Afstudeerverslag
Afstudeerproject Redesign Uitpakstation type FD-41
Auteurs: Hans van Melis (2022310)
Paul Pennings (2018709) Bedrijfsbegeleider: Dhr. Bastiaans Afstudeerbegeleider: Dhr. Kuipers Afstudeercoördinator: Dhr. Verhagen Datum: 07-06-2011 Opleiding: Werktuigbouwkunde Academie: AI&I
Voorwoord
Voor u ligt het afstudeerverslag behorende bij de afstudeerstage welke de afgelopen 20 weken is volbracht bij Goss Contiweb B.V. te Boxmeer. In deze afstudeerperiode is projectmatig gewerkt aan het redesign van een uitpakstation.
In dit afstudeerverslag wordt u geïnformeerd over de afstudeeropdracht en welke
eindproducten het opgeleverd heeft gedurende de afstudeerperiode. In dit verslag zullen de volgende punten aan bod komen:
Achtergrond informatie betreft Goss Contiweb B.V.; Vooronderzoeken;
De probleemstelling (een projectomschrijving inclusief een plan van aanpak); Conceptfase;
De uitwerking van de opdracht; Conclusies en aanbevelingen.
Tot slot willen wij van de gelegenheid gebruik maken om Goss Contiweb B.V. in het algemeen te bedanken voor de mogelijkheid die ze ons hebben geboden om een zeer interessante afstudeerstage te doorlopen. Daarnaast willen wij in het bijzonder onze bedrijfsbegeleider Dhr. Bastiaans bedanken voor zijn geboden begeleiding en onze afstudeerbegeleider Dhr. Kuipers. Ook de samenwerking met de overige medewerkers op de afdeling R&D en daarbuiten hebben wij als zeer prettig ervaren.
Paul Pennings Hans van Melis
Samenvatting
Eind januari 2011 zijn wij, Paul Pennings en Hans van Melis, begonnen aan onze afstudeeropdracht bij Goss Contiweb B.V. te Boxmeer. Goss Contiweb B.V. is een onderdeel van Goss International dat wereldwijd 4000 werknemers in dienst heeft waarvan in Boxmeer ongeveer 200. Goss International is een internationaal opererend bedrijf waar verschillende soorten machines voor de grafische industrie ontwikkeld en geproduceerd worden. Bij Goss Contiweb B.V. te Boxmeer worden zowel de
rollenwisselaars als de drogers ontwikkeld en geproduceerd.
De opdracht heeft betrekking op het uitpakstation van het rollentransportsysteem. Op dit uitpakstation worden de papierrollen voorbereid om de rollenwisselaar in te gaan. De CS/FD uitvoering van het uitpakstation voldoet niet meer aan de huidige veiligheidseisen waardoor een redesign noodzakelijk is.
De opdracht luidt: een herontwerp van het uitpakstation zodat het voldoet aan de nieuwe veiligheidseisen, waarbij de acceptabele kostprijs behouden blijft. Ook dienen de
hoofdfuncties behouden te blijven namelijk: Het heffen en dalen van de papierrol; Het roteren van de papierrol;
Het wegen van de papierrol (optioneel).
Door onderzoek naar het huidige uitpakstation en het opstellen van een risicoanalyse is het Programma van Eisen ontstaan. Aan de hand van het Programma van Eisen zijn verschillende concepten gegenereerd.
Uit deze concepten is een selectie op functionaliteit, betrouwbaarheid, veiligheid en globale kostprijs gemaakt waaruit twee concepten zijn overgebleven. Deze twee
concepten zijn verder uitgewerkt op gebied van globale berekeningen en gedetailleerde kostprijs.
Uit deze twee concepten is, ook op basis van kostprijs, veiligheid, functionaliteit en betrouwbaarheid, een definitief concept gekozen.
Uiteindelijk is het definitieve concept geheel uitgewerkt waaruit een prototype gemaakt zou kunnen worden.
Gaandeweg de conceptfase zijn verschillende knelpunten naar voren gekomen waar de nodige aandacht aan besteedt is. Allereerst de geleiding van het hefframe deze moet solide, betrouwbaar en kostprijs technisch gunstig zijn. Als aandrijving van het
uitpakstation is gekozen tussen een hydraulisch of elektrisch aandrijven. Dit geldt voor zowel het heffen en dalen als het roteren van de walsen. Ook diende er rekening gehouden te worden met de diepte van het uitpakstation.
De behaalde eindresultaten zijn: 3D model van het ontwerp dat volledig doorgerekend is. Tijdens het vooronderzoek zijn een tweetal praktische testen uitgevoerd waarbij de pulskracht, bij oprollen van de papierrol, op de walsen en het aanloopkoppel van de aandrijfmotor is bepaald. Deze testresultaten zijn getoetst aan theoretische
Inhoudsopgave
Voorwoord ... 2
Samenvatting ... 3
1 Organisatie Goss International ... 6
1.1 Goss Contiweb B.V. ... 6
1.2 Structuur ... 6
1.3 Organogram ... 7
2 Plan van Aanpak ... 8
2.1 Achtergronden ... 8 2.2 Projectopdracht ... 8 2.3 Producten ... 10 2.4 Deadlines ... 11 2.5 Kwaliteitsbewaking ... 11 2.6 Project Organisatie ... 13 2.7 Planning ... 14 3 Vooronderzoek ... 15 3.1 Procesomschrijving druklijn ... 15 3.1.1 Uitpakstation ... 16 3.2 Functieomschrijving ... 19 3.2.1 Uitpakstation type FD-41 ... 19 3.2.2 Uitpakstation type FD-62 ... 20 3.3 Aandrijving wals ... 22 3.4 Pulskracht op walsen ... 23
3.5 Ervaring met huidig uitpakstation ... 25
3.5.1 Veiligheid algemeen ... 25
3.5.2 Service & assemblage... 27
3.5.3 Kostprijs ... 27
3.6 Kostprijs huidig uitpakstation FD-41 ... 27
3.7 Risicoanalyse... 28
4 Programma van Eisen ... 29
5 Conceptfase ... 32 5.1 Werkwijze ... 32 5.2 Ideeën overzicht ... 33 5.3 Concepten ... 35 5.3.1 Concept 1... 35 5.3.2 Concept 2... 37 5.3.3 Concept 3... 39 5.3.4 Concept 4... 41 5.3.5 Concept 5... 44 5.3.6 Concept 6... 48 5.4 Concept keuze ... 51 6 Conceptselectie ... 52 6.1 Concept A ... 52 6.1.1 Werkingsprincipe ... 52 6.1.2 Aandrijving hydraulisch ... 56 6.1.3 Aandrijving elektrisch ... 57 6.1.4 Veiligheid ... 59 6.1.5 Berekeningen hydraulisch ... 60 6.1.6 Berekeningen elektrisch ... 63
6.2 Concept B ... 65
6.2.1 Werkingsprincipe ... 65
6.2.2 Aandrijving ... 67
6.2.3 Veiligheid ... 68
6.2.4 Berekeningen ... 69
6.3 Kostprijs per concept ... 72
7 Definitief concept ... 78 7.1 Concept keuze ... 78 7.2 Uitwerking concept... 81 7.2.1 Behuizing ... 81 7.2.2 Track ... 83 7.2.3 Hefframe ... 84 7.2.4 Nokmechanisme ... 88 7.2.5 Afscherming ... 89 7.2.6 Aandrijving ... 90 7.2.7 Samenstelling uitpakstation ... 91 7.3 Kostprijs definitief ... 92
7.4 Afbeeldingen concept definitief ... 94
8 Conclusie en aanbevelingen ... 98 8.1 Conclusie ... 98 8.2 Aanbevelingen ... 98 9 Literatuurlijst ... 99 Bijlagen ... 100 Bijlage 1 Planning ... 102
Bijlage 2 Hydraulisch schema uitpakstation FD-41 ... 104
Bijlage 3 Risicoanalyse uitpakstation FD-41 ... 106
Bijlage 4 Datasheet HMPE-1000 ... 108
Bijlage 5 Berekeningen concepten 1 t/m 6 ... 109
Bijlage 6 Datasheet weegcell SS6000 ... 120
Bijlage 7 Datasheet weegcell TN1003 ... 122
Bijlage 8 Datasheet hydromotor OMM50 ... 130
Bijlage 9 Datasheet hydromotor OMP80 ... 132
Bijlage 10 Testrapport aanloopkoppel hydromotor ... 134
Bijlage 11 Testrapport pulskracht papierrol op wals ... 141
Bijlage 12 Berekening snelheid papierrol over wals ... 146
Bijlage 13 Berekeningen concept A ... 149
Bijlage 15 Hydraulisch schema redesign ontwerp ... 171
Bijlage 16 Datasheet spindel Z-35-R 35kN ... 172
Bijlage 17 Datasheet elektromotor aandrijving spindels ... 173
Bijlage 18 Datasheet camroller STO40 SKF ... 174
Bijlage 19 Datasheet spindel Z-25-R 25kN ... 175
Bijlage 20 Berekeningen definitief concept ... 175
Bijlage 20 Berekeningen definitief concept ... 176
Bijlage 21 Datasheet lagerbus PCM606530 M ... 190
Bijlage 22 Datasheet kogellager 62206-2RS1 ... 191
1 Organisatie Goss International
1.1 Goss Contiweb B.V.
Goss Contiweb B.V. te Boxmeer is een onderdeel van Goss International dat wereldwijd 4000 werknemers in dienst heeft waarvan 200 werknemers in Boxmeer.
Goss Contiweb B.V. is een bedrijf dat zich heeft gespecialiseerd in het ontwikkelen en produceren van verschillende soorten machines voor de grafische industrie. Bij Goss Contiweb B.V. worden papierrollen logistiek, papierrollenwisselaars, drogers en koelers ontwikkeld en geproduceerd. De drukpers wordt niet door Goss Contiweb B.V.
geproduceerd.
1.2 Structuur
Wereldwijd heeft Goss International, meerdere vestigingen waar productie en/of
ontwikkeling van machines voor de grafische industrie plaatsvindt. Elke vestiging heeft, zoals weergegeven in figuur 1-1, zijn eigen taken. In bijna alle vestigingen worden zowel producten ontwikkeld als geproduceerd. In Worth Texas (Amerika) vindt enkel productie plaats en nauwelijks ontwikkeling. In de vestigingen Preston (Engeland) en Bolingbrook (Amerika) worden alleen producten ontwikkeld en vindt dus geen productie plaats.
1.3 Organogram
In deze paragraaf is het organogram van de discipline Research & Development weergegeven waarin de afstudeerstage volbracht wordt. Als afstudeerders behoren wij tot de mechanical engineers en Senior Mechanical engineers uit de productgroep Splicers (rood omcirkeld).
2 Plan van Aanpak
2.1 Achtergronden
Goss Contiweb B.V
.
levert onder anderenrollentransportsystemen voor de grafische industrie. De levering van een rollentransportsysteem bevat over het algemeen ook een zogenaamd uitpakstation. Hierop worden door de operator ingepakte papierrollen gelegd en vervolgens uitgepakt en voorbereid. In figuur 2-1 is een dergelijk uitpakstation in bedrijf weergegeven.
Uit de praktijk is gebleken dat de huidige uitpakstations niet meer voldoen aan de tegenwoordige veiligheidseisen. De vraag, die dateert uit 2004, is een dergelijk station aan te passen zodat het aan de nieuwste veiligheidseisen voldoet. Binnen dit project wordt gesproken over twee type uitpakstations, namelijk de FD-41 (onveilig) en de FD-62 (veilig).
Het doel van dit afstudeerproject is het herontwerpen van een het type FD-41 uitpakstation zodat deze weer voldoet aan de tegenwoordige veiligheidseisen. Het uitpakstation moet daarbij zijn acceptabele kostprijs behouden.
De opbouw van het Plan van Aanpak is als volgt:
In paragraaf 2.2 wordt de projectopdracht omschreven. Vervolgens worden in paragraaf 2.3 de producten beschreven die gedurende de afstudeerperiode opgeleverd zullen worden. In paragraaf 2.4 worden de
deadlines van het project behandelt en weergegeven. Hoe de kwaliteit wordt bewaakt is beschreven in paragraaf 2.5. De organisatie binnen het afstudeerproject is omschreven in paragraaf 2.6. Tenslotte is de planning weergegeven in paragraaf 2.7.
2.2 Projectopdracht
Zoals in paragraaf 2.1 Achtergronden omschreven staat is het doel van deze opdracht het herontwerpen van het uitpakstation type FD-41 zodat deze voldoet aan de nieuwste veiligheidseisen. Om het overzicht te bewaren is het van belang dat er gestructureerd gewerkt wordt. Daarom zijn de volgende stappen opgesteld:
1. Inzicht krijgen in het huidige uitpakstation. Tekeningen opzoeken/ bestuderen; Werkend uitpakstation bekijken op locatie;
Functie beschrijving van beide uitpakstations beschrijven; Sterke en zwakke punten van beide machines toetsen; Wegwijs maken met de systemen NX Unigraphics/EDM.
2. Het maken van een risicoanalyse: (volgens NEN-EN-ISO 14121-1) Beeld krijgen van een risicoanalyse;
Eigen opzet maken van de risicoanalyse; Risicoanalyse doorspreken met experts; Verbeteren en uitwerken van de risicoanalyse. 3. Programma van Eisen opstellen:
Opzet van eisen maken welke al bekend zijn; Samenkomst met ervaringsdeskundige/experts; Compleet Programma van Eisen uitwerken. 4. Concepten genereren:
Per persoon verschillende concepten/ideeën op papier zetten; Concepten globaal uitwerken in 3D;
Berekeningen en analyses maken; Elkaars werk toetsen;
Voorleggen/doornemen met experts; Kostprijs in het oog houden.
5. Concepten doornemen met verschillende disciplines: Proces;
SW (software); Elektrisch; Assemblage; Mechanisch. 6. Kostprijs per concept:
Koopdelen specificeren per concept;
Toetsen aan huidige kostprijs van het uitpakstation. 7. Maakbaarheid toetsen:
Maakbaarheid toetsen al tijdens het genereren van concepten; Onderdelen doornemen met werkvoorbereiding;
Kostprijs bepalen van het maakdeel. 8. Keuze definitief:
Afwegen van verschillende concepten; Het verantwoorden van de keuze;
Met diverse disciplines definitieve concept keuze maken. 9. Detailleren van het gekozen concept:
Concept uitwerken in 3D;
Schema‟s (bijv. Hydraulisch, elektrisch e.d.); Mono-tekeningen;
Assemblagetekeningen & specificaties; Eventueel bestellen.
10. Werk beschrijving:
Werkbeschrijving van het “nieuwe” uitpakstation.
11. Testen.
2.3 Producten
Onderstaand wordt beschreven welke producten voort dienen te komen uit de daartoe behorende fase. Het project is opgedeeld in vier fasen:
1. Oriënterende fase;
2. Probleemdefiniërende fase; 3. Werkwijze bepalende fase; 4. Vormgevende fase.
Oriënterende fase
Tijdens de oriënterende fase wordt een projectplan ingeleverd met de volgende inhoud: 1. Plan van Aanpak;
2. Productdocumentatie; 3. Planning;
4. Taakverdeling.
Dit wordt bij het eerste coachingsgesprek doorgenomen met het bedrijf. De afstudeerbegeleider beoordeelt dit projectplan en na eventuele wijzigingen wordt bepaald of het project de volgende fase in mag.
Probleemdefiniërende fase
Tijdens de probleemdefiniërende fase wordt een conceptontwerp ingeleverd met de volgende inhoud:
1. Programma van Eisen; 2. Functieanalyse;
3. Risicoanalyse; 4. Concept schetsen; 5. Begroting.
Werkwijze bepalende fase
Vervolgens kan in de werkwijze bepalende fase het concept ontwerp verder uitgewerkt worden. Dit onderdeel bevat de volgende inhoud:
Uitwerken definitief concept; Modelleren diverse modules; Berekeningen;
Vormgevende fase
De uitkomsten en ontwerpen van deze fase worden voorgelegd aan de
afstudeerbegeleider. Na een terugkoppeling kan door worden gegaan naar de vormgevende fase. Hierin moet het volgende ingeleverd worden:
3D modellen; Mono-tekeningen;
Samenstellingtekeningen; Stuklijst;
Specificaties koopdelen.
Nadat de bovenstaande onderdelen zijn doorlopen kan er een definitief afstudeerverslag worden gemaakt. Dit verslag zal op 9 juni 2011 moeten worden ingeleverd in drievoud.
2.4 Deadlines
Deadlines zijn bedoeld om onduidelijke situaties tussen projectteam en de
opdrachtgever te voorkomen. Door deadlines op te stellen wordt duidelijk aangegeven welke deadlines gehaald moeten worden. De deadlines die zijn opgesteld zijn in overleg met de onderwijsinstelling vastgesteld. Hierdoor zal het duidelijk zijn waar aan gewerkt wordt en wat er verwacht kan worden van het verslag.
De deadlines zijn:
25 januari 2011: Start afstudeerproject 28 februari 2011: 1e Coachings gesprek 11 april 2011: 2e Coachings gesprek
25 mei 2011: Bespreking concept rapport op bedrijf 26 mei 2011: Inleveren concept verslag
09 juni 2011: Inleveren afstudeerverslag 14 juni 2011: Inleveren Portfolio
20 juni 2011: Afstudeerzitting
28 juni 2011: Beschrijving project en zelfreflectie 01 juli 2011: Einde afstudeerproject
Omdat er tijdens de coachingsgesprekken de vorderingen van het project worden doorgesproken is dit eveneens een deadline voor bepaalde producten. Ten tijde van deze gesprekken zullen verschillende producten moeten worden aangedragen. De deadlines van deze producten zijn opgenomen in de planning.
2.5 Kwaliteitsbewaking
Om te zorgen dat het eindproduct aan alle eisen en wensen van de opdrachtgever voldoet moet er worden toegezien op de kwaliteit. Om dit te realiseren zullen er eisen gesteld moeten worden aan het ontwerpproces en de producten.
Om de kwaliteit te kunnen beheersen moeten er een aantal punten consequent worden nageleefd:
Door feedback te geven op het door de, collega afstudeerder, gemaakte werk. Ook wordt er in de wekelijkse vergaderingen het werk aan de begeleider „gepresenteerd‟ en gezamenlijk naar de feedback gekeken.
Als er onder de afstudeerders geen kennis aanwezig is van bepaalde zaken of als er onduidelijkheden zijn wordt er hulp gezocht bij specialisten binnen het bedrijf. Bij deze specialisten kan ook om feedback gevraagd worden.
Een keer per week zal er een vergadering plaatsvinden waarin met de begeleider en eventuele specialisten wordt besproken wat de vorderingen zijn en kunnen er vragen gesteld worden m.b.t. de afstudeeropdracht.
Zorgen voor inhoudelijke diepgang van het verslag om hiermee aan te tonen dat de alle facetten belicht zijn en hierover goed is nagedacht.
Er dient gezorgd te worden voor een goede onderbouwing van aannames en verantwoording van keuzes.
Er moet gezorgd worden voor een logische opbouw van het verslag. Op deze manier zit er een duidelijk lijn in het verslag en is voor de opdrachtgever zichtbaar, dat er met zorg aan gewerkt is.
Het ontwerp dient te aller tijden geverifieerd te worden aan Programma van Eisen.
2.6 Project Organisatie
Gegevens afstudeerbedrijfNaam: Goss Contiweb B.V.
Adres: Ir. Wagterstraat 10 5831 AZ Boxmeer Telefoon: 0485-597111 Fax: 0485-575375 E-mail: Info@gossinternational.com Internet: http://www.gossinternational.com Gegevens afstudeerders
Naam: Hans van Melis
Studentnummer: 2022310 Telefoonnummer: 06-14977459
E-mail: Hans.Melis@gossinternational.com
Naam: Paul Pennings
Studentnummer: 2018709 Telefoonnummer: 06-14465945
E-mail: Paul.Pennings@gossinternational.com Gegevens bedrijfsbegeleider
Naam: Kees Bastiaans
Telefoonnummer: 0485-597148 (Goss Contiweb B.V.) E-mail: Kees.Bastiaans@gossinternational.com Gegevens afstudeerbegeleider
Naam: Grad Kuipers
Telefoonnummer: 073-6295362 (Avans Hogeschool) 073-5031947 (Prive)
2.7 Planning
Om de voortgang van het project te beheren is een planning noodzakelijk. In de planning is de gestructureerde opbouw van het verslag opgenomen welke in paragraaf 2.2
Projectopdracht staat beschreven.
Er zijn twee verschillende planningen opgesteld. In de eerste planning is de productie van het uitpakstation meegenomen terwijl in de tweede planning tot de oplevering van het tekenpakket gepland is. In de eerste planning blijft er weinig tijd over voor de conceptfase waardoor deze niet haalbaar lijkt. De productietijd van een geheel nieuw ontworpen uitpakstation is in overleg met werkvoorbereiding vastgesteld op acht weken. Hierin zijn verschillende aspecten meegenomen zoals nieuwe onderdelen welke niet op voorraad zijn, langere assemblagetijd wegens onervarenheid met het nieuwe
uitpakstation, aanpassingen etc.
In samenspraak met de afstudeerbegeleider zijn we tot de conclusie gekomen dat aan het eind van de afstudeerperiode een tekeningenpakket opgeleverd zal worden
waarmee een prototype gerealiseerd kan worden. Dit betekent dat er gewerkt wordt met de tweede planning.
3 Vooronderzoek
3.1 Procesomschrijving druklijn
In het drukproces, van binnenkomst papierrol tot eindproduct, worden verschillende units gepasseerd. Het uitpakstation staat in dit proces vooraan in de proceslijn. Deze lijn bestaat uit de volgende units geschikt op volgorde van rolbinnenkomst tot product:
Uitpakstation (1) Rollenwisselaar (2) - FD of CS Drukstations (3) - Geel; - Rood; - Blauw; - Zwart. Droger (4) Koeler (5) Vouwer (6)
In figuur 3-1 is een lay-out weergegeven van een proceslijn. Figuur 3-2 geeft de proceslijn opstelling weer zoals bij de klant is opgesteld.
De papierrol komt binnen op het uitpakstation (1) waar hij voorbereidt zal worden om de rollenwisselaar (2) in te gaan. De rollenwisselaar zorgt er voor dat er een continu
drukproces kan worden gerealiseerd. Dit wordt gerealiseerd door de papierbanen aan elkaar te plakken waarvoor twee principes bestaan: de FD, deze plakt op hoge snelheid de banen aan elkaar en snijd de lege papierrol af. En de CS welke stilstaand plakt, maar het proces loopt door middels een buffer welke leegloopt tijdens het plakken.
Vervolgens loop de papierbaan door verschillende drukpersen (3) waar de inkt wordt aangebracht. Achter de drukpersen staat een droger (4) welke doormiddel van warme lucht zorgt dat de inkt kan drogen. Om ervoor te zorgen dat het papier weer afkoelt wordt er achter de droger vaak een koeler (5) geplaatst. Het papier loopt hierbij over gekoelde walsen.
Om ten slotte het proces af te ronden komt het papier in een vouwer (6) waar het papier naar wens gevouwen wordt tot eindproduct.
Figuur 3-2: Opstelling druklijn
3.1.1 Uitpakstation
De opdracht gaat specifiek over het uitpakstation, daarom zal in deze paragraaf dieper op de functie van het uitpakstation worden ingegaan.
Het uitpakstation (figuur 3-1 en 3-2 nr.1) heeft als functie het vergemakkelijken van het voorbereiden van de papierrol voordat deze naar rollenwisselaar wordt getransporteerd. Vanuit het magazijn wordt de papierrol, verpakt in een bruine beschermingswikkel, naar het uitpakstation gebracht doormiddel van een heftruck of palletwagen. De papierrol wordt met behulp van een easymover¹ of handkracht op het uitpakstation gerold. In figuur 3-3 pagina 17, is het voorbereidingsproces van de papierrol schematisch weergegeven. Op het uitpakstation wordt de papierrol ontdaan van de
beschermingswikkel volgens de handelingen die weergegeven zijn in figuur 3-3. Vervolgens wordt de papierrol, afhankelijk van het type rollenwisselaar, voorzien van een plakrand.
Figuur 3-3: Voorbereidingsproces papierrol op uitpakstation
Omdat er twee type rollenwisselaars bestaan (FD en CS) met elk een ander principe, zijn er twee soorten rolvoorbereidingen.
Uitleg papierrol voorbereidingsproces FD:
Handeling 1) Papierrol met beschermingswikkel wordt op het uitpakstation gerold. Handeling 2) Papierrol is gepositioneerd tussen de walsrollen. De papierrol wordt
geheven.
Handeling 3) Papierrol is in hoogst mogelijke positie gebracht waarna één walsrol wordt aangedreven.
Handeling 4) De operator is nu in staat met behulp van een mes tijdens het roteren de kopse kanten van de beschermingswikkel af te snijden.
Handeling 5) Indien beide kopse kanten verwijderd zijn, zal de operator de
aangedreven walsrol stil zetten waardoor de papierrol tot stilstand komt. Hierdoor wordt het mogelijk om de overige beschermingswikkel te verwijderen door met het mes in de langsrichting van de rol te snijden. Handeling 6) Indien de eerste witte papierlaag/papierlagen beschadigd zijn zal de
operator ook deze verwijderen door met het mes in langsrichting te snijden.
Handeling 7) De aangedreven wals wordt nu bediend zodat de beschermingswikkel en mogelijk beschadigde onderlaag onder de papierrol uit rolt. De papierrol is nu ontdaan van de beschermingswikkel. De papierrol wordt nu
voorbereid door een plakrand, en een markering aan te brengen zodat de rollenwisselaar weet waar de plakrand zit.
Handeling 8) De trolley wordt onder de papierrol gereden.
Handeling 9) De papierrol daalt waardoor deze op de trolley komt te liggen. De trolley transporteert de voorbereide papierrol naar de rollenwisselaar.
Uitleg papierrol voorbereidingsproces CS:
Handeling 1) Papierrol met beschermingswikkel wordt op het uitpakstation gerold. Handeling 2) Papierrol is gepositioneerd tussen de walsrollen. De papierrol wordt
geheven.
Handeling 3) Papierrol is in hoogst mogelijke positie gebracht waarna één walsrol wordt aangedreven.
Handeling 4) De operator is nu in staat met behulp van een mes tijdens het roteren de kopse kanten van de beschermingswikkel af te snijden.
Handeling 5) Indien beide kopse kanten verwijderd zijn, zal de operator de
aangedreven walsrol stil zetten waardoor de papierrol tot stilstand komt. Hierdoor wordt het mogelijk om de overige beschermingswikkel te verwijderen door met het mes in de langsrichting van de rol te snijden. Handeling 6) Indien de eerste witte papierlaag/papierlagen beschadigd zijn zal de
operator ook deze verwijderen door met het mes in langsrichting te snijden.
Handeling 7) De aangedreven wals wordt nu bediend zodat de beschermingswikkel en mogelijk beschadigde onderlaag onder de papierrol uit rolt. De papierrol is nu ontdaan van de beschermingswikkel.
Handeling 8) De trolley wordt onder de papierrol getransporteerd.
Handeling 9) De papierrol daalt waardoor deze op de trolley komt te liggen. De trolley transporteert de papierrol naar de rollenwisselaar. Aan de rollenwisselaar wordt de papierrol verder voorbereid door de operator.
3.2 Functieomschrijving
In dit hoofdstuk staat de werking van beide type uitpakstations beschreven. De functie van beide stations is gelijk namelijk:
Het heffen en dalen van de papierrol;
Het zowel links als rechtsom roteren van de papierrol; En het wegen van de papierrol (optioneel).
3.2.1 Uitpakstation type FD-41
Kostprijs: €12.000,- (incl. alle opties en assemblage) Productietijd: ± 8 weken
De werking:
Een viertal hydraulische cilinders worden aangestuurd door een hydraulisch aggregaat. Deze hydraulische cilinders zijn gemonteerd aan excentrische nokken en zorgen ervoor dat de walsrollen worden geheven en dalen. De cilinders zijn gemonteerd aan een subframe (zie figuur 3-4) welke in rust (onbelast) op een viertal afwikkelrollen wordt afgelegd zodat de weegcellen ontlast worden. Als de hydraulische cilinders een uitgaande beweging maken en de papierrol liften wordt het subframe naar beneden gedrukt en worden de weegcellen bekrachtigd zodat de papierrol gewogen kan worden. Dit systeem maakt geen rechtlijnige
beweging waardoor rechtlijnige geleiding niet mogelijk is. Doormiddel van een drietal
stabilisatorstangen worden vijf van de zes graden van vrijheid vast gelegd waardoor het subframe geleid wordt in hoogte richting. Doormiddel van een tweetal afschermkleppen (zie figuur 3-5), welke tegelijkertijd omhoog komen bij het heffen van de walsrollen, worden de bewegende delen afgeschermd. Deze
afschermkleppen zijn met een trekveer verbonden aan het
subframe waarna ze bij het zakken
van de walsrollen de bewegende delen afschermen.
Figuur 3-4: Uitpakstation zonder afdekplaten en afschermklep
Pluspunten FD-41:
Goedkoop;
Werkingsprincipe is goed.
Minpunten FD-41:
Niet voldoende afscherming tussen walsen en afschermkleppen; Hydraulische installatie waar lekverliezen zijn geconstateerd waardoor
gevaarlijke situaties kunnen ontstaan; Geen voetbediening mogelijk;
Weinig ruimte voor service en assemblage; Voldoet niet aan de nieuwste veiligheideisen.
3.2.2 Uitpakstation type FD-62
Kostprijs: €24.000,- (incl. alle opties en assemblage) Productietijd: ± 8 tot 10 weken
De werking:
In tegenstelling met het FD-41 uitpakstation zijn bij dit station de walsen in een en hetzelfde frame geplaatst. Dit frame maakt een translerende beweging langs vier geleidingen (zie figuur 3-7). Dit zorgt ervoor dat de walsen rechtlijnig omhoog komen terwijl dit in het andere uitpakstation roterend is.
Waar in het andere station de beweging tot stand komt met vier hydraulische cilinders maakt men hier gebruik van één cilinder. Deze cilinder zorgt voor een hoekverdraaiing van de centrale as (zie figuur 3-8). Aan het uiteinde van de centrale as zijn looprollen excentrisch geplaatst waardoor een nokmechanisme wordt gecreëerd (zie figuur 3-6). De looprol duwt het frame, waar de walsen in hangen, omhoog en tegelijkertijd komt het frame aan weegcellen te hangen. De operator mag de papierrol pas gaan roteren wanneer het uitpakstation in hoogste stand is. Dit wordt beveiligd door middel van een schakelaar die inschakelt wanneer de walsen in bovenste positie staan.
Het wegen van de papierrol wordt gerealiseerd door vier weegcellen. Wanneer de papierrol geheven wordt komt een binnenframe aan de weegcellen te hangen. De weegcellen zijn mechanisch beveiligd tegen overbelasting. In rust positie wordt het binnenframe afgelegd op verschillende vaste punten waardoor het niet meer aan de weegcellen hangt. Zo worden de weegcellen beschermd tegen incidenteel overbelasten in rust positie.
Het FD-62 uitpakstation is uitgevoerd met voetschakelaars en pendant bediening. Op de pendant bediening kunnen alle functies bediend worden terwijl met de voetschakelaars alleen de rotatie functie (in beide richtingen) te bedienen is. Dit heeft als reden dat de operator niet bij de bewegende delen van de machine kan komen wanneer deze de papierrol heft. De voetschakelaar heeft het voordeel dat de operator zijn handen vrij heeft bij het voorbereiden van de papierrol. Alle schakelaars, zowel hand- als voetbediening, werken volgens het hold-to-run principe. Dit houdt in dat wanneer de schakelaar los wordt gelaten de actie van de machine stopt. De voetschakelaars hebben als extra veiligheid een double-touch bediening. De schakelaar moet twee keer
kortstondig achter elkaar ingedrukt worden zodat hij tijdens werkzaamheden niet per ongeluk bediend kan worden.
Pluspunten FD-62:
Werkingsprincipe is goed; Voldoet aan de BG-keur;
Voldoende ruimte betreft service en assemblage.
Minpunten FD-62:
Duur t.o.v. FD-41; Diepe inbouw;
Over gedimensioneerd voor lichtere papierrollen.
3.3 Aandrijving wals
Zoals eerder in het verslag omschreven staat, wordt één wals aangedreven om de papierrol te roteren. In het huidige uitpakstation type FD-41 wordt deze rotatie tot stand gebracht door een hydraulische orbit motor type OMM50. In bijlage 8 is de datasheet van deze hydraulische orbit motor weergegeven.
Voorheen was het uitpakstation uitgevoerd met een OMM32 motor. De reden om het type OMM32 te vervangen door het type OMM50 komt voort uit de praktijk.
De OMM32 kon zwaardere papierrollen (>3000 [kg]) niet roteren waardoor er gekozen is voor een zwaarder type motor met een hoger aanloopkoppel.
Zoals in bijlage 8 te zien is, is het aanloopkoppel van het type OMM50 maximaal 88 [Nm] (intermitterend).
Om te controleren of dit koppel werkelijk nodig is zijn er theoretische berekeningen gemaakt en een praktische test uitgevoerd. De test resultaten zijn tegenover elkaar gezet in een testrapport weergegeven in bijlage 10.
In onderstaand figuur 3-9 is een grafiek weergegeven waarin de testresultaten zijn uitgezet. Het koppel is uitgezet als functie van de papierrol massa.
Aanloopkoppel papierrol 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Massa papierrol [kg] Ko p p e l [ N m] Berekend Gemeten Poly. (Berekend) Poly. (Gemeten)
Figuur 3-9: Grafiek test aanloopkoppel motor
Zoals in de grafiek te zien is ligt de grafieklijn van de gemeten waarden iets boven de berekende waarde. Ofwel het gemeten aanloopkoppel is hoger dan het berekende aanloopkoppel. De conclusie die hieruit getrokken kan worden berust op de indrukking die de wals veroorzaakt in het papier. Hierdoor zal het aanloopkoppel iets hoger zijn om deze indrukking te overwinnen. Daarnaast komen de gemeten en berekende
aanloopkoppels goed overeen en is de toegepaste hydraulische orbit motor met een koppel van 88 [Nm] (intermitterend) juist gekozen.
3.4 Pulskracht op walsen
Uit de praktijk is gebleken dat de operator bij het aanvoeren van de papierrol op het uitpakstation de papierrol tot stilstand brengt door de walsen te heffen (zie figuur 3-10). Hierdoor zal de papierrol met een bepaalde massa en snelheid een pulskracht op de wals overbrengen.
Deze onaangename kracht wordt doorgeleid in het hefmechaniek en de geleiding van het uitpakstation.
Om deze pulskracht te bepalen is een praktische test uitgevoerd. De test resultaten zijn tegenover elkaar gezet in een testrapport weergegeven in bijlage 11.
Figuur 3-10: Handeling operator bij afremmen papierrol
Uit de testresultaten is gebleken dat een papierrol van 3200 [kg] ongeveer zijn eigen gewicht als pulskracht doorgeeft aan de wals. Hierbij is aangenomen dat de operator de papierrol met een maximale snelheid van 0,2 [m/s] op het uitpakstation rolt.
De maximale kracht waarmee gerekend moet worden in het hefmechaniek en de geleiding bedraagt 3200 [kg] (= 31392 [N])
Indien de operator de papierrol op het uitpakstation rolt bestaat de mogelijkheid dat de papierrol bij het afremmen over de wals heen rolt waardoor een oncontroleerbare gevaarlijke situatie ontstaat (zie figuur 3-11).
Om te bepalen bij welke snelheid de papierrol over de wals rolt is de hoogte van de wals van belang. Deze hoogte functioneert als drempel waar de papierrol overheen kan rollen.
De hoogte van de wals wordt bepaald door de snelheid van de papierrol en de afstand die de papierrol aflegt tot dat deze tegen de wals aan rolt. (zie figuur 3-12)
Gegeven:
Snelheid papierrol (v) = 0,2 [m/s] Af te leggen weg (x) = 0,2 [m] Hefsnelheid walsen (vWals) = 10 [mm/s] Berekening tijd
t = 1 [s]
Berekening hoogte
h = 10 [mm]
De papierrol zal over een 10 [mm] hoog geheven wals kunnen rollen. De snelheid die de papierrol moet hebben om over deze hoogte te rollen is 2,48 [m/s].
(Deze berekening is uitgevoerd met een papierrol massa van 1000 [kg] en een papierroldiameter van 910 [mm])
Uit de testresultaten blijkt dat het zeer onwaarschijnlijk is om met de papierrol een snelheid te halen van 2,48 [m/s] over een bepaalde afstand x [m].
De uitwerking is weergegeven in bijlage 12.
3.5 Ervaring met huidig uitpakstation
Omdat de afstudeeropdracht een redesign betreft zijn er verschillende
ervaringsdeskundigen binnen Goss Contiweb B.V. Deze ervaringsdeskundigen hebben in het verleden te maken gehad met het uitpakstation in de vorm van ontwikkeling of service/assemblage. Om de verschillende ervaringen aan te horen is een vergadering georganiseerd met ervaringsdeskundigen van verschillende disciplines. De verschillende disciplines zijn:
Software; Elektrisch; Mechanisch;
Service/Assemblage.
Zij hebben door de jaren heen mankementen en tekortkomingen aan het uitpakstation ondervonden, en de ervaringen van de operators aan gehoord betreft hun visie op het uitpakstation. In de volgende paragraven staan de uitkomsten van de vergadering uitgebreid omschreven.
Hoofdprobleem:
Het uitpakstation voldoet niet meer aan de huidige veiligheidseisen welke staan beschreven in de EN 13849 en de EN1010 norm.
Hoofdwens:
Meer montageruimte voor Service/Assemblage Kostprijs neutraal houden
3.5.1 Veiligheid algemeen
Veiligheid algemeen is een ruim begrip en zal daarom in deze paragraaf nader verklaard worden. Omdat we hier te maken hebben met verschillende onveilige onderdelen is per onderdeel de onveilige situatie beschreven.
Hydraulisch systeem algemeen:
Het hydraulische systeem bestaat uit de volgende hoofdcomponenten: - 1x Hydraulische pomp (aangedreven door 3-fase elektromotor) - 2x 4/3-stuurschuif elektrisch gestuurd veerretour
- 1x Hydraulische motor (aandrijven walsrol) - 1x Flow divider
- 4x Hydraulische cilinders - 1x Overdrukventiel
- 1x Dubbel gestuurde terugslagklep - 1x Filter
Voor het hydraulisch schema wordt verwezen naar bijlage 2.
Een intern hydraulisch aggregaat voorziet het gehele systeem van hydraulische olie met een druk van maximaal 150 [bar]. Indien één 4/3-stuurschuif elektrisch bediend wordt zal deze de hydraulische motor aansturen welke de walsrol aandrijft. De andere
4/3-stuurschuif zal de flow divider bedienen waarna de hydraulische cilinders een uitgaande slag maken ofwel de walsrollen heffen. Deze flow divider heeft als functie de gelijkloop van de vier cilinders te realiseren.
Het ondervonden probleem betreft de hydraulische installatie is als volgt:
De hydraulische cilinders gaan niet tegelijkertijd in en/of uit waardoor de kans bestaat dat de papierrol van het uitpakstation rolt waardoor een oncontroleerbare situatie ontstaat.
Mogelijke oorzaken van dit probleem:
- Falen van flow divider (te lage flow);
- Geen gelijke slanglengtes naar hydraulische cilinders; - Verschillende rendementen van hydraulische cilinders; - Interne lekverliezen hydraulische cilinders.
Hieruit kan geconcludeerd worden dat dit probleem berust op meerdere mankementen in het hydraulischsysteem. In de flow divider en de hydraulische cilinders treden lekverliezen op. Dit is mede
geconstateerd aan de hand van restanten hydraulische olie op de bodemplaat van het uitpakstation. Daarnaast zijn de leiding lengtes vanuit de flow divider naar de hydraulische cilinders per walsrol niet gelijk. Door de ongelijke leiding lengtes zijn de wrijvingsverliezen, die altijd optreden in een leiding, niet gelijk. Dit resulteert in een minimale ongelijkheid wat betreft de gelijkloop van de cilinders. Afschermkleppen:
De afschermkleppen dienen als
afscherming ter hoogte van de walsrollen. Deze afscherming zou er voor moeten zorgen dat de operator niet tussen bewegende delen kan komen indien het uitpakstation in bedrijf is. Deze afschermkleppen zijn doormiddel van een trekveer verbonden met het subframe waardoor bij het heffen en dalen van de walsrollen de afschermklep open of dicht gaat. Zo worden bewegende delen afgeschermd.
Doordat de beweging die de mechanische constructie maakt niet rechtlijnig is, zal er altijd een kier ontstaan bij het heffen en dalen van de walsrollen (zie figuur 3-14). De reden dat dit onderdeel qua veiligheid niet voldoet berust op ongelukken uit het verleden waarbij lichaamsdelen bekneld
zijn geraakt of zelfs erger.
Daarnaast bestaat de kans dat de afschermkleppen geopend blijven wanneer de walsrollen zakken. De oorzaak van het geopend blijven van de kleppen duidt op het blokkeren van de klep door restanten papier of andere blokkades. Hierdoor bestaat er een struikelgevaar en/of de mogelijkheid bekneld te raken in de kier tussen de afschermklep en walsrol.
Figuur 3-14: Kier die ontstaat bij heffen Figuur 3-13: Falen flow divider
Mogelijke oorzaken van dit probleem: - Onoplettendheid operator; - Overbruggen van veiligheden;
- Mechanisch mankement in de constructie van de afschermklep; - Optredende blokkades.
Concluderend kan vastgesteld worden dat de constructie van de afschermkleppen mechanisch onbetrouwbaar is. Daarnaast bestaat er een grote mogelijkheid om bekneld te raken in een van de kieren die gecreëerd worden door het heffen van de walsrollen (zie figuur 3-14).
Kieren van afschermingen: Over het algemeen beschikt het uitpakstation over erg veel kieren ter hoogte van de bewegende delen. Deze kieren (zie figuur 3-15) dienen altijd verkomen te worden om de veiligheid van de operator(s) te waarborgen wat vermeld staat in de norm EN 1010. Mogelijke oorzaken van dit probleem:
- Bewegende delen
onvoldoende afgeschermd; - Belemmering van beweging
waardoor afscherming niet mogelijk is.
Concluderend is het van groot belang dat kieren ter hoogte van bewegende delen zo goed mogelijk afgeschermd of vermeden worden. In het redesign zal veel aandacht besteedt moeten worden aan afscherming van bewegende delen.
3.5.2 Service & assemblage
Vanuit de discipline assemblage kwam de vraag om bij het redesign rekening te houden met de ruimte in het uitpakstation. De klachten waren het meest gericht op het afstellen van het uitpakstation op locatie. Omdat het uitpakstation een dieptemaat heeft van 220 [mm] zijn de inbouwmaten ontzettend klein. Hierdoor wordt het afstellen als een
belemmering gezien. Daarnaast is de afstel- en assemblagetijd erg lang waardoor deze kosten onnodig hoog oplopen. In het redesign zal rekening moeten worden gehouden met de vraag om meer inbouwruimte te creëren.
3.5.3 Kostprijs
Een wens vanuit Goss Contiweb B.V. is het neutraal houden van de kostprijs van het redesign. Deze kostprijs zal in een later stadium onderzocht worden. Aan de hand van veiligheid en functionaliteit van het redesign ontwerp zal Goss Contiweb B.V. een keuze maken.
3.6 Kostprijs huidig uitpakstation FD-41
Om inzicht te krijgen in de opbouw van de kosten is een vooronderzoek gestart. Hierbij is ondervonden dat het uitpakstation FD-41 is onderverdeeld in zogenaamde kits. Deze kits zijn weer onderverdeeld in maakdelen en inkoopdelen. Deze kits worden besteld en geassembleerd door NTS B.V. te Bergeijk, waarna ze uiteindelijk de hoofdsamenstelling vormen.
Kit Kit nummer kit aantal [-] kit prijs [€]
Uitpakstation type 1460 WH986960 1 1974.60
Uitpakstation FD-41 (walsen rubber gecoat) WH988717 1 3600.00
Hydrauliek universeel WH971593 1 1091.93
Hydrauliek type 1460 WH979136 1 168.55
Hydrauliek ventiellen WH969696 1 521.92
Generator unit WH128987 1 515.26
Elektrisch installatie WH795458 1 189.64
Elektrisch accesoires (kabel) WH795459 1 89.10
accessoires weegsysteem WH987304 1 1010.28
accessoires (geen weegstysteem) WH987305 1 50.00
accessoires kettingwiel WH100360 1 200.00
Transport & fundering accessoires universeel WH971649 1 60.66
Transport & fundering accessoires WH979080 1 425.00
Tabel 3-1: Kostprijs overzicht kits uitpakstation type FD-41
De kitprijzen bovenstaand in tabel 3-1 zijn exclusief assemblagekosten. Het uurtarief dat wordt gerekend voor assemblage bedraagt €35,00 per uur. De tijd voor het assembleren van het uitpakstation bedraagt 50 uur. Dit maakt een totaal van €1.750,- aan
assemblagekosten. Voor de klant bestaat de optie om een weegsysteem toe te passen in het uitpakstation waarmee de papierrol gewogen kan worden.
FD-41 uitpakstation (exclusief weegsysteem): Totaal €8.949,21 FD-41 uitpakstation (inclusief weegsysteem): Totaal €9.909,49
De totale kosten voor een uitpakstation zal €11.659,49 bedragen (inclusief weegsysteem en assemblagekosten). Om de kostprijs meetbaar te maken zal in het Programma van Eisen de kostprijs worden afgerond naar €12.000,-.
Dit vooronderzoek is verricht met het oog op de toetsing aan het redesign van het uitpakstation aan het eind van het project. Een belangrijke wens vanuit Goss Contiweb B.V. is dat de kostprijs van het redesign acceptabel moet blijven en niet duurder mag worden dan het huidige uitpakstation.
3.7 Risicoanalyse
De reden van het redesign van het uitpakstation is het niet voldoen aan de
veiligheideisen. Het nieuwe ontwerp moet voldoen aan de eisen die de BG-keur stelt. Een van deze eisen is het opstellen van een risicoanalyse. Binnen Goss Contiweb B.V. wordt dit gedaan volgens de NEN 14121-1. In deze risicoanalyse zijn alle mogelijke veiligheidsrisico‟s omschreven en de daar bijhorende situatie. Daarnaast is ook het mogelijke letsel dat het risico met zich meebrengt omschreven. Vervolgens wordt gekeken hoe het risico gereduceerd kan worden en welke actie daarbij hoort. Dit wordt vastgesteld in een meeting met vertegenwoordigers van de verschillende disciplines. Het gaat hier om dezelfde disciplines als in paragraaf 3.5 beschreven staan.
Als hulp bij het opstellen van een Programma van Eisen is een risicoanalyse opgesteld voor het huidige uitpakstation. Hieruit kan worden opgemaakt wat er qua veiligheid aan het uitpakstation mankeert en wat er dus verbeterd moet worden. De risicoanalyse is toegevoegd aan bijlage 3.
4 Programma van Eisen
Het Programma van Eisen is opgebouwd uit verschillende onderdelen. Algemene eisen
Het uitpakstation moet in staat zijn het gewicht van een papierrol te kunnen bepalen.
De weegfunctie mag een maximale afwijking hebben van ± 15 [kg] De reproduceerbaarheid van de weegfunctie mag een afwijking hebben
van ± 1 [kg]
Het uitpakstation moet in staat zijn de papierrol te heffen met een snelheid van 10 [mm/s]
Het uitpakstation moet in staat zijn de papierrol te laten zakken met een snelheid van maximaal 10 [mm/s]
Het uitpakstation moet in staat zijn de papierrol om zijn as te roteren. Dit moet zowel links als rechtsom met een snelheid van maximaal 6 [omw/min]
Minimale diameter van de papierrol die op het station moeten worden voorbereid bedraagt 400 [mm]
Maximale diameter van de papierrol die op het station moeten worden voorbereid bedraagt 1270 [mm]
Het huidige transportsysteem in het uitpakstation met trolley en kettingbaan moet behouden blijven.
Ruimte tussen bovenzijde uitpakstation en onderzijde van geheven papierrol moet minimaal 35 [mm] bedragen.
Bovenzijde uitpakstation moet gelijk liggen aan de betonvloer.
Het uitpakstation zal rondom in het beton komen te liggen. Er mag bij het storten van het beton geen beton binnendringen in het uitpakstation.
Om deuken in de papierrol te voorkomen moet de rol over de gehele breedte ondersteund worden.
De aansturing van het uitpakstation dient elektrisch te gebeuren.
Het uitpakstation moet vrij zijn van obstakels. De operator moet gemakkelijk vanaf alle zijde de papierrol kunnen voorbereiden.
Wanneer het uitpakstation niet in bedrijf is moeten alle onderdelen van het uitpakstation gelijkvloers zijn i.v.m. mogelijk struikelgevaar.
Specifieke eisen
Maximale papierrol breedte:
- Type 1020: 1020 [mm] - Type 1460: 1460 [mm] - Type 2060: 2060 [mm] Maximaal gewicht van de papierrol per uitpakstation:
- Type 1020: Maximaal 2000 [kg] - Type 1460: Maximaal 2800 [kg] - Type 2060: Maximaal 3200 [kg]
Omdat de opdracht een redesign betreft is er besloten een vergadering te houden met enkele ervaringsdeskundige. Er is een vergadering gehouden met een vijftal collega‟s welke ieder ervaring hebben met het huidige uitpakstation binnen de eigen discipline. Uit deze vergadering zijn enkele eisen en wensen voort gekomen welke hieronder staan omschreven.
Resterende functionele eisen
Mechanisch
Wanneer de papierrol op het uitpakstation wordt gerold, wordt deze vaak opgevangen/afgeremd door de walsen omhoog te laten komen. Wanneer dit gebeurd worden de stabilisatorstangen dusdanig hoog belast dat de pasbouten, waarmee de stangen zijn gemonteerd, kunnen bezwijken. In het redesign moet rekening worden gehouden met deze piek belastingen.
In rustpositie mogen de weegcellen niet belast zijn. Het geheel moet worden afgelegd zodat de weegcellen niet meer belast worden wanneer de walsen in rustpositie zijn.
Er dient rekening te worden gehouden met de stijfheid van de walsen. Overmatig doorbuigen van de wals leidt tot vouwen in de papierrol. In principe voldoen de huidige walsen per station wanneer de papierrol maar één enkele omwenteling maakt. De maximaal vereiste doorbuiging bedraagt 0,75 [mm]
Door het uitpakstation moet een dubbele ketting kunnen lopen. Dit is nodig wanneer de trolley zowel links als rechts het uitpakstation moet kunnen verlaten.
Service/Assemblage
Weegcellen worden, in het huidige uitpakstation, afgesteld door middel van vulplaatjes. Dit wordt gedaan zodat alle vier de weegcellen gelijk belast worden. In het huidige ontwerp zijn deze vulplaatjes lastig bereikbaar voor de monteur. In het nieuwe ontwerp dient rekening te worden gehouden met de bereikbaarheid van de weegcellen en verschillende afstelmogelijkheden.
Er bestaat de mogelijkheid dat er hydraulische olie op de bodemplaat van het uitpakstation komt te liggen door onvermijdelijke lekkages van het hydraulische systeem. Het is van belang dat kabels in het redesign niet op de bodem van het uitpakstation komen te liggen mocht er gebruik worden gemaakt van hydraulica. In het huidige ontwerp worden de aflegpunten van het binnen frame gesteld
doormiddel van vulplaatjes. Evenals bij de weegcellen is het probleem hier dat deze na montage lastig te bereiken zijn voor de monteur. Het stellen met vulplaatjes voldoet mits deze goed te bereiken zijn.
De loop van de bekabeling vanuit het uitpakstation naar de rollenwisselaar is in het huidige ontwerp niet ideaal. In het huidige ontwerp is te weinig ruimte voor de kabels die naar de rollenwisselaar lopen. In het redesign dient dit te worden overzien.
Veiligheid
Er moet gebruik worden gemaakt van handbediening (geen automatische bediending).
De papierrol mag pas roteren wanneer de walsen in hoogste positie staan. Het uitpakstation moet voorzien worden van een hoogte detectie.
Het uitpakstation dient te voldoen aan de normen van de CE keur. Het gaat hier om de normen: EN 13849, EN 13857 en de EN1010.
Bij het dalen van de papierrol mag geen gebruik worden gemaakt van de zwaartekracht. Het dalen moet gestuurd gebeuren.
Bij het inschakelen van de noodstop dient alles in de huidige stand te blijven staan.
Walsen moeten gelijktijdig zakken Wensen:
Kostprijs neutraal houden (€12.000,00)
Bij het gebruik van hydrauliek gaat de voorkeur uit naar het gebruik van een enkele hydraulische cilinder voor de heffunctie. Dit in verband met de moeilijke gelijkloop van meerdere cilinders.
Rekening houden met het gewicht van de afdekplaten. Deze moet gemakkelijk te verwijderen zijn voor de monteur.
5 Conceptfase
5.1 Werkwijze
In de planning zijn voor de conceptfase ruim vier weken ingepland. Als start is er
gezamenlijk een overzicht opgesteld met mogelijke oplossingen en toepassingen van de ideeën. In dit schema staan de gegenereerde ideeën voor de verschillende functies van het uitpakstation. In paragraaf 5.2 wordt het schema verder toegelicht.
Omdat bepaalde geometrieën uit het oude ontwerp behouden moeten blijven is een opzet gemaakt met daarin de belangrijkste afmetingen. Deze afmetingen liggen vast in verband met de trolley en papierroldiameter(s). In figuur 5-1 zijn de geometrieën weergegeven en genummerd.
Looprail trolleywielen (pos. 1) Kettinggeleiding voor trolley (pos. 2)
Ruimte tussen onderkant papierrol en trolley (pos. 3) Loopgroef trolley (pos. 4)
Figuur 5-1: 2D tekening FD-41
De geometrieën zijn in NX Unigraphics gemodelleerd zodat er vanuit een basis gewerkt kan worden. Deze basis is weergegeven in figuur 5-2.
Vervolgens is vanuit het schema (zie tabel 5-1) en de basisopzet begonnen met het individueel genereren van ideeën en het globaal uitwerken van de concepten in NX Unigraphics en AutoCAD.
Er is voor oplossingsgericht ontwerpen gekozen omdat het een redesign betreft. Op deze manier ontstaat er een principeschets in 3D van elk concept. Dit komt de beeldvorming van de concepten ten goede en eventuele constructie problemen zijn gemakkelijk te achterhalen. Ook wordt op deze manier direct rekening gehouden met de maakbaarheid van de onderdelen. Bijkomend voordeel is het leren werken met het tekenpakket NX Unigraphics.
Doormiddel van een review zullen er een twee- tot drietal concepten gekozen worden welke verder uitgewerkt worden op gebied van functionaliteit, kostprijs en veiligheid. Hieruit volgt ten slotte een definitief concept.
5.2 Ideeën overzicht
Voor de drie hoofdfuncties van het uitpakstation zijn aan het begin van de conceptfase ideeën gegenereerd. Door middel van een brainstorm zijn verschillende
probleemgerichte ideeën ontstaan. Deze ideeën zijn in onderstaande tabel 5-1 weergegeven. Een aantal van deze ideeën vielen direct af bij toetsing aan het Programma van Eisen. Zo is als aandrijving een tandheugel of actuator kostprijs technisch onhaalbaar.
Het werken met vaste walsen het en het laten zakken van de trolley zou een te grote verandering aan de trolleybaan tot gevolg hebben. Ook een constructie met een vaste wals welke permanent op hoogte staat valt af omdat het uitpakstation vrij moet zijn van obstakels. Een schaarmechanisme is in combinatie met de korte slag en de geringe inbouw grote niet realistisch. Hier komen teveel dure onderdelen bij kijken en de kans op schranken is te groot.
Pneumatische aandrijving is in de beginfase al afgevallen voor zowel roteren als heffen. Het grote nadeel hiervan is de afhankelijkheid van de compressor. Dit in tegenstelling met een hydraulische of elektrische aandrijving waarbij direct vermogen beschikbaar is. Door de lage drukken zullen ook de inbouwmaten van pneumatische componenten ongunstig uitvallen, daarnaast is pneumatiek (lucht) compressief en zal de cilinder bij het bedienen van de noodstop zijn slag afmaken wat qua veiligheideis niet acceptabel is. Om de weegfunctie realiseren is een systeem bekeken wat weegt via de drukverschillen in het hydraulisch systeem. Oorspronkelijk is dit systeem ontwikkeld voor vorkheftrucks. Het systeem weegt bij de dalende slag wat het ongeschikt maakt voor het uitpakstation. Ook varieert de nauwkeurigheid teveel vanwege eventuele mechanische verliezen elders in het uitpakstation.
Tabel 5-1: Ideeën overzicht hoofdfuncties uitpakstation
5.3 Concepten
Aan het begin van de conceptfase zijn er een aantal schematische concepten
ontworpen. Door onmogelijke en/of te ingewikkelde constructies zijn sommige van deze ideeën niet verder uitgewerkt.
Aan de hand van de overgebleven ideeën zijn zes concepten globaal uitgewerkt welke vervolgens zijn voorgelegd aan een zestal experts binnen Goss Contiweb B.V. In de volgende paragraven zullen deze concepten worden toegelicht.
Om de bewegingsrichting van het heffen en dalen beter in te zien zijn bij elk concept 2D afbeeldingen toegevoegd.
5.3.1 Concept 1
Concept 1 (zie figuur 5-3) is gedeeltelijk gebaseerd op het hef en daal principe van het huidige uitpakstation type FD-41. Ook bij dit concept worden de walsen doormiddel van een rotatie om een bepaald punt geheven. Een viertal hydraulische cilinders trekken de twee U-balken omhoog. Aan deze U-balken zitten eveneens de nokrollen bevestigt. Wanneer de U-balken geheven worden zal de nokrol de walsplaat roteren en wordt de wals geheven. Bij het dalen worden de U-balken omlaag gedrukt (zie figuur 5-4). Een optie voor het wegen van de papierrol is het integreren van de weegcellen in de nokrollen. Ook het huidige weegsysteem van de FD-41 zou toegepast kunnen worden. In tegenstelling tot het huidige FD-41 uitpakstation roteren in concept 1 de walsplaten van de papierrol af. Dit concept is hierdoor niet in staat te een papierrol te heffen met een diameter van 400 [mm]. Dit heeft als gevolg dat dit concept niet aan deze eis zal voldoen.
Figuur 5-3: Uitpakstation Concept 1 (geheven positie)
Figuur 5-4: 2D weergave hefprincipe Concept 1
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Mechanisch verbonden heffen en dalen; – Korte cilinderslag;
– Ondiepe inbouw;
– Huidige type weegcellen en weegprincipe toepasbaar; • Nadelen:
– Hoge cilinderkrachten;
– Cilinder niet optimaal gebruikt; – Zware constructie;
– Synchronisatie viertal cilinders (kans op schranken); – Onderframe lastig te bereiken voor service/onderhoud;
– Rotatie van de nokken is van papierrol af waardoor een kleine papierrol diameter niet kan worden gehaald;
– Dure geleiding;
5.3.2 Concept 2
Concept 2 (zie figuur 5-5) is gebaseerd op het huidige FD-41 uitpakstation. In dit concept is een mechanische verbinding tussen de walsen gecreëerd door middel van schroefspindels. De hydraulische cilinders uit het huidige uitpakstation zijn vervangen voor hefstangen welke door middel van een loopmoer over de spindel bewegen. De spindel roteert waardoor de loopmoeren naar binnen of buiten transleren. De met de loopmoer verbonden hefstang duwt vervolgens de nok met daaraan de wals omhoog (zie figuur 5-8).
De schroefspindels zijn verbonden met twee spindelkasten. Deze twee kasten zijn weer verbonden met de verbindingsas welke te zien is in figuur 5-7. Deze verbindingsas zal aangedreven worden door een elektromotor welke niet is opgenomen in de
conceptschets.
De weegconstructie van dit concept is overgenomen uit het huidige uitpakstation. Wanneer de walsen geheven worden zal de frameplaat de weegcellen belasten waardoor er gewogen kan worden. Wanneer de walsen in gedaalde positie staan, worden de nokplaten op aflegrollen afgelegd en zijn de weegcellen onbelast.
Omdat veel dimensies overgenomen kunnen worden van het huidige ontwerp blijven de oude specificaties behouden.
Het dalen van de walsen zal altijd gestuurd moeten gebeuren. Een dergelijke constructie kan nooit ongestuurd dalen door de zelfremmendheid van de schroefspindels.
De spindelkracht en beweging zijn met het programma SAM berekend en weergegeven in bijlage 5.
Figuur 5-6: Uitpakstation Concept 2 (gedaalde positie)
Figuur 5-7: Uitpakstation Concept 2 (zijaanzicht)
Figuur 5-8: 2D weergave hefprincipe Concept 2
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Huidig uitpakstation gemakkelijk aan te passen; – Synchronisatie heffen en dalen gegarandeerd;
– Geen hydrauliek toe te passen (elektrisch aandrijven); – Huidige type weegcellen en weegprincipe toepasbaar; – Ondiepe inbouw.
• Nadelen:
– Kleinste papierrol diameter (Ø 400mm) kan niet worden geheven; – Knikgevoelligheid van hefstang;
– Bereikbaarheid voor service/onderhoud gering; – Ongunstige spindel belasting.
5.3.3 Concept 3
In dit concept (zie figuur 5-9) komt de functie van heffen en dalen tot stand door middel van een tweetal hydraulische cilinders. Deze cilinders zijn verbonden met een centrale as. Aan de kopkanten van de centrale as zijn de weegcellen gemonteerd. Door de excentrische positie van de weegcellen wordt een nokkenmechanisme gecreëerd. Door middel van een bepaalde hoekverdraaiing van de centrale as zullen de weegcellen het frame heffen (zie figuur 5-12). De exacte meetwaarde van de weegcellen
(zie figuur 5-11) komt tot stand in de hoogste positie van het hefframe, dit komt omdat de weegcellen maar in één richting in staat zijn te wegen. (zie datasheet weegcellen bijlage 6)
Het hefframe zal in gedaalde positie rusten op aflegblokken, hierdoor kunnen de weegcellen nooit overmatig belast worden indien het uitpakstation in zijn laagste stand overbelast wordt.
De walsen zijn mechanisch gekoppeld door de kopplaten, waardoor de walsen altijd tegelijk geheven/gedaald worden. De kans dat één wals zou kunnen dalen is hierdoor uitgesloten. Doordat de walsen een vaste parallelle afstand hebben ten opzichten van elkaar, kan de kleinste papierroldiameter (Ø 400mm) geheven worden.
De geleiding in dit concept is schematisch getekend en zal verder uitgewerkt moeten worden indien er verder wordt gegaan met dit concept en het volgend stadium in gaat. Het afschermen van bewegende delen (niet getekend) zal gunstig zijn omdat het hefframe een rechtlijnige verticale beweging maakt. Doormiddel van plaatwerk zal de afscherming tot stand komen.
De benodigde cilinderkracht en beweging van de hydraulische cilinders zijn met behulp van het programma SAM berekend en weergegeven in bijlage 5.
Figuur 5-10: Uitpakstation Concept 3 (gedaalde positie)
Figuur 5-12: 2D weergave hefprincipe Concept 3
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Walsen mechanisch gekoppeld;
– Bewegende delen goed af te schermen;
– Kleinste papierrol diameter (Ø 400mm) kan worden geheven; – Bereikbaarheid voor service/assemblage is gunstig;
– Optie van wegen papierrol gemakkelijk toe te passen; – Synchronisatie heffen en dalen gegarandeerd;
– Bewegende delen goed af te schermen. • Nadelen:
– Hoge cilinderkrachten; – Dure weegcellen;
– Centrale as torsiegevoelig; – Sleuf in frameplaat ongunstig; – Diepe inbouw;
– Afstellen geleiding; – Dure onderdelen.
5.3.4 Concept 4
In dit concept (zie figuur 5-13) komt de functie van heffen en dalen tot stand doormiddel van één hydraulische cilinder. Deze cilinder is verbonden aan een centrale as zoals in concept 3 ook het geval is. Aan de kopkanten van de centrale as zijn de weegcellen gemonteerd. Het hefprincipe komt grotendeels overeen met uitpakstation type FD-62. Doormiddel van een bepaalde hoekverdraaiing van de centrale as zullen de weegcellen het frame heffen (zie figuur 5-16). De exacte meetwaarde van de weegcellen
(zie figuur 5-15) komt tot stand in geheven positie van het hefframe, dit komt omdat de weegcellen maar in één richting in staat zijn te wegen.
(zie datasheet weegcellen bijlage 6)
De walsen zijn mechanisch gekoppeld door de kopplaten, waardoor de walsen altijd tegelijk geheven/gedaald worden. De kans dat één wals zou kunnen dalen is hierdoor
uitgesloten. Doordat de walsen een vaste parallelle afstand hebben ten opzichten van elkaar, kan de kleinste papierroldiameter (Ø 400mm) geheven worden.
De geleiding in dit concept is schematisch getekend en zal verder uitgewerkt moeten worden indien het concept gekozen wordt en het volgend stadium in gaat.
Het afschermen van bewegende delen (niet getekend) zal gunstig zijn omdat het hefframe een rechtlijnige verticale beweging maakt. Doormiddel van plaatwerk zal de afscherming tot stand komen.
De benodigde cilinderkracht en beweging van de hydraulische cilinders zijn met behulp van het programma SAM berekend en weergegeven in bijlage 5.
Figuur 5-14: Uitpakstation Concept 4 (gedaalde positie)
Figuur 5-16: 2D weergave hefprincipe Concept 4
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Walsen mechanisch gekoppeld; – Een cilinder voor heffen en dalen;
– Synchronisatie heffen en dalen gegarandeerd;
– Kleinste papierrol diameter (Ø 400mm) kan worden geheven; – Bereikbaarheid voor service/assemblage is gunstig;
– Optie van wegen papierrol gemakkelijk toe te passen; – Bewegende onderdelen goed af te schermen.
• Nadelen:
– Afstellen geleiding; – Dure weegcellen;
– Centrale as torsiegevoelig; – Diepe inbouw;
– Sleuf in frameplaat ongunstig; – Dure onderdelen.
5.3.5 Concept 5
In dit concept (zie figuur 5-17) komt de functie van heffen en dalen tot stand doormiddel van een tweetal hydraulische cilinders. De cilinders zijn elk aan een nokmechanisme gemonteerd waarin de weegcellen zijn geïntegreerd.
De cilinders zullen synchroon in- en uitgaan door een “kop-kop” schakeling. In dit hydraulische systeem wordt het volume van de stangzijde van de ene cilinder naar de stangzijde cilinder van de andere cilinder gepompt zie figuur 5-21. Zoals in figuur 5-17 te zien is, is één cilinder omgekeerd gemonteerd waardoor deze cilinder niet optimaal gebruikt wordt.
Doormiddel van een bepaalde hoekrotatie van het nokmechanisme zullen de weegcellen het frame heffen (zie figuur 5-20). De exacte meetwaarde van de weegcellen
(zie figuur 5-19) komt tot stand in geheven positie van het hefframe, dit komt omdat de weegcellen maar in één richting in staat zijn te wegen.
De walsen zijn mechanisch gekoppeld door de kopplaten, waardoor de walsen altijd tegelijk geheven/gedaald worden. De kans dat één wals zou kunnen dalen is hierdoor uitgesloten. Doordat de walsen een vaste parallelle afstand hebben ten opzichten van elkaar, kan de kleinste papierroldiameter (Ø 400mm) geheven worden.
De geleiding in dit concept is schematisch getekend en zal verder uitgewerkt moeten worden indien het concept gekozen wordt en het volgend stadium in gaat.
Het afschermen van bewegende delen (niet getekend) zal gunstig zijn omdat het hefframe een rechtlijnige verticale beweging maakt. Doormiddel van plaatwerk zal de afscherming tot stand komen.
De benodigde cilinderkracht van de hydraulische cilinders zijn met behulp van het programma SAM berekend en weergegeven in bijlage 5.
Figuur 5-18: Uitpakstation Concept 5 (gedaalde positie)
Figuur 5-20: 2D weergave hefprincipe Concept 5
Figuur 5-21: Kop-Kop schakeling hydraulisch systeem Concept 5 (links schakelstand 1, rechts schakelstand 2)
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Walsen mechanisch gekoppeld;
– Synchronisatie heffen en dalen gegarandeerd;
– Optie van wegen papierrol gemakkelijk toe te passen;
– Kleinste papierrol diameter (Ø 400mm) kan worden geheven; – Weinig onderdelen;
– Bewegende delen goed af te schermen;
• Nadelen:
– Diepe inbouw;
– Hef constructie niet mechanisch verbonden;
– Gebruik van één hydraulische cilinder niet optimaal; – Afstellen geleiding;
– Dure weegcellen;
– Hydraulisch gekoppelde synchronisatie.
5.3.6 Concept 6
Concept 6 (zie figuur 5-22) is gebaseerd op een elektrische aandrijving. Het principe van geleiden van het hefframe is overgenomen uit concept 5.
Doormiddel van een tweetal schroefspindels (zie datasheet bijlage 19) worden de walsen verticaal geheven. De loopmoeren zijn aan de kopplaten gemonteerd waardoor deze het hefframe heffen (zie figuur 5-25). De schroefspindel roteert en transleert niet terwijl de loopmoer een translerende beweging maakt en niet roteert (zie figuur 5-24). De synchronisatie van de twee schroefspindels is gerealiseerd door middel van de verbindingsas waaraan de elektromotor is gekoppeld.
Door de zelfremmendheid van de schroefspindel zal het hefframe nooit ongestuurd kunnen dalen.
Berekeningen zijn weergegeven in bijlage 5.
Figuur 5-23: Uitpakstation Concept 6 (gedaalde positie)
Figuur 5-25: 2D weergave hefprincipe Concept 6
Voor- en nadelen: • Voordelen:
– Walsen mechanisch gekoppeld;
– Synchronisatie heffen en dalen gegarandeerd;
– Kleinste papierrol diameter (Ø 400mm) kan worden geheven; – Bereikbaarheid voor service/onderhoud is gunstig;
– Geen hydrauliek toe te passen (elektrisch aandrijven); – Bewegende onderdelen goed af te schermen.
• Nadelen:
– Ongunstige belasting van loopmoer op spindel; – Diepe inbouw;
5.4 Concept keuze
De volgende stap in het ontwerpproces is een keuze maken uit de concepten die verder uitgewerkt gaan worden. Zoals eerder beschreven, is hiervoor een conceptreview georganiseerd waarbij van iedere discipline een expert aanwezig is. Tijdens deze review zijn de concepten voor gedragen doormiddel van een presentatie en is er vervolgens gediscussieerd over de verschillende ideeën.
De review resulteerde in het besluit twee concepten verder uit te werken. Het gaat hier om concept 2 en een samengevoegd ontwerp uit concept 3, 4 en 5.
Concept 1 is niet gekozen omdat de synchronisatie van het heffen van de walsen afhankelijk is van de gelijkloop van de cilinders. Daarbij komend nadeel is de kans op schranken van de geleiding, deze is aanzienlijk wanneer de cilinders niet exact gelijk lopen. Een ander nadeel is de rotatie richting van de walsplaat. Deze roteert van de papierrol af waardoor papierrollen met een kleine diameter niet geheven kunnen worden.
Concept 6 is niet gekozen omdat dit concept erg diep bouwt. Omdat de hefspindels in lengte richting van het hefframe staan wordt het geheel erg diep. Een andere reden is de kostprijs van de hefspindels. De prijs van de aandrijving (hefspindels, elektromotor en tussen assen) is dermate hoog (ca. €3600,-) dat de totaal prijs van het uitpakstation naar verwachting te hoog zal worden.
De twee gekozen concepten worden in hoofdstuk 6 behandeld. Hier wordt ingegaan op de details per concept. Ook zal een globale kostprijs per concept opgemaakt worden.
