Constructieprincipes, wat zijn dat?
- Constructieprincipes zijn slimme grondbeginselen voor het ontwerp van machines en producten. Ze vormen de basis voor het ontwerp en de bouw ervan. Constructieprincipes volgens nieuwe inzichten zullen je helpen een optimaal functionerend ontwerp te realiseren. Maar ook slimme principes van vroeger kunnen uitstekend ingezet worden voor je toekomstige ontwerp.
Sterke of stijve constructie?
Een constructie moet bijvoorbeeld sterk genoeg zijn zodat deze niet bezwijkt onder optredende belasting. Daarnaast wordt vaak van een constructie een zekere stijfheid op een bepaalde plaats en in een bepaalde richting vereist.
- Hoe kom je tot een constructie met op elke plek en in elke richting de juiste stijfheid?
- En hoe ga je tijdens het ontwerpen om met vrijheidsgraden van beweging zodat jouw constructie exact de juiste vrijheidsgraden heeft?
- Wat zijn goed-werkende constructies en modules voor het (fijnmechanisch-) bewegen en positioneren?
- Hoe maak je slim gebruik van plaatwerk, materialen en vormen?
- Hoe pas je elastische elementen toe in je constructie?
- Daarvoor dienen de constructieprincipes!
Constructieprincipes per vak verschillend
- In de bouw gelden andere constructieprincipes dan in de werktuigbouwkunde. Dit heeft te maken met de gebruikte materialen en de vereiste nauwkeurigheden. De vraag is ook hoe een constructie wordt belast. Is dat alleen statisch of ook dynamisch?
- In de werktuigbouwkunde heb je te maken met tal van fenomenen waarvan we handig gebruik kunnen maken, mits op de juiste wijze toegepast. Denk bijvoorbeeld aan speling, compliantie, wrijving en hysterese. Voor het nauwkeurig bewegen en positioneren kunnen deze fenomenen lastig zijn en vergt het inzicht en oefening om ze te vermijden. Daarnaast kunnen microslip, zwakte en statische onbepaaldheid je goede bedoelingen verstoren. Ze vragen om een zorgvuldig ontwerp en het kunnen rekenen met vuistformules zodat je al snel weet of jouw concept haalbaar is.
Waar en wanneer kun je constructieprincipes toepassen?
- Deze principes kun je toepassen in alle takken van de werktuigbouwkunde en soms ook in de bouwkunde, kortom van precisietechnologie tot hoge gebouwen.
Oude en nieuwe constructieprincipes toepassen
Vakmensen van nu verwerken nieuwe- maar soms ook oude inzichten in hun constructies. Het toepassen van de juiste constructieprincipes kan je tijd besparen. Je kan je voordeel doen met de ervaring van anderen. Zelfs al in het vierde en vijfde millennium voor Christus bedachten mensen in India en Egypte slimme oplossingen voor allerlei processen. Ze ontwierpen intelligente gereedschappen en constructies en maakten hier tekeningen van.
Illustratie: Egyptenaren aan het werk. Met o.a. gereedschap dat we nu kennen als de bow drill of boog-boor. (Illustratie met toestemming overgenomen van Salko Safic)
Waarom constructieprincipes?
- Kennis over de constructieprincipes zal je helpen om bij elke uitdaging in de machinebouw, soms ook in de bouw, de geschikte oplossing te vinden. Dit is nodig om een goedwerkende machine of een functioneel product te kunnen ontwerpen en te bouwen. Door het op de juiste manier toepassen van constructieprincipes bespaar je materiaal en tijd, dus ook geld. Door duurzaam te construeren met hulp van de juiste constructieprincipes draag je bij aan een mooiere wereld.
Hoe doe je dat?
- Er zijn diverse goede studieboeken op het gebied van constructieprincipes vrij in de handel verkrijgbaar. Het bestuderen van deze principes en het goed bestuderen van de afbeeldingen zal de ontwerper zeker helpen.
Een voorbeeld: In veel bruggen zijn bijvoorbeeld driehoekverbindingen verwerkt. De stabiele vorm van een driehoek maakt hem geschikt als constructieprincipe.
- Een ander voorbeeld: Door slim te construeren met bijvoorbeeld dun plaatmateriaal in een bepaalde vorm kun je eveneens een lichte en stijve constructie bouwen. Daarnaast is het zinvol om al in een vroeg stadium met behulp van enkele vuistformules afschattingen te maken. Daardoor weet je of jouw concept haalbaar is.
Alles draait om het proces
- Als jou wordt gevraagd om een nieuwe machine te ontwerpen, dan begin je met je te verdiepen in het onderhavige proces. Wat moet deze machine kunnen? Ga je een machine verbeteren, dan begin je met je te verdiepen in het onderhavige probleem. Het helpt daarbij om ‘in de huid te kruipen’ van een component of materiaal om te snappen wat er zich precies afspeelt. Wanneer je dat eenmaal begrijpt, pas dan kun je met goede concepten komen.
Steeds kleiner en sneller
- Vergaande miniaturisering van de mechanica en van elektronische componenten vraagt om zeer nauwkeurig bewegen en positioneren. Dit kan alleen wanneer je alle fenomenen helemaal begrijpt en er goed mee om weet te gaan.
Het gewenste effect met minder materiaal
- Voor een slimme constructie kan je vaak toe met minder materialen. Een lagere massa kan gunstig uitpakken voor de machinedynamica. Trouwens ook voor de projectbegroting. Holle constructies en profielen combineren een besparing op materiaalgebruik met behoud van voldoende stijfheid en sterkte.
Nauwkeurig bewegen en positioneren
- Voor het nauwkeurig bewegen en positioneren werken de eerder genoemde fenomenen belemmerend. Zo kunnen ze een onzekerheid veroorzaken over de plaats van een component in het proces. Ze vragen om een zorgvuldig ontwerp met toepassing van de juiste principes. Het vergt inzicht en oefening om ze te vermijden. Dat de genoemde fenomenen ongewenst zijn tonen de vele voorbeelden aan die tijdens een training constructieprincipes aan bod komen.
Lees- en leertips
- ‘Des duivels prentenboek’ van prof. ir. Wim van der Hoek
Verzameling van vraagstukken en oplossingen uit de praktijk, over lastige fenomenen in constructies. Van der Hoeks bijdragen verschenen ook in een gelijknamige reeks in het vakblad Constructeur. - ‘Constructieprincipes voor het nauwkeurig bewegen en positioneren’ van prof. dr. ir. M.P. Koster
- ‘Design principles’ van prof. dr. ir. H. Soemers
- Constructieprincipes training van Inventas
- In de jaren 1960-1970 is in Eindhoven prof. ir. W. van der Hoek begonnen aan zijn werk ‘Des Duivels Prentenboek’. Dit boek bevatte oplossingen uit de praktijk om af te kunnen rekenen met lastige fenomenen in constructies. Door zijn kennis van de mechanica en logisch nadenken wist hij nuttige tips te verzamelen om goed te construeren en daarbij valkuilen te vermijden. Van der Hoek is met dit werk de grondlegger van het vak constructieprincipes. Een vak dat veel mensen wereldwijd nog steeds volgen. Hij werd een icoon in de precisietechnologie en verwierf internationale bekendheid.
- Vanaf de negentiger jaren verwierf Prof.dr.ir. M.P. Koster bekendheid door zijn grote kennis van de mechanica en met zijn boek ‘Constructieprincipes voor het nauwkeurig bewegen en positioneren’. (zie afbeelding) Bij het ontwerpen van consumentenproducten, professionele producten en productiemiddelen is de nauwkeurigheid van beweging en positionering in veel gevallen een belangrijk aspect. De in dit boek aangereikte constructieprincipes helpen de constructeur op weg om die eigenschappen in zijn systeem te krijgen, die hij op grond van de theoretische overwegingen nastreeft.
Het begrijpen van constructieprincipes
- De ervaring leert dat het vak constructieprincipes niet eenvoudig is. Je hebt het meeste profijt van de boeken als je jezelf de tijd gunt om afbeeldingen lang en kritisch te bekijken. Pas dan kun je deze grondig in je opnemen en analyseren. Ergens de tijd voor nemen ligt helaas steeds minder voor de hand. We kijken vaak vluchtig en oppervlakkig naar allerlei zaken door de veelheid aan informatie die op ons af komt. We nemen vaak niet de tijd om ons te concentreren op processen, verbeteringen en principes. En dat is nu juist belangrijk voor het vak van ontwerper en constructeur.
Wanneer is je klant tevreden?
- Nadat bewezen is dat de constructie, die je speciaal voor hem ontwikkelde, voldoet aan zijn verwachtingen qua prijs, levertijd en prestaties. Pas dan is je klant echt tevreden. Hiervoor heb je gedegen inzicht nodig en je moet de vraag van de klant door en door begrijpen. Daar gaat een goede oriënterende en onderzoekende fase aan vooraf. In het werkelijk begrijpen van een probleem ligt de basis van de oplossing.
Observeren en verdiepen
- Als je eenmaal aan een constructie veel tijd hebt besteed, of zelf de constructie hebt ontworpen, zal je die de rest van je werkzame leven onthouden. Dat maakt het zo waardevol om je in slimme constructieprincipes te verdiepen en goed te observeren hoe ze gemaakt zijn en hoe ze werken.
Checklist voor de ontwerper
Ontwerpen is enorm leuk, het geeft veel voldoening. Wil je tot een goed ontwerp komen? Volg dan op z’n minst deze stappen:
- Begin met een grondig onderzoek, probeer het proces te snappen,
- ‘Kruip in de huid van..’,
- Denk vervolgens goed na over een mogelijk concept,
- Maak creatieve schetsen,
- Pas de juiste constructieprincipes toe. Het boek van Prof.dr.ir.M.P.Koster kan daarbij behulpzaam zijn.
Een efficiënt ontwerpproces
- Dat het slim is om alle gevolgde stappen goed te plannen, vast te leggen en te archiveren mag een understatement zijn. Heldere en smart-geformuleerde specificaties en afspraken gaan je helpen om het ontwerpproces efficiënt te doorlopen. Bovendien zal het je helpen als je je collega’s laat meekijken en hen laat checken of je de juiste keuzes hebt gemaakt.
Meer weten?
Misschien wil je meer weten over constructieprincipes of wil je je verder bekwamen in dit vak. Mogelijk heb je interesse om hierin een cursus of training te volgen. Meer informatie hierover en de mogelijkheid om je hiervoor in te schrijven vind je hier: training constructieprincipes voor precisietechnologie.