Markus Kossman

ONTWERPEN VAN DE MOBIELE KRAAN

november 01
2013


ONTWERPEN VAN DE MOBIELE KRAAN
LEGO® Senior Designer Markus Kossmann is een expert in het verzinnen van echt werkende functies voor LEGO Technic elementen. Hij was daarom de ideale kandidaat voor het ontwerpen van het enorme nieuwe Mobiele Kraan model voor 2013!

“Ieder jaar wordt er een nieuw LEGO Technic 'vlaggenschip' model gelanceerd: het grootste model uit de serie, dat ook de zwaarste bouwuitdaging biedt. Het vlaggenschip-model moet altijd iets heel speciaals zijn, dus de keuze wordt zorgvuldig gemaakt. We hadden al eerder een model van een mobiele kraan ontworpen, in 2005. Dat model was supercool en populair bij de fans. De nieuwe versie mocht geen kopie zijn van de eerdere kraan: hij moest groter en beter worden en er moderner uitzien, met verbeterde functies. ”

- LEGO Senior Designer Markus Kossmann



De eerste stap was: onderzoeken welke functies essentieel zijn voor een mobiele kraan, en hoe die konden worden ontworpen en gestuurd in het nieuwe model. Volgens het Technic ontwerpteam konden een aantal aspecten van het model uit 2005 worden verbeterd:

- Eenvoudiger besturing door de tandwielen voor verschillende rotatiehoeken van de assen weg te laten
- Ontwerpen van gemotoriseerde, meer realistische steunvoeten met uitschuifbare poten en stabilisatoren
- Vervangen van de pneumatische functies voor het omhoog brengen van de kraanarm, door een gemotoriseerde lineaire actuator
- Afzonderlijke sturing van het uitschuiven van de kraanarm en de bediening van de hijsfunctie
- Ontwerpen van een modernere uitstraling met behulp van de nieuwste LEGO® Technic elementen



Ideeën ontwikkelen voor de nieuwe functies en het bouwen van het eerste schetsmodel duurt ongeveer twee weken voor een model van deze afmetingen. Het ontwerpteam moest ook prototypes maken voor nieuwe elementen die de functies mogelijk moesten maken. Die elementen werden geproduceerd met een speciale printer waarmee snel prototypes kunnen worden gemaakt, die meteen konden worden ingebouwd.

Het eerste schetsmodel gaf al meteen een goede indruk van hoe groot de kraan zou worden, hoe de functies werkten en wat kritische gebieden waren. Vergeleken met de versie uit 2005 zag de nieuwe kraan er moderner uit, vooral de cabine en de grote kraanarm op de wagen. De nieuwe functies werkten goed, maar de steunvoeten aan de zijkanten moesten ook worden gemotoriseerd. De ontwerpers wilden de kraan ook graag een vijfde as geven, die vóór de voorste steunvoeten moest komen.



Om het proces overzichtelijker te maken verdeelde Markus het model in drie hoofdmodules: het chassis met ingebouwde besturing, motorblok en steunvoeten; het kraanhuis met elektromotor, tandwielen en batterijhouder als contragewicht; en de kraanarm met twee-traps uitschuifsysteem. De drie modules moesten op elkaar aansluiten en samenwerken in het uiteindelijke model, dus daar moesten we bij het ontwerp rekening mee houden. De aandrijving van alle functies van het model gebeurt via één elektromotor op batterijen. De kracht van de motor moest over vier functies worden verdeeld met een tandwielsysteem in het kraanhuis

“In deze fase van het ontwerp moesten alle functies worden geperfectioneerd: dat was een kwestie van veel testen, ombouwen en opnieuw testen; je moet in die fase heel kritisch zijn en met andere ontwerpers overleggen. Tijdens dit proces dacht ik veel na over hoe de kraan moest worden gebouwd, en of dit duidelijk kon worden getoond in de bouwinstructies.”

- Markus



Het chassis was erg lang. Het moest sterk en stevig zijn, om de zware kraan te kunnen dragen. Het chassis mocht niet buigen of breken als het model wordt opgetild. Er zijn een aantal functies ingebouwd in het chassis, zoals de besturing, de V8 zuigermotor, de steunvoeten en de tandwielkast die ze aandrijft.

“Ik maakte eerst een stevige bodemplaat met de assen eraan bevestigd, waar ik de steunvoeten en tandwielen op kon bouwen. Al deze onderdelen worden op hun plaats gehouden door een 'bovenframe', waardoor een sterke constructie ontstaat. Aan de voorkant van het chassis zitten de bestuurderscabine en de motorruimte. Die moesten er modern en stoer uitzien, met realistische details zoals achteruitkijkspiegels en deuren die open kunnen.”

- Markus



“De grootste uitdaging bij de bouw van het chassis waren de steunvoeten: die moesten heel compact zijn en een gesynchroniseerde werking krijgen. We pasten hiervoor een Technic tandwiel met 8 tanden aan, zodat het over een kruisas kon glijden om de lineaire actuatoren voor het omlaag brengen van de steunvoeten te sturen. Het is een nieuwe, hele coole functie. Het moeilijkste was hier, om alle onderdelen in een module te laten passen en een makkelijke manier te verzinnen om de vier steunvoeten te synchroniseren. Het kostte heel wat tijd om dat op te lossen!”

- Markus



De besturing was een minder zware klus. Door de lengtes van de stuurarmen op de wielen verschillend te maken, kon het Technic team de wielassen verschillende stuurhoeken geven, zodat de kraan soepel kan draaien. Als alle wielassen precies dezelfde stuurhoek hadden gekregen, zou het model schudden en trillen als het een bocht maakte!



Het kraanhuis is het 'hart' van de kraan, waar de motor alle functies van de kraan aandrijft Iedere functie wordt geselecteerd door een schakelaar aan de zijkant van de behuizing, zodat de kraan eenvoudig kan worden bediend. De motor drijft de steunvoeten aan, laat de mast omhoog en omlaag scharnieren, schuift de mast in en uit en stuurt de hijsfunctie.

“De bediening van de steunvoeten wordt overgebracht via een draaiplateau in het chassis. De functie is verdeeld tussen het in- en uitschuiven van de voeten en het omhoog/omlaag brengen van de stabilisatoren. Het leek eerst een mogelijkheid te zijn, om een tandwieloverbrenging te bouwen die de beweging in vijf functies kon verdelen, en dan beide bewegingen van de steunvoeten uit te laten voeren door een draaiplateau. Maar we zagen al gauw waarom dat niet zou werken: ik wilde het chassis en het kraanhuis als twee aparte modules bouwen, en kon ze zo niet met elkaar verbinden.”

- Markus



Het kostte veel tijd om een indeling van de tandwielkast te bedenken die kon worden gebouwd en die onder alle omstandigheden stabiel bleef. Hij moest worden verankerd in een hele stevige constructie, want de mast, die aan het kraanhuis vastzit, geeft een grote belasting die de werking van de tandwieloverbrenging kan beïnvloeden.

“Daarom bouwde ik een driehoekige structuur om de voorkant te versterken, en een 5 x 7 Technic frame aan beide kanten die zijwaartse bewegingen van de balken aan de zijkanten tegenhouden. Aan de achterkant is ook een 5 x 7 Technic frame ingebouwd, om te voorkomen dat de hele constructie verwringt. Achteraan zit de batterijhouder die als contragewicht werkt, net als in een echte mobiele kraan.”

- Markus



“De mast was moeilijker dan ik had verwacht. Hij is ontworpen om in twee fases te kunnen uitschuiven; het principe is hetzelfde als in de eerdere Mobiele Kraan uit 2005. Dat zou een makkie worden, dacht ik! Maar ik wilde de mast er moderner laten uitzien, net als bij echte kranen waar de mast aan de onderkant is afgerond. Dat probeerde ik te bereiken door 3 x 2 x 11 platen te gebruiken, maar het werd al snel duidelijk dat ik daarmee geen solide mast kon maken. Het element moest worden verbeterd! In het nieuwe plaat-element zitten meer Technic-gaten om staven aan vast te maken, voor sterkere constructies.”

- Markus



’Markus wilde de mast van de kraan opbouwen uit twee uitschuifbare gedeeltes met een lichte, maar sterke structuur. Daarvoor waren Technic balken nodig die ver konden uitschuiven. De eerste pogingen zagen er veelbelovend uit, maar tijdens tests van het model kwamen we erachter dat het mechanisme niet goed werkte als de mast helemaal werd uitgeschoven en er iets aan de haak hing

“Met hulp van mijn collega Anders van onze testafdeling, die de RC Graafmachine van 2010 heeft ontworpen, vond ik de oorzaak. Door het gewicht van de lading aan de haak bogen de mastdelen zo ver door dat ze tegen elkaar werden gedrukt, zodat er wrijving ontstond. Ik heb daarom de constructie van die onderdelen opnieuw ontworpen, met Technic elementen voor het tweede gedeelte van de mast en wielen waar de mastdelen overheen rollen. Ik zorgde tegelijk voor flink wat ruimte tussen de verschillende onderdelen, zodat ze konden doorbuigen zonder tegen elkaar te worden gedrukt Met al deze veranderingen was het probleem opgelost, en als bijkomend voordeel gebruikte de motor nu veel minder stroom!”

- Markus



“Het was een lang ontwerpproces: het duurde in totaal bijna een jaar voordat de kraan helemaal af was. Het uiteindelijke model bestaat uit 2600 elementen en is daarmee het grootste LEGO® Technic model ooit. Ik heb met heel veel plezier gewerkt aan de nieuwe 42009 Mobiele Kraan Mk. II, en ben heel blij met het uiteindelijke resultaat. Nieuwe functies bedenken, en zorgen dat ze gebouwd kunnen worden door kinderen vanaf 11 jaar, was alle inspanning waard. Ik hoop dat jullie veel plezier beleven aan het bouwen van - en spelen met - de nieuwe kraan!”

- LEGO Senior Designer Markus Kossmann