Sähköä tuottavan karjaharjan prototyypin kehitysprojekti FinnEasy Oy:lle
FinnEasy Oy on vuonna 2016 perustettu eläinten hyvinvointituotteita kehittävä yritys. Yrityksen toimitusjohtajana toimii Juha Kultanen, joka on myös yrityksen tuoteinnovaatioiden, EasySwing-karjaharjojen, isä. Karjaharjat ovat lyhyesti kuvattuna karjatiloihin asennettavia harjoja, joihin eläimet voivat raapia ja hangata itseään. Karjaharjat ovat saavuttaneet suuren suosion karjankasvattajien keskuudessa, koska ne ovat helppoja asentaa, kestäviä, turvallisia ja mikä tärkeintä: tarjoavat virikkeitä eläimille ja edistävät sitä kautta eläinten hyvinvointia.
Kultanen korostaa, että tuotteiden kestävyys ja toimivuus ovat FinnEasylle tärkeitä arvoja, koska yrittäjä ei halua harjojen aiheuttavan turhia kuluja karjankasvattajille. Toimiakseen halutulla tavalla harjan tulee vastustaa eläimen liikehdintää, jotta eläin saa siitä mielihyvää. Tämä vastustus toteutuu nykyisissä harjoissa painovoiman avulla, sillä teräksestä valmistetun harjan massa vastustaa liikettä. Toisin sanoen eläimen tulee käyttää reilusti voimaa, jotta harja liikkuu. Tätä vastustusominaisuutta miettiessään Kultasella virisi ajatus, että voisiko harjan käytössä syntyvän liike-energian vastustuksen jollain keinolla varastoida ja hyödyntää energiantuotannossa – ja tätä kautta saada tuotettua lisäarvoa asiakkailleen.
Niinpä Kultanen ryhtyi ideoimaan sähköä tuottavan harjan konseptia. Kehitystyön alkumetreillä Kultanen testaili kehittämiensä konseptien toimivuutta tekemällä kokeiluja mm. sähköpolkupyörän osilla. Päästyään idean kehittelyssä sille asteelle, että seuraavana askeleena oli kehittää toimiva, messuesittelykelpoinen demolaite, Kultanen kääntyi Optotecin puoleen.
”Optotec oli minulle entuudestaan tuttu yritys, sillä olimme aiemmin teettäneet heillä erääseen toiseen tuotteeseen liittyvän pikkuprojektin. Optotec hoiti kyseisen projektin hyvin, ja siitä syntyi luottamus yritystä kohtaan. Näin tiesin, kenen puoleen kannattaa kääntyä sähköä tuottavan karjaharjan prototyypin suunnittelussa,” Kultanen kertoo.
Sivupolku projektissa tarvittavan lähtötiedon keräämiseksi
Projekti käynnistyi Optotecin osalta siten, että sen ensimmäisessä vaiheessa mekaniikkasuunnittelijamme kehitti pari vaihtoehtoista konseptia energian varastointitavan toteutuksen suhteen, ja asiakkaan kanssa näistä valittiin yksi, jota päätettiin lähteä kehittämään eteenpäin.
Heti prototyypin suunnittelun alkumetreillä kuitenkin huomattiin, että mm. generaattorin kokoluokan, akun koon ja vaihteiston sopivan välityssuhteen määrittämiseksi tarvitaan tarkempaa tietoa siitä, miten eläimet harjaa käyttävät: mikä on esimerkiksi harjan käyttöaste, kauanko harjaa käytetään yhtäjaksoisesti, millaista voimaa harjaan kohdistuu ja mikä on harjan keskimääräinen liikenopeus. Näiden tietojen saamiseksi päätettiin projektin suuntaa muuttaa lennosta siten, että kehitetään ensin laite, jolla saadaan kerättyä edellä mainitun kaltaista dataa karjaharjan käyttöön liittyen.
Datan keräämisen mahdollistamiseksi tavallista mekaanista karjaharjaa muokattiin siten, että heiluvan harjan akselin päähän, laitteen rungon sisäpuolelle, saatiin asennettua pieni kiihtyvyysanturi, joka mittaa asentoaan ja sen muutosta samaan tapaan kuin älypuhelin osaa kääntää näytön kuvan sivuttain puhelinta kallistettaessa. Tämän jälkeen suunnittelijamme kehitti Arduino-pohjaisen datankeruulaitteen, joka osaa lukea anturitietoa ja välittää sen reaaliajassa Exceliin.
Anturilla varustettu harja ja datankeruulaite kiinnitettiin päivän ajaksi navetan tolppaan, ja datan analysoinnin tueksi tolppaan asennettiin myös valvontakamera, jotta dataa purettaessa pystyttäisiin tarvittaessa tarkastamaan videolta, millaisella harjankäytöllä tietynlainen data on syntynyt. Datassa näkyi esimerkiksi yksi poikkeuksellisen korkea piikki, joka selittyi sillä, että kyseisessä tilanteessa isokokoinen sonni oli puskenut harjaa vasten kovalla vauhdilla.
Seuraavana päivänä suunnittelijamme haki datankeruulaitteen ja siihen yhdistetyn kannettavan tietokoneen pois ja purki Exceliin kerätyn datan sellaiseen muotoon, että sitä voitaisiin käyttää lähtötietona sähköä keräävän harjan prototyypin suunnittelussa. Samalla asiakas sai mielenkiintoista dataa esimerkiksi karjaharjan käyttöasteesta ja -tavoista.
Proton suunnittelu ja esittely messuilla
Datankeruulaitteen avulla kerättyjen tietojen pohjalta suunnittelijamme alkoi kehittää sähköä varastoivan karjaharjan prototyyppiä. Työn tuloksena syntyivät 3D-mallit ja valmistuspiirustukset ketjuihin ja hammasrattaisiin perustuvalle mekanismille, jolla karjaharjan heilumisessa syntyvä liike-energia saadaan muunnettua pyörimisliikkeeksi generaattorille. Suunnittelijamme suunnitteli myös laitteen sähkökomponenttien suojaksi erilliset kotelo-osat, jotka valmistettiin 3D-tulostamalla Optotecin toimistolla. Kultanen rakensi ja kasasi laitteen metalliosat ja ketjumekanismit tekemiemme piirustusten pohjalta. Lopuksi suunnittelijamme kytki laitteeseen tarvittavat sähkökomponentit.
Projektin lopputuloksena saatiin toimiva prototyyppi, jota FinnEasy Oy esitteli syksyllä 2022 pidetyillä Hannoverin EuroTier-messuilla.
”Kyseessä on tietääksemme maailman ensimmäinen sähköä tuottava karjaharja. Tuote sai kiinnostuneen vastaanoton, varsinkin kun niihin aikoihin energian hinta Euroopassa oli huipuissaan”, kertoo Kultanen.
Mitä projektista jäi käteen, ja mitä seuraavaksi?
”Yhteistyö Optotecin kanssa sujui hyvin. Prototyyppi valmistui aikataulun mukaisesti ja sillä saatiin todistettua, että karjaharjan käytössä syntyvän energian varastointi on mahdollista”, toteaa Kultanen.
Seuraava askel tuotteen kehitysprosessissa on jalostaa prototyypistä kaupallinen malli. Kultasen mukaan tässä erityisen tärkeää on varmistaa, että laitteesta saadaan kestävä, varmatoiminen ja mahdollisimman huoltovapaa.
”Nämä arvot ovat kaikissa FinnEasy Oy:n tuotteissa ensisijaisia ennen tuotteiden lanseeraamista markkinoille. Edellä mainitut haasteet ovat ratkaistavissa, mutta vaativat huomattavaa panostusta tuotteen edelleenkehitykseen”, Kultanen päättää.
Jäämme mielenkiinnolla seuraamaan, miten sähköä tuottavan karjaharjan kehitystarina tästä jatkuu, ja toivomme, että saamme jatkossakin olla osa sitä.