Teknikutvecklingens olika faser

Identifiera behov: Vårt behov är att sortera kulor i olika material. Detta behövs även i samhället för att återvinningsarbetet ska bli lättare och effektivare.

Förslag till lösning: Vi började med att fundera på vilken metod vi skulle använda i sorteringen. Skulle vi sortera dem efter tyngd, färg eller ordningen de kom i? Vår första idé var att sortera bort metallkulorna genom en fallucka, magnet eller vatten (genom densitet). Till de andra kulorna kom vi på en klaffliknande idé som sorterar kulorna efter ordningen de kommer i (se fliken ”Produktbeskrivning”). Efter att ha gjort skisser och prototyper (se fliken ”Bilder”) kom vi fram till att klaffidén var den bästa och vi bestämde oss för att använda den till alla kulorna.

Konstruktion: Vi började med att konstruera stoppklaffarna. Efter några försök insåg vi att endast metallkulan kunde tynga ner klaffarna. Då bestämde vi oss för att använda oss av hävstångseffekten och förlängde vissa stoppklaffar så att även plast- och träkulorna kunde välta över stoppklaffarna trots att de inte vägde så mycket.

Sedan byggde vi en bana som kulorna kunde rulla längs och därefter monterade vi stoppklaffarna på banan. Efter att en kula välter över en stoppklaff så faller kulan ned i ett rör som för den till dess respektive behållare. Vardera stoppklaff har ett eget rör så att kulorna inte blandas ihop igen.

Därefter byggde vi en låda med två väggar och en golvplatta. Hela lådan målades och på utsidan monterades målningar av muppar som spelar instrument. Instrumenten ritades för att vi ville visa vårt gemensamma intresse för musik. Vi byggde även rör med trattar som kulorna kunde ramla ner i. Rören målades gröna och runt trattarna limmade vi fast blomblad tillverkade av färgat papper.

Dock hade vi ett problem, då alla kulorna släpptes ner på banan direkt efter varandra föll flera kulor ner i samma klaff. Därför byggde vi en konstruktion för att sakta ner kulorna så endast en kula släpptes ned på banan i taget.

Vår första idé till en fördröjningsmekanism var ett hjul. I hjulet fanns två hål där bara en kula fick plats i taget. Tanken var att kulornas vikt skulle rotera hjulet och släppa ut kulan till resten av sorteringen. Genom hjulet gick en pinne som låg i sugrör, vilket gjorde att det kunde snurra. Detta fungerade dock inte då vi inte lyckades bygga ett tillräckligt exakt hjul.

Den andra tanken vi hade på en fördröjningsmekanism liknade en fisktrappa. Tanken var att kulorna skulle åka i svängar vilket skulle få kulorna att sakta ner och få ett större avstånd till varandra med hjälp av upprepade tempoväxlingar. Tyvärr fungerade inte detta tillräckligt bra, då fördröjningen inte blev tillräcklig. Vi återupptog vår första idé med hjulet eftersom vi hittade en motor som fungerade bättre än vår första konstruktion, dock denna gång med ett nytt hjul. Det nya hjulet har enbart en försänkning, vilket ger en längre fördröjning.

Vår nya konstruktion fungerade genom att en motor driver en axel med ett roterande hjul. För att kulorna ska komma vidare till banan måste de ta sig genom detta hjul. Till att börja med placeras alla kulor i ett startrör, varifrån en kula åt gången åker ner i försänkningen i hjulet. Därifrån förs de vidare ut på banan och mot stoppklaffarna. Hjulets försänkning är så pass liten att endast en kula kan färdas åt gången.

Det tog ett tag innan vi hittade en passande motor. Vi testade först att använda en liten, vanlig, elektrisk motor. Vi märkte snabbt att det var svårt att sätta på en axel på den, ett annat problem var att motorn var för svag. Vi hittade sedan en legomotor och fick en idé att man kunde bygga en ställning för startröret med lego. Vi placerade motorn på en legoplatta och började bygga en ställning runt den. Vi kopplade samman motorn med legoaxeln, som hjulet är fäst vid, med hjälp av kugghjul. För att röret skulle komma i rätt höjd med hjulet byggde vi en stapel av 2*4 lego bitar som vi limmade fast röret på. Vi märkte att konstruktionen var lite klen och vinglade när den var igång så vi stabiliserade det med glasspinnar och varmt lim. Vi limmade fast alla komponenter på en hårdare plywoodplatta och fäste rundstavarna i bottnen. Sedan borrade vi hål i bottenplattan och limmade fast vår fördröjningsmekanism.

När vi väl byggt alla delar började vi montera ihop dem till den färdiga kulbanan. Vi placerade legokonstruktionen med fördröjningsmekanismen och motorn på rundstavar så den befann sig högt upp, nära den korta lådväggens kant. Sedan limmade vi fast själva kulbanan med stoppklaffarna på lådans väggar. Detta var dock lite svårt eftersom att vi behövde ha banorna i speciella vinklar så att kulorna kunde rulla rätt.

Utprovning:

En annan viktig utprovning vi gjorde var när vi skulle montera fördröjningsmekanismen på lådan. Vid första försöket av fördröjningsmekanismen med alla kulor upptäckte vi ett problem eftersom kulornas tryck mot röret gjorde att vissa kulor stoppade röret och slungades upp mellan röret och hjulet, utan att falla ned i hålet och släppas på banan som vi planerat. Vi kom fram till att vi behövde justera vinkeln och placeringen av röret så att avståndet mellan röret och hjulet minskade och förhindrade kulorna att slungas ut. Vi ökade också konstruktionens stabilitet med hjälp av glasspinnar så hjulet inte blev lika tryckkänsligt och minskade friktionen mellan hjul och kula genom att klä in hjulet i papper. Då stoppades kulorna inte upp lika lätt och kunde vila mot hjulet medan den snurrade, utan att slungas upp. Vi testade konstruktionen många gånger under hela processen tills det fungerade varje gång.

Eftersom stoppklaffarna är så finkänsliga behövde vi testa vinklarna för våningarna noggrant, både hur branta de skulle vara och vilken lutning de skulle ha mot trattarna. En lutning behövdes för att kulorna skulle föras åt rätt håll när de stötte i plattan vid stoppklaffen. Vi testade många olika vinklar, men kom sedan fram till den rätta som fungerade för alla stoppklaffar.

Ett problem vi upptäckte när vi monterat de två våningarna var att våningens lutning åt sidan gjorde att vissa kulor fastnade eller ramlade ned i redan nedfällda stoppklaffar. Vi löste detta genom att fästa en triangelformad träbit på den andra våningens högra vägg (sett från kulans perspektiv) som ledde kulorna lite till vänster och förhindrade kulorna att fastna. Då kunde kulorna åka hela vägen till sin stoppklaff och sorteras rätt.

När vi monterade fast de två våningarna i lådan märkte vi att två av stoppklaffarna krockade (den första för plast samt den första för metall), något vi inte räknat med. Vi testade att fästa två trattar vid klaffarna, men det fanns inte tillräckligt med plats – kulorna föll av misstag ned i samma tratt och sorterades då fel. Vi löste detta genom att fästa en ramp ovanför metalltratten som ledde plastkulan till en tratt längre bort. Detta var möjligt eftersom det var en nivåskillnad mellan våningarna och det gav därför plats till både en ramp och en tratt.

Tillslut lyckades vi få allting och att fungera och gjorde filmen på färdiga produkten. Vi lyckades få tiden till 24,19 sekunder efter all testning.