TMT 2014:16

OPTIMERING AV REDUCERVENTILHUS

KAROLINA SAVESKA OLIVIA TANRIDILER

Examensarbete inom MASKINTEKNIK

Innovation och design Högskoleingenjör, 15 hp Södertälje, Sverige 2014

Optimering av reducerventilhus

av

Karolina Saveska Olivia Tanridiler

Examensarbete TMT 2014:16

KTH Industriell teknik och management

Tillämpad maskinteknik

Mariekällgatan 3, 151 81 Södertälje

Examensarbete TMT 2014:16

Optimering av reducerventilhus

Karolina Saveska

Olivia Tanridiler

Godkänt

2014-08-21

Examinator KTH

Ola Narbrink

Handledare KTH

Ola Narbrink

Uppdragsgivare

Scania CV AB

Företagskontakt/handledare

Rikard Wikner

Sammanfattning

Dagens 5/6 cylindriga Scaniamotorer har ett bypass oljefiltreringssystem i form av centrifugaloljerenare som renar oljepartiklar ur oljan. Bypassystemet medför att ett billigare och enklare fullflödesfilter kan användas men det innebär även att man får ytterligare en serviceartikel då rotorn inuti centrifugaloljerenaren behöver rengöras efter varje oljebyte. I och med att fler och större aggregat monteras på motorn försvåras en funktionell serviceväg för den. Alternativa koncept på centrifugaloljerenare har setts över men det påvisar ökade artikelpriser. Med risk för ökade artikelpriser och servicekostnader samt för att underlätta serviceåtkomsten för rotorn sågs alternativa filtersystemlösningar över. Ett av de filtersystemlösningarna är att man frångår bypassfiltering och istället övergår till ett mer avancerat fullflödesfilter. I och med detta skapas utrymme på nuvarande centrifugaloljerenarens plats och därav möjligheter att förbättra reducerventilsfunktionen inuti den. Dagens reducerventil reglerar stamoljetrycket i oljesystemet och dränerar ut en viss mängd olja över ett visst tryck. Trots ett ökat oljetryck mot reducerventilen, ökar inte mängden olja som dräneras ut i oljesumpen. Det beror på att oljan tar den lättaste vägen och dräneras ut genom dräneringshålen, utan att trycka på och flytta bak kolven i ventilen. Trycket på kolven blir försumbart vid dräneringen och den stannar i ett visst läge. Detta leder till tryckökning i hela systemet, vilket i vissa driftfall kan överstiga uppsatt gränsvärde för maximalt tillåtna stamoljetryck. Det huvudsakliga målet med arbetet har varit att ta fram ett catiaunderlag för ett nytt reducerventilhus utan centrifugaloljerenaren. För att uppnå målet sattes en kravspecifikation upp och kraven viktades. Simuleringar gjordes på prototypen för att verifiera och optimera egenfrekvens, hållfasthet, materialtjockleksanalys och släppvinklar. Beräkningar för att verifiera reducernventilens funktion genomfördes. Resultatet blev en CAD-modell och en friformsmodell med en pilotstyrd reducerventil. Materialmiskningen uppgår till 63%, och ventilens funktion är aningen förbättrad. Det nya reducerventilhuset väger mindre, kräver mindre material, ett nytt monteringssteg tillkommer och funktionen är förbättrad.

Nyckelord Reducerventilhus Reducerventil Pilotstyrd ventil Centrifugaloljerenare Nipplar Gränssnitt Vätskelås Packningsyta Motorblock Dränering Dräneringshål Oljesump Kolv Hylsa Ventilfunktion

Bachelor of Science Thesis TMT 2014:16

Optimized reducing valve house

Karolina Saveska

Olivia Tanridiler

Approved

2014-08-21

Examiner KTH

Ola Narbrink

Supervisor KTH

Ola Narbrink

Commissioner

Scania CV AB

Contact person at company

Rikard Wikner

Abstract Scania’s 5/6 cylinder engines have a bypass oil filtration system that contents of a centrifugal oil cleaner that cleans the particles from the oil. The bypass system results in a cheaper and simpler full-flow filter that can be used, but it also means that you get an additional service article when the rotor inside the centrifugal oil cleaner needs to be cleaned after each oil change. It became more difficult to do service on the article since the number and size of units mounted on the engine increased. Alternative concepts of centrifugal oil cleaners have been reviewed but with increased item prices. Alternative filter systems was overseen, since there was a risk for increased item prices and service costs, but also to facilitate service access for the rotor. One of the filter system solutions are departing from the bypass filtering and instead switches to a more advanced full-flow filter. Space was created with this on the current centrifugal oil cleaners place and hence the potential to improve reducing valve function inside it. Today's oil pressure reducing valve regulates the stem oil system and drains out a certain amount of oil over a certain pressure. The amount of oil being drained out to the oil sump does not increase, despite an increasing oil pressure against the pressure reducing valve. That's because the oil takes the easiest way out through the drainage holes, and without pressing the rear piston in the valve. The piston stops in a certain position inside the valve since the oil pressure becomes negligible when the oil is being drainaged out though the reducing valve house. This leads to an increasing pressure in the entire system, which in certain cases can exceed theoperation set limit value for maximum strain oil pressure. The main goal of this project was to develop a model in Catia representing a new reducing valve house without the centrifugal oil cleaner. Different requirements were set up to achieve the main goal. Simulations were made on the prototype to validate and optimize the natural frequency, strength, material thickness and release angles. Calculations were also made to verify the reducing valve function. The result was a CAD model and a plastic model with a pilot operated check valve. The amount of material was reduced by 63 %, and the function of the valve is slightly improved. The new reducing valve house weigh less, require less material, a new assembly step recides and the valve function is improved.

Key-words Reducing valve house Reducing valve Pilot operated valve Centrifugal oil cleaner Drainage nipple Interface Oil trap Sealing surface Engine block Drainage Drainage hole Oil sump Piston Piston box Valve function

  

Förord Examensarbetet omfattar 15hp och är det avslutande momentet i vår högskoleingenjörsutbildning i maskinteknik med inriktningen innovation och design. Iden till arbetet växte fram redan på sommaren 2012 och kunde förverkligas ett år senare, sommaren 2013. Arbetet har utförts på uppdrag av Scania CV AB (Scania Tekniskt Centrum) på uppdrag av Kungliga tekniska högskolan.

Trots rejäla motgångar lyckades vi ta oss i mål och detta med hjälp och stöd ifrån Scanias och KTH’s sida. Vårt varmaste tack vill vi framföra till vår handledare Rikard Wikner ifrån Scania som har varit till stort stöd och hjälpt oss genom arbetets gång samt drivit oss att nå målet. Vi vill även rikta ett stort tack till vår handledare och examinator Ola Narbrink ifrån KTH, som har stöttat oss och kommit med konstruktiv feedback genom arbetets gång. Genom sin flexibla person, har Ola möjliggjort rapportskrivning och handledning under sommaren.

Ett ytterligare tack vill vi rikta till alla på gruppen NMBO för att de har varit tillgängliga och stöttande för oss när vi har behövt hjälp och tack till alla personer som på ett eller annat sätt har medverkat i arbetet.

Slutligen vill vi tacka varandra för ett fantastiskt samarbete! Södertälje, 2014-06-10

Karolina Saveska Olivia Tanridiler

 

  

 

  

Innehåll 1 Inledning ............................................................................................................................. 1

1.1 Bakgrund ..................................................................................................................... 1

1.2 Uppdragsbeskrivning ................................................................................................... 1

1.3 Mål ............................................................................................................................... 2

1.4 Kravspecifikation ......................................................................................................... 2

1.5 Lösningsmetod ............................................................................................................. 3

1.6 Genomförande ............................................................................................................. 3

1.7 Projektavgränsning ...................................................................................................... 4

2 Företagspresentation ........................................................................................................... 7

2.1 Företagsbeskrivning ..................................................................................................... 7

2.2 Organisationsbeskrivning NMBO ............................................................................... 7

2.3 Produktutvecklingsprocessen ...................................................................................... 8

2.4 Teoretisk referensram .................................................................................................. 8

2.5 Resurser ....................................................................................................................... 8

3 Metod .................................................................................................................................. 9

3.1 Brainstorming och brainwriting ................................................................................... 9

3.2 Benchmarking .............................................................................................................. 9

3.3 Pugh matris .................................................................................................................. 9

3.4 Catia ............................................................................................................................. 9

3.5 Analyser och simulering ............................................................................................ 10

3.6 Optimering ................................................................................................................. 10

4 Motorns smörjsystem ........................................................................................................ 11

4.1 Oljepump ................................................................................................................... 12

4.2 Oljeflöde .................................................................................................................... 12

4.3 Oljefilter ..................................................................................................................... 13

4.4 Reducerventilhus ....................................................................................................... 13

4.5 Centrifugaloljerenare ................................................................................................. 13

4.6 Dränering ................................................................................................................... 13

4.7 Reducerventil ............................................................................................................. 14

4.8 Packning .................................................................................................................... 15

4.9 Material ...................................................................................................................... 16

4.9.1 Aluminium ......................................................................................................... 16

  

4.9.2 Nylon (PA66) ..................................................................................................... 16

4.10 Tillverkningsmetod .................................................................................................... 16

4.10.1 Pressgjutning ...................................................................................................... 16

4.10.2 Kokillgjutning .................................................................................................... 17

4.10.3 Sandgjutning ....................................................................................................... 17

4.10.4 Svarvning ........................................................................................................... 17

4.10.5 Bockning ............................................................................................................ 17

5 Genomförande ................................................................................................................... 19

5.1 Konceptgenerering ..................................................................................................... 19

5.2 Konceptutvärdering ................................................................................................... 19

5.3 Valt koncept ............................................................................................................... 20

5.4 Prototypframställning i Catia ..................................................................................... 20

5.5 Beräkningar och analyser på koncept ........................................................................ 21

5.6 Optimering ................................................................................................................. 24

6 Resultat ............................................................................................................................. 25

6.1 Benchmarking ............................................................................................................ 25

6.2 Brainstorming och brainwriting ................................................................................. 25

6.3 Pugh matris ................................................................................................................ 25

6.4 Slutgiltiga modellen samt prototyp ............................................................................ 26

6.5 Analyser ..................................................................................................................... 27

6.6 Beräkningar ............................................................................................................... 28

6.6.1 Beräkning av fjäder till kolvventil ..................................................................... 28

6.6.2 Kraft på skruvskallens yta .................................................................................. 30

7 Diskussion och analys ....................................................................................................... 33

7.1 Arbetsprocessen ......................................................................................................... 33

7.2 Valda arbetsmetoder .................................................................................................. 33

7.3 Genomförda simuleringar .......................................................................................... 33

7.4 Det slutgiltiga resultatet ............................................................................................. 35

8 Slutsats .............................................................................................................................. 37

8.1 Slutsats ....................................................................................................................... 37

8.2 Rekommendationer .................................................................................................... 37

9 Referenslista ........................................................................................................................ 1

10 Figurkällor ........................................................................................................................... 3

  

11 Appendix ............................................................................................................................ A

11.1 Appendix 1 – Pugh matris .......................................................................................... A

11.2 Appendix 2 – Tidplan ..................................................................................................B

 

 

  

Figurförteckning 

Figur 1. Arbetsprocess ................................................................................................................ 3 Figur 2. Dagens reducerventilhus med centrifugaloljerenare .................................................... 5 Figur 3. Organisationsbeskrivning ............................................................................................. 7 Figur 4. Produktutvecklingens process-pil ................................................................................. 8 Figur 5. Illustration av smörjsystemet i en rak motor .............................................................. 11 Figur 6 Principskiss av smörjsystemet. .................................................................................... 12 Figur 7. Reducerventilhus med centrifugaloljerenare .............................................................. 13 Figur 8. Vätskelåsets funktion .................................................................................................. 14 Figur 9. Pilotstyrd ventil ........................................................................................................... 14 Figur 10. Backventil ................................................................................................................. 15 Figur 11. Kugghjulsventil ........................................................................................................ 15 Figur 12. Kolv med konkav angreppsyta ................................................................................. 15 Figur 13. Det valda konceptet .................................................................................................. 20 Figur 14. Vidareutveckling av reducerventilen ........................................................................ 20 Figur 15. Reducerventilhuset med olika mesh- och sagvärden ................................................ 22 Figur 16. Föhållandet mellan egenfrekvens och meshstorlek .................................................. 22 Figur 17. Kraftpilarnas placering inuti reducerventilhuset ...................................................... 23 Figur 18. Verktygsläpp vid gjutning ........................................................................................ 23 Figur 19. Optimeringsprocessen .............................................................................................. 24 Figur 20. Konceptskisser .......................................................................................................... 25 Figur 21. Den slutgiltiga cad-modellen sedd i olika vyer ........................................................ 26 Figur 22. Hylsa med tillhörande kolv ....................................................................................... 27 Figur 23. Statisk analys av reducerventilhuset ......................................................................... 27 Figur 24. Analys av reducerventilhusets materialtjocklek ....................................................... 28 Figur 25. Uppstyrningsklackar (rödmarkerat) för att stabilisera skruvtornen .......................... 34 Figur 26. L-sektion med en jämnare stelningstid då radier används (t.h.). .............................. 35

 

1  

1 Inledning I denna rapport beskrivs arbetsgången för konstruerande av ett optimerat reducerventilhus på Scanias 5/6-cylindriga motorer. Nedan finns arbetets bakgrund, uppdragsbeskrivning med tillhörande mål, krav, lösningsmetoder, arbetsmetoder och projektavgränsningar beskrivna.

1.1 Bakgrund För alla 5/6 cylindriga Scaniamotorer som idag produceras finns ett bypass oljefiltreringssystem i form av centrifugaloljerenare som med hjälp av centrifugalkraft (driven av oljetryck) separerar oljepartiklar och främst sot ur oljan. Ett bypassystem i form av centrifugaloljerenare medför att ett billigare och enklare fullflödesfilter kan användas, dock medför det ytterligare en serviceartikel då rotorn i centrifugaloljerenaren behöver rengöras efter varje oljebyte.

I och med nya emissionskrav, högre effektnivåer samt ökad robusthet monteras fler och större aggregat på motorn. Detta försvårar eller i vissa fall omöjliggör en funktionell serviceväg för rotorn. Alternativa koncept på centrifugaloljerenare har setts över men det påvisar ökade artikelpriser. Med risk för ökade artikelpriser och servicekostnader för oljecentrifug på grund av att underlätta serviceåtkomsten, ses alternativa filtersystemlösningar över.

En av de filtersystemlösningarna är att man frångår bypassfiltering (t.ex. centrifugaloljerenare) och istället övergår till ett mer avancerat fullflödesfilter. I och med detta skulle det skapas utrymme på nuvarande oljecentrifugs plats och därav skapas möjligheter att förbättra reducerventilsfunktionen.

Dagens reducerventil reglerar stamoljetrycket i oljesystemet och dränerar ut en viss mängd olja över ett visst tryck. Trots ett ökat oljetryck mot reducerventilen, ökar inte mängden olja som dräneras ut i oljesumpen. Det beror på att oljan tar den lättaste vägen och dräneras ut genom dräneringshålen, utan att trycka på ventilen. Trycket på ventilen blir försumbart vid dräneringen och stannar i ett visst läge. Detta leder till tryckökning i systemet, vilket i vissa driftfall kan överstiga uppsatt gränsvärde för maximalt tillåtna stamoljetryck. En lösning på problemet kan medföra förbättrad tryckreglering samt att bränsleförbrukningen minskas.

1.2 Uppdragsbeskrivning Tillämpa kunskap och metoder från utbildning och utgå från befintliga gränssnitt (turbodränering, oljedränering från vevhusgasfiltrering samt dess vätskelås) för att ta fram ett reducerventilshus utan centrifugaloljerenare som är kostnads- och materialoptimerat.

Reducerventilen ska omkonstrueras för att möjliggöra större dräneringskapacitet. Simuleringar och montering på utvalt koncept kommer att genomföras för att verifiera funktion. Därefter ska en kostnadsanalys på konceptet utföras. Resultatet presenteras för Scania och KTH i en muntlig presentation samt skriftligt i rapportform.

2  

1.3 Mål Ta fram ett 3D-underlag på ett optimerat koncept på reducerventilhus med ökad dräneringskapacitet. Reducerventilkonceptet ska ansluta enligt dagens gränssnitt och vara kostnads- och materialoptimerat.

1.4 Kravspecifikation För att uppnå målet, följer nedan en lista med krav som arbetet ska ta hänsyn till. Kraven följer en prioriteringsordning där 1 är krav och 2 är önskemål.

Reducerventilhusets vikt ska minimeras med behållen funktion för den samt för vätskelåset. Kostnader ska minskas och om möjligt antalet skruvar och monteringssteg. Risken för läckage vid anslutningar ska elimineras men även läckage vid gjutdeffekter ska ses över. Konstruktionen ska anpassas till dräneringsnipplarnas och blockets gränssnitt. Dräneringskapaciteten ska även ökas om möjligt med bibehållet öppningstryck för reducerventilen. Sedan ska mässingsnippeln integreras i gjutgodset och alternativa fästelement ska ses över för vätskelåset. Beräkningar ska göras på reducerventilens funktion. En prototyp ska tas fram och simuleras och analyseras. Arbetet ska fortlöpa under 12 veckor med 400h/person och slutligen sammanställas i en skriftlig rapport och redovisas.

Krav: Prioritering: 

Vikt för reducerventilhuset ska minskas utan att dess funktion utgår, med hjälp av iterativ simulering

1 

Minska kostnader för reducerventilhuset så långt som möjligt, utan att funktion 1 

Bibehålla funktion för vätskelåset för dräneringsolja, vevhusventilation 1 

Minimera risk för läckage vid anslutningar, men även vid gjutdefekter 1 

Anpassa konstruktionen till befintliga dräneringsnipplars och blockets gränssnitt

2 

Bibehålla eller minimera antalet skruvar och monteringssteg 2 

Integrera mässingsnippeln med gjutgodset för att minska kostnader och monteringssteg

2 

Öka dräneringskapaciteten med bibehållet öppningstryck för reducerventilen 2 

Beräkna funktion av reducerventil (fjäderberäkning) 2 

Se över alternativa lösningar till vätskelåsets fästelement 2 

Analysera, simulera och montera framtagen prototyp 2 

Sammanställa arbetet i en skriftlig rapport 1 

3  

Genomföra projektet på 12 veckor, motsvaras av 400 h/person 1 

1.5 Lösningsmetod Uppdraget löses med hjälp av följande:

Litteraturstudier och elektroniska källor för att finna relevant fakta

Studiebesök inom Scanias motormontering för att få en bild av hur reducerventilhusets omgivande miljö ser ut för att kunna anpassa huset till angränsande artiklar

Benchmarking för att utvärdera konkurrenters motsvarande artiklar

Konceptgenerering och utvärdering

Illustrativa skisser och CAD för att visualisera den färdiga produkten

Beräkningar för att verifiera hållfasthet på skruvtorn samt förhållande mellan tryck och fjäder

Analyser av prototyp så som för att få fram den lättaste modellen i förhållande till dess hållfasthet

Genomföra arbetet i fem faser

1.6 Genomförande Projektarbetet delades upp i fem faser, enligt figur 1. Fasuppdelningen underlättade arbetets gång då delmål kunde sättas upp i varje fas och gjorde att slutmålet inte upplevdes så stort och långt borta. Varje fas med tillhörande arbetsmoment skulle ge en god grund för att gå vidare till nästa fas, exempelvis att tillräckligt mycket fakta samlades in i fas två för att kunna generera koncept i fas tre.

Figur 1. Arbetsprocess

4  

Problemanalysfasen – I den första fasen låg fokus på att definiera uppgiften och formulera mål, sätta avgränsningar för arbetet, bestämma vilka lämpliga lösningsmetoder som ska användas, ställa upp en kravspecifikation mot slutmålet, samt upprätta en tidplan för 12 veckor (Tidplanen återfinns i appendix 11.2).

Faktasökningsfasen – I den andra fasen lades grunden för allt kommande arbete. Parallellt med att det söktes och samlades in fakta, gavs också svar på många av de frågor som dök upp i första fasen, exempelvis hur systemtrycket påverkas av reducerventilen. I den här fasen gjordes även tre stycken studiebesök. Det första var på motorprovningen på R & D där Scania provar bland annat de artiklar som NMBO ansvarar för. Andra studiebesöket var på motormonteringen. Där gavs en god inblick i hur en motor, del för del, byggdes upp och i slutändan målades. Det tredje studiebesöket var tillsammans med gruppen på NMBO på en visning/benchmarking av Volvos senaste lastbil.

Konceptgenereringsfasen – I den tredje fasen togs koncepten fram och diskuterades med gruppen. I en Pugh matris ställdes sedan de olika konceptvalen upp och viktades för ett slutgiltigt val. Pugh matrisen återfinns i Appendix 2.

Genomförandefasen – I fas fyra genomfördes arbetet genom att det utvalda konceptet togs fram i Catia. Beräkningar gjordes för att verifiera funktion. En kostnadsanalys genomfördes med hjälp av information från inköpsavdelningen.

Presentationsfasen – I den femte och sista fasen slutfördes rapporten och arbetet presenterades på Scania.

1.7 Projektavgränsning Dagens lösning för vätskelåset och snabbkopplingsnippeln (röda nippeln, se figur 2) är försvarbart ur ett kostnadsperspektiv och kommer därför inte att förändras, däremot ska vätskelåsets fästelement omkonstrueras.

5  

Figur 2. Dagens reducerventilhus med centrifugaloljerenare

Infästning av skruvarna och dräneringsnipplarnas gränssnitt behålls

Reducerventilhusets anslutningssnitt mot motorblocket med tätningsyta och packning behålls

Beräkningar kommer att utföras för hand, eventuellt i Excel

Kostnader baseras av sekretesskäl på generella siffror som anger riktlinjer för en ungefärlig kostnad för det nya reducerventilhuset

Simulering för att verifiera reducerventilens funktion läggs ut till ansvarig person på Scania. Tester och simuleringar utförs för:

Provmontering och släppningsvinkelsanalys för att verifiera gjutbarheten

Materialtjockleksanalys

Reducerventilens hållfasthet med avseende på yttre påfrestningar (vibrationer från motorn) samt inre påfrestningar (oljetryck på 15 bar kallstartstryck)

6  

 

7  

2 Företagspresentation I detta kapitel beskrivs företaget och hur det är organiserat samt hur produktutvecklingsprocessen går till.

2.1 Företagsbeskrivning Scania är en av världens ledande tillverkare av lastbilar och bussar för tunga transporter samt industrimotorer och marinmotorer. En växande del av verksamheten är tjänsteprodukter som garanterar Scanias kunder kostnadseffektiva transportlösningar och hög tillgänglighet. Scania erbjuder också finansiella tjänster.

Företaget finns i cirka 100 länder och sysselsätter cirka 38 600 personer. Forskning och utveckling är koncentrerat till Södertälje i Sverige, medan produktionen sker i Europa och Sydamerika, vilket ger möjlighet till globalt utbyte av såväl komponenter som kompletta fordon.

Under 2012 uppgick nettoomsättningen till 79,6 miljarder kronor och resultatet efter skatt till 6,6 miljarder kronor. [1]

2.2 Organisationsbeskrivning NMBO Examensarbetet genomfördes på uppdrag av NMBO på Scania Tekniskt Centrum i Södertälje. NMBO ansvarar för motorers smörjsystem samt vevhusventilation, se figur 3. Avdelningens ansvarsområden är utveckling, framtagning och verifiering av grundläggande motordelar så som oljepumpar, oljekylare, lager, oljefilter och vevhusventilation. [2]

Figur 3. Organisationsbeskrivning

8  

2.3 Produktutvecklingsprocessen Produktutvecklingen på Scania pågår i tre faser, se figur 4. I den första fasen forskas och utprovas nya tekniska koncept på enskilda komponenter för att sedan vidareutvecklas till ett motorkoncept som funktionsprovas. Den andra fasen är produktutvecklingsfasen. Här utvecklas motorkonceptet och testas för att validera att uppställd kravspecifikation på motorkonceptet uppfyllts, för att sedan introduceras för marknaden. Den sista fasen är produktuppföljning för att säkra att produktens kvalitet och robusthet efter marknadsintroduktion. [3]

Figur 4. Produktutvecklingens process-pil

2.4 Teoretisk referensram Examensarbetet på Scania förutsatte att goda kunskaper fanns från utbildningen maskinteknik – innovation och design. Utbildningen, som bestått av flertalet projekt där tidsplanering och struktur i arbetet varit a och o, har varit grunden för examensarbetets upplägg. Det var viktigt med kunskap kring material, tillverkningsmetoder, formgivning och design men även beräkningar och de individuella vanorna att arbeta i konstruktionsprogram.

Rapporten är skriven av ingenjörer till ingenjörer.

2.5 Resurser Under examensarbetet har Scania bistått med följande hjälpmedel och resurser;

Cad-programmet CATIA V5 för Cad-modellerande

Tre dagars ENOVIA-kurs för att hantera CAD-filerna i systemet

Konkurrentprodukter för benchmarking

9  

3 Metod I detta avsnitt presenteras de olika metoder som använts vid framtagning av koncept.

3.1 Brainstorming och brainwriting Brainstorming är en idégenereringsmetod som utförs i så kallade sessioner. Under en session sitter gruppmedlemmar och framkastar mängder av idéer och spånar på dem fritt, utan att bli avbruten eller kritiserad av de andra. Tanken är att bygga vidare på varandras idéer för att förfina och förbättra dessa. [4]

Brainwriting/skissmetoden bygger på samma grundidé som brainstorming men här används skisser eller texter istället för idéer. Gruppmedlemmarna skissar vidare på varandras skissidéer så att de förfinas och förbättras. [4]

Tanken med att använda ovanstående metoder var att generera så många konceptförslag som möjligt, utan några hämningar.

3.2 Benchmarking Benchmarking är en metod för att ta reda på vilka likheter och skillnader som finns hos konkurrenterna och deras produkter inom samma bransch. Man vill genom undersökningar se hur konkurrenter löser ett existerande problem. Syftet med detta är att se vad som kan göras bättre för företagets egna produkter genom att hämta information om konkurrenternas, samtidigt som företaget får en bra överblick över vad som finns på marknaden idag. [5]

Benchmarkingen gav input till de koncept som senare togs fram.

3.3 Pugh matris Pughs matris används vid konceptval. I en Pughs matris ställs de olika konceptförslagen upp bredvid varandra mot viktade kriterier. Man utgår ifrån en referens som i de flesta fall är den befintliga produkten. Denna har värdet noll (0) på alla kriterier. Var och en av konceptförslagen jämförs med referensen för att få ett positivt, negativt eller oförändrat värde gällande ett visst kriterium. Längst ner i matrisen summeras slutligen alla plus- och minustecken som ger ett nettovärde till alla koncepten. Nettovärdena rangordnas och visar vilket koncept som fick flest poäng och högst värde bland koncepten. [6]

Denna metod förenklade valet av ett koncept bland flera som togs fram.

3.4 Catia Det koncept som blev utvalt konstruerades sedan i Catia. Detta för att få fram en tredimensionell modell av den på papper skissade prototypen. Därefter gjordes simuleringar och slutligen optimeringar på den för att utvärdera funktion och form. En modell gav en god bild av hur det nya reducerventilhuset såg ut. Det var nödvändigt för att kunna ta fram en friformsmodell som gav en verklighetstrogen känsla för hur stort det nya reducerventilhuset var i förhållande till det gamla huset.

10  

3.5 Analyser och simulering Simuleringar görs för att fastställa hur en prototyp eller modell har en jämn materialtjocklek, god hållfasthet, god vikt m.m. Det görs även för att verifiera en viss funktion, exempelvis hur reducerventilen reglerar tryck och flöde mot upplagda kriterier. Simulering möjliggör sedan optimering av en modell. [7]

Nedan visas de fyra sorters simuleringar som genomfördes:

GAS Hållfasthetsanalys för att upptäcka eventuella spänningar i modellen

Egenfrekvensanalys för att se om modellen klarade av skakningar från motorn

Släppningsvinkelanalys där visades tillverkningsmöjlighet vid pressgjutning

Materialtjockleksanalys som visade den varierande godstjockleken på reducerventilhuset hela (jämn/ojämn/överflödig/tillräcklig)

3.6 Optimering Optimering av en prototyp eller modell innebär att man gör denna så bra som möjligt med avseende på exempelvis vikt, hållfasthet, släppningsvinklar, beräkningar m.m. med hjälp av resultat från utförda simuleringar och analyser av dessa. Optimering genomfördes på CAD-modellen av reducerventilhuset där det fastställdes att den hade lämpliga släppningsvinklar så att verktygsdelarna kunde lossa från godset vid tillverkning. Där släppningsvinklar saknades, lades det till och så vidare. Där modellen hade en överflödig materialtjocklek, kunde mängden minskas för att sedan kontrollera hållfastheten så modellen inte skulle brista vid tillämpning. Beräkningar gjordes på skruvtornens yta där skruvskallarna vilar emot för att verifiera att materialmängden var tillräcklig ur ett hållfasthetsperspektiv och anpassa mängden material efter det. Även beräkning på sambandet mellan fjäder, tryck och reducerventil gjordes för att hitta den mest lämpade lösningen. [8]

11  

4 Motorns smörjsystem Smörjsystemet består av följande artiklar, se figur 5.

1. Oljesugsil 2. Oljepump 3. Säkerhetsventil placerad i oljepumpen (kallstartsventil) 4. Oljekylare 5. Centrifugaloljerenare 6. Reducerventil 7. Oljefilter 8. Kolvkylningsventil 9. Oljetrycksgivare 10. Oljesump

Figur 5. Illustration av smörjsystemet i en rak motor

Oljan i motorns smörjsystem behövs för att smörja friktionsytor och fungerar även som tätning mellan vissa ytor. Den ska leda bort värmen om uppstår i lager med hjälp av ett högt

12  

oljeflöde och även föra bort smuts, sot och partiklar som uppkommer. Oljan har även till uppgift att driva hjälpaggregat så som vevhusgasrenare och centrifugaloljerenare. [9] 

4.1 Oljepump Det är oljepumpens interna kugghjul som skapar det tryck som behövs för att oljan ska komma åt och smörja alla smörjställen. Oljetrycket måste vara så högt att oljan når fram och smörjer och kyler varje smörjställe, samtidigt som det inte får vara för högt så det blir för höga påkänningar inom systemet. Genom en oljekylare leds hela oljeflödet och kyls av kylvätska från kylsystemet. [10]

4.2 Oljeflöde Oljepumpen suger upp olja från sumpen genom en sil och pumpar den vidare till en säkerhetsventil som används vid kallstart. Om oljetrycket överstiger 8 bar öppnar ventilen och släpper tillbaka oljan till sumpen så ett maxtryck på 8 bar erhålls. Detta används vid kallstart på grund av låg viskositet för att förhindra att känsliga artiklar ska gå sönder, till exempel oljefilterlock och oljekylare. Vidare fortsätter oljan till oljekylaren där den kyls ner för att sedan filtreras genom oljefiltret, se figur 6. All filtrerad olja smörjer i sin tur lager och kyler kolvar. Trycket för kolvkylning regleras av kolvkylningsventilen. 

En viss mängd olja renas i centrifugaloljerenaren för att sedan flöda ut i oljesumpen medan en annan mängd passerar via reducerventilen som reglerar trycket för att slutligen dräneras tillbaka till sumpen. [11]

 

Figur 6 Principskiss av smörjsystemet. Oljepumpen drivs av vevaxelkugghjulet åstadkommer det tryck som behövs för att smörjoljan ska komma fram till alla smörjställen. Minsta möjliga behov (tomgång) bestämmer oljepumpens storlek.

13  

4.3 Oljefilter Oljefiltrering görs för att filtrera och ta bort smuts ur oljan. Oljan leds genom ett filter så att smutsen samlas i filtret vilket behöver bytas ut med jämna mellanrum. Ett tätare filter ger ett större tryckfall och vid ett igensatt filter skapas en tryckökning i systemet innan filtret. En överströmningsventil öppnar och släpper igenom oljan förbi filtret för att förhindra för lågt systemtryck. [12]

4.4 Reducerventilhus Reducerventilhuset består i dagsläget av en centrifugaloljerenare, reducerventil och två dräneringsnipplar, se figur 7. Huset ansluter mot motorblocket och dränerar ut olja genom reducerventilen ut i oljesumpen. [13]

Figur 7. Reducerventilhus med centrifugaloljerenare

4.5 Centrifugaloljerenare Oljan renas i centrifugaloljerenaren med hjälp av centrifugalkraft. Det finns en rotor i centrifugaloljerenaren som drivs av oljetryck vilket skapar rotation genom två riktade munstycken på rotorn. Rotorn i sin tur roterar och slungar oljan mot rotorns innerväggar så att smuts och oljepartiklar fastnar på innerväggarna. Den renade oljan rinner tillbaka till oljesumpen. [14]

4.6 Dränering Det förekommer en tryckdifferens mellan vevhusgasrenare och vevhuset. Dessa är ihopkopplade via ett dräneringsrör ned till reducerventilhuset och för att förhindra tryckutjämning används ett vätskelås. Vätskelåset förhindrar tryckutjämningen. Utan vätskelås skulle oljan, som vevhusgasrenaren har dränerat, vandra tillbaka, se figur 8. [15]

14  

Figur 8. Vätskelåsets funktion

Dränering förekommer även hos reducerventil där olja dräneras för att bibehålla önskat oljesystemtryck[7]. Läs vidare under reducerventil.

4.7 Reducerventil Reducerventilen, även kallad tryckregulator, är en ventil för att reducera trycket i oljesystemet. Ventilen är förinställd på ett öppningstryck, så att vid ett högre tryck släpps överflödig olja ut och dräneras tillbaka ner i sumpen [13]. Det finns olika sorters ventiler och fyra stycken har studerats. 

Pilotstyrd kikventil: En fjäderbelastad kolv med två verksamma areor A1 och A2 (se figur 9) som påverkas av kanalens inloppstryck i reducerventilhuset. Olja dräneras ut vid visst tryck och den främre arean (A1) möjliggör att kolven kan förflyttas längre bakåt, då ett ständigt oljetryck råder här. Vid minskat oljetryck, flyttas och slutligen stängs ventilen [16].

Figur 9. Pilotstyrd ventil

Backventil: En fjäderbelastad kula som tätar mot en öppning (1). När det uppstår övertryck i inloppskanalen mot öppningen, belastas fjädern utav trycket som i sin tur pressar kulan bakåt och vätska dräneras ut (2), se figur 10.[17]

Dräneringsolja 

15  

Figur 10. Backventil

Kugghjulsventil: När oljetryck uppstår i systemet påverkas en fjäderbelastad kolv. Denna är i sin tur kopplad till en kuggstång som förflyttas bakåt av trycket och roterar kugghjulsventilen så att olja dräneras ut (2). Vid minskat tryck fjädrar kolven tillbaka och kugghjulet roteras tillbaka i stängt läge(1), se figur 11. [18]

Figur 11. Kugghjulsventil

Konkav ventil: En fjäderbelastad kolv med konkav angreppsyta (se figur 12) där trycket verkar mot en större area och motverkas av övertryck i systemet. [7]

Figur 12. Kolv med konkav angreppsyta

4.8 Packning Packning mellan motorblock och reducerventilhuset utgörs av en tunn, gummibelagd stålbärare som tätar mot oljeläckage mellan reducerventilhuset och motorblocket. Det är en av de artiklar och gränssnitt som enligt kravspecifikationen den nya CAD-modellen ska anpassas efter, vidare är det nipplar och skruvarnas infästning på reducerventilhuset, som fäster mot motorblocket. [7]

16  

4.9 Material Först när det hade fastställts vilket material som reducerventilhuset skulle tillverkas av kunde design, utformning och tillverkningsmetoder bestämmas. Därefter kunde modellen tas fram i Catia. Olika material är beroende av olika tillverkningsmetoder. Hänsyn togs till detta vid CAD-modellering så att reducerventilhuset ritades upp på ett korrekt sätt och underlättade för framtagande av prototyp. Idag pressgjuts reducerventilhuset i aluminium, vilket är ett välanvänt material i Scanias motorer, ett annat är nylon (PA66).

4.9.1 Aluminium Aluminium är ett välanvänt material inom industrin och med sina goda egenskaper är dess användningsområden många. Förutom att materialet har låg densitet och är lättbearbetat så har det även hög hållfasthet och god korrosionshärdighet, något som uppskattas då reducerventilhuset utsätts för höga påkänningar som exempelvis vätsketryck och höga temperaturer. [19]

4.9.2 Nylon (PA66) Nylon (PA66) är en plast i gruppen termoplaster som kännetecknas av mycket god mekanisk hållfasthet och bra nötningshållfasthet. Plasten används flitigt till olika konstruktionselement men även för tillverkning av kugghjul, maskindelar, bultar, lager, skruvar med mera. Det är tillsatsen av fyllmedel som förändrar polyamidens egenskaper, exempelvis ger det ökad slitstyrka och olika variationer av plasten [20]. Just PA66 är den polyamid som klarar av högst temperatur. Den har goda mekaniska egenskaper som hållfasthet och en hög kristallisationsgrad bidrar till materialets hårdhet. En nackdel är dock att fuktupptagningen är hög [21].

4.10 Tillverkningsmetod Vilka tillverkningsmetoder som lämpar sig bäst för tillverkning av reducerventilhuset med tillhörande komponenter beror på vilket material som ska användas för respektive del. Efter utvärdering av material bestämdes att aluminium är ett lämpligt material att användas för reducerventilhuset.

Gjutning är en väl beprövad tillverkningsmetod inom Scania och reducerventilhuset tillverkas idag via pressgjutning men skulle även kunna tillverkas med kokillgjutning eller sandgjutning. Metoderna begränsas olika mycket med avseende på komponenternas utformning men även seriestorlek, egenskaps och kvalitetskrav [22].

4.10.1 Pressgjutning Metoden möjliggör högst produktivitet men har höga investeringskostnader i verktyg. För lönsamhet krävs det att stora serier tillverkas. Mått toleranserna är bättre för pressgjutning jämfört med kokill- och sandgjutning och ger fina ytor men med tiden kan ytorna försämras beroende på verktygens ålder. Vid pressgjutning sker formfyllnaden mycket snabbt och ställer därför höga krav på modellens utformning för att förhindra att luft blandas in i gjutgodset. Ett högt eftermatningstryck som läggs på smältan efter formfyllnaden komprimerar innesluten luft. Stelningen som sker snabbt ger en finkornig ytstryktur. Härdning av gjutgodset undviks

17  

då uppvärmningen gör att eventuella luftinneslutningar expanderar och kan ge utbuktningar på godsytan. [23]

4.10.2 Kokillgjutning Då höga hållfasthetskrav råder, lämpar sig gjutning i stål- eller gjutjärnskokiller. Smältan stelnar snabbare vid kokillgjutning jämfört med sandgjutning och ger finare ytstruktur. God hållfasthet och täthet avgörs av att ingjutningen utförs korrekt som i sin tur minimerar oxideringen av smältan. Genom att använda matare, undviks krymphåligheter och om härdning önskas bör härdbara legeringar användas. [24]

4.10.3 Sandgjutning Sandformsgjutning lämpar sig bäst vid små serier men passar även vid stora serier och ger möjlighet att tillverka större komponenter. [25]

Sandformen består vanligen av två halvor så att modellen enkelt kan avlägsnas och då dem sätts ihop ges håligheten där smältan sedan fyller ut. Här ges stor frihet då kanaler och håligheter kan tillverkas inuti gjutgodset med hjälp av kärnor som motsvaras av det tänka hålrummet. [26]

Stelningen av smältan är relativt långsam vilket resulterar i att hållfastheten blir något lägre än vid gjutning i permanenta formar. Härdning är möjlig om härdbara legeringar används.  

Sandgjutning behöver större materialtjocklek gentemot andra metoder [7] och dålig ytjämnhet och måttnoggrannhet är andra nackdelar. [26]   

4.10.4 Svarvning Svarvning möjliggör tillverkning av rotationssymmetriska geometrier, exempelvis dagens kolv inuti reducerventilhuset. Bearbetning av de flesta material är möjlig, så som aluminium, stål, silver, titan med flera. Vanligtvis är det automatsvarvning utrustad med CNC-styrning vid formgivning av små detaljer. Vid svarvning är grov eller finbearbetning av detaljen även möjlig. [27]

4.10.5 Bockning Med bockning kan komponenter få önskad form ur en enda profil. Fördelarna är att ett helt stycke kan tillverkas utan att sammanfogning av flera delar krävs. Flertalet bockningsmetoder finns och vilken som används beror på produktionsserien storlek, toleranser, radier och bockkrafter.

Dragbockning ger stor noggrannhet på radie och bockvinkel. Processen är CNC-styrd och bra vid medelstora till stora serier. Verktygsinvestering krävs för varje ny profilsnitt och radie. Automatisering är möjligt. [28]

Om en produkt ska sand-, kokill- eller pressgjutas i aluminium beror på styckestorlek, seriestorlek och egenskapskrav. Vid pressgjutning är aluminiumet i flytande form och pressas in i en föruppvärmd form av stål med hjälp av en kolv och sedan stelnar smältan hastigt. Vid massproduktion kan det framställas avancerade arbetsstycken till ett relativt billigt pris som annars skulle kosta mer på grund av de dyra verktyg som används vid metoden.

18  

 

 

 

19  

5 Genomförande Nedan finns beskrivet hur arbetet genomfördes.

5.1 Konceptgenerering Konceptgenereringen kunde påbörjas först när faktainsamlingen och benchmarkingen var gjord. Brainstorming och brainwriting genomfördes parallellt där flertalet konceptskisser togs fram med fokus på reducerventilen. Olika idéer kombinerades med varandra för framtagning av bästa möjliga koncept.

5.2 Konceptutvärdering När sex stycken koncept hade tagits fram så presenterades dessa för gruppen och diskuterades för att sedan utvärderas i en viktad Pugh matris. Koncepten jämfördes även med en referensprodukt utifrån benchmarkresultat.

Ventilerna utvärderades utifrån följande kriterier:

Materialåtgång

Tätningsförmåga

Tryckfall

Dräneringskapacitet

Antalet monteringssteg

Risk för gjutdefekter

Tillverkningskostnad

Servicebarhet av ventil

Placering av ventil

Kriterierna var viktade där större vikt lades vid materialåtgång, tätningsförmåga, tryckfall och dräneringskapacitet. Antalet poäng för varje koncept summerades och det koncept med högst poäng valdes ut för att vidareutvecklas i Catia, se appendix 1.

Först när konceptet modellerats i Catia kunde storleken på dräneringsarean mätas. Arean för dräneringshålet bestämdes med hjälp av handledaren på Scania till minimum 200 med utgångspunkt från dagens hål. Men det visade sig vara en svår utmaning att nå upp till en dräneringsarea på 200 med de begränsningar som finns för gjutgods. För att nå upp till 200 så måste storleken på själva reducerventilen öka, vilket medför att mängden material för ventilen och för huset ökar, samt kostnaderna för detta.

Lösningen på det blev en hylsa som fixeras inuti huset med hjälp av presspassning. Hylsan tillverkas i ett enda stycke plåt för att sedan bockas och svetsas till ett rör. Därefter töjs ena änden av röret ut så att det får en midja och ändarna får olika diametrar. Väl vid inpassningen så har hylsan sin färdiga form och pressas in i hålet. Inuti hylsan placeras sedan kolven, tillverkad genom svarvning och borrning i ena änden där fjädern placeras och stöttas. Hylsan är utformad med tre drängeringshål där oljan passerar igenom med ett flöde på 218 och dräneras ut vid öppningstrycket 4,5 bar.

20  

5.3 Valt koncept Reducerventilen fick samma placering som dagens ventil men placerades närmare packningsytan för att minska materialåtgången, se figur 13. Ur konceptskissen konstaterades det att inloppet för oljan skulle bli för trångt om den utformades som nedan, se figur 14. Detta på grund av att det skulle krävas extra material som delar upp inloppet i två kammare där oljeflödet ska kunna verka på kolven i den ena kammaren. Det skulle även bli problem med ventilens styrning då det fanns risk för att den fastnar vid kanterna. En bättre styrning var önskvärt samt så stor area som möjligt för hålen vid inlopp och utlopp. Utformningen av hålrummet för kolven ansågs vara alltför avancerad ur tillverkningssynpunkt och därför dyrare. En ny lösning sågs över, fast med samma typ av pilotstyrning.

Figur 13. Det valda konceptet

En förenklad skiss togs fram med fokus på reducerventilen, inlopp och utlopp för olja. Fokus låg på tillverkningsmetoder för att minimera antalet verktygsdelar som behövs vid tillverkning av reducerventilhuset. Två kanaler skissades fram, en för kolven att förflytta sig i och den andra för flödet att dräneras ut ur huset med dräneringsarea på minimum 200 , se figur 14. Detta modellerades sedan i Catia.

Figur 14. Vidareutveckling av reducerventilen

5.4 Prototypframställning i Catia Prototypen modellerades slutligen i Catia V5. Den ursprungliga modellen är en leverantörsmodell och icke editerbar. Men nödvändiga mått kunde hämtas och gränssnitt importeras till den nya modellen. Arbetet började inifrån och ut där reducerventilen med kolv,

21  

fjäder och hylsa låg i fokus. Därefter byggdes det på material från packningsytan runt ventilen och vattenlåset, vilket blev grunden till reducerventilhuset. Sist av allt genomfördes detaljbearbetningen där alla hål, släppningsvinklar, radier och uppstyrningsklackar till stabilisering av skruvtornen tillades.

Under arbetets gång var det viktigt med god struktur i modellträdet som det arbetades aktivt med för att modellen skulle byggas upp i rätt ordning. Detta gjorde det möjligt att gå in och göra ändringar i modellen på tidigare gjorda detaljer utan att de senare tillkomna delarna påverkades.

De olika verktygsdelarna och komponenterna delades in i två delar i modellträdet, core och cavity, som står för kärna och hålighet, beroende på om det var verktygsdelen som utförde uppbyggande material i modellen eller den delen som tog bort material och skapade en hålighet. Detta för att få god struktur i trädet samt att enkelt kunna hitta och göra eventuella ändringar utan att tidigare arbetet i trädet riskerade att gå förlorat.

5.5 Beräkningar och analyser på koncept Beräkningar på erforderlig fjäderkraft gjordes för att fastställa vilken typ av fjäder som skulle användas samt hur mycket kraft denna skulle tåla. Det var viktigt att fjädern inte var för mjuk då risken fanns att ventilen inte skulle kunna hålla stängt vid öppningstrycket 4,5 bar. Medan en hård fjäder skulle kräva ett högre tryck för att öppna. Beräkningen gjordes om och om igen för att få fram en lämplig fjäder anpassad till den typ av ventil som togs fram. Samtliga data ställdes upp och räknades ut i Excel där resultatet loopades fram.

Beräkningar gjordes även för den yta på reducerventilhuset där skruvskallarna (husets fästelement) ligger emot för att få rätt area i förhållande till den kraft som kommer verka på den. Materialdata hämtades från Scania och nödvändiga mått togs från cad-modellen. Beräkningar utfördes dessutom på ventilen för att ta fram en lämplig storlek på denna och kraftberäkning på dess två verkande areor. Vidare gjordes beräkning för hylsans hål och utformning för att garantera en dräneringskapacitet på minst 200 .

Förbränningspulsen gör att motorn vibrerar. Scania har angett motorns frekvens till 300Hz och fungerar som en generell riktlinje. En analys gjordes i Catia för att utreda CAD-modellens egenfrekvens. Detta för att se hur pass bra den färdiga modellen fastmonterad på motorblocket, skulle stå emot vibrationer från denna. Detta var nödvändigt att fastställa så att modellen inte skakar sönder då den är monterad på motorblocket. Riktvärdet för komponenter som monteras direkt mot motorblocket är att första nodens egenfrekvens bör vara över 300 Hz för att undvika frekvenser som uppkommer från motorns tändanordning. [7]

Cad-modellen fixerades på lämpliga punkter där den skulle vara helt orörlig i testet och i det här fallet var det skruvskallarnas yta mot motorblocket. Detta för att vid verklig montering av reducerventilhuset mot motorblocket, är det dessa ytor som är helt fixerade på grund av skruvarna som fäster in i motorblocket.

22  

Figur 15. Reducerventilhuset med olika mesh- och sagvärden

Därefter gjordes en konvergensanalys för att utreda vilken elementstorlek som skulle användas för att få ett noggrant beräkningsresultat. Att konvergera betyder att närma sig ett gemensamt mål och analysen gjordes tills värdena konvergerade. Två värden angavs, ett meshvärde som är ett gränsanalysvärde, samt ett sagvärde som visar anpassningen efter modellens kurvatur och hur mycket en ruta får ”saga ihop”. Förhållandet mellan mesh- och sagvärdet brukar på Scania sättas till 10/1, exempelvis Mesh 8, Sag 0,8.

 

Figur 16. Förhållandet mellan egenfrekvens och meshstorlek

Grafen visar sambandet mellan egenfrekvens och meshstorlek, se figur 16. Sagvärdet står för hur mycket elementen anpassas efter modellens kurvatur. Mesh är det rutnät som syns på bilderna och består av noder som utgör ett antal element, se figur 15. Meshstorleken anger

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

100 50 10 5 2

Antal noderEgenfrekvens

Meshstorlek

Egenfrekvens

Antal noder

23  

elementens storlek och ju lägre meshstorlek desto fler element. Modellen delas upp i elementen där resultatet beräknas i elementens noder I beräkningarna går man från en högre meshstorlek med färre och större element till ett mera förfinat rutnät. Meshstorleken sänks för varje ny beräkning så noderna blir fler vilket ger ett noggrannare beräkningsresultat på modellen.

För att se eventuella spänningar som uppstår i modellen gjordes en GAS hållfasthetsanalys. Modellen var fixerad i samma punkter som vid egenfrekvensanalysen och vid oljeflödets inlopp i reducerventilhuset, placerades pilar ut mot innerväggarna. Dessa pilar illustrerade vart i modellen som oljetrycket skulle verka, se figur 17. Därefter placerades en kraft motsvarande 15 bar, vilket är sprängtrycket för smörjsystemet [29], i hela inloppet. Detta gav en bild av var i modellen som spänningarna uppstod och hur stora dem var. Om resultatet visade för höga spänningar på exempelvis reducerventilhusets baksida (orsakat av för små radier eller fel materialtjocklek) kunde detta åtgärdas i efterhand.

En släppningsvinkelanalys gjordes på CAD-modellen för att fastställas att den hade tillräckligt stora släppningsvinklar så att verktyget enkelt ska släppa från gjutgodset vid gjutningsprocessen, se figur 18.

 

Figur 18. Verktygsläpp vid gjutning

Vinklarna analyserades från tre riktningar där verktygsdelarna formar reducerventilhuset vid pressgjutningen. Axlar placerades ut på modellen i olika riktningar för att visa vilken lutning modellen fick just där. I fall vinklarna var inom det godkända området på cirka 1 grad och

Figur 17. Kraftpilarnas placering inuti reducerventilhuset

24  

uppåt visades genom olika färger som modellen antog i Catia. Ju mindre vinkeln är desto svårare blir det vid tillverkning. På vissa ställen blev vinkeln så liten som 1 grad men generellt är det 2 grader som gäller för liknande detaljer och vid längre ytor så är det 3 grader.

Slutligen gjordes en materialtjockleksanalys som visade gjutgodsets tjocklek i form av olika färgskalor där ljust område motsvarade en god tjocklek medan mörkt område visade en överflödig tjocklek.

5.6 Optimering Optimering utfördes parallellt med analyserna under arbetets gång, se figur 19. Syftet med optimeringen var att minska reducerventilhusets vikt och tillverkningskostnad så mycket som möjligt samt omkonstruera reducerventilen så att den uppfyller de uppsatta kraven gällande tryck och flöde.

Optimering av reducerventilen genomfördes med hjälp av beräkningar som loopats i Excel. Fjäder, kolv och hylsa optimerades då korrekta mått kunde fastställdas för varje komponent, anpassat efter det önskade trycket och flödet på den minimala dräneringsarean på 200 .

 

Figur 19. Optimeringsprocessen

25  

6 Resultat Här presenteras resultatet av genomfört arbete.

6.1 Benchmarking Undersökningar på konkurrenters reducerventiler gjordes för att fastställa vilken typ av ventil dem använder sig utav. Detta var nödvändigt för att få inspiration till egna konceptidéer. Det konstaterades att de idag använder en pilotstyrd ventil som med hjälp av två kanaler, förflyttar ventilen bakåt med hjälp av oljetrycket som verkar i två kammare.

6.2 Brainstorming och brainwriting Dessa sessioner resulterade i flertalet skisser med förslag på koncept baserade på olika typer av reducerventiler som tidigare nämnts. Totalt sex stycken koncept skissades fram och presenterades för gruppen, se figur 20. Dessa var baserade på olika pilotstyrda kikventiler, kulkiksventiler, kugghjulsventiler och backventiler.

Figur 20. Konceptskisser

6.3 Pugh matris Beslutet från Pugh matrisen föll på en pilotstyrd reducerventil med ett nettovärde på 36 följt av 30, 30, 21, 12 och 3, se appendix 1. Konceptskisserna tillsammans med Pugh matrisen

26  

presenterades för gruppen på NMBO för att få feedback och nya inputs. Gruppen enades om att konceptet med högst nettovärde som Pugh matrisen visade skulle vidareutvecklas i Catia.

6.4 Slutgiltiga modellen samt prototyp Nedan visas resultatet av CAD-modellering i Catia, se figur 21. Den nya modellen har minskat avsevärt i volym jämfört med den ursprungliga modellen, se sidan 12, och den nya reducerventilen har placerats närmare packningsytan för att minska materialåtgången. Detta med bibehållna gränssnitt. En prototyp togs fram med hjälp av Scanias 3D-skrivare.  

 

 

Figur 21. Den slutgiltiga cad-modellen sedd i olika vyer

27  

Nedan visas den färdiga hylsan ur olika vyer med tillhörande kolv inuti som tillsammans utgör reducerventilen, se figur 22. Hylsans tre dräneringshål (rödmarkerat) är de som utgör en total area på 218 , både de främre och de bakre hålen. Den främre arean på kolven där trycket verkar är den som är verksam då oljetryck ständigt råder här.  

6.5 Analyser Egenfrekvensanalysen som genomfördes på Cad-modellen visade ett värde på 2422 Hz, vilket är ett högt värde i förhållande till motorns frekvens på ca 300 Hz. Det är ett mycket bra resultat då det innebär att modellen är tillräckligt styv för att stå emot vibrationer från motorn då den är fastmonterad på motorblocket. Hållfasthetanalysen visade att maximala spänningar uppstår på utsidan av reducerventilhuset, på baksidan av dräneringshålet. Spänningarna har en kraft på 15 MPa (se figur 23) vilket är långt under materialets brottgräns på 240 MPa, respektive sträckgräns på 140 MPa.

 

Det slutgiltiga resultatet från släppvinkelanalysen visade att hela modellen hade släppningsvinklar som var tillräckligt stora för att verktygsdelarna ska lossa från gjutgodset vid tillverkning av reducerventilhuset, dessa vinklar är från 1grad och upp till 3grader.

Materialtjockleksanalysen på reducerventilhuset tydde på viss variation. Materialet hade en tjocklek från 2mm till 4mm där ljust område motsvarade en god tjocklek medan mörkt område visade en överflödig tjocklek (se figur 24) som kunde minskas ytterligare för att fullt optimera reducerventilhuset.

Figur 22. Hylsa med tillhörande kolv samt de tre dräneringshålen

Figur 23. Statisk analys av reducerventilhuset

28  

 

Figur 24. Analys av reducerventilhusets materialtjocklek

6.6 Beräkningar Nedan presenteras utförda beräkningar gjorda på reducerventilen samt på skruvskallarnas yta vid infästningen.

6.6.1 Beräkning av fjäder till kolvventil När beräkningarna skulle påbörjas, togs formler fram för att beräkna fjäderns dimensioner beroende på rådande oljetryck och kolvens areor. Fjädern skulle dimensioneras så att ett oljetryck på önskvärda 6< bar erhölls. Först av allt beräknades krafterna som verkar på de sammanlagda areorna på där trycket verkar på kolven vid öppningsläget och då ventilen öppnar.

ä ä

113,097 ∙ 10

452,389 ∙ 10

ö 4,5 450000 /

ö ∙

ä ä 4,5 ∙ 10 452,398 ∙ 10 113,097 ∙ 10254,4687 ö

ä : ∙ ∙

29  

ö : ö ∙ ∙

Ö ä 4,5 ∙ 10 ∙ 452,398 ∙ 10 ∙ 113,097 ∙ 10 å ö

Vidare visades att beräkningarna skulle komma att ändras flertalet gånger då det var svårt att få fram en formel som beräknade vilket tryck som skulle erhållas på kolven då den öppnat (dränerar ut olja). Efter många timmars räknande tillsammans med gruppen, bestämdes det att ta problemet vidare till beräkningsgruppen på Scania. Det resulterade i att, som tidigare nämnts, ett antagande gjordes där dagens tryck- och varvtaldiagram tillämpades i denna beräkning.

ä , ö ä 6

Ö ö 4,5

ö ä å 81500 81500000000

ä 0,022 ä 0,02 å 0,0012 ö 0,1 3

ä 12,16 13

ä 192,94

ä 254,47 ä 30 10 0,02

30  

ä 0,017

2

8

8 2

∙ 4,5 ∙ 4,5 ∙

∙ 4,5 ∙

∙

8 2 ∙ ∙ 4,5

∙ ∙

8 ∙ ∙ 2 ∙4,5

Samtliga data och formler lades in och loopades i Excel. Inte bara för att förenkla uträkningarna utan även för att se hur det ena värdet påverkade det andra. Exempelvis så gav en ökad tråddiameter ett högre k-värde som i sin tur gav ett högre tryck, medan en ökad slaglängd gav ett lägre tryck. Då begränsningar fanns i dimensionerna, bland annat hålet för reducerventilens längd och diameter, upptäcktes det att en fullt optimerad reducerventil inte var möjlig. Antingen blev fjädern för lång (ca 0,22-1,2m) när trycket var under 6 bar och skulle inte rymmas inuti reducerventilhålet eller trycket bli för högt (ca 9 bar) när fjäderns dimensioner var godtagbara.

6.6.2 Kraft på skruvskallens yta Kraften som verkar på skruvskallens yta var nödvändig att räkna ut för att se om hållfastheten var god nog att stå emot krafterna som verkar mot ytan, det vill säga att skruvtornen inte skulle gå sönder. Resultatet blev att skruvtornen står emot den verkande kraften på ytan och riskerar alltså inte att spricka eller gå sönder vid montering av reducerventilhuset på motorblocket.

: 15 15 ∙ 10

31  

: 15000

1500015 ∙ 10

10 /

1000 140 120 ∙ 10

15000120 ∙ 10

125

1 1 /

32  

 

33  

7 Diskussion och analys I avsnittet nedan diskuteras examensarbetets arbetsprocess samt det slutgiltiga resultatet. Även de arbetsmetoder och simuleringar som genomfördes under arbetets gång diskuteras och analyseras.

7.1 Arbetsprocessen Examensarbetet delades upp och genomfördes i fem faser. Fasstrukturen var en god arbetsmetod då det underlättade arbetsgången. Att stycka upp arbetet i mindre delar gjorde att examensarbetet inte kändes så omfattande och att slutmålet blev lättare att nå med utsatta delmål. Det var även en god metod då allt arbete i en fas kunde kontrolleras och checkas av att det var genomfört, för att sedan gå vidare till nästa fas med säkerhet att alla "byggstenar fanns i bagaget". Vidare var arbetsprocessen synkad med tidplanen men då tidplanen var aktivitetsbaserad, kunde det tillkomma fler aktiviteter eller att någon aktivitet togs bort. Det resulterade i att faserna kunde bli längre än vad som planerats i förhållande till arbetsprocessen.

7.2 Valda arbetsmetoder De arbetsmetoder som använts under projektets gång är väl beprövade vid utveckling och framtagning av nya produkter och anses goda verktyg om dem används på ett korrekt sätt.

Brainstorming och brainwriting var två kreativa metoder som genererade sex stycken konceptidéer. Mängden koncept var relativt liten men kvaliteten för varje idé kan ha blivit bättre då större fokus har kunnat läggas på dessa.

Benchmarkingen var ett bra komplement till brainstorming/brainwriting där inspiration och idéer till koncept kunde hämtas från färdiga lösningar men med varsamhet så att risken för patentintrång minimerades.

Pugh matris var ett bra beslutstagande hjälpmedel då ett koncept bland flera skulle väljas ut för vidareutveckling. Då alla koncept ställdes upp mot olika kriterier kunde det bortses från lösningens helhetsintryck och fokus lades på hur varje idé uppfyllde ett visst krav. En nackdel var dock att det kunde vara svårt att bedöma hur bra eller dåligt ett koncept skulle klara av ett krav utan att ett test hade genomförts innan. Det kunde resultera i att flera osäkra antaganden gjordes och det viktigt att det fanns god kunskap vid viktning av kriterier och vid konceptvalet. Därför gjordes antaganden tillsammans med handledaren på Scania.

Arbetet utfördes i CAD-programmet Catia. Tidigare färdigheter i Pro Engineer var otillräckliga för att använda Catia V5. Därför lärdes allt om från grunden, då programmen skiljde sig i utseende, funktion, struktur, arbetssätt m.m. Det gav en god insikt i hur Scania arbetar, resonerar och bygger upp modeller i Catia, vilket kommer kunna ge större nytta för Scania vid användandet av den framtagna prototypen.

7.3 Genomförda simuleringar Syftet med simuleringarna var att verifiera hur bra reducerventilhuset skulle fungera i verkligheten; monterat på ett motorblock med en egenfrekvens, med ett trycksatt oljeflöde in i

34  

huset som passerar genom reducerventilen och dräneras ut. Detta skulle reducerventilhuset anpassas efter gällande materialtjocklek så att en tillräcklig hållfasthet åstadkoms. Simulering på själva reducerventilen för att verifiera tryck och flöde utifrån bestämda krav uteblev på grund av en oförutsedd händelse som gjorde att projektet lades på is i fyra veckor. En ny simulering kunde inte bokas in då den inte skulle bli genomförd inom tidsramarna för examensarbetet. 

Det goda resultater från egenfrekvensanalysen indikerar att modellen klarar av motorns vibrationer. Om modellen hade haft en lägre frekvens än motorns gränsvärde så hade den så småningom skakat sönder vid användning. Modellen är mer än tillräckligt styv för att klara av skakningar och vibrationer från motorblocket. Det höga värdet beror på att den är väldigt styv och är stabilt infäst på motorblocket. Reducerventilhuset i grund och botten är uppbyggt likt en stor platta som ligger längs med motorblockets yttervägg och har några få utstickande delar som kan hamna i självsvängning, exempelvis skruvtornen. Skruvtornen stabiliserades av uppstyrningsklackar (se figur 25) för att minska den risken. Teoretiskt sett kunde egenfrekvensen blivit något högre om dämpningarna från nipplarna hade tagits med i den något förenklade beräkningsmodellen (inte så stor påverkan).

 

Figur 25. Uppstyrningsklackar (rödmarkerat) för att stabilisera skruvtornen

Vid en viss meshstorlek gavs däremot ingen större förändring i egenfrekvensen trots att nodantalet ökar markant. Detta syns tydligt i diagrammet (se s. 21) då egenfrekvensen stabiliserar sig någonstans mellan 2000 och 2100, medan nodantalet drar iväg från ca 150 000 till över 500 000.

De lokala spänningarna som hållfasthetsanalysen visade, förekommer där de två kurvaturerna möts på baksidan av reducerventilhuset vid reducerventilhålet och dräneringshålet. Spänningarna skulle kunna minskas med större radier för att styva upp modellen ytterligare. Stora radier var att föredra, framförallt vid tillverkning av gjutgods där sprickbildningar lätt kunde bildas i skarpa hörn. Dock klarade modellen av de spänningar som uppstod med goda resultat så extra korrigering var inte nödvändigt.

CAD-modellen visade viss variation i godstjockleken. Vid tillverkning av pressgjutgodset var det fördelaktigt om modellen hade en så jämn godstjocklek som möjligt för att undvika

35  

uppkomst av värmecentra. Värmecentra uppstår ofta i tjocka geometrier där det tar längre tid för smältan att stelna i förhållande till övriga delar i ett gjutgods. En jämn tjocklek kan fås med rätt dimensionering av radier, se figur 26. Mindre radier minskar risken för värmecentra samtidigt som det kan ha en negativ påverkan på detaljens hållfasthet.

 

 

 

Figur 26. L-sektion med en jämnare stelningstid då radier används (t.h.).

7.4 Det slutgiltiga resultatet Ett av kraven gällande produktion var att minska kostnader för reducerventilhuset så långt som möjligt genom att reducera mängden material. Detta gjordes genom att minska volymen på huset då centrifugaloljerenaren togs bort samt att reducerventilen förflyttades närmare packningsytan. Utrymmet inuti huset för vätskelåset var tidigare onödigt stort, vilket åtgärdades då de omslutande väggarna flyttades närmare vätskelåset. Samtidigt öppnades en möjlighet för vätskelåsets infästning att flyttas närmare packningsytan och motorblocket för att spara ännu mer material. Huset modellerades utifrån kravet att reducera material och därför flyttades infästningen i cad-modellen.

För att reducerventilen ska fylla sin funktion förutsattes det att hylsan var fixerad inuti huset. I och med fixeringen kunde svårigheter med gjutmetoderna kringgås för det enda som behövs är ett hål i reducerventilhuset och hylsan tillverkas vid sidan av. Risken finns att det blir svårt att presspassa hylsan inuti reducerventilhuset, beroende på hur fin efterbearbetningen är. Det finns osäkerhet kring ifall fjädern till reducerventilen inte ryms inuti hålet anpassat för den, då arbetet var låst till de gränssnitt som fanns. Vid pressgjutning av huset kan det bli svårigheter för smältan att flyta ut till alla ytor i tid då skruvtornen är relativt höga. Det skulle innebära risk för porbildning i materialet.

 

36  

 

37  

8 Slutsats

8.1 Slutsats I arbetet så har energi lagts på att minska kostnader för reducerventilhuset så långt som möjligt genom att reducera mängden material. Detta gjordes med hjälp iterativ simulering under arbetets gång i Catia.

Ett mål var att öka dräneringskapaciteten med bibehållet tryck för reducerventilen. Det visade sig att det inte fanns någon optimal lösning på problemet. Förbättringar har gjorts men dem var inte fullt optimerade. Det slutgiltiga resultatet kommer att visas i december 2013 då Scania kommer utföra tester på ventilfunktionen i oljepumpsrigg.

Kravet att anpassa konstruktionen till två stycken dräneringsnipplars och blockets gränssnitt var grundpelare i uppbyggandet av den nya konstruktionen. Gränssnitten kunde importeras in i CAD-modellen och användas som ett skelett i den nya modellen. Men det utgjorde även en begränsning i utformningen av reducerventilhuset. Det hade kunnat konstrueras så mycket mindre och billigare om hänsyn inte hade behövts ta till alla andra komponenter som sitter runt omkring, inuti och utanför motorn.

Ett av önskemålen i kravspecifikationen var att integrera mässingsnippeln in i gjutgodset i CAD-modellen. Det skulle medföra minskade kostnader för material då mässing är dyrare än aluminium, samt så skulle ett monteringssteg reduceras vid tillverkningen. Detta krav uppfylldes inte på grund av tidsbrist och låg prioritering.

Ett annat krav var att behålla eller minimera antalet skruvar och monteringssteg. Målet är att ständigt försöka göra produkterna så billiga som möjligt. Den i det här fallet uppdaterade versionen av reducerventilhuset skulle alltså inte bli dyrare eller mera komplicerad än den gamla versionen. Men det tillkom ett nytt monteringssteg i och med hylsan som behöver presspassas in i reducerventilhuset. Fast eftersom hela centrifugaloljerenaren med tillhörande rotor plockades bort så försvann även kostnader och monteringssteg för detta i det nya reducerventilhuset.

Vätskelåset fick behålla sin utformning och funktion i och med att det fungerar bra i sin utformning och är så billigt att tillverka. Att göra större förändringar på det skulle initialt kosta väldigt mycket. Att försöka finna alternativa lösningar till vätskelåsets fästelement som är billigare kändes avlägset.

8.2 Rekommendationer Efter avslutat projekt rekommenderas det att Scania tar arbetet vidare och ser över bland annat:

Nipplarnas förbättringsmöjligheter, det vill säga att integrera dem i gjutgodset. Att ta fram en nippel i aluminium istället för dagens mässingsnippel för minskade kostnader och minskad vikt.

38  

Minska materialet ytterligare vid nipplarnas infästning då det medför en lättare och billigare modell. Dock är mängden material nödvändig idag då nipplarna stöttas upp av den. Minskad materialmängd kräver att Scania ser över gränssnitten då nipplarna skulle placeras lägre ner om mängden minskar. Eftersom borrning ogärna utförs på lutande ytor då borren kan vandra på materialet så är ett alternativ att plana ut ytan där nipplarna är placerade idag.

Se över alternativ för monteringsskruvarna. CAD-modellen fick höga skruvtorn på grund av att Scania vill behålla en och samma längd på skruvarna för att slippa ta in nya artiklar, det vill säga kortare skruvar. En ny artikel skulle innebära en ny utgift, men detta skulle då vägas upp av att materialet minskar och minskad risk för porbildning i materialet.

Beräkningarna som gjordes på reducerventilen och fjädern bör ses över med andra parametrar som påverkar sambandet mellan tryck och flöde. Ett annat antagande kan göras än det som gjordes i detta arbete och mer komplexa beräkningar kan genomföras än de som förekommer i denna rapport. En annan rekommendation är att se över andra typer av fjädrar än den som används idag som var en skruvfjäder, då tidigare tester indikerat på förbättring av trycket med ändrad fjäder.

Slutligen ska det framföras att Scania ska ta vid där projektet slutade och ta arbetet vidare till nästa nivå för att förbättringar kan leda till minskad bränsleförbrukning!

 

 

  

9 Referenslista [1]: (http://scania.se/om-scania/scaniakoncernen/) [25-06-2013, kl. 14:23] [2]: (http://inline.scania.com/scripts/cgiip.exe/WService=inline/cm/pub/showdoc.p?docfolderi d=141598&docname=home) [25-06-2013, kl. 15:03] [3]: (http://inline.scania.com/scripts/cgiip.exe/WService=inline/cm/pub/showdoc.p?docfolderi d=21380&docname=Home) [26-06-2013, kl. 09:52] 

[4]: (Ullman, D., The Mechanical Design Process, 4:e utgåvan, McGraw Hill, 2010, s.190) [5]: (Ullman, D., The Mechanical Design Process, 4:e utgåvan, McGraw Hill, 2010, s.157-158) [6]: (Ullman, D., The Mechanical Design Process, 4:e utgåvan, McGraw Hill, 2010 s. 221-224) [7]: Rikard Wikner, Design Engineer, Scania CV AB [8]: (http://www.firststepwebbyra.se/sokordsoptimering.html) [U.d. 27-02 -2013, hämtad 09-07-2013 kl. 14:16]

[9]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 1 [10]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 2 [11]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 2 [12]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 5 [13]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 4 [14]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 4 [15]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, s. 6

[16]: (http://www.eng-tips.com/faqs.cfm?fid=744) [U.d 19-08-2003, hämtad 27-06-2013 kl. 10:13] [17]: (http://www.kirloskarpumps.com/download/prod_catalogue/swingcheck.pdf) [27-06-2013, kl.11.26] [18]: (http://apollo.spaceborn.dk/engine.html) [U.d. 30-11- 2003, hämtad 02-07-2013 kl. 16.07] [19]: (Ullman, Erik, 2008, Materiallära, fjortonde utgåvan, Liber, s.265) [20]: (http://fermprodukter.se/?page_id=869) [hämtad 10-07-13 kl. 10.38] [21]: (http://www.hjalmarandren.se/products/product.asp?pid=2) [U.d. 2013, hämtad 10-07-2013 kl. 13.24]

  

[22]: Daniel Petersen Scania CV AB [23]: Scania standard, STD4279, Scania CV AB [24]: Scania standard, STD4279, Scania CV AB [25]: (http://www.gjutning.n.nu/gjutning-i-aluminium) [U.d. 2013, hämtad 20-09-2013 kl. 09.31] [26]: (JW Jarfors, Anders m.fl., 2010, Tillverkningsteknologi, utgåva 4:1, Studentlitteratur, s.26) [27]: (http://www.svarvning.net/) [U.d. 2012, hämtad 09-17-2013 kl. 08.54] [28]: (http://www.profilgruppen.se/tekniska-fakta/vidareforadling/bockning/) [Hämtad 09-10-2013] [29]: Lars-Göran Kjellström, Senior Engineer, Scania CV AB

 

  

10 Figurkällor [Figur 1]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 2]: http://inline.scania.com/scripts/cgiip.exe/WService=inline/cm/pub/showdoc. p?docfolderid=120719&docname=index Scania CV AB [26-06-2013, kl. 13:18] [Figur 3]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 4]: http://inline.scania.com/scripts/cgiip.exe/WService=inline/cm/pub/showdoc. p?docfolderid=9774&docname=home Scania CV AB [26-06-2013, kl. 16:32] [Figur 5]: Produktkännedom, Motor. Scania utbildning, nr 173, version 2.4, 2005-06-01, utgåva 1, sid 1. [Figur 6]: Lars-Göran Kjellström, Senior Engineer, Scania CV AB [Figur 7]: Scania CV AB [Figur 8]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 9]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 10]: http://sv.wikipedia.org/wiki/Backventil [Figur 11]: http://apollo.spaceborn.dk/engine.html [U.d. 30-11- 2003, hämtad 03-07-2013 kl.09.47] [Figur 12]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 13]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 14]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 15]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 16]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 17]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 18]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 19]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 20]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 21]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 22]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 23]:Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 24]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 25]: Olivia Tanridiler, Karolina Saveska [Figur 26]:http://medlem.swereakimab.se/hemsida/PROJEKT/Vikteffektiva.nsf/28eca27ed1 db5bb6c1256a2500292c45/4b5eb3ac5e865ab4c125741d003b485f/$FILE/Vilmer%20Rap%2029.pdf Gjuteriföreningsskrift: ”Guidelines” för utformning av gjutna komponenter. [U.d. 01-07-2005, hämtad 13-09-2013, kl.14:57]

 

A  

11 Appendix

11.1 Appendix 1 – Pugh matris

Kolumn1 Kolumn2

Kolumn 3

Kolumn4

Kolumn5

Kolumn6

Kolumn7

Kolumn8

Kolumn9

Förslag

Kriterier Vikt Referen

s 1 2 3 4 5 6

Materialåtgång* 10 0 + + + + + +

Tillverkningskostnad* 5 0 + - + + - -

Tätningsförmåga* 10 0 0 0 - - 0 0

Tryckfall* 9 0 + + + - 0 +

Placering av ventil 3 0 + + + + - +

Servicebarhet (ventil) 4 0 0 + 0 + 0 0

Dräneringskapacitet* 9 0 + + + + + +

Antalet monteringssteg 7 0 0 0 0 0 - 0

Risk för gjuteffekter 6 0 0 0 0 0 0 0

Summa + 36 35 40 31 19 31

Summa 0 27 23 17 13 29 27

Summa ̶ 0 5 10 19 15 10

Nettovärde 36 30 30 12 3 21

Rangordning 1 2 2 4 5 3 Beslut om vidareutveckling Ja Nej Nej Nej Nej Nej

* = uppskattning

Kolumn1 Referens: Dagens reducerventil Förslag 1: Pilotstyrning 1 lång Förslag 2: Pilotstyrning 2 kort Förslag 3: Pilotstyrning 3 korsande

Förslag 4: Kulventil Förslag 5: Kugghjulsventil Förslag 6: Konkav ventil

B  

v. 25 v. 26 v. 27 v. 28 v. 29 v. 30-31 v. 36 v. 37 v. 38 v. 39 v. 40 v. 41 v. 42 v. 43 v.44 Verklig TidAktivitet M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F M T O T F

v. 1 v. 2 v. 3 v. 4 v. 5 v. 6-7 v. 6 v. 7 v. 8 v. 9 v. 10 v. 11 v. 12 v. 13 v. 14PROBLEMANALYS 44

Problembeskrivning 4 4Målformulering 1 1Avgränsning 4 2 6Lösningsmetod 1 1Kravspecifikation 6 6Förstudie 2 6 2 10Rapport 6 6Tidplan 2 6 8Checkmöte 0UM1 2 2

FAKTAINSAMLING 103

Studiebesök hos Motor med handledare 2 2Studiebesök - benchmarking Volvo 4 4Faktasök och dokumentation om: - Dieselmotorer, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 6 2 8 - Oljefiltrering, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 2 2 4 - Centrifugaloljerenare, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 4 4 - Oljedränering, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 3 3 - Fullflödesfilter, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 4 4 - Överströmningsventil, m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 1 1 - Servicevägar, m.h.a. elektroniska källor 2 1 1 4 - Reducerventilsfunktion (fördjupning), m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 2 7 4 13 - Reducerventilshus (fördjupning) m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 2 5 7 - Vevhus/filtrering/gas m.h.a. litt.studier och elektroniska källor 1 2 3 - Vätskelås 2 1 3 - Material 3 3 - Kostnadsunderlag 5 5Rapport 6 6 2 12.5 6 20Tidplan 4 1 2 2.5 2 9Checkmöte 1 1 2UM2 4 4

KONCEPTGENERERING 87

Brainstorming 4 2 8 14Brainwriting 2 4 2 2 2 12Konceptgenerering 4 14 14 16 48Studiebesök, motormontering 6 6Göra PUGH's matris 1 4 5Designreview / Konstruktionsgenomgång 1 1Konceptval 1 1

GENOMFÖRANDE 170

CAD 16 12 4 2 12 12 16 14 88Benchmarking - information 0Hållfasthetsberäkningar 0Beräkning på reducerventil 4 2 16 16 16 54Beställa friformsmodell 0Faktasök, extratillfälle vid behov 2 2Simulering i CATIA 2 2

Prata med inköps. avd. om kostnader 0Rapport 8 9 1 18Tidplan 2 2Checkmöte 2 1 1 4

GENOMFÖRANDE 402

CAD 12 10 10 6 12 11 10 8 7 13 16 10 8 7 7 8 8 2 165Benchmarking - information 2 0Fjäderberäkning 2 4 8 8 16 38Simuleringar - GAS hållf., egenfrekvensanays, materialtjockl.,släppn.vinkelanalys 16 16 0Beställa friformsmodell 2 X X X X X X X 2Rapport 5 2 4 2 2 1 2 7 8 7 7 8 6 16 14 15 16 12 16 16 166Rapportdispositionsmöte 6 6Tidplan 4 1 4 2 1 1 1 1 15Checkmöte 1 1 1 1 1 2 1 2 10

PRESENTATION 172

Förberedelse inför presentation 2 5 6 6 16 16 16 67Tidplan 2 2 2 6Rapportskrivning 14 16 10 16 14 14 16 12 10 10 10 16 142Checkmöte 1 0UM3 4 0Redovisning, UM4 2

TOTAL TID 978

11.2 Appendix 2 – Tidplan