toekomst ook de bodem automatisch te gaan lassen.

(6)

Eindverslag

Lasmanipulator bakken 5

1 Inleiding

Doordat de markt steeds verandert en Peeters zijn huidige positie in de markt wil behouden en verbeteren, is het noodzakelijk dat er wordt ingespeeld op de vraag vanuit de markt. Hiervoor is het van belang dat de producten van Peeters steeds worden verbetert, om zo mee te blijven doen op de markt en de concurrent voor te blijven. Behalve de kwaliteit, het gebruiksgemak en het uiterlijk, is ook de prijs een belangrijke factor voor het produceren van marktinteressante producten. Hiervoor moet de kostprijs van het product zo laag mogelijk zijn. Een belangrijke factor in de kostprijs zijn de arbeidskosten. Het is dan ook van belang dat deze zo laag mogelijk zijn, terwijl er toch in Nederland gefabriceerd kan blijven worden. Dit zal dus bereikt moeten worden door het aantal arbeidsuren te verminderen.

1.1. Probleemstelling

Een productproces waar veel arbeidsuren in zitten is het lassen van de bakken van de kippers, dumpers, schuifbakken en silagewagens. In het huidige productieproces van de bakken, is het lassen van de grote constructies een tijdrovende klus. Dit laswerk is erg arbeidsintensief en vergt grote concentratie en kennis van de lassers. Op de huidige arbeidsmarkt en in de omgeving Etten-Leur is er een grote schaarste aan dit gekwalificeerd personeel. Tevens brengt dit personeel veel kosten met zich mee. Het reduceren van het aantal arbeidsuren zou bij deze producten dus zeer effectief zijn.

Op dit moment zijn er vijf verschillende modellen bakken die geproduceerd worden (zie figuur 1.1). Deze vijf modellen zijn onder te verdelen in twee categorieën, namelijk de ‘Cargo bakken’ en de ‘Columbus bakken’. Hieronder zal een korte beschrijving gegeven worden van deze producten. Voor een uitgebreide functiebeschrijving wordt verwezen naar bijlage II.

Bij het Cargo systeem wordt er steeds gebruik gemaakt van een universeel chassis. Op dit universele chassis kan men vervolgens een kiepbak, schuifbak, dumperbak of tank plaatsen. De kiepen dumper bakken worden geleegd door de bak met hydraulische cilinders te kiepen. Het legen van de schuifbak gebeurt met een duwbord wat het product van de voor naar de achterzijde duwt. De tanken zijn bij dit project niet van toepassing en zullen ook niet meer besproken worden.

Bij het Columbus systeem wordt het chassis geïntegreerd met de bak, hierdoor ontstaat er een flinke gewichtsbesparing waardoor er meer massa aan product vervoerd kan worden. Het lossen van de Columbus bakken gebeurt, net als bij de Cargo schuifbakken, met een duwbord. Dit bord duwt het product in de bak van de voor- naar de achterzijde, waardoor het product aan de achterzijde uit de bak valt. Een ander voordeel van het gebruik van duwborden is dat er producten zijn die in de bak verdicht kunnen worden. Hierdoor kan er meer in. Het is bij de Columbus bakken ook mogelijk om een tank in de bak te plaatsen. Deze tanken zijn ook niet van belang bij dit project.

Figuur 1. 1 structuur van de productgroepen

Bakken

Cargo Columbus

(7)

Eindverslag

Tussen de verschillende modellen zijn er nogal wat verschillen qua opbouw. Dit is goed te zien in figuur 1.2; Hierin zijn de verschillende types over elkaar heen gelegd om zo deze verschillen duidelijk weer te geven.

1.2. Doelstelling

Het doel van dit project is het reduceren van het huidig aantal arbeidsuren van ongeveer 25 uur bij het lassen van de basis van de bakken, bestaande uit een bodem, twee zijwanden en verstevigingkokers met minimaal 30%. Dit dient bereikt te worden door de bakken semiautomatisch of geheel

automatisch te gaan lassen.

Doordat er zoveel verschillende modellen zijn die allemaal weer hun eigen verschillende types hebben, is besloten om alle modellen aan te gaan passen, zodat bij dit project kan worden uitgegaan van één basis. De verschillende modellen zullen gecreëerd worden door een variatie toe te passen in de verschillende onderdelen, die de basis vormen. Zo zal er gevarieerd worden in wanden

bodemdiktes, wandhoogtes, gebruikte verstevigingprofielen en lengte van de bak.

Het systeem wat gebruikt gaat worden dient dusdanig flexibel te zijn dat het de variatie in de gebruikte onderdelen aan kan.

1.3. Structuurbeschrijving

Op pagina II is een samenvatting te lezen van het verslag. Voor dit project is ook een ‘Project

Management Document’ opgesteld. Dit is terug te lezen in bijlage I. In het volgende hoofdstuk wordt een korte beschrijving van het bedrijf gegeven. In hoofdstuk 3 wordt de probleemstelling uitgebreid toegelicht.. In hoofdstuk 4 wordt het proces behandeld wat uiteindelijk tot het uitgewerkte ontwerp heeft geleverd. Vanaf hoofdstuk 5 wordt er inhoudelijk in gegaan op het uiteindelijke ontwerp. In hoofdstuk 6 worden de kosten van de installatie bekeken en wordt er vanuit financieel oogpunt overwogen of het überhaupt wel nut heeft om automatisch te gaan lassen. De conclusies staan in hoofdstuk 7 en tot slotte worden in hoofdstuk 8 de aanbevelingen gedaan.

(8)

Eindverslag

2 Peeters Landbouwmachines B.V.

2.1. Bedrijfskarakteristiek

Peeters landbouwmachines B.V. is eind jaren zestig ontstaan als kleine handelsonderneming in landbouwmachines. In de loop der jaren werd er naast de handel ook steeds meer aandacht besteedt aan de daadwerkelijke productie van landbouwmachines. Hieruit ontstond het handelsmerk PEECON (PEEters CONstructies). Inmiddels produceert Peeters Landbouwmachines op een totaal oppervlakte van 60.000m2, duizenden machines per jaar, die naar meer dan 40 landen worden geëxporteerd. Deze machines worden door een zeer gemotiveerd team van 125 goed opgeleide medewerkers

geproduceerd.

2.2. Producten

Peecon geniet grote naamsbekendheid door de fabricage van transporttanken en bemesters. In 1997 is ook begonnen met de productie van verticale voermengwagens. Door de grote vraag aan deze wagens is er een nieuwe fabriek opgezet in Etten-Leur. De andere fabriek staat in Achtmaal. Sinds 1999 is er een nieuwe lijn kiepwagens geconstrueerd: de Cargolijn. Deze kiepwagens bestaan uit een universeel chassis, wat de opbouw van zowel een gronddumperbak, kiepwagenbak, als tankopbouw mogelijk maakt. Sinds 2008 is daar ook de Columbuslijn bijgekomen. Deze wagens maken juist gebruikt van een geïntegreerd chassis wat een enorme gewichtsbesparing oplevert.

De Cargolijn en de Columbuslijn hebben vooral betrekking op dit project. Een uitgebreide functiebeschrijving van deze producten staat in bijlage II.

Naast deze landbouwmachines die onder de naam Peecon worden verkocht, worden ook de Tulip akkerbouwmachines geproduceerd. Met het merk Tulip zorgt Peeters voor de voortzetting van de Lely akkerbouwproducten en de ontwikkeling van nieuwe akkerbouwmachines.

2.3. Markt

Door de grote variatie in de product groepen en de combinatie van zowel de Peecon als de Tulip producten, biedt Peeters machines aan voor zowel de akkerbouw als de veehouderij. Er is afzet bij verschillende soorten eindgebruikers. Bijvoorbeeld akkerbouwers, veehouders, loonbedrijven of grondverzetbedrijven. Deze afzet vind rechtstreeks en via handelaren plaats. Dankzij de grote diversiteit in de machines van Peeters, kunnen deze worden toegepast op zowel grote als kleine bedrijven. De kleinere machines worden vooral verkocht in landen als Nederland en België en de grotere machines meer in landen met grotere bedrijven zoals Duitsland en Amerika.

2.4. Beleid

Doordat de markt steeds verandert en Peeters zijn huidige positie in de markt wil behouden en verbeteren, om zo de concurrentie voor te blijven, is het noodzakelijk dat er wordt ingespeeld op de vraag vanuit de markt. Hiervoor is het van belang dat de producten van Peeters steeds worden verbetert. Behalve de kwaliteit, het gebruiksgemak en het uiterlijk van de producten is ook de prijs een belangrijke factor. Daarbij wordt er niet alleen naar het product zelf gekeken maar ook naar de productie ervan. Er wordt daarbij gezocht naar betere, snellere en goedkopere productiemethodes. Een belangrijke factor in de kosten zijn de arbeidskosten. Het is dan ook van belang dat deze zo laag mogelijk word gehouden. Peeters wil hiervoor niet zijn productie naar het buitenland verhuizen, maar wil doormiddel van automatisering meer producten gaan produceren met dezelfde hoeveelheid mensen en productieruimte.

(9)

Eindverslag

3 Probleem definitie

3.1. Pakket van eisen

Om duidelijk te krijgen waar het uiteindelijke lassysteem aan moet voldoen is het van belang dat eerst het eisenpakket is opgesteld. Hiermee worden alle eisen en wensen duidelijk en worden ze ook gelijk vastgelegd. Hieronder volgen de belangrijkste punten waar het systeem aan moet voldoen. Voor het volledige eisenpakket wordt verwezen naar bijlage III.

Functionele eisen

Het is de bedoeling dat het geplande herontwerp voor alle bakken (semi) automatisch gelast gaan worden. Dat zijn de bakken met de opbouw die te zien is in figuur 3.1. Deze manier van opbouwen zal worden toegepast op alle producten. De huidige modellen komen daarbij te vervallen.

Als we ons dan richten op de twee zijwanden wordt duidelijk dat de wand links in principe hetzelfde is als de wand rechts. Hierdoor kunnen we bij het ontwerpen van het lassysteem uitgang dat er twee keer dezelfde wand moet worden geproduceerd voor één bak. Bij de zijwand blijkt dat er twee variabelen onderdelen zijn en één constante.

Koker onder: De koker aan de onderzijde van de wand is altijd 200x80x8. De positie van deze

koker zal altijd het hetzelfde zijn omdat er altijd met een bodembreedte van 2000mm wordt gewerkt. Ook al zou de breedte variëren, dan heeft dit nog geen invloed op het produceren van de zijwanden. De 2 variabele factoren zijn de plaat van de zijwand en de bovenkoker.

Plaat: De plaat word uitgevoerd in 3,2 mm Hardox, 4mm staal of 5 mm staal S355.

De hoogte van de wanden varieert tussen de 695mm en 1295 met stappen van 100 mm en er is één uitvoering met een hoogte van 1995mm.

Koker boven: De koker wordt uitgevoerd in een 250x100x 8/10 mm type en een 200x80x6/8 mm

type. De positie van de koker is afhankelijk van de hoogte van de plaat. De

breedtemaat van de bak aan de bovenzijde zal aan de buitenzijde altijd 2457 mm zijn. De binnenmaat is weer afhankelijk van het type koker wat wordt gebruikt.

Als wel ons vervolgens richten op de bodem blijkt dat we daarbij te maken hebben met drie variabelen:

Plaat: De plaat word uitgevoerd in 5 mm, 6mm of 8mm hardox of staal.

De breedte van de bodem is altijd 2000mm.

Koker: De twee centrale kokers aan de onderzijde worden uitgevoerd in een 250x100x 8/10 mm type

en een 200x80x6/8 mm type. De afstand tussen de 2 koker is aan de buitenkant altijd 800mm.

H-profiel: Dit profiel is alleen aanwezig bij de duwbakken en de columbus bakken voor het geleiden

van het duwbord. Als deze aanwezig is bevindt die zich altijd op dezelfde positie en wordt hetzelfde HE-B 140 profiel gebruikt.

(10)

Eindverslag

De bakken zullen uitgevoerd worden in diverse lengtes. De lengtes die op dit moment voorkomen staan exact weergegeven in bijlage 2. Het komt er in principe op neer dat de kortste bak die

geproduceerd wordt 4,75 meter lang is en dat de langste bak die geproduceerd wordt 8,35 meter lang is. Voor het ontwerpen van het lassysteem moet worden uitgegaan van een minimale baklengte van 4,5 meter en een maximale baklengte van 8,5 meter. Dit om eventuele veranderingen in de toekomst aan te kunnen. Uit ervaring blijkt dat de dunne zijwanden het beste verticaal gelast kunnen worden. Hierbij ontstaat de beste las en kunnen er twee zijdes tegelijk gelast worden. Hierdoor kan het kromtrekken van de onderdelen zo veel mogelijk worden beperkt.

Fabricage eisen

De installatie dient uiteindelijk bij Peeters in het pand in Etten-Leur geplaatst te kunnen worden. Hierbij moet rekening gehouden worden met de aanwezige Abus kranen in het pand. Deze kunnen per stuk maximaal 5 ton tillen en ze kunnen maximaal in tweetallen samenwerken. Hierdoor zit je

gebonden aan een maximaal verplaatsbaar gewicht van 10 ton. De Abus kranen hebben een maximale hijshoogte van 10 meter. Dit is van belang voor het optillen van de installatie bij het verplaatsen maar ook voor het laden en lossen van de installatie.

Uiteraard is gewenst dat de kosten voor het systeem zo laag mogelijk worden gehouden. Het gaat echter vooral om dat de uiteindelijke kosten van dit gehele project, een voordeel opleveren ten opzichte van de productiekosten bij de huidige productiemethode. Om de kosten echter toch zo laag mogelijk te houden moet er geprobeerd worden om zo veel mogelijk onderdelen te gebruiken die door Peeters zelf gefabriceerd en gemonteerd kunnen worden.

Milieu eisen

Omdat het ontwerp uiteindelijk eenmalig wordt gefabriceerd zijn de emissies, distributie,

materiaalgebruik en energieverbruik tijdens het produceren van het systeem niet van heel erg groot belang. Om het milieu zo veel mogelijk te besparen wordt er toch zoveel mogelijk rekening mee gehouden. De milieu belastingen tijdens het gebruik van de installatie zijn van groter belang. Hierdoor zijn het energieverbruik en de uitstoot van emissies tijdens gebruik vooral van belang in dit deel van het eisenpakket.

(11)

Eindverslag

3.2. Functies en functionele relaties

In de vorige paragraaf zijn de eisen behandeld die gesteld worden aan het systeem. Hierdoor is eigenlijk duidelijk geworden waar de machine uiteindelijk toe in staat moet zijn. Om dit nog eens duidelijk en overzichtelijk weer te geven worden de functies van het systeem behandeld. De opgestelde functies zullen later bij het morfologisch ook gebruik worden om per functie de

verschillende mogelijke oplossingen op te stellen. Een uitgebreid overzicht van de functies is terug te vinden in figuur 3.3. In figuur 3.2 hieronder is het gehele functieblokdiagram terug gebracht naar de drie ‘hoofdfuncties’ die het systeem moet beschikken:

• Het positioneren en fixeren van de onderdelen zodat de positie daarvan dusdanig constant is dat er automatisch gelast kan worden.

• Instelbare parameters en flexibele opbouw zodat de verschillende types bakken allemaal in dezelfde mal gelast kunnen worden.

• Het lassen van het product. Als alles goed gepositioneerd en gefixeerd in de mal zit en alle parameters zijn juist ingesteld kan het product gelast worden.

Figuur 3. 2 hoofdfuncties

Om de samenhang tussen de verschillende functies duidelijk te maken zijn de functionele relaties opgesteld. Deze zijn terug te vinden in bijlage IV. De opgestelde functies zullen later bij het morfologisch ook gebruik worden om per functie de verschillende mogelijke oplossingen op te stellen. proces goed startpunt van de lastoorts instellen Postitioneren van de kokers fixeren van de kokers positioneren van de plaat fixeren van de plaat fixatie

opheffen lossen product

proces niet goed

verplaatsen toorts controleren lasproces eindpositie bereikt stand van de lastoorts instellen instellen lasapparatuur instellen lassnelheid starten lasproces Figuur 3. 3 deelfuncties Instellen van

de variabelen Lassen van het product Positioneren en

fixeren van de onderdelen

(12)

Eindverslag

4 Werkwijze bepaling

4.1. Concepten

Om uiteindelijk tot de beste oplossing te komen zullen eerst verschillende oplossingen bedacht moeten worden en tegen elkaar moeten worden afgewogen. Hierbij wordt gebruikt gemaakt van het morfologisch overzicht. Hierin worden voor de functies die in hoofdstuk 3 zijn opgesteld

verschillende alternatieven bedacht. Uiteindelijk worden er tussen deze alternatieven logische combinaties gemaakt om zo tot een aantal structuren te komen. Hieronder zal per hoofdfunctie een toelichting gegeven worden van de mogelijke oplossingen. In paragraaf 4.2 zullen vervolgens de gekozen structuren worden toegelicht. Een overzicht van alle oplossing inclusief de gekozen structuren is terug te vinden in bijlage V.

Positioneren en fixeren van de onderdelen

Voordat de onderdelen gepositioneerd en gefixeerd worden zullen ze eerst in de mal geplaatst moeten worden. Voor het verplaatsen van onderdelen in de fabriekshal die te zwaar zijn om door een mens handmatig verplaatst te worden, wordt er gebruikt gemaakt van de bovenloopkranen die in de

fabriekshal hangen of ze worden verplaatst met een vorkheftruck. Gezien de grote en hanteerbaarheid van de onderdelen en de beschikbare ruimte waarin gemanoeuvreerd moet worden, heeft de

bovenloopkraan hier duidelijk de voorkeur.

Als de onderdelen zich eenmaal in de mal bevinden kunnen deze gepositioneerd worden door ze met een aanslag op de juiste positie te plaatsen of door de juiste positie uit te meten. Vervolgens kunnen de onderdelen gefixeerd worden door ze op diverse plaatsen aan elkaar te hechten zodat ze ten opzichte van elkaar en de mal niet meer kunnen verplaatsen of door alle drie de onderdelen dusdanig in te klemmen dat ze niet meer te verplaatsen zijn. Dit inklemmen kan dan mechanisch, hydraulisch of pneumatisch.

Instellen van de parameters

Omdat we hier te maken hebben met een zeer variabel product dienen er verschillende parameters instelbaar te zijn. Allereerst is er variatie in wandhoogte. Het verschil tussen de laagste en hoogste wand is ±1400mm. Om dit aan te kunnen dient de afstand tussen de twee kokers variabel te zijn. Dit kan door gebruik te maken van een rechtgeleiding in combinatie met een aandrijving zoals een hydraulische cilinder of een elektromotor met een spindel of tandheugel overbrenging. Gezien het verwachtte gewicht van de mal is er ook gezocht naar bestaande systemen. Hierbij kwam de tafel van een frees- of kotterbank naar voren. Als er gekozen wordt om de onderdelen eerst aan elkaar te hechten zal het misschien niet perse nodig zijn om een verplaatsbare mal te hebben.

Vervolgens dienen er een aantal parameters te worden ingesteld met betrekking tot het lassen zelf. Denk hierbij aan de lassnelheid, draadtoevoer snelheid, ampère, stand toorts en dergelijke. Indien er gebruikt wordt gemaakt van een lasrobot, zouden al deze instellingen geregeld worden door de besturing van de lasrobot. Als er gebruik wordt gemaakt van een lastoorts op een track is het nog steeds mogelijk om met één besturingssysteem alle parameters te kunnen instellen. Daarnaast is het mogelijk om per onderdeel de parameters in te gaan stellen. Bij de aandrijving regel je de lassnelheid en beginpunt. De stand van de toorts gebeurt bij de toorts en de lasinstellingen zoals het aantal ampère waarmee gelast wordt en de draadtoevoer snelheid gebeuren bij het lasapparaat zelf.

(13)

Eindverslag

Lassen van het product

Als alles gepositioneerd, gefixeerd en ingesteld is, kan er gestart worden met het lasproces. Het aansturen hierbij is weer afhankelijk van de manier van instellen. Zo kan dit door een robot gedaan worden. een externe besturing of handmatig. Het verplaatsen is ook weer afhankelijk van de gekozen lasmethode. Als er een lasrobot gebruikt wordt zal de toorts verplaatst worden door de robot. Bij een externe besturing zal er gebruik worden gemaakt van een externe aandrijving zoals een elektromotor in combinatie met een lier, ketting, spindel of tandheugel. De controle van het gehele proces is ook weer sterk afhankelijk van de gekozen besturing. Als er gebruik wordt gemaakt van een lasrobot, zal deze met een lasnaad volgsysteem goed in staat zijn om het proces te controleren en zo nodig bij te sturen. Hetzelfde geld voor een lastrack in combinatie met een PLC besturing.

4.2. Structuren

Na het bedenken van de verschillende alternatieven, zijn er door het maken van logische combinaties een aantal structuren ontstaan. Deze worden hieronder beschreven. Het morfologisch overzicht hiervan is terug te zien in bijlage V.

Structuur 1:

Het principe van structuur 1 is dat alle onderdelen aan elkaar worden gehecht waarna deze met een robot worden afgelast, zie figuur 4.1 voor een voorbeeld. Deze structuur is tot stand gekomen door gesprekken met leveranciers van lasrobots. De

verschillende leveranciers hadden elk hun eigen idee over hoe dit het best kon worden aangepakt. Deze ideeën zijn terug te lezen in bijlage VII. Alle ideeën kwamen er eigenlijk op neer dat de onderdelen eerst werden gehecht, waarnaar deze werden afgelast.

Het hechten van de onderdelen zorgt ervoor dat alle onderdelen ten opzichte van elkaar altijd goed gefixeerd zijn. Het positioneren doormiddel van meten is erg tijdrovend en niet erg betrouwbaar omdat er snel een menselijke fout en/of afwijking kan ontstaan. Dit resulteert dan waarschijnlijk in een (te) ruime tolerantie. Dit kan dan weer worden gecorrigeerd door gebruik te maken van een sensor op de robot. Deze meet constant de positie van de naad die gelast moet worden zodat deze altijd goed is. De gehele besturing en aansturing kan hierbij door de standaard lasrobot software worden

geregeld.

Mocht blijken dat de afwijking die ontstaat door het positioneren door middel van meten toch te groot is, dan kan er altijd nog besloten worden om de onderdelen in een relatief simpele mal in elkaar te hechten, zodat de posities van de verschillende onderdelen bij alle gevallen makkelijk en

nauwkeurig te bepalen zijn zodat alle gelaste producten hetzelfde zullen zijn. Een extra optie hierbij is dan ook dat het hechten door de robot gedaan kan worden.

Figuur 4. 2 voorbeeld structuur 1

(14)

Eindverslag

Een ander belangrijk punt is dat één robot in dit geval niet genoeg is. Door de grote van het te lassen product is op de markt geen enkele robot die een groot genoeg bereik heeft. Daarom zullen er meerdere robots moeten worden ingezet of de robot moet op een zware rechtgeleiding worden geplaatst, zoals in figuur 4.2 het geval is. Beide oplossingen brengen hoge extra kosten met zich mee. Een derde belangrijk punt waar rekening

mee gehouden dient te worden is dat het niet mogelijk is om ondersteboven te lassen. Dit kan worden opgelost door het product verticaal te gaan lassen waarbij je weer te maken krijgt met een lagere lassnelheid. Of door gebruik te gaan maken van een extra manipulator voor het product die er voor zorgt dat de lasnaad altijd onder de hand gelegd kan worden. Beide oplossingen brengen extra kosten met zich mee en als blijkt dat er verder wordt gegaan met deze structuur zal daarin nog een keuze gemaakt moeten worden.

Een groot voordeel is echter wel dat door gebruik te maken van één of meerdere robots je heel veel mogelijkheden krijgt. De robot(s) kunnen zowel de zijwanden en de bodem eerst als deelfabricaten lassen en vervolgens samenvoegen zoals in figuur 4.2 te zien is. Of dat de complete bak in één keer automatisch afgelast kan worden zoals in figuur 4.1 het geval is.

(15)

Eindverslag

Structuur 2:

Hierbij worden alle onderdelen van de zijwand met een aanslag gepositioneerd waarna deze met klemmen op hun plaats worden gehouden. Vervolgens worden de onderdelen met een lastrack aan elkaar gelast. Doordat alle onderdelen gefixeerd in een mal zitten is het in dit geval wel nodig om een instelbare mal te hebben. De besturing van het geheel gebeurt vanaf één hoofdbesturing die alle deelcomponenten aanstuurt. Dankzij deze besturing is het mogelijke om met een boogsensor de exacte positie van de naad te bepalen waardoor de positie van de lastoorts gecorrigeerd kan worden. Hierdoor is dit een erg betrouwbaar systeem. De lastoorts zal met een rechtgeleiding en, een met een elektromotor aangedreven spindel langs het product worden verplaatst. Een voorbeeld hiervan is te zien in figuur 4.3. Structuur 2 is gebaseerd op diverse gesprekken met een leverancier van lastracks. Belangrijk is wel, dat bij dit systeem alleen de zijwanden als deelfabricaat automatisch gelast worden. Zie figuur 4.6.

De verschillende onderdelen worden in dit geval niet eerst gehecht worden maar door een inklemming op hun plaats gehouden. Hierdoor zal de wand enorm krom trekken als eerst de ene zijde en

vervolgens de andere zijde wordt gelast. Hierbij is dan ook weer een manipulator nodig of het product moet halverwege het proces worden omgedraaid in de mal.

De oplossing om al deze problemen te voorkomen is het verticaal lassen van het product. Op deze manier ontstaat er een betere las en kunnen beide zijdes tegelijk worden gelast zodat het kromtrekken kan worden gecorrigeerd door het variëren van de warmte inbreng. Verticaal lassen heeft wel als nadeel dat de lassnelheid lager is dan bij horizontaal lassen, maar daar staat tegenover dat alle lassen tegelijk kunnen worden gelegd. Een ander punt van aandacht bij deze methode is dat er ook een flinke

constructie nodig is om de onderdelen verticaal op te spannen.

Figuur 4. 6 alleen zijwand

Figuur 4. 5 voorbeeld structuur 2 Figuur 4. 4 principe structuur 2

(16)

Eindverslag

Structuur 3;

Structuur 3 is gebaseerd op structuur 2 alleen is er één belangrijk verschil. Er zal geen sensor worden gebruikt voor het meten van de positie van de naad maar de onderdelen zullend dusdanig goed worden opgespannen dat de positie van de naad constant genoeg is om deze met één enkele lineaire beweging te kunnen lassen. Ook bij deze structuur is het weer zo dat alleen de zijwand automatisch wordt gelast en niet de complete bak.

Om de onderdelen zo goed te kunnen positioneren zal er gebruik worden gemaakt van een aanslag in combinatie met mechanische klemmen voor de kokers en hydraulisch klemmen voor de plaat. De onderdelen worden ten opzicht van elkaar gepositioneerd door de afstand tussen de twee kokers te variëren.

De lastoorts zal een lineaire beweging maken langs het product. De verplaatsing van de toorts wordt verzorgd door een elektrisch

aandrijving waarbij de snelheid kan worden geregeld doormiddel van een simpele besturing. Omdat er hier gebruik wordt gemaakt van een relatief simpele aandrijving zonder extra boogsensoren, correcties en dergelijke kan de besturing van het systeem ook een stuk eenvoudiger. Dit heeft weer een groot voordeel voor de kosten.

Figuur 4. 9: bovenaanzicht structuur 3

Figuur 4. 8:

vooraanzicht structuur 3 Figuur 4. 7 principe structuur 3

(17)

Eindverslag

4.3. Toetsen van de concepten

Nadat de verschillende concepten zijn gemaakt is het van belang dat het beste concept gevonden wordt. Dit wordt gedaan door gebruik te maken van de zogeheten Kesselring methode. Hierbij worden de gemaakte structuren getest aan de gestelde eisen en wensen uit hoofdstuk 3. Voordat de eisen en wensen getoetst kunnen worden, moeten eerst de weegfactoren worden bepaald. Dit is terug te vinden in bijlage VI-I. Nadat de weegfactoren zijn bepaald kan het keuzediagram worden ingevuld. Het keuzediagram staat in bijlage VI-II. De resultaten van dit keuzediagram staan hieronder

weergegeven. Het toetsen van de structuren is bij alle drie de structuren gebeurt aan de hand van de wensen. Aan de eisen moet sowieso worden voldaan.

Functionele eisen:

In grafiek 4.1 is overzichtelijke te zien hoe veel de structuren scoorde per functionele eis. Als we alles scores bij elkaar optellen blijkt dat deze alle drie heel dicht bij elkaar liggen.

Functionele eisen 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Primaire functievervulling Belasting en capaciteit Aangenaam in gebruik

Onderhoud Kosten Hanteerbaarheid Voorschrif ten

structuur 1 structuur 2 structuur 3

grafiek 4. 1 resultaten van de functionele eisen

Structuur 2 (0,75) blijkt hier het beste te scoren. Structuur 2 werkt met vier lastracks die met een boogsensor de exacte positie van de te lassen naad meet. Hierdoor voldoet deze structuur goed aan de functievervulling en haalt het een hoge capaciteit. Door de ingebouwde correctie is het systeem ook betrouwbaar en aangenaam in gebruik omdat er weinig menselijk correcties nodig zijn.

Structuur 3 (0,73) komt hierbij op de tweede plaats te staan. Doordat structuur 3 in principe een uitgeklede versie is van structuur 2 scoort deze op punten kosten en onderhoud beter. Daar staat tegenover dat hij slechter scoort op de punten functievervulling, capaciteit en gebruiksgemak, omdat er geen automatisch correctie wordt uitgevoerd, zijn er meer menselijke handelingen nodig om het proces goed te laten verlopen. Hierdoor scoort het minder bij gebruiksgemak. Doordat er menselijke handelingen nodig zijn is de score bij de capaciteit ook iets lager.

Structuur 1 (0,72) komt bij de functionele eisen op de laatste plaats. Doordat er gebruik wordt gemaakt van een robot met intelligente software waarbij er weinig menselijke handeling nodig zijn scoort hij goed bij gebruiksgemak en functievervulling. Hij scoort slecht op capaciteit, kosten en onderhoud, omdat er veel extra componenten bij komen kijken waarbij er nog steeds minder lassen tegelijk kunnen worden gelegd. De snelheid bij het horizontaal lassen is echter wel hoger, maar dit weegt niet op tegen de snelheid en kwaliteit van de vier lassen die bij het verticaal lassen kunnen worden gelegd.

(18)

Eindverslag

Fabricage-eisen:

Zoals grafiek 4.2 laat zien is er bij de fabricage-eisen een groot verschil in de scores.

Fabricage-eisen 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Kosten Materiaal Fabricage Montage Demontage

grafiek 4. 2 resultaten van de fabricage-eisen

Structuur 3 (1) scoort bij de fabricage eisen het beste. Dit komt omdat structuur 3 het simpelste systeem is waardoor de componenten veel bij Peeters zelf kunnen worden geproduceerd en de meeste onderdelen bij Peeters ge (de-) monteert kunnen worden. Dit heeft ook een positief effect op de kosten.

Structuur 2 (0,52) scoort hierbij op de tweede plaats. Doordat dit systeem veel op dat van structuur 3 lijkt, maar alleen een uitgebreidere versie is, scoort deze structuur op alle punten minder.

Structuur 1 (0,25) scoort het minste van de drie omdat dit het meest complexe systeem is. Voor het toepassen van een robot op een track of het toepassen van drie lasrobots tegelijk, allebei in combinatie met een manipulator, zijn er veel externe partijen nodig om tot een werkend geheel te komen. Vooral de kosten zijn bij een dergelijk systeem een stuk hoger dan bij een lastrack.

Milieu eisen

Bij de milieu eisen is er in grafiek 4.3 net als bij de fabricage-eisen een duidelijk onderscheid te zien.

m ilieu eisen 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Levensduur Materiaalgebruik Kringloopsluiten Energieverbruik Emissies Distributie

grafiek 4. 3 resultaten van de milieu eisen

Structuur 3 (0,81) scoort bij de milieu eisen weer het beste. Dit komt weer vooral weer omdat dit het eenvoudigste systeem is. Hierdoor scoort hij goed bij het energieverbruik, emissies en

materiaalgebruik.

Structuur 2 (0,56) scoort net als bij de fabricage-eisen net iets lager. Dit is weer te verklaren omdat dit systeem een iets uitgebreidere versie is van structuur drie waardoor er meer componenten nodig zijn. Structuur 1 (0,54) scoor weer het slechts. Door gebruik te maken van de robots scoort deze slecht bij het materiaalgebruik, energieverbruik en de emissies. Door de grote betrouwbaarheid van de lasrobots scoort dit systeem wel het beste bij de levensduur.

(19)

Eindverslag

4.4. Uiteindelijke keuze

Zoals in bovenstaande paragrafen al duidelijk werd scoort structuur 3 het beste. Dit wordt nogmaals goed duidelijk als we alle drie de structuren uitzetten in de matrix in grafiek 4.4. Hierin is duidelijk te zien dat de oppervlakte van structuur 3 groter is dan dat van de andere twee structuren. De

oppervlakte staan onderaan de grafiek weergegeven.

Met name de fabricage eisen hebben er voor gezorgd dat structuur 3 de structuur is geworden waar mee verder wordt gegaan. Dit is het (relatief gezien) simpelste concept waarvan de meeste onderdelen bij Peeters zelf gemaakt kunnen worden. Dit heeft ook een groot voordeel voor de kosten.

Een groot nadeel van de keuze voor dit concept is nog wel dat alleen de zijwanden automatisch gelast gaan worden. Deze keuze is echter wel bewust en in overleg met de bedrijfsleider gemaakt. De investering voor het lassen van de complete bak is namelijk dusdanig hoog dat het (nog) niet rendabel is om toe te passen. Daarom worden nu eerst alleen te wanden automatisch gelast en als dit goed blijkt te werken kan besloten worden om ook de bodem automatisch te gaan lassen.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Functionele eisen Fabricage-eisen Milieueisen structuur 1 structuur 2 structuur 3

grafiek 4. 4 keuze matrix

oppervlakte structuur 1: 1,23

oppervlakte structuur 2: 1,35

(20)

Eindverslag

5 Vormgeving

Hieronder staat het uiteindelijke ontwerp van de lasmanipulator. De installatie is opgebouwd uit een basis, de bodem, met daarop twee pilaren. Deze pilaren zullen de kokers en de plaat opspannen. Doordat één van de twee pilaren verplaatsbaar is kunnen de verschillende maten zijwand in de manipulator gelast worden. Aan deze pilaren bevinden zich ook de lastoortsen en lasapparatuur die nodig is voor het lassen van het product. In de hierna volgende paragrafen zullen de verschillende onderdelen worden toegelicht. Voor een overzicht van alle tekeningen wordt verwezen naar bijlage XIX.

figuur 5. 1 uiteindelijke ontwerp

(21)

Eindverslag

5.1. Horizontale verplaatsing

Om aan de eisen te voldoen om alle verschillende soorten wanden in dezelfde mal te kunnen lassen moet de afstand tussen de twee pilaren verstelbaar zijn. Om dit op een veilige en degelijke manier te doen is besloten om dit met wielblokken te gaan doen. Hieronder staat een korte beschrijving over het horizontaal verplaatsen van het systeem. De bijbehorende berekeningen en specificaties staan in bijlage VIII.

Wielblokken:

Wielblokken worden veel toegepast bij kraanbanen en interne transportsystemen voor zware massa’s. Deze wielblokken kunnen dus tegen een stootje en in combinatie met een frequentie geregelde aandrijving is de nauwkeurigheid hoog genoeg voor het toepassen bij de lasmal. Een groot voordeel van het gebruiken van wielblokken in combinatie met een rails, is dat veel onderdelen bij Peeters gefabriceerd kunnen worden.

figuur 5. 3 horizontale verplaatsing Rechtgeleiding:

Een andere optie voor het verplaatsen, was het toepassen van zware rechtgeleiding in combinatie met een kogelomloopspindel. Dit systeem is te vergelijken met een positionering en geleiding systeem van een CNC gestuurde freesbank. De geleiding is heel nauwkeurig en de speling tussen de geleidingsrails en het geleidingsblok is heel klein (< 0,01mm). Ook het positioneren met de spindel kan op enkele 100ste van een millimeter.

De kosten voor deze rechtgeleiding in combinatie met een kogelomloopspindel zijn vrij hoog. Dit terwijl je de dan verkregen nauwkeurigheid van 0,01 mm helemaal niet nodig hebt. Een ander groot nadeel van dit systeem is dat je ook nog eens (onnodige) hoge productiekosten krijgt. Om te zorgen dat de rechtgeleiding juist functioneert en niet kapot gaat dienen de twee benodigde rails met een nauwkeurigheid van 0,01mm. ten opzichte van elkaar gepositioneerd te worden. Om dit te halen moet de ondergrond voor de rails gefreesd worden nadat deze in elkaar is gelast. Ook de bevestigingsplaat voor de lagerblokken, dient na een lassen nog een keer nabewerkt te worden om de nauwkeurigheid te kunnen halen. De machines om deze bewerken uit te voeren heeft Peeters niet in zijn machinepark. Daarom zou dit al uitbesteedt moeten worden wat veel te veel kost. Het toepassen van rechtgeleiding zou ongeveer twee maal zo duur zijn als het toepassen van wielblokken. Zie bijlage XIV voor een toelichting hierop.

Rails:

Bij het toepassen van wielblokken daarentegen, hoeft de nauwkeurigheid van de ondergrond een stuk minder te zijn. Hierbij is een tolerantie in de hoogte en de breedte van +/- 0,5 mm toegestaan. Deze nauwkeurigheid is te behalen door de ondergrond bestaande uit 2 H-EB profielen, vastgelast aan een 20mm plaat met draadeinden aan de vloer te bevestigen. Deze draadeinden zullen chemisch verankerd worden en op de juiste hoogte gesteld zodat de ongelijkheid van de vloer en de onrechtheid van de H-balken gecorrigeerd zullen worden.

(22)

Eindverslag

Wielblok:

De wielblokken zelf zullen ook verstelbaar aan het frame van de verplaatsbare pilaar bevestigd worden. Op die manier kan de onrechtheid van het frame gecorrigeerd worden en zal de afstand tussen de twee pilaren overal hetzelfde zijn. Dit is nodig omdat tijdens het lassen de afstand tussen de koker en de plaat overal hetzelfde moet zijn om een stevige en nette lasnaad te krijgen.

Inklemming:

Om er voor te zorgen dat de verplaatsbare pilaar stabiel staat zijn er aan de onderzijde van de pilaar vier extra wielblokken geplaatst. Deze wielblokken worden met een spanelement tegen de onderzijde van de H-balk gedrukt. Hierdoor is de constructie opgesloten waardoor deze niet kan kantelen of van de rails af kan gaan, als deze per ongeluk aan de aanwezig takels in de fabriekshal van Peeters blijft hangen. Ook zorgen de spanelementen ervoor dat er meer wrijving is tussen het wielblok en de rails waardoor er minder snel slip optreedt. Hierdoor is de aandrijving beter te controleren.

Aandrijving:

De aandrijving van de wielblokken gebeurt met een reductor en een elektromotor. Zie figuur 5.4. Dit is de “standaard”manier zoals dat meestal gebeurd bij

wielblokken. De twee achterste wielblokken worden met een as aan een reductor gekoppeld die aangedreven wordt door een elektromotor. De reductor is zo gekozen dat de snelheid met de frequentieregelaar dusdanig langzaam kan worden ingesteld dat de verplaatsbare pilaar goed te positioneren is.

(23)

Eindverslag

5.2. Inklemmen van de onderdelen

Om te zorgen dat er een mooie degelijke las gelegd gaat worden is het van belang dat de onderdelen ten opzicht van elkaar en ten opzicht van de lastoorts goed worden gepositioneerd. Ook moeten de onderdelen, eenmaal gepositioneerd, dusdanig gefixeerd zijn dat de posities tijdens het lassen niet meer veranderen. Zoals in het morfologisch overzicht in bijlage V staat, worden de kokers mechanisch ingeklemd en de plaat hydraulisch.

Het opklemmen van de onderdelen gebeurd met segmenten die om de 750mm geplaatst zijn. Door gebruikt te maken van deze segmenten zullen de krachten die ontstaan, door het inklemmen en door het lassen, zo veel mogelijk intern per segment worden opgevangen. Elk segment bestaat uit een schijf voor het opspannen van de koker en een hydraulisch cilinder voor het opklemmen van de plaat. Zie figuur 5.5.

Inklemmen koker:

De kokers worden in de ronde plaat geplaatst (rood weergegeven in figuur 5.5). Deze plaat kan gedraaid worden zodat de verschillende kokers die nodig zijn voor de zijwanden gelast kunnen worden. Dit wordt uitgebreid toegelicht in bijlage IX. Het ontwerp van deze schijf is ook dusdanig dat de positie van de lasnaden altijd hetzelfde is. Hierdoor kan de plaat ook altijd op dezelfde positie worden ingeklemd.

De uitsparing in de plaat, waar de koker wordt geplaatst, is ongeveer 10mm breder dan de koker zelf. Hierdoor zullen ook de kokers met een relatief grote afwijking gemakkelijk in de plaat te plaatsen zijn. Vervolgens wordt de koker met de snelspanner op de juiste positie gezet zodat deze gelast kan worden. Als na het lassen de snelspanners los worden gemaakt, zal het product ook gemakkelijk gelost kunnen worden. Onderaan de snelspanner bevind zich een haak zodat deze bij elke van de 4 posities geplaatst kan worden.

figuur 5. 5 segment voor inklemming Inklemmen plaat:

De plaat wordt opgeklemd met hydraulisch cilinders. Deze zullen aangestuurd worden door een accumulator, hoe dit precies werkt staat in bijlage IX. De klemkracht van deze cilinder zal te regelen zijn met de druk waardoor er niet meer kracht als nodig wordt uitgeoefend op de constructie maar de plaat toch netjes recht bij de koker zit. Aan de cilinder wordt een voorzetmes bevestigd, die dankzij zijn hoge stijfheid en hardheid, er voor zal zorgen dat de plaat over de gehele lengte zal worden opgespannen zodat de plaat niet gaat golven. Bij de cilinder bevindt zich ook een geleiding zodat er geen moment op de cilinder komt. Dit is nodig om lekkage bij de cilinder te voorkomen. Zowel bij de vast zijde van de klem als aan de zijde van de cilinder is het nog mogelijk kleine aanpassingen te doen zodat de plaat exact gepositioneerd kan worden.

(24)

Eindverslag

5.3. Verticale beweging van de toorts

De lastoorts zal met een rechtgeleiding een lineaire beweging maken langs de zijwand. Om er voor te zorgen dat er een goede draadaanvoer is vanaf de draadton zal de draadton, inclusief lasapparatuur meerijden aan de buitenzijde van het systeem. Hieronder staat dit systeem kost toegelicht. De bijbehorende berekeningen en specificaties staan in bijlage X.

Ketting:

Voor het aandrijven van de lastoorts is, vanwege de betrouwbaarheid, gekozen voor een kettingoverbrenging. Een ketting aandrijving is ook ongevoelig voor de hoge temperaturen die vrijkomen bij het lassen en voor de vochtige en redelijk vuile omgeving waarin de installatie uiteindelijk moet functioneren. Dit in tegenstelling tot een riemoverbrenging. Door de vormgesloten

verbinding van de ketting zal er ook nooit slip optreden zoals bij een staalkabel of vlakke riem wel zou zijn.

Een nadeel van een kettingaandrijving is echter wel dat er trillingen ontstaan door het polygooneffect. Dit blijkt in dit geval echter zo klein te zijn (0,1%) dat dit niet te merken zal zijn.

Kettingwiel:

Om de beweging zo geleidelijk mogelijk te laten verlopen en de trillingen door het polygooneffect zo klein mogelijk te houden is besloten om één groot kettingwiel te gebruiken. Een ander voordeel hierbij is ook dat de as, waaraan het kettingwiel wordt gemonteerd, ook gebruikt worden voor het keerwiel van het slangenpakket. Dit keerwiel moest een minimale radius hebben van 500 mm om het slangenpakket goed te geleiden. Om te zorgen dat het slangpakket zo min mogelijk wrijving ondervindt bij het keerwiel is het van belang dat de omloopsnelheid van het wiel hetzelfde is als de snelheid van de verplaatsing van het slangenpakket. Dit is eenvoudig bereikt door de diameter van het kettingwiel hetzelfde te maken als de diameter van het keerwiel.

Één aandrijving per toorts:.

Elke lastoorts is voorzien van een eigen aandrijving zodat elke lasnaad goed te regelen is. Zo kan voor elke las de snelheid worden ingesteld en als er één toorts niet goed functioneert hoeft niet gelijk heel de installatie gestopt te worden. Doordat elke toorts apart in te stellen is kan het kromtrekken van de zijwand worden gecorrigeerd doordat ook de posities van de twee toortsen ten opzichte van elkaar kan worden ingesteld. Hierdoor kan de warmte-inbreng van de ene toorts de warmte-inbreng van de andere toorts “opheffen”.

Aandrijving:

Het kettingwiel wordt doormiddel van een wormwielreductor en een

elektromotor aangedreven. Er is gekozen voor een wormwielreductor omdat deze zelfremmend is. Hierdoor zullen de toorts en lasapparatuur zich niet kunnen verplaatsen als de elektromotor stil staat. De overbrengverhouding is ook dusdanig hoog dat de wormwieloverbrenging of de

schroefwieloverbrenging de enige mogelijkheden waren Het rendement van een wormwieloverbrenging is daarbij hoger dus vandaar de keuze.

(25)

Eindverslag

Snelheid:

Met de gekozen aandrijving kan uiteindelijk een lassnelheid bereikt worden tussen de 0,3 m/min en 1,8 m/min (zie tabel 5.1). Dit voldoet aan de gestelde eisen. De ijlgang is gelijk aan de maximale snelheid van 1,8 m/min. Dus bij de langste bak doet de toorts er 4 minuten en 43 seconden over om terug te keren naar de begin positie. Dit is vrij lang maar dit zal uiteindelijk automatisch gaan waardoor de operator zich op andere dingen kan richten als de toorts naar de begin positie gaat.

positie:

De aandrijving van de ketting bevind zich aan de bovenzijde van de constructie. Dit om de installatie zo compact mogelijk te houden. Aan de bovenzijde was toch al een keerwiel nodig om de lastoorts met de lasapparatuur te verbinden. Een andere optie was om de aandrijving aan de onderzijde van de constructie te plaatsen om zo de lastoorts naar beneden te trekken. Hierdoor was er aan de onderzijde van de constructie meer ruimte nodig en werd de constructie dusdanig hoog dat deze niet binnen de maximale hoogte van 10 meter zat.

Geleiding:

Om de lastoorts nauwkeurig op zijn positie te houden en de beweging zo geleidelijk mogelijk te houden is besloten om zowel de lastoorts als de ombouw voor de lasapparatuur en draadton te laten geleiden door een rechtgeleiding. Om de ketting onder spanning te houden en te zorgen dat de lastoorts niet blijft steken is nog een extra massa toegevoegd aan het geleidingsblok waar de lastoorts aan zit.

Bescherming:

De geleiding voor de lastoorts is voorzien van een stalen beschermkap om zo de geleiding te

beschermen tegen lasspetters en de warmte afkomstig van het lassen. Zowel de geleidingsblokken aan de zijde van de toorts als aan de zijde van de lasapparatuur zal voorzien worden van schrapers om er voor te zorgen dat eventueel aanwezig vuil niet in het lagerblok terecht kan komen.

Vermogen van aandrijving

[%] Snelheid van Toorts [m/min]

20% 0,3 m/min Minimale benodigde

lassnelheid

33% 0,5 m/min Nominale lassnelheid

100% 1,5 m/min Nominaal vermogen motor.

120% 1,8 m/min Maximale snelheid (ijlgang).

(26)

Eindverslag

5.4. Lasapparatuur

De lasapparatuur zal van het merk Fronius zijn, omdat dit de vaste leverancier is van Peeters. Voor alle vier de lassen zal een aparte installatie nodig zijn die ook weer per stuk kunnen worden ingesteld. Hoe de installatie zal worden opgebouwd is hieronder in figuur 5.4 vereenvoudigd te zien.

figuur 5. 7 schematische weergave lasapparatuur

1. stroombron en koelunit 2. afstandsbediening 3. draadaanvoerunit 4. interface voor aansturing 5. lastoorts Robacta

6. draadton

De stroombron, koelunit, draadaanvoerunit, interface en draadton zullen zich aan de buitenkant van de constructie begeven en zullen tegenovergesteld meebewegen met de lastoorts. De lasdraad, stroom en gas zullen samenkomen in de draadaanvoerunit en zullen vervolgens met een 10 meter lang

slangenpakket naar de toorts getransporteerd worden. Doordat er gebruikt wordt gemaakt van het zogeheten push-pull systeem waarbij de lasdraad zowel bij de aanvoerunit als bij de toorts aangedreven wordt is het mogelijk deze lengte te overbruggen zonder dat er hinder zal zijn bij de draaddoorvoer.

Alle instellingen zullen draadloos kunnen worden ingesteld met de

afstandsbediening. Voor de communicatie met de aandrijving van de toorts is er interface nodig. Deze communicatie is nodig om een nette en degelijke las te kunnen leggen.

Instellen toorts:

Om de positie van de toorts in te stellen is er voor gekozen om dit met buizen klemverbindingen te doen (zie figuur 5.5). Hierdoor is er veel bewegingsvrijheid en kan de toorts op alle mogelijke manier worden ingesteld.

De zwanenhals van de toorts kan ook in elke gewenst hoek geleverd worden. In dit geval is er gekozen voor een hoek van 70º . Hierdoor is het mogelijk het

slangenpakket netjes recht naar boven te laten lopen. Daardoor is er bijna geen

(27)

Eindverslag

6 Kosten calculatie

De totale kosten voor de lasmanipulator bestaan uit de kosten voor de koopdelen, de kosten voor het materiaal en de kosten voor de arbeidsuren die nodig zijn voor het produceren en monteren van de installatie. In tabel 6.1 hieronder is te zien dat de totale kosten uitkomen op ± €91.500,-. In de paragrafen hierna zal toegelicht worden hoe deze bedragen tot stand gekomen zijn.

Kostenpost Bedrag

Kosten voor koopdelen €79.500,- Kosten voor materiaal €6.600,- Arbeidskosten €5.360,-

Totaal: . €91.500,-

tabel 6. 1 totale kosten

6.1. Kosten voor koopdelen

Een groot deel van de kostprijs voor de manipulator bestaan uit de kosten voor de koopdelen. Alle koopdelen bij elkaar zullen ongeveer €74.000,- gaan kosten. Een uitgebreide calculatie hiervan staat in bijlage XI.

De kosten voor de koopdelen die nodig zijn voor het horizontaal verplaatsen van die ene pilaar met wielblokken zijn ongeveer €3.500,-. De kosten voor het verplaatsen van de lastoorts en lasapparatuur zullen ongeveer €12.500,-. De kosten voor het opspannen van de twee kokers met daartussen de gewalste plaat zullen op €5.500,- uitkomen. Deze drie posten zullen samen dus ongeveer €21.500,- kosten. Hierbij komt nog een marge van 10% voor kleine onderdelen zoals verbindingsmateriaal. Dit geeft een totaal van ±€23.500,-

Daarbij komt dan nog de lasapparatuur die uiteindelijk het product gaat lassen. Deze apparatuur zal alles bij elkaar ongeveer €56.000,- gaan kosten. Dit alles bij elkaar levert een bedrag op van €79.500,-. horizontale verplaatsing verplaatsing lastoorts opspannen product lasapparatuur

grafiek 6. 1 verdeling van de kosten

Zoals hierboven staat bestaan het overgrote deel van de kosten uit de kosten voor de lasapparatuur (ongeveer 70%). Als achteraf blijkt dat de manipulator niet blijkt te werken of als de manipulator na een paar jaar niet meer gebruikt zal worden door veranderingen in de producten of dergelijke, dan kan de lasapparatuur ook nog ergens anders voor gebruikt worden. Als de robot toorts word vervangen door een normale toorts is de apparatuur geschikt om er handmatig mee te lassen. Hierdoor wordt het risico van dit project een stuk kleiner.

(28)

Eindverslag

6.2. Materiaalkosten

De kosten van het materiaal komen in totaal op ongeveer €6.600,-. Dit is exclusief bewerkingen. Dit is inclusief een marge van 10% voor het materiaalverlies wat optreedt tijdens de productie. Hoe dit bedrag exact tot stand is gekomen is terug te vinden in bijlage XII. In tabel 6.2 staat een

vereenvoudigde berekening.

Bij het berekenen van deze prijs is uitgegaan van de staalprijs die bij Peeters in de interne data-base staat. Deze prijs is de staalprijs die op moment van het maken van deze berekening wordt gehanteerd. Tegen de tijd dat de installatie wordt gefabriceerd kan het zijn dat er een afwijking is ontstaan.

Onderdeel Bedrag Bodem €1.739,- Stilstaande pilaar €2.003,- Verplaatsbare pilaar €2.126,- Klem segmenten €1.704,- Frame lasapparatuur €130,- Diverse €100,- Marge (10%) €600,- Totaal:± . €6.600,- tabel 6. 2 materiaalkosten 6.3. Arbeidskosten

De arbeidskosten zijn berekend door het geschatte aantal arbeidsuren te vermenigvuldigen met het arbeidstarief per uur. Het aantal arbeidsuren is geschat en is niet erg betrouwbaar. Het is erg lastig om vooraf te bepalen hoeveel tijd er nodig is om alle onderdelen te produceren en in elkaar te lassen en monteren. Hierdoor zou het goed kunnen dat het werkelijk aantal arbeidsuren uiteindelijk veel hoger of juist lager ligt dan deze schatting.

Toch is geprobeerd een zo goed mogelijke schatting te maken gebaseerd op de ervaring van Peeters Landbouwmachines bij het fabriceren van andere producten. Om de schatting zo nauwkeurig mogelijk te maken is per onderdeel gekeken wat de te verwachten arbeidsuren zijn. Dit is terug te vinden in bijlage XIII. Het totaal te verwachtte aantal arbeidsuren is 134. Dit maal het arbeidstarief van €40,- inclusief het gebruik van eventuele machines zoals lasapparaten, geeft een kostenpost van €5.360,-

(29)

Eindverslag

6.4. Afweging kosten

Om te kunnen zeggen of dit project überhaupt uitgevoerd moet worden is het van belang dat eerst de kosten tegen elkaar worden uitgezet. Oftewel wat is het voordeel van het gaan lassen met de

manipulator ten opzicht van de huidige productiemethode waarbij de zijwanden handmatig worden gelast.

Handmatig lassen

Bij het handmatig lassen van één zijwand met een lengte van 8,5 meter is een lasser ongeveer 5 uur bezig, zie onderstaande figuur 6.1.

figuur 6. 1 tijd bij handmatig lassen Automatisch lassen

Als we vervolgens kijken naar de te verwachten tijd voor het lassen van de zijwanden met de lasmanipulator komen we op ongeveer 1 uur en 30 minuten uit. Zie onderstaande figuur 6.2.

figuur 6. 2 tijd bij automatisch lassen

Het automatisch lassen van de zijwanden levert dus een besparing op van 218 minuten per zijwand. Oftewel een besparing van 71% per zijwand! Voor een complete bak komt dat neer op een besparing van 436 minuten. Oftewel een besparing van ongeveer 7,3 arbeidsuur per bak.

7,3 arbeidsuur x €40,- per uur is €292,- per bak.

Er zullen dus 314 sets zijwanden gelast moeten worden om de manipulator inclusief lasapparatuur terug te verdienen.

Uitgaande van de verwachte afzet van 100 bakken per jaar komt dit neer op een terugverdienperiode van ongeveer 3 jaar.

Instellen van de parameters.

(10 min)

Lassen van het product. (17 min.) Positioneren en fixeren van de onderdelen. (60 min) Totaal: 87 minuten. Instellen van de parameters. (5 min)

Lassen van het product. (4x 60= 240min) Positioneren en hechten van de onderdelen. (60 min.) Totaal: 305 minuten.

(30)

Eindverslag

7 Conclusies

Het doel van het project was het reduceren van het aantal arbeidsuren bij het lassen van de bakken met minimaal 30%. Dit diende bereikt te worden door de bakken semiautomatisch of geheel automatisch te gaan lassen. Uiteindelijk is gekozen om de zijwanden van de bakken verticaal, semiautomatisch te gaan lassen wat een te verwachte arbeidsuren reductie op gaat leveren van 71%. Deze waarde is dus alleen van toepassing op de zijwanden en niet op de gehele bak.

In de loop van het project is er voor gekozen om in eerste instantie niet heel de bak (semi-)

automatisch te lassen maar om eerst de aandacht op de zijwanden te richten. Hierdoor kun je al acht lange lasnaden automatisch lassen. Vier van deze lassen zitten aan de buitenkant van het product waar ze in het zicht zitten. Een prioriteit was dan ook om juist deze lassen netjes in één beweging te kunnen leggen. Als je de besparing van het aantal arbeidsuren vergelijkt met de huidige aantal productie uren die er in een basis van een bak gaan zitten kom je uit op een besparing van 29%. Het doel is dus eigenlijk net niet gehaald maar dat komt vooral doordat de bodem van de bakken niet meer betrokken wordt bij het automatisch lassen.

Doordat alle vier de lassen tegelijk gelegd kunnen worden en toch iedere toorts apart in te stellen is zal het krom trekken van de zijwand bijna geheel gecorrigeerd kunnen worden.

Uit ervaring van Peeters blijkt ook dat er bij verticaal lassen van dergelijke producten een nettere en betere las ontstaat dan bij horizontaal lassen.

Een ander heel groot voordeel van het verticaal lassen is dat de installatie weinig ruimte in beslag neemt. Dit past goed bij het beleid van Peeters om meer te gaan produceren met dezelfde mensen in dezelfde ruimte door te gaan automatiseren. De installatie is niet hoger dan 10 meter zodat deze in het pand van Peeters geplaatst kan worden en dat de bovenloopkranen geen hinder ondervinden van de installatie. Doordat de installatie deelbaar is kan deze ook altijd nog verplaatst worden met de aanwezige bovenloopkranen.

De kosten zijn berekend op €91.500,-. Tweederde deel van dit bedrag (€56.000,-) moet worden besteedt aan de lasapparatuur. Deze apparatuur gaat jarenlang mee en kan ook worden gebruikt om handmatig mee te lassen. Stel dat de installatie niet goed (genoeg) blijkt te werken, of het model van de bakken wordt ooit gewijzigd, dan kan deze apparatuur elders worden gebruikt. Ook kunnen bepaalde onderdelen van de mal aangepast of vervangen worden. Hierdoor blijft het risico van dit project beperkt.

(31)

Eindverslag

8 Aanbevelingen

8.1. Korte termijn

Voor het laten slagen van het project en voordat begonnen kan worden met het daadwerkelijk produceren van het ontwerp moet eerst bevestigd worden dat het nieuwe ontwerp van de bakken een succes is. Op dit moment wordt er een prototype bebouwd van het nieuwe type bak. Hierbij is de zijwand nog niet gewalst maar zijn er twee zettingen aangebracht over de lengte. Als dit prototype is afgerond en het blijkt een succes te zijn ( goed uiterlijk, stevige constructie) kan het ontwerp worden vastgelegd. Als blijkt dat het nieuwe model geen succes is moet het worden aangepast totdat het dat wel is. Aanpassingen aan het product hebben dan wellicht ook invloed op de mal.

Behalve dat het uiteindelijke ontwerp van de bak goed moet zijn, moet ook de productiemethode van de gebolde

zijwanden slagen. Door de lengte van de zijwand is het financieel niet aantrekkelijk om de plaat met een platenwals te walsen. Deze wals zou dan een breedte moeten hebben van minimaal 8,5 meter wat enorme kosten met zich meebrengt. Daarom is besloten om de platen in de lengte richting te gaan walsen in een soort profielenwals. Zie figuur 8.1 Deze wals is besteld maar is nog niet geleverd. Als deze wals is geleverd en blijkt te werken kan er begonnen worden met het produceren van de lasmanipulator.

Om de productie snelheid van de zijwanden zo hoog mogelijk te maken is het aan te bevelen om de benodigde machines dicht bij elkaar te plaatsen. Er ontstaat als het ware een soort productie straat waar uiteindelijke een afgelaste zijwand uitkomt. Hiervoor moet de plaat eerst op maat worden gesneden, gewalst en daarna in de manipulator aan de kokers worden gelast. In bijlage XV is een voorbeeld opgenomen over hoe dit er dan uit komt te zien in de fabriekshal van Peeters Landbouwmachines.

Voor het positioneren en fixeren van de onderdelen en het in de gaten houden van het lasproces is het aan te raden om dit met behulp van een éénpersoonslift te doen. Op die manier kan de operator op een veilige manier werken. Op dit moment zijn er al liften aanwezig bij Peeters die hiervoor gebruikt kunnen worden.

8.2. Lange termijn

Als het automatisch lassen van de zijwanden een succes is kan de stap worden gemaakt om volledige bakken automatisch te gaan lassen. Hiervoor moet dan nog de bodem tussen de twee zijwanden worden gelast. In tegenstelling tot de zijwand bestaat de bodem niet alleen uit lange rechte lassen maar zijn er ook veel korte lassen voor het bevestigen van de verstevigconsoles, voor- en achterkant van de bak.

Om deze automatisch te kunnen lassen is het aan te bevelen om dit met een lasrobot te doen. Juist omdat er zoveel verschillende onderdelen gelast moeten worden waarbij er bewegingen nodig zijn in verschillende richtingen is een simpele rechtlijnige beweging niet voldoende. Zoals bij de

kostencalculatie duidelijk werd levert het leggen van vier lassen tegelijk een enorm tijdsvoordeel op. Daarom is het aan te raden om ook het lassen van de bodem, met meerdere robots te doen.

figuur 8. 1 wals voor zijwand

(32)

Eindverslag

Literatuurlijst

• Peeters Landbouwmachines (2011). Peeconweb; lijst met gestandaardiseerde onderdelen. Etten-Leur.

• Peeters Landbouwmachines (2011). Peeconweb; lijst met metaalgrondstoffen. Etten-Leur. • Peeters Landbouwmachines (2011). 3D modellen van de producten. Etten-Leur.

• Peeters Landbouwmachines (2011). 2D tekeningen van het pand. Etten-Leur. • Demag (2011), Desig portal. http://www.demag-designer.com

• Drabbe (2011). Product catalog speedyblock. • Fronius (2011). product catalogues.

• Gkn-Walterscheid (2011). Hydraulic Product catalog. • Inocon (2011). Product catalog.

• Köbo (2011). Product catalog.

• Overveld Techniek (2011). Product catalogus. • Rosta (2010) Die Blauen von ROSTA. • Schneeberger (2011), Product catalog. • SKF (2011) Product catalogus.