Test van het prototype

Vandaag is het prototype getest om te controleren of de buitenkant niet warmer wordt dan 50°C. Daarbij is dezelfde testopstelling gebruik als bij de vorige experimenten.

Tijdens het opwarmen viel op dat het opwarmen vrij snel verliep en dat de buitenkant erg langzaam opwarmt. Uiteindelijk bereikten de grillplaten een temperatuur van 303°C. Dit is iets hoger dan bij het oude model. Dit kan ook komen door de kwaliteit van de thermostaat. Wat nog meer opvalt is dat de temperatuurpiek van de behuizing enorm is afgevlakt ten opzichte van het oude model.

Hieronder staan twee grafieken om de metingen duidelijker te maken. Beide grafieken weergeven de temperatuur tegenover de tijd. Hierbij is de temperatuur van de grillplaten bijgehouden en de temperatuur van de bovenste behuizing. Grafiek 1 is het oude model en grafiek 2 is het vernieuwde model 'Easygrill'.

Grafiek 1

Grafiek 2

Ik zal puntsgewijs opsommen wat dit betekend voor het nieuwe ontwerp:

• De maximale temperatuur van de behuizing is 63°C. Dit is hoger dan de eis van 50°C. Daarmee is deze eis niet gehaald.
• De piek in de buitentemperatuur is enorm afgevlakt.
• De maximale buitentemperatuur is met ongeveer 50°C afgenomen.
• De grill slaat pas na 24 minuten opnieuw aan t.o.v. 18 minuten bij het oude model.
• Door bovengenoemd punt is de nieuwe grill ongeveer 15% zuiniger in energieverbruik (bij gebruik van 1 uur lang, bij korter gebruik is de grill nog zuiniger)

Ondanks dat een van de ontwerpeisen niet gehaald is, zijn er flinke verbeteringen gemaakt. Zowel op veiligheid als op energieverbruik. Daarnaast is de gebruiker goedkoper uit in zijn energiekosten. 

Feedback van anderen

• Medestudenten waren eigenlijk verrast dat de grill werkt. Ook heb ik veel positieve terugkoppeling ontvangen over de temperatuur van de buitenkant van de behuizing.
• Van sommige groepen heb ik gehoord dat de behuizing van hun grill ook een lage temperatuur heeft. Tot nu toe heb ik nog niemand gehoord die hier berekeningen, simulaties of experimenten mee heeft gemaakt (behalve de groep van Gavin waar wij informatie mee uitwisselen). Wij zijn de enige groepen die deze informatie niet baseert op aannames en dat geeft een goed gevoel.

Wat heb ik hiervan geleerd?

• De eis die wij aan het begin van dit project stelden was erg hoog gegrepen gezien de tijd die er beschikbaar was. Het vergt enorm veel testen en aanpassen om die eis daadwerkelijk te halen. 
• Het is enorm lastig om van tevoren te voorspellen wat warmtestromen doen. Misschien hadden we hier beter inzicht in kunnen krijgen m.b.v. een warmtecamera.

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

• Leerdoel 1.2 Je kunt een productontwerp optimaliseren voor wat betreft fabricage, assemblage, falen, kosten, marktpositie, mens-product-interactie en duurzaamheid/milieubelasting.
• Leerdoel 1.6 Je kunt ecologisch verantwoord ontwerpen, rekening houdend met andere kwadranten van het zonnewiel (mens, markt en technologie)
• Leerdoel 4.4 Je kunt essentiële fysische metingen uitvoeren
• Leerdoel 4.5 Je kunt de opgedane kennis en informatie toepassen op nieuwe ontwerpen

Bouw van het prototype

Modelbouw

Nadat alles was uitgetekend in Solidworks hebben we een prototype gebouwd. Dit prototype moest een zichtmodel zijn waarvan de simpele functies moesten werken (zoals openklapen e.d.). Wij wilden een stapje verder gaan door de grill volledig werkend te maken. Vervolgens kunnen we testen hoe warm de buitenkant in werkelijkheid wordt.

Met de laatste experimenten werd de grill maximaal 75 °C. Dit is een temperatuursdaling van 37 °C ten opzichte van het oude model. Toen viel op dat de warmte veelal via de bakplaten naar de behuizing stroomde. Dit komt omdat de bakplaten direct contact maken met de behuizing. Dit is met ons prototype niet meer het geval. Ook is de isolatielaag 3-4 mm dikker dan met de vorige experimenten. Met deze twee aanpassingen hopen we de temperatuur nog verder naar beneden te halen.

De modelbouw zelf verliep vrij goed. Het lastigste gedeelte was het vergroten van de behuizing. Deze moest 2 cm langer, 1 cm dieper en 1 cm hoger. Dit hebben we gedaan door de behuizing in een kruisvorm door te slijpen en te vergroten met stroken plaatstaal. Dit geheel is aan elkaar gepuntlast en vervolgens geverfd.

Feedback van anderen

Veel medestudenten vinden het indrukwekkend dat we een werkend prototype zijn gaan bouwen. De meesten verwachten dat deze niet zal werken. Waarom onze grill niet zal werken durft niemand te zeggen.

Er zijn nog geen docenten die ons prototype gezien hebben, maar ik verwacht dat meneer Wattez het erg interessant vindt dat we een nieuw werkend prototype hebben gemaakt. De experimenten met dit prototype gaan we dan ook bij hem in het elektro lab uitvoeren.

Wat heb ik hiervan geleerd

Veel studenten raadden het ons af om een werkend model te bouwen. Toch is dit redelijk goed verlopen. Het model is nog niet getest maar zou moeten werken.

Met goede samenwerking valt een lastig model ook goed en snel te maken in de werkplaats.

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

Leerdoel 4.1 Je kunt huishoudelijke apparaten determineren: alle componenten en materialen herkennen, benoemen en de specificaties daarvan vaststellen

Leerdoel 4.5 Je kunt de opgedane kennis en informatie toepassen op nieuwe ontwerpen

Solidworks model tekenen

Nu alle oplossingen, onderdelen en materialen bekend zijn, zijn we begonnen met het maken van Solidworks modellen. Alle onderdelen zijn individueel getekend, dit heeft erg veel tijd gekost. Zelf had ik al wat ervaring met Solidworks en ik dacht dat mijn groepsgenoten ook de basis wel te pakken hadden. Ik had hun namelijk al weleens zien tekenen en we kregen er colleges over.
Toch heeft het nog erg lang geduurd voor alles af was. Hierdoor kwam ik ook in moeilijkheden met het maken van de assembly. Toch is het wel gelukt, maar de overige zaken zijn nu in ernstige tijdnood gekomen (quick scans, verslaglegging, modelbouw, e.d.).

Aangezien de toets nog voorbereiding vergt en Pasen ook tussendoor valt, ben ik bang dat niet alle elementen op tijd af zullen zijn. Toch gaan we proberen om alle quick scans te maken en ons model te bouwen. Met dit model kan weer getest worden om te zien of de isolatie voldoet.

Ook in Solidworks zijn door de groep van Gavin simulaties uitgevoerd met de warmtestromen binnen de grill. Ze hebben daarbij hun eigen model getest maar hun grill isoleert redelijk. Daarom denken we dat onze grill in de praktijk ook goed zal moeten werken omdat wij meer isolatiemateriaal in onze grill hebben.

Hieronder staat een paar renders van ons Solidworks model. Dit zijn nog een paar tests en ze zijn nog niet perfect.

Easygrill met de lampjes uit

Easygrill met stekker in het stopcontact of op temperatuur

Easygrill terwijl deze aan het opwarmen is

Wat heb ik hiervan geleerd?

• Ik had meer rekening moeten houden met de 3D CAD vaardigheden van mijn groepsgenoten.
• Ik had meer moeten aansturen op de groep om hun taken uit te voeren. 1 groepsgenoot heeft een week lang weinig uitgevoerd.
• Het uitvoeren van experimenten en het doorontwikkelen van oplossingen is goed en leuk, maar nemen veel tijd in beslag. Deze tijd was niet voorhanden.
• In de conceptfase hebben we er juist voor gezorgd dat alle deliverables er op tijd waren. Daardoor waren de oplossingen mager. Nu is dit omgedraaid maar hebben we straks weinig documentatie om de haalbaarheid van ons product aan te tonen.

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

• Leerdoel 1.2 Je kunt een productontwerp optimaliseren voor wat betreft fabricage, assemblage, falen, kosten, marktpositie, mens-product-interactie en duurzaamheid/milieubelasting.
• Leerdoel 1.4 Je kunt ten opzichte van de productspecificaties een valide keuze maken voor de materialen, afmetingen en productiemethoden op basis van de eigenschappen, toepassing en prijs van metalen en kunststoffen en die van de productietechnieken waarmee je die materialen in de gewenste en/of benodigde seriegrootte, vorm en afmetingen kunt maken.
• Leerdoel 1.7 Je kunt ontwerpideeën en -concepten doeltreffend en doelmatig visualiseren en communiceren aan medestudenten, docenten en opdrachtgevers.
• Leerdoel 1.9 Je kunt een productontwerp modelleren in een 3D-softwarepakket.
• Verbeterpunt: Doorontwikkelen van deeloplossingen (uit STARRT conceptfase)

Doorontwikkelen van deeloplossingen

Na de ontdekkingen van de experimenten over thermische isolatie, is er geprobeerd om verder door te ontwikkelen. Dit ontbrak enigsinds tijdens de conceptfase. Er zijn een aantal aanpassingen gedaan in het ontwerp op de volgende punten:

• De bakplaatclips zijn opnieuw aangepast. Er was al een nieuw systeem bedacht, deze zorgde echter voor een extra handeling. Deze handeling kan vergeten worden en dit is niet goed voor de veiligheid van het apparaat. De nieuwe aanpassing heeft deze handeling weer weggehaald.
• Er zijn op een aantal onderdelen kostprijsreducties gedaan.
• De antiaanbaklaag was op dit moment van teflon. Teflon is erg slecht voor het milieu en is ook een relatief duur materiaal. We hebben ervoor gekozen om dit te vervangen door emaille. Dit zorgt voor een lagere kostprijs en milieubelasting. Er is wel een nadeel aan emaille, het is behoorlijk breekbaar.
• De bakplaat krijgt een kleine siliconen rand. Deze zorgt voor extra isolatie tussen de bakplaten en de behuizing. Daarnaast vangt het schokken op als de bakplaten vallen. Dit verkleint de kans dat het emaille zal breken.
• De behuizing is vergroot zodat deze geen direct contact meer maakt met de bakplaten. Dit zorgt ervoor dat er minder (warmte)energie naar de behuizing stroomt.

Met deze aanpassingen kunnen we een mooi product neerzetten. Hiermee is het product veiliger, goedkoper en beter voor het milieu geworden. 

Feedback van anderen

• Ik heb van medestudenten gehoord dat het aanpassen van de bakplaatclips een goed idee is. In het oude ontwerp waren deze onveilig omdat ze na een bepaalde tijd lam raakten. De bakplaatclips in het concept voegden een extra handeling toe voor de gebruiker. De bakplaatclips die er nu in komen hebben evenveel handelingen als het oude systeem, maar zal niet lam raken. Dit vonden een aantal medestudenten een erg goede oplossing.
• Veel studenten vinden het knap dat we proberen om een grill te maken die niet meer warm wordt aan de buitenkant. 

Wat heb ik hiervan geleerd?

• Er vallen heel veel oplossingen door te ontwikkelen. Dit lukte in de conceptfase niet omdat de focus lag op wat opgeleverd moest worden.
• Door experimenten kan je soms op hele nieuwe inzichten komen. (zoals nu met het vergroten van de behuizing)
• Er kunnen soms heel mooi meerdere functies worden gegeven aan een bepaalde oplossing. (de siliconen rand om de bakplaat zorgt voor extra isolatie en voorkomt dat de emaille aanbaklaag snel breekt)

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

• Leerdoel 1.2 Je kunt een productontwerp optimaliseren voor wat betreft fabricage, assemblage, falen, kosten, marktpositie, mens-product-interactie en duurzaamheid/milieubelasting.

• Leerdoel 1.4 Je kunt ten opzichte van de productspecificaties een valide keuze maken voor de materialen, afmetingen en productiemethoden op basis van de eigenschappen, toepassing en prijs van metalen en kunststoffen en die van de productietechnieken waarmee je die materialen in de gewenste en/of benodigde seriegrootte, vorm en afmetingen kunt maken.
• Verbeterpunt: Doorontwikkelen van deeloplossingen (uit STARRT conceptfase)

Onderzoek naar thermische isolatie (deel2)

Donderdag 10 Maart zijn we verder gegaan met het onderzoeken van thermische isolatie in de grill. Siliconenrubber had wel iets opgeleverd maar was niet ideaal. We hadden besloten om deze keer een ander isolatiemateriaal te gebruiken, namelijk steenwol. Dit is een zeer goed isolerend materiaal maar  pluist wel en je wilt het niet in je voedsel hebben. Daarom is dit afgedekt met aluminiumfolie.

Tijdens de test zijn dezelfde dingen gemeten als de vorige test. Onze hypothese was dat de grill nu nog beter zou isoleren. Daardoor zou de buitentemperatuur nog lager moeten zijn en de grill zou theoretisch gezien minder energie moeten verbruiken. Om dit laatste gedetailleerder te kunnen meten is de test uitgevoerd over een tijdsduur van 50 minuten. De eerste tien minuten is er elke minuut gemeten om de overshoot in kaart te brengen. Daarna iedere keer dat de verwarmingselementen uit of aan gingen.

Dit waren de resultaten.

Grill 1 (normale grill)

Tijd (mm:ss)	Tbinnen (˚C)	Tbuiten (˚C)	Status
00:00	18,6	21,5	Aanschakelen
00:01	30	23,5	Aan
00:02	56	28	Aan
00:03	98	38	Aan
00:04	150	43	Aan
00:05	199	67	Aan
00:06	247	83	Uit
00:07	282	98	Uit
00:08	285,5	105	Uit
00:09	278	109	Uit
00:10	270	112	Uit
18:30	197	89	Aanschakelen
19:28	199	89	Uitschakelen
24:45	197,5	88	Aanschakelen
25:50	209	85	Uitschakelen
30:10	197,5	88	Aanschakelen
30:55	202,5	89	Uitschakelen
35:45	197	85	Aanschakelen
36:45	200	86	Uitschakelen
41:44	195	85	Aanschakelen
42:20	201	87	Uitschakelen
47:42	196	89	Aanschakelen

Grill 2 (geïsoleerde grill)

Tijd (mm:ss)	Tbinnen (˚C)	Tbuiten (˚C)	Status
00:00	20,9	20,3	Aanschakelen
00:01	27	21,5	Aan
00:02	46	21,5	Aan
00:03	91	23	Aan
00:04	145	28	Aan
00:05	202	37	Aan
00:06	253	43	Uit
00:07	285	54	Uit
00:08	290	58	Uit
00:09	284	68	Uit
00:10	275	75	Uit
30:00	148,5	59	Uit
45:00	100	45	Uit
50:00	91,0	42	Uit

Wat enorm opviel is dat de geïsoleerde gril niet meer opnieuw aanging. Ook na afkoelen en opnieuw aanzetten deed deze niets meer. In eerste instantie dachten we dat er iets mis was met de thermostaat. Na het demonteren en controleren van het elektrisch circuit bleek dat de oververhittingsbeveiliging was doorgebrand.

Normaal hangt de oververhittingsbeveiliging vrij in de lucht. Door de isolatie werd deze nu tegen de verzinkte plaat van het verwarmingselement gedrukt. Deze plaat wordt veel te heet voor de beveiliging (216˚C) en daardoor werd het meteen logisch dat deze was doorgebrand.

Door dit defect was de test niet meer betrouwbaar. Wat nog wel betrouwbaar is, is de eerste tien minuten van de test. Beide grills gingen ongeveer gelijktijdig uit bij vergelijkbare temperaturen. Hieronder zie je een grafiek van de temperatuur van de behuizing van beide grills tot aan het hoogste punt van de overshoot.

De waardes van grill 1 zijn wel betrouwbaar. Op basis hiervan heb ik een grafiek gemaakt met een voorspelling van wat er gebeurd na de overshoot. De waardes van grill 1 zijn dus gemeten waardes en die van grill 2 is een voorspelling.

In de grafiek valt in ieder geval te zien dat we de buitentemperatuur flink omlaag hebben gebracht. Dit is een goede vooruitgang maar we hebben onze eis nog niet gehaald. Wat nog steeds een groot probleem is, is het warmtelek van de grillplaten naar de behuizing. De platen geven enorm veel energie direct aan de behuizing af. Wij verwachten dat als dit goed weggewerkt wordt, dat de temperatuur van de behuizing nog een flink stuk omlaag gaat.

Het laatste probleem wat dan overblijft is de overshoot. De stabiele temperatuur na de overshoot is al vrij laag. Als de grillplaten weggewerkt worden en de overshoot geminimaliseerd wordt, verwachten we de eis van maximaal 50 ˚C te halen.

Feedback van anderen

• Meneer Wattéz was zeer enthousiast over de temperatuurdaling die we bereikt hadden. Hij vind dat we zeer goed bezig zijn en verwacht dat we de grill goed kunnen isoleren.
• Willem Haak vind ook dat we goed bezig zijn. Dit komt vooral omdat we alles noteren en met de experimenten alles wetenschappelijk kunnen aantonen. Dit maakt het verschil tussen hobbyisten en wetenschappers.

Wat heb ik hiervan geleerd?

• Onze groep wist niet dat er een oververhittingsbeveiliging in de grill zat, deze hadden we namelijk nog niet gevonden. Nu weten we wel dat deze aanwezig is en waar deze zit.
• Voortaan is het belangrijk om te checken waar de oververhittingsbeveiliging zit. Ook moeten we controleren of deze bij normaal gebruik niet door kan branden.
• Controleer ook altijd of alle elektrische componenten zijn geïsoleerd. De aluminiumfolie die over de steenwol heen zat heeft ervoor gezorgd dat de aardlekschakelaar in het lab twee keer omschakelde. Dit kwam omdat er een klein stukje metaal van het verwarmingselement contact maakte met de aluminiumfolie.
• Steenwol is echt een goede isolator. Dat hebben we nu zelf kunnen zien.
• Breek een experiment nooit zomaar af. De geïsoleerde grill bereikte zo’n lage binnentemperatuur dat we al wisten dat er iets niet klopte. Toch zijn de gegevens van de andere grill prima ter controle. Ook hebben we nu een indicatie van wat er gebeurd na de overshoot.

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

• Leerdoel 1.6 Je kunt ecologisch verantwoord ontwerpen rekening houdend met andere kwadranten van het zonnewiel.
• Leerdoel 4.1 Je kunt huishoudelijke apparaten determineren.
• Leerdoel 4.2 De eigenschappen en globale werking van deze componenten verklaren.
• Leerdoel 4.4 Je kunt essentiële fysische metingen uitvoeren.
• Leerdoel 4.5 Je kunt de opgedane kennis en informatie toepassen op nieuwe ontwerpen.